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L’utilisation du biogaz comme alternative aux énergies fossiles est-elle bénéfique pour l’environnement ?

Cadre, focus et mise au point :

Introduction et contexte global: Cadre focus et mise au point :

Dans un contexte global où le monde voit ses énergies fossiles consommées bien plus rapidement que ce qu’elles sont produites, une transition vers des énergies alternatives pour substituer ces énergies d’origine fossile est importante.
La transition énergétique vers des énergies renouvelables est un enjeu prioritaire pour le maintien de l’ensemble des activités industrielles mondiales et pour que ces dernières s'inscrivent dans une démarche de développement durable. C’est à dire un “développement qui répond aux besoins du présent sans compromettre la capacité des générations futures de répondre aux leurs” (Rapport Brundtland de l’ONU, 1987)
On connaît les énergies renouvelables telles que l’éolien, le solaire ou le géothermique, mais nous allons ici nous intéresser aux biocarburants, c’est à dire des énergies d’origine organique obtenues à partir de la valorisation de biomasse, destinée à complémenter ou substituer les énergies fossiles.

Qu’est-ce que le biogaz ? :

Le biogaz est le résultat de la digestion anaérobie des matières organiques. Le gaz combustible produit est utilisé afin de produire de l'électricité, de la chaleur ou du biocarburant. Il est issu de la valorisation de sous-produits de l’industrie agro-alimentaire, boues des stations d’épurations (STEP), lisiers, animaux ou déchets agricoles par un processus de méthanisation industrielle.
La méthanisation est un processus naturel de dégradation biologique de la matière organique dans un milieu sans oxygène due à l’action de multiples micro-organismes (bactéries). Elle peut avoir lieu naturellement dans certains milieux tels que les marais ou peut être mise en œuvre volontairement dans des unités dédiées grâce à un équipement industriel appelé « méthaniseur ».

Composition du biogaz :

Le biogaz est principalement composé de : méthane (entre 50 et 70 %) ; de gaz carbonique, et vapeur d’eau. (Rapport INERIS 2009 ; Zdanevitch I. et Collet S.)

Essor de débats et controverses et Hypothèses entourant le sujet :

Questionnements sur les fuites liées au matériel et à leur maintenance. Les fuites de gaz des méthaniseurs qui contiennent des gaz à effet de serre de par leur composition.
Les digestats utilisés par la suite dans les cultures sont ils à l’origine d’un appauvrissement du sol ?
Les éléments composant le digestat utilisé sont-ils à l’origine d’une perte de biodiversité parmi les organismes du sol (vers, etc …) ?

Publiée il y a plus de 5 ans par M. Prat.
Dernière modification il y a plus de 5 ans.

2 améliorations du cadre sont en compétition

Schéma du processus de méthanisation
Source : Artaim Conseil

La synthèse :

Introduction

Le contexte environnemental du 21ème siècle met en jeu un changement climatique impactant la planète entière. Le rôle de l’humain dans cette dynamique est la cause principale de ce changement. Parmi les activités humaines responsables du changement climatique et génératrices de gaz à effet de serre, on peut citer notamment la déforestation, l’industrialisation, les transports et l’agriculture intensive.

L’essor des énergies renouvelables, alternatives aux énergies fossiles, est un enjeu majeur pour les besoins énergétiques futurs. Parmi les plus connues on peut citer l’éolien, le photovoltaïque, le géothermique. Mais il existe une autre source d'énergie aux usages multiples qui présente un essor important ces dernières années : les biogaz.

Le biogaz est issu du processus de méthanisation, se produisant aussi de manière naturelle dans les marais notamment, et réalisé dans des unités industrielles dans lesquels des intrants, d’origines organiques, sont stockés pour subir un processus de dégradation biologique qui va produire du biogaz. Ce dernier est ensuite “piégé” afin d'être exploité par la suite, notamment pour produire de l’énergie.
Les déchets organiques [10] [3] (ou « intrants ») préalablement triés, sont brassés et chauffés à température constante et sur une durée définie dans une enceinte privée d’oxygène. La digestion des matières organiques produit un gaz appelé biogaz ainsi qu’un résidu plus ou moins pâteux appelé digestat. Le digestat est ensuite revalorisé comme engrais agricole, il peut aussi être valorisé comme méthacompost avec l’ajout d’une part de tourbe [12].
Le gaz produit dans les unités de méthanisation est composé principalement de méthane (CH4) de 50 à 70%, de dioxyde de carbone (CO2) de 20 à 50% et autres (NH3, N2, H2S). C’est le méthane contenu dans le biogaz qui lui octroie ses vertus énergétiques. C’est après un dernier procédé, spécifique à l’usage prévu, que le gaz est utilisé sous diverses formes : Production d’électricité, de gaz ménagers, de carburant pour les transports [15].

