Comment choisir les membranes géosynthétiques pour les systèmes de confinement du biogaz?

La production de biogaz à partir de bassins de stabilisation anaérobie des déchets, généralement utilisés pour le traitement des eaux usées des exploitations agricoles et de l’industrie, est une option intelligente, durable et écoresponsable. Une des principales composantes de ces systèmes est le matériau géosynthétique utilisé pour le système d’étanchéité. Pourquoi les géomembranes en polyéthylène sont-elles un meilleur choix et comment choisir le bon matériau? 

La valeur de captage du biogaz est de plus en plus évidente à mesure que les crises énergétiques et les défis que posent les changements climatiques s’intensifient et que nous essayons de trouver des solutions pour améliorer la résilience énergétique et diversifier l’approvisionnement en énergie. L’adoption de solutions pour le biogaz est motivée par le coût relativement faible (comparativement aux matériaux conventionnels) et la facilité de captage du biogaz grâce aux géomembranes. Les géomembranes en PEHD peuvent flotter à la surface du bassin de confinement, généralement sans nécessiter de support supplémentaire. Les géomembranes procurent également plusieurs autres avantages. 

La valeur de captage du biogaz  

Les bassins de stabilisation des déchets construits pour le traitement des eaux usées réduisent la teneur en matières organiques et éliminent les agents pathogènes qui peuvent nuire à l’environnement ou polluer les plans d’eau douce grâce à des procédés naturels. Les bassins peuvent être utilisés pour traiter les eaux usées et les déchets animaux, ou les effluents provenant de procédés industriels, de fabrication ou agricoles – par exemple, la transformation de la viande, des produits laitiers ou de l’huile de palme. Une fois ces derniers traités, les effluents peuvent, en fonction de leur pureté, être utilisés pour l’irrigation ou le traitement, ou être retournés dans les eaux de surface. 

Ces bassins peuvent être utilisés seuls ou reliés en série pour le traitement successif des effluents. Un traitement en série efficacei voit souvent les effluents traités dans un bassin anaérobie primaire, puis dans un bassin facultatif et dans un bassin aérobie. Le traitement anaérobie, qui constitue l’étape primaire, réduit la charge organique jusqu’à 60 % en transformant le carbone organique en méthane. 

Les systèmes traditionnels de bassins ouverts rejettent du biogaz dans l’atmosphère, ce qui provoque des problèmes d’odeur et contribue aux émissions de gaz à effet de serre (GES). Ces systèmes sont également source de gaspillage. Plusieurs études démontrent qu’une production d’énergie importante peut résulter de la capture du méthane. Cette énergie peut être utilisée pour alimenter des chaudières et des turbines ou pour produire de l’électricité et de la chaleur à des fins domestiques ou industrielles. 

Plus les déchets organiques traités par digestion anaérobie sont digestibles, plus le potentiel de production de gaz est élevé. Cette étude néo-zélandaise en est un bon exemple : la production de biogaz à partir de bassins de stabilisation anaérobie traitant les eaux usées de porcheries et de laiteries a été mesurée à l’aide de géomembranes en PEHD flottantes de 25 m² installées à la surface des bassins. L’étude a révélé que la conversion en électricité du volume moyen de méthane capturé à partir de ces bassins permettrait de réduire les émissions de GES équivalentes à 5,6 et 0,6 tonnes de CO₂ par jour, respectivement, et de générer 1 180 kWh/j et 122 kWh/j.

Cet article résume les expériences des pays asiatiques en voie de développement qui ont installé des membranes flottantes sur des lagunes de déchets et les avantages qu’ils ont obtenus en utilisant des géomembranes en polyéthylène (PEHD ou PEBDL) pour la collecte et la récupération du biogaz, la production d’énergie, le contrôle des fumées et des odeurs et la protection contre l’évaporation et la contamination des eaux souterraines. Il aborde le programme d’assurance et de contrôle de la qualité, de la conception des membranes de recouvrement flottantes et des problèmes d’installation. 

