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Table des matières Contexte .................................................................................................................................................. 3

Introduction ............................................................................................................................................. 3

I. Présentation de EMC2 ..................................................................................................................... 4

II. Généralités sur la méthanisation .................................................................................................... 5

1. Qu’est-ce que la méthanisation ?................................................................................................ 5

2. Détail des réactions ..................................................................................................................... 5

a. Hydrolyse ............................................................................................................................... 6

b. Acidogenèse ........................................................................................................................... 6

c. Acétogenèse ........................................................................................................................... 6

d. Méthanogenèse ..................................................................................................................... 7

3. Les différentes voies de la méthanisation ................................................................................... 8

a. Voie solide .............................................................................................................................. 8

b. Voie liquide ............................................................................................................................ 9

4. Dimensionnement ..................................................................................................................... 10

5. Intérêt de la méthanisation dans un contexte agricole ............................................................ 11

a. « Une plus-value » pour l’agriculteur .................................................................................. 11

b. Témoignage d’un exploitant Normand – Etienne Adeline ................................................... 12

6. Etat des lieux de la méthanisation en Europe ........................................................................... 14

III. Les entreprises et les technologies du secteur de la méthanisation ........................................ 15

1. Les acteurs de la méthanisation en Europe .............................................................................. 15

2. Les entreprises du secteur et leurs différentes technologies ................................................... 16

a. Biolectric .............................................................................................................................. 16

b. Host ...................................................................................................................................... 18

c. La CAL ................................................................................................................................... 22

d. Enerpro ................................................................................................................................ 22

e. Nénufar ................................................................................................................................ 23

IV. Les opportunités de la méthanisation pour la coopérative EMC2 ............................................ 25

1. Les objectifs d’EMC2 ................................................................................................................. 25

2. Déroulement et analyse de la réunion ...................................................................................... 25

Conclusion ............................................................................................................................................. 28

Bibliographie.......................................................................................................................................... 29

Table des figures .................................................................................................................................... 32

Table des tableaux ................................................................................................................................. 32

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Contexte En première année d’étude à l’ENSAIA (Ecole Nationale Supérieure d’Agronomie et

des Industries Alimentaires) située à Nancy, nous devons travailler sur un projet dit

professionnel. Le but de ce module est de nous former à travailler en groupes d’effectif

important afin de nous initier aux différents outils de gestion de projet. Il permet aussi

d’aborder plus concrètement le monde du travail pour comprendre ses enjeux et apporter

aux étudiants que nous sommes des compétences techniques et scientifiques en lien avec le

sujet du projet. Notre groupe, composé de dix étudiants, a choisi d’appréhender un sujet

concernant la méthanisation pour répondre à une problématique posée par EMC2, une

coopérative agricole du Grand Est. Le projet est réalisé sous la tutelle de Laurent LEGAND

(Responsable de la spécialisation MAPI à l’ENSAIA et responsable prévention des risques

chez EMC2).

Introduction EMC2 est une coopérative agricole basée à Verdun. Cette coopérative souhaite

agrandir son panel d’offres et de services auprès de ses agriculteurs adhérents. Ils

souhaiteraient définir la manière de se lancer dans le domaine de la micro méthanisation en

voie liquide. L’intérêt serait, pour les agriculteurs, de valoriser leurs effluents d’élevage en

utilisant le biogaz dégagé et transformé comme source d’énergie pour leur propre

exploitation où en le vendant, ce qui leur apporterait un complément de revenu. Cette

démarche apparait comme un objectif clair des coopératives actuelles : pouvoir dispenser

auprès de ses adhérents une gamme de services la plus étendue possible. Cette aspiration

s’exprime avec un développement conséquent ces dernières années des conseils techniques

dans plusieurs domaines (nombreux essais agronomiques pour les productions végétales,

technologies de précisions pour le matériel…). C’est donc dans cette dynamique que s’inscrit

notre projet. Deux contraintes, ou plutôt orientations, ont été initialement fixées : se

restreindre à de la « micro-méthanisation » et avec des procédés en voie 100% lisier. La

coopérative a seulement eu au préalable un contact avec Bioléctric, une entreprise belge

proposant des unités de méthanisation standardisées et à petite échelle. La mission qui nous

a été confiée par EMC2 est de s’informer sur les procédés de micro méthanisation existants

dans le contexte agricole, des prestations qu’ils peuvent fournir pour accompagner leur

adhérents et les diverses entreprises proposant la vente d’unités de méthanisation. La

problématique dégagée pour ce projet est « Quels pourraient être les intérêts de

l’intervention des coopératives dans la méthanisation auprès de leurs adhérents ? Comment

engager les coopératives dans la méthanisation pour que ce soit profitable aux deux partis ?

En quoi la méthanisation peut-elle constituer une source de diversification d’activité viable

pour la coopérative EMC2 ? ». La restitution de ces recherches fût présentée lors d’une

réunion-conférence organisée au sein du siège de la coopérative. Le poster produit pour la

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journée de colloque est fait à destination des agriculteurs adhérents à la coopérative EMC2

afin de leur présenter ce qu’est la méthanisation et les moyens d’intégration à une

exploitation agricole.

I. Présentation de EMC2 EMC2 est la plus grosse coopérative agricole de Lorraine. Le siège principal de la société

est situé à Bras sur Meuse, dans le département de la Meuse. La coopérative, créée en 1928, est aujourd’hui très diversifiée. En effet elle regroupe de nombreuses activités variées : céréales, élevage, approvisionnement, agronomie, machinisme, jardinerie, transport et carburant. [26]

Figure 1 : Localisation de la coopérative sur Google Map

La coopérative regroupe des agriculteurs qui la chargent d’acheter leurs marchandises et de vendre au mieux leurs produits. Elle réunit aujourd’hui 3200 adhérents et est composée de 379 salariés. EMC2 est composé à 80% d’agriculteurs. On retrouve au sein de cette coopérative une réelle organisation politique, dans laquelle les adhérents prennent les décisions. Le conseil d’administration est composé de 25 administrateurs élus, un administrateur ANC et de deux représentants JA (Jeunes Agriculteurs).

La coopérative est organisée de telle sorte qu’il y ait un technicien pour 70 à 80 agriculteurs.

En 2017, le chiffre d’affaire s’élevait à 100 millions d’euros. EMC2 est organisé en un réseau de 36 magasins. En 2017, elle collecte 95089 bovins à 3€/kg. La coopérative réalise également de la vente en magasins grand public comme Gamme Vert et mise sur une redistribution maximale des bénéfices aux agriculteurs. [1]

Depuis 2014, EMC2 permet le rachat de négoces.

La coopérative déjà largement diversifiée dans son champ d’action, souhaite élargir de nouveaux ses horizons en mettant en place pour ses adhérents la commercialisation de micro-méthaniseurs avec un suivi en amont et en aval du projet. C’est dans ce cadre que nous avons étudié la méthanisation et les différentes possibilités d’unités disponibles à ce

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jour sur le marché afin de pouvoir leur offrir une idée plus précise de ce qu’un tel projet représente et de leur présenter les projets et unités qui pourraient au mieux correspondre à leurs attentes.

II. Généralités sur la méthanisation

1. Qu’est-ce que la méthanisation ?

La méthanisation consiste en une dégradation de la matière organique. Celle-ci peut être composées d’effluents d’élevage, de déchets verts, de cultures dédiées ou encore de déchets industriels. Cette dégradation est une fermentation anaérobie, c’est-à-dire qu’elle est réalisée par des bactéries méthanogène en absence de dioxygène. Une succession de réactions effectuées par ces bactéries aboutit à la production de biogaz en majorité composé de méthane (70% de méthane et 30% de gaz carboniques). C’est un processus qui a naturellement lieu dans le rumen des ruminants. Ceux-ci ne possédant pas d’enzymes spécifiques à la digestion dans leur panse, la dégradation des aliments riches en cellulose est effectuée par la microflore via des réactions de méthanisation. Les méthaniseurs sont des structures imitant les conditions de développement et le milieu de fonctionnement de ces mêmes bactéries. C’est un moyen de valorisation de la matière organique. La production de biogaz est, en effet, l’objectif principal de ce procédé. Il alimente un moteur à cogénération qui permettra une production conjointe d’électricité, qui sera vendue, et de chaleur qui pourra potentiellement être valorisée sous formes diverses : chauffage de bâtiments agricoles, séchage de copeaux ou de fourrages…

Une fois digérée, la matière restante dans le post-digesteur est récupérée. Ce digestat possède un bon pouvoir fertilisant. Il est donc épandu sur des cultures ou des prairies. Ce faisant, les nutriments présents au préalable dans la matière organique issue de la production d’alimentation animal ou de culture de vente sont restitués au sol. La méthanisation minéralise la matière organique. Ce qui rend les éléments minéraux beaucoup plus disponibles pour les cultures une fois le digestat épandu. Par conséquent, le digestat peut être utilisé de la même manière qu’un engrais minéral disponible sur le marché, avec un effet rapide mais également une aptitude à la lixiviation plus importante que la matière entrante. Les apports doivent donc être réalisés au plus proche des besoins des cultures afin d’éviter la pollution et le gaspillage. Par ailleurs, l’affaiblissement du taux de matière organique réduit les bienfaits de fertilité physique qu’apporte la matière organique en participant au complexe argilo-humique. La matière incorporée dans le méthaniseur et celle récupérée sont donc bien deux produits aux propriétés très différentes.

