Calculateur de codigestion
Estimez la production de méthane, de biogaz, d’énergie et la puissance de cogénération à partir d’un mélange de substrats. Le potentiel méthanogène (BMP) provient d’une base de données de 270 substrats et de 1 866 enregistrements issus de publications ; la matière sèche et les paramètres de l’unité sont des hypothèses explicites que vous pouvez modifier.
Le modèle est additif : il ne tient compte ni des synergies ni des inhibitions de la codigestion (par ex. par l’ammoniac), ni du temps de séjour, ni de la température du procédé. Le résultat est une estimation préliminaire, et non un dimensionnement d’unité.
Calculateur
Paramètres de l’unitéles valeurs par défaut sont des hypothèses — modifiez-les pour votre projet
Hypothèse : 85 %. Part du potentiel de l’essai de laboratoire obtenue dans un digesteur en continu (temps de séjour, dégradation incomplète).
Hypothèse : 53 %. Généralement d’environ 50–60 % selon la composition de la ration ; sert uniquement à convertir le méthane en biogaz.
Hypothèse : 40 %. Vérifiez la fiche technique de l’unité.
Hypothèse : 43 %. Chaleur utile récupérée sur le refroidissement du moteur et les gaz d’échappement.
Hypothèse : h. Utilisée pour la puissance électrique et la capacité d’une unité de production de biométhane.
Tous les digesteurs, hors cuve de digestat. Nécessaire pour l’OLR et le TSH ; nous supposons une masse volumique de la ration de 1 t/m³.
Influe sur les seuils de C/N et sur l’évaluation du risque lié à l’ammoniac.
Influe sur l’évaluation de la matière sèche de la ration.
Ajoutez un substrat et saisissez la masse pour afficher le résultat. Vous pouvez aussi .
Comment nous calculons
Pour chaque composant, le calculateur détermine la charge en matière organique sèche (MOS) : masse × matière sèche × part de MOS dans la matière sèche. La charge multipliée par le BMP donne la quantité théorique de méthane : le BMP est exprimé en m³ CH₄ par tonne de MOS (numériquement identique aux NmL CH₄/g MOS des publications). La somme de tous les composants est multipliée par la part du potentiel réalisée.
- CH₄ [Nm³/an] = Σ masse × MS × MOS × BMP × part du potentiel réalisée
- biogaz [Nm³/an] = CH₄ ÷ teneur en CH₄ du biogaz ; les débits horaires sont des moyennes sur h
- énergie du méthane [MWh/an] = CH₄ × 9,97 kWh/Nm³ (pouvoir calorifique inférieur du méthane dans les conditions normales) ÷
- puissance électrique [kWₑ] = énergie × rendement électrique ÷ durée de fonctionnement ; chaleur = énergie × rendement thermique
- équivalent biométhane [Nm³/h] = CH₄ ÷ 0,97 ÷ durée de fonctionnement — biométhane à 97 % de CH₄, sans pertes de méthane à l’épuration
- OLR [kg MOS/(m³·j)] = charge quotidienne en MOS ÷ volume actif ; TSH [j] = volume actif ÷ volume quotidien de ration (masse volumique 1 t/m³)
- C/N du mélange = Σ MOS ÷ Σ (MOS ÷ C/N) — moyenne harmonique pondérée par la MOS (la moyenne arithmétique surestime le C/N) ; calculé lorsque les composants dont le C/N figure dans la base de données représentent au moins 90 % de la MOS
La plage d’incertitude à côté du résultat typique correspond au même calcul pour le BMP publié le plus bas et le plus haut de chaque composant (inchangé pour un composant ayant sa propre valeur de BMP). La dispersion résulte des différences de variétés, de date de récolte, de préparation de l’échantillon et de méthodologie d’essai ; nous la décrivons sur les pages des substrats et dans la méthodologie BMP.
La matière sèche et la matière organique sèche modifient considérablement le résultat et diffèrent selon les exploitations et les lots de matière première. Si la base de données contient une composition typique du substrat, le calculateur l’insère avec une indication (plage et source) ; sinon, les champs restent vides et doivent être renseignés — idéalement avec les résultats d’une analyse de laboratoire de votre propre matériau.
Ce que le modèle ne prend pas en compte
- les synergies et antagonismes de la codigestion — un mélange peut donner de meilleurs ou de moins bons résultats que la somme de ses composants ;
- l’inhibition du procédé, notamment par l’ammoniac (substrats riches en protéines, fientes de volailles), le sulfure d’hydrogène et les acides gras ;
- la cinétique de dégradation pour un temps de séjour, une température et un brassage donnés, ainsi que les pertes lors du stockage de l’ensilage ;
- l’autoconsommation d’électricité et de chaleur de l’unité et la disponibilité de la cogénération.
