GUIDE METHODOLOGIQUE POUR LE SUIVI DUNE INSTALLATION DE
METHANISATION
Rapport final
Juillet 2009
Etude ralise pour le compte de lADEME par lAPESA et BIOMASSE
NORMANDIE
Coordination technique : Guillaume BASTIDE Dpartement Gestion
Optimise des Dchets Direction Dchets et Sols ADEME Angers
Guide mthodologique pour le suivi dune installation de
mthanisation 26/11/2009
ADEME 2/55
Toute reprsentation ou reproduction intgrale ou partielle faite
sans le consentement de lauteur ou de ses ayants droit ou ayants
cause est illicite selon le Code de la proprit intellectuelle (art.
L 122-4) et constitue une contrefaon rprime par le Code pnal.
Seules sont autorises (art. 122-5) les copies ou reproductions
strictement rserves lusage priv de copiste et non destines une
utilisation collective, ainsi que les analyses et courtes citations
justifies par la caractre critique, pdagogique ou dinformation de
luvre laquelle elles sont incorpores, sous rserve, toutefois, du
respect des dispositions des articles L 122-10 L 122-12 du mme
Code, relatives la reproduction par reprographie. LADEME en bref
L'Agence de l'Environnement et de la Matrise de l'Energie (ADEME)
est un tablissement public sous la tutelle conjointe du ministre de
l'Ecologie, de l'Energie, du Dveloppement durable et de la Mer et
du ministre de lEnseignement Suprieur et de la Recherche. Elle
participe la mise en oeuvre des politiques publiques dans les
domaines de l'environnement, de l'nergie et du dveloppement
durable. Afin de leur permettre de progresser dans leur dmarche
environnementale, l'agence met disposition des entreprises, des
collectivits locales, des pouvoirs publics et du grand public, ses
capacits d'expertise et de conseil. Elle aide en outre au
financement de projets, de la recherche la mise en uvre et ce, dans
les domaines suivants : la gestion des dchets, la prservation des
sols, l'efficacit nergtique et les nergies renouvelables, la qualit
de l'air et la lutte contre le bruit. http://www.ademe.fr
Guide mthodologique pour le suivi dune installation de
mthanisation 26/11/2009
ADEME 3/55
Avant Propos Au regard des enjeux de production dnergie
renouvelable, de valorisation des dchets fermentescibles et, dans
un contexte agricole en pleine volution (diversification des
activits), la mthanisation agricole connat un nouvel essor au
niveau national.
Celle-ci a connu un fort dveloppement dans certains pays
europens sous limpulsion dune politique incitative, souvent au
travers dun prix dachat lev de llectricit. Cest le cas notamment en
Allemagne o une politique daide au dveloppement dunits
individuelles agricoles utilisant des cultures nergtiques a t
encourage. En France, o lon compte actuellement 11 installations
agricoles en service, la mthanisation la ferme pourrait suivre le
dveloppement constat dans les Pays de lEurope du Nord, le tarif
dachat de llectricit produite partir de biogaz constituant un
facteur dencouragement ; plus dune vingtaine de projets identifis
sont dailleurs en phase de dveloppement ou en construction. Il faut
galement souligner que 82 projets de mthanisation ont t retenus
dans le cadre du Plan de performance nergtique de lanne 2009.
Les performances de ces units sont un lment fondamental pour
valuer cette filire dans un contexte global de gestion des dchets
organiques et prenniser des solutions de mthanisation agricole
adaptes et performantes, tant dun point de vue conomique que
technico-pratique . Ainsi, la mise en place dune mthodologie de
suivi commune base sur des indicateurs pertinents de performance
doit permettre : De prvoir les quipements ncessaires au suivi ds la
construction des installations. De prparer lexploitant au suivi et
au pilotage de son installation. Dtablir les bilans de
fonctionnement et dinterprtation des performances. Dapporter des
solutions et/ou des pistes damlioration. Daider lexploitant dans la
conduite de lexploitation et dans lamlioration des performances
de production nergtique. Ce guide balaye les diffrents aspects
du suivi dune installation de mthanisation. Cependant, en
considrant les nombreuses situations possibles et les spcificits
lies certains procds, ce guide ne peut tre totalement exhaustif. Il
apporte une mthode globale, un savoir-faire en mtrologie et en
analyse de donnes exprimentales. Avertissement : chaque
installation de mthanisation dispose d'un fonctionnement propre li
aux substrats utiliss et au process mis en place par loprateur
industriel et/ou le constructeur. Ce guide sattache dcrire de la
manire la plus large possible les paramtres de suivi et les moyens
de mesure mettre en uvre. Il propose en outre une mthode pour la
mise en place dun suivi rationnel et adapt chaque situation. Il
faut cependant souligner que chaque situation de terrain peut avoir
ses propres spcificits qui demandent la mise en place dquipements
et/ou de protocoles adapts. Mme si ce guide se veut couvrir les
situations les plus larges possibles, il ne peut prtendre rpondre
de manire exhaustive toutes les situations pouvant se rencontrer
sur le terrain. Certaines adaptations/modifications pourront alors
se rvler ncessaires.
Guide mthodologique pour le suivi dune installation de
mthanisation 26/11/2009
ADEME 4/55
Sommaire
1
INTRODUCTION..............................................................................................................1
2 OBJECTIFS DU
SUIVI.....................................................................................................2
2.1 OBJECTIFS
RECHERCHES............................................................................................2
2.2 AVANTAGES ET
INCONVENIENTS..................................................................................3
2.3 DIFFERENTS NIVEAUX DE
SUIVI....................................................................................4
3 METHODOLOGIE DE
SUIVI............................................................................................7
3.1 ELEMENTS DE SUIVI PAR UNITE FONCTIONNELLE
.........................................................7
3.2 ORGANISATION DU SUIVI
...........................................................................................18
3.3 SPECIFICITES DE CHAQUE INSTALLATION
...................................................................22
3.4 SPECIFICITES SELON LE NIVEAU DE
SUIVI...................................................................23
4 BILANS DE
SUIVI..........................................................................................................26
4.1 BILAN
TECHNIQUE.....................................................................................................26
4.2 BILAN
ENERGETIQUE.................................................................................................30
4.3 BILAN
ENVIRONNEMENTAL.........................................................................................32
4.4 BILAN ECONOMIQUE
.................................................................................................34
5 FICHES PRATIQUES
....................................................................................................36
5.1 ECHANTILLONNAGE
..................................................................................................36
5.2 MESURE DE DENSITE
................................................................................................39
5.3 ANALYSES DE COMPOSITION
.....................................................................................40
5.4 INSTRUMENTATION
...................................................................................................41
5.5 FICHES DE SUIVI
.......................................................................................................43
5.6 TABLEUR DE CALCUL1
...............................................................................................48
5.7 FICHE
SYNTHESE......................................................................................................48
6 GLOSSAIRE
..................................................................................................................50
11 Pour ouvrir la pice jointe, depuis Adobe Reader, faire
document>pice jointe>ouvrir.
Guide mthodologique pour le suivi dune installation de
mthanisation 26/11/2009
ADEME 1/55
1 Introduction Le prsent guide vise fournir aux porteurs de
projets et autres organismes pouvant tre impliqus (Association
Technique, Chambre d'Agriculture, Bureau dtudes, ADEME), une
mthodologie commune de suivi des units de mthanisation. La
systmatisation et l'homognisation du suivi des units de
mthanisation sont importantes pour permettre le recueil des
performances relles de fonctionnement. Ces donnes permettront de
dresser le bilan annuel de fonctionnement d'une installation de
mthanisation, qu'elle soit individuelle ou collective. Cette mthode
devra galement pouvoir tre utilise pour tablir des bilans de
fonctionnement sur des priodes plus longues allant ventuellement
jusqu' la dure de vie de l'installation. Le suivi s'applique toutes
les phases du process (de la rception la valorisation des
sous-produits) et concerne les lments techniques et conomiques.
Plusieurs lments sont considrer dans ce suivi. Pour chacun deux,
des donnes sont recueillies et constituent la base de calcul des
bilans. Quatre catgories de bilan seront ainsi tablies :
Bilan technique Bilan nergtique Bilan conomique Bilan
environnemental
Ces bilans serviront l'laboration d'une "base de donnes" qui
permettra de comparer les installations entre elles et de faire des
bilans une chelle nationale. Le guide est ainsi dclin en 5 grandes
parties :
Objectifs du suivi : Quelles sont les informations recherches ?
Quels sont les avantages et les inconvnients ? Quel niveau de suivi
mettre en place ?
Mthodologie de suivi : Reprise des aspects fondamentaux connatre
avant de se lancer dans un suivi pour l'interprtation des bilans
notamment.
Bilans de suivi : Quels sont-ils ? Comment les tablir ?
Fiches pratiques : Prsentation pratique des techniques en vue
d'assister le porteur de projet dans la ralisation du suivi.
Glossaire : Explication des principaux termes techniques
utiliss.
Guide mthodologique pour le suivi dune installation de
mthanisation 26/11/2009
ADEME 2/55
2 Objectifs du suivi Cette partie vise dcrire les objectifs dun
suivi et les avantages que peut y trouver un exploitant/oprateur
dune installation de mthanisation le mettre en place. Les diffrents
niveaux de suivi envisageables sont galement prciss en fonction de
limplication de lexploitant dune part, et du niveau technique
(instrumentation et analyse) possible sur lunit de
traitement/valorisation, dautre part.
2.1 Objectifs recherchs La mise en place dun suivi de
fonctionnement dune installation de mthanisation peut rpondre
plusieurs objectifs et/ou obligations2:
Contrler le bon fonctionnement. Optimiser la production dnergie.
Rpondre aux exigences rglementaires (notamment ICPE). Calculer le
taux de valorisation nergtique. Participer un programme de
suivi.
Le suivi dune installation de mthanisation est indispensable son
bon fonctionnement. Habituellement, chaque oprateur et/ou
exploitant assure un minimum de suivi de certains paramtres,
notamment dans le cadre du contrle des quipements. La mise en place
dun suivi sur la base des recommandations formules dans ce guide va
permettre lexploitant : de disposer d'un protocole adapt sa propre
situation ;
d'assurer lenregistrement des paramtres ncessaires l'laboration
des bilans de fonctionnement.
Cette dmarche ncessite de rationaliser les diffrentes tapes de
fonctionnement du processus de mthanisation. Ainsi, chaque tape va
constituer une Unit Fonctionnelle pour laquelle diffrents paramtres
ncessaires au suivi seront identifis. Une unit fonctionnelle
constitue un ensemble de matriels et dactions relatifs une tape du
fonctionnement de linstallation de mthanisation. Ainsi, pour une
installation de mthanisation nous distinguerons 5 units
fonctionnelles :
Unit fonctionnelle 1 ou UF1 : Rception et transformation des
matires premires. Cette UF regroupe tous les paramtres relatifs aux
matires premires et aux procds de stockage/transformation mis en
place en amont de la digestion.
