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
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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.
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Avant ProposAu 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.
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Sommaire1 2 INTRODUCTION
..............................................................................................................1
OBJECTIFS DU
SUIVI.....................................................................................................2
2.1 2.2 2.3 3 OBJECTIFS
RECHERCHES............................................................................................2
AVANTAGES ET INCONVENIENTS
..................................................................................3
DIFFERENTS NIVEAUX DE
SUIVI....................................................................................4
METHODOLOGIE DE
SUIVI............................................................................................7
3.1 3.2 3.3 3.4 ELEMENTS DE SUIVI PAR UNITE FONCTIONNELLE
.........................................................7
ORGANISATION DU SUIVI
...........................................................................................18
SPECIFICITES DE CHAQUE INSTALLATION
...................................................................22
SPECIFICITES SELON LE NIVEAU DE SUIVI
...................................................................23
4
BILANS DE
SUIVI..........................................................................................................26
4.1 4.2 4.3 4.4 BILAN
TECHNIQUE.....................................................................................................26
BILAN
ENERGETIQUE.................................................................................................30
BILAN
ENVIRONNEMENTAL.........................................................................................32
BILAN ECONOMIQUE
.................................................................................................34
5
FICHES PRATIQUES
....................................................................................................36
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 ECHANTILLONNAGE
..................................................................................................36
MESURE DE DENSITE
................................................................................................39
ANALYSES DE COMPOSITION
.....................................................................................40
INSTRUMENTATION
...................................................................................................41
FICHES DE SUIVI
.......................................................................................................43
TABLEUR DE CALCUL1
...............................................................................................48
FICHE SYNTHESE
......................................................................................................48
6
GLOSSAIRE
..................................................................................................................50
11
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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.
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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.
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Le schma suivant indique le principe de la structuration du
suivi en units fonctionnelles.
Schma de principe du suivi des diffrentes units
fonctionnelles
UF3: valorisation nergie Production lectrique Production
thermique Taux de valorisation Fonctionnement groupe UF1 : matire
premire Quantit de substrats Composition biochimique Potentiel CH4
UF2 : digesteur Temprature pH Composition biogaz Dbit UF4:
valorisation digestat Quantit digestat Composition biochimique
Post-traitement
UF5: fonctionnement gnral Moyen humain Autres moyens matriels
Mto
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 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. 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. Temps de suivi. Budget
dinstrumentation et danalyses. Inconvnients
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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.
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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 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)
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) Recherche de loptimum
des performances Programme de suivi spcifique un paramtre (par
exemple matrise de lH2S, performances agronomiques du digestat)
Technique
Humain
Peu de temps disponible Pas de comptences techniques Pas de
structure de soutien
Disponibilit de loprateur Accompagnement du suivi par un centre
technique, un laboratoire, lingnieriste, le constructeur
Programme dtude associ au suivi Financier Moyens limits Budget
disponible pour instrumenter linstallation et pour des analyses
externes Budget disponible pour instrumenter linstallation et pour
des analyses externes
Type de suivi
Suivi simplifi
Suivi complet
Suivi exprimental
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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
silocouloir 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.
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mthanisation
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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 UF 3 UF
4
UF 1
UF 2
UF 5
Elments de suivi Instrumentation Analyses laboratoire
Centralisation
Fichiers d'enregistrement
Ralisation du bilan de fonctionnement annuel et pluriannuel
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.
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Indicateurs environnementaux
Indicateurs conomiques
Indicateurs nergtiques
Indicateurs techniques
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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 traitsLa 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 traitsLe 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
ammoniacal1Il peut sagir par exemple dtalonner le godet dun
chargeur tlescopique ou encore la benne dune remorque agricole.
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 = 1/30/150.2 1
ADEME
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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 digesteur3.1.2.1.1 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. ADEME 9/55
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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.
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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 biogaz3.1.2.3.1 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
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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 Mcanique Technologie utilise Flotteur Hlice
Organe dprimogne Statique Effet vortex Fil chaud Massique thermique
Grandeur mesure Dbit volumique Vitesse dcoulement Pression
diffrentielle Vitesse dcoulement Vitesse dcoulement 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.ADEME
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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.
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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 biogazLe 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 valoriseIl 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).
