Énergie (archives)/Environnement (archives)

Énergies, partie 7: Du fumier à l’électricité


Voilà, ma session tire à sa fin, comme vous le voyez, car je reviens écrire quelques messages. J’avais écrit, au début du mois, le ¾ d’un article sur la pêche à la morue à Terre-Neuve, mais un emploi du temps scolaire chargé et la fatigue chronique m’ont empêché de le finir avant aujourd’hui. Alors je profite de la pause de 2e période (2-1 Habs) pour continuer à écrire.

En passant, Blogger est vraiment médiocre au niveau de la mise en page. Je pense que j’ai du éditer mon post quatre fois avant que mes tailles de caractère ne s’écrivent comme il faut pour mon message sur la morue, alors je profite du fait que je fasse un nouveau message pour le souligner, car j’ai peur de tout bousiller en appuyant sur le bouton « éditer ».

Je vais un peu recycler un projet de recherche fait à l’université qui traite d’un sujet indirectement concerné par une controverse en ce moment : les biocarburants. Je m’excuse que plusieurs sources viennent de journaux payants (McGill nous les fournit gratuitement en archives sur le net, grâce à de brillants donateurs, pour les travaux de recherche). Je vais par contre tenter de vous remettre au moins un lien pertinent, et j’ai trouvé celui-ci, du Ministère Fédéral de l’Économie et de l’Énergie d’Allemagne. Il faut noter que l’Allemagne est LE pays qui pratique la digestion anaérobique, à 350 MW d’électricité produite annuellement.

La digestion anaérobique est un procédé biologique au sens propre du terme, car elle existe de façon entièrement naturelle chez d’autres espèces. Pour simplifier le tout, les ruminants, comme la vache, contiennent dans leurs estomacs des bactéries qui vont digérer une partie de la matière organique et la rendre plus facilement digérable. Par contre, cette digestion rejette un sous-produit : le biogaz. Le biogaz est composé à environ 60% de méthane, presque 40% de dioxyde de carbone et contient aussi des traces de sulphide d’hydrogène et de vapeur d’eau. C’est en partie à cause de cette digestion que l’agriculture et l’élevage sont responsables du tiers des émissions humaines de méthane, un des gaz à effet de serre les plus nocifs.

La digestion anaérobique a lieu partout où les conditions climatiques (l’humidité et la température en sont les plus importants facteurs) permettent aux bactéries de digérer de la matière organique. Elle a lieu, par exemple, dans les sites d’enfouissement, où le biogaz doit être géré ou transformé. À partir de cette réaction, il est possible de trouver des façons de collecter un biogaz de façon volontaire, dans le but de créer un combustible sous forme gazeuse et capable de générer de l’électricité.

Mais pour cela, il faut des composantes riches en matière organique en grandes quantités et facilement digérables par les bactéries anaérobiques. En milieu urbain, la meilleure façon de faire est d’adapter les sites d’enfouissement pour en collecter les biogaz. La carrière Miron, à Montréal, en fut un bon exemple; étant une carrière à ciel ouvert avec des déchets enfoncés dans le sol, il était facile de collecter le biogaz généré et de l’utiliser pour créer de l’électricité. C’est pourquoi Gazmont, un collectif de plusieurs entreprises, a une centrale thermique dans le quartier Saint-Michel qui génère 25 MW d’électricité par année. J’ajoute ici une note personnelle : Gazmont a un contrat avec Hydro-Québec, où le collectif d’entreprises DOIT produire 25 MW d’électricité ou subir de très sévères amendes. À cause de cela, les chaudières à combustion contiennent non seulement du biogaz, mais l’on brûle aussi du gaz naturel et/ou du mazout lourd (pétrole peu raffiné) durant l’hiver, où la température plus basse ralentit la production de biogaz.

En milieu rural, par contre, la principale source de biogaz vient du fumier, solide ou liquide. Le fumier comporte une grande quantité de matières organiques, mais comme il a déjà été digéré dans l’estomac, son potentiel pour créer du biogaz est amoindri. Mais il faut aussi savoir quelles sont les autres utilités du fumier. Épandu sur les terres, il peut s’avérer être un agent capable d’enrichir le sol d’azote ou de phosphates. Dans d’autres cas, le fumier doit être stocké dans d’énormes bâtiments (séparé entre solides et liquides) en attendant d’être vidés. Finalement, le compostage, méthode peu utilisée car elle apauvrit l’apport en énergie du fumier et nécessite des installations et des connaissances spécialisées) est peu utilisé, hormis dans l’agriculture biologique.

