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Glossaire · Secteur de l’énergie & transition énergétique

Biogaz

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Le biogaz est un mélange gazeux combustible. Il se forme lorsque des micro-organismes dégradent des matières organiques en milieu humide et à l'abri de l'air. Ce processus s'appelle fermentation anaérobie ou méthanisation. Le gaz se compose surtout de méthane et de dioxyde de carbone. S'y ajoutent de plus petites quantités de vapeur d'eau, de sulfure d'hydrogène, d'oxygène, d'azote, d'ammoniac, d'hydrogène et d'autres gaz à l'état de traces. Sur le plan énergétique, c'est surtout la teneur en méthane qui compte, car le méthane est le principal constituant combustible. Les sources spécialisées indiquent pour le biogaz brut en général environ 50 à 75 pour cent en volume de méthane et environ 25 à 45 (parfois jusqu'à 50) pour cent de dioxyde de carbone. La valeur exacte dépend du substrat, de la technique de procédé et de la conduite du processus. Les installations agricoles se situent souvent plutôt dans la partie basse à moyenne de cette fourchette.

Dans le système électrique, le biogaz est le plus souvent utilisé dans une centrale de cogénération (BHKW). Un moteur à gaz entraîne un générateur et produit de l'électricité. La chaleur résiduelle du moteur et des gaz d'échappement peut servir de chaleur utile. Cette production couplée d'électricité et de chaleur s'appelle cogénération. Le biogaz peut aussi être épuré en biométhane. Le dioxyde de carbone, l'eau et le sulfure d'hydrogène sont alors largement éliminés. Pour l'injection dans le réseau de gaz, on atteint une teneur en méthane d'environ 98 pour cent. Le gaz peut alors, sur le plan technique, être transporté, stocké et utilisé de manière similaire au gaz naturel.

La quantité d'énergie du biogaz ne peut pas être décrite par le seul volume de gaz. Un normo-mètre cube de méthane pur contient environ 10 kilowattheures. Un mètre cube de biogaz brut contenant environ 60 pour cent de méthane n'apporte donc qu'environ 6 kilowattheures. Les indications en kilowattheures, en normo-mètres cubes ou en teneur en méthane ne sont donc significatives que prises ensemble. Pour le marché de l'électricité, ce qui compte n'est pas seulement la quantité d'énergie qu'une installation fournit par an. Il importe aussi de savoir quelle puissance électrique elle peut mettre à disposition à un moment donné. Pour le biogaz, cette distinction est particulièrement importante : la fermentation se déroule de manière relativement régulière, mais la production d'électricité peut être décalée dans le temps grâce à des stockages de gaz et à une puissance de moteur supplémentaire.

Distinction par rapport à la biomasse, au biométhane et au gaz naturel

Le biogaz est une forme de biomasse utilisée à des fins énergétiques. Toute biomasse ne devient cependant pas du biogaz. Le bois, la paille ou les résidus solides peuvent être brûlés, gazéifiés ou utilisés autrement. Le biogaz est produit de manière ciblée par la fermentation de substrats organiques humides. Il s'agit par exemple du lisier, du fumier, des biodéchets, des boues d'épuration, des restes alimentaires et des cultures énergétiques comme le maïs et l'herbe. Ce qui reste après la fermentation s'appelle le digestat. Il contient des nutriments et est le plus souvent épandu comme engrais sur les terres agricoles.

Le biométhane n'est pas une matière première différente, mais du biogaz épuré. Chimiquement, son méthane correspond à celui du gaz naturel. C'est pourquoi le biométhane peut remplacer le gaz naturel dans de nombreuses applications. Cette similitude technique conduit facilement à des formulations imprécises. Le biométhane est renouvelable dans la mesure où les substrats repoussent ou proviennent de résidus biogènes. Le gaz naturel, en revanche, est un vecteur d'énergie fossile. Tous deux se composent majoritairement de méthane, mais diffèrent fondamentalement par leur origine, leur bilan climatique et leur mise à disposition.