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). ADEME 14/55
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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 posttraitement/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 produitIl 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 digestatEn 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.
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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 digestatSelon 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 travailOn 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).
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. ADEME 16/55
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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 mtorologiquesUn 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.
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mthanisation
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3.2
Organisation du suiviRdaction dun protocole
3.2.1
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 Quantit (mesure effectuer pour chaque
substrat) Composition (mesure effectuer pour chaque substrat)
Potentiel mthanogne (mesure effectuer pour chaque substrat) Quantit
mlange entrant Unit Moyen dobtention de la valeur2 Pesons,
dbitmtre, protocole adapt Echantillon et analyse laboratoire
Echantillon et analyse laboratoire Pesons, dbitmtre, protocole
adapt Frquence de relev
UF1 : rception & transformation matire premire
m3 & tonne Selon valeur mesure Nm3CH4/tMO m3 et/ou tonne
A chaque nouveau substrat ou changement d'alimentation
2 fois par an ou chaque
1 2
: di ge stADEME
Il peut sagir des substrats mais aussi du digestat. Est signal
la mthode recommande mettre en uvre. 18/55
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% de chaque produit Composition biochimique Selon valeur du
mlange mesure Structuration du mlange Temprature pH C Unit pH g/l
eq. ac. actique
Selon configuration installation Echantillon et analyse
laboratoire Sonde de type thermocouple pHmtre Echantillon et
analyse laboratoire
changement de mlange
Mini 1x/jour 1 5x/sem Si problme fonctionnement ou suivi
exprimental : 1 3x/sem Si problme fonctionnement ou suivi
exprimental : 1 3x/sem 2 fois par an ou chaque changement de mlange
En continu Quotidien 1 3x/sem
AGV
Alcalinit
g/l eq. HCO3
Echantillon et analyse laboratoire Echantillon et analyse
laboratoire Echantillon et analyse laboratoire Dbitmtre talonn
Analyseur infrarouge, tubes colorimtriques Analyseur ddi, tube
colorimtrique
Matire sche rsiduelle Matire organique rsiduelle Dbit de biogaz
Teneur en CH4 et CO2 Teneur en H2S
%/MB %/MB Nm 3/h % (v/v) ppm
Paramtre Fonctionnement gnral de linstallation Energie
lectrique
Unit Selon paramtre kWh
Moyen dobtention de la valeur1 Selon installation Compteur
lectrique normalis (instantan et cumul) Compteur thermique normalis
(instantan et cumul) Echantillon et analyse laboratoire Pesons,
dbitmtre, protocole adapt
Frquence de relev 1x/sem 1 7x/sem
UF3 : valorisation de lnergie
U F
Energie thermique Qualit huile moteur Quantit (mesure effectuer
pour chaque substrat) Composition (mesure effectuer pour chaque
substrat) Donnes mtorologiques
kWh Selon paramtre m3 & tonne Selon valeur mesure C, mm
1 7x/sem Selon moteur
UF4 : valorisation du digestat
Mini 2x/an Echantillon et analyse laboratoire Thermomtre,
pluviomtre Quotidien A chaque opration : suivi, maintenance,
fonctionnement A chaque opration
UF5 : fonctionnement gnral
Temps de travail pour chaque opration
minutes
Montre/chronomtre
Autres matriels
Selon travail ralis
Selon matriel
1
Est signal la mthode recommande mettre en uvre. 19/55
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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 enregistrsSelon 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 fonctionnementLe 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 dautres20/55
ADEME
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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 fonctionnementPour 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.
Signalons que ce formalisme est classiquement utilis dans les
diffrentes publications relatives aux performances dinstallation de
mthanisation. ADEME 21/55
1
Guide mthodologique pour le suivi dune installation de
mthanisation
26/11/2009
3.3
Spcificits de chaque installationConnaissances lmentaires
3.3.1
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.
ADEME
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mthanisation
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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.
