Déchets – Énergie – Eau – Biogaz

qu’est-ce que le déchet ?

Un texte à la fois utile et paradoxalement inutile ; il catégorise les types de déchets et ce que nous considérons comme potentiellement gaspillé, tout en contribuant lui-même à une certaine forme de pollution. Paradoxalement, l’acte même de classer les déchets peut devenir une entreprise gaspilleuse, avec peu d’utilité réelle.

Le mot simple “déchet” revêt des significations très différentes selon le point de vue : réglementaire (conformité), environnemental (impact écologique), industriel (efficacité), thermodynamique (focus sur l’entropie) ou social (qui en souffre le plus).

Nous essayons de réduire, réutiliser et recycler les déchets (les 3R) avant de les rejeter, brûler, digérer ou mettre en décharge.

Notre attention chez generizon ne porte pas sur les déchets dans leur ensemble, mais plus particulièrement sur les déchets organiques. Les déchets organiques représentent la fraction de la biomasse qui est périe ou perdue, et peuvent ou non constituer une source précieuse d’énergie. La valeur d’un déchet dépend de son traitement : nous transformons les déchets en valeur sous un angle matériel, énergétique et chimique, tout en respectant les limites thermodynamiques et économiques.

Chez generizon, les déchets, et en particulier la fraction organique qui nous occupe, ne sont pas seulement étudiés sous l’angle théorique : nous gérons la réalité. Les déchets sont notre métier.

qu’est-ce que la biomasse ?

Une forêt est de la biomasse. La culture de blé est de la biomasse. Ces exemples sont intentionnels et ont une valeur. La biomasse inclut tout matériau organique d’origine biologique récente (plantes, animaux, micro-organismes) qui stocke l’énergie solaire sous forme chimique. La biomasse croît naturellement ou est cultivée.

La biomasse remplit des fonctions primaires et secondaires, et il existe une compétition pour la biomasse, les terres et les sols pour sa production ou son utilisation. Un équilibre est essentiel. Dans un scénario idéal, seule la biomasse périe ou résiduelle (déchets) devrait être utilisée pour produire de l’énergie, mais les limites dépendent de nombreux facteurs : géographiques, climatiques et autres. Les usages de la biomasse sont interconnectés.

Principaux usages de la biomasse :

1. Alimentation humaine : céréales, fruits, légumes, huiles.
2. Alimentation animale : ensilage de maïs, soja, trèfle d’herbe, pâturages. Les animaux produisent à leur tour de la biomasse comestible pour l’homme.
3. Matériaux pour l’industrie et la construction : bois, bioplastiques, textiles (coton, chanvre), biochimiques.
4. Énergie renouvelable traditionnelle ou industrielle de biomasse (pellets de bois), biogaz (méthane), éthanol. Contrairement au vent et au soleil, la biomasse représente un stockage d’énergie solaire, accumulée sur plusieurs mois ou années. Les matières lignocellulosiques constituent un réservoir immense pour les biocarburants avancés de deuxième génération.
5. Services écosystémiques : la santé régénérative de la planète dépend de la biomasse, qui contribue à la séquestration du carbone, à la fertilisation des sols, à la filtration de l’eau et à la biodiversité.
6. Usage génétique et informationnel : les séquences génétiques contiennent des informations pouvant être la clé de futurs médicaments ou de cultures résistantes à la sécheresse.
7. Identité culturelle : certaines biomasses sont liées à l’histoire, au paysage et au patrimoine, comme l’arganier et l’olivier en Méditerranée, le cactus (Opuntia ficus-indica), le palmier dattier, le cèdre de l’Atlas, ou encore les herbes et plantes à huiles essentielles. La liste des plantes et biomasses à usage traditionnel ou culturel est très vaste, notamment en Afrique subsaharienne.

les atomes CHNOPS-K – éléments clés composants toute biomasse.

La biomasse est principalement composée des éléments CHNOPS‑K (carbone, hydrogène, azote, oxygène, phosphore, soufre et potassium), qui constituent sa structure fondamentale. En plus de ces composants principaux, la biomasse contient également d’autres macronutriments, éléments secondaires et oligo-éléments présents à l’état de traces, tous influençant son comportement chimique et son potentiel énergétique.

Dans l’alchimie de la valorisation énergétique des déchets, nous gérons les atomes CHNOPS‑K et autres macro-éléments. Leur organisation détermine si la matière première sélectionnée constitue un combustible performant ou un matériau corrosif et problématique.

