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Définition d'un outil cartographique d'aide à  la décision dans le domaine de la méthanisation


par Johan Poquet
Université Rennes 2 Haute Bretagne - Master 2 Aménagement du Territoire - Gestion de l'Environnement 2013
  

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DEFINITION D'OU OUTIL CARTOGRAPHIQUE

D'AIDE A LA DECISION DANS LE DOMAINE

DE LA METHANISATION

(CONFIDENTIEL)

? Tuteur professionnel : Vincent GRAVELEAU ? Tuteur universitaire : Vincent NEDELEC

ARMORGREEN |Avenue du Phare de la Balue 35520 La Mézière

 

POQUET Johan

Master II Géographie - Aménagement du Territoire Gestion de l'Environnement

2013

activons les énergies nouvelles

REMERCIEMENTS

Ce stage de fin d'étude au sein de la société Armorgreen fut incontestablement une expérience professionnelle enrichissante. Intégrer le pôle Collectivité - Grands Projets de la société m'a permis de développer de nombreuses compétences, mais m'a également donné l'occasion de me fondre totalement dans le fonctionnement quotidien d'une entreprise à taille humaine.

Je tiens donc tout d'abord à remercier Vincent Graveleau, tuteur professionnel qui m'a permis d'intégrer la société tout en assurant un encadrement efficace de mon travail durant les six derniers mois. Mes remerciements vont également à Frederic Autret, directeur du service.

Enfin, j'adresse un grand merci au reste du pôle Collectivité - Grands Projets, et à l'ensemble de l'entreprise qui a toujours su se rendre disponible lorsque le besoin se présentait.

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SOMMAIRE

REMERCIEMENTS 1

SOMMAIRE 1

INTRODUCTION 3

I. LA METHANISATION - ASPECTS TECHNIQUES ET REGLEMENTAIRES 6

1.1 DEFINITION ET PRINCIPES DE LA METHANISATION 6

1.2 POTENTIEL METHANE DES SUBSTRATS ET APPROVISIONNEMENTS POSSIBLES 8

1.2.1 Potentiel méthanogène 8

1.2.2 Différents types de substrats 9

1.2.3 Différents type d'approvisionnement 11

1.3 DIGESTAT : EPANDAGE, VALORISATION 12

1.3.1 Epandage 12

1.3.2 Transformation et valorisation 12

1.4 VALORISATION DU BIOGAZ 14

1.4.1 Chaudière 14

1.4.2 Cogénération 14

1.4.3 Transport et injection du biométhane sur le réseau GrT 16

1.4.4 Trigénération 17

1.5 LES DISPOSITIONS REGLEMENTAIRES 18

1.5.1 Une législation différente selon le type d'unité de méthanisation 18

1.5.2 Le cadre ICPE : la rubrique 2781 (MOLETTA, 2008 [6]) 18

1.5.3 Autres dispositions réglementaires (APESA, 2012, [20]) 19

II. EVOLUTION ET CONTEXTE DU MARCHE ACTUEL 24

2.1 ECHELLE MONDIALE 24

2.2 ECHELLE EUROPEENNE 24

2.2.1 LE MODELE ALLEMAND : LA METHANISATION A LA FERME 25

2.2.2 LE MODELE ANGLAIS : LA METHANISATION PASSIVE 27

2.2.3 Le modèle italien 27

2.2.4 Le modèle danois : la méthanisation centralisée 27

2.2.5 Le modèle suédois/suisse avec la production de biométhane 28

2.3 ECHELLE NATIONALE 29

2.3.1 Un développement lié à l'évolution des tarifs de rachat de l'électricité 29

2.3.2 Des objectifs ambitieux pour 2020 avec le plan EMAA* : vers un modèle « à la Française » ? 30

2.4 ECHELLE REGIONALE 32

2.4.1 Bretagne 32

2.4.2 Pays de la Loire 33

2.4.3 Basse Normandie 33

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POQUET Johan Société Armorgreen

M2 Géographie - Aménagement du Territoire - ETA - 2013 Université Rennes II

III. MISE EN PLACE D'UN OUTIL D'AIDE A LA DECISION POUR LA SOCIETE ARMORGREEN VISANT A FACILITER LES DEMARCHES DE PROSPECTION SUR

LE TERRITOIRE 36

3.1 LA DEMANDE D'ARMORGREEN 36

3.2 L'APPROCHE PAR LA CARTOGRAPHIE ET LES SIG 37

3.3 METHODOLOGIE MISE EN PLACE 38

3.3.1 Identification des facteurs déterminant le développement de la méthanisation sur le territoire et

récupération des données 38

3.3.2 Mise en forme des bases de données SIG et première cartographie 42

3.3.3 Pondération de l'influence des espaces les uns par rapport aux autres et aires d'influence 54

3.3.4 Traitements et fusion des couches géographiques 71

3.4.3 Variation de l'échelle d'étude 74

3.5 LIMITES, PERSPECTIVES DANS L'AVENIR ET CRITIQUES DE L'OUTIL 79

CONCLUSION 81

GLOSSAIRE 82

BIBLIOGRAPHIE 83

TABLE DES DOCUMENTS 87

ANNEXES 73

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POQUET Johan Société Armorgreen

