La méthanisation agricole Quelles analyses ? Comment les utiliser · 2018-02-21 · En 2017 : 514 installations de méthanisation en France, dont : - 291 à la ferme (+ 70 / an)

La meacutethanisation agricole Quelles analyses Comment les utiliser Marie-Laure GuillotinResp technique du Pocircle Valorisation organique et Environnement

Rencontres TechniquesJeudi 19 octobre 2017

La meacutethanisation agricolePourquoi Pour quoi

Traitement local des deacutechets organiques + production de fertilisant

Economie circulaire

Reacuteduction des odeurs et des eacutemissions de gaz agrave effet de serre + eacutenergie renouvelable

Enjeu environnemental

Valorisation eacutenergeacutetique de la matiegravere organique

Inteacuterecirct eacuteconomique

Soutien agrave la filiegravere + politique publique favorable

Contexte favorable


Un contexte favorable agrave un nouveau deacutepart de la meacutethanisation agricoleUn peu drsquohistoirehellip

Fin 18egrave ndash19egrave s

Deacutecouverte et compreacutehension de

la production naturelle de

meacutethane

bull 1778 A VOLTA (It) observe la libeacuteration de gaz de vase drsquoun lac

bull 1808 Sir H DAVY (GB) expeacuterimente la fermentation du fumier produit du biogaz et identifie le meacutethane

bull 1887 A LAVOISIER (Fr) donne le nom de laquo gaz hydrogegravene carbon raquo

bull 1892 apparition du terme METHANE

bull 19egraveme PASTEUR montre que lrsquoorigine de ce gaz est une fermentation bacteacuterienne

20egraveme siegravecle

Premiegraveres geacuteneacuterations de digesteurs

bull Plus anciens digesteurs connus ville drsquoExeter en 1895 (GB) et leacuteproserie de Mantunga pregraves de Bombay en 1897

bull 1907 deacutecouverte du proceacutedeacute laquo Imhoff raquo (All) Eclairage public agrave partir de biogaz issu de digestion drsquoeaux useacutees

bull A partir de la fin des anneacutees 1930 en France premiers digesteurs de fumier en Algeacuterie sous lrsquoimpulsion de deux enseignants de lEcole nationale dagriculture dAlger ISMAN et DUCELLIER Sur la base de leur brevet de nombreuses exploitations agricoles vont seacutequiper de digesteurs de gaz de fumier

1970 agrave 1990

Un deacuteveloppement en lien avec le prix du

peacutetrole

bull Anneacutees 1970 chocs peacutetroliers plus drsquoune centaine drsquoinstallations de meacutethanisation voient le jour en France

bull Anneacutees 1990 le contre-choc peacutetrolier entraine la baisse du prix de lrsquoeacutenergie En France les installations de meacutethanisation agricoles vont disparaicirctre (deacutefaut de maicirctrise technique poids des investissements financiers)

bull Seules les uniteacutes de deacutepollution des effluents (IAA boues de station dlsquoeacutepuration) ont perdureacute

Peacuteriode actuelle

Poids des politiques publiques

et de lrsquo enjeu environnemental

bull Nombreuses installations en Allemagne Danemark Suisse (politique volontariste)

bull En France agrave lrsquoheure actuelle les nombreux avantages pour lrsquoenvironnement de la meacutethanisation donnent un nouvel essor notamment en agriculture (loi sur la transition eacutenergeacutetique en 2010) Les aides et lrsquoaugmentation du prix du rachat favorisent lrsquoeacutemergence des projets et ameacuteliore leur rentabiliteacute

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Les chiffres de la meacutethanisation agricole

Source base ADEME Sinoe (httpwwwsinoeorgthematiquesconsulss-theme29

En 2017 514 installations de meacutethanisation en France dont - 291 agrave la ferme (+ 70 an)- 88 stations drsquoeacutepuration urbaines- 80 installations en industrie- 17 sur ordures meacutenagegraveres- 38 installations centraliseacutees- 2500 GWh environ drsquoeacutenergie primaire totale produite

Carte des installations de meacutethanisation agrave la ferme en 2017 (Source Sinoe)

