National audienceDepuis le début des années 2000, plusieurs facteurs concourent au besoin de développement de nouveaux modes de gestion des déchets municipaux. Parmi ces nouveaux modes de gestion, la filière de traitement mécanobiologique (TMB) permet de réduire très significativement les émissions résiduelles de biogaz. Les émissions de carbone sous forme de biogaz constituent en effet la très grande majorité des émissions de carbone des déchets enfouis, quelque soit la filière retenue (filière conventionnelle, bioréacteur, TMB)

Bour, Olivier

Zdanevitch, Isabelle

HAL-INERIS

L’oxydation du biogaz : un moyen de re´duire lese´missions re´siduellesOlivier Bour, Isabelle ZdanevitchTo cite this version:Olivier Bour, Isabelle Zdanevitch. L’oxydation du biogaz : un moyen de re´duire les e´missionsre´siduelles. Journe´e scientifique du 18/12/08 : La post-exploitation des ISDND, Dec 2008,Besanc¸on, France. pp.31-34, 2008. <ineris-00976211>HAL Id: ineris-00976211https://hal-ineris.ccsd.cnrs.fr/ineris-00976211Submitted on 9 Apr 2014HAL is a multi-disciplinary open accessarchive for the deposit and dissemination of sci-entific research documents, whether they are pub-lished or not. 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Les émissions de carbone sous forme de biogaz constituent eneffet la très grande majorité des émissions de carbone des déchets enfouis, quelque soit la filièreretenue (filière conventionnelle, bioréacteur, TMB).Un programme d'étude des émissions résiduelles des nouveaux modes de stockage a démarré en2006 à l'INERIS. Les travaux proposés dans ce programme comprenaient des mesures sur sitedes flux résiduels en méthane, COV totaux (COVT) et CO2 sur les déchets prétraités etl'évaluation de l'activité de dégradation. L'objectif était en particulier de réaliser une mesure del'activité d'oxydation du méthane, par la mesure de flux à la surface des déchets et descouvertures temporaires.Ces travaux ont été conduits principalement sur deux sites, les sites de Mende et de Launay-Lantic, bénéficiant d'un traitement mécanobiologique permettant de réaliser un abattement desflux de biogaz en préalable à l'enfouissement des déchets.Par ailleurs, une campagne de mesure complémentaire sur un biofiltre à Mauguio, a permiségalement de montrer un comportement typique d'un biofiltre lors d'un épisode de remontéebarométrique.Matériels et méthodesLes travaux ont consisté principalement à réaliser plusieurs campagnes d'investigation sur lescasiers les plus représentatifs des deux sites sélectionnés. Les campagnes d'investigation ontconsisté en la réalisation du contrôle de la composition en gaz au sein des déchets par laréalisation de sondages (superficiels) en complément de la mesure des flux surfaciques deméthane, CO2 et de COVT sur ces casiers, en privilégiant des conditions climatiques différentes.La méthodologie utilisée a consisté dans une première étape en la réalisation d'une interprétationde la cartographie des flux résiduels. Dans une seconde étape les relations entre les phénomènesexistants (dégradation aérobie des déchets, oxydation du méthane) ont été examinés à l'échelleponctuelle, afin de permettre de fournir des estimations de l'activité d'oxydation du méthanedans la couche la plus superficielle des déchets.Deux méthodes peuvent être utilisées pour la quantification de l'oxydation : une méthoderelativement directe liée aux flux ponctuels mesurés en surface, et une méthode plus indirecteliée à l'analyse isotopique du méthane et du CO2 émis à la surface.La quantification de l'oxydation a été réalisée sur chaque point en considérant les flux et mesuresponctuelles de méthane et de CO2 (d'après. M. Christophersen & P. Kjeldsen, 2000).L'oxydation du méthane dépend essentiellement de deux paramètres, d'après la méthodeutilisée :le flux de méthane émis à la surface comparé à celui déduit en