Toutefois, l’épandage est une technique qui enrichit le sol en phosphates. Le BAPE (Bureau d’audiences publiques sur l’environnement) estime que dans plusieurs régions, l’épandage est si pratiqué que les phosphates contaminent les eaux souterraines ou des cours d’eau. Pour cela et quelques autres raisons de voisins caves qui se plaignent des odeurs (apprenez à vivre en territoire agricole et fermez-la – ça pue, de la merde, ça puera toujours et c’est une excellente façon de faire pousser les tomates qui sont dans votre assiette), l’épandage est une mesure contrôlée et limitée à deux fins de semaine par année. Le stockage devient donc nécessaire, mais il y a souvent des surplus, surtout dans l’élevage porcin. Il faut donc soit opter pour investir de l’argent et construire un composteur, soit payer pour se débarasser d’un produit avec une valeur. La digestion anaérobique pourrait donc collecter de tels surplus et les convertir en énergie, avant de les re-distribuer.

La digestion anaérobique peut être faite dans des digéreurs locaux, sur la ferme, mais cela n’est rentable que pour des projets de grande échelle, ce que nous avons peu au Québec. Des études de l’université d’Alberta ont aussi prouvé qu’il était plus profitable pour l’environnement ET pour les profits si les digéreurs ont une plus grande échelle.

Explications du fonctionnement plus approfondies

Maintenant que l’on a vu les principales sources de digestion anaérobique en milieux urbains et ruraux, expliquons comment elle fonctionne. La matière organique (déchets, fumier, autres) est digérée dans un énorme digéreur pendant environ 30 jours, à des températures allant de 30 à 40 degrés Celsius, afin de favoriser l’activité des bactéries. Cela génère un biogaz qui circule par un tuyau jusqu’à une chambre de traitement, pour lui retirer les sulfates d’hydrogène et la vapeur d’eau. Le biogaz est ensuite brûlé et génère de hautes températures, qui réchauffent de l’eau. Cette eau se vaporise et actionne une turbine qui produit de l’électricité. Le gaz circule ensuite dans des tuyaux qui vont réchauffer en partie le digéreur, afin de le garder à une bonne température (cette partie n’est pas efficace à 100%, et il faut fournir de l’électricité pour garder le digéreur à une température convenable). Les digéreurs anaérobiques ont une efficacité thermique (en gros, c’est une façon de calculer l’énergie émise pour fabriquer l’énergie qui ressort en électricité) de 43%, alors que les centrales thermiques au gaz naturel de la dernière génération ont une efficacité d’environ 55%. Par contre, c’est pas mal, pour produire de l’électricité à partir de merde et de détritus.

En milieu agricole, par contre, la meilleure façon de produire beaucoup de biogaz est par la codigestion. Ce procédé est simple : au lieu de ne digérer qu’un produit, on en utilise plusieurs. Par exemple, le fumier est un produit que l’on crée en quantités astronomiques, mais son potentiel pour générer des biogaz est amoindri par le fait qu’il a déjà subi une digestion dans l’estomac. Par contre, une fois enrichi d’autres produits, comme les résidus d’abattoirs ou de certaines récoltes (comme le maïs, mais je n’entrerai pas dans ce débat, je me contenterai de dire que c’est pratiqué), le potentiel de gestion de biogaz est augmenté. Ainsi, on combine un produit de qualité à un autre qui offre l’avantage de la quantité.

L’avantage de la digestion anaérobique est que le produit de la combustion est… du dioxyde de carbone. Oui, le fameux dioxyde de carbone est, dans ce cas, bénéfique pour la couche d’ozone, car le biogaz contient une forte concentration de méthane, un gaz environ 20 fois plus dangereux pour le réchauffement climatique que le dioxyde de carbone. Je dis 20 fois plus, car les articles sérieux évoquent de 20 à 21 fois, alors que certains environnementalistes vont dans le 25 à 30 fois pire… Un bien fort chiffre, si on ne l’appuie pas d’études. Le second avantage est économique : à partir de produits que l’on peut souvent considérer comme « déchets » ou « surplus », on crée de l’électricité qui profite aux citoyens.

Bien entendu : les désavantages

Pour modifier une devise de Réno-Dépôt, si c’était si beau, on l’aurait! Il y a plus haut les avantages listés de la digestion anaérobique. Mais il existe plusieurs problèmes. Dans les sites d’enfouissement, il n’y a pas trop de problème, car le biogaz est généralement généré de toute façon et qu’un système bien planifié peut permettre de générer de l’électricité et faire de l’argent.

Dans le domaine agricole, on pourrait affirmer qu’une partie du biogaz ainsi produite ne serait pas générée en temps normal, car le fumier produit naturellement du biogaz, mais que la quantité est moins grande. L’université de l’Alberta a étudié une analyse du cycle de vie et estime que l’avantage du biogaz, au niveau environnemental, est qu’il permet de ne pas utiliser de gaz naturel ou de charbon pour produire de l’électricité, ce qui réduit l’impact de GES de 90% dans cette étape. Par contre, une analyse à un plus haut niveau n’a pas été publiée dans les articles que j’ai consultés pour la recherche. Il y a par contre un impact positif au niveau de la contamination des eaux, car même si le fumier qui a généré le biogaz est ensuite répandu, il a perdu une quantité non-négligeable de certains produits.

