Equipements de la chaîne de méthanisation
Cet article cherche à comparer les processus techniques des différentes étapes d’une unité de méthanisation dont l'installation coûte :
- 200 000 à 500 000 euros si la puissance électrique est de 50-100 kW
- 500 000 à 1,5 millions d'euros pour 100-300 kW
- 1,5 à 5 millions d'euros si la puissance est supérieure à 300 kW
Voie sèche ou voie humide/liquide ?
Voie sèche
Ce type de méthanisation est réalisable si les intrants ont une teneur en matières sèches entre 20 et 40%, il faut alors choisir parmi les deux technologies possibles :
- la méthanisation en voie sèche discontinue qui consiste à remplir le digesteur de façon séquencée, les intrants sont donc stockés avant d’être utilisés (dans des silos bâchés, des garages, des box ou encore des fosses).
- la méthanisation en voie sèche continue (dite piston) dans laquelle le digesteur est alimenté continuellement.
Avantages
- Production d’un digestat solide
- Capacité à traiter des produits contenant des indésirables (ferrailles, cailloux…)
- Demande moins d’équipements que la voie liquide et peu d’énergie
Inconvénients
- Le procédé discontinu induit un besoin en main d’oeuvre non constant pendant les chargements/déchargements du digesteur
- La matière doit être pré-compostée si elle est difficile à dégrader
- Dégradation des matières moins efficace qu’en voie liquide infiniment mélangée car le milieu est moins homogène
Voie liquide
Ce type de méthanisation est possible quand le mélange de substrats entrant est composé de 5 à 20% de matières sèches.
En voie liquide, le brassage du mélange est important car il permet :
- une homogénéisation de la température
- la mise en contact des bactéries avec la matière en fermentation
- et la réduction des risques de sédimentation
Ce processus se fait par brassage mécanique (pales avec moteur ou hélices avec moteur immergé) ou bien hydraulique pour les mélanges à faible taux de matière sèche (par injection de biogaz ou recirculation du digestat).
Digestion en une ou plusieurs étapes ?
La digestion des intrants peut se faire en une étape ou bien plusieurs, par exemple grâce à l’ajout d’un post-digesteur.
Le principal avantage d’une digestion en plusieurs étapes est de pouvoir augmenter le temps de séjour des intrants qui est en moyenne de 50j dans un digesteur et 45j dans un post-digesteur. Un séjour plus long permet une plus grande production de biogaz (une association digesteur/post-digesteur augmente la production de 30% par rapport à un digesteur seul) et un meilleur contrôle des agents pathogènes.
Digestion psychrophile, mésophile ou thermophile ?
Psychrophile
La digestion psychrophile se déroule entre 4 et 25°C, elle se fait donc sans chauffage et généralement dans des digesteurs enterrés afin qu’ils bénéficient de la température constante du sol tout au long de l’année (de l’ordre de 12°C).
Mésophile
La digestion mésophile est la plus courante, elle correspond au chauffage de la matière digérée à 35-40°C, elle n’est donc pas très énergivore, en effet, elle consomme en moyenne 20% de l’énergie qu’elle produit (contre 35% en régime thermophile). Le régime mésophile est moins sensible aux variations de température que le thermophile et permet d’avoir une grande variété de micro-organismes. Finalement, il offre un meilleur rapport : cinétique de production/consommation thermique.
Thermophile
La digestion thermophile se déroule entre 50 et 65°C, elle permet :
- un temps de séjour plus court
- une hygiénisation plus poussée de la matière entrante
- une meilleur dégradation des chaînes carbonées
Le problème des hautes températures est qu’elles rendent les conditions de vie des micro-organismes plus difficiles.
