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Méthanisation- Biogaz : soigner les rendements en  optimisant le  prétraitement  des intrants
Christophe Bouchet de EDITIONS JOHANET 02 février 2018 Paru dans N°408 - à la page 59

En méthanisation, une bonne préparation des intrants est essentielle pour optimiser l’exploitation de leur potentiel méthanogène. Pour que les digesteurs fournissent le meilleur rendement possible, il est en effet indispensable d’optimiser les opérations de préparation et d’incorporation des intrants. Pompage, dilacération, broyage, mélange, hygiénisation, en batch ou en flux continu… Toutes ces opérations de prétraitements physiques permettent de tirer le meilleur parti de chaque catégorie de substrat. Ces opérations de préparation permettent également de réaliser d’importantes économies tout en améliorant le fonctionnement global de l’unité de méthanisation.

La gestion des intrants est sans doute l’une des principales difficultés rencontrées par les unités de méthanisation dans le cadre de leur fonctionnement. Elle consiste en premier lieu à assurer et à sécuriser l’alimentation de l’installation sur le long terme, aussi bien en quantité qu’en qualité. Puis à mettre en place des alternatives pour éviter toute rupture d’approvisionnement.

Le RotaCut® de Vogelsang est un broyeur à piège à cailloux intégré qui sépare les corps étrangers tels que les pierres et pièces métalliques, broie les fibres et matières grossières, assurant ainsi des suspensions plus homogènes et à écoulement libre.

Avec 450 unités en fonctionnement, la méthanisation française demeure une filière émergente en comparaison des 6.000 références allemandes. « Elle a cependant la particularité de se développer sur le principe de la valorisation de déchets là ou nombre de nos voisins européens ont misé sur le tout cultures énergétiques pour alimenter leurs digesteurs, souligne Anthony Kérihuel, Président de S3D (Solutions déchets et développement durable). Les technologies importées de ces pays pour satisfaire le marché hexagonal ont donc dû s’adapter, non sans une période d’apprentissage, aux contraintes imposées par le traitement de substrats variés, des fumiers aux déchets industriels dans toute leur diversité. Le but, garantir un niveau d’efficacité suffisant du système biologique et maîtriser la disponibilité des équipements et leur coût de maintenance malgré l’hétérogénéité de la granulométrie des intrants, la présence d’inerte ou de produits abrasifs, la saisonnalité des plans d’approvisionnement, etc ».

Pour traiter le fumier et autres biomasses réfractaires en flux continu, Xergi a développé le X chopper®. Cet équipement est composé de chaînes circulant  dans un cylindre central qui broient les fumiers et les pailles afin qu’ils puissent se mélanger à la biomasse humide sans qu’elle ne surnage.

Face à ce défi technique, la préparation de la matière, préalablement à son introduction en digestion, est un point d’attention clé de la conception de l’unité pour son bon fonctionnement et la réussite globale du projet. Les trémies démêleuses, bols mélangeurs, tapis à rebond et convoyeurs divers, les systèmes de broyage en phase sèche ou en phase liquide, les préfosses et systèmes de pièges à cailloux sont autant de possibilités à assembler pour répondre au besoin particulier de chaque ration. « Il s’avère donc incontournable pour chaque projet de les comparer, et de peser leurs avantages et inconvénients à la lumière du retour d’expérience des unités en fonctionnement, souligne Anthony Kérihuel. Voilà pourquoi la présence de sociétés d’ingénierie indépendantes dans les phases de conception des projets apparaît primordial afin d’orienter vers les technologiques les plus adéquates ».

« Le marché français est d’abord un marché de déchets, confirme Dominique Flipo, directeur Général Délégué d’Evergaz. On y traite les poubelles des autres. Une bonne préparation des intrants est donc absolument indispensable. Jusqu’à une période récente, les ensembliers ont fourni des unités clés en mains dotées de lignes d’introduction mais dépourvues de lignes de préparation des intrants. Cette pratique, qui fait abstraction des indésirables, à largement contribué à la sinistralité du secteur. Je constate un vrai déficit dans la conception des unités de méthanisation, encore trop inspirées du modèle des cultures énergétiques ». Dominique Flipo voit cependant le marché évoluer. « Les solutions apparaissent peu à peu, poussées par des équipementiers qui sont aussi des spécialistes de la préparation de la matière. Mais il faut les tester avec soin : les équipements capables, en un seul passage, de traiter systématiquement 100 % du gisement, sont rares ».

