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Interview de Mathieu Lefebvre (Air Liquide) :

Pourriez-vous nous expliquer en quoi consiste l’épuration du biogaz en biométhane ?

La matière organique présente dans un digesteur, lorsqu’elle se dégrade en l’absence d’oxygène, produit du biogaz. Ce biogaz est un gaz énergétique principalement composé de méthane (CH4) mais également de dioxyde de carbone (CO2), d’hydrogène sulfuré (sulfure d’hydrogène - H2S), de vapeur d’eau (H2O) et de multiples autres impuretés en quantités variables (ammoniac - NH3, composés organiques volatiles - COV, siloxanes - COVSi, etc.). Pour rendre ce gaz compatible avec le système gazier existant (réseaux, chaudières, moteurs, gazinières, etc.), fondé sur le gaz naturel, il est nécessaire de l’épurer, c’est-à-dire d’en supprimer les impuretés et la majorité du CO2 pour le rendre substituable au gaz naturel.

Dans ce cas, le réseau de gaz naturel peut être utilisé pour faire le lien entre les installations de production décentralisées de biogaz et les consommateurs de gaz, dans les bassins de vie, de manière très efficace.

Quels sont les différentes technologies utilisées pour produire du biométhane ?

Il existe plusieurs procédés permettant de réaliser la séparation du méthane et du CO2 : la perméation membranaire, l’adsorption, l’absorption, etc.

Air Liquide propose la perméation par membrane pour les applications biogaz.

Pourquoi choisir la technologie à membrane plutôt qu’une autre ?

La technologie de séparation des gaz par membrane a été développée spécifiquement pour l’épuration des gaz sur site. Elle est aujourd’hui, selon Air Liquide, et dans la majorité des cas, le meilleur compromis technico-économique disponible et éprouvé sur le marché. Le principe de la perméation gazeuse, fonctionnant comme un simple filtre, est un gage de simplicité, de fiabilité et de performance. La séparation par membrane est un procédé continu, fonctionnant sous pression. Une seule machine tournante est nécessaire, le compresseur, ce qui limite les risques d’indisponibilité et minimise les coûts de maintenance.

La technologie d’épuration du biogaz doit être adaptée aux caractéristiques suivantes :

  • sites de taille petite à moyenne ;
  • difficultés d’intervention (localisation et coût) ;
  • exploitants dont ce n’est pas l’activité principale ;
  • accès contraignant aux ressources énergétiques (chaleur, eaux usées, électricité, produits chimiques, eau, etc.) ;
  • contrainte de qualité forte pour l’injection avec contrôle permanent ;
  • haute valeur du gaz raffiné (le biométhane) ;
  • fluctuation/évolution de débit dans le temps (en instantané et à long terme) ;
  • variation permanente de la composition du gaz à traiter.

En effet, la biomasse est une ressource décentralisée, à faible densité énergétique. Il n’est donc pas, énergétiquement, pertinent de la transporter sur de longues distances. La grande majorité (> 90 %) de la biomasse permettant de produire du biogaz se trouve au cœur des exploitations agricoles et de l’industrie agro-alimentaire, donc répartie sur tout le territoire national.

Ainsi, les unités de méthanisation produisent en général entre 100 et 1 500 m3/h de biogaz brut (volume faible en comparaison de l’industrie gazière traditionnelle), sont situées à proximité de la biomasse, c’est à dire décentralisées, loin des bassins industriels et sont exploitées par les agriculteurs ou les agro-industriels.

La technologie membrane offre une très haute fiabilité permettant d’éviter les interventions de l’exploitant qui n’est pas nécessairement compétent et de spécialistes, car cela coûte cher (déplacements) et renchérit le coût de production.

Les retours d’expériences, sur les unités équipées de membranes, démontrent des disponibilités opérationnelles très élevées et supérieures à 99 % :

  • un procédé simple, pouvant être piloté à distance ;
  • un procédé performant, permettant de valoriser le maximum du méthane produit par le méthaniseur (> 99,5 % du méthane entrant dans l’unité est injecté dans le réseau) ;
  • un procédé requérant le minimum de ressources énergétiques pour faciliter son installation (électricité) ;
  • un procédé modulaire permettant d’adapter la capacité d’épuration à la capacité de production du site par le simple ajout de membranes ;
  • un coût d’investissement compétitif : le travail d’adaptation et d’intégration à réaliser sur site est limité parce que la membrane s’adapte aux spécificités des sites et son intégration est réalisée en atelier.