Bilan
Le tableau suivant résume les avantages et les inconvénients des régimes mésophile et thermophile (plus communs) selon le type de méthanisation.
| Technologie de la méthanisation | Température | Avantages | Inconvénients |
|---|---|---|---|
| Voie humide/liquide | Mésophile |
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| Thermophile |
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| Voie sèche | Mésophile |
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| Thermophile |
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Type de digesteur
Le type de digesteur est à choisir en fonction de :
- la nature et la concentration des intrants (notamment le taux de matières sèches)
- la disponibilité et la main d’oeuvre locale
- les coûts énergétique et de construction engendrés
Digesteur anaérobie à flux piston
Ce réacteur est utilisé en voie sèche continue, il a de hauts rendements et peut être utilisé pour tout type de déchets.
Réacteur à cuve agitée en flux continu
Ce réacteur est utilisé en voie humide continue, le mélange d’intrants y est maintenu homogène par agitation régulière ce qui permet l’obtention de bons rendements. Les principaux inconvénients du processus sont :
- le rallongement du temps de rétention dans le digesteur pour dégrader entièrement la matière organique
- l’énergie demandée par l’agitateur
Réacteur à biofilm
Dans ce type de méthanisation, les bactéries sont fixées sur un support au lieu d’être libres dans le digesteur. Ce processus peut supporter des charges organiques élevées et résister aux variations d’intrants (quantité et nature) s’il y a beaucoup de biofilms (c’est-à-dire de bactéries fixées sur leur support). Le seul problème est le possible colmatage des bactéries, il faut donc remplacer les biofilms périodiquement.
Digesteur Batch
Ce réacteur est utilisé en méthanisation discontinue, il est adapté à tout type d’intrants, cependant c’est un système assez complexe qui a de grands besoins énergétiques.
Digesteur à plusieurs phases
Ce processus permet de séparer les phases de méthanisation (hydrolyse, acidogenèse, acétogenèse et méthanogenèse) dans différents réacteurs afin d’optimiser les réactions.
Stockage du biogaz
Les unités de méthanisation comprennent des réservoirs de stockage de gaz pour pouvoir lisser les fluctuations de production et de consommation du biogaz. L’installation des gazomètres coûte entre 50 000 et 100 000€ en fonction du modèle et de son volume.
Il existe plusieurs types de stockage, les plus communs sont :
- le ballon souple : une poche fabriquée à partir de plastiques résistants aux rayons UV, aux intempéries, aux moisissures, aux microbes et au biogaz. C’est une solution simple, économique et durable.
- la double membrane souple (épaisseur >1,5mm) sur le digesteur, la membrane de stockage est alors séparée de l’air ambiant par une poche d’air et une membrane de protection couvrant le toit. L’air contenu dans la poche peut augmenter (grâce à une soufflante à air) ou bien diminuer (grâce à une vanne de registre) selon les besoins en stockage ou déstockage du biogaz. L’avantage de ces stockeurs est qu’ils permettent de maintenir constante la pression relative du biogaz entre 15 et 30 mbar.
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Tableau récapitulatif de tous les types de stockage de gaz :
| Type | Matériaux | Volumes | Pression | Avantages | Inconvénients | Coûts |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Toit digesteur | Béton, béton armé | 10-10000 m³ | < 100 mbar | Economie du gazomètre | Variation de pression | |
| Simple membrane sur le digestat | PVC, PEHD ou cahoutchouc | 10-7000 m³ | < 5 mbar | -Facilité de nettoyage du digesteur par le haut
-Résistance à la corrosion |
-Moindre résistance au poids de la neige
-Pertes thermiques -Durabilité inférieure au béton -Faible résistance aux impacts |
+à ++ |
| Double membrane sur le digesteur | PVC, PEDH, EPDM, PPR ou cahoutchouc | 10-7000 m³ | < 30 mbar | -Facilité de nettoyage du digesteur par le haut
-Résistance à la corrosion -Pression constante sur le réseau |
-Faible résistance aux impacts
-Durabilité inférieure au béton |
++ |
| Ballon souple de stockage | PVC, PEHD, nylon, polyamide ou cahoutchouc | 1-500 m³ | <10 mbar | -Economique
-Simplicité d’utilisation -Pas de maintenance -Absence de construction -Transport facile -Facilité du montage |
Faible résistance aux impacts | + |
| Double membrane | PVC | 1-7000 m³ | < 35 mbar | -Résistance à la corrosion
-Pression constante sur le réseau -Esthétique |
-Besoin en génie civil
-Faible résistance aux impacts |
+++ |
| Cloche | FRB (Fiber Reinforced Plastic), acier, béton/acier | 5-150000m³ | < 200 mbar | -Robuste
-Pression d’utilisation supérieure -Simplicité d’utilisation -Faible maintenance |
-Pression variable
-Peu pratique pour la plupart des digesteurs |
+++ |
| Réservoir pressurisé | Acier | 0,1-2 m³ | <60 bar | -Robuste
-Faible occupation d’espace -Faible maintenance -Pression disponible pour la réduction à la pression du brûleur |
Révision périodique certifiée | + |
Isolement thermique
Les isolants du tableau suivant peuvent être utilisés en intérieur ou en extérieur du méthaniseur, selon leurs caractéristiques.