ADEME
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Paramtres relevs selon le niveau de suivi UF UF1 Paramtre
Quantit* Composition* Potentiel mthanogne* Quantit mlange entrant
Structuration du mlange Composition biochimique du mlange
Temprature Moyen dobtention de la valeur1 Pesons, dbitmtre,
protocole adapt Echantillon et analyse laboratoire Echantillon et
analyse laboratoire Pesons, dbitmtre, protocole adapt Selon
configuration installation Echantillon et analyse laboratoire Sonde
de type thermocouple Frquence de relev A chaque nouveau substrat ou
changement d'alimentation 2 fois par an ou chaque changement de
mlange Mini 1fois/sem 1fois/jour Niveau de suivi ExpriSimplifi
Complet mental 1fois/se 1fois/jou 1fois/jou m r r 1fois/se 5 m
fois/sem 2 fois par an (analyse digestat) ou chaque changement de
mlange Matire organique rsiduelle Dbit de biogaz Teneur en CH4 et
CO2 Teneur en H2S *Mesure effectue pour chaque substrat Echantillon
et analyse laboratoire Dbitmtre talonn Analyseur infrarouge, tubes
colorimtriques Analyseur ddi, tube colorimtrique En continu
Quotidien 1 3 fois/sem 1fois/se m 5 fois/sem 5 fois/sem 3fois/se
m
pH Acides gras volatils UF2 Alcalinit Matire sche rsiduelle
pHmtre Echantillon et analyse laboratoire Echantillon et analyse
laboratoire Echantillon et analyse laboratoire
1 5 fois/sem Si problme de fonctionnement ou suivi exprimental :
1 3 fois/sem Si problme de fonctionnement ou suivi exprimental : 1
3 fois/sem
1
Est signale la mthode recommande mettre en uvre. 24/55
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UF
Paramtre Fonctionnement gnral de linstallation Energie
lectrique
Moyen dobtention de la valeur1 Selon installation Compteur
lectrique normalis (instantan et cumul) Compteur thermique normalis
(instantan et cumul) Echantillon et analyse laboratoire Pesons,
dbitmtre, protocole adapt Echantillon et analyse laboratoire
Thermomtre, pluviomtre Montre/chronomtre Selon matriel Avis de
loprateur
Frquence de relev 1fois/sem 1 7 fois/sem
Energie thermique
1 7fois/sem
Qualit huile moteur UF4 Quantit Composition Donnes mtorologiques
Temps de travail pour chaque opration Autres matriels
Fonctionnement gnral de linstallation
Selon moteur Minimum au moment de lpandage du digestat Quotidien
A chaque opration : suivi, maintenance, fonctionnement A chaque
opration A chaque observation ou problme
Niveau de suivi ExpriSimplifi Complet mental 1fois/se 1fois/se
7fois/se m m m 1fois/se 1fois/se 7fois/se m m m 300 1fois/an 400
h
UF3
UF5
1fois/se m
quotidie n
1fois/mo is
1
Est signale la mthode recommande mettre en uvre. 25/55
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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 Intrt Unit
Expression Variables de calcul Rendement matire (Rm) Il permet de
mesurer la production de digestat partir d'une quantit connue de
substrats traits. Le rendement matire (Rm) s'exprime en % Rm =
Tonnage sortant digestat/ Tonnage entrant mlange Tonnage entrant
mlange (tMB) Tonnage sortant du digestat (tMB) 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)
Spcificit lie au procd
Indicateur Intrt Unit Expression Variables de calcul Spcificit
lie au procd
Taux de dgradation de la matire organique (Td) 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. Le taux
de dgradation (Td) s'exprime en % Td = Tonnes de matire organique
du digestat / Tonne de matire organique du mlange entrant Teneur en
matire organique du mlange (t MO/t MS) Teneur en matire organique
du digestat (t MO/t MS) Pour les procds alimentation discontinue,
les mesures doivent tre ralises sur le mme digesteur et le mme
chargement afin d'obtenir des donnes exploitables.26/55
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Indicateur Intrt
Rendement biologique (Rb)1 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. Le rendement biologique (Rb) s'exprime en
Nm3biogaz/t MO ou en Nm3CH4/t MO Rb = Production de biogaz (Nm3) /
Tonne de MO du mlange ou Rb = (Prod.de Biogaz * Teneur en CH4)/
Tonne de MO du mlange Tonne de MO du mlange Production de biogaz
(Nm3) Teneur en CH4 (%) -
Unit
Expression
Variables de calcul Spcificit lie au procd
Indicateur