Unit fonctionnelle 2 ou UF2 : Digesteur. Cette UF comprend les
quipements de digestion et de stockage de biogaz. Cest ce niveau
que sont mesurs les performances de production de biogaz et les
rendements de biodgradation anarobie.
Unit fonctionnelle 3 ou UF3 : Valorisation nergtique. Cette UF
comprend lensemble
des quipements destins au traitement du biogaz et sa
valorisation nergtique ; y compris la vente dnergie un
oprateur.
Unit fonctionnelle 4 ou UF4 : Valorisation du digestat. Cette UF
comprend lensemble des
quipements destins au stockage, au post-traitement et la
valorisation du digestat.
Unit fonctionnelle 5 ou UF5 : Fonctionnement gnral (moyens
humain et matriel). Il sagit de regrouper ce niveau toutes les
oprations lies au fonctionnement gnral de linstallation.
2 La rglementation ICPE impose la mise en place denregistrements
de donnes et ltablissement de bilans de fonctionnement des
installations de traitement biologique de dchets. La plupart des
paramtres sont utiles au suivi de fonctionnement dune
installation.
Guide mthodologique pour le suivi dune installation de
mthanisation 26/11/2009
ADEME 3/55
Le schma suivant indique le principe de la structuration du
suivi en units fonctionnelles.
Schma de principe du suivi des diffrentes units
fonctionnelles
2.2 Avantages et inconvnients La mise en place dun suivi ne doit
pas tre considre comme une contrainte mais bien comme un moyen
permettant de garantir le bon fonctionnement et l'optimisation de
linstallation de mthanisation. Il sagit dune aide la conduite
dexploitation. Sans tre exhaustif, le tableau suivant prsente les
principaux avantages et inconvnients relatifs la mise en place dun
suivi.
Avantages Inconvnients
Connaissance et valuation des performances.
Contrle du rendement de production.
Optimisation de la valorisation nergtique.
Matrise de la vente dnergie.
Matrise des cots de fonctionnement.
Partage dexpriences sur la base dindicateurs communs.
Temps de suivi.
Budget dinstrumentation et danalyses.
Avec lvolution du nombre de nouvelles installations (notamment
au niveau agricole), on peut imaginer que les oprateurs vont mettre
en place progressivement un certain niveau de suivi. Lapplication
dune mme mthodologie de suivi permettra le partage dinformations
entre les sites de mthanisation. Les retours dexpriences pourront
alors tre bnfiques tous les acteurs de la filire. Lorganisation dun
systme de recueil des donnes issues des diffrents suivis reste
dfinir et tre mis en place par les structures comptentes.
UF1 : matire premire Quantit de substrats Composition
biochimique Potentiel CH4
UF2 : digesteur Temprature pH Composition biogaz Dbit
UF3: valorisation nergie Production lectrique Production
thermique Taux de valorisation Fonctionnement groupe
UF4: valorisation digestat Quantit digestat Composition
biochimique Post-traitement UF5: fonctionnement gnral
Moyen humain Autres moyens matriels Mto
Guide mthodologique pour le suivi dune installation de
mthanisation 26/11/2009
ADEME 4/55
2.3 Diffrents niveaux de suivi On dfinit trois niveaux de suivi
en fonction de la prcision souhaite. En effet, le suivi de
fonctionnement d'une unit de mthanisation peut tre plus ou moins
lourd mettre en uvre, notamment en termes de moyens humains, et
ncessite une instrumentation plus ou moins complexe et coteuse.
2.3.1 Suivi simplifi Le suivi simplifi est le premier niveau ;
il constitue la base d'un suivi lmentaire. Il est ralis partir d'un
ensemble minimum de paramtres qui permet d'assurer le suivi avec
des donnes exploitables et comparables avec d'autres sites. Les
paramtres relevs se rfrent essentiellement aux units fonctionnelles
UF1, UF3, UF4 et UF5. Ce type de suivi exige donc peu de moyens
humains et une instrumentation relativement restreinte, les outils
mtrologiques ncessaires correspondant ceux imposs par la
rglementation : compteur chaleur et compteur lectricit. Ces
paramtres permettront de raliser un bilan de fonctionnement
sommaire de l'installation mais seront insuffisants pour optimiser
son fonctionnement.
2.3.2 Suivi complet Il s'agit du second niveau de suivi. Il
complte le suivi simplifi en intgrant de nouveaux relevs. Le suivi
complet permet de raliser un bilan de fonctionnement approfondi de
l'installation. L'instrumentation mise en uvre est plus lourde et
exige des investissements supplmentaires, notamment en matire
d'outils mtrologiques. Il conviendra d'intgrer l'ensemble des
instruments au moment de la construction. Ce type de suivi sera
certainement largement utilis car il permet une "prise en main" de
l'installation et la ralisation d'un bilan prcis des performances,
sans ncessiter des moyens humains importants.
2.3.3 Suivi exprimental Le dernier niveau de suivi dit prcis ou
exprimental ncessite des moyens humains consquents ainsi qu'une
instrumentation spcifique, trs pousse, qui peut exiger une certaine
exprience.
Guide mthodologique pour le suivi dune installation de
mthanisation 26/11/2009
ADEME 5/55
2.3.4 Choix du type de suivi Le tableau suivant permet dapporter
une aide quant au choix du suivi de fonctionnement selon les
objectifs recherchs et les moyens mis en uvre, quun oprateur
pourrait mettre en place.
Moyens - Objectifs
Technique Peu ou pas dinstrumentation disponible Fonctionnement
de linstallation simplifi
Substrats dlicats (type lipides) Obligation damliorer les
rendements (contrat nergie) Problme technique rsoudre Exigences
rglementaires (sous-produits animaux, autorisation ICPE)
Recherche de loptimum des performances Programme de suivi
spcifique un paramtre (par exemple matrise de lH2S, performances
agronomiques du digestat)
Humain Peu de temps disponible Pas de comptences techniques Pas
de structure de soutien
Disponibilit dun oprateur pour respecter le protocole de suivi
(environ 20mn/jour jusqu quelques heures lors des oprations plus
lourdes de type chantillonnage de produits)
Disponibilit de loprateur Accompagnement du suivi par un centre
technique, un laboratoire, lingnieriste, le constructeur
Financier Moyens limits Budget disponible pour instrumenter
linstallation et pour des analyses externes
Programme dtude associ au suivi Budget disponible pour
instrumenter linstallation et pour des analyses externes
Suivi simplifi Suivi complet Suivi exprimental Type de suivi
Guide mthodologique pour le suivi dune installation de
mthanisation 26/11/2009
ADEME 6/55
RETOUR DEXPERIENCE SUR UN SUIVI DINSTALLATION DE METHANISATION
AGRICOLE : GAEC du Bois Joly - La Verrie (85) Denis Brosset
(agriculteur) L'installation de mthanisation met en uvre un procd
alimentation discontinue sur fumier de bovins et dchets de fruits
et lgumes. La digestion est ralise au sein de 4 digesteurs de type
silo-couloir fonctionnant en parallle. Un module de cognration
d'une puissance lectrique de 30 kW permet de valoriser le biogaz.
Le site dispose galement d'un mini rseau chaleur qui dessert une
habitation et les btiments dlevage. Ce site fait l'objet d'un suivi
exprimental sur une dure de 2 ans (2008-2010). Le suivi, financ par
l'ADEME, est ralis par deux bureaux d'tudes (APESA et Biomasse
Normandie) avec le concours de l'exploitant. Le suivi des diffrents
paramtres vous aide-t-il piloter votre installation ? L'ensemble
des paramtres relevs est effectivement utile l'exploitation
quotidienne et globale de l'installation. La dmarche employe m'a
galement permis de "prendre en main" plus facilement l'installation
au cours de la phase de dmarrage. En effet, le procd de
mthanisation en discontinu est peu reprsent en France et il existe
donc peu de rfrences techniques pouvant aider la prise de dcision.
Le suivi mis en place (de type exprimental) reprsente-t-il une
charge importante de travail ? Le suivi quotidien ralis dans le
cadre de l'tude finance par l'ADEME ncessite un investissement
humain d'environ 10 minutes par jour. Ce suivi est dclin en deux
tapes : un relev de terrain quotidien ralis partir des outils
mtrologiques mis en place dans le
cadre de l'tude ; une saisie informatique de l'ensemble des
relevs qui a lieu en moyenne une fois par mois. Le suivi terrain
est une tape, certes impose dans le cadre du programme dtude, mais
indispensable l'exploitation de l'unit. Ainsi, je ne considre pas
que cela constitue une charge de travail supplmentaire. Seule la
saisie informatique me semble plus contraignante en raison du
manque d'aisance vis--vis de l'outil informatique en tant que tel.
Enfin, le suivi impose quelques contraintes d'exploitation
supplmentaires comme par exemple la mesure unitaire de la
production de biogaz par digesteur. Grce au suivi avez-vous amlior
le fonctionnement (rendement) de votre installation ? Certains
indicateurs comme la composition du mlange entrant et la production
de biogaz associe, m'ont permis d'amliorer l'exploitation de mon
installation. Par exemple, au cours des diffrents chargements, je
me suis aperu que la quantit de fruits de lgumes est un facteur
limitant de la digestion, et une part trop importante dans le
mlange peut nuire la production de biogaz voire conduire une
inhibition totale de la raction de mthanisation.
Guide mthodologique pour le suivi dune installation de
mthanisation 26/11/2009
ADEME 7/55
3 Mthodologie de suivi Les objectifs de suivi dune installation
de mthanisation sont multiples. Afin den dgager les aspects
fondamentaux, il convient de : dfinir les lments de suivi considrs
par unit fonctionnelle ; rappeler les bases relatives
l'organisation du suivi :
- ralisation d'un protocole de suivi ; - moyens de mesure ; -
enregistrement des donnes ; - analyse des donnes ;
prsenter les spcificits de chaque installation : - connaissance
lmentaire ; - principales spcificits technologiques ;
considrer les particularits des diffrents niveaux de suivi. Le
schma ci-dessous reprend le principe de la mthodologie gnrale de
suivi. Cette mthodologie sera dcline pour chaque niveau de
suivi.
Schma de principe de la mise en place d'un suivi
3.1 Elments de suivi par Unit Fonctionnelle Dans ce chapitre, le
contenu du suivi est dtaill pour chaque unit fonctionnelle
composant une installation de mthanisation.
