Valorisation Énergétique De La Biomasse

es. Au cours de ces dix dernières années, la quantité de déchets a augmenté de 10%. En France, la production de déchets en 2001 était de l’ordre de 22 à 25 millions de tonnes, suivant une croissance de 1% par an à l’image de ces voisins européens. Dans ce contexte, la politique de gestion des déchets établit par la loi cadre du 15 juillet 1975 prend toute son importance : prévenir et réduire la production et la nocivité des déchets, organiser et contrôler les activités de transports des déchets et valoriser les déchets. De plus, l’union européenne doit faire face à de nouveaux défis en matière énergétique. En effet, elle a fixé comme objectif global un doublement de la part des sources d'énergies renouvelables d’ici 2010. Grouper valorisation des déchets organiques et production d’énergies renouvelables à partir de la biomasse deviendrait ainsi un enjeu majeur. Dans cet objectif, l’élaboration d’un outil d’aide à la décision pour la gestion et la valorisation énergétique de la biomasse doit être envisagé.

2. Modèle

Le modèle développée dans cette étude s’applique à tout type de biomasse avec un double objectif : associer le traitement de l’ensemble des déchets organiques sur une aire géographique et la valorisation sous forme énergétique. L’élaboration d’un tel outil d’aide à la décision s’appuie sur une méthodologie en 4 phases : création d’une base de données sur le gisement à partir de valeurs compilées de la littérature, incluant une étude de la disponibilité des ressources,

orientation vers une filière de traitement thermique et/ou biologique en comparant les caractéristiques physico-chimiques de la biomasse aux caractéristiques minimales requises pour le fonctionnement de la filière considérée, estimation des énergies produites en fonction des orientations, analyse spatiale des données, basée sur l’utilisation d’un système d’information géographique (SIG), permettant d’obtenir le lieu optimum d’emplacement du procédé. L’utilisation d’un SIG implique d’établir un niveau d’application, local ou régional, afin de fixer l’unité géographique pour laquelle toutes les informations doivent être disponibles. Dans notre cas, l’application étant plutôt régionale, l’unité choisie est la commune. La base de données géographiques donnant les informations sur l’aire étudiée (habitants par commune, surface d’une commune) ainsi que les données statistiques issues par exemple des bases AGRESTE pour l’agriculture sont fournies pour une année devenant l’année de référence.

3. Etude du gisement de la biomasse

3.1 Définition de la biomasse emse-00358119, version 1 - 2 Feb 2009 D’après les différentes catégories de biomasses établies par Hoogwijk et al (2003), la production de biomasse a été divisée en huit catégories : résidus agricoles, forestiers, DIB, … 3.2 Gisement brut L’objectif de cette étape est d’estimer le gisement théoriquement disponible de la biomasse par catégorie et pour toutes les communes de l’aire géographique sur une année. Pour estimer ce gisement brut, les informations nécessaires dépendent de la catégorie de la biomasse. 3.3 Gisement disponible L’étude de la disponibilité de la quantité de biomasse brute passe par l’étude du facteur de disponibilité (f i) qui est le pourcentage de biomasses récupérables pour la valorisation énergétique. Ce facteur est fonction de la collecte des déchets et des différentes utilisations possibles de la biomasse.

Qi' /com/an Qibrut /an fi (1) / com

4. Orientation des déchets vers une filière

L’orientation des déchets vers une filière thermique et/ou biologique est effectuée par comparaison des valeurs associées aux paramètres physico-chimiques de caractérisation des déchets avec des valeurs seuils sur ces mêmes paramètres. Ces valeurs seuils sont les valeurs d’entrée d’un procédé pour un fonctionnement minimum. 4.1 Caractéristiques physico-chimiques de la biomasse Les caractéristiques physico-chimiques de la biomasse (exemple en tableau 1) doivent permettre de définir, pour chaque catégorie, sa compatibilité avec une filière considérée et le potentiel énergétique qui peut-être valorisé. Le paramètre caractéristique de la filière biologique est le potentiel de production de méthane sur matière humide (PCH4 (MH)) exprimé en mètre cube de méthane par tonne de matière humide (m3/t MO).

L’orientation d’un déchet vers une filière thermique dépend du pouvoir calorifique inférieur (PCI) exprimé en méga joule par tonne de matière humide (MJ/t MH). Tableau 1 : Exemple de caractéristiques physico-chimiques de biomasses. Catégori w Espèces PCI (MJ/t MH) e (%)

5 3a 6 bovins porcins céréales FFOM papier 42,4 59,3 12 54 8,1 9873 6292 14281 7055 16186

Source

Base Phillys Base Phillys Bianco, 2002 Faaij et al., 1997 Base Phillys

MO (%)

85 85 82 91 89,5

PCH4 (m3/t

MO) 350 356 280

Source

Bianco, 2002 Moller et al., 2004 Gunaseelan, 1997 Gunaseelan, 1997 Gunaseelan, 1997

321 250

4.2 Paramètres minimums d’entrée dans une filière de valorisation Cette phase permet d’orienter chaque catégorie de biomasse vers une filière de transformation de biomasse en énergie. Les catégories de biomasse seront regroupées en quatre classes : deux classes associées à chacune des filières (biologique et thermique), une classe pour laquelle la biomasse peut être traitée et valorisée par les deux filières et une quatrième classe concernant les déchets ne pouvant être traités ni par la filière thermique ni par la filière biologique. Pour sélectionner la classe correspondant à chaque catégorie de biomasse, des valeurs seuils des paramètres spécifiques de chaque filière doivent être fixées. La filière biologique est adaptée aux composés facilement biodégradables. Cette biodégradabilité est estimée à partir du paramètre donnant le rendement de conversion en méthane d’un substrat : le potentiel de production de méthane sur matière organique dont la valeur seuil est choisie à 250 m 3.t-1. La filière thermique est applicable pour les substrats combustibles et ayant un pourcentage d’humidité assez faible. L’estimation de la combustibilité d’un composé est évaluée par le pouvoir calorifique inférieur sur matière humide. La valeur seuil de ce dernier est estimée à 12000 MJ.t-1 pour une humidité de 30%.

emse-00358119, version 1 - 2 Feb 2009

5. Estimation de l’énergie produite

L’énergie produite, fonction des filières, est calculée à partir des paramètres spécifiques de chaque filière et de la quantité de biomasse produite par catégorie, sur une commune de l’aire géographique, durant une année,selon les équations suivantes :

E biologique/ com / an 36

i

Qi' / com / an PCH4,i

(2) (Dagnall et al., 2001) (3)

Ethermique/ com/ an

i

Qi' / com/ an PCIi

i

Eclasse3ique/ com / an biolog

i

Qi' / com / an PCH4i

et Eclasse3 / com / an thermique

i

i

Qi' / com / an PCIi

(4)

6. Analyse spatiale : scénario pour la recherche d’emplacement optimum des filières

Rechercher l’implantation optimum d’une filière revient à déterminer une zone locale (aire de collecte) en fonction des distances de transport. Ces zones locales sont construites par cumul en fonction de la distance de transport de la biomasse. L’ajout de contraintes économiques et environnementales permet d’affiner la localisation du site de valorisation. Pour les trois classes (filière uniquement thermique, filière uniquement biologique et filière mixte), la recherche des lieux d’implantation des sites de traitement se déroule alors en plusieurs étapes. La première étape consiste à repérer les zones qui minimisent les coûts de transport en fonction de combinaisons

paramètres