Qu’est-ce que l’indice de méthane et pourquoi est-il important pour un moteur fonctionnant au biogaz ?

L’indice de méthane (MN) est une mesure de la résistance d’un carburant gazeux au cliquetis dans un moteur à allumage commandé : plus il est élevé, plus le risque de cliquetis est faible. L’échelle est définie par des mélanges de référence : le méthane pur a un MN de 100, tandis que l’hydrogène a un MN de 0. L’indice de méthane d’un gaz analysé correspond au pourcentage volumétrique de méthane dans un mélange avec de l’hydrogène, qui présente la même tendance au cliquetis dans des conditions d’essai définies. Cela est analogue à l’indice d’octane pour l’essence.

Ce qui l’augmente et ce qui le diminue

Le gaz naturel, qui contient des impuretés d’hydrocarbures supérieurs, a un indice de méthane plus faible que le méthane pur. Le biogaz, composé principalement de méthane et de grandes quantités de CO₂, a généralement un indice plus élevé que le gaz naturel. Un biogaz de composition typique présente un MN de l’ordre de 120–140 dans les calculs ; cette plage dépend de la teneur en CO₂ et de la méthode de calcul, il s’agit donc d’une valeur indicative. Cette valeur dépasse l’échelle de 0–100, car l’indice calculé pour des gaz à forte teneur en gaz inertes peut dépasser 100.

Comment le déterminer

La mesure directe nécessite un moteur d’essai spécialisé, c’est pourquoi, en pratique, le MN est calculé à partir de la composition du gaz (chromatographie). Il existe différentes méthodes de calcul : l’une d’elles est décrite en annexe de la norme EN 16726 relative à la qualité du gaz du groupe H, et les fabricants de moteurs utilisent leurs propres méthodes, qui donnent des résultats différents pour une même composition. Pour cette raison, lors de la comparaison des valeurs, il est nécessaire de connaître la méthode utilisée. Il n’existe pas de définition universelle des calculs, et le fabricant du moteur peut exiger sa propre méthode.

Importance pour le moteur CHP

Un moteur à gaz a une plage admissible d’indice de méthane définie par le fabricant. Si le gaz a un MN trop faible, le moteur est exposé au cliquetis, qui endommage les pistons et les coussinets. Dans une telle situation, le contrôleur réduit la charge, retarde l’allumage ou appauvrit le mélange. Pour le biogaz, le risque d’un MN trop faible est faible, car le CO₂ agit comme un ballast. Le problème le plus fréquent est le faible pouvoir calorifique, les impuretés (sulfure d’hydrogène, siloxanes, humidité) et la variabilité de la composition ; voir Variabilité de la composition et de la quantité de biogaz] ainsi que Maintenance des moteurs CHP].

Où l’indice de méthane a une importance pratique

• Mélange de biogaz avec un autre gaz, par exemple l’ajout de propane au biométhane afin d’atteindre la valeur calorifique requise pour l’injection dans le réseau ; cela peut modifier le MN.
• Alimentation des moteurs GNC avec du biométhane. La norme EN 16723-2 (carburant GNC pour le transport) contient des exigences, y compris pour l’indice de méthane ; voir Biométhane dans les transports].
• Hydrogène ajouté au gaz. L’ajout de H₂ diminue le MN, ce qui est important pour les moteurs stationnaires.
• Modification de la composition en cas de panne du désulfurateur ou lors de perturbations du processus. Une baisse du méthane avec une augmentation du CO₂ élève généralement le MN.

Que faire en pratique

1. Connaître la plage de MN admise par le fabricant du moteur et la méthode selon laquelle elle est indiquée.
2. Effectuer des mesures de la composition du gaz (analyseur en continu ou chromatographie périodique) et calculer le MN avec la même méthode.
3. En cas de changement de carburant ou d’additif (par exemple, hydrogène, propane), consulter le fabricant sur l’impact sur le MN.
4. Noter les symptômes de cliquetis (bruit, perte de puissance, enregistrement du détecteur de cliquetis) et les corréler avec la composition du gaz.

Exemple : comment la composition du gaz influence le MN

Un mélange de méthane avec un ajout d’éthane ou de propane a un indice de méthane plus faible que le méthane pur, tandis qu’un ajout de CO₂ l’augmente. Par conséquent, deux gaz ayant le même pouvoir calorifique peuvent avoir des MN différents s’ils diffèrent par leur composition. Le biogaz issu d’un digesteur, dont les principaux composants sont le CH₄ et le CO₂, se comporte différemment à cet égard que le gaz de réseau, dans lequel sont présents des hydrocarbures supérieurs. Après épuration en biométhane, la majeure partie du CO₂ est éliminée, donc l’indice de méthane chute à un niveau proche de celui du méthane pur, et après un éventuel ajout de propane pour corriger la valeur calorifique, il diminue encore. Dans les moteurs alimentés au biométhane, il est donc important de connaître la composition finale du gaz, et pas seulement la teneur en méthane.