Elments de suivi
Centralisation
Instrumentation Analyses laboratoire
Fichiers d'enregistrement
Ralisation du bilan de fonctionnement annuel et pluriannuel
Indi
cate
urs
tech
niqu
es
Indi
cate
urs
ner
gti
ques
Indi
cate
urs
con
omiq
ues
Indi
cate
urs
envi
ronn
emen
taux
UF 5 UF 1 UF 2 UF 3
UF 4
Guide mthodologique pour le suivi dune installation de
mthanisation 26/11/2009
ADEME 8/55
3.1.1 UF1 - Rception et transformation des matires premires
Cette UF concerne toutes les tapes et actions lies la rception, au
stockage et au
prtraitement des matires premires qui vont entrer en
mthanisation. Les paramtres qui vont constituer le suivi de cette
UF comprennent :
Les volumes et les tonnages des diffrentes matires.
Les compositions biochimiques des substrats.
Les potentiels mthanognes des substrats.
3.1.1.1 Quantits de substrats traits La connaissance prcise des
quantits des diffrents substrats traits est indispensable aux
calculs des paramtres fonctionnels de linstallation et
ltablissement des bilans de fonctionnement. On peut identifier
diffrents niveaux dinformations collecter : Les quantits annuelles
de substrats traits (en tonne ou en m3 par an) : elles sont
gnralement
bien connues pour les effluents dlevage (bilan agronomique,
dossier de mise aux normes). Pour les substrats exognes
linstallation, il est ncessaire davoir des bordereaux des peses des
diffrents produits entrant sur linstallation ou de mettre en place
une mthode de mesure de ces produits.
Les quantits quotidiennes traites par linstallation : il sagit
de connatre de la manire la plus
prcise possible les quantits des diffrents substrats ou du
mlange traits sur linstallation. Lorsquil sagit de substrats
liquides (pompables), on mettra en place un systme de mesure des
dbits (dbitmtre, mesure de niveaux dans la fosse dintroduction,
autre systme talonn). Pour les substrats solides, on contrlera les
masses introduites (pesons, systme talonn de mesure dun
volume1).
Notons que pour obtenir des donnes fiables, il sera ncessaire de
mesurer la densit des diffrents produits (voir 5.2 Fiches
pratiques).
3.1.1.2 Composition des substrats traits Le contrle des matires
premires permet de vrifier la composition des substrats ainsi que
leur comportement en mthanisation. Ce contrle permet de connatre la
qualit des produits entrants (par voie de consquence la qualit et
linnocuit du digestat obtenu), dapprhender la composition
permettant ensuite de calculer les paramtres fonctionnels de
linstallation (teneur en matire sche, charge organique) et de
vrifier le niveau de production de biogaz. Sur la base dun
chantillonnage (voir 5.1 Fiches pratiques) reprsentatif de chaque
substrat, il sagit de faire raliser par un laboratoire comptent
diffrentes analyses. Ce suivi des matires premires a pour but : De
contrler la composition biochimique des produits entrants. Il sagit
de connatre les
paramtres suivants : Teneur en matire sche Teneur en matire
organique2 Teneur en azote total3 Teneur en azote ammoniacal1
1 Il peut sagir par exemple dtalonner le godet dun chargeur
tlescopique ou encore la benne dune remorque agricole. 2 Pour les
produits solides (MS>1%) la matire organique (MO) est
habituellement dterminer par une mesure de calcination 550C, on
parle alors de Matire Sche Volatile (MSV). Dans le cas de produits
organiques non souills pas des plastiques ou des composs organiques
de synthse, il est couramment admis que MSV = MO. 3 Azote et
phosphore sont des lments nutritionnels indispensables au bon
fonctionnement de la fermentation mthanique ; on retient gnralement
le ratio suivant : C/N/P = 1/30/150.
Guide mthodologique pour le suivi dune installation de
mthanisation 26/11/2009
ADEME 9/55
Teneur en phosphore4 Eventuellement, dautres paramtres peuvent
tre collects : les laboratoires proposent gnralement un menu
analytique pour dterminer les principaux paramtres de composition
biochimique dun chantillon organique. Tous ne sont pas ncessaires
pour le suivi oprationnel de linstallation mais ils permettent
davoir une bonne connaissance des produits organiques utiliss (voir
5.3 Fiches pratiques). De vrifier les critres dinnocuit et dabsence
de composs indsirables :
Inertes et impurets : plastique, verre Elments traces mtalliques
(E.T.M.) Composs traces organiques (C.T.O.) Critres
microbiologiques2
De connatre le potentiel mthanogne de chaque substrat. A partir
dun chantillon
reprsentatif du substrat, on dtermine la production totale de
biogaz et la teneur en mthane de ce dernier. Ce test permet de
connatre et de contrler la production de biogaz du substrat utilis.
Cest une tape incontournable pour permettre une bonne analyse des
performances de la mthanisation.
Notons que la frquence dchantillonnage et danalyse dpendra de la
nature des substrats utiliss. Certains produits sont relativement
stables tout au long de lanne (cas de la plupart des effluents
dlevage) ; dautres au contraire prsentent des variations
saisonnires importantes (cas des dchets verts, certains dchets
agroalimentaires). Pour ces derniers il sera ncessaire daugmenter
la frquence dchantillonnage et danalyse.
3.1.2 UF2 : Digesteur
Cette UF concerne tous les quipements de digestion et de
stockage du biogaz. Cest ce
niveau que sont mesures les performances de la biodgradation
anarobie. Les paramtres qui vont constituer le suivi de cette UF
comprennent :
Les volumes, les tonnages et la composition du mlange
entrant.
Les paramtres de fonctionnement du milieu de fermentation.
La production et la composition du biogaz.
3.1.2.1 Mlange entrant dans le digesteur
3.1.2.1.1 Quantit A dfaut de connatre les quantits quotidiennes
de chaque substrat, la quantit de mlange des diffrents produits
entrant dans le digesteur est une donne indispensable ltablissement
des paramtres de fonctionnement de linstallation.
3.1.2.1.2 Composition du mlange Pour allger le suivi et le
nombre danalyses raliser, il peut tre envisag deffectuer les
analyses de composition biochimique et dinnocuit sur un chantillon
reprsentatif du mlange entrant dans le digesteur.
1 Il est important de connaitre la teneur en azote ammoniacal du
substrat (NH4+) car une concentration importante en ammoniaque dans
le digesteur peut entraner des baisses de performances de la
fermentation. 2 Pour lanalyse des critres microbiologiques, il
convient dapporter un grand soin lchantillonnage ainsi qu la
conservation des chantillons (contenant strile, transport rfrigr,
rception laboratoire en moins de 24h). Les laboratoires danalyses
comptents sont mme de donner tous les renseignements utiles pour la
conservation et lenvoi des chantillons.
Guide mthodologique pour le suivi dune installation de
mthanisation 26/11/2009
ADEME 10/55
Signalons cependant que cette analyse ne permettra pas
didentifier prcisment les variations ventuelles de composition de
chacun des substrats. La frquence dchantillonnage et danalyse
dpendra de la variation de composition du mlange et de celle
ventuelle de certains substrats (comme les dchets verts par
exemple). La frquence danalyse sera dfinie dans le protocole de
suivi.
3.1.2.2 Milieu de fermentation Diffrents paramtres sont
ncessaires pour suivre le fonctionnement dun digesteur. La mesure
de ces paramtres va permettre :
de vrifier le bon droulement de la mthanisation ; danticiper
dventuelles drgulations de la fermentation.
3.1.2.2.1 Temprature Un suivi continu de la temprature au sein
du digesteur est ncessaire. Pour cela le digesteur (ou les
digesteurs) doit tre quip dune sonde qui permette de connatre la
temprature interne au digesteur. Cette sonde doit tre place dans le
milieu du digesteur, une distance suffisante des changeurs de
chaleur et loin des parois de la cuve, afin de mesurer une
temprature moyenne de fermentation. Gnralement, on utilise une
sonde thermocouple (de type K ou de type pt100 ) positionne dans un
gaine ( doigt de gant ) afin dtre accessible de lextrieur et ainsi
pouvoir tre talonne et/ou change si elle est dfectueuse. La
prcision de la mesure doit tre de lordre de 0.1C. La frquence de la
mesure nest pas ncessairement leve compte tenu du fait que le
digesteur est maintenu en temprature. Ainsi, un relev quotidien est
suffisant si un enregistrement automatique nest pas prvu sur
linstallation. Signalons que gnralement le systme de chauffage du
digesteur a une rgulation grce cette mesure de temprature. Cela
peut permettre de rcuprer cette donne assez facilement pour le
suivi.
3.1.2.2.2 pH Le pH du milieu de fermentation est un paramtre
essentiel et doit tre suivi rgulirement. Il conditionne le bon
fonctionnement des bactries et notamment des mthanognes. Le pH
optimum de fonctionnement se situe autour de la neutralit entre 7
et 7.5. La mesure du pH se fait sur un chantillon reprsentatif de
digestat prlev en sortie du digesteur (voir 5.1 Fiches pratiques).
Il existe une large gamme de matriels portatifs pour raliser cette
mesure. Une sonde pH permettant une mesure en continu peut galement
tre mise en place au sein du digesteur. Un enregistrement continu
des donnes permet dobtenir un suivi plus prcis de lvolution de ce
paramtre au cours des diffrentes phases de fonctionnement de
lunit.
3.1.2.2.3 Acides gras volatils (AGV) Les AGV sont des produits
intermdiaires de la fermentation. Il est important quils soient
forms pour permettre la production de biogaz par les mthanognes
mais ils ne doivent pas saccumuler. Une accumulation traduit un
dysfonctionnement. Le contrle des AGV est important lorsque le
digesteur est susceptible de fonctionner avec des substrats trs
fermentescibles (rsidus de fruits, ensilage de vgtaux, dchets
lipidiques). Il sera ncessaire deffectuer rgulirement une analyse.
Le raisonnement de la frquence des analyses est rflchir lors de la
mise en place du protocole.
Guide mthodologique pour le suivi dune installation de
mthanisation 26/11/2009
ADEME 11/55
Leur mesure doit tre effectue sur un chantillon reprsentatif de
digestat. Certains laboratoires proposent lanalyse des AGV
majoritaires dans un fermenteur (acide actique, acide propionique
et acide butyrique). Lenvoi de lchantillon doit se faire dans les
24 heures aprs le prlvement. Signalons que lautocontrle est
galement possible mais ncessite un minimum de matriel analytique de
laboratoire.
3.1.2.2.4 Pouvoir tampon ou alcalinit Le pouvoir tampon dun
digesteur est mesur travers lalcalinit du milieu et cette dernire
dpend principalement de la concentration en bicarbonate. Le pouvoir
tampon permet de connatre la capacit du milieu de fermentation
maintenir un pH stable autour de la neutralit. Le suivi rgulier de
ce paramtre facilite l'exploitation du digesteur en prvenant les
risques dacidification. La mesure de lalcalinit doit se faire sur
un chantillon reprsentatif de digestat (voir 5.1 Fiches pratiques).
