La méthanisation, un procédé biologique de fermentation des matières organiques

La méthanisation permet de transformer des résidus agricoles, des déchets de l’industrie agroalimentaire, des biodéchets ménagers et des collectivités ou encore des boues d’épuration en gaz vert, le biométhane, une énergie renouvelable (EnR) locale, stockable et non intermittente. C’est la principale filière de production de gaz vert à ce jour. 

La méthanisation, comment ça marche ?

Le processus biologique se réalise dans une enceinte privée d’oxygène (le digesteur) : chauffés selon les technologies entre 37 et 52 °C, les bactéries digèrent les déchets, les transformant en biogaz et en digestat. 

Une fois épuré et odorisé, le biogaz, que l’on appelle dès lors biométhane, peut être injecté dans le réseau de distribution et remplir tous les usages traditionnels du gaz, pour le chauffage, la cuisson, la production d’eau chaude, les process industriels ou encore la mobilité.

Produit à partir d’intrants organiques eux-mêmes renouvelables, le biométhane est une énergie 100 % renouvelable. C’est également une énergie peu carbonée : 23,4 gCO₂eq/kWh PCI selon l’étude en analyse de cycle de vie réalisée en 2020 ⁽¹⁾.  
Le digestat issu de la fermentation des matières organiques est, quant à lui, utilisé comme engrais pour l’agriculture, ce qui renforce la dimension circulaire et écologique du procédé et accélère la décarbonation de l’agriculture. 

⁽¹⁾ « Évaluation des impacts GES de la production et l’injection du biométhane dans le réseau de gaz naturel » – Quantis 2020 / Ademe, GRDF et GRTgaz 

Quel potentiel pour la méthanisation en 2030 ?

La dynamique de développement de la filière biométhane est forte. Elle s’est traduite par une augmentation de 40% du nombre de sites raccordés aux réseaux gaziers français en entre 2021 et 2022. La capacité installée a franchi au premier semestre 2023 le seuil symbolique des 10 TWh/an (10,3 TWh/an) et dépasse largement les objectifs de la programmation pluriannuelle de l’énergie fixés à 6 TWh/an en 2023. 

L'ADEME a évalué le potentiel de gaz verts mobilisable grâce à la méthanisation à 56 TWh d’énergie primaire en 2030. 

Selon l’Ademe, le potentiel de la méthanisation s’élève à 56 TWh en 2030.

La pyrogazéification de résidus solides

La pyrogazéification est un procédé de conversion thermochimique qui permet de valoriser des intrants organiques secs /solides, renouvelables ou non, pour produire du biométhane.

La pyrogazéification, comment ça marche ?

Cette technologie transforme en gaz de la biomasse sèche difficilement valorisable (résidus de bois, bois non dangereux de démolition ou encore combustibles solides de récupération, tels que des plastiques non recyclables) en la portant à haute température (entre 800 et 1200 °C), en présence d’une faible quantité d’oxygène. Elle permet de produire localement un gaz renouvelable ou bas carbone injectable dans les réseaux.

Ce procédé évite ainsi l’incinération ou l’enfouissement de déchets non fermentescibles en les convertissant en gaz de synthèse. Cette filière s’inscrit donc également dans l’objectif national d’une division par deux des quantités de déchets enfouis d’ici 2025.

Quel potentiel pour la production de gaz vert par pyrogazéification en 2030 ?

La pyrogazéification atteint un stade de maturité qui laisse envisager la construction de premières installations industrielles dès 2025/2026.  

À l’horizon 2030, la pyrogazéification pourrait valoriser près de 3 millions de tonnes de déchets correspondant à l’injection de 6 TWh de gaz dans les réseaux et à la réduction d’environ 1 million de tonnes de CO₂ émis.  

La méthanation, alliée de l’optimisation du système énergétique français 

Le procédé de méthanation se base sur une réaction chimique qui combine de l’hydrogène () avec du dioxyde de carbone (CO₂) pour produire un méthane de synthèse (CH₄). Ce gaz vert de synthèse est directement injectable et stockable dans les infrastructures gazières et répond aux mêmes usages que le gaz naturel. 

La méthanation, comment ça marche ?

La méthanation combine de l’hydrogène (principalement produit par électrolyse de l’eau) avec du CO₂ (provenant des autres voies de production de gaz verts) avec l’aide d’un catalyseur chimique ou biologique, ce qui permet de produire du méthane de synthèse (ou e-méthane) renouvelable ou bas carbone.

Cette technologie innovante permet en particulier de convertir les excédents d’électricité renouvelable non stockables (éolien et solaire) en molécules de méthane de synthèse qui peuvent être injectées dans les réseaux gaziers existants.  
 

Ses deux principaux avantages sont : 

• Produire un méthane de synthèse à partir de la valorisation du CO₂ d’origine biogénique ; 
• Valoriser les excédents d’électricité renouvelable et non stockable à long terme en s’appuyant sur les capacités massives de stockage et de transit des infrastructures gazières existantes (power-to-gas). 

Quel potentiel pour la méthanation en 2030 ?

Le potentiel de production annuelle de biométhane par méthanation est évalué à plus de 30 TWh. En récupérant et valorisant le CO₂ produit lors de l’épuration du biogaz, la méthanation permet d’accroître la quantité totale de gaz verts produite et injectée, avec une quantité de biomasse mobilisée équivalente. Ainsi, grâce à la méthanation, chaque tonne de biomasse introduite dans un digesteur peut produire 70 % de gaz renouvelable supplémentaire, par la valorisation du CO₂ récupéré lors de l’épuration du biogaz.   

La gazéification hydrothermale, pour convertir des déchets organiques humides en biogaz

La gazéification hydrothermale permet de produire du biométhane à partir de matières organiques humides. 

La gazéification hydrothermale, comment ça marche ?

La gazéification hydrothermale est un procédé thermochimique utilisant l’eau comme réactif pour convertir à haute pression (210 à 350 bars) et à haute température (400 à 700 °C) des déchets organiques humides : boues de stations d’épuration (STEP), déchets organiques et effluents urbains, déchets et effluents industriels, boues de dragage, voire digestats qui ne peuvent être épandus localement, etc.  

Cette technologie permet de convertir plus de 90 % du carbone de la biomasse en biogaz, grâce aux propriétés de l’eau à l’état supercritique. Ces conditions opératoires spécifiques permettent à la fois une production de gaz renouvelable ou bas carbone riche en méthane, injectable après traitement dans le réseau de gaz, et la récupération des composants liquide (eau) et solides (minéraux dont métaux) contenus dans un intrant. 

Outre le traitement et la valorisation de résidus difficilement valorisables par d’autres procédés, la gazéification hydrothermale contribue aux enjeux de récupération d’eau de qualité industrielle, et permet ainsi de récupérer des sels minéraux tels que l’azote, le potassium ou le phosphore, utilisables comme fertilisants. 

Quel potentiel pour la gazéification hydrothermale en 2030 ?

La filière gazéification hydrothermale se structure, portée par l’intérêt des clients industriels et des collectivités. Des premières installations industrielles pourraient voir le jour dès 2027 en France. En termes de production de gaz, les acteurs de la filière française estiment le potentiel de production de méthane de synthèse injectable dans le réseau à 2 TWh/an à horizon 2030.