M2 Géographie - Aménagement du Territoire - ETA - 2013 Université Rennes II

INTRODUCTION

Jusqu'à la fin des années 1960, la question du lien entre économie et environnement ne s'est posée que très rarement. Il était communément admis que la nature était en mesure de s'autoréguler, et que les activités économiques étaient donc neutres à son égard. À partir des années 1970, l'idée de « crise environnementale » fait surface, et avec elle s'établit une certaine conscience écologique des problèmes liés à la civilisation industrielle. En 1972 a lieu la conférence des Nations Unies à Stockholm, qui va préfigurer la conférence de Rio vingt ans plus tard, et qui donnera lieu à la publication du rapport « Nous n'avons qu'une Terre ». C'est également l'année ou le rapport du Club de Rome « Halte à la croissance » verra le jour. Ces évènements, illustrent à l'échelle internationale un changement de perspective sans précédent en soulignant le divorce croissant entre économie et environnement, et au-delà, posent la question de leur réconciliation.

Les années 80 marquent l'apparition de l'expression « Développement Durable », tentative de réconciliation des trajectoires des développements économiques, avec les enjeux d'équité sociale et d'équilibre écologique de la planète. Les rejets dans l'atmosphère de gaz à effet de serre sont pointés du doigt et la question des énergies renouvelables fait alors surface, tout comme celle de la gestion des déchets.

Ainsi, avec la loi du 15 juillet 1975 apparait la première définition du terme « déchet » : « tout résidu d'un processus de production, de transformation ou d'utilisation, toute substance, matériau ou produit, ou plus généralement tout bien meuble abandonné ou que son détenteur destine à l'abandon ». Plus récemment, les conclusions du Grenelle 1 en 2009 poussaient à passer de 24% des déchets ménagers et assimilés (DMA*) orientés vers le recyclage matière ou organique, à 35% en 2012 et 45% en 2015. Dans le même temps, le Grenelle fixe deux autres objectifs majeurs : une réduction de 20% des émissions de gaz à effet de serre (GES*) d'ici 2020 ainsi qu'une augmentation de la part des énergies renouvelables dans la consommation d'énergie pour atteindre 23% en 2020 (MEDDE, 2012, [50]).

C'est dans ce contexte, avec l'instauration de nouvelles réglementations, que les industriels et autres gros producteurs de biodéchets ont été incités à développer des filières de traitement et de valorisation toujours plus performantes. Ainsi, des technologies alternatives, autres que les centres d'enfouissement ou incinérateurs, ont vu le jour : c'est le cas de la méthanisation. Parallèlement, ce sont des sociétés de développement, de construction ou encore des bureaux d'ingénierie qui ont fait du déchet ou plus largement des énergies renouvelables leur coeur de métier (VERPOEST, 2012, [59]). Armorgreen fait partie de ces entreprises, avec une activité très marquée dans sur tout le Grand Ouest de la France.

La société est, depuis sa création en 2007, essentiellement orientée vers la production d'énergie solaire photovoltaïque, mais se diversifie actuellement avec la méthanisation, la biomasse bois et prochainement l'éolien. Elle ambitionne également à terme de se positionner dans les énergies marines renouvelables (EMR*). L'entreprise propose ainsi des projets « clé en main », pour une clientèle d'entreprises, de collectivités et d'exploitants agricoles, ainsi que de distributeurs spécialisés auprès des artisans et installateurs du

bâtiment. Cinq chaines de métier couvrent l'ensemble de Illustration 1 - Enerpark

(Armorgreen [70])

POQUET Johan Société Armorgreen

M2 Géographie - Aménagement du Territoire - ETA - 2013 Université Rennes II

la chaine de valeur : développement, ingénierie, installation, maintenance et exploitation.

Basée à Rennes, l'entreprise, adossée au Groupe Legendre ( www.groupe-legendre.com, [77]), compte aujourd'hui 15 implantations dans le Grand Ouest et 100 collaborateurs pour un chiffre d'affaires de 40 millions d'euros ( www.armorgreen.fr, [70]). Dans le domaine de la méthanisation, Armorgreen s'appuie notamment sur deux partenaires allemands de confiance afin de mener à bien l'ensemble de ses activités : Consentis et Farmatic. L'expérience de ces fournisseurs allemands permet à l'entreprise de s'appuyer sur un savoir-faire développé Outre-Rhin, qui est de plus appuyé par un bureau d'études interne qui valide systématiquement la faisabilité technique des projets.