Assimiler le biogaz à un « gaz vert » est également trop grossier. Le biogaz peut avoir un très bon bilan climatique lorsque des résidus sont utilisés, que les pertes de méthane sont évitées et que la chaleur est valorisée de manière judicieuse. Cela devient problématique lorsque les substrats entrent en concurrence pour les terres, que la culture génère du protoxyde d'azote, que les digestats sont mal stockés ou que du méthane s'échappe. Le méthane est, en tant que gaz à effet de serre, bien plus actif que le dioxyde de carbone par tonne. De petites fuites ou du méthane non brûlé dans les gaz d'échappement, appelé échappement de méthane, peuvent dégrader nettement l'effet climatique.

Fonction technique dans le système électrique

Le biogaz se distingue de l'énergie éolienne et du photovoltaïque par le fait qu'il fournit de l'énergie stockée chimiquement. L'électricité éolienne et solaire dépend directement de la météo. Le biogaz se forme certes en continu dans le fermenteur, mais peut être stocké temporairement dans une mesure limitée puis converti en électricité plus tard. Une installation de biogaz peut ainsi fournir de l'électricité de manière ciblée lorsque la charge résiduelle est élevée, c'est-à-dire lorsque l'éolien et le photovoltaïque ne couvrent pas la demande d'électricité.

Cette pilotabilité a des limites. Une installation de biogaz n'est pas une batterie ni une centrale de stockage mobilisable de manière arbitrairement rapide. Le processus biologique nécessite des températures stables, des substrats appropriés et une alimentation régulière. Si plus de gaz est produit qu'il ne peut être stocké ou consommé, des problèmes techniques et économiques apparaissent. En cas d'urgence, le gaz doit être brûlé à la torche. Les stockages de gaz des installations agricoles suffisent typiquement pour des heures à quelques jours, mais pas pour des décalages saisonniers sur des semaines ou des mois. Pour un mode de fonctionnement flexible, la puissance du moteur, le stockage de gaz, le stockage de chaleur et l'utilisation de la chaleur, le raccordement au réseau et la rémunération doivent être cohérents.

Un exemple concret : une installation produit autant de gaz qu'un moteur de 500 kilowatts en fonctionnement continu en consomme. Si la puissance du moteur est triplée à 1 500 kilowatts (ce que l'on appelle le surdimensionnement), l'installation n'a besoin de fonctionner qu'environ un tiers du temps en moyenne annuelle. Le reste du temps, le stockage de gaz se remplit. La quantité annuelle d'électricité reste ainsi identique, mais elle est injectée de manière concentrée pendant les heures où l'offre est rare et les prix élevés.

Historiquement, de nombreuses installations de biogaz ont été conçues pour une production d'électricité aussi régulière que possible. La rémunération au titre de la loi allemande sur les énergies renouvelables (EEG) a longtemps récompensé avant tout les kilowattheures injectés. Avec la part croissante de l'éolien et du photovoltaïque, la valeur du biogaz s'est déplacée. L'électricité issue du biogaz est alors particulièrement utile lorsqu'elle ne circule pas en ruban continu, mais pendant les heures où l'offre est rare. La prime de flexibilité (pour les anciennes installations existantes) et le supplément de flexibilité devaient donc inciter à installer des générateurs plus grands, des stockages supplémentaires et un mode de fonctionnement orienté vers le marché de l'électricité. Cette flexibilité n'apparaît toutefois que lorsque l'installation est transformée et exploitée en conséquence.

Cadre juridique en Allemagne : paquet biomasse 2025

En Allemagne, la loi modifiant l'EEG pour la flexibilisation des installations de biogaz et la sécurisation du soutien de suite, en bref paquet biomasse, a réorganisé le soutien. Elle date du 21 février 2025 et a été publiée au Journal officiel fédéral (Bundesgesetzblatt) le 24 février 2025. Comme l'autorisation de la Commission européenne au titre du droit des aides d'État faisait encore défaut, les nouvelles règles n'étaient d'abord pas applicables. Selon l'Agence spécialisée pour les matières premières renouvelables (FNR), l'autorisation est disponible depuis septembre 2025. Les points les plus importants pour les installations de biogaz dans l'EEG :

  • Volumes d'appels d'offres plus élevés pour la biomasse : 1 300 mégawatts en 2025 au lieu des 400 mégawatts précédents et 1 126 mégawatts en 2026 au lieu de 300 mégawatts, chaque fois majorés des quantités non attribuées de l'appel d'offres biométhane. Pour les installations existantes, après la fin de leur rémunération initiale, le soutien de suite passe de 10 à 12 ans.