profondeur ;le ratio de méthane dans le biogaz analysé à la profondeur de 50 cm ou un ratio moyendéduit de la connaissance ou des mesures sur site./ -(] , J \*\ Cçtf4J CHAmt \ u CH4svp T u CO2sup / \ fetFlux d'oxydation(Jox) = JCH4wf- JCH4SUP% Oxydation = 100*(JCH4inf- JcH4sup)/JcH4infoù :• JcH4inf et Jco2mf représentent les flux molaires de méthane et de dioxyde de carbone sur laface inférieure de la couverture ;• JcH4sup & Jco2sup représentent les flux molaires de méthane et de dioxyde de carbone sur laface supérieure de la couverture.Les flux surfaciques de méthane, CO2 et COVT ont été mesurés au moyen de la chambre à flux àrecirculation de l'INERIS.Les teneurs en méthane ont été mesurées par deux analyseurs, à ionisation de flamme (dans lachambre à flux) et à infrarouge (dans les sondages).RésultatsLes 3 sites investigués ont fournis des résultats complémentaires en termes de flux résiduels, deflux de méthane oxydés et de pourcentage d'oxydation.Concernant le site de Mende, deux campagnes totalisant 71 points de mesures de flux combinésde méthane, CO2 et COVT ont été réalisées en juin 2006 et mai 2007, essentiellement au niveaudu casier de stockage recevant le compost. L'interprétation en termes de bilan de méthaneproduit à partir des données de flux de méthane et de CO2 mesurés en surface (sur 1 000 m2) apermis d'estimer le débit produit par le casier à environ 30 m3/h de biogaz, soit un débitcomparable à celui obtenu lors d'essais dynamiques (L. Riquier, 2006) en considérant un rayond'action d'environ 10 m. Le ratio méthane/CO2, mesuré à la surface, est significativementdifférent dans la zone ancienne (1,12) et dans la zone récente (1,67). Ce ratio s'expliqueessentiellement par l'oxydation du méthane, plus efficace sur les faibles flux de la zoneancienne.Les résultats obtenus en 2007 confirment les estimations de 2006, et démontrent la possibilitéd'obtenir une oxydation de l'ordre de 30 - 40 % en utilisant les fractions de déchets compostésdisponibles. La principale limite à l'oxydation rencontrée sur site est liée à la teneur en eau dudéchet, directement reliée à la perméabilité de la couche superficielle. Le tassement opéré par lesmanœuvres des engins, en particulier en période humide, réduit sensiblement les zones oùl'oxydation est possible.Le site de Launay-Lantic a été investigué en mai 2007 afin de mesurer les flux résiduels deméthane et de CO2 présents avant la mise enplace de la couverture finale.Les mesures de flux ont été réalisées sur les casiers 1 et 2 comprenant des refus de tri avantcompostage. Le flux de méthane sur le casier 1 (le plus ancien), recouvert, est apparu trop faiblepour être mesurable.Le flux résiduel de méthane avant oxydation a été évalué à environ 2,5 m3/h sur la zone ducasier 2 le plus récent considérée (1 600 m2), soit une densité de flux de méthane d'environ16 m3/ha/h. Malgré cette densité de flux de méthane relativement forte (supérieure à 10 m3/ha/h),des forts taux d'oxydation atteignant 80 % ont été estimés sur la couverture intermédiaire.Si l'on considère le diagramme densité de flux de méthane /surface et les propositions de valeursguides pour le captage du biogaz (INERIS, 2005), on remarque ainsi que l'oxydation du méthanea permis de réduire très significativement les flux résiduels. Cette réduction a été permise parl'utilisation de broyât de souche en surface du site, qui a constitué un substrat de granulométrieassez grossière, relativement perméable à l'oxygène.Captage et traitement du biogazFaisabilité du captage a étudierFigure 1 : Localisation des flux résiduels de méthane du casier 2 de Launay Lantic au sein dudiagramme densité de flux/surface (d'après INERIS, 2005)Les travaux de suivi se poursuivent sur ce site avec un dispositif de fenêtre oxydante, permettantd'envisager le traitement par oxydation pour des couvertures finales comprenant une