2. Détail des réactions La transformation de matière organique en digestat et biogaz s’effectue via plusieurs

réactions. Celles-ci sont exécutées par différents groupes de bactéries particuliers. Les

étapes de cette biodégradation sont : l’hydrolyse, l’acidogenèse, l’acétogenèse et la

méthanogenèse.

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a. Hydrolyse

L’étape d’hydrolyse des macromolécules est réalisée par des microorganismes qui métabolisent en milieu anaérobie strict ou facultatif [2]. Ce sont essentiellement des bactéries mésophiles ou thermophiles. Elles présentent des vitesses de croissance relativement rapides, avec des temps de doublement de quelques heures.

b. Acidogenèse

Ensuite, vient l’étape de l’acidogenèse au cours de laquelle des acides organiques et volatils sont formés. C’est une microflore fermentaire acidogène anaérobique facultative ou stricte, qui produit des acides gras volatils et organiques, des alcools, de l’H2 et du CO2 à partir des molécules, issues de l’hydrolyse [2]. Les étapes d’hydrolyse et d’acidogenèse, sont largement favorables dans le sens direct : ∆G<0 [2]. Ces réactions conduisent à la formation de plusieurs acides organiques et volatils : Acétone, Butanol, Propanol, Ethanol, Butyrate, Propionate, Lactate, Acétate et Formate. Seulement, « en conditions de surcharge organique, le métabolisme plus rapide de ce groupe trophique entraîne une accumulation d’intermédiaires en particulier d’hydrogène et d’acétate. » [2]. Ces intermédiaires réactionnels constituent des inhibiteurs aux populations bactériennes acétogènes et méthanogènes et peuvent conduire à un arrêt du processus de digestion anaérobie. [2].

c. Acétogenèse

L’étape de l’acétogenèse permet, à partir des intermédiaires réactionnels formés durant les réactions précédentes, de l’acétate, du dihydrogène et du gaz carbonique. Trois groupes de microorganismes sont impliqués dans cette étape en réalisant des réactions différentes et qui donnent lieu à des syntrophies entre les microorganismes :

• Les acétogènes productrices obligées d’hydrogène (bactéries syntrophiques)

• Les bactéries homo-acétogènes

• Les bactéries sulfato-réductrices

Les bactéries acétogènes syntrophes sont obligatoirement productrices d’hydrogène en plus de l’acétate (OHPA=Obligate Hydrogen Producing Acetogenic bacteria). Les réactions qu’elles réalisent sont défavorables dans le sens direct car ∆G>0. Ces bactéries présentent un temps de dédoublement relativement long [2]. Le fait que les réactions soient défavorables dans le sens direct et que ces bactéries ont un temps de multiplication relativement long, permet de maintenir une faible pression partielle en H2 dans le réacteur, ce qui permet de ne pas nuire à certaines réactions de la méthanisation : acétogenèse et méthanogenèse acétoclaste.

Les bactéries homo-acétogènes produisent de l’acétate et elles sont divisées en deux groupes suivant l’origine de l’acétate. En effet, l’acétate peut avoir plusieurs origines : d’un substrat carboné (groupe 1) ou de la réduction du CO2 par H2 (groupe 2) [2]

« Les bactéries sulfato-réductrices (BSR) se servent du sulfate (SO42-) comme accepteur

terminal d’électrons. » [2]. Le sulfate, sulfite (SO32-) et, thiosulfate (S2O3

2) sont transformés en sulfure (S2-). A pH bas, ce sulfure peut former du H2S, qui présente un effet néfaste sur les

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bactéries méthanogènes, en inhibant directement ou en précipitant les métaux dont certaines bactéries impliquées méthanogenèse ont besoin pour leur croissance [2]. Ces bactéries seraient micro-aérophiles et présentent une température optimale de croissance comprise entre 28 et 32°C. Les BSR sont divisés en deux groupes suivant les molécules qu’elles produisent :

• BSR du premier groupe : Elles se servent du lactate comme source d’énergie et de carbone et « l’oxydent de manière incomplète en acétate et CO2 » [2]. Elles peuvent aussi se servir d’une quantité limitée de métabolites issue de la première étape du processus de méthanisation : éthanol, fumarate, malate, pyruvate…

• BSR du deuxième groupe : Ces bactéries peuvent oxyder complétement l’acétate, les acides gras à longue chaîne carbonée, des molécules aromatiques et des substrats communs aux BSR du premier groupe pour former du gaz carbonique [2].

S’il y a une concentration suffisante en sulfate dans le milieu, les BSR peuvent utiliser des ressources au dépend des bactéries méthanogènes. Ainsi, dans ces conditions, l’hydrogène, le dioxyde de carbone et l’acétate sont utilisés en majorité par les BSR plutôt que par les bactéries méthanogènes car elles présentent des taux de croissance plus élevés [2].

Les BSR ont la capacité de se développer malgré une absence de sulfate dans leur milieu. En effet, l’énergie dont elles ont besoin provient de l’oxydation de métabolites de faible poids moléculaire tels que les acides organiques (lactate, pyruvate, formate, malate), acides gras volatils (acétate), alcools (éthanol, propanol, méthanol, butanol) [2]. Les BSR peuvent rentrer en compétition avec les bactéries méthanogènes qui utilisent l’acétate comme substrat. Un indice permet de quantifier ces phénomènes de compétition entre les espèces méthanogènes et les BSR : le rapport entre la charge organique et la charge en sulfate [2]. « Un rapport élevé entraîne la prédominance de la méthanogenèse et la présence de BSR utilisant des voies métaboliques différents de la sulfato-réduction » [2]. Il existe également des BSR qui n’utilisent pas le sulfate comme accepteur finale d’électrons. Elles présentent une activité métabolique fermentaire qui conduit à la formation d’acétate et de propionate [2].

d. Méthanogenèse

La dernière étape du processus de méthanisation est la méthanogenèse qui se divise en deux réactions qui, à partir de substrats différents, produisent du méthane (CH4) :

• Méthanogenèse acétoclaste : formation de méthane à partir d’acétate.

• Méthanogenèse hydrogénotrophe : formation de méthane à partir de dioxyde de carbone et de dihydrogène.

Ces réactions sont réalisées par des microorganismes différents et se déroulent en conditions anaérobies car l’oxygène constitue « un inhibiteur de croissance » des bactéries méthanogènes [3]. Au cours de ces réactions, c’est le carbone des molécules issues des réactions et étapes précédentes qui demeure l’accepteur final d’électrons de l’oxydation de la matière organique [3].

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3. Les différentes voies de la méthanisation

Actuellement, deux technologies sont utilisées pour traiter les déchets par voie de

méthanisation. La voie solide « discontinue » et la voie liquide « infiniment mélangée ». Ces

deux procédés nécessitent des installations différentes. Dans les deux cas, le processus doit

répondre à des exigences telles qu’un apport et une évacuation constante de la matière

organique, un bon brassage et des conditions annexes nécessaires à la croissance des

bactéries méthanogènes comme le pH, la température, l’absence d’oxygène, etc. [8]

a. Voie solide La voie solide concerne les déchets de matière organique avec un taux de matière sèche

relativement élevé. Ils contiennent entre 20% et 40% d’eau. [6] C’est-à-dire pour une exploitation : le

fumier, la paille, les cultures abîmées, … Les systèmes standards mettent en place plusieurs

digesteurs à la suite pour alimenter en continu le moteur avec du biogaz. En effet, ce type de

méthanisation nécessite un remplissage puis une vidange de l’unité de méthanisation. La digestion

de la matière au sein d’une unité est de 2 mois. Il y a donc un roulement entre les différentes unités.

