Le pouvoir méthanogène

Le pouvoir ou potentiel méthanogène (PM) des matières organiques désigne leur capacité à produire du méthane (CH₄) lorsqu’elles sont traitées par biométhanisation.

La biométhanisation est la transformation de la matière organique (résidus de table, boues des stations d’épuration municipales, résidus de l’industrie agroalimentaires, intrants agricoles, etc…) par des bactéries anaérobies en un biogaz composé principalement de méthane et de gaz carbonique, mais également en une fraction solide appelée digestat.

Le potentiel méthanogène, généralement exprimé en Normo Mètre cube de méthane (Nm3 CH₄₎¹ par tonne de matière volatile (MV) est un indicateur clé pour dimensionner les digesteurs et évaluer le potentiel énergétique des intrants.

Le test BMP (Biochemical Methane Potential), réalisé en laboratoire, permet de quantifier le potentiel méthanogène théorique des différents types d’intrants en conditions contrôlées. Il consiste à mélanger un échantillon représentatif de cet intrant à un inoculum (flore microbienne) et à l’incuber en condition anaérobie mésophile (35-40°C) ou thermophile (55-60°C) pour reproduire les conditions d’un méthaniseur. Le gaz émis par l’échantillon sera analysé durant 60 jours en moyenne jusqu’à déterminer le potentiel maximal.

Lorsqu’un plateau est observé dans la production de gaz, cela indique que les bactéries ont entièrement dégradé le carbone assimilable contenu dans l’intrant testé. Cependant, comme les conditions de laboratoire sont optimales pour le développement bactérien, le potentiel méthanogène ainsi mesuré tend à être surestimé par rapports aux résultats obtenus en conditions réelles dans le digesteur.

Un digesteur anaérobie peut recevoir différents types d’intrants comme :

• Déchets industriels (ex. papetières, industries agroalimentaires)
• Déchets agricoles (ex. déjections animales comme les lisiers et fumiers, les résidus de culture)
• Boues des stations d’épuration (traitement primaire ou secondaire)
• Résidus organiques triés à la source (résidus de table)

Le tableau ci-dessous donne une plage de valeurs du potentiel méthanogène de différents substrats. Ces valeurs peuvent varier d’une région à une autre, car les conditions d’opération peuvent être différentes.

Bien que les intrants de type fumiers et lisiers aient un pouvoir méthanogène assez faible, d’autres avantages non négligeables sont à prendre en compte dans tout projet de biométhanisation versus un épandage classique de ces lisiers/fumiers sur les champs :

• Réduction notable des odeurs versus l’épandage des lisiers bruts, car la biométhanisation dégrade les composés volatils responsables des odeurs
• Réduction des émissions à l’atmosphère de NH₃, un gaz nocif.
• Assimilation par les plantes facilitée. En effet, le digestat, riche en éléments fertilisants (N, K, P) minéralisés similaires à ceux du fumier, sert à la fois d’amendement de sol et d’engrais adapté.
• Réduction importante des bactéries, virus et pathogènes dans le digestat versus le lisier. Cette réduction est encore plus importante en conditions thermophiles (55-60 °C) que mésophiles (35-40°C)

Le lactosérum constitue un excellent substrat pour la méthanisation, si l’on considère uniquement son potentiel méthanogène. En effet, il a une forte teneur en matière organique, et par conséquent une demande chimique en oxygène (DCO) élevée. Il représente donc une excellente source de nourriture pour les bactéries. Cependant, le lactosérum doit être préférablement co-digéré, avec d’autres intrants comme des lisiers, car la digestion de celui-ci seul est instable. En effet, puisque le lactosérum n’a qu’un faible pouvoir tampon, si digéré seul, le pH pourrait chuter drastiquement, inhibant l’activité des bactéries méthanogènes.

Parmi les intrants ayant un fort potentiel méthanogène se trouvent les graisses, les pâtes et pains et les huiles. Les déchets de boulangerie ont un excellent pouvoir méthanogène, car ils sont riches en matière organique, et plus spécifiquement en graisses, qui sont des composants particulièrement aptes à être transformés en méthane lors de la méthanisation.

S’agissant des boues issues des stations d’épuration, celles provenant d’un traitement primaire contiennent davantage de carbone que celles issues d’un traitement secondaire. En effet, dans le cadre du traitement biologique, une partie du carbone est déjà dégradée par les bactéries, ce qui réduit sa présence dans les boues secondaires.

En résumé, un approvisionnement maîtrisé et un bon équilibre entre les différents intrants conditionneront la performance du digesteur. Il est essentiel de disposer d’un système efficace de gestion des intrants, incluant un réservoir de réception destiné à mélanger et homogénéiser le substrat avant son introduction dans le digesteur.

De plus, il est primordial de connaître précisément la nature de ses intrants afin d’établir la meilleure recette d’intrants pour s’assurer que les équilibres biologiques nécessaires à la digestion anaérobie soient respectés:

• Pourcentage de matières sèches (% MS)
• Pourcentage de matière volatile totale (% MVT)
• La concentration en azote Kjeldahl
• La concentration en DCO (demande chimique en oxygène)
• Et bien sûr le potentiel méthanogène de chaque intrant

La filière de la biométhanisation de la matière organique en vue de produire du biogaz est encore toute jeune au Québec. Toutefois, avec l’objectif d’Énergir d’atteindre la norme de 10% d’injection de GNR (Gaz Naturel Renouvelable) dans son réseau en 2030, il y a un fort engouement présentement pour de nouveaux projets de biométhanisation au Québec. Il s’agit donc d’une expertise en voie de développement tant au niveau de la conception, de la construction des usines de biométhanisation que de l’opération.

Chez AQUASAN, nous comprenons et connaissons les défis de cette nouvelle industrie et sommes là pour vous assister que ce soit pour le choix du polymère dans l’étape de déshydratation du digestat, de la gestion de la mousse ou encore le besoin en micronutriments pour booster la biomasse responsable de la digestion anaérobie.

¹ Définition Normo Mètre Cube : https://fr.wikipedia.org/wiki/Normo_m%C3%A8tre_cube

Sources :

• https://biogasworld.com/biogas-calculations/
• Formation Biogas et Compost 101 donnée par Enviro-Compétences Hiver 2024
• Présentations du Forum du GNR avril 2024
• https://solagro.org/images/imagesCK/files/publications/2023/2022_Rapport_Record.pdf
• https://www.iea.org/reports/outlook-for-biogas-and-biomethane/assessing-the-sustainable-potential-and-cost-of-feedstocks-for-biogas-and-biomethane
• https://www.arvalis.fr/infos-techniques/quel-est-le-potentiel-methanogene-des-couverts-vegetaux
• https://www.mapaq.gouv.qc.ca/sitecollectiondocuments/agroenvironnement/1457_rapport.pdf p64 figure 16
• https://ville.montreal.qc.ca/pls/portal/docs/PAGE/RES_AGGLO_GMR_FR/MEDIA/DOCUMENTS/ETUDE_POTENTIEL_MATIRES_ORGANIQUES.PDF
• https://methasynergie.fr/wp-content/uploads/2020/05/Guide_m%C3%A9thanisation_industrie-agroalimentaire.ORDIF_Avril-2016-1.pdf