Déchets – Énergie – Eau – Biogaz

pourquoi une décharge est-elle anaérobie ? 

Une décharge est anaérobie (sans oxygène) par conception et par principe physique. L’oxygène est exclu grâce à :

• le compactage quotidien des déchets ;
• la couverture quotidienne par une couche de terre ;
• la consommation rapide de l’oxygène résiduel par les bactéries aérobies ;
• et enfin, la mise en place d’une couverture finale technique (capping) à la fin de la vie de la cellule.

Dans des conditions anaérobies et humides, les déchets se décomposent plus rapidement que s’ils restaient simplement à l’air libre en conditions sèches. Si le fonctionnement anaérobie de la décharge est recherché, le méthane qui en résulte constitue un puissant gaz à effet de serre — environ 27 à 30 fois plus efficace que le CO₂ pour piéger la chaleur sur une période de 100 ans (Potentiel de Réchauffement Globale – PRG100), et 81 à 83 fois plus puissant sur 20 ans (PRG20), ce qui souligne son impact immédiat sur les points de basculement climatiques.

L’objectif est donc de capter ce méthane en appliquant une dépression contrôlée au moyen d’un système de captage et de contrôle du gaz de décharge (Gas Capture and Control System – GCCS), puis de le valoriser comme source d’énergie renouvelable sous forme de Gaz Naturel Renouvelable (GNR).

comment une décharge devient-il un réacteur anaérobie ? comment produit-il du méthane ?

Une décharge ne devient pas immédiatement anaérobie ; elle évolue progressivement vers des conditions anaérobies à travers quatre phases distinctes, à mesure que l’oxygène est consommé.

1. La phase aérobie (phase initiale) : Lors du dépôt des déchets, de l’air reste piégé dans la masse de déchets. Les micro-organismes aérobies dégradent la matière organique facilement biodégradable (telle que les déchets alimentaires) en utilisant l’oxygène disponible pour leur activité métabolique. Cette phase est courte : elle ne dure que quelques jours à quelques semaines, jusqu’à épuisement complet de l’oxygène.
2. La phase acidogénèse (phase de transition) : Une fois l’oxygène épuisé, les bactéries facultatives deviennent dominantes. Elles décomposent les composés organiques complexes (graisses, protéines, glucides complexes) en molécules plus simples telles que les acides gras volatils et les alcools. Résultat : l’environnement de la décharge devient fortement acide (baisse du pH) et le lixiviat (liquide accumulé au fond de la décharge) devient hautement corrosif.
3. La phase acétogénès : Des bactéries spécifiques transforment ces acides organiques en acide acétique (composant principal du vinaigre), en hydrogène et en dioxyde de carbone. Durant cette phase, des composés intermédiaires s’accumulent, contribuant à des odeurs acides et particulièrement prononcées caractéristiques de l’environnement de la décharge.
4. La phase de méthanogénèse (réacteur anaérobie complet) : À ce stade, des micro-organismes spécialisés appelés méthanogènes consomment l’acide acétique et l’hydrogène pour produire du méthane (CH₄). La décharge contrôlée devient alors un système stable, dépourvu d’oxygène, avec un pH proche de la neutralité (environ 7,0), fonctionnant comme un réacteur anaérobie produisant du biogaz composé généralement d’environ 50 % de méthane et 50 % de CO₂.

qu’est-ce que le gaz des décharges / le biogaz / le gaz d’épuration ?

Ils sont tous issus de la digestion anaérobie — un processus biologique au cours duquel des bactéries dégradent la matière organique en absence d’oxygène.

Le gaz des décharges (gaz d’enfouissement) est le produit de la dégradation des Déchets Ménagers et Assimilés (DMA). La fraction biodégradable est composée d’un mélange de déchets alimentaires, papier, textiles et bois. Certains matériaux se dégradent en quelques mois, d’autres en plusieurs années (selon le facteur k, voir ci-dessous). Le gaz des décharges est généralement constitué de 50 % de méthane et 50 % de CO₂, sauf si la dépression appliquée est trop forte et entraîne une aspiration d’air (azote N₂ et oxygène O₂).