Celle-ci se fait, de manière générale, avec un décalage de 15 jours [5] (lorsque la structure comporte

4 unités : nombre d’unités le plus commun dans les structures actuellement en place). La charge et la

décharge des unités se fait manuellement. Ce qui implique du matériel adéquat présent sur

l’exploitation (chargeur) ainsi que de la main d’œuvre. [8]

Figure 2 : Schéma de la méthanisation par voie sèche. [5]

Ce type d’installation ne nécessite pas de motorisation de forte puissance. [6] Il n’y a pas

besoin de pompe pour incorporer les intrants ou de brassage. Cela permet un rendement électrique

supérieur par rapport à la voie liquide qui sera décrite ci-dessous. En dehors de la main d’œuvre

nécessaire à la manutention des intrants, le système en voie solide nécessite peu d’intervention

humaine. [6]

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Un avantage de ce type de digesteur est qu’il est adapté à plusieurs substrats très différents

et variés du fait de sa tolérance en intrants à taux élevé de matière sèche. [4] Cependant,

l’approvisionnement se fait au rythme des intrants disponibles et, à cause de cela, la production en

biogaz n’est pas constante dans le temps. [4]

Ces installations sont en général coûteuses et nécessitent une grande surface au sol. Le prix

est très variable en fonction des matériaux choisis. [4] [8]

b. Voie liquide

La méthanisation en voie liquide concerne les déchets avec un taux de matière sèche

inférieur à 20%. [6] Dans le contexte d’une exploitation agricole, cela concerne

principalement le lisier. Au niveau agricole c’est, à ce jour, la voie la plus répandue. [7] On la

retrouve en général dans les exploitations qui font de l’élevage sur caillebotis ou, en tout

cas, sans couverture pailleuse.

L’unité comprend une cuve où sont injectés les intrants et où a lieu le processus de

méthanisation, une pompe, un mélangeur, un bloc de chauffage pour permettre le maintien

de la température optimale à la réaction de méthanisation et une partie supérieure pour

stocker le gaz dégagé. [7]

Figure 3 : Photo digesteur par voie liquide. [6]

Contrairement aux digesteurs en voie solide, ce système est quasi-totalement

automatisé. Le lisier est pompé, injecté dans la cuve puis brassé afin d’homogénéiser le

mélange et d’éviter la formation de blocs. Cette automatisation implique une motorisation

de forte puissance consommant beaucoup d’énergie. [8] Cela réduit le rendement électrique

final obtenu après transformation du biogaz car très couteux en termes d’énergie.

La contrepartie est que le mélangeur, grâce à une bonne homogénéisation des

intrants, permet un dégagement de biogaz plus important. [7]

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L’investissement demandé est moins élevé qu’une installation en voie sèche. [8]

Cependant, il est parfois nécessaire de diluer les intrants afin de rester dans la gamme de

matière sèche tolérée par le digesteur. Il en résulte aussi que le digestat produit est liquide

et n’est pas toujours adapté aux pratiques d’épandage de l’exploitant. [8]

Tableau 1 : résumé des caractéristiques de chaque voie. [8]

4. Dimensionnement

Pour pouvoir connaître le dimensionnement du méthaniseur adapté à une exploitation donnée, il est nécessaire de calculer le volume d’intrant (ici, du lisier) qui

permettra une libération suffisante de méthane pour faire fonctionner le co-générateur à sa capacité maximale. Grâce à ce calcul, nous pouvons ensuite estimer la taille du troupeau (par exemple de vaches laitières) nécessaire pour fournir cette quantité de méthane. Nous pouvons prendre l’exemple d’une cuve de volume net égal à 200 m³, ce qui correspond à peu près au volume de la cuve associée au co-générateur de 22 kWh de l’entreprise Biolectric ; et un co-générateur de puissance nominale de 20 kWh.

Schéma du fonctionnement général d’un méthaniseur

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La puissance libérée par 1 m³ de méthane est de 10 kWh potentiels [9] mais celle-ci

n’est pas totalement utilisable : une partie est perdue sous forme d’énergie thermique et une autre partie est convertie en énergie électrique, le rendement électrique des moteurs à cogénération est d’environ 35% [10] soit 3,5 kWh par m³ de méthane. Ainsi, pour libérer une puissance électrique de 20 kWh, il est donc nécessaire de libérer 20/3,5=5,7 m³ de méthane par heure pour que le fonctionnement du co-générateur soit maximal. De plus, le lisier bovin peut donner 300 L de méthane par kg de matière sèche [11], ce qui correspond à un potentiel de 24 m³ CH4 /m³ de lisier [11] [12]. Ainsi, on appauvrit complètement en matière organique méthanisable un volume de lisier de 5,7/24=0,24 m³ chaque heure. Ensuite, le temps de séjour du lisier dans le méthaniseur est d’environ 35 jours [13]. Pour faire tourner le moteur à sa capacité maximale, on a donc besoin d’apporter 0,24x24x35=202 m³ de lisier au cours de ces 35 jours soit 5,76 m³ de lisier par jour. Enfin, une vache produit environ 80 L de lisier 14] chaque jour, ce qui correspond environ à un troupeau de 72 vaches laitières pour fournir la matière organique nécessaire au fonctionnement du digesteur. Ce calcul est valable pour le lisier mais aussi pour les autres intrants tels que le fumier, … Cependant, ce calcul est un calcul théorique et ne reflète pas forcément la réalité. En effet, certaines valeurs peuvent être variables : les moteurs à co-génération n’ont pas les mêmes rendements électriques selon leur conception, la production de lisier dépend de l’individu, le potentiel méthanogène du lisier dépend de sa teneur en matière organique sèche et la quantité de matière organique que l’on pourra transformer en méthane est fortement liée à l’alimentation de l’animal. Par ailleurs, une autre donnée à prendre en compte est le fait que le biogaz ne soit pas composé exclusivement de méthane mais également de CO2, H2S et d’autres gaz présents en faibles proportions.

5. Intérêt de la méthanisation dans un contexte agricole

a. « Une plus-value » pour l’agriculteur

Grâce à l’installation d’un méthaniseur, différents avantages et possibilités s’offrent à

l’exploitant.

Tout d’abord, la méthanisation permet aux agriculteurs de diversifier leurs revenus et

de réduire leur impact sur l’environnement sans révolutionner le fonctionnement de leur

exploitation. [17]. Elle permet d’apporter un revenu complémentaire. En effet depuis

l’arrêté du 15 décembre 2016, les tarifs sont fixés de la manière suivante :

Pour les installations d'une puissance électrique maximale inférieure ou égale à 80

kW : 175 €/ Mwh soit 17.5 centimes le Kwh; Pour les installations d'une puissance électrique

maximale strictement supérieure à 80 kW et inférieure à 500 kW : 155 €/ Mwh soit 15,5

centimes le Kwh [15]

Ainsi pour une installation de 44kw on a un produit d’exploitation de 78 000€ HT par

an.

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1m3 de lisier = 20m3 de biogaz

1m3 de biogaz=1.7 kWh [16]

De plus, le digestat issu du processus de méthanisation est composé de minéraux

issus de la décomposition de la matière organique qui a servi d’intrant. Il a donc un bon

pouvoir fertilisant et peut être épandu sur les cultures. [17]

Un autre avantage, qui n’est pas des moindre, est que le digestat récupéré en sorti de

méthaniseur est en grande partie désodorisé. Les nuisances olfactives lors de l’épandage sur

les cultures sont donc réduites. [17]

Pour les agriculteurs se sentant concernés par l’environnement et, en particulier, par

la production de gaz à effet de serre, la méthanisation est aussi un moyen de réduire

l’impact de leur exploitation sur l’environnement. En effet, le méthane produit est valorisé

par combustion et ne se répand pas dans l’atmosphère. En étant valorisé il devient, aussi,

une source d’énergie renouvelable. [17]

b. Témoignage d’un exploitant Normand – Etienne Adeline

Construire un méthaniseur est un grand projet qui mérite d’être longuement préparé

et réfléchi. Mais, si celui-ci est bien appréhendé, il permet de contrer et résoudre pleins de

problèmes rencontrés aujourd’hui par des exploitants agricoles. En effet, nous avons

rencontré un exploitant : Monsieur ADELINE Etienne, propriétaire du GAEC ADELINE à Saint-

Pierre du Mesnil en Haute Normandie. M. Adeline a fait construire un méthaniseur dans son

exploitation et il nous a éclairé sur toutes les solutions qu’avaient apporté la construction de

son méthaniseur.