| Isolant | Avantages | Inconvénients | Prix |
|---|---|---|---|
| Rockwool (fibre) | Densité, disponible sous de nombreuses formes, non corrosif, résistance mécanique lorsqu’il est manipulé | 5-15€/m² selon la densité, l’épaisseur, la forme | |
| Fibre de verre | Ne se désagrège pas avec l’âge | pH non neutre (pH=9), peut corroder l’acier si des traitements ne sont pas appliqués | 3-8 €/m² |
| Silicate de calcium | Très faible conductivité, léger, résistance mécanique, non combustible, non sensible aux moisissures, non corrosif | 67,52 € pour une plaque 1000 x 610 mm, 30 mm | |
| Polyéthylène | Pare-vapeur, barrière imperméable, résistance à la lumière directe du soleil | Non résistance au feu | |
| Polystyrène expansé ou extrudé | Pare-vapeur, barrière imperméable | Non résistance à la lumière directe du soleil.
Non résistance au feu |
6-10 €/m² |
Il est aussi possible de renforcer l’isolation thermique en enterrant le digesteur car le sol a une température stable de 10 - 12°C
Type de chauffage
Il est important de chauffer les matières premières ou bien le digesteur pour avoir une méthanisation efficace, cependant, il faut vérifier que la fluctuation de température ne dépasse pas 2-3°C en une heure pour assurer un processus de digestion optimal.
Les sources de chaleur sont diverses : le soleil, la combustion du biogaz ou bien la chaleur résiduelle de la production d’électricité (chaleur fatale).
Le chauffage du digesteur peut se faire :
- en interne, des serpentins de chauffage à circulation d’eau chaude (ou de vapeur) sont alors installés à l’intérieur du digesteur (sur ou dans les murs), ainsi il y a peu de pertes de chaleur. L’inconvénient est l’encrassement de la surface extérieure du tuyau qui réduit l’efficacité du transfert de chaleur.
- en externe, grâce à un ballon avec des serpentins ou un échangeur de chaleur à double enveloppe. Ce système permet d’éviter les changements de température dûs à l’alimentation du digesteur en intrants, de contrôler facilement la température et d’assurer la maintenance sans trop de difficultés. Le problème de cette technique est l’importante perte de chaleur.
Type d’agitation
L’agitation est un paramètre important à prendre en compte car il :
- empêche la sédimentation
- facilite le transfert de chaleur et maintient l’uniformité de la température du digesteur
- améliore le contact substrat- micro-organismes
Le tableau suivant regroupe les différents types d’agitation qui existent et la puissance qu’ils demandent :
| Type d’agitation | Fonctionnement |
|---|---|
| Agitateurs pendulaires | 22-30 kW |
| Agitateurs submersibles | 6,5 kW |
| Agitateurs Mississipi | 10-15 kW |
| Agitateurs mécaniques en traversée de paroi | 6,5 kW |
| Recirculation de biogaz | 6,5 kW |
| Recirculation de biomasse | >6,5 kW
Le digesteur doit être alimenté par environ 20 fois plus de biomasse digérée que fraîche |
| Recirculation combinée biomasse + biogaz | 11-30 kW |
Ligne d’hygiénisation
Cette étape est obligatoire pour les méthaniseurs de classe C3.