Mais ces procédés en plein essor présentent des opportunités intéressantes pour l’avenir de la production énergétique, sont aussi au cœur de questionnements sur leur réels impacts environnementaux lorsque tous les paramètres sont pris en compte.
On se demandera alors : le biogaz comme alternative aux énergies fossiles est-il réellement bénéfique pour l’environnement ?

Cœur de la synthèse

Le biogaz est une perspective intéressante pour remplacer certaines pratiques polluantes dans la plupart des régions du monde. Un des exemples marquants vient d’Inde, où la méthanisation serait une bonne alternative au brûlage des chaumes issues de l’agriculture. Cette technique, pratiquée dans le pays afin d’éliminer les déchets issus des cultures, présente un impact environnemental fort que ce soit dans sa production de gaz à effet de serre ou sur la santé des populations respirant les gaz toxiques qui s’échappent des fumées. Des estimations réalisées ont permis d’une part de dégager les coûts environnementaux ainsi qu'économiques du brûlage des chaumes, dégageant ainsi des impacts négatifs forts liés à ces activités.
L’implantation d'usines de méthanisation à proximité des exploitations agricoles dans ces régions serait une véritable alternative au brûlage ou au stockage des déchets agricoles, permettant ainsi de préserver la santé des populations concernées ainsi que l’économie liée aux soins que peuvent engendrer des complications liées à la respiration de ces productions de gaz [1].
Il en est de même dans des pays comme l’Iran où cette valorisation des déchets permettrait de réduire la dépendance nationale aux énergies fossiles ainsi qu’aux engrais chimiques grâce à l’obtention d’énergie et d’un fertilisant naturel. Cela permettrait un développement plus durable et d'accroître l’autonomie de ces territoires isolés en énergie grâce aux économies réalisées. Dans le cas présent on note un aspect positif à l’utilisation des déchets organiques qui étaient autrefois inutilisés ou bien utilisés sans traitement. Ces utilisations avaient de graves répercussions sur la santé des populations à cause de la présence de pathogènes [9] [16].
Cette alternative peut aussi être applicable à petite échelle afin de recycler les déchets provenant de cuisines, restaurants ou cafétérias. Un système de recyclage de ces déchets (matière organique dont cellulose, aliments, etc) pour alimenter un immeuble entier en électricité a été prouvé efficace, et permettrait à la fois de réduire les déchets ménagers relargués ou brûlés, et également de produire de l’électricité à partir de matière première gratuite pour tout l’immeuble [14]. Ce genre de système peu coûteux et rentabilisé sur quelques années seulement pourrait parfaitement convenir aux immeubles des zones urbaines des pays en voie de développement par exemple.
En effet, cette méthode de production de biogaz permet de valoriser des déchets qui peuvent donc économiser par exemple des trajets vers les décharges ou l'incinération, coûteux en énergie et assez polluants. Cela permettrait également d'éviter l'utilisation de bois dans les pays à faible revenu notamment en Afrique, et contribuer ainsi à la préservation des forêts.[4]

Pour des pays européens comme l’Allemagne, la filière biogaz est perçue comme une alternative permettant d’atteindre des objectifs dans la transition énergétique en cours, en ce qui concerne pour ce pays la sortie du nucléaire. L’Allemagne est un pays pionnier et leader dans l’exploitation du biogaz, et ne cesse d’implanter des unités de production.
Des recherches sont alors financées afin d’optimiser ces procédés, déterminer les intrants les plus productifs en biogaz ainsi que les protocoles à suivre pour optimiser au mieux la production de manière technique etc. Mais d’un autre côté, la volonté de déployer cette activité ouvre sur un problème venant avec cette politique : l’alimentation des méthaniseurs n’induit-elle pas un recul des territoires naturels au profit de cultures intensives pour alimenter les méthaniseurs ? Le rendement de méthanisation de fourrages comme le maïs étant particulièrement élevé, est-ce que ces plantations ne vont-t-elles pas nuire à outrance aux espaces naturels jusqu'ici préservés et pas nécessairement cultivés [3] ?
En effet, l’utilisation des terres agricoles pour les cultures destinées à la production de biogaz en Allemagne n'apparaît pas être une bonne alternative aux carburant fossiles en termes d’empreinte écologique, compte tenu de l’utilisation massive des pesticides, de la pollution du sol et des eaux, de l’eutrophisation des milieux marin ainsi que la perte de biodiversité induits par ces cultures intensives. De plus, l’accroissement exponentiel de la population humaine nécessite de plus en plus de cultures alimentaires. L’exploitation de sols cultivables pour l’implantation de cultures liées à la production de biogaz pourrait entrer en concurrence avec ce besoin de produire plus de denrées alimentaires [11].
Un des impacts écologiques les plus importants en termes de gaz à effets de serre dans la production des biogaz provient du transport des matières premières jusqu'aux usines, il est donc fortement recommandé de trouver des solutions pour réduire le kilométrage annuel.
De plus, le moyen de transport a un rôle important, les pipelines ont un impact moins grand que les camions, et les tracteurs agricoles sont les plus polluants. Améliorer le moyen de transporter les matières est donc également une solution efficace pour réduire l'impact environnemental de la production de biogaz [7].