Bilan physico-chimique 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. en g/kg de MS ou MB (composition biochimique) Units/g MB
(micro-organismes et pathognes) Composition biochimique et
microbiologique du mlange Composition biochimique et
microbiologique du digestat Composition en ETM/CTO/CVO/Inertes du
digestat ISB/CBM du digestat -
Intrt
Unit
Expression
Variables de calcul Spcificit lie au procd
Indicateur Intrt Unit Expression Variables de calcul
Taux de minralisation de l'azote (TmN) 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. Le taux de
minralisation de l'azote (TmN) s'exprime en % Tm = Teneur en NH4
digestat /Teneur en NH4 mlange entrant digesteur Teneur en Azote
ammoniacal du mlange entrant (g/kg MS) Teneur en Azote ammoniacal
du digestat (g/kg MS)3
1
Ou rendement biogaz ou encore potentiel mthanogne (lorsque la
valeur est exprime en Nm CH4/TMO) 27/55
ADEME
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Indicateur
Rendement technologique (Rt) ou Rendement volumique (Rv) 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. Le rendement
technologique (Rt) s'exprime en Nm3 de biogaz/m3 de digesteur/jour
Rt = (Production de biogaz / Volume de digesteur)/ TS Production de
biogaz (Nm3) Volume du digesteur (m3) Temps de sjour (jours)
Intrt
Unit Expression Variables de calcul Spcificit lie au procd
Indicateur
Bilan hydrique 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). L'apport de jus
(Aj) est exprim en m3/tonne traite 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 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) Indicateur calcul uniquement pour les
procds alimentation discontinue
Intrt
Unit Expression
Variables de calcul
Spcificit lie au procd
ADEME
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4.1.2
Indicateurs techniquesIndicateur Temps de rtention hydraulique
(TRH) ou Temps de sjour (TS) 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. La dure s'exprime en jours 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 TRH : - Volume utile du
digesteur (m3 utile) - Dbit de la pompe d'injection (m3/h) TS : -
Date de chargement - Date de dchargement On utilise le terme TRH
pour les procds en voie liquide et TS pour les procds en voie sche
Charge Organique La charge organique est un indicateur d'intensit
du traitement et du dimensionnement de l'installation. Elle est
exprime en t Matire organique/m3 utile de digesteur/jour. CO =
Tonne de MO du mlange/Volume du digesteur/TRH ou TS Tonne de MO du
mlange Volume utile du digesteur (m3 utile) Temps de rtention
hydraulique ou Temps de sjour (jours) Temps de travail humain (Th)
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 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 Procd alimentation continue Procd alimentation
discontinue
Intrt Unit
Expression
Variables de calcul
Spcificit lie au procd Indicateur Intrt Unit Expression
Variables de calcul Spcificit lie au procd Indicateur
Intrt
Unit Expression
L'indicateur (Th) est exprim en h/t MB traite. Th globale =
somme de l'ensemble des Th par opration
ADEME
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Variables de calcul Spcificit lie au procd
Relevs manuels des heures par opration Tonnage trait sur la
priode considre -
Indicateur
Temps d'utilisation du matriel (Tm) 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). Tm est exprim en h/t MB traite Tm gnral =
somme des Tm pour chaque matriel Relevs manuels par type de matriel
Tonnage trait sur la priode considre -
Intrt
Unit Expression Variables de calcul 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 nergtiquesIndicateur Production d'nergie primaire
(Pp) La production d'nergie primaire (Pp) correspond la quantit
d'nergie produite thoriquement partir du biogaz, hors perte lie au
rendement du moteur. Pp s'exprime en kWh PCI/Nm3 Pp = Production de
biogaz * Teneur en CH4 * PCI CH4 Production de biogaz (Nm3) Teneur
en CH4 (%) PCI CH4 : 9,96 kWh PCI/Nm3 CH4
Intrt Unit Expression Variables de calcul Spcificit lie au
procdADEME
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Indicateur
Production d'nergie utile 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). Production d'lectricit (Pe) qui
