Mesure des émissions de méthane des unités de méthanisation : gaz traceur, drones, caméras OGI et satellites

Les émissions de méthane d’une unité de méthanisation se mesurent par plusieurs méthodes complémentaires : la caméra optique d’imagerie de gaz (OGI) sert à localiser les fuites, la méthode du gaz traceur et l’analyse de panache permettent de déterminer l’émission totale de l’installation, des drones équipés d’analyseurs laser permettent de contrôler les endroits difficiles d’accès, tandis que les satellites ne détectent que les plus grosses fuites. Le choix de la méthode dépend de l’objectif : veut-on connaître la perte totale de méthane, ou trouver des fuites précises. Un résultat fiable exige de fixer les limites de la mesure, des conditions météorologiques adéquates et une évaluation de l’incertitude.

Méthodes de localisation (sources ponctuelles)

1. Caméra OGI – visualise le nuage de méthane dans l’infrarouge ; permet de contrôler rapidement les vannes, les toits à membrane, les brides. Exige un opérateur qualifié et de bonnes conditions (vent, contraste de température), et les valeurs quantitatives sont difficiles à obtenir.
2. Détecteurs portables – mesurent la concentration à la source ; la variante en exécution Ex est exigée dans les zones à risque d’explosion.
3. Solution moussante – test simple des raccords.
4. Drones équipés d’analyseurs – permettent la mesure au-dessus des cuves et des toits, y compris ceux qui sont difficiles d’accès.

Méthodes quantitatives (émission totale)

1. Méthode du gaz traceur – à proximité de l’installation, on libère un flux connu de gaz (par ex. acétylène ou N₂O), et des analyseurs mobiles mesurent les concentrations de ce gaz et du méthane dans le panache derrière l’installation. Le rapport des concentrations multiplié par le flux connu donne l’émission de méthane. La méthode est largement utilisée dans les campagnes de mesure en Europe ; son incertitude dépend des conditions et du nombre de passages.
2. Modélisation inverse de la dispersion – des analyseurs laser sur ligne ou fixes et des données sur le vent servent à calculer le flux de la source à l’aide d’un modèle de dispersion des gaz.
3. Méthodes de bilan – comparaison de la quantité de biogaz produite avec celle utilisée et estimation des pertes ; méthode imprécise pour de faibles pertes, mais simple.
4. Mesures en chambres et en cuves – chambres de mesure, analyse depuis la surface des cuves ouvertes.

Satellites et grandes échelles

Les systèmes satellitaires détectent de grosses fuites, généralement de plusieurs dizaines à plusieurs centaines de kg de CH₄ par heure (selon le système et les conditions). Une installation produisant 2,2 millions de m³ de méthane par an avec une perte de 1 % perd 22 000 m³, soit en moyenne 2,75 m³/h ≈ 2 kg de CH₄/h (22 000 m³/an × 0,717 kg/m³ ≈ 15,8 t/an ; 15,8 t/an ÷ 8000 h ≈ 2 kg/h). De telles fuites sont au moins plusieurs dizaines de fois inférieures au seuil de détection des satellites ; les satellites servent donc à détecter les pannes et les grands émetteurs, mais pas à contrôler les pertes typiques d’une unité de méthanisation.

Incertitude et conditions

Le résultat dépend de la direction et de la vitesse du vent, de la stabilité de l’atmosphère, de la distance, de la géométrie de l’installation (toutes les sources se trouvent-elles dans le panache), des émissions des installations voisines (par ex. étable, décharge), de la durée de la mesure (les émissions varient au cours de la journée, par ex. après un déchargement) et de la conduite. Dans les rapports, il faut indiquer la méthode, la durée, les conditions, l’incertitude et les sources prises en compte.

Exemple de calcul par la méthode du gaz traceur

Hypothèses : de l’acétylène a été libéré comme gaz traceur à raison de 0,5 kg/h, soit 500 g/h ÷ 26 g/mol ≈ 19,2 mol/h. Après intégration des passages dans le panache, le rapport molaire de l’excédent de CH₄ à l’excédent de gaz traceur est de 2,5. Flux de méthane : 2,5 × 19,2 ≈ 48 mol/h, soit 48 × 16 g/mol ≈ 0,77 kg de CH₄/h. Sur 8000 h, cela représente env. 6,2 t par an, ce qui correspond à env. 0,4 % de la production de méthane d’une installation de 2,2 millions de m³ de CH₄ par an (env. 1580 t). Les données sont illustratives ; en pratique, il faut tenir compte du bruit de fond, de nombreux passages et de l’incertitude.

Comment planifier une campagne

1. Définissez l’objectif (émission totale ou localisation).
2. Choisissez la méthode et un prestataire expérimenté dans le biogaz.
3. Fixez la période (quelques jours dans différentes conditions et phases de fonctionnement).
4. Préparez les données de l’installation (production, calendrier d’alimentation et de soutirage).
5. Après la mesure, effectuez la localisation à la caméra OGI et réparez les fuites.
6. Répétez la mesure après les réparations afin d’évaluer l’effet.

Interprétation des résultats

Il est judicieux de rapporter le résultat de la mesure de l’émission totale à la production de méthane pendant la mesure, afin d’obtenir un taux de pertes en pourcentage. Une mesure isolée peut ne pas être représentative, car les émissions varient au cours de la journée et de la saison (par ex. plus élevées en été pour le digestat, plus élevées après des événements accidentels). C’est pourquoi l’on recommande plusieurs campagnes par an ou l’association des mesures à une surveillance continue de l’étanchéité. Lorsque vous comparez des résultats avec d’autres installations, vérifiez que la même méthode et la même définition des limites de l’installation ont été appliquées.

Conclusion

Les mesures d’émissions de méthane sont de plus en plus importantes du point de vue réglementaire et de la certification. Il vaut mieux associer les méthodes quantitatives et de localisation, et traiter les résultats comme un point de départ pour des actions correctives.