Il y a un an et demi, le partenariat innovation entre deux services publics franciliens de gestion de déchets et d’assainissement, voyait le jour avec Cométha. Le SIAAP et le Syctom, deux mondes cloisonnés traitant des déchets liquides (boues des eaux usées) pour l’un, et des déchets solides (ordures ménagères) pour l’autre, ont choisi de coopérer sur de nouvelles solutions de cométhanisation. Après une première phase d’essais, les quatre regroupements d’acteurs retenus seront soumis à une nouvelle sélection en décembre 2019. Objectif : passer à l’unité pilote. Cette phase de conception et d’exploitation s’étendra jusqu’à 2022, avant le déploiement d’une unité industrielle.

L’enjeu est triple : innover en R&D sur une filière qui n’a pas de précédent, la cométhanisation ; décloisonner des organisations pour créer des synergies en termes de valorisation énergétique et matière ; permettre à plusieurs acteurs du monde scientifique, institutionnel et industriel de travailler en symbiose pour une même cause. Le tout en un temps record de six ans. C’est aujourd’hui l’exploit du projet Cométha, tant sur le fond que sur la forme. Au tiers de son développement, le projet a d’ores et déjà impliqué une quinzaine de laboratoires et une centaine de personnes. Pendant dix huit mois, les quatre regroupements titulaires ont réalisé 300 essais. Pour rappel, le premier est composé du CMI (John Cockerill), Sources, UniLaSalle et UTC ; le second rassemble Suez, Arkolia Energies et ETIA ; le troisième concerne Tilia, Gicon France Biogas, DBFZ et Fraunhofer IGB ; le quatrième réunit Vinci Environnement, Naldeo, CEA Liten et Insa Deep.

Cométha met l’accent sur la FOr

L’objectif du projet Cométha dont le budget s’élève à 90 millions d’euros, porte à la fois sur des contraintes techniques, économiques et géographiques liées à la région Ile-de-France : co-valoriser en énergie et en matière, deux principaux gisements : boues d’eaux usées et fractions organiques résiduelles (For) avec une priorité sur ce flux estimé à 76 000 t/an, en y ajoutant du fumier équin (20 000 t/an) et des graisses d’épuration (500 t/an). Le contexte francilien est particulier. D’un côté le Syctom prévoit dans le cadre de sa future unité de collecte et valorisation des OMr à Ivry (Paris XIII), de récupérer la fraction organique résiduelle. De l’autre, le SIAAP dans un souci d’anticipation, réfléchit à des alternatives de valorisation des boues autres qu’une remise au sol. Comme le souligne Martial Lorenzo, directeur général des services du Syctom, la fraction organique constitue 30 % du contenu de la poubelle grise et ne devrait pas diminuer malgré la mise en œuvre de la collecte séparée des biodéchets en Ile-de-France.

A l’occasion de la restitution des premiers essais en laboratoire, le Syctom a salué cette première réussite de partenariat, « alors qu’elle est déjà scrutée attentivement par d’autres villes du monde comme Los Angeles ou Singapour, soumises aux mêmes contraintes de valorisation ». Pour soutenir ce projet, les deux opérateurs estiment que certains freins pourraient être néanmoins plus largement levés par l’État. Le carcan juridique empêche la France d’aller aussi loin que certains voisins européens, dans le domaine de la sortie de statut de déchet, par exemple, insiste Martial Lorenzo. Cela vaut notamment pour la production de certains nutriments tels que le phosphore et l’azote après traitement des intrants, qui à ce jour, sont toujours considérés comme des déchets.

Les essais à l’épreuve

Au lancement du projet, les titulaires retenus ont dû démontré que leur approche technique était compatible avec le cahier des charges demandé. Ainsi pendant plus d’un an, les candidats ont planché sur le terrain et en laboratoires pour mettre à l’épreuve les procédés annoncés. Premier constat, les résultats s’avèrent satisfaisants pour les quatre groupements et ont même révélé dans certains cas, des performances imprévues. Pour mener à bien leurs expériences, les protagonistes ont utilisé près de vingt tonnes d’intrants dont six tonnes de fraction organique, 11 tonnes de boues et 2,3 tonnes de fumier. Pour ce faire, Cométha a mobilisé plusieurs intervenants comme le SMET71. L’unité tri-méthanisation-compostage de Chagny a fourni la matière organique puisqu’à ce jour, le Syctom ne traite pas encore la fraction organique résiduelle dans ses usines. Par ailleurs, le SIAAP et le Syctom ont fait appel à des assistants à maîtrise d’ouvrage, tels que setec, société d’ingénierie, Sage Engineering, Sartorio Avocats et Parimage, accompagnateur de projets d’infrastructures et d’équipements industriels.