  • Le supplément de flexibilité passe de 65 à 100 euros par kilowatt de puissance installée et par an.

  • Exigences de flexibilité plus strictes : les installations de plus de 350 kilowatts doivent, pour bénéficier d'un soutien ultérieur, être surdimensionnées au moins d'un facteur trois. Elles ne perçoivent la rémunération que pour un nombre limité de quarts d'heure de fonctionnement par an. Lorsque les prix de l'électricité ne sont que faiblement positifs, inférieurs à 2 cents par kilowattheure, le soutien est supprimé.

  • Dans les appels d'offres, les installations existantes qui exploitent déjà un approvisionnement en chaleur, par exemple un réseau de chaleur, sont privilégiées.

  • Le plafond dit du maïs (Maisdeckel) baisse. Il limite la part admissible de maïs et de grains de céréales dans le substrat à 30 pour cent en masse pour 2025 et à 25 pour cent en masse à partir de 2026.

Ces règles s'appliquent aux installations soutenues au titre de l'EEG. La version applicable dans un cas particulier dépend de l'année de mise en service et du régime de soutien. Selon la FNR, l'autorisation de l'EEG au titre du droit des aides d'État expire fin 2026. D'autres adaptations sont donc à prévoir.

Contextes économiques et institutionnels

Le biogaz se situe à l'interface de l'agriculture, de la gestion des déchets, du marché de l'électricité, de l'approvisionnement en chaleur et de la politique climatique. Une installation se procure des substrats et exploite un processus biologique. Elle produit du gaz, génère de l'électricité et de la chaleur, valorise les digestats et doit respecter des exigences en matière d'émissions et de sécurité. Sa rentabilité ne dépend donc pas seulement du prix de l'électricité. Entrent également en jeu les coûts des substrats, les prix des fermages, les distances de transport, les clients de chaleur, le raccordement au réseau, les autorisations, la rémunération EEG et les exigences relatives aux stockages de digestat.

Dans les installations agricoles, les cultures énergétiques et les engrais de ferme sont particulièrement importants. Les cultures énergétiques fournissent des rendements en gaz planifiables, mais mobilisent des terres arables et peuvent favoriser des rotations de cultures étroites. Le plafond du maïs en baisse fixe ici une limite juridique. Le lisier et le fumier fournissent moins de gaz par tonne. Sur le plan de la politique climatique, ils peuvent néanmoins être précieux, car leur fermentation peut réduire les émissions de méthane issues du stockage à l'air libre. Les biodéchets et les restes alimentaires sont également intéressants, mais exigent une collecte propre, une hygiénisation et une logistique de déchets adaptée.

C'est dans l'utilisation de la chaleur que se joue une grande partie de l'effet sur le système. Si la chaleur résiduelle de la cogénération n'est utilisée que partiellement, le rendement global diminue. Si elle est utilisée dans un réseau de chaleur, pour des étables, le séchage, des entreprises ou des bâtiments communaux, le bilan énergétique s'améliore nettement. Selon la FNR, environ 10 pour cent de la chaleur renouvelable provenaient en 2024 des installations de biogaz, et dans de nombreuses localités elles constituent la base des réseaux de chaleur. Une installation sans utilisation judicieuse de la chaleur fournit certes de l'électricité renouvelable, mais gaspille une part considérable de l'énergie contenue dans le gaz.

Malentendus typiques

Premier malentendu : le biogaz serait automatiquement neutre pour le climat en raison de son caractère renouvelable. Ce raccourci occulte la chaîne de processus. Cela dépend des substrats, des émissions lors de la culture et du traitement des digestats. S'y ajoutent les pertes de méthane au niveau du fermenteur, du stockage, du moteur et de l'épuration, ainsi que la question de savoir quels vecteurs d'énergie fossile sont réellement remplacés. La protection du climat ne résulte pas de l'étiquette « biogène », mais d'une chaîne de matières et d'énergie maîtrisée et à faibles pertes.

