Parcours en valorisation des matières résiduelles

• Parcours en génie de l’environnement axé sur la gestion et la valorisation des matières résiduelles, complété par une maîtrise en traitement des eaux, un doctorat et un postdoctorat en biométhanisation.

• Présentation de Qarbonex : accompagnement des projets de biométhanisation de l’analyse du gisement jusqu’à la conception, opération des usines construites et formation destinée aux opérateurs, aux ingénieurs et aux investisseurs.

Principes de la digestion anaérobie et chaîne de traitement

• Définition de la biométhanisation (digestion anaérobie) : dégradation de la matière organique par des micro-organismes naturellement présents, en absence d’oxygène, qui transforment le carbone en biogaz ; après épuration, le biométhane (CH4) a les mêmes propriétés que le gaz naturel.

• Étapes d’une usine : collecte, transport en camions spécialisés, caractérisation et prétraitement au site, puis digestion en réacteurs hermétiques avec un temps de séjour de 10 à 20 jours, avant épuration et injection dans le réseau gazier.

• Valorisation du digestat : l’azote, le phosphore et le potassium restent dans la matière ; épandage direct ou séparation de phases, avec récupération de l’azote de la fraction liquide par stripping pour produire du sulfate d’ammonium, un engrais.

Les quatre étapes de transformation et la digestion en deux étapes

• Le procédé comporte quatre étapes de transformation, chacune associée à une population microbienne spécifique ayant sa propre température et son propre pH d’opération.

• L’hydrolyse décompose les grosses molécules et solubilise le carbone, converti en acides gras volatils ; les populations méthanogènes transforment ensuite ces acides en biométhane.

• Biométhanisation en deux étapes : séparer l’hydrolyse (pH acide) et la méthanisation (pH neutre à légèrement basique) dans des réacteurs distincts pour placer chaque population dans ses conditions de fonctionnement.

Prétraitement et hydrolyse selon la source du substrat

• En biométhanisation municipale (bac brun), le prétraitement sépare plastique, métaux, bois et verre pour protéger les équipements ; en biométhanisation agricole (lisier, fumier, résidus de culture), il est minimal.

• Conditions d’hydrolyse : réacteur hermétique, milieu acide (pH d’environ 4,5 à 6), température mésophile (35 à 37 °C), thermophile (50 °C) ou hyperthermophile pendant quelques heures.

• L’hydrolyse est présentée comme l’étape limitante : une matière mal préparée pour l’étape de méthanisation donne un faible rendement.

Potentiel méthanogène (BMP) et cosubstrats

• Le potentiel méthanogène (BMP) mesure en laboratoire la quantité de biométhane qu’une matière peut produire ; il est vérifié pour chaque substrat avant tout projet d’usine.

• Un substrat à faible production est écarté ou utilisé en petite quantité ; les substrats riches en carbone, comme le lactosérum (résidu laitier riche en protéines et en matières grasses) ou les matières grasses, servent à augmenter la production.

Biométhanisation et compostage : deux procédés complémentaires

• Le compostage est un procédé aérobie en espace ouvert qui exige de l’aération, davantage d’espace au sol et de plusieurs semaines à plusieurs mois (dégradation et maturation), sans production d’énergie.

• Le digestat est généralement envoyé en compostage, qui constitue la suite de la digestion anaérobie.

Avantages énergétiques, environnementaux et économiques

• Revenus complémentaires et stables pour l’exploitant municipal ou privé, avec une garantie d’achat sur plusieurs années par le distributeur gazier ; possibilité de regrouper les matières de plusieurs fermes dans une même usine.

• En agriculture, la digestion du lisier et du fumier évite l’émission de méthane (CH4) dans l’atmosphère tout en conservant la valeur fertilisante du digestat.

• Création d’emplois locaux (opérateurs, ingénieurs) liés à une installation fixe.

La filière au Québec et en Europe

• L’avance de l’Europe s’explique par le coût plus élevé de l’énergie ; au Québec, le besoin se fait sentir depuis quelques années avec l’objectif de réduction des gaz à effet de serre.

• Les usines en opération au Québec sont plus nombreuses en milieu agricole et agroalimentaire qu’en milieu municipal.