Les intrants peuvent être de plusieurs natures (matières agricoles, agro-industrielles, couverts végétaux, fraction organique issue de la collecte sélective…) et revêtir différentes formes (solides, pulvérulentes, liquides, pâteuses…). Leur nature, leur état (liquide, solide), tout comme leur composition biochimique (teneur en MS, teneur en MO pour les intrants solides ou DCO pour les intrants liquides, teneur en azote total et ammoniacal), leur innocuité (présence d’inertes ou impuretés, éléments traces métalliques, etc.), et leur potentiel méthanogène sont les paramètres essentiels à prendre en compte dans le cadre de la conception et de l’exploitation de l’installation.

La pompe Nemo® B.Max® de Netzsch peut véhiculer les matières premières fermentées, les déchets biologiques broyés, les restes alimentaires ainsi que les cosubstrats les plus divers.

Dans son principe, un méthaniseur fonctionne globalement comme une panse de vache : la nourriture est broyée avant d’être avalée et digérée dans l’estomac. Elle est liquéfiée et brassée avant d’aboutir à un résidu et à un gaz. En méthanisation, les intrants, qui sont l’équivalent de la nourriture, sont le plus souvent prétraités avant d’être envoyés dans un digesteur.

Selon la technique retenue, ils sont broyés en fines particules de manière à faciliter la réaction biologique (filière continue) ou malaxés pour obtenir un intrant homogène (filière discontinue). Dans tous les cas, leur qualité est primordiale, car des intrants inappropriés peuvent rapidement ralentir, voire stopper, la réaction. Mais leur prétraitement l’est tout autant. C’est notamment la qualité de celui-ci qui va permettre d’exploiter au mieux le potentiel méthanogène du substrat.

Exploiter au mieux le potentiel méthanogène du substrat

La phase d’hydrolyse a vocation à casser les macro-molécules pour rendre la matière organique soluble. Le résultat de l’hydrolyse est de former de longues chaînes d’acides variés. Cette phase est nécessaire pour rendre assimilable le déchet par les bactéries. Pour assurer son bon déroulement, une bonne préparation des substrats est indispensable.

Pour les intrants solides, tout commence par un tri visant au retrait des indésirables : cailloux, ficelles, corps étrangers… etc. « Cette phase est essentielle, souligne Dominique Flipo chez Evergaz. Le sujet n’est pas de détruire les indésirables, c’est d’abord de prévenir leur introduction dans le process. Cela passe par des démarches préventives relativement simples et peu coûteuses, qui permettent d’améliorer le fonctionnement des installations tout en réduisant l’usure des équipements et leur coût de possession ». 

La nature des traitements suivants est fonction de la nature des intrants. Pour les déchets solides, une réduction de leur granulométrie, voire une transformation en mélange fluide et homogène (mécanique ou biologique) pourra s’avérer nécessaire. Les produits gras devront plutôt être chauffés puis homogénéisés tandis que les produits hétérogènes feront plutôt l’objet d’un mélange puis d’une homogénéisation. Les sous-produits d’origine animale devront quant à eux être hygiénisés. Autant de fonctions différentes qui nécessitent des équipements adaptés.