Tout d’abord, la méthanisation permet de valoriser les déchets de l’exploitation tels

que le fumier, les parties de l’ensilage abîmées dans le silo ou encore des invendus de

pommes de terre ou de betteraves, et d’en tirer un profit.

Dans la continuité de la valorisation des déchets, on retrouve le cas d’une récolte envahie

par les « mauvaises herbes ». Dans l’exemple de l’exploitant que nous avons rencontré,

celui-ci avait une parcelle de blé complètement envahie par une culture précédente de Ray-

Grass. Ainsi, au lieu d’attendre la fin de la culture et d’en obtenir un faible rendement, il a

décidé de faucher la parcelle au stade où la plante de blé est la plus riche en sucre et

cellulose et à la fois où le Ray-Grass n’avait pas encore fait de graines. Cela a alors permis de

ne pas avoir de Ray-Grass dans la culture suivante et d’obtenir un chiffre d’affaire plus

important en utilisant les plantes fauchées pour faire de l’électricité via, le processus de

méthanisation et la valorisation du biogaz, et la vendre. La présence de méthaniseur a donc

permis à l’exploitant de nettoyer sa parcelle et de tirer un profit d’une culture abîmée. Au-

delà de ça, le méthaniseur, contrairement aux cultures, n’est pas contraint au climat. Qu’il

pleuve ou pas, qu’il fasse chaud ou froid, le méthaniseur fonctionnera toujours. Ainsi, pour

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pallier les aléas climatiques qui pourraient mener à une mauvaise récolte le méthaniseur est

un bon atout puisque ces mauvaises récoltes peuvent être introduites dans le méthaniseur.

De plus, dans le cas de cet exploitant, la méthanisation lui a permis d’améliorer la

ration de ses vaches laitières. Avant d’avoir le méthaniseur il possédait 40 ha de maïs et 40

ha de Ray-Grass + Trèfles qu’il utilisait pour nourrir ses vaches. En plus de cela il avait 30 ha

de Colza qu’il vendait. Aujourd’hui il possède 80 ha de maïs donc seulement 25 vont au

vaches laitières et 55 dans la méthanisation ; et 80 ha de Ray-Grass + Trèfle entièrement

consacré à la ration des vaches. Quant au colza celui-ci n’est plus vendu mais directement

transformé en tourteau à la ferme, toujours pour l’alimentation des vaches. Ce nouveau

système permet donc de considérablement diminuer ses achats en aliments concentrés

puisque la ration est plus équilibrée et nécessite moins de correction.

Concernant le digestat, tout d’abord il peut l’utiliser comme fertilisant et l’épandre

dans ses champs avant le labour et le semis. Cela lui permet donc d’utiliser moins d’engrais.

Or, celui-ci résultant d’une transformation biologique du lisier, il ne dégage pas d’odeur

contrairement au lisier. Ce qui est moins contraignant vis-à-vis des voisins alentours. De plus,

l’utilisation de son digestat lui a permis de passer certaines de ses cultures, comme les

pommiers, en bio. En effet, bien que ce qui est introduit dans le digesteur ne soit pas

initialement bio, cela reste des éléments organiques, et non chimiques. De plus, ils subissent

un traitement à 40°C durant 80 jours et une digestion similaire à celle d’un compost.

L’homologation bio est donc justifiée. Il peut faire plus de bénéfices en vendant ses produits

en bio sans avoir de charges supplémentaires.

Le méthaniseur peut permettre de faire des rotations impossibles dans une autre

situation. En effet, Mr. Adeline fait pousser du maïs chez d’autres exploitants pour leur

permettre de réaliser une culture qui favoriserait les suivantes mais qu’ils ne pouvaient pas

se permettre sans qu’il ne leurs achète pour le mettre dans le méthaniseur pour cause de

rentabilité. Cela peut être tout aussi simplement appliqué à ses propres rotations.

Enfin, le moteur utilisé pour faire de l’électricité avec le biogaz formé dans le

digesteur, est un moteur à cogénération qui produit énormément de chaleur. Or, la chaleur

ne pouvant être vendue, l’exploitant a fait en sorte de pouvoir l’utiliser. Par exemple, il s’en

sert pour sécher la luzerne ou le foin. Mais il s’en sert aussi bien pour chauffer sa maison, le

bâtiment des vaches ou encore le château présent sur le domaine. C’est le premier

méthaniseur utilisé pour chauffer un monument classé au patrimoine.

Cependant, il existe tout de même des inconvénients non négligeables mais qui

restent infimes par rapport aux avantages. Tous d’abord, un tel projet présente un

investissement important. Pour cela il faut être sûr du résultat obtenu. De plus, en cas de

panne l’exploitant peut avoir de lourdes pertes puisque, le moteur ne fonctionnant pas, la

biologie continue dans le digesteur et le biogaz ne pouvant être stocké est donc libéré par

une torchère. Il est non valorisé et donc perdu.

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6. Etat des lieux de la méthanisation en Europe

La méthanisation n’est pas seulement source d'intérêt pour l’agriculture, elle peut également l’être pour les autres acteurs ruraux et périurbains. Elle reste cependant une énergie locale, territorialisée. On trouve toutes tailles de méthaniseur, selon les besoins de l’agriculteur, de la collectivité, de l’industriel. Les unités sont toutes différentes en ce qu’elles dépendent de la nature et de la quantité des apports, mais aussi de la valorisation de l'énergie produite et du digestat. La méthanisation est une source d’énergie tournée vers le futur et à la croisée de différentes énergies : la chaleur, l’électricité et le carburant.

C’est pourquoi le biométhane occupe désormais une place grandissante en Europe. On distingue trois grands types d’installation [27] :

• En France, au Royaume Uni et en Espagne, l’accent est mis sur les déchets pour produire du biométhane

• En Allemagne (les champions de la méthanisation), aux Pays Bas et dans certains pays de l’Europe de l’Est, il s’agit plutôt d’installations spécialisées à grande capacité

• La Suisse est le seul pays à produire du biométhane avec des eaux usées.

Figure 4 : Carte de la répartition des unités de méthanisation en France et en Lorraine. [18]

On a ainsi pu observer un développement conséquent des unités de méthanisation depuis une dizaine d’années en France qui a fait suite à l’installation de la première installation en 2002. L’accent est mis en particulier sur l’utilisation des déchets pour la production de biométhane. Les déchets peuvent être de tout type : déchets des industries agroalimentaire, des grandes surfaces, de la restauration, de l’agriculture. En agriculture on distingue deux types de déchets, les effluents d’élevage, c’est à dire le lisier et le fumier, et les résidus de culture.

La France, fin 2012, comptait une centaine d’unité de méthanisation avec une puissance totale de 120 MWh, on les retrouvait dans les fermes, le secteur industriel, les stations d’épuration, le traitement des ordures ménagères. On pouvait alors décrire un modèle moyen d’une puissance électrique de 220 kWh, 7700 t/an de matière méthanisable (65% étant issu des effluents d’élevage) et un coût d’investissement de 7000€/kWh de puissance installée. [27]

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Ce sont les allemands qui sont pionniers dans le domaine de la méthanisation et qui sont les plus développés avec aujourd’hui environ 9000 unités agricoles contre seulement 600 en France. Près de deux tiers des installations européennes à injection de biométhane dans le réseau sont allemande. Cela peut s’expliquer par des politiques allemandes incitatives et des démarches plus légères. Mais également par un système fondamentalement différent, en Allemagne on trouve de grandes unités de méthanisation à partir de culture de maïs. Les agriculteurs ont une partie de leur culture réservée au méthaniseur.