Les performances clés permettant de garantir à l’exploitant ses revenus sont :

  • la qualité du biométhane. Le gestionnaire du réseau public de gaz naturel contrôle de manière très précise la qualité du biométhane avant de l’injecter. Il ne faut donc pas avoir de non-conformité pour éviter de perdre du gaz ;
  • la quantité de gaz extrait, à travers le taux d’extraction ;
  • la disponibilité de l’unité d’épuration pour éviter la perte de gaz ;
  • enfin, les coûts d’exploitation. Ils doivent être les plus réduits possibles, à travers une garantie sur la consommation d’énergie et une technologie simple et peu coûteuse à maintenir et exploiter.

Pourriez-vous nous présenter un de vos projets français innovants et un de vos projets internationaux ?

La technologie de séparation des gaz par membrane est une technologie « récente » dans le domaine des gaz industriels. Bien que les premières applications industrielles dans le domaine du biogaz datent du début des années 2000, cette technologie est encore aujourd’hui en constante évolution.

Le principe de base reste le même : mettre en œuvre la perméation gazeuse. Cependant, actuellement, plusieurs paramètres sont étudiés comme le nombre d’étages, le type de membrane, les conditions opératoires, le type de polymère utilisé, etc.

Des programmes de recherche sont donc en cours à tous les niveaux de la fabrication, de la conception des fibres à l’intégration complète des unités d’épuration.

Le projet « Bioénergie de la Brie » de Jacques-Pierre et Mauritz Quaak à Chaumes-en-Brie (77) est le premier projet d’injection de biométhane d’origine agricole, avec une mise en service réalisée le 28 août 2013.

Pour cette première française, Air Liquide a proposé aux agriculteurs de développer une unité spécifiquement adaptée à leurs contraintes et plus largement au monde agricole. Des développements technologiques étaient nécessaires et ont été cofinancés par l’ADEME dans le cadre du projet SIMBIOSE qu’Air Liquide coordonnait. La technologie développée, utilisant pour la première fois une nouvelle génération de membranes, apporte satisfaction aux agriculteurs et le projet est un exemple de succès très regardé par toute la filière biogaz française et plus largement européenne.

En Angleterre, le système de soutien à la production du biométhane est conditionné à un bilan carbone de la production. Dans ce cadre, les émissions de méthane dans l’atmosphère doivent être limitées au strict minimum, notamment lors de l’étape d’épuration. Pour satisfaire les besoins du marché britannique, après avoir réalisé une première unité couplée à un système de combustion des évents pour supprimer les pertes en méthane, Air Liquide a développé un procédé innovant, fondé sur une nouvelle combinaison mettant en œuvre 4 étages de membrane, permettant de réduire au minimum la quantité de biométhane dans l’évent.

Quelles sont les évolutions et les innovations à venir en matière d’épuration du biométhane dans les prochaines années ?

Air Liquide continue d’investir dans des projets de recherche pour améliorer les performances des technologies d’épuration. Les sujets explorés sont relatifs aux polymères, aux procédés et aux méthodes de fabrication entre autres. Air Liquide étudie, également, la coproduction de CO2 rendue possible par la combinaison de la technologie membrane et de la liquéfaction du CO2. Grâce à ces développements, l’épuration du biogaz représente aujourd’hui une part marginale du coût complet de production du biométhane. En amont, Air Liquide s’investit pour diminuer les coûts de production du biogaz brut, en participant au développement de projets ayant pour objectif de réduire significativement ce coût à travers la standardisation des équipements, la rationalisation des unités et la mutualisation des équipes par une approche industrielle.

Air Liquide s’engage enfin en aval, pour accélérer les développements sur l’usage et la commercialisation du biométhane, notamment pour la mobilité. La valeur que crée ce gaz renouvelable dans la filière mobilité devrait permettre d’augmenter la demande et donc d’accélérer la construction de nouvelles unités de méthanisation. Solution alternative aux énergies fossiles, le bioGNV permet, au même titre que l’hydrogène, de répondre aux défis énergétiques et environnementaux.

