Méthanisation agricole

Fiches techniques - Polyculture-élevage -

Polyculture-élevage Association de culture en grandes cultures Cycle du carbone et GES Production énergétique

Méthaniseur

La méthanisation est un mode de transformation de la matière organique en énergie (biogaz) et fertilisant (digestat). C'est une technologie basée sur la dégradation de la matière organique par des micro-organismes, en conditions contrôlées et en l'absence d'oxygène.

Description

La méthanisation est un procédé à la fois innovant mais bien connu pour la production de biogaz à partir de matière organique, sous l’action de différentes bactéries et en l’absence d’oxygène (digestion anaérobie).

Il s'agit à la fois de traiter des déchets des industries agroalimentaires ou des collectivités (issues de céréales, tontes de pelouses, boues de stations d'épuration,...) et de valoriser des produits ou sous-produits des exploitations agricoles (effluents d’élevage, résidus de cultures, cultures intermédiaires,...) avec, in fine, un retour au sol pour la fertilisation des cultures ou prairies. A l’issue de ce procédé, on obtient :

Du biogaz qui est composé en moyenne de 55% de méthane (CH4), de 40% de dioxyde de carbone (CO2) et de 5% d’autres gaz.
Du digestat qui contient la matière organique non dégradée (lignine,...), les matières minérales (N, P, K,...) et de l'eau.

La méthanisation : sources d'intrants et valorisation du biogaz et du digestat produit. Source : Chambres d'Agriculture France.

Intérêts de la méthanisation

Les bénéfices de ce procédé font largement consensus :

Production d’énergie renouvelable valorisable sous forme de biométhane (injection), électricité et chaleur (cogénération) et/ou biocarburant (bioGNV).
Valorisation des effluents agricoles contribuant à la réduction des émissions de Gaz à effet de serre (GES) des élevages.
Evolution des pratiques et assolements permettant d'augmenter l'autonomie en azote (digestat) et la couverture des sols (Culture Intermédiaire à Valorisation Energétique (CIVE)).
Projets territorialisés combinant traitement des déchets, boucle énergétique locale, création de valeur ajoutée et d'emplois.

L’approvisionnement en substrats d’un méthaniseur est déterminante

Sur les projets de méthanisation, l’approvisionnement est fondamental puisque le choix des matières organiques (les substrats), chacune ayant un potentiel méthanogène, une dégradabilité et des caractéristiques spécifiques, détermine la production de biogaz, la technologie utilisée, le dimensionnement des équipements et la rentabilité du site.

Une grande diversité de substrats possibles

Les résidus organiques utilisés lors du processus de méthanisation sont appelés intrants. La méthanisation utilise différents types de substrats organiques, offrant ainsi une alternative écologique aux filières classiques de traitement de déchet. Certains sites traitent des déchets de l’industrie agro-alimentaire ou de stations d’épuration, d'autres reçoivent surtout des intrants agricoles. Le mélange d'intrants de différentes natures (végétal, animal, déchets urbains, etc.) est habituel et réglementé, afin d'équilibrer le procédé de méthanisation en apportant différents types de nutriments.

La majorité du gisement provient de l’activité agricole : des fumiers et lisiers (appelés "effluents d’élevage") et des matières végétales agricoles (ensilages de cultures, pailles et menues pailles, résidus de cultures, déchets issus de silos, cultures intermédiaires à vocation énergétiques).

Exemple d’intrants avec leur pouvoir méthanogène. Graphe réalisé par les Chambres d’agriculture Auvergne-Rhône-Alpes.

Différentes technologies

Différentes techniques de méthanisation permettent de valoriser les nombreuses matières organiques présentes sur nos territoires. Voie liquide, voie solide continue ou discontinue,… ? Le choix de la technique dépend en partie du type de mix de substrats obtenu.

La voie liquide

La technologie voie liquide pour les mélanges de substrats pompables. Source : Chambres d'Agriculture Auvergne-Rhône-Alpes.

La voie sèche

La technologie voie sèche discontinue est adaptée aux mélanges de substrats pelletables. Source : Chambres d'Agriculture Auvergne-Rhône-Alpes.

La filière

La filière méthanisation représente l'ensemble des acteurs économiques impliqués : agriculteurs, constructeurs, fournisseurs d'équipements, bureaux d'étude, financeurs, chercheurs, etc.

Par ailleurs, plusieurs services publics peuvent être impliqués dans le soutien aux projets ou la gestion des dossiers administratifs, à différentes échelles (mairie, département, région, Etat).

Les Chambres d’agriculture soutiennent le développement de la méthanisation agricole et territoriale, sous forme de projets individuels ou collectifs portés par les agriculteurs. Ces projets peuvent être développés vers la cogénération, l’injection du biogaz dans les réseaux de gaz naturel ou encore pour la production de biométhane carburant. L’essentiel est de privilégier des projets "sur mesure" et rentables, montés et pilotés par des agriculteurs motivés, ancrés dans les territoires avec des partenariats stratégiques.

Les Chambres d'agriculture ont renforcé leurs moyens dédiés au développement de la méthanisation agricole, avec notamment un réseau national de 50 experts. Aujourd'hui, dans la majorité des régions, les Chambres d'agriculture accompagnent des projets sur différentes étapes, de l'émergence jusqu'au suivi des unités existantes et à la capitalisation de références.

Les effets de la méthanisation

Agronomiques

La méthanisation participe à la transition agroécologique de différentes façons. Les effets agronomiques sont plus ou moins importants en fonction de la typologie des installations : à la ferme (intégrée dans une exploitation agricole), en collectif agricole (portée par plusieurs structures agricoles) ou territoriale (portée par plusieurs types d'acteurs, collectivités, développeurs, industriels, agriculteurs et valorisant les déchets d'un territoire donné).