Dans certains cas il est possible de choisir entre l’hygiénisation en aval ou en amont du digesteur, il est alors conseillé de la faire en aval si les intrants comprennent une grande proportion d’éléments fibreux, en effet, le traitement en amont demanderait une dilution importante et une grande consommation énergétique.
Pompage
Cette étape permet le transfert des intrants à hygiéniser de leur zone de stockage à l’étape de broyage, le refoulement de la matière hygiénisée vers le digesteur et parfois la recirculation de la matière pour améliorer le brassage.
| Pompes volumétriques | Pompes centrifuges | |
|---|---|---|
| Exemples | Pompes : à lobes, péristaltiques, à engrenage, à vis excentrée, à membrane | Pompes : dilacératrices, à volutes |
| Adapté pour | Intrants visqueux (graisses) | Intrants fibreux ou contenant des particules solides |
 |
 |
Pour les intrants peu pompables et/ou avec une granulométrie importante, il est possible d’utiliser des vis sans fin ou encore des tapis motorisés.
Broyage
| Broyeur à couteaux | Broyeur à grille | Broyeur grossier | |
|---|---|---|---|
| Adapté pour | Intrants : non pompables (gravité), avec forte teneur en solide ou encore corrosifs | Boues, fluides | Fluide avec une forte granulométrie en matières solides |
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Cette étape peut nécessiter plusieurs broyeurs car la matière doit atteindre une granulométrie inférieure à 12mm en fin de broyage.
Cuve d’hygiénisation
| Une seule cuve | Plusieurs cuves en parallèle | |
|---|---|---|
| Adapté pour | Les faibles quantités d'intrants | Les volumes importants d'intrants
Lorsque l'on prévoit de la récupération de chaleur |
| Avantages | Solution moins onéreuse | Optimisation des cycles : plus de souplesse, plus de capacité de traitement
Facilite la récupération de chaleur |
Cette cuve doit être facilement accessible pour la surveillance et la maintenance.
Lors de l’hygiénisation, la matière est chauffée à 70°C, elle peut alors être injectée chaude dans le digesteur seulement si la proportion de matière hygiénisée ne dépasse pas ⅓ du mélange d’intrants contenu dans le digesteur. Dans le cas contraire, il peut y avoir un excès de chaleur ce qui risque de trop augmenter la température du digesteur et donc de compromettre le fonctionnement biologique de ce dernier, la matière hygiénisée doit alors être refroidie.
Sources
- Aras Ahmadi et Marco Avila-Lopez. 2022. Guide pour une pratique énergétique optimale de la méthanisation à la ferme en vue de la production de biogaz. [19/11/2025]. https://projet-methanisation.grdf.fr/cms-assets/2023/05/Guide-pour-une-pratique-energetique-optimale-de-la-methanisation-a-la-ferme_compressed-2.pdf
- AILE. 2021. Guide de mise en oeuvre de l'hygiénisation en méthanisation. [19/11/2025]. https://projet-methanisation.grdf.fr/cms-assets/2021/09/GUIDE-HYGIENISATION-VF-sept21.pdf
- Salikat Banerjee, Naveen Prasad et Sivamani Selvaraju. 2022. Reactor Design for Biogas Production-A Short Review. [19/11/2025]. https://www.lidsen.com/journals/jept/jept-04-01-004
- France Environnement. 2024. Quels sont les types de digesteurs existants ?. [19/11/2025]. https://www.franceenvironnement.com/question/quels-sont-les-types-de-digesteurs-existants
- Solagro. 2005. La méthanisation "à la ferme". [19/11/2025]. https://www.agrireseau.net/energie/documents/193methaagricole.pdf