Mais, la France a affiché ses ambitions le 29 mars 2013 de tenter de combler son retard et développer ce type de production d’énergie verte [28]. En effet, à travers le plan EMAA (Energie Méthanisation Autonome Azote) ; qui résulte d’une action conjointe du ministère du développement durable et du ministère de l’agriculture ; 3 objectifs ont été fixés : voir émerger 1000 unités d’ici 2020 sur notre territoire, favoriser les unités de méthanisation agricoles collectives (de 150 à 500 kW) et créer une filière française d’équipement de méthanisation tout ceci dans un souci de valorisation des résidus. Les agriculteurs sont incités à des projets collectifs de taille intermédiaire afin d’obtenir un complément de revenu. La France a une politique de plus en plus incisive.

Le comité national de biogaz a été réuni en 2015 et 2016 afin de rassembler les différents acteurs de la filière, partager leur expériences et attentes et permettre ainsi à l’état d’avoir une action plus importante.

En 2014, la ministre lance un appel à projet et souhaite ainsi développer en 3 ans 1500 méthaniseurs sur les territoires ruraux.

En ce qui concerne le financement des unités, depuis 2007 l’ADEME (Agence De l’Environnement Et de la Maîtrise de l’Énergie) finance les différents projets par le fonds déchets. Mais depuis 2015, l’ADEME finance par le fonds chaleur les unités à valorisation directe de la chaleur et celle à injection de biométhane dans le réseau et par le fonds déchets les unités avec cogénération et les équipements de traitement du digestat. Les fournisseurs de gaz naturels sont dans l’obligation d’acheter le biométhane injecté dans le réseau pour une durée de 15 ans minimum [28].

Cette ambition de développer les méthaniseurs a été rappelée le 1er Février 2017. De plus, le 26 mars 2018, quinze mesures ont été prises pour doper la méthanisation (simplification administratives, complément de rémunération pour les unités de 500kWh à 1MW, facilités de financement, autorisation de mélange pour favoriser les grandes unités…).

III. Les entreprises et les technologies du secteur de la

méthanisation

1. Les acteurs de la méthanisation en Europe

Il existe plusieurs organismes en France pour permettre le développement de la filière méthanisation. Parmi eux figurent des organismes de financement/subventionnements

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(banques, Etat...), des organismes d’étude et de recherche (bureaux d’études, INRA, chambres d’agriculture…), des organismes de distribution d’énergie et de collecte de déchets (GRDF, collectivités locales…).

• Bureaux d’études : Ce sont principalement à ces organismes auxquelles l’agriculteur s’adresse afin de s’informer sur un projet de construction de méthaniseur. Tout d’abord, ces organismes se chargent de réaliser une étude technico-économique du projet : Dimensions du méthaniseur, valorisation du biogaz, bilan énergétique, bilan agronomique, analyse de rentabilité sur 15 ans… [23] Ensuite, ce sont eux qui vont formuler des demandes de subventions auprès d’organismes financeurs tels que l’ADEME (Agence De l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie), la région… Ils accompagnent également l’agriculteur dans sa demande de permis de construire et dans l’établissement de son dossier ICPE. Les dossiers ICPE (Installations Classées pour la Protection de l’Environnement) sont réalisés dans le cadre d’installations pouvant présenter des dangers pour l’environnement et la santé [24]. Ce dossier doit être réalisé afin d’obtenir l’installation d’un méthaniseur du fait du risque d’explosion avec les gaz produits. Ils peuvent également accompagner les agriculteurs dans l’établissement de dossier de raccordement du méthaniseur au réseau électrique et du dossier de financement bancaire. [23]

• Banque-Assurance : C’est auprès des banques qu’un agriculteur doit s’adresser afin d’obtenir un emprunt permettant le financement, en partie, de son projet. Il doit établir des dossiers de rentabilité sur plusieurs années et c’est avec l’aide des bureaux d’études qu’il peut les constituer.

• Organismes publics : L’Etat compte parmi ces organismes. Il tente de développer la filière de la méthanisation en France. Pour cela, il débloque des fonds (100 millions d’euros ont été débloqués en 2018) afin d’aider les agriculteurs à financer leur projet. L’Etat a mis en place une politique publique, reposant sur deux aspects, afin de soutenir la filière biogaz développée par les agriculteurs en France : en aidant à l’investissement initial et en garantissant un prix d’achat de l’électricité aux agriculteurs [25]. Aujourd’hui, le plan EMAA (Energie Méthanisation Autonomie Azote) et le plan National Biogaz viennent soutenir davantage cette politique afin d’accroître le développement de la filière biogaz en France. Ainsi, en cumulant ces plans et ces politiques, l’Etat parvient à fournir des aides pouvant couvrir de 20 à 30% des coûts d’investissement d’un méthaniseur. [26]

• Entreprises de collectes et fournitures d’intrants : Ces organismes vont apporter à l’agriculteur des substrats supplémentaires qu’il pourra introduire dans son méthaniseur afin d’en augmenter le rendement. Ces substrats peuvent être de différentes natures : lactosérum, bière, déchets de cantine…

2. Les entreprises du secteur et leurs différentes technologies

a. Biolectric

Biolectric est une entreprise belge fondée en 2009 qui a étendu son activité en

France en 2014 et possédant actuellement 73 références dans l’hexagone. Les solutions de

méthanisation proposées par cette entreprise se veulent simples et économiques par leur

faible taille et le fait qu’elles soient standardisées. En effet, trois puissances de moteur sont

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ici proposées pour des troupeaux laitiers de 100 à 200 vaches laitières. L’association de 2

moteurs de 11kw ou 22kw permet d’obtenir les 3 standards suivant.

Puissance Nombre de VL Volume cuve (m3) Tarif total

22kw 100-120 200 225 000€

33kw 140-150 300 267 500€

44kw 200 400 315 000€ Tableau 2 : Puissance proposé par les moteurs de Biolectric

Figure 5 : Exemple d’installation standardisée réalisée par biolectric

La technologie de méthanisation repose sur la voie liquide continue, le principe étant

de dévier le flux du racleur à lisier ou du caillebotis vers le digesteur pour un temps de séjour

de 20 à 22 jours dans la cuve avant de le renvoyer vers la fosse à lisier. Il s’agit donc

simplement de shinter le flux de lisier de l’installation actuelle qui sera préférablement une

stabulation avec racleur. Aucune modification de la stabulation n’est donc nécessaire mise à

part l’installation d’une préfosse tampon à la sortie du racleur.

Préalablement à l’installation du méthaniseur, le commanditaire du projet devra faire

réaliser des tranchés pour le passage des tuyaux et réaliser une dalle béton pour

l’installation du digesteur et du co-générateur. Biolectric se charge ensuite de l’assemblage

de l’installation qui est fabriquée entièrement suivant les 3 standards à l’usine puis livrée et

montée sur place. L’ensemble contient le digesteur circulaire et un conteneur contenant le

co-générateur et les assemblages permettant le raccordement au réseau domestique.

Une fois mise en route, l’installation fonctionne de manière autonome et le temps de

maintenance quotidien est estimé à 15 à 20 min. De plus, l’installation est reliéé au réseau

du fabriquant qui peut donc surveiller et intervenir à distance depuis son centre de gestion.

Concernant l’entretien des moteurs, l’agriculteur est formé par biolectric pour réaliser les

vidanges en autonomie toutes les 3 semaines. Enfin, les moteurs ont une durée de vie de 2

ans et les moteurs de rechange sont pris en compte dans le calcul du tarif de base.

Avant l’installation, il est nécessaire de réaliser une analyse du lisier car celui-ci doit

avoir un pouvoir méthanogène important voisin des 25 m3biogaz/m3lisier. Il est donc

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parfois nécessaire de modifier la litière des logettes en ajoutant par exemple de la paille

broyée ou des menues pailles pour enrichir ce pouvoir méthanogène. Cependant, la

présence de grands brins de pailles est totalement proscrite car cela bouche les pompes et

les canalisations.

Ces technologies permettent donc une valorisation simple et économique de

l’effluent lisier mais les puissances restent très petites par rapport à l’installation de

systèmes en voie solide sur des cheptels équivalents. D’après le fournisseur, la durée

d’amortissement de ces méthaniseur est de 10 ans pour le plus petit modèle et de 7ans pour

le plus gros.

Un partenariat avec EMC2 serait envisageable si la coopérative devenait un

intermédiaire de vente de ces produits.