L’aspect original du projet, c’est qu’en partant des mêmes intrants, on peut obtenir des résultats différents, mais tout à la fois pertinents. Ainsi, pour le groupement porté par Suez, il s’agissait de produire du biométhane injectable en réseau et de valoriser l’azote entrant comme matière première secondaire. La filière retenue par les trois acteurs (Suez, Arkolia et Etia) a intégré une conversion thermochimique pour traiter le fumier en amont, puis utilisé pour la phase solide le couplage pyrolyse-méthanation. Un procédé de déshydratation des digestats devrait réduire la taille finale du digesteur de 30 à 50 %. Grâce à cette combinaison de technologies de conversion thermochimique et de méthanisation, explique Stéphane Cordier (Suez), la filière proposée par le groupe parvient à convertir en biogaz une partie de la matière organique difficilement accessible.

La démarche proposée par Tilia, groupement franco-allemand, fait intervenir un savoir-faire rodé Outre-Rhin, dans le secteur de la biomasse et de méthanisation. Le principe : développer une solution modulaire reproduisant à l’échelle pilote, le système de traitement tel qu’il pourrait se présenter à l’échelle industrielle. Grâce à cette configuration en 18 modules, Tilia a pu développer plusieurs combinaisons possibles et calculer les performances et les coûts opérationnels : « nous avons choisi de cibler en particulier deux modules : la méthanation biologique (transformation de l’hydrogène et du dioxyde de carbone en méthane) et la récupération des nutriments, explique Christophe Hug, porte-parole de Tilia. L’intégration d’un procédé de méthanation à la fin de notre chaîne de traitement nous a permis d’augmenter la teneur en méthane du gaz de synthèse produit par le processus de gazéification et donc la quantité totale de biométhane généré ». Le second module, la récupération des nutriments s’est concentrée sur le phosphore et l’azote. Ces substances sont éliminées lors de la collecte des eaux usées, alors que les besoins d’enrichissement des sols sont importants. Trois méthodes ont été étudiées : la précipitation électrochimique du phosphore pour former en bout de chaîne des sels utilisables dans la production d’engrais ; la précipitation chimique humide du phosphore ; la récupération d’azote via la conversion d’ammonium.

Eau supercritique

Les essais du groupement porté par Vinci Environnement ont porté sur l’association de deux technologies : une cométhanisation en digesteur Kompogas suivie d’une gazéification en eau supercritique (couple pression-température de 221 bars et 374°C). Pour mener à bien ce procédé, trois conditions requises : préparation du digestat, intégration thermique et récupération de chaleur, gestion des sels et des inertes au sein du réacteur en sortie du système. À travers ce choix, la quasi totalité du carbone a pu être convertie pour optimiser la production de méthane. Outre l’exploitation du carbone à son maximum dans les intrants, la solution proposée a permis de récupérer des nutriments comme l’azote et de produire un gaz renouvelable hautement énergétique, qui est l’hydrogène. Le groupement John Cockerill (ex CMI) vise dans le cadre de cette première phase d’essais à optimiser le bilan énergétique, rechercher une valorisation « produit » maximale et réaliser une filière de traitement flexible et adaptable. Pour y parvenir, les acteurs du groupement se sont concentrés sur l’optimisation de la digestion pour favoriser l’intégration du cocktail d’intrants, et ont développé le procédé de méthanisation bi-étagée en voie liquide.

Certains essais pourront bientôt changer d’échelle en accédant à l’unité pilote. Des quatre groupements, le SIAAP et le Syctom en retiendront un ou deux pour continuer l’aventure. A ce jour, les deux opérateurs savourent le succès de cette première phase, même si la période de R&D aurait pu être rallongée. Cela n’a cependant pas empêché l’innovation de progresser en un laps de temps contraint. Pour l’ensemble des partenaires, le projet Cométha a d’ores et déjà rempli sa première mission : démontrer la pertinence de la cométhanisation et l’intérêt de poursuivre la coopération des services publics, au bénéfice des usagers et de la recherche.

Crédit : CM, Alexia Leibbrandt, SIAAP

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