700 installations agrave

la ferme en 2023


Les principales matiegraveres traiteacutees sur les uniteacutes agravela ferme (nombre drsquouniteacutes) httpwwwsinoeorgthematiquesconsulss-theme29

bull Lisiers et fumiers (85)bull Deacutechets verts (36)bull Deacutechets de la preacuteparation des produits veacutegeacutetaux (30)bull Deacutechets animaux et veacutegeacutetaux (16)bull Corps gras (Graisse huile veacutegeacutetale de cuisine) (16)bull Deacutechets de la preacuteparation des produits animaux ou

veacutegeacutetaux (14)bull Deacutechets de la preacuteparation des produits animaux (7)bull Fumier de bovin (6)bull Deacutechets de produits alimentaires (4)bull Boues deacutepuration des eaux useacutees (2)bull Cultures deacuterobeacutees et cultures intermeacutediaires agrave

vocation eacutenergeacutetique (cive)(2)

Le parc franccedilais drsquoinstallations de meacutethanisation agricoleSource Chiffres cleacutes du parc drsquouniteacutes de meacutethanisation agrave la ferme et centraliseacutees en service au 1er janvier 2017J THUAL ADEME 01032017

Au niveau national

Production totale des fumiers et lisiers 225 millions de tonnes de matiegraveres organiques

soit un potentiel eacutenergeacutetique de 60 environ TWh

(11 de la production franccedilaise drsquoeacutenergie)


Les grandes cateacutegories drsquoanalyses lieacutees agrave la meacutethanisationQuand reacutealiser des analyses

Des deacutechets et matiegraveres entrantes en amont en passant par les digestats en cours de process jusqursquoauxproduits sortie digesteurs voire laquo post-traitement raquo agrave chaque eacutetape son analyse

Source des illustrations preacutesentation du projet DIVA par SOLAGRO aux JRI 2016 (Limoges)

ou produit depuis juin 2017

ou AMM

ou normalisation

en cours




Quoi Pourquoi Analyse

Deacutechets bruts (reccedilus en amont du digesteur)

Leur qualiteacute impacte bull lrsquoefficaciteacute et le

rendement de la digestion

bull la qualiteacute du digestat

Analyse du pouvoir meacutethanogegravene (IR incubation)Analyses de caracteacuterisation agronomiqueInhibiteurs de la meacutethanisationMicro-polluantsMicro-organismes

Digestats liquides ou pacircteux en cours de digestion

Suivi du fonctionnement du digesteur

Acides gras volatiles totaux (AGV) ou FOSTAC (pouvoir tampon) et FOSTACInhibiteurs (NH4 conductiviteacute hellip)Profil des AGV

Digestats post-digesteur et post-traitement (composteacutes seacutecheacuteshellip)

Valeur agronomiqueMise sur le marcheacuteInnocuiteacute

Valeur agronomiqueMeacutetaux lourds composeacutes traces organiques (HAP PCB)Analyses microbiologiquesInertes et impureteacutesTest de mineacuteralisation C et N ISMO


Analyse des matiegraveres entrantesQuelles analyses Comment les utiliser

Preacuteparation par lyophilisation ou agrave lrsquoeacutetuve

Menus adapteacutes aux matiegraveres entrantes bull Menu laquo charge organique raquo PAWK MS MVbull Menu laquo simple raquo PAWL MS MV N totalbull Menu laquo analyses de base raquo PAWM MS MV N total N

ammoniacal COT pH P K Na S

Analyses compleacutementaires possibles bull Micropolluants meacutetalliques totaux (Cr Cd Cu Ni Pb Hg Zn

Se As) et organiques (16 HAP 7 PCB)bull Teneur en sucres (meacutethode Anthrone) ou en graisses

(substances extraites agrave lrsquohexane)bull Analyses granulomeacutetriques (refus sur tamis de 8 - 10 - 12 mm)bull Analyse des inertes (plastique verres et meacutetaux)bull Analyse des matiegraveres organiques non syntheacutetiquesbull Demande chimique en oxygegravene (DCO) sur liquidesbull Analyse des fibres (meacutethode Van Soest)bull Test de potentiel meacutethanogegravene

bull Approche biochimique (IR chimique) eacutevaluationstatistique agrave partir drsquoune base de donneacutee

bull Approche biologique volume de biogaz libeacutereacute enconditions meacutesophiles Information sur le CH4 MSet CH4 MV

bull hellip

Focus sur lrsquoutilisation des reacutesultats

bull Etablir ou veacuterifier lrsquoeacutequilibre de la laquo ration raquo du digesteur bull Humiditeacute et charge organique (exemple 1 agrave 3 kg de