Avantages Inconvénients

- Installation standard - Pas de modification de l’installation

actuelle - Rapidité de mise en place - Faible contrainte journalière - Maintenance à distance - 2 à 3 installations par mois en

France - Valorisation de la chaleur possible

par le client

- Exploitation >100 VL - Valorisation lisier uniquement - Pas de valorisation sur post-

digesteur - Pas d’installations très vielles en

France(2014) - Système raclage de préférence - Pas de résidus de tiges de pailles

dans le lisier

Tableau 3 : Résumé des principaux avantages et inconvénients des solutions Biolectric

b. Host

Host est une entreprise néerlandaise, c’est un fournisseur de systèmes bioénergétiques tels que des installations au biogaz, des chaudières, des gazéificateurs ainsi que des compléments tels que des unités de purification mais aussi des unités de cogénération pour faire marcher les systèmes. Par son implantation dans divers pays (Bulgarie, Allemagne, France, Irlande, …) celui-ci est un acteur de la bioénergie à l’échelle européenne.

Parmi les installations au biogaz, on retrouve notamment des méthaniseurs de l’échelle industrielle à l’échelle agricole en passant par la micro méthanisation : plus de 26 projets d’installation d’unités de méthanisations ont été concrétisés dans le secteur agricole ainsi que dans le secteur industriel. Dans le cas agricole, on a l’implantation d’unités « sur-mesure » et adaptées aux intrants qualifiés de « difficiles ». Tandis que dans le secteur industriel, on a l’installation d’unités « stables » et avec de bonnes performances énergétiques. Récemment, l’entreprise Host s’est lancée dans la microméthanisation avec Microferm. Un concept qui est apparu en 2010 notamment avec la mise en place de la

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première unité Microferm aux Pays-Bas à Langeveen. Tout comme les autres micro-méthaniseurs, Microferm est destinée aux éleveurs qui souhaitent « recycler » leur lisier.

Le principe de Microferm est le suivant : c’est une unité de méthanisation de petite échelle par ses caractéristiques (faible encombrement, moteur de cogénération d’une puissance inférieure à 80kiloWatt, …), facile à transporter et à mettre en place puisque l’unité reçu est en pièces détachées et il faut le monter en kit. Il y a une faible perdition thermique au sein du système, ce qui est pratique notamment dans le cas d’un process où on a besoin d’une consommation d’électricité plus ou moins importante pour l’élévation de la température du fermenteur donc une économie d’énergie non négligeable [19]. Le volume du digesteur est assez faible mais a une capacité d’alimentation importante, ce qui permet d’atteindre des rendements proches des unités de méthanisation agricoles traditionnelles. De plus, le système dans son ensemble est quasi-automatisé notamment au niveau de l’alimentation et de la vidange du système. Permettant ainsi de réduire le temps de maintenance. A cela s’additionne les avantages d’une unité de méthanisation traditionnelle comme par exemple : l’autosuffisance énergétique (électricité, chaleur), obtention d’un épandage « travaillé » et utilisable par la suite, émission réduite des gaz à effet de serre.

L’unité est constituée d’un digesteur tour infiniment mélangé, d’un post-digesteur, d’un conteneur et le moteur de cogénération à faible puissance et les pompes pour la vidange et l’alimentation de l’unité de méthanisation qui ce dernier est relié à un puits collecteur (cf Figure 6).

Figure 6 : Schéma d’une installation de Microferm

Il est intéressant d’étudier le rapport de l’ADEME [20] (Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie) au sujet de l’installation française. Celle-ci étant situé à Angers, au GAEC des Buissons.

Le projet a démarré en 2013, il a fallu 1 an d’étude de faisabilité au préalable pour réaliser l’installation en 2014. L’ADEME a notamment participé au projet, notamment pour effectuer une étude sur le concept, l’agence a donc investi 1/3 dans le prix de projet via des

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subventions données à l’exploitation. Le montant des investissements au total est estimé à 576 000 euros HT avec un temps de retour sur investissement qui est estimé à 7,5 ans pour l’instant.

L’infrastructure est dimensionnée de la manière suivante : un digesteur vertical de 135 mètres3 (cf 2-Figure 7), un post digesteur de 500 mètres3 (cf 3-Figure 7) qui correspond à la fosse à lisier qui a été reconvertie, une fosse de réception 45 mètres3 et un réservoir de stockage final de 3000 mètres3 (cf 6-Figure 7). L’unité comporte une unité de cogénération de 65 kWatt (cf 4,5-Figure 7). Concernant les aspects revendiqués par le concept Microferm : on retrouve bien, d’après le rapport, la faible perdition thermique qui se traduit par la consommation de seulement 4% d’électricité produite pour obtenir un fermenteur en régime thermophile ; le temps de rétention pour le digesteur principal reste aussi faible (13 jours) pour assurer des rendements proches des unités de méthanisations agricoles avec un rendement de 33% en production d’électricité et un rendement de 46% en production de chaleur. La semi-automatisation de l’unité mise en valeur sur le site de l’entreprise peut se traduire par la faible durée d’intervention humaine dans une période donnée, estimée jusqu’à maintenant à 19,3 heures par mois pour la maintenance, le chargement des matières entrantes et le suivi technique. A rappeler que les maintenances sont encadrées par le constructeur au cours de la première année de fonctionnement.

Figure 7 : Plan du projet dans la GAEC des Buissons à Angers

En moyenne, la production électrique brute s’élève à 36,00 MW par mois et la production de chaleur à environ 900,00 MW par mois. Par rapport à la matière entrante, on estime que la quantité de biomasse digérée sur l’année est de 4000 tonnes avec essentiellement du lisier de bovins pour une quantité de méthane produite de 245 000 m3.

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Pour ce qui est des forces : on retient surtout le niveau d’automatisation élevé qui se traduit par un temps de travail réduit et une empreinte du sol réduite par la compaction du système en la formatant à une chaîne de production. L’argument de la standardisation n’est pas assez véridique car il n’y a eu seulement que 4 projets qui se sont réalisés.

Pour ce qui est des opportunités : la superposition de micro-méthaniseurs pour les élevages laitiers dans des contextes de concentration des quotas laitiers peut se révéler intéressant même s’il faut respecter un seuil de 110 vaches laitières pour assurer une cogénération efficace de chaleur et d’électricité.

Pour ce qui est des faiblesses : on peut se référer au plus gros problème rencontré par la GAEC des Buissons, à savoir le problème du seuil du taux de matière sèche qui a été estimé à 12% mais qui au final est à 9% ce qui a provoqué des problèmes de colmatages de ce fait il y a eu une dilution par les eaux de lavage qui a été effectuée mais cela a abaissé le pouvoir méthanogène. Ainsi pour remédier à cela, ils ont introduit des pommes (la pomme qui a un pouvoir méthanogène important) parmi les matières entrantes.

Pour ce qui est des menaces : on retombe toujours sur un problème majeur qui concerne n’importe quel micro-méthaniseur, le problème de la taille du cheptel pour faire tourner le moteur de cogénération qui est en général estimé à 110 vaches laitières.

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Tableau 4 : Tableau STOW pour Microferm

Pour les retours sur ce concept Microferm suite à la réunion : on retient essentiellement le problème de Microferm pour le seuil de matière sèche qu’on peut considérer comme approximative surtout suite à l’histoire d’ajouter des pommes pour augmenter à nouveau le pouvoir méthanogène dans le cas de la GAEC des Buissons. On retient aussi les performances de l’unité qui sont proches d’une unité de méthanisation agricole traditionnelle malgré la différence de taille. [19] [20]

c. La CAL

La coopérative agricole de lorraine est une coopérative « concurrente » de EMC2. Dans le cadre de la démarche DESIR, cette coopérative a développé une partie méthanisation dans leur filière élevage.

Contrairement aux autres entreprises présentées, la CAL ne commercialise pas de méthaniseur, elle fait du conseil auprès des agriculteurs qui en ont déjà installé un.

Ce sont des techniciens qui sont responsables des conseils que fournit la coopérative. Ils aident les agriculteurs à réaliser des plans d’épandages et apportent les connaissances et les compétences nécessaires à l’utilisation des méthaniseurs.

Ils font appel à un expert afin d’optimiser les projets d’installation et la rentabilité du projet compte tenu des enjeux financiers.