Les étapes d’un projet d’usine : gisement, réseau gazier et financement

• Première question : le gisement — disponibilité de la matière, recherchée au besoin dans un rayon de 10 à 30 km, et intérêt de son potentiel méthanogène.

• Deuxième étape : la proximité et la capacité d’accueil du réseau gazier (Énergir, Gazoduc TQM ou autre), un raccordement sur 10 à 15 km étant très coûteux.

• Suivent les demandes de subvention, l’ingénierie préliminaire et l’ingénierie détaillée, avec une estimation initiale des coûts pour des projets de l’ordre de 30 à 200 millions de dollars.

• Le démarrage peut prendre d’un mois à un an ; les revenus commencent dès l’injection dans le réseau.

De la conception à l’opération : les ajustements au démarrage

• Les usines municipales de la Ville de Québec et de la Ville de Saint-Hyacinthe, qui reçoivent le bac brun et des boues de stations d’épuration, sont citées en exemple.

• La conception repose sur des calculs, des bilans et des simulations qui déterminent à l’avance les volumes et la composition des extrants.

• Au démarrage, des ajustements sont toujours nécessaires, car le procédé biologique doit s’adapter à la matière réelle.

Étude d’émergence et acceptabilité sociale

• L’étude d’émergence combine l’étude de gisement (inventaire des générateurs de matières, dont les élevages et leur nombre de têtes) et l’analyse du réseau ; viennent ensuite la sécurisation des matières et l’acceptabilité sociale.

• Les craintes citoyennes portent sur les odeurs, le bruit, la poussière et la circulation des camions.

• Mesures techniques décrites : réception et traitement en espaces et bâtiments fermés, pression négative et traitement de l’air avant rejet, équipements dans des bâtiments bétonnés, réception des matières durant le jour.

• La présence d’odeurs est présentée comme le signe d’un procédé qui ne fonctionne pas, à corriger par l’ingénieur.

Bilan carbone de l’installation

• Le bilan carbone inclut la construction de l’usine et demeure positif sur une durée de vie d’au moins 20 ans.

• La gestion des sols remblayés est justifiée dans la demande d’autorisation ministérielle auprès du ministère de l’Environnement.

Le rôle des ingénieurs de toutes les disciplines

• Le domaine fait appel au génie civil, des procédés, électrique et mécanique, sur la base des compétences communes à toutes les formations en génie.

• La technologie est décrite comme mature : l’apport de l’ingénieur porte sur la conception, l’opération et l’optimisation (design des réacteurs, dimensionnement et remplacement des pompes, bilans massiques et énergétiques).

Petites ou grandes usines : le seuil de rentabilité

• En milieu agricole, les petites usines (100 000 à 150 000 tonnes par an) sont privilégiées en raison de la distance entre les fermes ; la manipulation de la matière et l’opération y sont plus simples.

• En milieu municipal, les contaminants exigent un prétraitement plus développé et des investissements plus importants.

• Le seuil de rentabilité pour l’injection dans le réseau est établi à une production annuelle d’environ 2,5 millions de m³ de biométhane, en raison des coûts de raccordement.

Le quotidien de l’ingénieur en exploitation

• Le Centre de traitement de la biomasse de la Montérégie (CTBM) est présenté comme une vitrine technologique combinant biométhanisation, compostage, stripping et traitement des eaux.

• Tâches quotidiennes : bilans, vérification de la conformité de la matière entrante, analyses de laboratoire et diagnostic (bruit des pompes, dosage des produits chimiques, traitement des eaux, taux d’oxygène).

• Leviers d’optimisation nommés : dosage des produits, temps de séjour dans le réacteur et charge organique ; formation continue des opérateurs, souvent issus du traitement des eaux.

Perspectives de la filière et besoins de formation

• Selon l’invitée, une trentaine de projets ont obtenu un financement gouvernemental (volets 1 et 2), avec des mises en service attendues d’ici un à trois ans ; près de 300 usines sont mentionnées au Canada.

• Une formation d’environ 30 heures permettrait à un ingénieur d’orienter ses compétences de base vers la biométhanisation, la main-d’œuvre étant rare dans le domaine.

• La maîtrise du domaine est aussi présentée comme nécessaire aux ingénieurs appelés à en inspecter d’autres.