Méthanisation
364658
31435969
2008-07-09T13:27:51Z
Ir4ubot
296177
transition du param 2 vers le param date du modèle:à sourcer
{{à sourcer|date=date inconnue}}
La '''méthanisation''' est le processus naturel biologique de dégradation de la [[matière organique]] en absence d'oxygène. Il se retrouve dans les sédiments, les marais, les rizières, ainsi que dans le tractus digestif de certains animaux (termites, ruminants,…). La matière organique dégradée se retrouve principalement sous la forme de [[biogaz]] (à plus de 90%). Le reste est utilisé pour la croissance et la maintenance des micro-organismes.
La méthanisation joue un rôle important dans le [[cycle du carbone]] et pourrait contribuer aux [[modifications climatiques]]. Les grandes quantités de méthane présentes sous forme d'[[hydrate de méthane]] dans les [[pergélisol]]s et dans les [[sédiment]]s marins, pourraient si elles étaient relarguées brutalement accélérer le réchauffement climatique.
La « méthanisation », processus naturel, ne doit pas être confondue avec la « [[méthanation]] », [[procédé]] industriel de conversion catalytique de l’[[hydrogène]] et du [[monoxyde de carbone]] en [[méthane]].
==Processus biologique==
La méthanisation est assurée grâce à l’action concertée de [[microorganismes]] appartenant à différentes [[populations]] microbiennes en interaction constituant un réseau [[trophique]]. On distingue classiquement trois phases successives<ref>Moletta R. 1993. ''La digestion anaérobie : du plus petit au plus grand''. Biofutur.</ref> :
* L'[[hydrolyse]] et l’[[acidogénèse]]
* L’[[acétogenèse]]
* La [[méthanogenèse]]
[[Image:Méthanogenèse.jpg| Schéma de la chaîne trophique de la méthanogenèse et ses différentes étapes |440px|right]]
===L'hydrolyse et l’acidogenèse===
La matière organique complexe est tout d'abord '''hydrolysée''' en substances simples. La décomposition est réalisée par des enzymes exocellulaires et peut devenir l'étape limitante dans le cas de composés difficilement hydrolysables tels que la cellulose, l'amidon ou les graisses. Ensuite, ces substrats sont utilisés lors de l'étape d''''acidogenèse''' par les espèces dites acidogènes, qui vont produire des alcools et des acides organiques, ainsi que de l'[[hydrogène]] et du [[dioxyde de carbone]].
===L’acétogenèse===
L'étape d''''acétogenèse''' permet la transformation des divers composés issus de la phase précédente en précurseurs directs du méthane : l’[[acétate]], le dioxyde de carbone et l’[[hydrogène]]. On distingue deux groupes de bactéries acétogènes:
* Les '''bactéries productrices obligées d’hydrogène''', anaérobies strictes, également appelées OHPA (« Obligate Hydrogen Producing Acetogens »). Elles sont capables de produire de l’acétate et de l’H<sub>2</sub> à partir des métabolites réduits issus de l’acidogenèse tels que le propionate et le butyrate. L’accumulation d’hydrogène conduit à l’arrêt de l’acétogenèse par les bactéries OHPA. Ceci implique la nécessité d’une élimination constante de l’hydrogène produit. Cette élimination peut être réalisée grâce à l’association syntrophique de ces bactéries avec des microorganismes hydrogénotrophes.
*Les '''bactéries acétogènes non syntrophes''' dont le métabolisme est majoritairement orienté vers la production d’acétate. Elles se développent dans les milieux riches en dioxyde de carbone. Les bactéries « homo-acétogènes » font partie de ce groupe, elles utilisent l’hydrogène et le dioxyde de carbone pour produire de l'acétate. Elles ne semblent pas entrer en compétition pour l’hydrogène avec les '' [[Archaea]] '' méthanogènes hydrogénotrophes et sont présentes en quantité beaucoup plus faible dans les biotopes anaérobies.
===La méthanogenèse===
{{Article détaillé|Archaea méthanogènes}}
La '''méthanogenèse''' est assurée par des micro-organismes anaérobies stricts qui appartiennent au domaine des '' [[Archaea]] ''. Cette dernière étape aboutit à la production de [[méthane]]. Elle est réalisée par deux voies possibles : l'une à partir de l'hydrogène et du [[dioxyde de carbone]] par les espèces dites '''hydrogénotrophes''', et l'autre à partir de l'acétate par les espèces '''acétotrophes'''. Leur taux de croissance est plus faible que celui des [[bactéries]] acidogènes.