• Carbone (C) et Hydrogène (H) : le couple énergétique, ces atomes sont la colonne vertébrale de l’énergie chimique. Le rapport spécifique Hydrogène/Carbone détermine le pouvoir calorifique inférieur et supérieur (PCI / PCS).
• Azote (N), Phosphore (P) et Potassium (K) : le trio fertilisant, essentiel pour les cycles alimentaires et fourragers. Le Maroc est un leader mondial en phosphore, mais ses sols manquent souvent de potassium et d’azote. Ces éléments sont également appelés macro éléments primaires : N favorise la croissance des feuilles et la couleur verte, P transporte l’énergie, stimule le développement des racines, la floraison et la production de graines, K permet à la plante de respirer et de conserver l’eau, la rendant résistante à la sécheresse.
• Oxygène (O) : diluant énergétique, l’oxygène ajoute du poids sans produire de chaleur. Contrairement aux combustibles fossiles, la biomasse est fortement oxygénée. Dans un contexte de valorisation énergétique des déchets (WtE), la stratégie consiste à réduire cette oxygénation. De même, démarrer avec CH₄ (réduit) est plus efficace que CO₂ (oxydé).
• Soufre (S) : l’élément problématique. Le soufre est très réactif et peut dans milieu liquide produire du H₂S, ce qui pose des contraintes techniques et de corrosion importantes.

Autres macronutriments et éléments secondaires.

Au-delà des éléments CHNOPS+K, la liste des macro-éléments de base s’étend pour inclure :

• Calcium (Ca) : le ciment structurel des parois cellulaires.
• Magnésium (Mg) : l’atome central de la chlorophylle. Sans Mg, il n’y a ni photosynthèse, ni capture de carbone, ni production de biomasse.
• Silicium (Si) : confère rigidité à la paille et aux enveloppes (biomasse sèche).

Micronutriments – oligo-éléments.

Ces éléments sont nécessaires en très petites quantités (parties par million, ppm), mais leur absence rend la production de biomasse impossible. Ils agissent comme catalyseurs :

• Fer (Fe), Manganèse (Mn), Zinc (Zn), Cuivre (Cu) et Bore (B).
• Molybdène (Mo), Cobalt (Co) et Sélénium (Se) sont particulièrement critiques pour la production de biogaz. Les microbes présents dans le digesteur ont besoin de ces métaux traces pour fabriquer les enzymes qui digèrent réellement la biomasse ou les déchets et produisent du méthane (CH₄).

Chez generizon, nous gérons essentiellement le cycle CHNOPS‑K.

Nous ne pouvons pas créer plus d’atomes CHNOPS‑K que ceux présents initialement. Le nombre d’atomes CHNOPS-K‏ dans une tonne de biomasse est limité. Notre rôle est de veiller à ce que, lors de la transformation — de la biomasse vers l’énergie ou les matières finales —, ces atomes ne soient pas perdus dans l’atmosphère sous forme de pollution, mais soient réinjectés dans l’économie.

Pour tout ce que nous faisons, il existe une limite thermodynamique, le plafond strict de la physique. C’est le point où, peu importe l’ingéniosité de notre technologie, il est impossible d’extraire plus d’énergie ou d’atteindre plus d’ordre sans payer un prix, en termes de matériaux supplémentaires ou d’énergie externe.

Le point fort de generizon se situe là où la limite thermodynamique (ce que permet la physique) rencontre la limite économique (ce que le marché marocain, africain ou européen est prêt à payer à un instant donné).

Chez generizon, cette limite définit ce qui est techniquement et économiquement possible, par opposition à ce qui constitue un effort perdu.

biomasse sèche ou humide. 

La biomasse sèche présente une faible teneur en eau et comprend les résidus ligneux, les sous-produits agricoles et forestiers (tiges, pailles, coques) ainsi que certaines cultures énergétiques dédiées. Elle est couramment utilisée pour la conversion thermique, la combustion, la gazéification ou la pyrolyse, afin de produire du biochar, du gaz de synthèse, de la chaleur, de l’électricité ou des biocarburants. Sa faible humidité améliore l’efficacité énergétique.

La biomasse humide, en revanche, contient une forte teneur en eau (les atomes sont dilués). Elle inclut les Déchets Ménagers et Assimilés (DMA), déchets alimentaires, boues de stations d’épuration, lisier animal et autres résidus organiques. Elle est principalement traitée par digestion anaérobie (DA), où les micro-organismes transforment la matière organique en biogaz (principalement méthane et dioxyde de carbone), permettant la récupération d’énergie à partir de flux de déchets organiques à forte humidité.