 
 

Figure 1 - L'offre d'Armorgreen en méthanisation
(Armorgreen, [70])

Carte 1 - Présentation de l'entreprise (Armorgreen, [70])

 

Dans le cadre de la diversification de ses activités vers la méthanisation, l'entreprise Armorgreen souhaite durablement s'implanter sur le territoire du Grand Ouest français, et exerce donc une activité de prospection afin de définir les zones les plus propices au développement de la filière. Afin de faciliter ce travail, la société a souhaité développer un outil cartographique d'aide à la décision. Celui-ci doit pouvoir contribuer à la mise en place d'une stratégie globale de prospection sur le territoire, mais également, en procédant à une variation d'échelle, d'orienter un choix, s'il se pose, entre deux sites d'étude pour le développement d'une unité de méthanisation.

L'étude s'articulera donc autour de trois axes majeurs. Dans un premier temps, le principe de méthanisation, avec ses caractéristiques techniques et réglementaires seront détaillés, suivis par la suite d'une analyse de l'évolution du marché des années 1970 à nos jours. Enfin, au sein d'une troisième et dernière partie, la totalité de l'outil sera présentée (méthodologie, données utilisées, premiers résultats obtenus) pour finalement terminer avec une réflexion sur ses limites et les éventuelles possibilités d'amélioration de celui-ci.

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I. LA METHANISATION - ASPECTS TECHNIQUES ET REGLEMENTAIRES 1.1 Définition et principes de la méthanisation

La méthanisation, ou digestion anaérobie, est un processus basé sur la dégradation de la matière organique par des micro-organismes en absence d'oxygène et de lumière dans des cuves hermétiques (digesteurs) en milieu sec ou liquide. Cette transformation de la matière produit :

- du biogaz composé majoritairement de méthane (CH4, 50 à 70%), de dioxyde carbone (CO2, 20 à 50%) et d'eau (H2O). Quelques gaz traces peuvent également être présents (NH3, N2, H2S).

- du digestat, produit liquide ou solide composé de matières organiques non dégradées et de minéraux.

Le biogaz peut ensuite être valorisé de différentes façons (production d'électricité, de chaleur, de carburant, injection sur le réseau GrT), tout comme le digestat (homologation, compostage).

Durant l'évolution du processus de méthanisation, la teneur en eau est un paramètre important pour l'activité microbienne. On distingue deux types de fermentation en fonction de ce critère :

- La fermentation est dite « humide » lorsque la teneur en matière sèche est inférieure à 20% ; - La fermentation est dite « sèche lorsque la teneur est entre 20 et 50%.

Elles peuvent être réalisées à des températures mésophiles (35 à 40°C) ou thermophiles (aux alentours de 55°C) (MOLETTA, 2003, [51].

Le processus de méthanisation se résume en quatre grandes phases se déroulant en même temps dans le méthaniseur : l'hydrolyse, l'acidogénèse, l'acétogénèse et la méthanogénèse. Celui-ci doit être régulièrement contrôlé, car de nombreux paramètres doivent être réunis pour assurer une transformation optimale de la matière organique (température, pH, taux de charge organique, nutriments, mixage...) ; un équilibre doit être maintenu continuellement par l'exploitant au sein de cette chaine de dégradation.

Figure 2 - Principes de la méthanisation (ADEME, 2011 [5])

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Le développement de la méthanisation s'inscrit dans trois secteurs majeurs, chacun se basant sur des gisements différents : agricole, industriel et collectivités.

Le secteur agricole exploite principalement lisiers, fumiers, déchets de cultures ou cultures énergétiques tandis que l'industrie agro-alimentaire (IAA*) produit eaux usées ou déchets issus du process de transformation. Les collectivités fournissent, quant à elles, boues de station, fraction organique des déchets municipaux ou déchets verts.

La méthanisation présente l'avantage de valoriser des déchets organiques (qui ne devront donc pas être traités par d'autres filières) tout en produisant de l'énergie. Les émissions de gaz à effet de serre sont également réduites, car l'usage d'engrais d'origine organique se substitue à celui des engrais chimiques, faisant appel aux énergies fossiles.

L'ensemble du processus de la méthanisation se résume donc aux quatre étapes suivantes :

- La collecte : approvisionnement en intrants qui devront être méthanisés ;

- La méthanisation : stockage des déchets, introduction dans le digesteur, production de biogaz ; - La transformation : épuration du gaz pour permettre son injection sur le réseau, combustion, cogénération ;

- La valorisation : production d'électricité, chauffage, carburant...

Illustration 2 - Les quatre étapes de la méthanisation (MEDDE, 2013 [75])

Ce processus s'inscrit donc dans une démarche de développement durable et de production d'énergie propre et renouvelable.

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1.2 Potentiel méthane des substrats et approvisionnements possibles

Les substrats sont les matières entrantes dans le méthaniseur issues de l'exploitation agricole responsable de l'unité de méthanisation. Les co-substrats sont celles qui sont exogènes à l'exploitation, généralement en provenance de l'industrie agro-alimentaire ou des collectivités (AILE, 2011, [15]). En fonction des substrats recherchés, différentes façons de s'approvisionner sont possibles pour le gestionnaire d'une unité de méthanisation ; le potentiel méthanogène des intrants est un des facteurs déterminants.

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