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Introduction : le biométhane, une énergie renouvelable pour les territoires dans la transition énergétique

Le contexte de développement du biogaz et du biométhane

Le biogaz participe aux engagements de la France pour la production d’énergie renouvelable sous la forme d’électricité, de chaleur et de carburant (loi NOME, directive européenne 28/CE/2009, loi Grenelle 2010, plan national d’action en faveur des EnR 2010). Sa valorisation permet de diminuer les consommations d’énergie fossile, de réduire les émissions de gaz à effet de serre et de restituer de la matière organique aux sols lors de l’épandage du digestat (autre résidu issu du procédé de méthanisation, à l’état solide ou liquide).

Le développement de la filière biogaz, et en particulier de la méthanisation agricole encourage le traitement des effluents et des déchets agricoles et favorise une meilleure gestion de l’azote d’origine organique. De son côté, la valorisation énergétique du biogaz assure un complément de revenu aux exploitants d’unités de production de biogaz, par la revente de l’électricité, de la chaleur ou du gaz (biométhane).

Plus généralement, la filière biogaz permet la valorisation des déchets organiques (déchets ménagers, agricoles, agro-industriels, boues d’épuration urbaines), participant ainsi aux objectifs nationaux de réduction de mise en décharge de la matière organique, de création d’emplois locaux, et de développement de l’économie circulaire pour les déchets.

Par ailleurs, l’appel à projets pour le développement de 1500 projets de méthanisation en 3 ans, lancé par le gouvernement, vise à améliorer le traitement des déchets organiques en mobilisant les acteurs locaux.

L’injection de biométhane dans les réseaux de gaz naturel est un procédé de valorisation du biogaz en pleine émergence en France. Son développement s’appuie sur les exemples européens de pays ayant déjà une expérience en matière d’injection (Allemagne, Suisse, Autriche par exemple), ou sur d’autres pays comme la Suède ou le Royaume-Uni.

Aidé par les travaux d’un groupe de travail national sur l’injection, d’abord réuni à l’initiative du Ministère de l’écologie, du développement durable et de l’énergie en 2009, puis dont la co-animation a été confiée à l’ADEME et GRDF depuis mai 2010, l’État a formalisé un cadre règlementaire et tarifaire pour le biométhane qui a été publié fin 2011, et complété en 2013 et 2014.

Aujourd’hui, la France est le seul pays européen à proposer un cadre réglementaire complet :

  • des décrets et arrêtés définissant les conditions de vente du biométhane, la compensation des charges de service public portant sur l’achat de biométhane, les conditions de contractualisation entre producteurs de biométhane et fournisseurs de gaz naturel, les modalités de désignation de l’acheteur de biométhane de dernier recours, la nature des intrants
  • un arrêté définissant le tarif d’achat pour le biométhane
  • un arrêté définissant les garanties que ce biométhane est d’origine renouvelable (« garanties d’origine »).

Les usages du biogaz/biométhane

Le biogaz issu de la méthanisation des déchets organiques peut être valorisé sous différentes formes :

  • utilisé pour produire de l’électricité ou/et de la chaleur ;
  • après épuration poussée, utilisé sous forme de carburant, pour alimenter des véhicules fonctionnant au gaz naturel ;
  • ou injecté dans le réseau de gaz naturel, l’injection étant autorisée depuis 2011 en France.

L’épuration et l’enrichissement du biogaz permettent d’augmenter sa concentration en méthane afin d’atteindre un niveau de qualité équivalente à celle du gaz naturel (plus de 97 % de méthane dans le mélange gazeux). Ce « biométhane » est alors injecté dans le réseau de gaz où il est parfaitement miscible avec le gaz naturel. Il peut alors être utilisé par des particuliers, des industriels ou des entreprises, avec les mêmes usages que le gaz naturel : cuisson, chauffage, carburant ou cogénération.

La valorisation énergétique du biogaz permet d’exploiter le potentiel énergétique de la matière organique des déchets, tout en assurant, par la méthanisation, un traitement et le retour au sol de cette même matière organique.

Différents équipements de valorisation peuvent être utilisés, après un traitement préalable rustique du biogaz, par condensation, refroidissement et déshydratation, ou après un traitement plus poussé destiné à éliminer les composés indésirables (siloxanes, sulfure d’hydrogène).