Utilisés en amont des pompes, les broyeurs, hacheurs et autres dilacérateurs développés par Vogelsang, Börger, Landia, Seko, Miro, Xergi, Weltec ou Agripower sont sans doute les équipements les plus présents au sein des unités de méthanisation. Ils permettent de hacher menu une grande diversité d’intrants avant incorporation dans un digesteur. Même s’ils ne sont pas totalement désintégrés, les déchets broyés, en général réduits à des particules de quelques millimètres jusqu’à 1,5 voire 2 cm, sont plus facilement assimilables par les bactéries méthanogènes. Ils sont utilisés pour découper les déchets d’abattoirs, d’élevages de poissons, de la grande distribution, les déchets agricoles, les lisiers pailleux, les pulpes, etc. Leur qualité principale ? Leur efficacité bien entendu mais surtout leur capacité à s’adapter à la diversité des problématiques rencontrées.

Pour aller plus loin, Ineval a développé une gamme de défibreurs solides en flux continu dont l’objectif est de rendre accessible l’ensemble du contenu des cellules végétales (cellulose et hémicellulose notamment), difficiles d’accès après une simple réduction granulométrique.

S’adapter à la diversité des problématiques rencontrées

Spécialisée dans la méthanisation depuis plus de 20 ans, Vogelsang s’attache à développer des solutions techniques adaptées au broyage, au mélange et à l’hygiénisation des intrants avant incorporation dans le digesteur. « Nous concevons nos machines de telle sorte qu’elles soient capables de s’adapter pour répondre à la quasi-totalité des besoins, explique Frédéric Giordan, directeur général de Vogelsang. Dans le domaine du broyage par exemple, cette faculté d’adaptation se traduit par la capacité à séparer les intrants au niveau des lourds et des indésirables, à broyer des matières aussi différentes que des lisiers, des pailles ou des déchets graisseux, à mélanger et homogénéiser ces intrants solides et liquides pour répondre aux besoins du digesteur tout en étant capable de s’insérer à n’importe quel stade d’une chaîne de prétraitement ». Gérer les hétérogénéités en s’adaptant à la plupart des exigences, c’est ce que permet le RotaCut® par exemple, un broyeur par voie humide à piège à cailloux intégré développé par Vogelsang qui sépare les corps étrangers tels que les pierres et pièces métalliques, broie les fibres et matières grossières dans un liquide défini, assurant ainsi des suspensions plus homogènes et à écoulement libre. Il permet de réduire la taille des substrats organiques, de faciliter leur digestion (les fibres longues notamment) et de prévenir la formation de strates dans le digesteur. « La combinaison de différents éléments tels que la maille de la grille, le nombre de couteaux ou encore la vitesse de rotation permet de répondre à la plupart des exigences, explique Frédéric Giordan. Quant au piège à cailloux, il permet d’éviter la présence de corps étrangers dans le digesteur et protège les équipements situés à l’aval des risques de casse, de bouchage… etc ».

Le Powerfeed® de Börger existe en deux tailles et plusieurs versions. Dans la version Powerfeed Duo, le système est combiné à un réservoir de stockage en inox de 10 t qui permet un chargement continu. Dans la version Powerfeed Connect, la biomasse est acheminée par le côté via une trémie mélangeuse. Quant au nouveau Powerfeed Twin, il est doté de deux vis d’alimentation et est conçu pour être alimenté par différents types d’intrants.

Polyvalent, il permet de s’adapter aux problématiques les plus courantes en prétraitement des intrants, tout comme le Unihacker® de Börger, le Muffin Monster® d’Hydro Group, Bioseparator® de BTS Biogaz, le Molares® d’Ineval ou encore le M-Ovas® de Netzsch.

Certains développements permettent de faciliter la valorisation de matières en méthanisation. 

Ineval a ainsi développé un défibreur composé de 1 ou de plusieurs rotors en série équipés de marteaux circulant dans une cavité centrale qui broient les fumiers et les pailles afin qu’ils puissent se présenter comme un substrat homogène, avec une grande surface de contact, et donc disponibles pour une digestion efficace et rapide. « C’est une vis sans fin régulée qui gave les substrats bruts dans le défibreur, puis un pousseur hydraulique qui évacue la matière défibrée vers l’étape suivante de l’installation », explique Romain Martin chez Ineval. Grâce à un logiciel développé spécifiquement, la machine peut fonctionner de manière continue tout en contrôlant les variations de charge et de nature. L’objectif est de moduler à tout instant le temps de présence de la biomasse dans le défibreur et donc d’ajuster les paramètres de prétraitement à chaque biomasse. En plus du fumier et de la paille, la gamme de défibreurs d’Ineval peut par exemple broyer des grains, du foin, de l’herbe, des betteraves et des déchets de légume, de l’ensilage.