Évaluation du procédé
Indépendamment du rendement, le calculateur évalue le risque de procédé : il vérifie les parts de substrats présentant des caractéristiques particulières (par ex. riches en lipides, facilement dégradables, sans effet tampon), les limites de dose issues des descriptions des substrats, l’OLR, le TSH, la matière sèche de la ration et le C/N selon des règles dont les seuils proviennent de la littérature (notamment le guide FNR, l’IEA Bioenergy Task 37, des études sur la codigestion de graisses et de glycérol). Le résultat est un statut : mélange stable, à surveiller ou risque élevé de défaillance du procédé — avec une explication, des sources et une proposition de réduction des doses (« Adapter les doses aux limites »). L’évaluation ne modifie pas le rendement calculé : nous n’ajoutons ni « bonus de synergie » ni pénalités.
Les décisions d’investissement exigent vos propres essais BMP sur des échantillons représentatifs, une analyse de composition et une conception du procédé.
Exemple de calcul
Un mélange de 1 t/an d’ensilage de maïs et de 2 t/an de lisier de bovins, BMP = moyennes pondérées de notre base de données. La matière sèche et la matière organique sèche sont des valeurs illustratives, et non des données d’une unité précise. Paramètres par défaut : 85 % du potentiel BMP réalisé, 53 % de CH₄ dans le biogaz, rendement de la cogénération 40 % électrique / 43 % thermique, heures de fonctionnement.
| Substrat | Masse t/an | MS % | MOS % MS | BMP m³ CH₄/t MOS | Charge en MOS t/an | CH₄ Nm³/an |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Maize silage (whole crop) | 10 000 | 33 | 95 | 341,0 | 3 135 | 908 680 |
| Cattle slurry | 20 000 | 8 | 80 | 236,3 | 1 280 | 257 094 |
Au total 1 165 774 Nm³ de CH₄ par an (en moyenne 133,1 Nm³/h), soit 251,1 Nm³/h de biogaz à 53 % de CH₄. L’énergie chimique du méthane s’élève à 11 623 MWh/an, ce qui, avec un rendement de 40 % et heures de fonctionnement, correspond à une unité de cogénération d’environ 581 kWₑ (4 649 MWh d’électricité et 4 998 MWh de chaleur par an) ou à environ 150 Nm³/h de biométhane. L’ensilage fournit 78 % du méthane alors qu’il ne représente qu’un tiers de la masse de la ration.
La matière sèche de la ration est de 16,3 % — en dessous des 30 % que le guide FNR « Leitfaden Biogas » retient comme maximum pour un mélange en voie humide. Le contenu du digesteur a une teneur en matière sèche inférieure à celle de la ration, car une partie de la matière organique est convertie en biogaz.
Questions sur le calculateur
Comment calculer la production de biogaz à partir d’un mélange de substrats ?
Pour chaque substrat, la masse de la ration est multipliée par sa teneur en matière sèche (MS), la part de matière organique sèche (MOS) et le potentiel méthanogène BMP. La somme de tous les composants est corrigée de la part du potentiel réalisée dans l’unité, et la production de biogaz s’obtient en divisant la quantité de méthane par la teneur en CH₄ du biogaz.
D’où proviennent les valeurs BMP du calculateur ?
De la base de données FeedstockData : pour chaque substrat, nous compilons les résultats d’essais BMP issus de publications à comité de lecture et de bases de données. Par défaut, le calculateur utilise la moyenne pondérée et, pour évaluer l’incertitude, le résultat publié le plus bas et le plus haut. Chaque substrat dispose d’une page avec un tableau d’enregistrements et une bibliographie.
Pourquoi le résultat du calculateur diffère-t-il de la production de mon unité de méthanisation ?
Le calculateur est un modèle additif : il suppose que chaque composant fournit autant de méthane que le prévoit son BMP, indépendamment des autres. Il ne tient compte ni des effets de synergie ou d’inhibition (par ex. par l’ammoniac ou les acides gras), ni du temps de séjour, de la température, du brassage ou des pertes de stockage. Il s’agit d’une estimation préliminaire, et non d’un dimensionnement d’unité.
Que signifie la part du potentiel BMP réalisée ?
Le BMP est le rendement maximal en méthane d’un essai de laboratoire qui dure généralement plusieurs dizaines de jours. Dans une unité en continu, une partie de la matière organique quitte le digesteur sans être dégradée ; nous supposons donc que seule une partie du potentiel est obtenue. La valeur par défaut de 85 % est une hypothèse à modifier, et non une valeur mesurée.
Comment le calculateur détermine-t-il la puissance électrique de la cogénération ?
Il multiplie l’énergie chimique du méthane (9,97 kWh par Nm³ de CH₄) par le rendement électrique de l’unité et divise le résultat par la durée annuelle de fonctionnement. Avec les valeurs par défaut de 40 % et h, 1 million de Nm³ de CH₄ par an correspond à une puissance d’environ 500 kWₑ.
Que sont l’OLR et le TSH ?
L’OLR (charge organique volumique) est la quantité de matière organique sèche introduite par jour pour 1 m³ de volume actif, en kg MOS/(m³·j). Le TSH (temps de séjour hydraulique) est la durée moyenne de séjour de la ration dans le digesteur, en jours. Le calculateur les détermine dès que le volume actif est renseigné, en supposant une masse volumique de la ration de 1 t/m³.
Atlas des substrats et données BMP Articles sur les tests BMP