Dossier Technique

Le biométhane : définitions, principe et chiffres clés

Mis à jour le

Le biométhane est un gaz renouvelable produit à partir des déchets, principalement via le procédé de méthanisation. Ayant les mêmes propriétés que le gaz naturel, il peut être injecté dans les réseaux de distribution et de transport de gaz. Au 1er janvier 2021, on dénombrait 214 sites de production, représentant une capacité annuelle d’injection de 4 TWh réduisant ainsi l’impact climatique grâce à un contenu carbone 8 à 10 fois plus faible que celui du gaz naturel.

Le biométhane, c’est quoi ?

Définition

Le biométhane est un gaz 100% renouvelable produit à partir de matières organiques diverses. Le processus mis en jeu est la méthanisation : c’est un processus biologique anaérobique (i.e. en l’absence d’oxygène) permettant à des bactéries de transformer la matière organique en biogaz et en digestat. Après épuration, le biogaz deviendra alors du biométhane injectable dans les réseaux, et le digestat pourra être valoriser comme un engrais naturel.

Biométhane - Fonctionnement schématique d'un méthaniseur
Fonctionnement schématique d'un méthaniseur

Si on en revient à sa composition chimique, le biométhane est composé à plus de 97% de méthane (CH4). Sa principale différence avec le gaz naturel d’origine fossile ne tient donc pas à sa composition, qui est très proche (ce qui présente l’avantage de pouvoir facilement partager la même infrastructure de réseau et adresser les mêmes usages). La différence majeure vient de son mode de production :

  • Le gaz naturel est généré à partir de sédimentation de matière organique. Ce processus naturel est long : plusieurs millions d’années et donc non renouvelable à l’échelle humaine.
  • Le biométhane est produit à partir d’intrants (résidus de l’agriculture, déchets ménagers, boues de station d’épuration, …). Le processus est réalisé sur un temps court (quelques semaines) et à partir d’intrants eux-mêmes renouvelables : c’est donc une énergie renouvelable (ENR). (Le terme ENR est défini dans le code de l’énergie : Article L211-2 - Code de l'énergie - Légifrance (legifrance.gouv.fr)). Par ailleurs, le processus de production du biométhane permet d’éviter l’émission de GES des matières organiques (fumiers, déchets,) ainsi que celles liées à la production d’engrais industriels.
Comparatif gaz naturel biométhane
Comparatif gaz naturel biométhane
Biogaz ou biométhane ?
Le gaz renouvelable produit en sortie de méthaniseur est du biogaz composé pour l’essentiel de méthane (~60%), mais également de CO2, H2S, d’eau et de quelques impuretés. Afin de pouvoir être injecté dans le réseau de gaz, il doit passer par une étape d’épuration visant à ramener le biogaz à la qualité réseau. Une fois cette étape franchie, le biogaz change de nom pour s’appeler biométhane et peut être injecté.

Les avantages du biométhane

Les avantages du biométhane sont nombreux : à la croisée des enjeux climat-énergie-déchets-agriculture, il permet de développer des projets d’économie circulaire ambitieux, et apporte de nombreuses externalités positives.

D’un point de de vue énergétique :

  • Le biométhane constitue une production d’ENR locale, non intermittente et stockable.
  • Compatible avec l’ensemble des usages existant du gaz naturel : chauffage, ECS, cuisson, process, mobilité

D’un point de vue environnemental :

  • Le contenu carbone du biométhane est 8 à 10 fois inférieur au gaz naturel et comparable aux autres ENR (1 kWh de biométhane émet 23,4 gCO2eq/kWhPCI  d’après l’étude en analyse de cycle de vie réalisée par Quantis – ENEA en 2017,  44,4 g gCO2eq/kWhPCI selon la Base Carbone ®)
  • La production de biométhane génère un coproduit appelé digestat, qui constitue un fertilisant naturel épandable sur les terres agricoles, permettant un retour au sol d’une partie du carbone produit tout en réduisant le recours aux engrais chimiques.
  • Parmi les produits et déchets agricoles méthanisables, les Cultures Intermédiaires à  Vocation Energétiques (CIVE) peuvent être utilisées. Implantées et récoltées entre deux cultures principales, elles protègent le sol de l’appauvrissement par les eaux de pluie, de la pollution des nitrates et permettent le développement local de la biodiversité. 