Quelle que soit la typologie, la méthanisation permet d'assurer le retour au sol des déchets organiques d'un territoire par l'épandage du digestat et rentre ainsi dans la boucle vertueuse de l'économie circulaire.

Méthanisation et cycle des nutriments
- Evolution des matières minérales pendant et après la méthanisation
- Accessibilité de l'azote dans le digestat
Effets des digestats utilisés en agriculture sur les sols et les cultures
- Bilan humique des sols et méthanisation
- Propriétés amendantes du digestat
Méthanisation et cultures agricoles
- La conduite des cultures intermédiaires à vocation énergétique
- Production de biomasse et impact des cultures intermédiaires sur les sols et la matière organique
- Concurrence des CIVE avec d'autres productions ou fonctions
Valorisation des co-produits agricoles
- Stockage des co-produits avant méthanisation
Digestat
- Évolution de la matière organique pendant et après la méthanisation

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Environnementaux

L'activité agricole est la source d'émission de plusieurs gaz à effet de serre (CO2, CH4, N2O ...), soit par émissions directes dans le champs, soit indirectement à travers la consommation d'engrais ou d'énergie. La méthanisation permet de diminuer plusieurs des sources d'émissions sans modifier les modes de fonctionnement agricoles. Les émissions propres au procédé de méthanisation sont faibles comparées aux réductions observées des émissions agricoles directes et indirectes.

Réduction des émissions de gaz à effet de serre de l'agriculture
- Emissions de méthane par l'agriculture
Traitement des déchets et économie circulaire
- Méthanisation des boues de stations d'épuration
- Méthanisation des biodéchets
Impact potentiel de l'épandage du digestat
- Réduction des odeurs par la méthanisation
- Digestat et qualité de l'eau

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Socio-économiques

Installer une unité de méthanisation relève de l’initiative d’un acteur ou d’un collectif d’acteurs (agriculteurs en particulier) généralement implanté sur le territoire ou ayant des liens forts avec le territoire. Cette composante territoriale est fondamentale pour le succès du projet qui dépendra de son appropriation par les acteurs du territoire. Cette appropriation comporte une dimension géographique (choix du site), une dimension sociale et une dimension politique : elle pourra s’appuyer sur la dynamique territoriale de transition énergétique pouvant exister sur le territoire.

Création d'emplois
Méthanisation et territoire
- Appropriation sociétale de la méthanisation
- Dynamique territoriale de transition énergétique
Etat des lieux de la méthanisation en Europe
La filière méthanisation

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Energétiques

La méthanisation permet une production locale d'énergie sous forme de biogaz à partir de matières du territoire. Elle contribue ainsi à l'indépendance énergétique nationale en réduisant l'importation de gaz naturel fossile.

Il existe différents débouchés pour cette énergie qui peut avoir plusieurs fonctions pour les professionnels et les particuliers : production de chaleur, d'électricité ou de biométhane injecté ou non dans les réseaux de gaz naturel.

Cette énergie d’origine agricole présente l'avantage de la stabilité pour les systèmes énergétiques français (électricité et gaz). En effet, la production constante de biogaz en fait une source d’approvisionnement non intermittente. Enfin, le biométhane est facilement stockable dans les installations de stockage de gaz naturel pour répondre aux variations de la consommation d'énergie.

Des débouchés énergétiques variés
Contribution du biogaz à la stabilité du système énergétique
Biogaz

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Réglementation

La méthanisation, comme toute activité économique, est soumise à différentes réglementations et peut faire l'objet de normes nationales ou internationales.

En France, les unités de méthanisation relèvent des ICPE (installations classées pour la protection de l'environnement), ce qui impose des démarches particulières en préfecture avant la mise en service et durant l'exploitation. Il y a différentes réglementations en fonction du type d'approvisionnement du méthaniseur.

Les intrants impactent le régime d'installation classée d'une unité de méthanisation. Source : Chambres d’agriculture Auvergne-Rhône-Alpes.

Les digestats sont par défaut soumis à des plans d'épandage, sauf pour certains digestats agricoles répondant à l'un des cahiers des charges Dig'Agri.

Des normes internationales sont actuellement à l'étude pour les unités de méthanisation (domestiques et non-domestiques). Des réglementations européennes peuvent aussi s'appliquer, notamment à travers les directives sur les énergies renouvelables (RED).

Normalisation internationale sur la construction des méthaniseurs
Hygiénisation : la réglementation française
Valorisation du digestat en France: aspects réglementaires
Plan d’épandage et digestats de méthanisation

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Cadre réglementaire et juridique des activités agricoles de méthanisation et de compostage

Trouver une unité de méthanisation

L'ATEE a mis en place une carte des unités de méthanisation en France, vous pouvez la consulter ici.

Une pratique qui fait polémique

De nombreuses inquiétudes surgissent lorsque l'on parle de méthanisation. Comme par exemple le fait que des parcelles soient spécialement dédiées à des cultures pour alimenter le méthaniseur et non plus pour des cultures alimentaires (humaine ou animale).

Parmi les nuisances le plus souvent avancées, il y a l'odeur. Quand les sites sont à proximité d'habitations, les riverains s'en plaignent.

La qualité du digestat épandu est aussi source de craintes. Si "l'hygiénisation" est insuffisante, ce mélange peut contenir des bactéries qui vont ensuite s'infiltrer dans les sols voire les nappes phréatiques. Il peut également contenir des métaux lourds et d'autres résidus nocifs polluants.

Enfin ces installations comporteraient parfois des fuites. Le méthane étant un gaz à effet de serre, les fuites pourrait faire baisser voir annuler le bénéfice écologique de ce procédé.