Méthanation : définition, procédé et applications

Qu’est-ce que la méthanation ? 

La méthanation est un procédé chimique qui permet de produire du méthane (également appelé CH4) à partir de dioxyde de carbone (CO2) et d’hydrogène (H2). Cette réaction se réalise en présence d’un catalyseur, souvent à base de nickel, et sous des conditions précises de pression et de température. Elle est essentielle pour transformer des gaz à faible valeur énergétique en une ressource utile et stockable.

Quelle est la différence entre la méthanation et la méthanisation ?

Méthanation vs Méthanisation : comprendre la différence

La méthanation et la méthanisation sont souvent confondues, mais elles diffèrent par leur nature : 

• méthanisation : procédé biologique de fermentation des déchets organiques pour produire du biogaz. 
• méthanation : procédé chimique ou biologique visant à synthétiser du méthane à partir de CO2 et d’H2. Ces deux technologies peuvent être complémentaires dans la valorisation énergétique. 

Importance de la méthanation dans les énergies renouvelables 

La méthanation fait partie des solutions visant à optimiser l'utilisation des énergies renouvelables. Elle permet notamment de convertir l’excédent d’électricité issue de sources comme l’éolien ou le solaire en méthane, une énergie stockable sur le long terme. Cela réduit le gaspillage d’énergie tout en renforçant la fiabilité des systèmes énergétiques. 

Quel est le processus de méthanation ?

Une réaction chimique innovante 

La méthanation repose sur une réaction chimique où le dioxyde de carbone (CO₂) ou le monoxyde de carbone (CO) est transformé en méthane (CH₄) grâce à une réaction chimique avec le dihydrogène (H₂), également appelé hydrogène.

Ce procédé industriel est appelé "synthèse de Sabatier" :

=> CO2 + 4 H2  - > CH4 + 2 H2O

Cette transformation nécessite un environnement contrôlé, avec une température située entre 200 et 400 °C et une pression comprise entre 1 et 30 bars. Le catalyseur, souvent à base de nickel ou de ruthénium, joue un rôle crucial pour accélérer et optimiser la réaction. 

Quels sont les différentes approches technologiques de la méthanation

Deux types de technologies sont utilisées pour la méthanation : 

Méthanation catalytique 

Cette technique utilise des catalyseurs solides, métalliques (nickel, ruthénium) qui accélèrent la réaction chimique pour transformer les gaz à haute température. Les performances dépendent directement de la qualité et de la composition des catalyseurs employés.
Elle est idéale pour des installations industrielles à grande échelle, offrant des rendements élevés et une réactivité rapide. 

Méthanation biologique 

Plus récente, la méthanisation biologique fait appel à des micro-organismes biologiques pour produire du méthane dans des conditions plus douces et des températures plus basses. Chaque technologie présente des avantages adaptés à des besoins spécifiques, comme les rendements énergétiques ou les coûts d’installation. Elle convient bien aux petites installations et valorise les déchets organiques.

Applications de la méthanation 

Valorisation du CO2

La méthanation offre une solution pour recycler le CO2 en l’intégrant dans un cycle énergétique durable. Cette technologie permet ainsi de réduire les émissions de gaz à effet de serre et de contribuer à la lutte contre le changement climatique.

La méthanation représente une opportunité unique de transformer un déchet gazeux (CO2) en ressource énergétique, contribuant ainsi à l'économie circulaire. 

Power-to-Gas et stockage d’énergie 

Le Power-to-Gas, actuellement à l’étude dans plusieurs pays européens, est un principe de conversion, d’électricité renouvelable (éolien, solaire) en gaz injectable dans les réseaux, offrant une solution efficace de valorisation et de stockage énergétique.

La méthanation s’inscrit dans les systèmes Power-to-Gas, qui convertissent l’électricité excédentaire en gaz naturel synthétique. Ce méthane peut être injecté dans les réseaux gaziers existants ou stockés pour des utilisations futures, assurant une flexibilité énergétique. 

Cette technologie pourrait être la cible en substitution des usages industriels (raffinage, engrais) et du transport. Mis en avant par l’ADEME dans ses scénarios 2050, le power-to-gas progresse rapidement en France, nécessitant un soutien accru pour atteindre une échelle industrielle.

Études de cas et projets 

Découvrez l’exemple d’un projet industriel : Projet Jupiter 1000.

En France, le projet Jupiter 1000 démontre l’intérêt de la méthanation à grande échelle. Ce projet pilote associe énergie renouvelable et stockage sous forme de gaz de synthèse injecté dans le réseau. Il illustre le potentiel de cette technologie pour répondre aux besoins futurs.

Quels sont les avantages de la méthanation et les défis à relever ?

Bénéfices environnementaux 

La méthanation contribue à décarboner le secteur énergétique en valorisant le CO2, réduisant ainsi l’impact environnemental des activités humaines. 

Limites techniques et économiques 

Les coûts liés aux infrastructures et à la production d’hydrogène vert demeurent un défi. Cependant, les avancées technologiques et les économies d’échelle pourraient les rendre plus accessibles. 

Rôle dans la transition énergétique 

En valorisant les excédents de CO2 et en favorisant le stockage de l'énergie, la méthanation s'impose comme une technologie prometteuse pour atteindre les objectifs climatiques. Elle constitue un pilier de la transition énergétique en offrant des solutions concrètes aux défis environnementaux et énergétiques. 

La méthanation serait une solution d’avenir plus durable pour les énergies renouvelables et le stockage de l'énergie. En valorisant le CO2 et en produisant du méthane synthétique mais propre, elle s'inscrit comme un levier complémentaire à la décarbonisation des usages du gaz.

Poursuivre son développement contribuera à relever les défis énergétiques de demain.