La coopérative EMC2 pourrait s’orienter dans le conseil tout comme la CAL plutôt que de développer une branche création de méthaniseur. Elle pourrait conseiller les agriculteurs pour choisir et modifier les rations des animaux. De plus, les techniciens pourraient conseiller sur l’alimentation du méthaniseur et ensuite créer des plans d’épandages pour faciliter le travail des agriculteurs ayant un méthaniseur.

d. Enerpro

Enerpro est une société nantaise proposant des solutions de micro-méthanisation à l’échelle de l’exploitation agricole. Elle a la particularité de proposer deux voies de micro-méthanisation :

• La méthanisation en voie liquide : Un racleur présent dans la stabulation va acheminer le lisier produit par les vaches dans une pré-fosse, avant d’être introduit dans le digesteur. C’est dans ce dernier que va se faire la décomposition de la matière organique présente dans le lisier. La dégradation de fait en l’absence d’oxygène [21]. Ce digesteur n’est pas équipé d’un module d’agitation à pales ou à hélices mais, d’une pompe externe qui permet la recirculation du digestat et du biogaz, afin d’assurer un mélange horizontal et vertical.

• La méthanisation en voie solide : Si la méthanisation en voie liquide ne permet pas l’utilisation de substrats comprenant de la matière solide, la méthanisation en voie solide le permet. En effet, ici, le substrat peut être du fumier pailleux [21]. Le fumier

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est introduit dans le méthaniseur à l’aide d’un engin agricole et non d’une pompe, au risque de l’encrasser. Par conséquent, Enerpro propose deux solutions pour permettre à l’agriculteur d’alimenter son méthaniseur : une bâche EPDM, maintenue par un système d’air comprimé ou, un couvercle en fibre de verre [21].

Pour ce qui est de la méthanisation en voie liquide, Enerpro propose deux sortes de méthaniseur : un méthaniseur compact ou un méthaniseur silo-tour. Ces deux méthaniseurs présentent des spécificités différentes et, le choix pris par l’agriculteur sur l’installation d’un de ces deux réacteurs dépend essentiellement de la taille de son exploitation :

• Méthaniseur compact : C’est un méthaniseur préfabriqué en béton, qui est enterré afin de permettre l’alimentation en lisier par gravité. Enerpro propose des volumes de 10 ou 20 m3. Ces méthaniseurs sont destinés à des petites exploitations car ils servent à valoriser uniquement la chaleur produite par le processus de dégradation naturelle de la matière organique présente dans le lisier. Il n’y a pas de transformation en électricité. Ainsi, cette chaleur peut être utilisée afin de chauffer les bâtiments agricoles et les résidences et, ces méthaniseurs sont particulièrement profitables aux exploitations de poly-élevage bovin-avicole. Du fait que cette installation ne nécessite pas l’installation d’un module de cogénération, ni d’un entretien régulier, elle présente un prix relativement abordable pour des petites exploitations : les prix varient entre 15000 et 20000€.

• Méthaniseur silo-tour : C’est un méthaniseur préfabriqué en fibre polyester et dont l’alimentation et l’agitation est réalisée par une pompe externe. Ces méthaniseurs ont un prix abordable pour des exploitations de taille moyenne car ils nécessitent un cheptel minimum de 100 vaches laitières. En plus de cela, leur prix fait qu’ils ne peuvent être installés sur des exploitations relativement grandes : les prix varient entre 100000€, pour un méthaniseur qui ne produit uniquement de la chaleur et, 250000€, pour un méthaniseur qui permet de produire de l’électricité.

e. Nénufar

L’entreprise Nénufar-Biogaz est une PME française récente qui a été créée par deux

anciens élèves d’Agroparitech en 2012. Il s’agit ici d’une alternative aux systèmes de

méthanisation classiques. Nénufar propose aux éleveurs un système permettant de

transformer une fosse de stockage de lisier ou de digestat en un digesteur. Une quinzaine de

références sont actuellement en fonctionnement.

Cette innovation consiste à installer une bâche sur une fosse déjà existante pour

capturer le biogaz qui s’en échappe. Ce dernier est ensuite acheminé jusqu’à une chaudière

grâce à un surpresseur tout en subissant différents traitements pour éliminer les substances

dangereuses comme le souffre et pour conserver une bonne qualité de gaz dans un but de

pérennité de l’installation. Nous avons effectivement la présence d’une chaudière et non

d’un moteur à cogénération. Le but est ici uniquement de valoriser la chaleur et non de

convertir le gaz en électricité. La production d’électricité serait envisageable uniquement

pour d’énormes exploitations rarement rencontrées (et ne constituant pas la clientèle visée

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par cette entreprise) et qui se dirigeraient d’avantages sur des systèmes plus classiques, plus

rentables le cas échéant. Ce système peut s’adapter sur tout type de fosse grâce à un

système de boudins.

Tableau 5 : Schéma de fonctionnement du système nénufar.

Actuellement un tiers des projets a été réalisé sur des fosses de stockage de digestat

pour récupérer le biogaz rémanent estimé entre 5 et 15%. En effet, les temps de séjour de la

matière dans une unité de méthanisation sont des temps moyens. Ainsi, les effluents

incorporés pourraient séjourner quelques jours comme plusieurs mois. Cela explique qu’une

fraction de la matière n’est pas dégradée et possède encore un certain pouvoir

méthanogène. De plus, dans les cas de ces installations on bénéficie d’une température plus

élevée à la suite du séjour dans le digesteur ce qui optimise l’action des bactéries.

Les deux tiers restants des installations se trouvent sur des fosses à lisier et

laisseraient paraître de bonnes cinétiques de dégradation même en conditions

psychrophiles, c’est-à-dire à basse température (autour de 10°C). La fosse à lisier peut être

utilisée de la même manière qu’avant la pose de la bâche, on peut notamment conserver le

système de pompage.

En ce qui concerne la rentabilité, comme évoqué précédemment, l’élément clé est la

valorisation de la chaleur : pas de valorisation, pas de projet avec le système nénufar ! Les

études menées par l’entreprise amènent à des durées de rentabilité de 3 à 150 ans sans

subvention, d’où l’intérêt de posséder un atelier nécessitant de la chaleur sur l’exploitation.

Par exemple, on peut envisager de chauffer des bâtiments d’élevage porcins, de transformer

des produits laitiers …

Prenons un exemple concret avec la ferme de Grignon, ferme expérimentale d’Agroparitech.

Les système nénufar y a été installé et a nécessité un investissement de 80 000€. La moitié

de cette somme est dédiée à la couverture et l’autre moitié au réseau (chaudière,

surpresseur, tuyaux …). Cet investissement permet une économie de gaz comprise entre

10 000€ et 13 000€ par an ce qui donne une rentabilité d’environ 7 ans. Celle-ci est obtenue

grâce à l’atelier de fabrication de yaourts présent sur l’exploitation. [22]

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Enfin, un partenariat serait envisageable entre Nénufar-biogaz et la coopérative

EMC2. Il serait évolutif : au départ plutôt sous la forme d’apporteur de clients où EMC2 se

rémunèrerait grâce à un pourcentage sur les installations vendues. Ensuite, si ce partenariat

fonctionne et fructifie il pourrait devenir plus étroit et dans ce cas plusieurs solutions

seraient plausibles : former des techniciens pour des conseils scientifiques, réaliser le

montage des dossiers, vendre les installations…

IV.Les opportunités de la méthanisation pour la coopérative

EMC2

1. Les objectifs d’EMC2

La coopérative a remarqué que la méthanisation se développait et que l’Etat

favorisait ce développement. C’est pourquoi les gérants ont fait appel à nos services pour

leur présenter le processus de méthanisation. De plus, ils voulaient se renseigner sur les

différentes entreprises déjà en place afin de voir par quel angle ils pouvaient entrer dans le

monde de la méthanisation. Leur objectif est de satisfaire la future demande de leurs

adhérents face au développement de la méthanisation soit en gérant la vente de

méthaniseur, soit en faisant juste du conseil et du suivi auprès des agriculteurs adhérents.

Pour cela, ils doivent créer une nouvelle branche et former du personnel afin de répondre à

leur choix. Cela nécessite de savoir s’il s’agit juste de conseils où il suffirait de former des

techniciens pour le conseil dans le domaine de la méthanisation, ou bien de créer des

méthaniseur où, dans ce cas-là, il faudrait créer tout une filière spéciale avec du personnel

spécialisé. Mais ce choix doit être pris par la direction d’EMC2.

2. Déroulement et analyse de la réunion

Réunion avec EMC2 du 16/03/2018

Objectifs de la réunion : Présentation par les étudiants aux membres de la

coopérative des différentes possibilités de micro-méthanisation existantes sur le marché.