MO m3jour en reacuteacteur infiniment meacutelangeacute)bull Rapport CN Optimal entre 10 et 30

bull Evaluer lrsquointeacuterecirct drsquoun deacutechet en meacutethanisation par lepotentiel meacutethanogegravene

bull Substances inhibitrices cuivre zinc sulfures NH4 hellip sontinhibiteurs agrave faible concentration


Analyse des matiegraveres entrantesValeurs moyennes de potentiels meacutethanogegravenes de fumiers et lisiers (bibliographie)

Source ADEME Avril 2013Estimation des gisements potentiels de substrats utilisables en meacutethanisation



Focus sur lrsquoutilisation des reacutesultats - Evaluer lrsquointeacuterecirct drsquoun deacutechet en meacutethanisation par le

potentiel meacutethanogegravene

- Etablir ou veacuterifier lrsquoeacutequilibre de la laquo ration raquo du digesteur bull Humiditeacute et charge organique (exemple 1 agrave 3 kg de MO

m3jour en reacuteacteur infiniment meacutelangeacute)bull Rapport CN Optimal entre 10 et 30

bull Substances inhibitrices cuivre zinc sulfures NH4 hellip sont inhibiteurs agrave faible concentration

Document drsquoinformation geacuteneacuterale de R Moletta 2002


Analyse en cours de processQuelles analyses Comment les utiliser En parallegravele des analyses sur site ou laquo en ligne raquo

Menus adapteacutes au suivi de digesteur bull Menu laquo de base de pilotageraquo PAWN MS MV pH indice

FOSTAC (Nordmann) Acides Gras Volatils par CPG (AVGtotaux eq aceacutetate et eqDCO (calcul) aceacutetate butyrateisobutyrate isovaleacuterate propionate valeacuterate)

bull Menu laquo simple de pilotageraquo PAWO Idem + conductiviteacute +N ammoniacal

Analyses compleacutementaires possibles bull Micro-polluants meacutetalliques totaux (Cr Cd Cu Ni Pb Hg

Zn Se As) et organiques (16 HAP 7 PCB)bull Chlorures hellip


bull pH paramegravetre neacutecessaire mais non suffisant optimumentre 68 et 75 La baisse du pH est un signe drsquoacidoseeacutevident Elle srsquoaccompagne de la chute de production et dequaliteacute du biogaz Toutefois ces indicateurs ne font quereacuteveacuteler le dysfonctionnement et ne permettent pas de lerepeacuterer preacutecocement

bull Deacutetecter les signes preacutecoces drsquoacidose bull AGV totaux

bull AGV totaux lt 2 gL OKbull AGV totaux lt 5 gL acceptablebull Il existe des variations entre les digesteurs

bull Profil des AGV La modification de la proportiondes AGV dans le milieu en particulierlrsquoaugmentation des proportions drsquoacidespropioniques butyriques et valeacuteriques par rapportagrave lrsquoacide aceacutetique doit alerter car elle est le signedrsquoun deacutebut drsquoacidose

bull rapport laquo acide aceacutetique acidepropionique raquo gt 3 OK

bull Geacuterer les apports de biomasse bull FOSTAC

bull FOSTAC entre 03 et 04 OK

bull AGVTAC la valeur du rapport AGVTAC peut ecirctre utiliseacuteepar comparaison avec les valeurs preacuteceacutedentes en suivi dela digestionSource Documentation Hach Lange 2013


Statuts reacuteglementaires des digestats

Epandage reacuteglementeacute

bull Le digestat eacutepandu en lrsquoeacutetat garde lestatut de deacutechet En fonction desmatiegraveres premiegraveres il sera soumis agrave unplan drsquoeacutepandage (effluents drsquoeacutelevageboues drsquoeacutepuration)

bull La reacuteglementation de lrsquoeacutepandage dudigestat varie en fonction desdeacutepartements du regraveglement sanitairedeacutepartemental des arrecircteacutespreacutefectoraux en vigueur des deacutecretsdrsquoapplication deacutepartementaux de ladirective nitrate