La biomasse vivante présente généralement une humidité élevée et nécessite un séchage préalable avant tout procédé de conversion thermique.

simples voies de transformation de CHNOPS-K.

CHNOPS‑K et la biomasse marocaine.

Cette approche atomique du CHNOPS explique pourquoi différentes plantes marocaines nécessitent des stratégies de gestion distinctes :

• Grignons d’olive (fort C, H, O) : excellents pour l’énergie, mais les acides organiques (chaînes de carbone) sont très agressifs et peuvent brûler le sol s’ils ne sont pas correctement traités.
• Figuier de Barbarie (forte teneur en eau/oxygène) : la forte humidité dilue les atomes, ce qui fait de la digestion anaérobie (DA) le seul moyen thermodynamique efficace pour récupérer le carbone et l’hydrogène.
• Coques d’argan (fort C, faible H) : ce sont de véritables batteries de carbone denses. Elles conviennent mieux aux voies thermiques (combustion), car la structure CHNOPS est enfermée dans un réseau sec et compact.

Formule de base.

Une représentation chimique simplifiée de la biomasse est CH₂O, un glucide simple. Une formule plus précise pourrait être CH₁.₄₄O₀.₆₆N₀.₀₄, à laquelle on peut ajouter tous les autres macro- et micro éléments.

La combustion de la biomasse est considérée comme neutre en carbone.

Chaque atome de carbone est oxydé lors de la combustion, ce qui reste neutre en carbone, car ces mêmes atomes de carbone ont été capturés par la plante dans l’air via la photosynthèse, il y a seulement quelques mois ou années.

Pourtant, cela représente une forme de perte d’opportunité :

• CH₂O + O₂ → CO₂ + H₂O + chaleur
• Les atomes d’hydrogène se combinent avec l’oxygène pour former de l’eau (H₂O), qui est libérée sous forme de vapeur.
• Émissions : si la température n’est pas optimale, on obtient du CO et des particules de suie.
• Faible rendement avec la biomasse humide : une grande partie de la chaleur est utilisée pour évaporer l’eau, ce qui réduit l’efficacité énergétique.
• La formule chimique simplifiée de la biomasse ignore le N, P, S et K.
• Les nutriments sont perdus, se retrouvant dans l’atmosphère (N) ou dans les cendres (P, K).
• L’azote se transforme en NOx à haute température (risque de smog).
• Le soufre devient SO₂ (risque de pluie acide).

Dans l’incinérateur, le cycle CHNOPS‑K est rompu :

• C, H, O, N, S s’échappent dans les gaz de cheminée.
• P, K, Ca, Mg restent piégés dans les cendres sous forme de minéraux solides, avec une biodisponibilité très réduite, en particulier pour le phosphore.

Digestion anaérobie – DA.

La digestion anaérobie (DA) correspond à la dégradation microbiologique de la matière organique en l’absence d’oxygène, une fermentation submergée. Les intrants peuvent être des déchets ou biomasses liquides, humides, semi-liquides ou secs, des boues liquides ou épaissies issues de stations d’épuration (STEP), du lisier et du fumier, ou encore des déchets ménagers et assimilés (DMA) sous forme des déchets organiques séparés à la source (Source Separated Organic Waste – SSOW) ou sous forme de la fraction organique des déchets ménagers et assimilés (Organic Fraction of Municipal Solid Waste – OFMSW).

Les glucides de la biomasse (CH₂O) servent de nourriture aux bactéries. Lors d’un processus en quatre étapes — hydrolyse, acidogénèse, acétogénèse et méthanogenèse — les micro-organismes réarrangent les atomes selon la réaction simplifiée :

• CH₂O + N, P, K, S + H₂O → CH₄ + CO₂ + NH₄⁺ + H₂S + PO₄³⁻ + digestat (K⁺)
• C, H, S passent en phase gazeuse sous forme de CH₄ (méthane) et CO₂.
• N, P, K, S restent en phases solide et liquide sous forme de fertilisant de valeur, hautement biodisponible et prêt à être absorbé par les plantes.
• Si le pH du digesteur devient trop élevé, l’NH₄⁺ se transforme en NH₃ (ammoniac gazeux), qui peut être toxique pour les bactéries de la DA. L’objectif est de maintenir l’azote sous forme NH₄⁺ dans le liquide pour produire un fertilisant de haute valeur.
• Le H₂S constitue un problème : plus de production de H₂S signifie moins de CH₄ produit, ce qui revient à perdre du combustible pour créer un poison. Il existe une compétition entre les méthanogènes et les bactéries réductrices de sulfate, ces dernières étant thermodynamiquement plus efficaces. Pour les intrants riches en soufre, l’ajout de fer (Fe) dans le digesteur est une solution courante : le fer se lie au soufre pour former sulfure de fer (FeS).