CO<sub>2</sub> + 4 H<sub>2</sub> → CH<sub>4</sub> + 2H<sub>2</sub>O
CH<sub>3</sub>COOH → CH<sub>4</sub> + CO<sub>2</sub>
==Conditions physico-chimiques==
La méthanisation est un processus biologique complexe qui nécessite la mise en place de certaines conditions physico-chimiques pour lesquelles la réaction biologique est optimisée. Les '' [[Archaea]] '' méthanogènes sont des organismes [[anaérobie]]s stricts. Elles se développent de façon satisfaisante lorsque le [[potentiel d'oxydo-réduction]] par rapport à l'électrode normale à l'hydrogène (Eh) du milieu est très bas (-300 mV). La méthanisation a généralement lieu en régime mésophile (30-40°C) ou thermophile (45-60°C), dans une gamme de pH comprise entre 6 et 8 avec un optimum entre 6,5 et 7,2. Les '' Archaea '' méthanogènes ont des besoins en oligo-éléments particuliers comme le [[fer]], le [[molybdène]], le [[nickel]], le [[magnésium]], le [[cobalt]], le [[cuivre]], le [[tungstène]] et le [[sélénium]]. La [[pression partielle]] d'hydrogène doit rester en dessous de 10<sup>-4</sup> bar en phase gazeuse.
== Méthanisation et dépollution ==
La méthanisation, en tant que [[bioprocédé]], peut être mise en œuvre dans un [[digesteur]], pour dépolluer des rejets chargés en [[matière organique]] tout en produisant de l'énergie sous forme de méthane. La méthanisation permet de traiter des rejets aussi divers que les eaux usées, les boues de stations d’épuration, les déjections animales, les déchets de l’industrie agro-alimentaires, les ordures ménagères, les déchets agricoles, etc.
La méthanisation avec valorisation du [[biogaz]] produit (production d'énergie thermique et/ou électrique par combustion du méthane) a toute sa place parmi l'ensemble des diverses solutions de production d'[[énergie renouvelable]] en permettant d'atteindre deux objectifs complémentaires : produire de l’énergie tout en réduisant la charge polluante des déchets et des effluents organiques et également, selon la nature du produit de départ, produire un [[digestat]] stabilisé utilisable comme [[fertilisant]] ou [[amendement (agriculture)|amendement]] organique.
Aujourd’hui les principales applications industrielles bénéficiant des apports de la méthanisation pour le traitement de leurs rejets sont identifiées par l’Agence gouvernementale De l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie ([[ADEME]]) comme étant : la digestion agricole (déjections animales), la digestion des déchets solides ménagers et assimilés (biodéchets), la digestion des [[boues d'épuration]] urbaines et la digestion des effluents industriels. Concernant ce dernier domaine d’application, la méthanisation est un traitement très compétitif par rapport à l’[[Épuration des eaux|épuration]] aérobie. Elle est appliquée principalement pour traiter les effluents des industries [[agroalimentaire]]s fortement chargés et les effluents de la [[fermentation]] (75% des digesteurs à forte charge en opération en 2006).
L'utilisation du méthane, produit à partir de la méthanisation des boues de station d'épuration, pour le fonctionnement des bus urbains connaît un essor important dans certaine ville de France comme [[Lille]]. L'amélioration et la réduction des coûts des techniques de séparation membranaires des gaz devraient permettre d'envisager la possibilité d'une purification du biogaz sur le site de production.