Produit normaliseacute NFU

engrais ou amendement organique

bull Si le produit reacutepond aux critegraveresdeacutefinis dans les normes il devient unproduit organique eacutepandable hors plandrsquoeacutepandage

bull Norme laquo amendement organique raquoNFU 44051 ou norme laquo composts deboues raquo NFU 44095 apregraves traitementulteacuterieur (compostage)

bull Norme laquo engrais organiques raquoNFU42001A12 apregraves seacuteparation dephase dans la cateacutegorie laquo Engrais NPissu de lisier meacutethaniseacute composteacute raquo depuis le 11122015

Produit conforme au Cahier des charges laquo DigAgri 1 raquo

bull Approuveacute par le Ministegravere delrsquoagriculture par lrsquoArrecircteacute du13062017

bull Autorisation de mise sur le marcheacute etdrsquoutilisation de digestats demeacutethanisation agricole (au moins 60de matiegraveres drsquoorigine agricole et aumoins 33 drsquoeffluents drsquoeacutelevage) entant que matiegraveres fertilisantes

bull Permet de mettre sur le marcheacute surlrsquoensemble du territoire national desdigestats agricoles produits dans lesconditions fixeacutees par lrsquoarrecircteacute pour unusage en grandes cultures et surprairies


Analyse du digestat brut Quelles analyses Comment les utiliser En parallegravele des analyses de terre sont parfois neacutecessaires

bull Valeur agronomique neacutecessaire ou recommandeacute dans tous les casbull Menu laquo suivi agronomiqueraquo PAWJ MS MO pH N total N ammoniacal N organique (calcul) rapport CN

(calcul) P2O5 K2O CaO MgO sodium soufre

bull Analyse des micropolluants meacutetalliques obligatoire pour les plans drsquoeacutepandage et le CDC DigAgri1Le nombre drsquoanalyse deacutepend de la quantiteacute de MS eacutepandue (plan drsquoeacutepandage) ou du nombre annuel de lots (CDC Dig Agri1)

bull Analyse des micropolluants organiques 3 HAP et 7 PCB obligatoires dans certains plans drsquoeacutepandage

bull Analyse microbiologique bull Plan drsquoeacutepandage selon lrsquoarrecircteacute drsquoautorisation de lrsquoICPEbull CDC DigAgri1

bull 5 analyses lot bull selon la reacuteglementation sur les sous-produits animaux (UE ndeg1422011)

Valeur maximale (mgkg MS) As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn Se

Plan drsquoeacutepandageArrecircteacute boues du 08011998

- 10 1000 1000 10 200 800 3000 -

CDC DigAgri 1Arrecircteacute du 13062017

18 3 120 600 2 60 180 1500 12




bull Inteacuterecirct agronomique des digestats bull Apports totaux drsquoeacuteleacutements fertilisants et de MObull Marquage obligatoire des produits du CDC DigAgri1bull Deacutetermination des doses agronomique drsquoapportbull Quantiteacutes disponibles drsquoeacuteleacutements fertilisants

bull Azote 40 agrave 70 drsquoefficaciteacute Lrsquoefficaciteacute est essentiellement apporteacutee par la part drsquoazote ammoniacal Attention la volatilisation peut ecirctre importante (30 agrave 80 selon les matiegraveres et les proceacutedeacutes)

bull P2O5 supposeacute disponible agrave 75 compareacute au super phosphatebull K2O 100 disponible

bull Veacuterification de la conformiteacute reacuteglementaire respect des valeurs limites en eacuteleacutements traces (ETM) et descritegraveres microbiologiques

bull Calcul des doses maximales eacutepandables par an et sur 10 ans sur la base des flux drsquoETM en gha

bull Rapport CN et calendrier drsquoeacutepandage du programme drsquoaction en ZV


Analyse du digestat transformeacute normaliseacute Quelles analyses Comment les utiliser

Les analyses sont imposeacutees par les speacutecifications des normes

Paramegravetre NFU 44-051 type 3 Fumier etou lisiers etou

fientes composteacutes

NFU 44-051 type 10Compost de matiegraveres veacutegeacutetales et animales

NFU 42-001 type 6b Engrais NP issu de lisier

meacutethaniseacute composteacute

MS ( brut) ge 30 ge 40

MO ( brut) ge 20 -

N total ( brut) lt 3 ge 15 dont ge 1 N orga

P2O5 total ( brut) lt 3 ge 3

K2O total ( brut) lt 3 Agrave analyser

N + P2O5 + K2O ( brut) lt 7 ge 6

ETM (mg kg MS) bull Crbull Cubull Nibull Znbull Hgbull Cdbull Pbbull Asbull Se

Analyse obligatoirelt 120

lt 300 (ou 600 MO)lt 60

lt 600 (ou 1200 MO)lt 2lt 3

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Agrave analyser

Valeurs maximales et freacutequences drsquoanalyses en

projet (NFU 42001-2)