Pour traiter le fumier et autres biomasses réfractaires en flux continu, Xergi a développé de son côté le X-chopper®, un équipement qui s’intègre dans la ligne d’incorporation X-line® développée par ce fabricant. « Cette ligne de prétraitement des matières solides se caractérise par sa flexibilité au regard des différents taux de matières sèches, sa faible consommation d’énergie électrique ainsi qu’une extrême facilité d’entretien et d’intervention, minimisant ainsi les arrêts et donc assure une grande disponibilité et sécurité pour les exploitants des sites », comme l’explique Patrice Lejeune, directeur du développement France chez Xergi. Cet équipement est composé de chaînes circulant dans un cylindre central qui broient les fumiers et les pailles afin qu’ils puissent se mélanger à la biomasse humide sans qu’elle ne surnage. Une vis sans fin conduit la matière prétraitée hors du X-chopper®, si bien que la machine peut fonctionner de manière continue tout en évitant que la biomasse ne se colle aux parois. Un logiciel donne la possibilité de moduler à tout instant le temps de présence de la biomasse dans le X chopper® et donc ajuster les paramètres de prétraitement à chaque biomasse. En plus du fumier et de la paille, X-chopper® peut par exemple broyer du foin, des grains, des herbes e autres déchets de légumes.

Là encore, la capacité à prendre en compte une large diversité d’intrants, dans des volumes et proportions variables est déterminante. De plus, ces technologies ne nécessitent pas d’ajout de matière liquide et permettent donc soit d’améliorer le temps de séjour de la matière soit de diminuer la taille des digesteurs. Elles permettent de faire face aux hétérogénéités, aux variations de matières premières, de mélanges, en assurant un broyage fin et homogène. « Car le broyage est un élément déterminant du temps de séjour, explique Frédéric Giordan, chez Vogelsang. Si vous placez une pomme dans un digesteur, elle va être digérée en 150, voire 160 jours. Si vous placez cette même pomme coupée en milliers de morceaux, la digestion va passer à 50 voire 40 jours. En augmentant les surfaces de contact, on diminue le temps de séjour dans les digesteurs ». Fractionner la matière organique en élargissant les surfaces de contact entre le substrat et les micro-organismes favorise les échanges de métabolites entre les micro-organismes. « C’est d’autant plus intéressant que cette fonction broyage est assurée par des équipements dont la puissance est modeste, de 3 à 5 fois moins élevées que celle requise par les gros broyeurs à marteau », assure Frédéric Giordan.

Au-delà du broyage, le mélange, le dosage et le transfert sont également des fonctions importantes qui permettent d’obtenir une matière facilement gérable dans les systèmes d’incorporations et plus aisément méthanisable. Les solutions qui couplent ces différentes fonctions au sein d’une seule et même unité se développent.

Alimentation : les solutions modulaires se développent

Le cœur du procédé de méthanisation étant biologique, la maîtrise de l’étape de pré-traitement doit permettre de stabiliser le type de produit entrant dans le digesteur en quantité comme en qualité pour assurer une stabilité des paramètres et donc de la production de biogaz. Toute discontinuité dans le rythme ou la composition du produit alimenté peut créer une instabilité et donc une baisse du rendement du biogaz produit.

Chez Vogelsang, le PreMix® associe une pompe à vis excentrée avec un broyeur RotaCut® au sein d’une unité compacte qui permet de prétraiter une grande diversité d’intrants. Contrairement à d’autres systèmes d’incorporation, il sépare la fraction lourde avant l’unité de pompage.

