BMP et rendement d’une unité de méthanisation : pourquoi les résultats de laboratoire et ceux de l’échelle technique diffèrent

Le rendement en méthane d’une unité de méthanisation est généralement inférieur à la somme calculée à partir du BMP des substrats, car le test de laboratoire offre des conditions optimales et une durée allant jusqu’à l’épuisement de la production, alors que le digesteur a un temps de séjour hydraulique limité, un mélange imparfait et des pertes. D’autre part, une partie de l’écart n’est pas de la biologie, mais des erreurs de données : pesées imprécises, MS et MOS variables des substrats et incertitude de la mesure du gaz. Une comparaison rigoureuse exige un bilan avec des incertitudes explicites.

Facteurs réduisant le rendement à l’échelle technique

Facteurs liés aux données

1. MS et MOS des substrats – variables dans le temps ; utilisation de valeurs de catalogue au lieu d’analyses de lot.
2. Masses dosées – erreurs de pesée, ajouts non déclarés, variations d’humidité.
3. Mesure du gaz – étalonnage du débitmètre, humidité, température, conditions normales.
4. Composition du gaz – l’analyseur nécessite un étalonnage ; une erreur de 1–2 points de pourcentage de CH₄ se répercute directement sur l’erreur du méthane.
5. Période de moyennage – un bilan plus court que quelques TSH est perturbé par la variation du contenu du digesteur.

Exemple de calcul

Hypothèses (illustratives) : au cours du mois, on a dosé 600 t d’ensilage (MS 33 %, MOS 95 % de la MS, BMP 340 NmL/g de MOS) et 1 200 t de lisier (MS 8 %, MOS 80 % de la MS, BMP 200 NmL/g de MOS). Méthane mesuré : 92 000 m³.

• MOS de l’ensilage : 600 000 kg × 0,33 × 0,95 ≈ 188 100 kg ; CH₄ = 188 100 × 0,340 ≈ 63 950 m³,
• MOS du lisier : 1 200 000 × 0,08 × 0,80 = 76 800 kg ; CH₄ = 76 800 × 0,200 ≈ 15 360 m³,
• somme issue du BMP : ≈ 79 300 Nm³ (le BMP est donné en NmL/g de MOS, c’est-à-dire en conditions normales) ; mesuré 92 000 m³ (en supposant une conversion aux mêmes conditions normales) → 116 % de la valeur issue du BMP.

Un résultat supérieur à 100 % est le signal qu’il y a une erreur dans les données ou qu’il manque des substrats (par ex. un ajout de graisse non pris en compte, une mesure de gaz surestimée, une MOS sous-estimée). Si l’on avait mesuré 70 000 m³ (88 % du BMP), le résultat serait typique d’une installation bien conduite. Cela montre que le bilan doit être traité comme un contrôle de vraisemblance, et non comme une preuve de la seule performance du procédé.

Degré de dégradation comme mesure

Le rapport entre le méthane mesuré et celui calculé à partir du BMP est appelé rendement relatif. Une valeur plus élevée signifie une meilleure utilisation du potentiel. Parallèlement, on évalue le potentiel résiduel du digestat (test BMP d’un échantillon de la sortie). Si le potentiel résiduel est élevé et les pertes faibles, la réserve se trouve dans le procédé : TSH, mélange, prétraitement. S’il est faible et que le bilan ne boucle pas, cherchez des erreurs de données ou des pertes.

Comment améliorer la cohérence du bilan

• Analysez la MS et la MOS de chaque livraison (ou au moins tous les quelques jours pour l’ensilage).
• Pesez tout ce qui entre (balances homologuées, étalonnées).
• Étalonnez le débitmètre de biogaz et l’analyseur de CH₄.
• Uniformisez les conditions normales dans les documents.
• Établissez le bilan sur des périodes d’au moins quelques TSH.
• Ajoutez des incertitudes : ±5 % sur les masses, ±5 % sur la MOS, ±5 % sur le gaz donnent au total un intervalle de plus d’une dizaine de pour cent.

Conclusions pour l’utilisateur des résultats BMP

Le BMP est un point de référence utile pour la planification et l’évaluation des substrats, mais non une promesse de rendement. Pour le dimensionnement, on applique des coefficients correcteurs issus de l’expérience, et pour le règlement avec le fournisseur de substrat — des données de sa propre installation. Il faut aussi se rappeler que certains substrats (graisses, matériaux fibreux) présentent un écart plus grand que les ensilages.

En 2017, Holliger, Fruteau de Laclos et Hack ont publié une analyse comparant la production de méthane calculée à partir du BMP des substrats à celle mesurée sur site dans des installations à pleine échelle ; le titre de l’article résume sa conclusion — les calculs à partir du BMP concordent bien avec les mesures, pour autant que les données sur les substrats et la production soient fiables. Il convient donc d’expliquer en priorité les écarts par la qualité des données et les conditions du procédé.

Liste de contrôle de la comparaison du BMP avec l’installation

1. Choisissez une période d’au moins quelques TSH sans panne majeure.
2. Rassemblez les masses de substrats, la MS et la MOS issues d’analyses.
3. Calculez la somme de CH₄ issue du BMP (Σ masse·MS·MOS·BMP).
4. Mesurez ou relevez le méthane réel sur le compteur de gaz et l’analyseur.
5. Estimez l’incertitude de chaque composante.
6. Calculez le rapport et son intervalle.
7. Si le résultat dépasse env. 100 %, vérifiez d’abord les données, puis le procédé.

Un exercice réalisé une fois par trimestre montre rapidement si l’installation fonctionne de façon stable par rapport à son propre historique.

Rôle du prétraitement

Le broyage, l’hydrolyse thermique ou les additifs enzymatiques influent principalement sur la vitesse et le degré de dégradation des fractions difficiles. Le test BMP de l’échantillon avant et après traitement, avec le même protocole, est un moyen fiable de vérifier l’effet avant l’achat d’un équipement.