Le biogaz est le produit d’un réacteur de digestion anaérobie (DA, la méthanisation), c’est-à-dire une installation contrôlée dans laquelle on maîtrise l’alimentation (par exemple fumier et lisier bovins), la température et des paramètres opérationnels tels que le pH ou l’ammoniac, grâce à l’ajout d’oligo-éléments, d’enzymes, etc. Selon la nature du substrat, la teneur en méthane varie généralement entre 50 % et 75 %.

Le gaz de station d’épuration est un biogaz issu du traitement des boues d’épuration, essentiellement un sous-produit du traitement des eaux usées domestiques. Sa teneur en méthane est généralement supérieure à 60 %.

Bien que le H₂S (sulfure d’hydrogène) soit toujours présent davantage dans le gaz d’épuration, le gaz d’enfouissement contient généralement des concentrations plus élevées de COV (Composés Organiques Volatils) et de siloxanes.

comment peut-on mesurer le gaz des décharges ?

Une fois qu’un système d’extraction du gaz des décharges  est installé, il est possible de mesurer :

• le débit de gaz (en m³/h),
• ainsi que la qualité du gaz, notamment le pourcentage de méthane.

generizon fournit les équipements nécessaires pour réaliser ces mesures.

Avant la mise en place d’un système complet, deux approches principales sont possibles :

Approche ascendante (bottom-up):

Elles incluent la modélisation mathématique des émissions, notamment le modèle FOD du GIEC (IPCC) (voir ci-dessous). Il est également possible de :

• réaliser des mesures sous une petite cloche de captage (en mesurant l’augmentation de la concentration en méthane),
• effectuer des mesures de pression dans le sous-sol afin d’estimer les émissions globales de méthane.

Approche descendante (top-down):

Elles comprennent l’observation spectrale optique directe, réalisée par satellite, avion ou drone. Il est également possible d’effectuer des mesures au sol en parcourant la décharge avec un appareil de détection de gaz selon un maillage prédéfini — méthode appelée Surveillance des émissions de surface (Surface Emission Monitoring -SEM).

modélisation FOD du GIEC – expertise de base chez generizon.

generizon a mené des recherches approfondies afin d’identifier le modèle le plus crédible et scientifiquement robuste pour l’estimation des émissions de gaz des décharges.Le premier modèle évalué par generizon a logiquement été le modèle LandGEM de l’EPA (Landfill Gas Emissions Model). Lors de son introduction en 1991, LandGEM a constitué le premier outil automatisé permettant d’appliquer l’équation de décroissance du premier ordre exponentiel (First-Order Decay – FOD). Depuis, il a été largement utilisé dans les études et la littérature technique. Il est devenu le standard industriel et demeure aujourd’hui toujours la référence aux États-Unis. Bien que pratique et simple d’utilisation, LandGEM repose sur un nombre limité de paramètres : la quantité totale de déchets (M), les années de début et de fin d’enfouissement, le taux de génération de méthane (k) et le potentiel de génération de méthane (L₀). Le modèle ne propose que deux catégories climatiques par défaut (aride et conventionnelle), ce qui limite sa capacité à refléter des conditions spécifiques à chaque site.

À la recherche d’une approche plus précise et plus sophistiquée, generizon a ensuite testé différentes versions du modèle du GIEC (IPCC), qui a adopté officiellement l’approche FOD en 2006.

Bien que l’approche FOD (déjà implémentée en 1991 dans LandGEM) reflète la réalité biologique selon laquelle les déchets se décomposent progressivement — rapidement durant les premières années puis de manière décroissante — le modèle du GIEC, dans sa version post-2006, est largement considéré comme l’outil le plus avancé scientifiquement pour l’inventaire carbone à l’échelle mondiale.