« En règle générale, la configuration de la chaîne de prétraitement dépend de la taille de l’unité, de sa vocation, de son mode d’exploitation et des intrants à travailler, explique Jérôme Bécot, chargé d’affaires chez Atlantique Industrie. Une fosse de préparation, bien dimensionnée, permet d’isoler les corps étrangers tout en engageant un premier cycle d’hydrolyse qui se traduit par une montée en température de la matière organique, ce qui évite les chocs thermiques ». Valbio, spécialisée dans la conception d’unités de traitement et de valorisation des sous-produits liquides et solides pour l’agroalimentaire, le monde agricole et les collectivités, recommande également l’implantation d’une fosse de préparation pour éviter l’introduction d’indésirables dans la chaîne de prétraitement, voire dans le digesteur. « Il est bien plus simple de curer une fosse de préparation que de nettoyer un digesteur après avoir stoppé la réaction de méthanisation, souligne François Xavier Dugripon, Directeur général de Valbio. Le surcoût lié à cet investissement est très vite compensé par les gains enregistrés en exploitation ». Atlantique Industrie propose toutes formes de préparation de matière mais privilégie cependant les pré-fosses avec équipements Landia permettant de transformer les intrants en soupe tout en s’acquittant des corps étrangers. Pompes dilacératrices à arbres longs, agitateurs conçus pour les liquides très chargés, hygiénisateurs garantissent un pompage aisé et permettent une incorporation lissée des intrants vers les digesteurs de manière à réguler au mieux la production de gaz (possibilité de créer un stock tampon).

En alternative à ce type de fosse, la chaîne de prétraitement reposera sur un incorporateur associé à des pompes, des broyeurs, mélangeurs, équipements de gavage, etc.

Les pompes, chargées d’assurer le transfert des substrats liquides, jouent un rôle essentiel de par la souplesse d’utilisation qu’elles peuvent apporter à l’exploitation. Sur ce type d’application qui soumet les pompes à de fortes exigences, les pompes à rotor excentré et les pompes à lobes règnent en maîtres. Les pompes à vis excentrée avec vis de gavage pour aider le produit à atteindre la partie hydraulique de la pompe, sont une bonne solution pour l’alimentation de digesteurs où très souvent le média est biphasique. Elles sont cependant concurrencées par les pompes à lobes, appréciées pour leur diamètre de passage plus important et pour leur capacité à supporter une marche à sec. Lorsque l’on atteint la limite physique des pompes à lobes et des pompes à rotor excentré, il faut privilégier les pompes à piston. L’unité d’alimentation doit quant à elle disposer des équipements adaptés aux caractéristiques des intrants utilisés (taux de matière sèche, viscosité, fibrosité…) pour que l’incorporation dans le digesteur se fasse sans problème et que les équipements (vis, pompes…) ne s’usent pas prématurément. Par exemple, si l’unité valorise beaucoup de fumiers pailleux, une trémie d’incorporation est nécessaire et doit être adaptée en conséquence : elle peut être équipée de démêleurs pour une trémie de type fond poussant ou mouvant, ou d’une trémie de type bol mélangeur avec des vis verticales. Le positionnement de la trémie est important et peut permettre de limiter le nombre de vis d’alimentation et de moteurs. Autant de pièces d’usure et de coûts d’exploitation en moins…

Chez Weltec Biopower, le MultiIMix® sépare les corps étrangers et broie les matières fibreuses ou collantes telles que l’ensilage d’herbes, les fientes de volaille, les vinasses, les résidus de légumes et d’alimentation lors de l’incorporation des substrats. Un seul système peut alimenter plusieurs digesteurs.