Deuxième malentendu : le biogaz pourrait être développé sans limite. Il est certes plus pilotable que l'éolien et le photovoltaïque, mais la quantité de substrats durables est limitée. Davantage de cultures énergétiques signifie davantage de concurrence avec la production alimentaire, la protection de la nature, la fertilité des sols et d'autres usages de la biomasse. Dans le futur système énergétique, le biogaz est donc plutôt une ressource précieuse et limitée pour les périodes de forte demande de puissance garantie qu'un fournisseur d'électricité dominant en volume.

Troisième malentendu : les bilans annuels suffiraient. La quantité d'électricité produite chaque année dit peu de choses sur la contribution à la sécurité d'approvisionnement. Ce qui est décisif, c'est que la puissance soit disponible pendant les heures où elle est nécessaire. Une installation qui injecte de manière régulière fournit statistiquement de l'électricité renouvelable, mais soulage moins les heures critiques qu'une installation flexible avec le même travail annuel. L'évaluation passe ainsi du simple kilowattheure à la mise à disposition dans le temps. Cette logique sous-tend aussi les nouvelles exigences de l'EEG.

Quatrième malentendu : le biogaz serait un stockage. Le biogaz contient de l'énergie stockable, mais la fonction de stockage dépend de l'ensemble de l'installation. Un fermenteur n'est pas un stockage d'électricité, il produit du gaz à partir de substrats. Ce sont seulement les réservoirs de gaz, la puissance du moteur et le mode d'exploitation qui en font une production d'électricité décalable dans le temps. Pour des tâches de stockage saisonnier, le biométhane dans le réseau de gaz convient mieux que le biogaz brut d'une installation isolée. Mais là aussi, la biomasse disponible limite la quantité d'énergie possible.

Rôle dans un système électrique renouvelable

Avec l'électrification croissante de la chaleur, des transports et de l'industrie, la demande d'électricité augmente aussi pendant les heures où le vent et le soleil ne fournissent pas assez. Le biogaz peut alors jouer un rôle particulier, car il convertit de l'énergie chimique renouvelable en puissance électrique réglable. Ce rôle ne ressemble pas à celui d'une centrale de base, mais à celui d'une ressource pilotable à disponibilité limitée. Sa valeur augmente lorsqu'elle est mobilisée de manière ciblée pendant les heures de charge résiduelle élevée. Des études proches de la branche y voient un grand potentiel. Une étude de l'université d'Erlangen-Nuremberg citée par la FNR conclut que les installations de biogaz pourraient couvrir d'ici 2040 environ la moitié de la charge résiduelle. De telles valeurs dépendent toutefois fortement des hypothèses.

Il en résulte de nouvelles exigences pour l'exploitation des installations et la régulation. Les systèmes de rémunération devraient récompenser non seulement les quantités, mais aussi la disponibilité dans le temps, la flexibilité et, le cas échéant, la puissance garantie. Les gestionnaires de réseau veillent à la puissance d'injection et aux conditions de raccordement. Les communes examinent les réseaux de chaleur et l'utilisation des sols. Les exploitations agricoles organisent les cycles de substrats et les bilans de nutriments. La notion de biogaz touche donc non seulement une technique de production, mais aussi les compétences des politiques de l'énergie, de l'agriculture, des déchets et du climat.

Pour la distinction par rapport aux autres énergies renouvelables, la rareté de la ressource est centrale. Le photovoltaïque et l'énergie éolienne sont limités avant tout par les surfaces, l'acceptation, les réseaux et les chaînes de matériaux. Le biogaz dépend en outre de flux de matières organiques qui sont aussi importants pour les sols, l'élevage, le traitement des déchets et l'industrie. Une utilisation judicieuse ne traite donc pas le biogaz comme un substitut de masse au gaz fossile, mais comme une forme d'énergie pilotable ayant sa propre valeur d'usage.

Le biogaz désigne donc plus qu'un gaz issu de la fermentation organique. Il représente une source d'énergie limitée, techniquement réglable et institutionnellement exigeante. Son utilité dans le système électrique apparaît là où se conjuguent substrats durables, faibles pertes de méthane, chaleur valorisée et production d'électricité flexible. Si ces conditions font défaut, le biogaz reste certes renouvelable. Sa contribution à la protection du climat, à la sécurité d'approvisionnement et aux coûts du système est alors facilement surestimée.

Sources

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Edited by eCMS on 11.11.2026 15:53

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