Chez generizon, nous veillons à conserver le C et H pour l’énergie et le N, P, K, S pour le fertilisant.

Compostage.

Le compostage correspond à la dégradation microbiologique avec présence d’air, autrement dit une oxydation aérobie. Les intrants sont principalement des déchets verts ligneux, des tailles d’arbres, des branches et brindilles, du foin, de la sciure, des matériaux structurés, de la matière lignocellulosique et du digestat solide.

• CH₂O + N, P, K, S + O₂ → CO₂ + H₂O + humus riche en NPKS + chaleur
• Lors du compostage, les microbes oxydent les liaisons C-H, ce qui génère une forte chaleur (jusqu’à 70°C) dans les tas de compost.
• Toute cette énergie thermique se dissipe dans l’air. Ce qui est efficace pour tuer les pathogènes représente, en termes thermodynamiques, une fuite d’énergie.
• Le soufre (S) réagit avec l’oxygène pour devenir un sulfate, solide ou liquide inodore (SO₄²⁻).
• Les minéraux N, P, K se transforment en humus. Le phosphore et le potassium sont très stables, mais l’azote est à risque si le rapport C:N n’est pas correct, car il peut se volatiliser sous forme d’ammoniac (NH₃), ce qui représente une perte de fertilisant.
• Le compostage réduit le volume de matière et crée un amendement organique pour le sol, mais il gaspille le potentiel énergétique de la biomasse. 

En compostage, nous perdons le C et le H et ne conservons que le NPKS.

qu’est-ce que le déchet organique ?

Définir le déchet organique ne relève pas seulement de la biologie ; il s’agit aussi de reconnaître une réalité physique et juridique inévitable. Le déchet organique est l’ombre de l’activité humaine.

• Toute matière organique est de la biomasse, mais toute biomasse n’est pas un déchet.
• Le déchet organique correspond à la fraction de cette biomasse sans valeur marchande primaire, produite comme sous-produit inévitable d’un processus. On l’appelle fatal, car il s’agit d’un sous-produit incontournable.

Dans une société mondiale de 8 milliards d’habitants, le déchet organique est inévitable : tant que nous cultivons des plantes, transformons des aliments et entretenons des villes, ces résidus (pelures, fumier, boues) continueront d’être générés. Nous ne pouvons pas arrêter de produire des déchets sans arrêter les activités fondamentales de la civilisation : manger, cultiver, vivre.

Cartographie des résidus organiques inévitables au Maroc :

• Transformation de la tomate : la production de sauces et de concentrés en conserve génère des tonnes de pelures.
• Moulins à huile d’olive : le pressage des olives produit des eaux usées toxiques (margines) et des grignons solides.
• Cycle laitier : la production quotidienne de millions de yaourts et d’hectolitres de lait génère du lisier/fumier à la ferme, ainsi que du lactosérum (whey) et des boues biologiques en usine.
• Assainissement urbain : les villes produisent inévitablement des boues d’épuration, sous-produit concentré du traitement des eaux usées.
• Restaurants, hôtels, cuisines, abattoirs et marchés : ils génèrent des déchets municipaux (DMA), un mélange complexe où la fraction organique est le véritable moteur de la crise environnementale.

Lorsque ces résidus organiques fatals réactifs sont jetés dans les bacs de collecte classiques, les camions diesel doivent transporter cette masse lourde et saturée d’eau vers les décharges — un processus très énergivore qui enterre simplement le problème. Une fois enfouie, cette biomasse devient une passif environnemental : elle se décompose en lixiviats toxiques menaçant les nappes phréatiques et libère du méthane (CH₄), un gaz à effet de serre puissant, directement dans l’atmosphère, causant des dommages climatiques catastrophiques.

Chez generizon, nous considérons la fraction biodégradable/organique des déchets municipaux (OFMSW), qui constitue intrinsèquement de la biomasse fatale, comme une ressource précieuse.