A la fonction transfert assurée par ces pompes peut s’ajouter une fonction mélange. C’est ce que permet par exemple la pompe Nemo® B.Max® de Netzsch qui peut véhiculer les matières premières fermentées, les déchets biologiques broyés, les restes alimentaires ainsi que les cosubstrats les plus divers. Les substrats entrants tels que les fientes sèches de volaille, l’ensilage des plantes entières, d’herbes ou de maïs sont déversés dans la trémie de la pompe mélangeuse. Le lisier ou tout autre substrat liquide est transféré par une autre pompe volumétrique, et injecté directement dans la trémie de la pompe mélangeuse via une tubulure latérale. Parallèlement, les substrats secs sont ajoutés dans la trémie. Le mélange liquide/solide s’opère à même la trémie. La vis de gavage dans le corps de pompe transporte le mélange vers la chambre de compression. L’effet de la vis permet le transfert d’un volume de liquide supérieur à celui que peut contenir la partie hydraulique du rotor/stator. L’excédent de liquide subit alors un mouvement de reflux aidé par le profil des segments de vis, au niveau de la chambre de compression, permettant ainsi une homogénéisation des différents substrats et l’obtention d’une mixture pompable. La pompe Nemo® B.Max® peut véhiculer simultanément des substrats vers un ou plusieurs digesteurs. L’unité de méthanisation peut donc être composée de tuyauteries longues, voire se situer sur plusieurs niveaux. Elle permet de réaliser une double économie : une réduction du temps de malaxage, jusqu’à 50 % selon Netzsch, et une réduction des quantités de substrat utilisé, d’environ 15 %. « Par rapport à un système d’alimentation à sec, l’utilisation d’une pompe mélangeuse Nemo® B.Max® permet d’économiser plus de 40.000 € par an pour une installation de 340 kW », explique-t-on chez Netzsch.

Chez Börger, les solutions en matière de gavage reposent sur le Powerfeed®. Personnalisé en fonction de l’application, il existe en deux tailles, le 300 (4-5 t/h) et le 400 (9 t/h) et plusieurs versions. Dans la version Powerfeed Duo, le système est combiné à un réservoir de stockage en inox de 10 t qui permet un chargement continu. Dans la version Powerfeed Connect, la biomasse est acheminée par le côté via une trémie mélangeuse. Quant au nouveau Powerfeed Twin, il est doté de deux vis d’alimentation et est conçu pour être alimenté par différents types d’intrants. Avec l’option de broyage dans le canal de compression, il regroupe deux fonctions en un matériel : une alimentation liquide sécurisée et un broyage efficace de la biomasse pour un meilleur rendement.

Le Bio®Chop est une unité d’hygiénisation qui repose sur une construction simple. Sa conception est basée sur le principe que le broyage des particules, l’homogénéisation de la matière et la vidange de la cuve se font par une pompe dilacératrice Landia au sein d’une cuve inox isolée et calorifugée
 (5 à 20 m³).

Chez Vogelsang, le PreMix® associe une pompe à vis excentrée avec un broyeur RotaCut® au sein d’une unité compacte et peu encombrante qui permet de prétraiter une grande diversité d’intrants. « Qu’il s’agisse de restes alimentaires, de ressources renouvelables sèches comme la paille, les fumiers, ou d’herbes ligneuses, le PreMix® malaxe tout avec une phase liquide, sépare les corps étrangers, broie les composants grossiers et fibreux et dose le tout, de manière contrôlée et homogène avant incorporation dans les digesteurs » explique Frédéric Giordan. Contrairement à de nombreux autres systèmes d’incorporation, le PreMix® sépare la fraction lourde avant l’unité de pompage. Facile à installer, même au sein d’une installation existante, chaque unité peut alimenter plusieurs digesteurs. L’investissement est certes conséquent mais le retour sur investissement est rapide, « de 13 à 15 mois » selon Frédéric Giordan.

Chez Weltec Biopower, le MultiMix sépare les corps étrangers et broie les matières fibreuses ou collantes telles que l’ensilage d’herbes, les fientes de volaille, les vinasses, les résidus de légumes et d’alimentation lors de l’incorporation des substrats. Un seul système peut alimenter plusieurs digesteurs.