Le biogaz en lui-même est source de questionnements, mais le sont également les déchets produits par sa transformation. Le digestat, qui est la fraction sortant des méthaniseurs une fois le processus terminé, est utilisé comme engrais en agriculture et peut etre épandu dans les champs [9].
Une des inquiétudes associée à ces pratiques est l’innocuité de ces substances fertilisantes. En effet, certaines recherches pointent du doigt la charge bactérienne pathogène pouvant être présente dans le digestat.
Les différents processus de méthanisation sont caractérisés par la température appliquée aux intrants et à la durée du processus. Certaines techniques comme la méthanisation mésophile ne dégradent pas totalement les germes pathogènes qui sont alors relâchés dans l’environnement, pouvant ainsi polluer les nappes phréatiques [6].

Le biogaz peut être utilisé pour la production de chaleur et d’électricité, mais peut également être utilisé d’autres façons : en carburant pour les transports par exemple, ou encore transformé en PHA pour la production de plastique biodégradable. Plusieurs articles ont comparé ces produits transformés du biogaz, et si l’utilisation du biogaz est globalement plus bénéfique à l’environnement que celle des carburants fossiles, l’utilisation la plus valorisante du biogaz reste celle de la production de chaleur/électricité. Dans le domaine des transports notamment, il serait préférable de transformer le biogaz en électricité afin de recharger des voitures électriques plutôt que de le convertir directement en carburant[13]. Il en va de même pour la production de plastique biodégradable : il est préférable d’utiliser le biogaz pour générer l’électricité nécessaire à l’usine de recyclage plutôt que de produire directement du plastique biodégradable à partir du biogaz [2].

De façon générale, les biogaz sont une source d’énergie renouvelable et participent à la réduction d'émissions de CO2, CH4, et N2O.
Cependant, les gaz produits qui restent à surveiller et pour lesquels il faut prendre des mesures spéciales sont le méthane et le protoxyde d'azote. Les bilans d'émission de ces deux composés ne sont que très peu liés à la combustion des biogaz, mais plutôt aux émissions produites pendant l'entrepôt des différents composés depuis la matière première jusqu'au digestat.
De plus, les installations de stockage devraient être systématiquement fermées afin d'éviter les émissions incontrôlées de méthane, ammoniac, et oxydes d'azote dans l'atmosphère qui sont importantes si les installations sont ouvertes.[4][5]

Conclusion et ouverture

Les énergies renouvelables sont aujourd’hui un des champs majeurs à l’étude pour minimiser l’impact de l’homme sur le climat. Le biogaz fait bien partie de ces énergies qui présentent un potentiel intéressant dans la dynamique de transition énergétique à initier pour répondre à l’urgence climatique.

Au niveau national, les unités de méthanisation sont génératrices d’un bon nombre d’énergies utiles aux sociétés (électricité, carburants et chauffages). L’installation d’unités de méthanisation à taille humaine dans des pays où la production de déchets agricoles ou ménagers est importante permet à ces derniers de produire une énergie nécessaire aux activités locales en limitant l’impact environnemental et sanitaire du stockage et de l’élimination des déchets agricoles et ménagers. L’utilisation du biogaz afin de compenser certains besoins énergétiques liés aux transports semble aussi un aspect positif de la pratique.

Les principaux problèmes pointés du doigt sont liés à la maîtrise des procédés. Beaucoup de recherches en cours se concentrent sur l'amélioration du biogaz pour augmenter sa concentration en méthane [8]. La méthanisation fait partie des énergies nouvelles à fort potentiel, il est nécessaire d’arriver à maîtriser correctement sa production. De plus, il n’y a pas encore le recul nécessaire pour estimer l’impact des déchets générés par ce processus, lors de leur retour à la terre ces déchets peuvent être l’objet de questionnements quant à leur innocuité. La volonté de produire plus de biogaz peut engendrer la surproduction de certaines ressources comme le maïs au dépend des terres cultivables qui pourraient servir à nourrir les populations.
Enfin les questionnements liés à l’aspect social, et l’acceptabilité de ces usines qui font partie du paysage est à prendre en compte dans les débats.
De plus, l’implantation de méthaniseurs ainsi que leur mise en marche requiert de gros investissements en termes d’argent et de temps, ce qui peut freiner le développement de leur utilisation à grande échelle. La méthode de choix pour la production et l’utilisation de biogaz serait donc l’emploi de systèmes de conversion des déchets en énergie, à l’échelle locale, ce qui constituerait la meilleure alternative aux combustibles fossiles.