D’un point de vue économique :

  • La production de biométhane contribue à la gestion des déchets
  • C’est une source de diversification des revenus pour le monde agricole
  • La filière biométhane est créatrice d’emplois : en moyenne, 3 à 4 emplois locaux non délocalisables par installation
Atouts du biométhane
Atouts du biométhane

Chiffres clés d’une installation de méthanisation

Chiffres clés d'une installation de méthanisation produisant du biométhane
Chiffres clés d'une installation de méthanisation produisant du biométhane

De la méthanisation à l’injection

Il existe 3 grandes filières de production de gaz vert, valorisant des intrants différents et utilisant des technologies différentes :

  • la méthanisation
  • la gazéification
  • le power-to-gas

 

Méthanisation

La méthanisation est un procédé de dégradation de la matière organique animale ou végétale en l’absence d’oxygène. Plusieurs types de déchets organiques peuvent être valorisés en méthanisation :

  • Des intrants d'origine agricole : fumiers, lisiers, résidus de culture, CIVE (cultures intermédiaires à vocation énergétique)
  • Des intrants issus d’industries agro-alimentaires : graisses, pulpe de betteraves, sous-produits animaux, …
  • Des déchets urbains : déchets ménagers, biodéchets de restauration, boues de station d’épuration, tontes, ISDND (Installation de stockage des déchets non dangereux : récupèrent et valorisent le biogaz émis naturellement par les déchets stockés)
Principe de la méthanisation
Principe de la méthanisation

Les déchets organiques collectés sont introduits dans un digesteur puis un post-digesteur. Du biogaz est alors produit qui, après une phase d’épuration, pourra être injecté dans le réseau de gaz et utilisé pour les usages chauffage, eau chaude, cuisson ou mobilité.

> > Découvrez le principe de fonctionnement en détail avec la visite virtuelle d'un site de méthanisation Salon GRDF (vip-studio360.fr).

A quoi ressemble un site de méthanisation
A quoi ressemble un site de méthanisation

A ce jour, la méthanisation constitue le principal mode de production de biométhane : Au 1er janvier 2021, on dénombrait ainsi 214 sites d’injection représentant une capacité installée de 4 TWh soit l’équivalent de la consommation annuelle de 1 million de logements neufs chauffés au gaz.

 

Pyrogazéification de la biomasse

La pyrogazéification de la biomasse permet la valorisation de déchets résiduels variés comme les résidus de bois (biomasse ligneuse) et les CSR (combustibles solides de récupération), non valorisés par ailleurs.

Par exemple, la plateforme de R&D GAYA, pilotée par ENGIE, produit du gaz renouvelable injecté dans le réseau de gaz. Situé à Saint Fons (Région Auvergne Rhône Alpes), le démonstrateur met en œuvre des procédés innovants, reposant sur le principe de la pyrogazéification, pour convertir de la biomasse sèche en méthane de synthèse, injectable dans le réseau.

Remarque : D’autres procédés prometteurs comme la gazéification hydrothermale, permettant de convertir des biomasses liquides présentant de faible taux en matière sèches en un gaz de synthèse riche en méthane, sont également à des stades de développement moins avancés.

Principe de la pyrogazéification
Principe de la pyrogazéification

Power-to-gas

Le Power-to-gas est une réponse à l’intermittence des productions d’ENR électrique non stockables : le principe est de convertir l’électricité renouvelable en hydrogène qui peut alors être soit converti en méthane de synthèse injectable soit injecté directement dans le réseau de gaz : c’est ce qui est expérimenté, par exemple, sur les projets GRHYD et JUPITER 1000.