Un autre facteur limitant est économique. L’Allemagne a réussi à inciter les investisseurs en offrant des programmes de financement et de crédits d’impôts dans le domaine, ainsi que plusieurs pays d’Europe. La grosseur des installations aux États-Unis permet de pouvoir générer de grandes quantités d’électricité sans problème. Des arrangements avec les compagnies d’électricité ou les consommateurs, comme au Vermont avec le programme « Cow Power », ont permis aux investisseurs d’être intéressés par l’idée, car les clients étaient prêts à payer un peu plus cher pour que l’électricité soit faite par digestion anaérobique plutôt que par de polluantes centrales au charbon ou au gaz naturel.

Par contre, au Québec, le troupeau moyen en élevage laitier est de 52 têtes. C’est très petit, comparativement aux milliers de tête des installations agricoles du Sud. Nous avons par contre une industrie porcine qui a des surplus de fumier énormes dans certaines régions, et qui cherche un moyen de s’y installer. Ce qu’il manque, c’est des connaissances, de la part des agriculteurs et d’experts, ainsi qu’un peu d’audace. Le dernier problème est le bas coût de l’électricité au Québec. À 6.5 cent/kWh, presque aucune énergie renouvelable n’est rentable. La meilleure solution pour investir en énergies renouvelables, c’est d’augmenter le prix de l’électricité à au moins 8-9 cent/kWh et d’investir les surplus dans de la R&D dans le domaine, rien de moins. L’université d’Alberta (encore elle, hé oui! Et elle vient toujours du même chercheur, au fait) estime que la digestion anaérobique par fumier uniquement aurait un coût de génération d’environ 0.22 cent/kWh, un coût extrêmement élevé. Par contre, ce coût est évalué dans un comté précis (ce qui n’est pas pareil partout) et ne comporte que le fumier. En enrichissant le fumier avec des résidus d’abattoir, par exemple, ou de bacs de matières compostables, il serait possible de réduire ce coût. Mais à long terme, la recherche se fait ailleurs pour améliorer le coût de production de telles activités. En développant des bactéries plus voraces (comme cela a été fait par des microbiologistes) en améliorant l’efficacité thermique de la centrale, pour améliorer ce 43% d’efficacité et en gérant adéquatement les produits entrant dans le digéreur, il sera possible de réduire de grandement les coûts.

Un dernier problème va dans une problématique que plusieurs énergies ont : son potentiel. Les économistes agricoles les plus réalistes estiment que la digestion anaérobique en Allemagne, par exemple, ne peut que fournir 6 à 8% des besoins en électricité dans le pays. Comme plusieurs moyens de production renouvelables, son potentiel est limité par la quantité de matières organiques que l’on fournit.

Mais somme toute, la digestion anaérobique est une technologie émergente, intéressante et est un des fleurons où la recherche en agriculture et en biosystèmes est la plus effervessante.

Sources :

Apushev, N. (2004). Economic Feasibility of Anaerobic Digestion of Swine Manure for a Grower-to-Finisher Hog Operation in Quebec. Agricultural Economics. Montreal, Mcgill University: 119.

Ghafoori, E., P. C. Flynn, et al. (2007). « Carbon Credits Required to Make Manure Biogas Plants Economic. » International Journal of Green Energy 4(3): 339-349.

Ghafoori, E., P. C. Flynn, et al. (2006). « Global warming impact of electricity generation from beef cattle manure: A life cycle assessment study. » International Journal of Green Energy 3(3): 257-270.

Lieffering, M., P. Newton, et al. (2008). « Greenhouse gas and energy balance of dairy farms using unutilised pasture co-digested with effluent for biogas production. » Australian Journal of Experimental Agriculture 48: 104-108.

10 réflexions sur “Énergies, partie 7: Du fumier à l’électricité

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  2. Salut.
    Je travail pour la compagnie Rolfquo Inc de Baie d’Urfé.
    Nous fabriquons du biodiésel à partir d’huile végétale recyclée.
    Nous avons aussi lors de cette fabrication un second produit appelé glycérol qui entre dans le procédé de digestion anaérobique.
    Je cherche des utilisateurs pour ce produit. Si vous pouvez m’aider ce serait grandement apprécié.
    Jean Michel

  3. Mmh… Voilà qui est intéressant, mon campus d’études doit être à quelques kilomètres de là.

    Le glycérol est effectivement un produit qui est reconnu pour augmenter la capacité de génération de biogaz.