HAP (mg kg MS) bull Fluoranthegravenebull Benzo(b) fluoranthegravenebull Benzo(a)pyregravene

Analyse facultative mais conformiteacute requiselt 4

lt 25lt 15

-



Freacutequences drsquoanalyses bull Amendements organiques NFU 44-051 selon les tonnages produits annuellementbull Engrais organiques NFU 42-001 pas drsquoindication dans la norme actuelle La reacutevision de la norme pourrait

conditionner la freacutequence au tonnage produit annuellement






Inertes et indeacutesirables ( MS) bull Films et PSE gt 5 mmbull Autres plastiques gt 5 mmbull Verres et meacutetaux gt 2 mm

Analyse facultativelt 03lt 08lt 20

Analyse obligatoirelt 03lt 08lt 20

-

Cineacutetique C et N Agrave faire Agrave faire -

ISMO Agrave faire Agrave faire -

Analyses microbiologiques bull Salmonellesbull Œufs drsquohelminthes viables

Facultatif bull Escherichia colibull Enteacuterocoques

Analyse obligatoirebull Salm Absence dans 1 ou 25 g MF selon la culture

bull Helminthes Absence dans 15 g MF

Facultatif (valeurs de reacutefeacuterence )bull E coli 100 g MF

bull Enteacuterocoques 10 000 g MF

Agrave analyser



En cas drsquoagreacutement Sous-produits animaux (SPA) bull Escherichia colibull Enteacuterocoquesbull Salmonelles

Analyse obligatoire sur 5 preacutelegravevements

bull E Coli m = 1000 g MF M = 5000 g MF c = 1 bull Enteacuterocoques m = 1000 g MF M = 5000 g MF c = 1 bull Salmonelles m = 1000 g MF M = 5000 g MF c = 1


Analyse du digestat transformeacute normaliseacuteQuelles analyses Comment les utiliser


bull Veacuterification des speacutecifications de la norme NFU

bull Inteacuterecirct agronomique bull Apports totaux drsquoeacuteleacutements fertilisants et de MObull Marquage obligatoire des produits selon NFUbull Marquage facultatif selon NFU bull Calcul des doses agronomiques drsquoapport

bull Veacuterification de la conformiteacute reacuteglementaire respect des valeurs limites en eacuteleacutements traces (ETM CTO) et descritegraveres microbiologiques

bull Des non-conformiteacutes reacutepeacuteteacutees peuvent traduire un problegraveme de qualiteacute des matiegraveres entrantes ou de maicirctrise du compostage(microbio)


bull Argumentation et conseil drsquoutilisation sur la base des analyses de caracteacuterisation pousseacutee ISMO cineacutetiques C et N

bull ISMO lt 30 MO effet principalement nutritif amp effet sur lrsquoactiviteacute biologique du sol bull ISMO entre 30 et 60 MO effet mixte engraisamendementbull ISMO gt 60 MO effet principalement amendant organiquebull Cineacutetiques C et N eacuteleacutements chiffreacutes pour le bilan humique et les fournitures drsquoazote


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La meacutethanisation agricolePourquoi Pour quoi

Traitement local des deacutechets organiques + production de fertilisant

Economie circulaire

Reacuteduction des odeurs et des eacutemissions de gaz agrave effet de serre + eacutenergie renouvelable

Enjeu environnemental

Valorisation eacutenergeacutetique de la matiegravere organique

Inteacuterecirct eacuteconomique

Soutien agrave la filiegravere + politique publique favorable

Contexte favorable






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1970 agrave 1990


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lt 600 (ou 1200 MO)lt 2lt 3

lt 180lt 18lt 12

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lt 25lt 15

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La méthanisation agricole Quelles analyses ? Comment les utiliser · 2018-02-21 · En 2017 : 514 installations de méthanisation en France, dont : - 291 à la ferme (+ 70 / an)