Pour permettre aux unités de méthanisation de s’adapter aux modifications de la biomasse qu’elles traitent, Xergi a développé de son côté différents modules d’alimentation, permettant de gérer les variations de composition de biomasses. Le système d’alimentation FlexFeed®, basé sur un module combinant dosage, chauffage et brassage, permet ainsi un dosage précis des différents intrants, gage d’un niveau d’activité élevé à l’intérieur du méthaniseur. De plus, ce module permet de pasteuriser la biomasse, ce qui rend possible l’utilisation de sous-produits animaux qui répondent à des exigences particulières.

Sous-produits animaux : des exigences particulières

Le règlement européen 1069 2009 rend en effet possible l’utilisation de certains sous-produits animaux de catégorie 3 provenant, entre autres, des abattoirs, comme matière première dans les unités de méthanisation. Mais cette norme impose une hygiénisation de ces matières à 70° C pendant une heure et une réduction des particules à 12 mm. Un projet de décret, actuellement en cours de consultation, prévoit cependant que l’exploitant d’une unité de pasteurisation/hygiénisation peut demander l’autorisation d’appliquer d’autres paramètres que ceux précisés par le règlement. Certains exploitants anticipent par ailleurs des évolutions réglementaires. C’est par exemple le cas de Valbio dans le sud-ouest de la France qui a fait le choix d’hygiéniser des matières non stercoraires pour détruire tous les agents pathogènes et lutter contre les risques de grippe aviaire.

Plusieurs fabricants ont développé des unités d’hygiénisation pour répondre à ces exigences. Le service Recherche et développement de la société Landia a ainsi mis au point le Bio®Chop, une unité d’hygiénisation commercialisée par Atlantique Industrie qui repose sur une construction simple et robuste des composants de qualité. Sa conception est basée sur le principe du broyage/agitation des particules, l’homogénéisation de la matière et la vidange de la cuve se font par une pompe dilacératrice Landia au sein d’une cuve inox isolée et calorifugée (1 à 50 m³). Le Bio®Chop est livré avec les installations de contrôle et réglage de température en temps réel et l’enregistreur prescrits par la réglementation. « C’est un équipement entièrement autonome, dès lors que la cuve est remplie », souligne Jérôme Bécot chez Atlantique Industrie. Pour minimiser le coût énergétique de ce prétraitement, Atlantique Industrie propose un couplage en ligne de plusieurs hygiénisateurs fonctionnant en batch. « Cette configuration permet de récupérer, grâce à un échangeur, la chaleur de l’hygiénisateur qui vient de terminer son cycle pour chauffer les matières du suivant, ce qui permet de grosses économiques d’énergie », souligne Jérôme Bécot.

HoSt fournit également des unités de traitement thermique qui répondent aux directives européennes et permettent le traitement des déchets animaux ou des sous-produits pouvant contenir des composants animaux, tout en améliorant la biodégradabilité des produits. Chez PlanET, une cuve d’hygiénisation a été développée pour équiper les installations de co-fermentation. Elle peut alimenter en parallèle plusieurs cuves de fermentation avec un substrat hygiénisé. Elle est équipée d’un brasseur pour mélanger le substrat et garantir une bonne fluidité.

Ces équipements permettent de faire face à une grande diversité de situations en exploitant au mieux le potentiel méthanogène des substrats. Mais les avantages d’un prétraitement optimisé ne s’arrêtent pas là.

De nombreux avantages

« Des intrants débarrassés des lourds, finement broyés, bien mélangés suppriment les filasses et les strates au sein des digesteurs, explique Frédéric Giordan chez Vogelsang. Le fonctionnement de l’ensemble de l’unité s’en trouve amélioré et génère de substantielles économies d’énergie en termes d’agitation, de brassage mais également sur les équipements situés à l’aval du digesteur, comme les pompes de transferts, recirculateurs, etc… ». Dans quelles proportions ? « Tout dépend des intrants, des volumes et des process mis en œuvre, précise Frédéric Giordan. Sur les PreMix®, les tests montrent que les rendements de biogaz augmentent jusqu’à 8 % alors que la consommation d’énergie pour les pompes et les agitateurs est réduite jusqu’à 40 % ». L’efficacité énergétique des unités de méthanisation est en effet un autre point clé. « On ne peut pas être producteur d’énergie renouvelable sans être extrêmement vigilant sur l’efficacité énergétique des sites », souligne Dominique Flipo, directeur général délégué d’Evergaz. 