Vous travaillez sur la liquéfaction du biométhane. Quels sont les avantages de ce procédé ? Quels sont les différences par rapport à la liquéfaction du gaz naturel ?

La liquéfaction du biométhane peut permettre de répondre à deux problèmes potentiels pour le développement de la filière bioGNV en fonction des pays ou des contraintes locales.

Le méthane liquéfié a une densité énergétique bien supérieure au méthane comprimé. Liquéfier le méthane peut donc permettre de diminuer le coût de transport de cette énergie, entre le lieu de production et le lieu de consommation. La liquéfaction du méthane fait sens lorsqu’elle permet de pallier l’absence de réseau de distribution et d’alimenter le transport routier fonctionnant au gaz naturel liquéfié. La liquéfaction peut donc se développer dans les régions ou pays ne disposant pas, ou peu, de réseaux de transport et distribution de gaz naturel comme c’est le cas en Suède.

Néanmoins, la liquéfaction consomme de l’énergie et nécessite des investissements conséquents. Il est donc nécessaire de valoriser cette énergie sous forme liquide plutôt que de la vaporiser.

En outre, le développement du méthane pour le transport routier est conditionné à l’augmentation de l’autonomie des camions. Cette autonomie peut être obtenue par l’utilisation de réservoirs cryogéniques stockant du biométhane liquide. La liquéfaction du biométhane nécessite donc la mise en œuvre de technologies cryogéniques, qui sont le cœur de métier d’Air Liquide.

Ces technologies peuvent être considérées comme plus « simples » techniquement que la liquéfaction du gaz naturel. En effet, le gaz naturel contient principalement du méthane, mais également de l’éthane, du propane, du butane, du CO2, etc. Les étapes préalables à la liquéfaction sont donc plus complexes que pour le biométhane ne contenant que du méthane et du CO2.

En revanche, la liquéfaction du gaz naturel est réalisée à travers des usines de grande taille permettant des économies d’échelles importantes. Dans le cas du biométhane, les unités seront nécessairement de taille petite et les technologies doivent donc être adaptées et elles sont relativement chères, augmentant le coût de production du biométhane. Pour permettre le développement de la liquéfaction du biométhane en France, un système incitatif doit être mis en place afin de la rendre compétitive vis-à-vis du gaz naturel liquéfié fossile.

Dans le contexte d’un monde de l’énergie en pleine mutation, la valorisation des ressources organiques en gaz énergétique renouvelable est appelée à contribuer au nouveau mix énergétique.

Pour en savoir plus :

Principes et procédés d’épuration du biométhane pour l’injection dans les réseaux de gaz naturel
Site dédié à l’injection de biométhane
Site d’Air Liquide sur le biogaz


Mathieu Lefebvre
01 mars 2015



Mathieu Lefebvre a une expérience de dix années dans le développement de technologies et de nouveaux marchés dans le domaine des énergies renouvelables et plus particulièrement de la filière du biométhane. Il a initié les développements technologiques pour l’Europe dans le domaine de l’épuration du biogaz en 2008 au sein d’Air Liquide Advanced Technologies. Il a ensuite participé activement au développement de l’activité au sein d’Air Liquide au titre de responsable du produit biogaz, puis responsable du développement du marché biogaz au sein d’Air Liquide Advanced Business et enfin en tant qu’expert biogaz. Il contribue depuis 2009 à la mise en place des conditions nécessaires pour l’injection du biométhane dans les réseaux de gaz naturel français.

Leader mondial des gaz, technologies et services pour l’industrie et la santé, Air Liquide est présent dans 80 pays avec plus de 50 000 collaborateurs et sert plus de 2 millions de clients et de patients. Oxygène, azote et hydrogène sont au cœur du métier du groupe depuis sa création en 1902.
Le groupe Air Liquide s’appuie sur sa compétitivité opérationnelle, ses investissements ciblés dans les marchés en croissance et l’innovation pour réaliser une croissance rentable dans la durée.
Air Liquide anticipe les enjeux majeurs de ses marchés, investit à l’échelle locale et mondiale et propose des solutions de haute qualité à ses clients, ses patients, et à la communauté scientifique.
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