Pourquoi les géomembranes sont un meilleur choix pour la production de biogaz 

Les géomembranes en PEHD sont très efficaces lorsqu’elles sont utilisées comme systèmes de revêtement de fond et comme membrane de recouvrement flottante dans les systèmes de biogaz. Grâce à leur capacité d’étanchéité, elles empêchent l’eau de pluie et d’autres contaminants de pénétrer dans les bassins et maintiennent les liquides et les gaz à l’intérieur de ceux-ci. En excluant l’oxygène, elles favorisent l’activité de digestion anaérobie. Elles confinent également les odeurs, une conséquence malencontreuse de l’activité anaérobie. 

Parmi les principales caractéristiques des géomembranes adaptées aux applications de confinement et de récupération du biogaz figurent une excellente résistance aux rayons UV et aux produits chimiques, une plus grande résistance mécanique contre le soulèvement dû au vent, une plus grande imperméabilité à la migration du méthane, une meilleure résistance à la traction multiaxiale, une flexibilité accrue (pour faciliter l’installation et la qualité et la vitesse de soudage) et une meilleure résistance aux fissures de contrainte. Mais comment obtenir ces caractéristiques et comment les tester? 

Les géomembranes sélectionnées doivent satisfaire à diverses normes industrielles et à des essais de conformité de la qualité effectués en laboratoire, en tenant compte des exigences de l’application spécifique, telles que spécifiées par l’ingénieur concepteur. 

Contrôle de la qualité 

Les géomembranes en PEHD sont fabriquées à partir de résine de polyéthylène. Les additifs comprennent du noir de carbone, des stabilisateurs de chaleur et de rayons UV ainsi que des antioxydants. Les membranes de haute qualité utilisent des matières premières qui répondent aux normes des fabricants en matière de résistance à l’oxydation, à la fissuration sous contrainte, à la chaleur et à la stabilisation aux rayons UV. Tous ces éléments contribuent à la longévité du matériau lorsqu’exposé. L’utilisation de géomembranes de couleur claire ou blanche, avec leur capacité à réfléchir les rayons UV, peut procurer des avantages supplémentaires dans des applications spécifiques. 

L’intégrité des membranes et des revêtements – lors de la fabrication et de l’installation – doit être garantie. Les fabricants effectuent des tests aux étincelles électriques lors de la fabrication pour détecter les trous d’épingle et les défauts, mais des essais d’intégrité électrique des revêtements doivent également être effectués lors de l’installation pour garantir la sécurité du système. 

Étude de cas – Le biogaz issu de la production d’huile de palme  

Dans une usine d’huile de palme en Indonésie, Solmax a aidé à exploiter les effluents des usines d’huile de palme (POME) pour produire de l’énergie renouvelable tout en protégeant l’environnement des effets nocifs des émissions de biogaz de méthane. 

Les effluents des usines d’huile de palme sont un excellent substrat pour la production de biogaz renouvelable – le biogaz se forme naturellement lorsque les effluents des usines d’huile de palme se décomposent. Une géomembrane GSE^ᴹᴰ HD de couleur beige destinée au confinement du biogaz a été choisie pour revêtir et couvrir le lagon construit. L’installation de capture du méthane comprend un revêtement de fond en PEHD de qualité supérieure et une membrane de recouvrement en PEHD de qualité supérieure, les effluents des usines d’huile de palme étant contenus entre ces deux membranes, créant ainsi un digesteur anaérobie. 

Ce revêtement en PEHD de qualité supérieure s’appuie sur des travaux de recherche et développement approfondis pour répondre aux besoins de l’industrie des déchets organiques pour les lagunes anaérobies couvertes. Un essai d’immersion sur le terrain des effluents des usines d’huile de palme a été effectué pour contrôler la performance et la compatibilité des membranes dans un environnement de déchets organiques. 

La valeur pour l’exploitant de l’usine est importante. Le biogaz a été capturé, distribué, traité et utilisé non seulement comme combustible pour deux groupes électrogènes à biogaz de 1 200 kW, mais aussi pour un brûleur à biogaz installé sur la chaudière à biomasse existante. Cela a permis à l’exploitant de réduire sa dépendance aux combustibles fossiles et de diminuer ses émissions de gaz à effet de serre.