Verde Energy développe des équipements pour la préparation, le défibrage ou l’extrusion de la biomasse ligno-cellulosique avant méthanisation ainsi que pour le déconditionnement des bio-déchets. Le Bio-préparateur TQZ® (ci-dessus) permet d’augmenter jusqu’à 30 % les rendements d’une installation de méthanisation.

Sur le process de désintégration cinétique Biocrack® qui permet aux bactéries contenues dans les fermenteurs et les digesteurs d’atteindre plus facilement les nutriments dans les boues et la suspension, Frédéric Giordan cite une augmentation de 13 à 15 % du volume de biogaz produit. « En Allemagne, des hausses de 18 à 20 % ont été mesurées et quantifiées sur site, mais sur des intrants différents », ajoute-t-il.

Ces chiffres sont confirmés par Atlantique Industrie qui cumule la casquette d’exploitant avec celle de fournisseur d’équipements. « Une bonne préparation des matières permet d’augmenter les rendements de 5 à 15 % », confirme ainsi Patrick Bécot.

Trello Beffa, CEO de Madep, société spécialisée dans la bio-augmentation des performances des digesteurs par injection de souches bactériennes sélectionnées, cite des gains potentiels plus importants encore : « les gains en rendement de production de biogaz peuvent varier de 10 % à 80 % selon les installations et cela avec et sans prétraitement mécaniques, thermique, etc... », explique-t-il.

À ces économies d’énergie et à ces gains de production, il faut aussi ajouter les gains indirects liés à une diminution des phénomènes d’usure, des arrêts machine, des arrêts alimentation, du colmatage des vannes, des pompes et des tuyauteries, ou encore à la disparition de la couche flottante sur les digesteurs qui entraîne des coûts de maintenance élevés et de l’indisponibilité. Des coûts impossibles à quantifier précisément mais dont chaque exploitant sait qu’ils affectent toujours substantiellement l’économie des projets.

« L’ergonomie des équipements et la facilité de maintenance sont des également des points clés qui affectent l’économie des projets comme la sécurité des personnels, souligne Dominique Flipo chez Evergaz. Une maintenance facilitée permet une meilleure allocation du temps des équipes qui feront ainsi moins de curatif et plus de préventif de manière à sécuriser et optimiser l’approvisionnement ».

Des techniques pas si coûteuses

Reste à évaluer le coût d’une bonne préparation. « Elle n’est pas forcément coûteuse si l’exploitant dispose du matériel adapté et que les problèmes potentiels ont bien été anticipés », relativise Jérôme Bécot, Atlantique Industrie. La clé de la réussite en la matière consiste à prendre en compte les problèmes le plus en amont possible pour ne pas risquer de les voir resurgir en aval à des coûts bien plus élevés. « En méthanisation, tout est simple quand tout a été bien pensé, et tout devient compliqué lorsque certains maillons de la chaîne n’ont pas été pris en compte », précise-t-il.

La préparation des matières peut également être source d’opportunités. C’est, en tout cas, l’avis de François-Xavier Dugripon chez Valbio qui s’attache à valoriser chaque intrant pour en tirer une source de revenus parfois supérieure, ou complémentaire, à celle de la valorisation énergétique. « Ne voyons pas la préparation comme un coût dont on a du mal à mesurer l’impact sur le pouvoir méthanogène, voyons-la plutôt comme une opportunité pour faire davantage que du méthane, explique-t-il. Il faut considérer le méthaniseur comme un outil de transformation du carbone ». À l’usine Savoie Lactée, à Albertville, Valbio a exploré avec un certain succès toutes les possibilités de valorisation des sous-produits provenant de la transformation laitière en produisant du beurre, de la poudre de protéines, et de la ricotte. C’est seulement à l’issue de ces chaînes de valorisation que les effluents produits sont dirigés vers l’unité de méthanisation.