  • GRHYD est un démonstrateur basé à Dunkerque, et inauguré en juin 2018. L’objectif, atteint depuis, est de vérifier la faisabilité technique de l’injection d’hydrogène en mélange jusqu’à 20% dans le réseau de gaz naturel d’un nouveau quartier de la commune de Capelle-la Grande.
  • JUPITER1000, projet piloté par GRTgaz, est un démonstrateur qui a pour objectif de transformer l’électricité renouvelable en gaz pour pouvoir le stocker. Le gaz produit (H2) est alors soit injecté (jusqu’à 200 Nm3/h) dans le réseau de gaz naturel, en mélange, soit converti en méthane de synthèse (jusqu’à 30 Nm3/h) via une étape de méthanation puis injecté.
Principe du Power to Gas
Principe du Power to Gas

 

Perspectives de développement de ces 3 filières

Ces 3 grandes filières de production de gaz vert, qui sont à des stades de maturité différentes, sont complémentaires dans les intrants valorisables.

Potentiel de développement des gaz verts en avril 2021
Potentiel de développement des gaz verts (maj 2021)

L'étude Mix de gaz 100 % renouvelable en 2050 ? de l'ADEME, menée avec GRDF et GRTgaz, conclut qu’il existe en France le gisement d’intrants permettant d’atteindre voire dépasser le niveau de la demande en gaz à horizon 2050 : 100% de gaz vert, produit localement dans les réseaux est donc une réalité.

Perspectives de développement du biométhane

Le développement de la production et d’injection de biométhane dans le réseau de gaz est marqué depuis plusieurs années par une remarquable dynamique, et des perspectives de développement très fortes, qui vont au-delà des objectifs fixés par le gouvernement dans la programmation pluriannuelle de l’énergie (PPE).

  • La PPE publiée en avril 2020 fixe un objectif d’injection de biométhane de 6 TWh et 2023 et 14 à 22 TWh en 2028
  • Au 1er janvier 2021, les capacités d’injection installées et en service s’élevaient à 4 TWh
  • Au 1er janvier 2021, on comptabilisait 26 TWh en projet, c’est-à-dire au stade de l’étude détaillée et ayant réservé des capacités d’injection. Ces projets vont pour la plupart voire le jour dans un délais moyen de 3 ans.

La filière devrait donc dépasser les objectifs PPE de 2023 dès 2021, et dépasser les objectifs PPE de 2028 dans les 3 ans.

 

 

Suivre l’évolution des chiffres clés biométhane
Le site Données biométhane - GRTgaz permet de suivre l’ensemble des données liées au biométhane en France : production, dynamique de raccordement au réseau, nouveaux projets. La finesse des informations disponibles permet notamment de faire une analyse par région/Département/EPCI et même commune.

 

Contenu CO2 du biométhane

Le biométhane est également une énergie décarbonée. L’étude « évaluation des impacts GES de la production et l’injection du biométhane dans le réseau de gaz naturel » évalue le contenu carbone du biométhane sur la base de la méthode normalisée d’ACV à 23,4 gCO2eq/kWhPCI.

Emissions de gaz à effet de serre du biométhane en ACV
Emissions de gaz à effet de serre du biométhane en ACV

Cette valeur, qui intègre les émissions de gaz à effet de serre liées à son cycle de vie, ainsi que les réductions d’émissions de GES apportées par la méthanisation dans les secteurs agricoles et le traitement des déchet, traduit l’impact du biométhane sur le climat.

La Base Carbone ® administrée par l’ADEME retient la  valeur de 44,4 gCO2eq/kWhPCI. , évaluée selon une autre méthodologie ACV ne prenant pas en compte les impacts évités. Elle est prévue pour une utilisation dans le cadre spécifique de la Base Carbone. Il s’agit d’une valeur moyenne représentative du mix de production français.

Contenu CO2 du biométhane injecté dans les réseaux (Source Base Carbone ADEME).jpg
Contenu CO2 du biométhane injecté dans les réseaux (Source Base Carbone ADEME)
Ordres de grandeur des facteurs d'émissions des principales énergies renouvelables
Ordres de grandeur des facteurs d'émissions des principales énergies renouvelables
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3 commentaires sur ce dossier
Par naw, le 13/11/2021 à 22:12
Tres bonne didactique

Merci!

Par Cegibat, le 23/06/2021 à 15:08
Petite correction...

Bonjour

Merci pour votre remarque, vous avez raison, le biométhane peut également être injecté dans le réseau de transport.

Nous avons complété la phrase en conséquence.

L'équipe Cegibat