Les principaux avantages du modèle du GIEC résident dans sa granularité (différenciation des catégories de déchets et définition de leur dégradabilité spécifique) ainsi que dans sa capacité d’adaptation à la diversité climatique internationale (climats chauds ou froids, humides ou secs, décharges contrôlées (Centre d’Enfouissement et de Valorization (CEV) ou non contrôlées, etc.).

Le modèle du GIEC est conçu pour être intégré aux autres modèles nationaux ; il s’inscrit directement dans les calculs de l’empreinte carbone d’un pays.

Les principaux paramètres du modèle du GIEC sont :

• k : taux de génération de méthane par type de déchet j, ajusté selon la composition des déchets et la catégorie climatique ;
• DOC_j (Degradable Organic Carbon) : carbone organique dégradable par type de déchet j, correspondant à la fraction introduite en décharge ;
• DOC_f : fraction du carbone organique dégradable qui se décompose effectivement et se transforme en LFG ;
• Facteur de correction du méthane (MCF – Methane Correction Factor) et facteur d’oxydation (OX – Oxidation Factor) : paramètres dépendant de la profondeur et du mode de gestion de la décharge (CEV, décharge contrôlé, non contrôlé ou décharge sauvage).

Chez generizon, l’équipe maîtrise pleinement cette méthodologie et a programmé les équations du GIEC dans ses propres outils de calcul (Excel), permettant des analyses avancées de scénarios et des ajustements paramétriques afin de mieux refléter les conditions opérationnelles et climatiques réelles. Cette approche garantit des projections d’émissions techniquement solides, transparentes et alignées sur les standards internationaux.

L’application du modèle du GIEC aux principales décharges du Maroc a historiquement permis de définir nos projections d’émissions de méthane. Ces projections ont désormais atteint une étape importante de validation : lorsque des données indépendantes à haute résolution sont disponibles (issues de plateformes satellitaires telles que Carbon Mapper ou GHGSat), elles présentent une forte cohérence avec les résultats modélisés. Cette synergie entre modélisation mathématique ascendante (bottom-up) et observation spectrale descendante (top-down) renforce la fiabilité de la méthodologie et confirme que nos inventaires calculés reflètent fidèlement la réalité physique observée depuis l’espace.

Sur la base des résultats d’estimation obtenus pour les principales décharges, generizon projette les émissions pour l’ensemble du Maroc urbain à l’horizon 2060. Dans un scénario de référence (Business-As-Usual – BAU), où l’ensemble des déchets continuerait à être mis en décharge, les émissions de méthane atteignent en 2025 environ 5,9 MtCO₂e par an.

analyse critique des estimations du modèle FOD du GIEC par rapport aux données satellitaires.

Le modèle de décroissance du premier ordre (FOD) du GIEC sert de référence rigoureuse et ascendante pour nos inventaires d’émissions. Cette méthodologie étant intrinsèquement prudente, les estimations d’émissions de generizon constituent un seuil minimal garanti plutôt qu’un seuil maximal ; bien que nous veillions à ce que les émissions ne soient jamais sous-estimées, l’impact atmosphérique pour le climat réel pourrait être nettement supérieur. Par conséquent, ces données fournissent un point de référence fiable et rigoureux pour le suivi des performances d’une année sur l’autre et la planification des mesures d’atténuation.

L’approche ascendante fondée sur le modèle FOD du GIEC (IPCC) est généralement considérée comme une méthode conservatrice et robuste pour l’estimation des émissions de LFG. Toutefois, les approches descendantes — telles que les observations aériennes ou satellitaires — peuvent surestimer ou sous-estimer les émissions de méthane selon plusieurs facteurs externes : vitesse et direction du vent, conditions de dispersion atmosphérique et topographie du site. Par exemple, le méthane peut s’accumuler dans des zones de faible altitude plutôt que d’être détecté au-dessus des reliefs environnants, ce qui entraîne une variabilité spatiale des concentrations mesurées. De plus, certaines émissions sont diffuses et donc difficiles à quantifier précisément.