Les laboratoires danalyses pratiquent cette mesure en routine.
Signalons que lautocontrle est possible mais il ncessite un matriel
analytique spcifique de laboratoire.
3.1.2.2.5 Ammoniac De lammoniac est produit au cours des tapes
de rduction de la matire organique. Si sa concentration augmente
au-del de quelques g/l, il peut devenir inhibiteur de la
mthanognse. Ce phnomne peut survenir notamment lorsque lon utilise
certains effluents ou sous-produits riches en azote (certains
effluents dlevage, certains effluents et sous-produits dIAA). Dans
ce contexte, le contrle de lammoniac dans le milieu de fermentation
est utile au pilotage de linstallation et au suivi des
performances. La mesure de la teneur en ammoniac doit se faire sur
un chantillon reprsentatif de digestat (voir 5.1 Fiches pratiques).
Les laboratoires danalyses pratiquent cette mesure en routine.
Signalons que lautocontrle est envisageable mais ncessite un
matriel analytique spcifique de laboratoire.
3.1.2.2.6 Matire sche rsiduelle La mesure de la matire sche
rsiduelle dans le digestat permet de suivre le fonctionnement du
digesteur. En effet, la production de biogaz est la rsultante de la
dgradation de la matire organique, constituant principal de la
matire sche du produit ou du mlange trait. Ds lors, cette
dgradation entrane une baisse de la matire sche dans le digestat.
Ainsi, le suivi rgulier de la teneur en matire sche permet de
contrler le niveau de biodgradation et donc lvolution du
fonctionnement du digesteur. La mesure de la matire sche rsiduelle
doit se faire sur un chantillon reprsentatif de digestat (voir 5.1
Fiches pratiques). Les laboratoires danalyse pratiquent cette
mesure en routine. Signalons que lautocontrle est envisageable mais
ncessite un matriel analytique spcifique de laboratoire.
3.1.2.2.7 Matire organique rsiduelle La mesure de la matire
organique rsiduelle dans le digestat permet dvaluer le niveau de
biodgradation anarobie de la matire organique et de calculer le
rendement global de la raction. Cette mesure doit se faire sur un
chantillon reprsentatif de digestat (voir 5.1 Fiches pratiques).
Les laboratoires danalyse pratiquent cette mesure en routine.
Signalons que lautocontrle est envisageable mais ncessite un
matriel analytique spcifique de laboratoire.
3.1.2.3 Production de biogaz
3.1.2.3.1 Dbit de biogaz La mesure du dbit de biogaz permet de
contrler la production. C'est un paramtre indirect permettant de
suivre le fonctionnement du digesteur. En effet, la diminution de
la production de biogaz est un facteur dalerte pouvant indiquer un
dysfonctionnement. La mesure dun dbit de gaz est
Guide mthodologique pour le suivi dune installation de
mthanisation 26/11/2009
ADEME 12/55
souvent dlicate et demande un matriel adapt (dbitmtre) et talonn
aux conditions de production. Pour le choix du dbitmtre, il faut
tenir compte:
des caractristiques du biogaz (composition, masse volumique,
temprature, teneur en eau, vitesse (mini et maxi), corrosion) ;
de la configuration de linstallation (pertes de charge
admissibles, longueur droite de canalisation disponible, diamtre de
canalisation).
La pose du dbitmtre doit tre ralise selon les consignes dun
spcialiste. Lidal est que lorgane de mesure de dbit soit prvu ds la
construction de linstallation afin de disposer des bonnes
conditions de mesure. Le tableau suivant prsente une prslection de
capteurs de dbit pouvant tre utiliss pour la mesure de biogaz.
Type de capteurs utilisables pour la mesure de dbit de
biogaz
Type de capteur Technologie utilise Grandeur mesure Flotteur
Dbit volumique
Mcanique Hlice Vitesse dcoulement
Organe dprimogne Pression diffrentielle
Effet vortex Vitesse dcoulement
Fil chaud Vitesse dcoulement Statique
Massique thermique Dbit massique La majorit des dbitmtres
disponibles dans le commerce indique le volume coul par unit de
temps. Lunit utilise est gnralement le Nm3/h. Pour cela, il est
ncessaire :
dtalonner le dbitmtre (fabricant ou fournisseur) ; de paramtrer
correctement lappareil de mesure (diamtre de la conduite).
Le dbitmtre install doit pouvoir mesurer le dbit instantan et le
dbit cumul. Il est muni pour cela dun systme de mmorisation de
linformation ; le relev des donnes devra tre adapt la capacit de
mmorisation de lappareil. La mesure de la temprature et de la
pression du biogaz dans la canalisation est indispensable la
dtermination du dbit normalis. Signalons que la mesure du dbit de
biogaz nest pas obligatoire dans le cadre du contrat de vente
dlectricit EdF. Lnergie primaire biogaz est apprhende partir dune
part lnergie lectrique produite (compteur de livraison) et dautre
part le rendement thorique du moteur (voir 5.4 Fiches
pratiques).
3.1.2.3.2 Temprature du biogaz La mesure de la temprature du
biogaz permet de calculer le volume normalis de biogaz produit.
Cette mesure est gnralement associe la mesure du dbit. Une sonde
spcifique de type thermocouple peut tre mise en place sur la
canalisation de collecte de biogaz.
3.1.2.3.3 Pression du biogaz Dans le cas du biogaz, temprature
constante, sa masse volumique est proportionnelle la pression. Il
est donc indispensable de mesurer en parallle la pression du biogaz
dans la canalisation. Cette mesure est gnralement associe la mesure
du dbit.
3.1.2.3.4 Teneur en mthane Le mthane (CH4) est le constituant
majoritaire du biogaz (concentration pouvant aller de 50 75%v/v).
Lorsque la mthanisation est en rgime stabilis, la teneur en mthane
est constante (faibles variations 1 2%v/v). Ds lors, une baisse de
la teneur en mthane dans le biogaz souligne gnralement lapparition
dun dysfonctionnement de lcosystme, notamment des mthanognes.
Guide mthodologique pour le suivi dune installation de
mthanisation 26/11/2009
ADEME 13/55
La mesure rgulire de la teneur en mthane permet de suivre le
fonctionnement et indirectement de piloter linstallation. La mesure
du CH4 doit se faire au moyen dun analyseur spcifique (la mesure au
moyen dune cellule infrarouge est la plus adapte des mesures de
terrain).
3.1.2.3.5 Teneur en dioxyde de carbone Le dioxyde de carbone
(CO2) est le deuxime constituant du biogaz (concentration pouvant
aller de 25 50%v/v). La mesure du CO2 peut se faire soit au moyen
de tubes colorimtriques spcifiques, soit au moyen dun analyseur
spcifique (la mesure au moyen dune cellule infrarouge est la plus
adapte des mesures de terrain). Il existe des appareils qui
permettent deffectuer les mesures concomitantes du CH4 et du CO2
dans la gamme des concentrations rencontres dans le biogaz (mesures
effectues gnralement au moyen de cellules infrarouges). Notons quen
premire approximation, la mesure du CO2 peut suffire au suivi de la
composition du biogaz en considrant que CH4+CO2=100% de la
composition ; connaissant la teneur en CO2, on peut approcher celle
en mthane par simple diffrence. La prcision est de lordre de 0.5%
dans la mesure o les autres composs du biogaz sont gnralement des
concentrations infrieures 0,1%.
3.1.2.3.6 Teneur en hydrogne sulfur Le suivi de la teneur en
hydrogne sulfur (H2S) du biogaz est important pour garantir un bon
fonctionnement des matriels de valorisation nergtique (chaudire,
groupe lectrogne). Cest un des critres dapplication des conditions
de garantie des constructeurs de matriels. La mesure de lH2S peut
se faire soit au moyen de tube colorimtrique spcifique, soit au
moyen dune cellule danalyse spcifique (analyseur dhydrogne sulfur).
Il est possible galement deffectuer un prlvement de biogaz dans un
contenant adapt (ampoule de prlvement, baudruche ou sac en Tedlar)
et envoi un laboratoire danalyse spcialis. Signalons que certains
constructeurs proposent des modules de mesure dH2S qui peuvent tre
coupls avec lappareil danalyse du CH4 et CO2. Ce type dappareil
permet dassurer de manire concomitante les trois mesures des
composants ; ce qui est trs pratique pour des mesures de
terrain.
3.1.2.3.7 Teneur en autres composs Il est toujours possible et
intressant dans certaines situations de suivre dautres composs du
biogaz. Ces analyses sont envisager au cas par cas. Les mesures se
feront par prlvement du biogaz (ampoule de prlvement, baudruche ou
sac en Tedlar) et envoi un laboratoire danalyse comptent. Ce type
de mesure ne sera envisag que dans le cadre dun suivi exprimental
de linstallation.
Guide mthodologique pour le suivi dune installation de
mthanisation 26/11/2009
ADEME 14/55
3.1.3 UF3 - Valorisation nergtique
Cette UF concerne tous les quipements destins au traitement du
biogaz et sa valorisation
nergtique ; y compris la vente dnergie un oprateur et/ou
lautoconsommation. Les paramtres qui vont constituer le suivi de
cette UF comprennent :
Le suivi du fonctionnement des quipements de valorisation.
Le comptage de lnergie valorise.
3.1.3.1 Suivi du fonctionnement de l'quipement de valorisation
du biogaz Le suivi de fonctionnement consiste relever les
principaux paramtres de fonctionnement de lquipement de
valorisation du biogaz et noter les lments lis lentretien et/ou aux
pannes de cet quipement. Volet fonctionnement :
Caractristiques de fonctionnement (il sagit essentiellement de
dcrire les caractristiques techniques de linstallation).
Nombre dheures de fonctionnement. Nombre dheures darrt de
linstallation (en distinguant les causes : entretien, panne,
non
disponibilit de biogaz, non disponibilit du rseau). Analyse de
lhuile de vidange (indicateur de lusure dun moteur). Autres lments
selon installation.
Volet entretien/panne :
Frquence dentretien (chaudire, vidange moteur) Pannes
(descriptif, cause)
Signalons que ce suivi peut tre labor en collaboration avec
lquipementier et/ou lentreprise de maintenance. A ce niveau, la
tenue dun registre permettant de noter les diffrentes interventions
sur lunit sera indispensable. Les donnes enregistres serviront
tablir le bilan de fonctionnement annuel et analyser les
performances obtenues, notamment en termes de rendement de
valorisation dnergie.
3.1.3.2 Energie valorise Il sagit de comptabiliser lnergie
valorise sous ses diffrentes formes : chaleur et lectricit1 :
Comptage de lnergie lectrique produite (compteur groupe
lectrogne). Comptage de lnergie lectrique distribue (poste de
distribution dEdF). Comptage de lnergie calorifique produite.