===Méthanisation d'effluents liquides===
La méthanisation permet de traiter les effluents liquides, même lorsqu'ils sont chargés en matière en suspension. C'est par exemple le cas des effluents d'élevage ([[lisier]]s), et des [[boues d'épuration]] (souvent des boues mixtes qui rassemblent les boues primaires et les boues biologiques). La méthanisation est également largement appliquée aux traitement des effluents agro-alimentaires<ref>Bernet, N., Paul, E. 2006 Application of biological treatment systems for food-processing wastewaters. Dans ''Advanced Biological Treatment Processes for Industrial Wastewaters'', F. Cervantes, S. Pavlostathis, and A. van Haandel (ed.), IWA Publishing, London, 237-262.</ref>. Ces matières de base dont on dispose en général de façon régulière peuvent être complétées de divers déchets organiques, et en particulier de graisses dont le pouvoir méthanogène est fort (issues par exemple d'abattoirs, ou du prétraitement des stations d'épuration). L'état liquide du mélange permet un brassage pour obtenir une bonne homogénéité de la matière et de la température.
La méthanisation des effluents s'est appuyée sur le développement des procédés granulaires (UASB, EGSB) dans lesquels la biomasse anaérobie est structuré en aggrégats très denses, les granules <ref>Lettinga, G. 1995. Anaerobic digestion and wastewater treatment systems. Antonie van Leeuwenhoek, 67, 3-28.</ref>.
===Méthanisation des déchets solides===
La méthanisation des déchets solides s'applique à la plupart des déchets organiques :
*Municipaux : déchets alimentaires, journaux, emballages, textiles, déchets verts, sous-produits de l'assainissement urbain ;
*Industriels : boues des industries agroalimentaires, déchets de transformation des industries végétales et animales, fraction fermentescible des [[Déchet industriel banal|déchets industriels banals (DIB)]] ;
*Agricoles : déjections d'animaux, substrats végétaux solides.
On parle généralement de méthanisation solide (assimilée à digestion en milieu sec) lorsque les déchets à digérer ont un taux de matière sèche au dessus de 15-20%. Les avantages d'un tel process comparés à celui, traditionnel, du traitement en milieu liquide sont par exemple le gain de place, la facilité de traitement du digestat produit, l'économie d'eau et l'économie en terme de chauffage (si besoin est) grâce à la réduction du volumes des digesteurs.
Depuis une trentaine d’années, les installations industrielles traitant ce type de déchet ont montré leur rentabilité économique. Selon leur provenance, les déchets peuvent subir un prétraitement tel que : séparation, triage, réduction de la taille par broyage, criblage par la taille ou pasteurisation.
Fin 2002, 78 unités industrielles de méthanisation de déchets ménagers et assimilés étaient en service en Europe pour une capacité de traitement de 2,3 millions de tonnes de déchets par an. Les nouvelles capacités installées en 2002 s'élèvent à 813.000 tonnes/an.
La France a été le premier pays à se lancer dans la méthanisation des déchets ménagers en 1988 à Amiens, et compte depuis 2002 une unité supplémentaire à Varennes-Jarcy (Essonne). Un à deux projets devraient se concrétiser en Seine Saint Denis.
Le « [[digestat]] » sortant du digesteur ou réacteur est un déchet traité et stabilisé. L'amendement organique de ce résidu issu de la méthanisation de déchets fermentescibles est de bonne qualité et peut être utilisé pour des cultures alimentaires ou non alimentaires comme les espaces verts selon la réglementation, la nature des produits traités et les analyses de ce digestat.
== Notes ==
<references />
== Voir aussi ==
===Articles connexes===
* [[Digestion anaérobique]]
* [[Epuration des eaux]]
* [[:en:Sewage treatment]]
===Liens externes===
* [http://www.montpellier.inra.fr/narbonne/ Le Laboratoire de Biotechnologie de l'Environnement] : Laboratoire de l'[[INRA]]
* [http://canal-educatif.fr/010naskeo.htm Une application de la méthanisation de Volta pour créer une entreprise de dépollution (vidéo éducative sur le site du Canal Educatif à la Demande)]
* [http://www.methanisation.info Methanisation.info] : Site d'information sur la méthanisation
* [http://www.metheor.org Metheor.org] : Association pour la promotion de la méthanisation écologique des déchets ménagers
{{Gestion des déchets}}
{{Portail|énergie|environnement}}
[[Catégorie:Biomasse]]
[[Catégorie:Gestion des déchets]]
[[de:Methanbildung]]
[[en:Methanogenesis]]
[[es:Metanogénesis]]
[[it:Metanogenesi]]
[[ja:メタン生成経路]]
[[pt:Metanogênese]]
[[ru:Метаногенез]]
[[zh:產甲烷作用]]