Dans le cas des observations satellitaires, des mesures répétées dans le temps sont nécessaires pour obtenir des conclusions fiables, car une ou deux observations isolées ne suffisent pas à représenter les niveaux moyens ou les tendances à long terme. La répétition des mesures améliore la représentativité et réduit l’incertitude.

evolution du facteur k dans le temps : perspective de generizon sur la cinétique de décomposition des DMA.

Le facteur k est l’un des paramètres les plus critiques de la méthodologie du GIEC, car il représente le taux de génération du méthane — c’est-à-dire la vitesse à laquelle le méthane est produit par chaque type de déchet selon des conditions climatiques spécifiques. Il reflète la cinétique de dégradation de la matière organique : la production de méthane est maximale dans les premières phases suivant l’enfouissement, puis diminue progressivement à mesure que la fraction organique biodégradable s’épuise.

En pratique — et cela est particulièrement vrai pour les déchets alimentaires — une part significative du méthane est générée avant que les casiers de décharge ne soient correctement couverts et avant l’installation d’un système de captage et de contrôle du gaz (GCCS). En conséquence, des volumes importants de gaz de décharge s’échappent dans l’atmosphère sans pouvoir être récupérés.

Pour répondre à ce défi, generizon a développé une approche intégrée et structurante combinant des stratégies d’atténuation et de valorisation :

• Systèmes de dégazage des déchets déjà enfouis (anciennes casiers) afin de capter les émissions résiduelles de méthane. La mise en œuvre d’un captage actif du gaz dans les casiers historiques constitue une responsabilité environnementale incontournable de la génération productrice de déchets afin de limiter les impacts laissés aux générations futures.
• Compostage des déchets verts, permettant la production d’un compost de haute qualité destiné aux applications agricoles. Les résidus d’élagage et les tontes de gazon sont, par définition, des déchets triés à la source dont la logistique peut être organisée efficacement.

Pour les déchets nouvellement produits (perspective future), deux voies intégrales sont proposées, toutes deux visant à détourner la fraction organique de la mise en décharge :

• Valorisation des déchets organiques triés à la source (Source Separated Organic Waste – SSOW), idéalement traités dans un réacteur à  à cuve agitée en continu (Continuous Stirred Tank Reactor – CSTR), afin d’assurer une production de biogaz stable et performante.
• Traitement de la Fraction Fermentescible des Ordures Ménagères (FFOM) après tri mécanique (avec un taux de contamination typique d’environ 10 %), de manière optimale dans un réacteur à flux piston (plug-flow), également appelé système de digestion anaérobie à forte teneur en matières sèches (High Solid Anaerobic Digestion – HSAD).

Ce modèle intégré permet de maximiser la récupération du méthane, de réduire les émissions diffuses non contrôlées et de faire évoluer la gestion des déchets d’un modèle d’élimination passive vers un modèle actif de valorisation des ressources.

méthodologie du GIEC approuvée par les gouvernements pour les inventaires d’émissions de GES.

La méthodologie du GIEC constitue la norme internationale reconnue pour le calcul des inventaires d’émissions de gaz à effet de serre (GES) et est pleinement alignée sur les exigences de reporting de la CCNUCC (Convention-Cadre des Nations Unies sur les Changements Climatiques). En tant que cadre de référence utilisé pour les inventaires nationaux, elle garantit la transparence, la cohérence et la crédibilité scientifique des estimations.

Elle est également largement acceptée pour la mesure, notification et  vérification (Monitoring, Reporting, and Verification – MRV) des réductions d’émissions dans le cadre des Contributions Déterminées au niveau National (CDN). De plus, elle constitue la base méthodologique de nombreux mécanismes de crédits carbone, y compris ceux relevant de l’Article 6 de l’Accord de Paris ainsi que des marchés volontaires du carbone.

L’utilisation de l’approche du GIEC assure ainsi que les estimations d’émissions sont robustes, vérifiables et compatibles avec les cadres internationaux de financement climatique.