Comptage de lnergie calorifique consomme sur linstallation
(chauffage digesteur). Comptage de lnergie calorifique distribue
(plusieurs compteurs peuvent tre utiles afin de
distinguer les diffrentes consommations : chauffage btiment,
rseau chaleur, installation de schage).
1 Les autres formes de valorisation nergtique du biogaz ne sont
pas prises en compte dans cette version du guide (puration,
compression et injection dans le rseau de distribution du gaz
naturel, puration, compression et utilisation comme gaz naturel
pour vhicule).
Guide mthodologique pour le suivi dune installation de
mthanisation 26/11/2009
ADEME 15/55
Les compteurs de production/utilisation dnergie sont gnralement
mis en place lors de la construction de linstallation ; en outre,
certains compteurs sont obligatoires dans le cadre du contrat
dachat dlectricit. Dans le cadre du suivi de linstallation, il
sagit de sappuyer sur les donnes fournies par ces lments et
ventuellement de rajouter des compteurs chaleur supplmentaires
selon la configuration de linstallation (voir 5.4 Fiche
pratique).
3.1.4 UF4 - Valorisation du digestat
Cette UF concerne lensemble des quipements destins au stockage,
au post-traitement et
la valorisation du digestat. Les paramtres qui vont constituer
le suivi de cette UF comprennent :
La mesure de la quantit de digestat produit.
Le suivi de la composition du digestat.
La valorisation du digestat peut faire lobjet dun suivi plus ou
moins prcis selon le mode de post-traitement/valorisation mais
aussi selon les objectifs recherchs (effet fertilisant, effets long
terme sur le sol). Les lments retenus dans ce document concernent
le stockage et la valorisation par pandage sur des cultures
agricoles. Si un post-traitement est ralis, il sera ncessaire
dadapter le protocole de suivi (sparation de phase liquide/solide,
post-traitement par maturation arobie, schage, co-compostage). Des
indicateurs spcifiques au mode de post-traitement retenu seront
alors dfinir (par exemple dans le cas dune sparation de phase :
volume liquide, composition fraction liquide, volume et masse de
solide, composition fraction solide).
3.1.4.1 La quantit de digestat produit Il est ncessaire de
connatre la fois la masse et le volume de digestat produit. On
appliquera ce niveau les moyens et les mthodes dcrites en UF1.
3.1.4.2 Composition du digestat En premire approche, la
composition du digestat rejoint une analyse de suivi agronomique
classique de produit organique (effluents dlevage, compost) et
concerne les principaux indicateurs suivants :
Matire sche Matire organique Teneur en azote total Teneur en
azote ammoniacal Elments totaux : phosphore, potassium, calcium,
magnsium, soufre. pH Rapport C/N
La frquence de cette analyse est lie la priode dutilisation du
digestat. Ainsi, il sagit deffectuer une analyse de composition
juste avant lpandage du produit. Lchantillon doit tre le plus
reprsentatif possible de lensemble du digestat ; il faut pour cela
mettre en uvre les bonnes pratiques dchantillonnage (voir 5.1 Fiche
pratique). Signalons que larrt dexploitation de lunit de
mthanisation prcise gnralement le niveau des analyses ncessaires
ainsi que la frquence.
Guide mthodologique pour le suivi dune installation de
mthanisation 26/11/2009
ADEME 16/55
Dautres paramtres peuvent tre vrifis dans le digestat, notamment
si des produits exognes sont utiliss demandant une rglementation
spcifique (boue de station dpuration par exemple). Il sagira alors
de vrifier les critres dinnocuit et dabsence de composs indsirables
comme par exemple :
Elments traces mtalliques (E.T.M.) Composs traces organiques
(C.T.O.) Critres microbiologiques1 Inertes et impurets : plastique,
verre
3.1.4.3 Valorisation du digestat Selon le niveau dinvestigation
souhait, dautres analyses pourront tre ralises notamment pour
valuer le degr de maturit de la matire organique du digestat : test
Cresson, test Rottegrad, analyse ISB (indice de stabilit
biologique). De mme des suivis agronomiques sur culture peuvent tre
envisags. Ces analyses et essais sont mettre en uvre au cas pas
cas. Prcisons que ce type de mesure ne sera envisag que dans le
cadre dun suivi exprimental de linstallation.
3.1.5. UF5 - Fonctionnement gnral
Cette UF concerne le fonctionnement gnral de linstallation autre
que ceux dtaills dans
les prcdentes UF. Les paramtres qui vont constituer le suivi de
cette UF comprennent :
Les moyens humains ncessaires au fonctionnement.
Les matriels propres linstallation.
Les quipements externes utiliss.
Les donnes mtorologiques.
A ce niveau, il sagit de relever les donnes gnrales
d'exploitation qui comprennent les conditions extrieures pouvant
influencer le process de mthanisation ainsi que les relevs relatifs
au temps de travail, la dure d'utilisation des matriels de
manutention et propres au fonctionnement de l'installation (pompes,
broyeurs). Il sagira galement dassurer l'inventaire des oprations
de maintenance, renouvellement et entretien du matriel ncessaire au
fonctionnement de l'installation2.
3.1.5.1 Temps de travail On distinguera :
Le temps ncessaire au fonctionnement (par exemple apport de
matires premires, mise en route pompe dintroduction) et au contrle
de linstallation (par exemple, inspection de routine, contrle de la
qualit du biogaz, contrle du fonctionnement du groupe).
Le temps ncessaire certaines oprations spcifiques la conduite de
linstallation (par
exemple, rception/stockage dune matire premire, reprise/pandage
du digestat).
1 Pour lanalyse des critres microbiologiques, il convient
dapporter un grand soin lchantillonnage ainsi qu la conservation
des chantillons (contenant strile, transport rfrigr, rception
laboratoire en moins de 24h). Les laboratoires danalyses comptents
sont mme de donner tous les renseignements utiles pour la
conservation et lenvoi des chantillons. 2 En dehors de lquipement
de valorisation nergtique qui est suivi en UF3.
Guide mthodologique pour le suivi dune installation de
mthanisation 26/11/2009
ADEME 17/55
Le temps ncessaire aux oprations de maintenance ou de rparation.
A ce niveau, la mise
en place dun cahier de maintenance du matriel permettra de
suivre toutes les interventions ralises par l'exploitant ou par une
personne extrieure sur l'installation.
3.1.5.2 Matriels propres linstallation : Il sagira de suivre
pour chacun des matriels propres l'installation (pompes,
agitateurs, broyeurs, sparateur de phase) :
Temps dutilisation : heures de fonctionnement. Consommation
nergtique : compteur ou calcul approch.
La plupart du temps, il sagit de matriels fonctionnant avec des
moteurs lectriques. Un compteur de consommation dlectricit
spcifique linstallation peut tre install afin de comptabiliser
lnergie consomme. Cette donne interviendra pour effectuer le bilan
nergtique global de linstallation.
3.1.5.3 Matriels annexes utiliss : Il sagira de suivre pour
chacun des matriels annexes l'exploitation de l'unit (tracteur,
tlescopique, broyeur, pandeur) :
Temps dutilisation : heures de fonctionnement. Consommation
nergtique : carburant ou calcul approch.
Ces lments seront pris en compte pour effectuer le bilan
nergtique global de linstallation.
3.1.5.4 Donnes mtorologiques Un suivi des principales donnes
mtorologiques, temprature et pluviomtrie, permet de mieux analyser
les bilans de fonctionnement de linstallation. Un quipement propre
linstallation avec un relev des donnes peut tre mis en place ou
bien ces informations peuvent tre collectes auprs de Mto France sur
la station la plus proche de l'unit de mthanisation.
Guide mthodologique pour le suivi dune installation de
mthanisation 26/11/2009
ADEME 18/55
3.2 Organisation du suivi
3.2.1 Rdaction dun protocole La mise en place dun suivi de
fonctionnement de linstallation de mthanisation passe par la
rdaction dun protocole qui a pour objectif de dtailler le contenu
technique de lopration de suivi. Le protocole est adapt par
lexploitant son unit de mthanisation en tenant compte dune part,
des spcificits de son installation et dautre part, des bonnes
pratiques dcrites dans ce guide mthodologique. Dans le document
"protocole", il sagira notamment de prciser les aspects suivants
:
Le descriptif de linstallation : une fiche technique dcrivant le
principe de fonctionnement de linstallation, les principaux
quipements (notamment ceux lis la valorisation nergtique), les
donnes conomiques (investissement)
Les moyens mis en uvre : linstrumentation en place, les points
de mesure, les paramtres mesurs
La nature et le rythme des relevs des diffrents paramtres. Les
analyses prvues : nature, frquence, nombre
Ce document est annex au classeur de suivi de linstallation. Il
est indispensable de disposer du protocole pour permettre une
analyse des rsultats et ltablissement des bilans de fonctionnement
de linstallation.
3.2.2 Moyens de mesure Les moyens mettre en uvre pour mesurer
les diffrents paramtres sont variables selon le type
d'installation. On distingue cependant les principaux moyens
suivants :
pour la mesure de quantit1 : - des pesons pour la mesure de
substrats solides (fumier, tontes, digestat ) - des dbitmtres ou
autres systme pour les substrats liquides ;
pour la mesure de la temprature interne au(x) digesteur(s), des
sondes de type thermocouple ;
pour la mesure du pH, un pHmtre ; pour la mesure de la quantit
de biogaz, un dbimtre ; pour le contrle de la composition du biogaz
(CH4, CO2, H2S), un analyseur infrarouge ou
des tubes colorimtriques ; pour contrler la production d'nergie
: un compteur lectrique et un (des) compteur(s)
thermique(s) ; pour le relev des conditions extrieures :
thermomtre, pluviomtre pour le contrle du temps de travail :
montre, chronomtre
Le tableau suivant prsente pour chacune des units fonctionnelles
les principales informations sur les paramtres mesurer.
UF Paramtre Unit Moyen dobtention de la valeur2 Frquence de
relev
Quantit (mesure effectuer pour chaque substrat)
m3 & tonne Pesons, dbitmtre, protocole adapt
Composition (mesure effectuer pour chaque substrat)
Selon valeur mesure
Echantillon et analyse laboratoire
UF1
: r
cept
ion
&
trans
form
atio
n m
ati
re p
rem
ire
Potentiel mthanogne (mesure effectuer pour chaque substrat)
Nm3CH4/tMO Echantillon et analyse laboratoire
A chaque nouveau substrat ou changement d'alimentation
: di ge st Quantit mlange entrant m3 et/ou tonne
Pesons, dbitmtre, protocole adapt
2 fois par an ou chaque
1 Il peut sagir des substrats mais aussi du digestat. 2 Est
signal la mthode recommande mettre en uvre.