    Pour la digestion anaérobique, je sais que notre campus (MacDonald campus, à Sainte-Anne-de-Bellevue) risque de convertir d’ici quelques années sa centrale thermique, qui devrait être modifiée pour fonctionner au biogaz. Il y a assez de matière organique générée par des résidus agroforestiers pour cela. Mais c’est un projet de certains professeurs à long terme, alors ça ne se fera pas encore tout de suite.

    Malheureusement, peu de compagnies font des installations à grande échelle de digestion anaérobique au Québec pour l’instant. La majorité sont des projets sur la ferme. C’est un peu dommage, car les études économiques démontrent que la digestion anaérobique devient de plus en plus efficace au fur et à mesure que l’installation grossit, et ce en incluant les coûts de transport de la matière organique. La seule grosse installation que je connais, c’est le collectif Gazmont qui capte les biogaz de l’ancien dépotoir/carrière Miron, à Saint-Michel (en plus des sites d’enfouissement, mais ça c’est autre chose). Malheureusement, je crois qu’ils ont un volume qui pourrait être considéré comme trop gros pour que le glycérol ait un effet remarquable. Si le résidu est disponible à petite échelle, je conseillerais de poser des questions au département d’Agricultural Sciences ou de génie des bioressources de McGill. Ils pourraient vous dire quels agriculteurs dans le coin ont un centre de collection des biogaz et pourraient être intéressés par le produit. Le problème est que je ne m’y connais pas assez pour savoir si la glycérine peut être épandue sur un champ par après, la majorité des agriculteurs se servant des résidus de la digestion pour l’épandre par après.

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  5. salut j,ai des elevages de boeufs alors je serais interresse a en savoir plus sur un projet comme le biogaz
    alors j,attends de tes nouvelles

  6. Bonjour,
    Pour les élevages, l’essentiel est la taille du cheptel (c’est très important pour voir la faisabilité économique du projet), l’expertise présente dans les environs et d’avoir une analyse économique préalable. Comme c’est un élevage de boeufs et non un élevage laitier, la taille n’est que rarement un problème.

    Mais si tu veux, tu peux me contacter par e-mail à maxime.ouellet-payeur@mail.mcgill.ca . Si tu as des questions sur le projet, sur les étapes d’implantation, etc., tu peux me contacter. Il faudrait que je connaisse plus de détails, notamment sur la taille de l’élevage, les installations présentes et la région géographique.

  7. Salut Manx,
    je trouve intéressant tes articles que tu publies. Chez moi on a un fermer laitière de 130 têtes (incluant veau, vache, taure) et je trouve ton article  » Du fumier à l’électricité  » surtout que j’habite dans une région à qui un surplus énorme de fumier surtout porcin. Plusieurs producteurs producteur de mon coins déboursent des milliers de dollar pour exporter leur fumier ou lisier dans des villages à l’extérieur. Quand je lis ton article je pense que un projet de ce genre chez nous serait bénéfique pour la gestion des fumiers.
    Par contre, je me demandais si les résidus issus après les procédés sont riche en nutriments? Est-ce un type de composte ou un tats de cendre? Bref j’aimerais avoir le plus possible d’information possible sur tout ce qui concerne les «centrales de fumier» (si on peut les nommés comme ça) de A à Z. Je crois que tu es la personne idéal pour m’aider à aider les producteur de ma région. Bien entendu il faut que se soit un projet rentable pour permettre la survie de celui-ci.

    Merci et j’attend de tes nouvelles!

  8. Les activités microbiennes font que la matière organique est « digérée ». Donc un tel système n’offre pas de sous-produit ayant la qualité du compost. Je crois aussi (je ne peux pas le confirmer à 100%) que le résidu solide aura des acides lactiques présents; une étape de traitement avant l’épandage serait nécessaire, mais c’est clair que les résidus solides après digestion sont encore suffisament riches en nutriments pour enrichir les sols, et ce en permettant plus facilement de respecter les règles du MAPAQ sur l’épandage et les niveaux de phosphore acceptables.

    Je dois t’avouer qu’actuellement, la recherche commence à peine à se concentrer sur le produit solide et sur ses utilités. Je viens de trouver un article qui traite du traitement d’eaux usées par digestion anaérobique, et le produit final avait environ un tiers du phosphore initial en 12 jours. Ce n’est pas vraiment les conditions réelles d’une unité de génération de biogaz, mais ça démontre le potentiel de réduction de phosphore.

    Il faudrait aussi voir quelles industries sont dans ton coin; plusieurs déchets peuvent « enrichir » la génération de biogaz à partir de fumier. Le fumier est une matière première disponible en grandes quantités, mais c’est très avantageux si d’autres sources de nutriments y sont ajoutées.

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