couche peuperméable d'argile ou une géomembrane.Une campagne de mesures a également été conduite en novembre 2007 sur le site de Mauguiocomprenant un biofîltre. La campagne de mesure, réalisée pendant une période de légèreremontée barométrique a démontré une alimentation du biofiltre par l'air atmosphérique, liée àun phénomène de pompage barométrique. Dans le cas de faible flux, ce pompage barométriquepeut représenter le moteur principal du transfert du biogaz.ConclusionUne interprétation en termes d'émissions résiduelles et de bilan de masse a permis de mettre enévidence le rôle prépondérant de l'oxydation du méthane dans le cas des flux résiduels debiogaz.L'efficacité du traitement passif des émissions de biogaz résiduelles a été contrôlée sur deuxsites présentant des flux résiduels de méthane très différents. Dans le cas de Mende, la fortedensité de flux de méthane liée à la concentration des fractions fines de compost au sein d'unmême casier, a limité l'efficacité de l'oxydation à une valeur d'environ 40 % dans des conditionsd'humidité assez variable (10 - 30 % d'humidité volumique). Cette valeur est environ 2 fois plusfaible que celle reportée par Einola & al, en 2007, pour un déchet ayant subi un prétraitementanalogue, mais étudié en laboratoire sur des colonnes.Dans des conditions plus favorables (densité de flux de méthane plus faible), l'efficacitéd'oxydation a atteint 80 %, lors de mesures sur la couverture intermédiaire du casier le plusrécent de Launay-Lantic. Cette efficacité est comparable à celle pouvant être obtenu par lecaptage et le traitement thermique du biogaz. A ce stade, la vérification des potentialités detraitement de l'oxydation pour des conditions moins favorables d'humidité et de température estencore nécessaire. Il est en effet très difficile de mesurer les flux diffus dans des conditionsd'humidité élevée, engendrant généralement des colmatages et des transferts préférentiels dubiogaz à plus longue distance vers des points singuliers.Néanmoins, les fortes potentialités du traitement par oxydation permettent d'ores et déjà deconsidérer ce mode de traitement en complément du captage, lors de la phase de déclin de celui-ci (cf. Figure 2).•S1teJZ0"S3Emissions diffuses) fonction du taux de captageBî4 gaz captéTransitionvers la finducaptageBïogaz non captéAtténuation naturelle,fonction de la*k ^ w , „ , ^ _ «., , .1 _>>^(^Déchets issus du TIVBArrêt dustockagepremière phasede syïvi actif ft0 àFigure 2 : Potentialités de l'oxydation du méthane, en fonction duphasage de la production etdu captage du biogazRéférencesBour O., Berger S., Couturier C, and Riquier L; 2005, " Détermination of guidance values for closed landfill gasémissions ", Proceedings Sardinia 2005, Tenth International Waste Management and Landfill Symposium, CISApublisher, Cagliari, Italy ; 3 -7 october 2005Bour O., 2005, « Evaluation des risques liés aux émissions gazeuses des décharges : propositions de seuils decaptage », rapport d'étude n°INERIS-DRC-05- 46553/DESP-R01Christophersen M. & Kjeldsen P., 2000, « Field investigations of méthane oxidation in soil adjacent to an old landfill »,paper for Lulea 2000, Intercontinental Landfill research Symposium, 11-13 Décember 2000, Lulea University ofTechnology, Lulea, Sweden.Einola Juha-Kalle M, Karhu A. Elina, Rintala Jukka A., 2007, « Mechanically-biologically treated municipal solidwaste as a support for microbial méthane oxidation to mitigate landfill greenhouses émissions », Waste management2007.01 .002Riquier L., 2006, "Etude des biogas issus d'un stockage de déchets prétraités", Journée scientifique du mardi 19décembre 2006, organisées par l'Ademe « installation de stockage de déchets non dangereux : la stabilité desdéchets enfouis »

L'oxydation du biogaz : un moyen de réduire les émissions résiduelles

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