Guide mthodologique pour le suivi dune installation de
mthanisation 26/11/2009
ADEME 19/55
Structuration du mlange % de chaque produit Selon configuration
installation
Composition biochimique du mlange
Selon valeur mesure
Echantillon et analyse laboratoire
changement de mlange
Temprature C Sonde de type thermocouple Mini 1x/jour
pH Unit pH pHmtre 1 5x/sem
AGV g/l eq. ac. actique Echantillon et analyse laboratoire
Si problme fonctionnement ou suivi exprimental : 1 3x/sem
Alcalinit g/l eq. HCO3 Echantillon et analyse laboratoire
Si problme fonctionnement ou suivi exprimental : 1 3x/sem
Matire sche rsiduelle %/MB Echantillon et analyse laboratoire
Matire organique rsiduelle %/MB
Echantillon et analyse laboratoire
2 fois par an ou chaque changement de mlange
Dbit de biogaz Nm 3/h Dbitmtre talonn En continu
Teneur en CH4 et CO2 % (v/v) Analyseur infrarouge, tubes
colorimtriques Quotidien
Teneur en H2S ppm Analyseur ddi, tube colorimtrique 1 3x/sem
U F Paramtre Unit Moyen dobtention de la valeur1 Frquence de
relev
Fonctionnement gnral de linstallation
Selon paramtre Selon installation 1x/sem
Energie lectrique kWh Compteur lectrique normalis (instantan et
cumul)
1 7x/sem
Energie thermique kWh Compteur thermique normalis (instantan et
cumul)
1 7x/sem
UF3
: va
loris
atio
n de
l
nerg
ie
Qualit huile moteur Selon paramtre Echantillon et analyse
laboratoire Selon moteur
Quantit (mesure effectuer pour chaque substrat)
m3 & tonne Pesons, dbitmtre, protocole adapt
UF4
: va
loris
atio
n du
dig
esta
t
Composition (mesure effectuer pour chaque substrat)
Selon valeur mesure
Echantillon et analyse laboratoire
Mini 2x/an
Donnes mtorologiques C, mm
Thermomtre, pluviomtre Quotidien
Temps de travail pour chaque opration minutes
Montre/chronomtre
A chaque opration : suivi, maintenance, fonctionnement
UF5
: fo
nctio
nnem
ent
gn
ral
Autres matriels Selon travail ralis Selon matriel A chaque
opration
1 Est signal la mthode recommande mettre en uvre.
Guide mthodologique pour le suivi dune installation de
mthanisation 26/11/2009
ADEME 20/55
Certains outils mtrologiques ncessitent une vrification annuelle
complte et un talonnage rgulier (1 fois tous les 2 mois) tels que
les analyseurs biogaz. Signalons galement que dans le cadre du
contrat de vente dlectricit EdF, des points techniques sont
respecter sur les appareils de mesure : inviolabilit des chanes de
mesures, utilisation de matriels norms, vrification des appareils
de mesure une fois par an et par un tiers, ce tiers devant tre un
organisme agr. Les moyens de mesure doivent tre rflchis au moment
de la dfinition du protocole. La description de ces moyens doit tre
faite dans le document protocole ainsi que les mthodes de mesures,
dtalonnage et de contrle des appareils.
3.2.3 Enregistrement du fonctionnement
3.2.3.1 Paramtres enregistrs Selon le paramtre mesur, la mthode
denregistrement va tre diffrente ; on peut ainsi dgager 3 cas de
figure :
Le paramtre ncessite une mesure en continue : cest le cas du
dbit de biogaz qui ncessite la mise en place dun appareil de mesure
en continu avec un systme de comptage/totalisateur permettant
dafficher le dbit cumul. Cest le cas galement de lnergie produite
et distribue (chaleur et lectricit).
Le paramtre ne prsente pas de variation rapide : cest par
exemple le cas de la temprature
du digesteur qui normalement ne varie pas fortement au cours du
fonctionnement (sauf incident). La mesure de ce paramtre ne
ncessite pas un enregistrement en continu avec une frquence rapide
; un relev quotidien est la plupart du temps suffisant.
Le paramtre varie ponctuellement : cest par exemple le cas du
mlange entrant dans le
digesteur qui ne varie pas (ou avec une amplitude faible) dans
sa composition tant que les mmes substrats en quantits identiques
sont utiliss. Une mesure de la composition du mlange sera faite
avec un pas de temps plus ou moins espac selon la prcision de suivi
souhaite.
Ainsi, on pourra faire appel diffrents moyens pour assurer le
relev et lenregistrement des donnes de fonctionnement de
linstallation :
Un enregistrement automatique : dans le cas dune mesure en
continue, un systme denregistrement des donnes devra tre mis en
place (de type data loger ). Il existe diffrents systmes plus ou
moins labors permettant denregistrer et de stocker les informations
donnes par un capteur (dbitmtre, compteur nergie). Il sera
ncessaire cependant de pouvoir rcuprer les donnes enregistres
rgulirement avec un matriel informatique pour librer la mmoire de
stockage des donnes.
Un relev manuel : certains paramtres peuvent tre relevs
rgulirement par lexploitant et nots sur une fiche de suivi (cf $
5.5 - Fiches pratiques).
3.2.3.2 Phases de fonctionnement Le type de mesure ainsi que la
frquence denregistrement vont dpendre galement de la phase de
fonctionnement du digesteur. Schmatiquement, on peut distinguer
deux types de priode dans le fonctionnement dune unit de
mthanisation :
Une priode de fonctionnement stabilis : elle correspond un
fonctionnement quotidien rgulier et reproductible du digesteur. Il
sagit au cours de cette phase de suivre les diffrents paramtres
avec une frquence rgulire correspondant la prcision du suivi
souhait. Ainsi,la mesure de certains paramtres peut tre espace dans
le temps comme : la composition du biogaz, la mesure du pH, la
composition du digestat Par contre dautres
Guide mthodologique pour le suivi dune installation de
mthanisation 26/11/2009
ADEME 21/55
paramtres comme le dbit de biogaz, la production dnergie
(lectricit, chaleur), seront enregistrs en continu. Cest sur cette
priode que seront calculs les rendements de production dnergie et
tablis les bilans de fonctionnement de linstallation.
Une priode de transition : au cours de cette priode des
variations importantes des
paramtres de fonctionnement peuvent apparatre pour diverses
raisons : un changement de substrat, une monte en charge. Ces
priodes correspondent des adaptations du fonctionnement de
l'installation (plusieurs priodes de transitions peuvent tre
ralises au cours dune anne de fonctionnement). Au cours de ces
priodes, il est intressant de suivre de manire plus prcise
certaines valeurs comme : le dbit instantan de biogaz, la teneur en
mthane dans le biogaz, les variations du pH (si possible des AGV
qui sont des indicateurs plus prcis et prcurseurs dun changement de
pH) Ces informations sont utiles pour mieux apprhender le
fonctionnement du digesteur ; elles relvent cependant dun suivi de
type complet ou exprimental. Les performances obtenues au cours de
ces priodes ne sont pas considrer de la mme faon que celles
obtenues au cours dune priode stabilise. Elles rentreront dans
lanalyse globale annuelle du fonctionnement de linstallation mais
pas dans les calculs de rendement de production dnergie.
Signalons que nous ne considrons pas ce niveau la phase de
dmarrage du digesteur. Notons galement que dans le cas dun
digesteur en fonctionnement discontinu, il faudra distinguer les 4
phases suivantes : phase de remplissage du racteur, phase de
dmarrage de la production, phase stabilise, phase de dcroissance de
la production.
3.2.4 Analyse des donnes
3.2.4.1 Unit de base Pour lanalyse des donnes de fonctionnement,
il est ncessaire de dfinir une unit de base qui correspond une
priode de fonctionnement de linstallation de mthanisation. Ainsi,
nous considrons la semaine comme unit de base de fonctionnement
pour effectuer une analyse des performances de linstallation de
mthanisation1. A partir des diffrents relevs, on cherchera alors
dterminer les performances hebdomadaires. Le fait dutiliser la
semaine comme unit de base pour lanalyse des performances de
fonctionnement permet dobtenir des valeurs moyennes et de lisser
les fluctuations quotidiennes lies souvent aux conditions
dexploitation de lunit. Donnons deux exemples : Exemple 1 : calcul
de la productivit ou rendement biologique. Linstallation est
alimente 5 jours par semaine. Un dbitmtre permet la mesure cumule
du biogaz. La productivit va tre calcule de la manire suivante :
volume de biogaz cumul sur la semaine/ somme des tonnages
introduits pendant les 5 jours de la semaine. Exemple 2 : calcul de
la charge organique (CO) introduite sur une priode dans le
digesteur de 1 500 m3. Lintroduction se fait 5 jours par semaine
(du lundi au vendredi) raison de 35 m3/jour dun mlange de
sous-produits 12.7% de MO. La charge organique hebdomadaire du
digesteur est calcule de la manire suivante ((35
000x0.127)x5/7)/1500, soit une CO de 2.12 kgMO/m3.j.
3.2.4.2 Priode de fonctionnement Pour lanalyse des donnes, il
sera galement ncessaire de considrer une priode correspondant des
conditions identiques de fonctionnement de linstallation. Il sera
alors possible de calculer les performances moyennes et d'effectuer
une analyse du fonctionnement de la priode considre. Les diffrents
indicateurs des bilans de suivi (voir chapitre suivant) seront
ainsi calculs pour chaque priode identifie (moyenne et cart type).
Un bilan annuel de fonctionnement pourra tre ensuite tabli.
1 Signalons que ce formalisme est classiquement utilis dans les
diffrentes publications relatives aux performances dinstallation de
mthanisation.
Guide mthodologique pour le suivi dune installation de
mthanisation 26/11/2009
ADEME 22/55
3.3 Spcificits de chaque installation
3.3.1 Connaissances lmentaires Quel que soit le procd de
mthanisation (continu, piston, discontinu, infiniment mlang), la
mthodologie de suivi reste identique. Elle restera galement
identique quels que soient les substrats utiliss et le mode de
valorisation de lnergie. Deux types de caractristiques seront
identifis :
Les principaux paramtres de fonctionnement : Charge massique
Charge organique Temps de sjour Temprature pH Autres paramtres
dcrits dans les chapitres prcdents
Les rendements calculs partir des donnes issues du suivi :
Production de biogaz Potentiel mthanogne Rendement de biodgradation
Rendement volumique Teneur en mthane Taux de valorisation nergtique
Autres paramtres dcrits dans les chapitres prcdents
3.3.2 Principales spcificits technologiques Selon le type
dinstallation de mthanisation, diffrentes spcificits seront prendre
en compte pour la mise en place dun suivi et la validation du
protocole. Sans pouvoir tre exhaustif, nous dcrirons les
principales spcificits technologiques : Le procd de mthanisation
:
Continu/discontinu : la plupart des installations sont pour
linstant construites en systme
continu et comprennent un ou plusieurs digesteur/fosse. Une
description prcise du fonctionnement des flux est chaque fois
indispensable afin, dune part, de positionner correctement les
diffrents points de relev et dautre part, de considrer les bons
paramtres de fonctionnement pour tablir les bilans de
fonctionnement et de performances (volumes des cuves en jeu, temps
de sjour digesteur). Lorsquil sagit dune installation en
discontinu, un protocole adapt au rythme de remplissage/
fermentation/ vidange des digesteurs est ncessaire. Des exemples
sont donns dans le chapitre 5 (point 5.5 - Fiches pratiques) de ce
guide.