Publiée il y a plus de 5 ans par S. Marquine et collaborateurs..
Dernière modification il y a plus de 5 ans.

2 synthèses sont en compétition

Cette synthèse se base sur 16 références.

L’utilisation du biogaz comme alternative aux énergies fossiles est-elle bénéfique pour l’environnement ?
Oui ou Non ?

[1] Le biogaz comme alternative au brulage des chaumes en Inde.

Article - 2020 - Biomass Conversion and Biorefinery
Biogas as an alternative to stubble burning in India
Preseela Satpathy, Chinmay Pradhan

Introduction à l'article

En Inde la production agricole génère chaque année des quantités importantes de chaumes (résidus organiques résultant de la récolte des céréales). Ces déchets sont alors brulés pour être éliminé, mais cette pratique est au cœur de réflexions car elle présente un impact environnemental fortement négatif. On estime que le brulage d'une tonne de déchets issus de la récolte du riz relâche des gaz à effets de serre dont l'impact sur le changement climatique est documenté.
Une alternative à cela serait la mise en place progressive des procédés de méthanisation dans le pays afin de valoriser ces déchets d'une manière plus saine pour les populations, et qui plus est permettrait de réduire son impact environnemental.
La méthanisation est le procédé permettant la production de biogaz, ce dernier a de multiples utilités comme la production d'électricité, utilisation comme gaz domestique ou carburant pour les transports après transformation.

Expériences de l'article

L'article propose une analyse bibliographique axée sur les impacts économiques du brulage en Inde dans un premier temps.
L'analyse vise à recueillir des données sur l'impact environnemental et économique de ces pratiques. Notamment en ce qui concerne la quantité de gaz à effet de serre relargués et les conséquences sur la santé des populations locales.
Les analyses économiques et scientifiques rapportées sont assurées par des organismes de recherches nationaux.

Résultats de l'article

Les analyses économiques rapportées, issues de l'Académie nationale des sciences agricoles rapporte les pertes économiques liées au brulage de chaume. Dans le nord-ouest de l'Inde cela représente près de 9,2 milliards de tonnes d'équivalent C, soit 1,4 × 10⁵ tonnes de N ce qui représente un équivalent de 2 milliards de roupies chaque année.
Dans cette même zone l'Institut international de recherche sur les politiques alimentaires (IFPRI) a estimé que les impacts économiques et sanitaires découlant du brûlage des chaumes dans les régions du Punjab, Haryana et de Delhi coûtent environ 35 milliards de dollars par an afin de palier aux problèmes sanitaires liés à ces pratiques.
Outre l'aspect économique c'est l'impact environnemental du brulage qui est à souligner puisqu'en effet on estime que le brulage d'une tonne de déchets issus de la récolte du riz relâche 13 kg de particules, 60 kg de CO, 1460 kg de CO2, 3,5 kg de NOx, 0,2 kg de SO2.

Rigueur de l'article

Cette référence est issue d'une publication vérifiée, les informations qui en sont tirées sont fiables et pertinentes.

Ce que cet article apporte au débat

Cette étude montre un aspect positif des énergies comme le biogaz, notamment dans le cadre de transitions énergétiques et valorisation des déchets dans des pays en recherche de développement. Ceci permettrait à ces derniers de valoriser leurs déchets issus de la forte production agricole.
Habitué à pratiquer le brulage afin d'éliminer ces déchets ou alors de les stocker sans réels objectifs futurs, la méthanisation est une bonne solution pour une valorisation.
Les résultats des études antérieures montrant l'impact écologique du brulage, motivent les instances gouvernementales à considérer sérieusement cette source énergétique.
Le biogaz est donc une source d'énergie intéressante pour une application dans des pays en développement et à forte production agricole comme peut l'être l'Inde. Pour le moment les programmes se focalisent sur des exploitations de taille moindre afin d'initier les programmes en espérant qu'à l'avenir le pays puisse déployer plus largement ces alternatives.

Publiée il y a plus de 5 ans par M. Prat.
Dernière modification il y a plus de 5 ans.