  • les chaudières à combustion directe : c’est le moyen le plus simple pour utiliser le biogaz qui est brûlé pour une production de chaleur sur le site, ou transporté par canalisations vers un utilisateur final ;
  • les moteurs de cogénération d’électricité et de chaleur : c’est la valorisation standard du biogaz en France, avec un rendement de production énergétique d’environ 85 %. Néanmoins, la valorisation de la chaleur reste tributaire de l’existence de débouchés à proximité du site de production de biogaz ou limités dans le temps ;
  • les turbines à gaz : pour des installations de puissance installée importante, le biogaz peut être brûlé dans des turbines à gaz et transformé en électricité. Pour des petites puissances (< 200 kWe), des « micro-turbines » sont disponibles. Le rendement énergétique est plus faible (< 30 %) mais les turbines nécessitent moins d’entretien que les moteurs ;
  • l’injection dans le réseau de gaz naturel : c’est le mode de valorisation considéré comme le plus intéressant d’un point de vue énergétique. Le biogaz est épuré et enrichi avant d’être distribué dans le réseau de gaz naturel. Il peut aussi être compressé avant d’être utilisé comme carburant pour véhicules. L’injection de biométhane est limitée par la capacité d’absorption du réseau de gaz naturel (elle-même directement liée à la consommation des usagers).

Le choix du mode de valorisation énergétique du biogaz est dépendant de son contexte de production, des conditions d’exploitation, des substrats traités, etc. Il est préférable de choisir une solution de valorisation où le potentiel énergétique du biogaz peut être utilisé à son maximum. Une combinaison des modes de valorisation, par exemple la production d’électricité et l’injection de biométhane dans les réseaux de gaz naturel, peut alors s’avérer judicieux.

Le potentiel de production

Une étude d’estimation des gisements potentiels de substrats utilisables en méthanisation a été menée par l’ADEME en 2013 dans le but d’en déterminer le gisement mobilisable en 2030. Les ressources prises en compte sont les ressources agricoles (effluents d’élevage, résidus de cultures, cultures intermédiaires à vocation énergétique, les ressources d’industries agro-alimentaires (IAA) par secteurs d’activités, les ressources de l’assainissement, les déchets verts, les biodéchets des ménages et les biodéchets de la restauration, des petits commerces, de la distribution et des marchés).

Le gisement global mobilisable en 2030 pour la méthanisation est évalué à 130 millions de tonnes de matière brute soit 56 TWh d’énergie primaire en production de biogaz. Il est composé à 90 % de matières agricoles.

En comparaison, le potentiel total de production de biogaz à partir des ressources considérées dans cette étude s’élève à 185 TWh.

Les perspectives de développement à l’horizon 2030

En France, dans « Une vision pour le biométhane en France pour 2030 » publiée fin 2014 par l’ADEME, dans le cadre du projet européen GreenGasGrids, les perspectives de distribution du biogaz sous forme de biométhane dans les réseaux laissent espérer une production de 12 TWh à 30 TWh selon les hypothèses retenues. Ces chiffres correspondent entre 500 et 1 500 unités de production de biométhane à répartir sur l’ensemble du territoire.

Avec une consommation de gaz naturel de l’ordre de 500 TWh, le biométhane pourrait représenter au maximum 5 à 6 % de la consommation de gaz naturel en France en 2030.

Méthanisation à la ferme : Quand le biométhane s’invite dans le réseau public de gaz


Présentation du fonctionnement de l'unité de méthanisation "Agri Bio Methane",
1er site d'injection de biométhane du Grand Ouest (85)

Pour en savoir plus :

www.injectionbiomethane.fr
www.greengasgrids.eu : National Roadmaps
Estimation des gisements potentiels de substrats utilisables en méthanisation

L’Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Énergie (ADEME) est un établissement public sous la triple tutelle du ministère de l’Écologie, du Développement durable, des Transports et du Logement, du ministère de l’Enseignement supérieur et de la Recherche et du ministère de l’Économie, des Finances et de l’Industrie. Elle participe à la mise en œuvre des politiques publiques dans les domaines de l’environnement, de l’énergie et du développement durable.
Afin de leur permettre de progresser dans leur démarche environnementale, l’agence met à disposition des entreprises, des collectivités locales, des pouvoirs publics et du grand public, ses capacités d’expertise et de conseil. Elle aide en outre au financement de projets, de la recherche à la mise en œuvre et ce, dans les domaines suivants : la gestion des déchets, la préservation des sols, l’efficacité énergétique et les énergies renouvelables, la qualité de l’air et la lutte contre le bruit.
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