Infiniment mlang/piston : il sagira essentiellement de tenir
compte des priodes de
fonctionnement pour effectuer les bons prlvements pour lanalyse
des digestats. Le prtraitement des matires premires :
Lorsquil existe en amont de ltape de fermentation, il est
intressant den mesurer les performances (traitement thermique,
traitement enzymatique (ensilage par exemple)) et les ventuelles
modifications de la matire premire (pertes de matire organique,
"dstructuration" des fibres vgtales). Ces lments seront importants
considrer pour lanalyse des performances de ltape de
mthanisation.
Guide mthodologique pour le suivi dune installation de
mthanisation 26/11/2009
ADEME 23/55
Le post-traitement du digestat :
Les caractristiques de cette tape, lorsqu'elle est prsente,
doivent tre connues pour tablir les bilans de masse et les flux
dlments fertilisants (si sparation de phase par exemple). Lanalyse
de la qualit du produit final sera galement raisonner au regard du
post-traitement appliqu (maturation arobie, co-compostage).
3.3.3 Autres spcificits Selon la configuration de lunit de
mthanisation, le protocole de suivi devra tre adapt aux autres
spcificits de linstallation. Sans tre exhaustive, la liste suivante
prsente diffrents aspects prendre en compte :
Choix dorganisation : moyen humain disponible pour assurer le
suivi. Sous-traitance : si de la sous-traitance est envisage pour
assurer lexploitation, il sera
ncessaire de valider le protocole avec les oprateurs de
linstallation et de ladapter si ncessaire.
Niveau dinstrumentation: il est possible que le constructeur ait
dj prvu certains matriels et relevs, il sagira de vrifier la
pertinence de ces derniers afin destimer s'ils correspondent des
paramtres dcrits dans ce guide mthodologique.
Dautres aspects peuvent tre pris en compte dans le cadre de la
mise en place du protocole selon les configurations de chaque
site.
3.4 Spcificits selon le niveau de suivi Comme prsent prcdemment,
diffrents niveaux de suivi sont envisageables : suivi simplifi,
suivi complet, suivi exprimental. La synthse prsente dans le
tableau suivant a pour objet de lister les paramtres relevs chaque
niveau de suivi ainsi que l'instrumentation mise en jeu.
Guide mthodologique pour le suivi dune installation de
mthanisation 26/11/2009
ADEME 24/55
Paramtres relevs selon le niveau de suivi Niveau de suivi
UF Paramtre Moyen dobtention de la valeur1 Frquence de relev
Simplifi Complet Expri-mental
Quantit* Pesons, dbitmtre, protocole adapt Composition*
Echantillon et analyse laboratoire
UF1
Potentiel mthanogne* Echantillon et analyse laboratoire
A chaque nouveau substrat ou changement d'alimentation
Quantit mlange entrant Pesons, dbitmtre, protocole adapt
Structuration du mlange Selon configuration installation
Composition biochimique du mlange Echantillon et analyse
laboratoire
2 fois par an ou chaque changement de mlange
Temprature Sonde de type thermocouple Mini 1fois/sem
1fois/jour
1fois/sem
1fois/jou
r
1fois/jou
r
pH pHmtre 1 5 fois/sem
1fois/sem
5
fois/sem
Acides gras volatils Echantillon et analyse laboratoire Si
problme de fonctionnement ou suivi exprimental : 1 3 fois/sem
Alcalinit Echantillon et analyse laboratoire Si problme de
fonctionnement ou suivi exprimental : 1 3 fois/sem
Matire sche rsiduelle Echantillon et analyse laboratoire 5
fois/sem
Matire organique rsiduelle Echantillon et analyse
laboratoire
2 fois par an (analyse digestat) ou chaque changement de
mlange
5
fois/sem Dbit de biogaz Dbitmtre talonn En continu
Teneur en CH4 et CO2 Analyseur infrarouge, tubes colorimtriques
Quotidien
UF2
Teneur en H2S Analyseur ddi, tube colorimtrique 1 3 fois/sem
1fois/sem
3fois/se
m *Mesure effectue pour chaque substrat
1 Est signale la mthode recommande mettre en uvre.
Guide mthodologique pour le suivi dune installation de
mthanisation 26/11/2009
ADEME 25/55
Niveau de suivi
UF Paramtre Moyen dobtention de la valeur1 Frquence de relev
Simplifi Complet Expri-mental
Fonctionnement gnral de linstallation Selon installation
1fois/sem
Energie lectrique Compteur lectrique normalis (instantan et
cumul) 1 7 fois/sem
1fois/sem
1fois/se
m
7fois/se
m
Energie thermique Compteur thermique normalis (instantan et
cumul) 1 7fois/sem
1fois/sem
1fois/se
m
7fois/se
m
UF3
Qualit huile moteur Echantillon et analyse laboratoire Selon
moteur 1fois/an
300 400 h
Quantit Pesons, dbitmtre, protocole adapt
UF4
Composition Echantillon et analyse laboratoire
Minimum au moment de lpandage du digestat
Donnes mtorologiques Thermomtre, pluviomtre Quotidien
Temps de travail pour chaque opration Montre/chronomtre A chaque
opration : suivi, maintenance, fonctionnement
Autres matriels Selon matriel A chaque opration
UF5
Fonctionnement gnral de linstallation Avis de loprateur A chaque
observation ou problme
1fois/mo
is
1fois/se
m
quotidie
n
1 Est signale la mthode recommande mettre en uvre.
Guide mthodologique pour le suivi dune installation de
mthanisation 26/11/2009
ADEME 26/55
4 Bilans de suivi La mesure des diffrents paramtres a pour
objectif d'tablir des bilans de fonctionnement de l'installation
partir d'indicateurs communs diffrentes units. On distingue quatre
types de bilan :
un bilan technique s'appuyant sur des indicateurs biologiques,
d'une part, techniques, d'autre part ;
un bilan nergtique visant valuer les performances du dispositif
de valorisation du biogaz ; un bilan environnemental afin de
dterminer l'impact de l'unit de mthanisation en termes de
rduction des gaz effet de serre et d'efficacit nergtique ; un
bilan conomique pour dterminer la rentabilit de l'unit.
4.1 Bilan technique Dans le bilan technique, on intgre deux
types d'indicateurs :
- les indicateurs biologiques relatifs aux performances de
production de biogaz et de dgradation de la matire en digestion. On
retrouve ainsi le rendement matire, le taux de dgradation de la
matire organique, le rendement biologique, le bilan
physico-chimique et le taux de minralisation de l'azote ;
- les indicateurs techniques relatifs aux temps de travail
humain et matriel ddis au fonctionnement de l'installation, les
indicateurs de dimensionnement d'une installation (rendement
technologique), les indicateurs relatifs au fonctionnement de
l'installation (temps de sjour ou temps de rtention hydraulique, la
charge spcifique).
4.1.1 Indicateurs biologiques Sept indicateurs biologiques
permettent une analyse du fonctionnement d'une unit de
mthanisation.
Indicateur Rendement matire (Rm)
Intrt Il permet de mesurer la production de digestat partir
d'une quantit connue de substrats traits. Unit Le rendement matire
(Rm) s'exprime en % Expression Rm = Tonnage sortant digestat/
Tonnage entrant mlange
Variables de calcul Tonnage entrant mlange (tMB) Tonnage sortant
du digestat (tMB)
Spcificit lie au procd
Pour les procds alimentation discontinue, les mesures doivent
tre ralises sur le mme digesteur et le mme chargement afin
d'obtenir des donnes exploitables. Pour les procds alimentation
continue, les mesures sont ralises sur un pas de temps donn (ex :
temps de rtention hydraulique)
Indicateur Taux de dgradation de la matire organique (Td)
Intrt Il permet de mesurer la quantit de matire organique dgrade
pendant la digestion. Il est galement appel "taux d'puration".
C'est un indicateur de traitement. Il a une influence sur la
production de biogaz.
Unit Le taux de dgradation (Td) s'exprime en %
Expression Td = Tonnes de matire organique du digestat / Tonne
de matire organique du mlange entrant
Variables de calcul Teneur en matire organique du mlange (t MO/t
MS) Teneur en matire organique du digestat (t MO/t MS)
Spcificit lie au procd Pour les procds alimentation discontinue,
les mesures doivent tre ralises sur le mme digesteur et le mme
chargement afin d'obtenir des donnes exploitables.
Guide mthodologique pour le suivi dune installation de
mthanisation 26/11/2009
ADEME 27/55
Indicateur Rendement biologique (Rb)1
Intrt
Le rendement biologique permet de mesurer la quantit de biogaz
produit au cours de la digestion. Il est galement appel rendement
de transformation des dchets ou encore production spcifique. Il
peut tre exprim galement partir de la production de mthane.
Unit Le rendement biologique (Rb) s'exprime en Nm3biogaz/t MO ou
en
Nm3CH4/t MO
Expression Rb = Production de biogaz (Nm3) / Tonne de MO du
mlange ou Rb = (Prod.de Biogaz * Teneur en CH4)/ Tonne de MO du
mlange
Variables de calcul Tonne de MO du mlange Production de biogaz
(Nm3) Teneur en CH4 (%)
Spcificit lie au procd -
Indicateur Bilan physico-chimique
Intrt
Le bilan physico-chimique permet de caractriser l'volution des
matires premires au cours de la digestion et notamment des
concentrations en : - lments fertilisants ; - lments traces
mtallique ; - lments pathognes. Il ne constitue pas rellement un
indicateur tel que dfini prcdemment. Toutefois, c'est un outil
intressant notamment pour comparer les caractristiques du digestat
par rapport aux normes en vigueur pour les amendements et
fertilisants organiques (NFU 44 051, NFU 42 001). Les lments
ncessaires la ralisation de ce bilan sont issus d'analyses ralises
sur le mlange entrant en digestion et sur le digestat.