s'exprime en kWh l Production thermique (Ptht et Pthv) qui
s'exprime en kWh th utiles Pas de formule de calcul spcifique, la
production tant releve directement sur les compteurs -
Intrt
Unit Expression Variables de calcul Spcificit lie au procd
Indicateur
Rendement de l'installation 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). Les
rendements s'expriment en % 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) Production de biogaz (Nm3) Teneur en CH4 (%)
Production d'lectricit (kWh l) Production de chaleur (kWh th utile
valorise) (Pthv)
Intrt
Unit Expression
Variables de calcul
Spcificit lie au procd
4.2.2
Les indicateurs suivre selon le mode de valorisation du
biogazProduction d'lectricit seule Pe Ptht Pthv Re Rt Production de
chaleur seule Production conjointe de chaleur et d'lectricit
Indicateurs nergtiques Production d'nergie primaire Production
d'nergie utile sortie module de cognration ou chaudire
Rendement
ADEME
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Rg
Rg = Re
Rg = Rt
Rg = Re+Rt
4.3
Bilan environnemental
Le bilan environnemental comprend 2 indicateurs. Indicateur
Rendement d'efficacit nergtique (Ree) Le rendement d'efficacit
nergtique reprsente le rapport entre la production d'nergie
renouvelable produite par l'installation de mthanisation et la
consommation d'nergie ncessaire au fonctionnement de
l'installation. La production d'nergie renouvelable correspond
l'nergie disponible en sortie du module de cognration ou de la
chaudire. La consommation d'nergie comprend : - la quantit de
carburant consomme par les vhicules amenant les dchets sur
l'installation ; - la quantit de carburant consomme par les
matriels de manutention (chargeur, tracteur) utiliss pour faire
fonctionner l'installation ; - le fioul ou le gaz consomm pour
faire dmarrer le module de cognration. Les oprations d'pandage du
digestat ne sont pas intgres dans le calcul du rendement considrant
que les consommations d'nergie lies sont similaires un pandage
classique. Unit Pas d'unit spcifique Ree = Quantit d'nergie
renouvelable produite/Quantit d'nergie fossile consomme Avec : -
Quantit d'nergie renouvelable produite (kWh) = Production
d'lectricit (kWh) + Production de chaleur totale (kWh) - Quantit
d'nergie fossile consomme (kWh)= consommation de carburants de
l'ensemble des vhicules (transport, manutention et moteur)
(litres)*10 en retenant : 1 litre de fuel = 10 kWh PCI Calcul de la
consommation de carburant : Consommation de carburant (litres)=
nombre d'heures de fonctionnement du vhicule (h)*consommation du
vhicule (l/h) Production d'lectricit (kWh) Production de chaleur
(kWh) Nombre d'heures de fonctionnement des vhicules de transport,
de manutention et du moteur (h) Consommation des vhicules de
transport, de manutention et du moteur (l/h) -
Intrt
Expression
Variables de calcul
Spcificit lie au procd
ADEME
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Indicateur Intrt Unit
Taux de substitution des nergies fossiles/fissiles (Tsf) Ce
ratio mesure la production d'nergie renouvelable rellement
disponible et substituable des nergies fossiles. La quantit
d'nergie renouvelable disponible exclut la chaleur utilise pour le
maintien en temprature des digesteurs. Cet indicateur s'exprime en
pourcentage (%) Tsf = Quantit d'nergie renouvelable
disponible/Quantit d'nergie primaire Avec :
Expression
- Quantit d'nergie renouvelable disponible (kWh)= Production
d'lectricit (kWh) + Production de chaleur totale (kWh)- Production
de chaleur utilise pour les digesteurs (kWh) - Quantit d'nergie
primaire (kWh)= Production de biogaz * Teneur en CH4 * PCI CH4
Production d'lectricit (kWh) Production de chaleur (kWh) Production
de biogaz (Nm3) Teneur en CH4 (%) PCI CH4
Variables de calcul
Spcificit lie au procd
ADEME
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4.4
Bilan conomique
Le bilan conomique comprend des indicateurs couramment utiliss
tels que le bilan global d'exploitation permettant de calculer le
cot de revient du traitement des effluents, et le taux de
rentabilit interne. Il existe d'autres indicateurs (mthode TEC,
Temps de retour brut, analyse de trsorerie ) pouvant tre calculs
pour approfondir l'analyse des performances conomiques not