Unit en g/kg de MS ou MB (composition biochimique) Units/g MB
(micro-organismes et pathognes)
Expression
Composition biochimique et microbiologique du mlange Composition
biochimique et microbiologique du digestat Composition en
ETM/CTO/CVO/Inertes du digestat ISB/CBM du digestat
Variables de calcul - Spcificit lie au procd -
Indicateur Taux de minralisation de l'azote (TmN)
Intrt La mthanisation permet de minraliser l'azote et de le
rendre ainsi plus facilement disponible pour les plantes. Il est
donc intressant de mesurer le taux de minralisation de l'azote au
cours de la digestion.
Unit Le taux de minralisation de l'azote (TmN) s'exprime en %
Expression Tm = Teneur en NH4 digestat /Teneur en NH4 mlange
entrant digesteur
Variables de calcul Teneur en Azote ammoniacal du mlange entrant
(g/kg MS) Teneur en Azote ammoniacal du digestat (g/kg MS)
1 Ou rendement biogaz ou encore potentiel mthanogne (lorsque la
valeur est exprime en Nm3CH4/TMO)
Guide mthodologique pour le suivi dune installation de
mthanisation 26/11/2009
ADEME 28/55
Indicateur Rendement technologique (Rt) ou Rendement volumique
(Rv)
Intrt
Il exprime la quantit de biogaz produit par unit de volume de
digesteur et par jour. C'est un indicateur d'efficacit biologique
du procd ainsi qu'un indicateur de dimensionnement. Il est galement
appel "efficacit volumique". Le temps de sjour (TS) dans le
digesteur (ou temps de rtention hydraulique (TRH) pour les
liquides) intervient dans le calcul de cet indicateur.
Unit Le rendement technologique (Rt) s'exprime en Nm3 de
biogaz/m3 de
digesteur/jour Expression Rt = (Production de biogaz / Volume de
digesteur)/ TS
Variables de calcul Production de biogaz (Nm3) Volume du
digesteur (m3) Temps de sjour (jours)
Spcificit lie au procd
Indicateur Bilan hydrique
Intrt
Les units de mthanisation mettant en uvre un procd alimentation
discontinue ncessitent l'immersion du mlange pour deux raisons : -
les bactries anarobies responsables du processus de dgradation
se
dveloppent dans un milieu humide ; - l'immersion du mlange
permet galement d'atteindre les conditions
d'anarobiose. L'immersion est assure par les jus du mlange et un
apport d'eau extrieure. Cette phase liquide est appele "jus de
recirculation". Pour optimiser la gestion du procd, il est
ncessaire de connatre le volume de jus utilis au cours de la
digestion par tonne de matire traite. Pour cela, on calcule
l'indicateur d'apport en jus de recirculation (Aj).
Unit L'apport de jus (Aj) est exprim en m3/tonne traite
Expression Aj= Vj /Tonnage entrant du mlange avec Vj : volume de
jus apport dans le digesteur tant gal : Vj = Temps de
fonctionnement des pompes * dbit de la pompe
Variables de calcul
Temps de fonctionnement des pompes de recirculation des jus
durant la phase de digestion par digesteur (h) Dbit de la pompe
(m3/h) Tonnage entrant du mlange (tonnes)
Spcificit lie au procd Indicateur calcul uniquement pour les
procds alimentation discontinue
Guide mthodologique pour le suivi dune installation de
mthanisation 26/11/2009
ADEME 29/55
4.1.2 Indicateurs techniques Indicateur Temps de rtention
hydraulique (TRH) ou Temps de sjour (TS)
Intrt Le temps de rtention hydraulique (TRH) ou temps de sjour
(TS) quantifie la dure de sjour de la matire au sein du digesteur.
Il permet de caractriser le fonctionnement de l'installation.
Unit La dure s'exprime en jours
Expression
Pour les procds alimentation continue : TRH = (volume utile du
digesteur/ dbit de matire entrant)/24 Pour les procds alimentation
discontinue : TS = Date de dchargement - Date de chargement
Variables de calcul
TRH : - Volume utile du digesteur (m3 utile) - Dbit de la pompe
d'injection (m3/h) TS : - Date de chargement - Date de
dchargement
Spcificit lie au procd On utilise le terme TRH pour les procds
en voie liquide et TS pour les procds en voie sche
Indicateur Charge Organique
Intrt La charge organique est un indicateur d'intensit du
traitement et du dimensionnement de l'installation. Unit Elle est
exprime en t Matire organique/m3 utile de digesteur/jour.
Expression CO = Tonne de MO du mlange/Volume du digesteur/TRH ou
TS
Variables de calcul Tonne de MO du mlange Volume utile du
digesteur (m3 utile) Temps de rtention hydraulique ou Temps de
sjour (jours)
Spcificit lie au procd -
Indicateur Temps de travail humain (Th)
Intrt
Cet indicateur doit permettre de dterminer le temps de travail
humain ncessaire la conduite de l'installation d'une faon globale
et pour chaque opration. Il est donc calcul pour chaque opration,
ces dernires tant diffrentes selon les procds mis en uvre :
Oprations Procd
alimentation continue
Procd alimentation discontinue
rception/tri/prparation des matires premires
chargement
fermeture du digesteur
suivi de la digestion
maintenance et entretien du moteur
maintenance et entretien des digesteurs
dchargement Unit L'indicateur (Th) est exprim en h/t MB traite.
Expression Th globale = somme de l'ensemble des Th par opration
Guide mthodologique pour le suivi dune installation de
mthanisation 26/11/2009
ADEME 30/55
Variables de calcul Relevs manuels des heures par opration
Tonnage trait sur la priode considre
Spcificit lie au procd -
Indicateur Temps d'utilisation du matriel (Tm)
Intrt
Cet indicateur doit permettre de dterminer globalement et pour
chaque opration cite prcdemment, le temps d'utilisation des
matriels. La liste du matriel considr est la suivante : - tracteur
; - pandeur ; - tlescopique/chargeur ; - trmie d'alimentation
(procd alimentation continue uniquement).
Unit Tm est exprim en h/t MB traite Expression Tm gnral = somme
des Tm pour chaque matriel
Variables de calcul Relevs manuels par type de matriel Tonnage
trait sur la priode considre
Spcificit lie au procd -
4.2 Bilan nergtique Le bilan nergtique comprend une srie
d'indicateurs qui peuvent varier en fonction du type d'nergie
produite sur l'installation. En effet, il existe trois possibilits
de production d'nergie sur une installation de mthanisation :
- la production d'lectricit : celle-ci est ralise par le biais
d'un moteur combin une gnratrice sans module de rcupration de la
chaleur ;
- la production de chaleur seule par le biais d'une chaudire ; -
la production conjointe d'lectricit et de chaleur par
l'intermdiaire d'un moteur combin une
gnratrice avec un module de rcupration de la chaleur (mise par
les gaz d'chappement et le circuit de refroidissement du
moteur).
Ce dernier cas de figure est le plus frquent sur les
installations agricoles. L'ensemble form par le moteur -la
gnratrice - le module de rcupration de la chaleur est appel module
de cognration. Prcisons que les dispositifs combinant moteur,
turbine vapeur et gnratrice ne sont pas pris en compte dans ce
guide. Les indicateurs nergtiques prsents ci-aprs correspondent au
cas le plus frquent et galement le plus complet. Un tableau de
synthse permet au terme de cette prsentation de dterminer la
pertinence de chaque indicateur au regard du mode de production
considr.
4.2.1 Indicateurs nergtiques Indicateur Production d'nergie
primaire (Pp)
Intrt La production d'nergie primaire (Pp) correspond la quantit
d'nergie produite thoriquement partir du biogaz, hors perte lie au
rendement du moteur.
Unit Pp s'exprime en kWh PCI/Nm3 Expression Pp = Production de
biogaz * Teneur en CH4 * PCI CH4
Variables de calcul Production de biogaz (Nm3) Teneur en CH4 (%)
PCI CH4 : 9,96 kWh PCI/Nm3 CH4
Spcificit lie au procd
Guide mthodologique pour le suivi dune installation de
mthanisation 26/11/2009
ADEME 31/55
Indicateur Production d'nergie utile
Intrt
La production d'nergie utile correspond l'nergie rellement
produite la sortie du module de cognration ou de la chaudire et
comprend la production d'lectricit (Pe) et la production thermique
totale (Pth) dont la production thermique valorise (Pthv). L'nergie
lectrique produite est mesure par l'intermdiaire d'un compteur
lectrique prsent sur l'installation. La production d'nergie
thermique totale (Ptht) se mesure par un compteur gnral situ en
sortie du module de cognration/chaudire (mesure la quantit de
chaleur produite). La production thermique valorise (Pthv) se
mesure par un compteur ddi (voire plusieurs si l'installation
dispose d'un compteur par type d'usage) ou par la diffrence entre
le compteur gnral et le compteur arotherme (ou arorfrigrant).
Unit Production d'lectricit (Pe) qui s'exprime en kWh l
Production thermique (Ptht et Pthv) qui s'exprime en kWh th
utiles
Expression Pas de formule de calcul spcifique, la production
tant releve directement sur les compteurs Variables de calcul -
Spcificit lie au procd -
Indicateur Rendement de l'installation
Intrt
Le biogaz produit est valoris dans le module de
cognration/chaudire permettant la production d'lectricit et/ou de
chaleur. Cependant, la totalit du biogaz n'est pas transforme en
nergie, le rendement du module n'tant pas de 100 %. Il convient ds
lors de mesurer ce rendement : - le rendement lectrique (Re); - le
rendement thermique (Rth) partir de la production thermique
valorise ; - le rendement global (Rg).
Unit Les rendements s'expriment en %
Expression Re = Pe / (Production de biogaz * Teneur en CH4 * PCI
CH4) Rt = Pthv / (Production de biogaz * Teneur en CH4 * PCI CH4)
Rg = (Pe+Pthv)/ (Production de biogaz * Teneur en CH4 * PCI
CH4)
Variables de calcul
Production de biogaz (Nm3) Teneur en CH4 (%) Production
d'lectricit (kWh l) Production de chaleur (kWh th utile valorise)
(Pthv)
Spcificit lie au procd
4.2.2 Les indicateurs suivre selon le mode de valorisation du
biogaz
Indicateurs nergtiques Production d'lectricit seule Production
de chaleur seule
Production conjointe de chaleur et d'lectricit
Production d'nergie primaire
Pe
Ptht Production d'nergie utile sortie module de cognration ou
chaudire Pthv
Re Rendement Rt
Guide mthodologique pour le suivi dune installation de
mthanisation 26/11/2009
ADEME 32/55
Rg Rg = Re Rg = Rt Rg = Re+Rt
4.3 Bilan environnemental Le bilan environnemental comprend 2
indicateurs.
Indicateur Rendement d'efficacit nergtique (Ree)
Intrt
Le rendement d'efficacit nergtique reprsente le rapport entre la
production d'nergie renouvelable produite par l'installation de
mthanisation et la consommation d'nergi