Toutes les entreprises et acteurs cités précédemment dans ce rapport ont donc été

présentées un à un en faisant ressortir les principales caractéristiques des solutions qu’ils

proposent, si ces dernières pouvaient être adaptées aux systèmes de production existants

chez les adhérents de EMC2 et enfin leurs avantages et inconvénients.

Il ressort que les solutions les plus simples telles que celles proposées par Biolectric

et Nénuphar seraient à privilégier dans le contexte agricole actuel qui ne facilite pas les

investissements. Cependant, ces différentes solutions peuvent être concurrencées par des

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installations en voie solide qui permettraient d’obtenir des productions plus importantes

avec des cheptels laitiers de taille moyenne, ce qui correspond mieux aux adhérents de

EMC2.

A l’issue de la réunion, un groupe de travail doit être formé par EMC2 pour décider

de l’avenir de l’activité méthanisation au sein de la coopérative.

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Conclusion La méthanisation offre de nouvelles perspectives à l’agriculteur. Il n’est donc pas

étonnant qu’une grosse coopérative comme EMC2 cherche à se renseigner sur un tel sujet. C’est, en effet, un domaine d’avenir. La méthanisation permet de répondre à des objectifs planétaires de diminution de l’impact de l’activité agricole sur le climat en réduisant l’utilisation d’énergie non-renouvelables. Cette démarche est encouragée par l’Etat via des plans tels que EMAA par exemple. Au niveau de la coopérative, ce domaine en plein essor représente le démarrage d’une activité pérenne.

À l’issu de nos recherches et de la rencontre avec EMC2, la coopérative n’a toujours pas pris de décision quant à la direction qu’ils veulent donner à leur investissement dans la méthanisation et à la commercialisation d’unités auprès de ses agriculteurs. Mais nous notons qu’une réelle démarche a été entamée dans ce sens et que l’intérêt grandissant pour ce mécanisme a décidé EMC2 a poussé plus loin ce que nous avons commencé pour eux. L’ambition d’EMC2 est de jouer un rôle auprès de ses adhérents dans cette dynamique en servant d’intermédiaire à l’achat d’unité de méthanisation, en dispensant des conseils techniques concernant l’optimisation des procédés et/ou en accompagnant les adhérents dans leurs démarches de projet. Et pourquoi pas aussi envisager d’investir dans la mise en place d’un méthaniseur collectif appartenant à la coopérative et à la disposition des adhérents alentours.

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Bibliographie [1] Informations obtenues lors de la réunion-conférence avec la coopérative EMC2

[2] : René MOLETTA. La méthanisation. Editions TEC&DOC. 2008. Collection Lavoisier

[3] : Méthanogenèse [en ligne]. Mis à jour le 9/12/2017. [Consulté le 5/12/2017].

https://fr.wikipedia.org/wiki/Méthanogenèse

[4]Philippe Bertrand/Cogedis Fidéor, Méthanisation, l’alternative de la voie sèche, Rédaction Paysan

Breton [en ligne] mis à jour le 23 janvier 2015, consulté le 5 Mai 2018 sur le site http://www.paysan-

breton.fr/2015/01/methanisation-lalternative-de-la-voie-seche/

[5] BioThorey, Ferme bio à énergie positive, Fonctionnement de l’unité de méthanisation par voie

sèche, [en ligne] consulté le 5 Mai 2018 sur le site https://www.bio-

thorey.fr/methaniseur/fonctionnement-de-l-unite.html

[6] La méthanisation des matières organiques, Guide à l’attention des porteurs de projets, DDT/SEA

de l’Orne, conseil général de l’Orne et chambre de l’agriculture de l’Orne

[7]BASTIDE Guillaume, Fiche technique - Méthanisation, Service de Prévention et de Gestion des

Déchets, Direction Consommation Durable et Déchets – ADEME Angers, Mis à jour février 2015

[8]Marjolaine, Système de méthanisation par voie sèche et par voie humide pour le

traitement des déchets organiques, [en ligne] mis à jour le 6 février 2018, consulté le 8 Mai

2018. Consultable sur le site de Biogas World à l’adresse

https://www.biogasworld.com/fr/news/systemes-de-digestion-anaerobie-par-voies-seche-

et-humide-pour-le-traitement-des-dechets-organiques/

[9] Moletta méthanisation, Équivalence énergétique de 1 m³ de méthane (Présentation), [En ligne]. Consulté le 15/05/2018. Disponible sur : http://moletta-methanisation.fr/base/equivalenceenergetiquedumethane.pdf [10] Nathalie CAMUS (ADEME), Chaleur issue de la méthanisation : de réelles opportunités (Guide pratique), [En ligne]. Mai 2016. Consulté le 13/03/2018. Disponible sur : http://www.ademe.fr/sites/default/files/assets/documents/ 8840_chaleur_issue_de_la_methanisationi.pdf [11] Biogaz Planet France, Substrats pour installation de biométhanisation, [En ligne]. Consulté le 13/03/2018. Disponible sur : http://www.bio-e-co.fr/tinymcefilemanager/file/2013-06-17_09-11-44_potentiel_methanogene.pdf [12] Philippe BRIAND (Chambre d’agriculture du Morbihan), Note de synthèse sur les volumes des produits solides et liquides obtenus après séparation de phase de lisiers de bovins (Rapport), [En ligne]. Consulté le 13/03/2018. Disponible sur : http://agriculteurs56.com/ca1/PJ.nsf/TECHPJPARCLEF/24439/$File/Note%20de%20synth%C3%A8se%20sur%20les%20volumes%20des%20produits%20solides%20et%20liquides%20obtenus%20apr%C3%A8s%20s%C3%A9paration%20de%20phase.pdf?OpenElement

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[13] Chambre d’Agriculture de Haute-Loire, Méthanisation (Présentation), [En ligne]. Consulté le 13/03/2018. Disponible sur : http://www.haute-loire.chambagri.fr/sites/agri43/IMG/pdf/methanisation1.pdf [14] Cultivert, La micro-méthanisation 100 % lisier !, [En ligne]. Rubrique « Techniques produits »,

Février 2016. Consulté le 13/03/2018. Disponible sur : http://www.cultivert.fr/micro-methanisation-

100-lisier/

[15] Gossement Avocats, Biogaz : Publication de l’arrêté tarifaire du 13 décembre 2016 fixant

les conditions d’achat, [en ligne] consulté le 8 mai 2018, accessible via

http://www.arnaudgossement.com/archive/2016/12/14/biogaz-publication-de-l-arrete-

tarifaire-du-13-decembre-2016-5886942.html

[16] chiffres biolectric

[17] Alim’agri, Méthanisation à la ferme : un supplément de revenu et un gest pour

l’environnement, publié le 10/11/2013, [en ligne] consulté le 17/05/2018, accessible via

http://agriculture.gouv.fr/methanisation-la-ferme-un-supplement-de-revenu-et-un-geste-

pour-lenvironnement

[18] Sinoe Déchets. Carte des unités de méthanisation et de Biogaz, [en ligne] consulté le 11

janvier 2018 à l’adresse http://carto.sinoe.org/carto/methanisation/flash/

[19] Host, Bio-energy installations, Microferm, [en ligne] consulté le 12 Janvier 2018, accessible via https://www.host.nl/fr/methanisation/microferm/

[20] Audrey EL HABTI, David GUIANVARCH, Germain L’HERIAU, Suivi technique, économique, environnemental et social d’installations innovantes de petite méthanisation à la ferme, ADEME, rédigé en Septembre 2015

[21] Enerpro, Solutions de micro-méthanisation à l’échelle de l’exploitation, [en ligne], consulté le 12 janvier 2018, accessible via http://www.enerpro-biogaz.fr/exploitations-agricoles.php

[22] Entretien téléphonique avec un des fondateurs de l’entreprise Nénufar : M. ENGEL

[23] « Bureaux d’études » Naskeo environnement [en ligne] http://naskeo.com/bureau-detudes/ (consulté le 25 Avril 2018)

[24] « ICPE : Installations Classés pour la Protection de l’Environnement » Bureau Veritas France [en ligne] http://www.bureauveritas.fr/services/icpe.htm (consulté le 25 Avril 2018)

[25] « Volet méthanisation : questions & réponses » Alim’agri : site du ministère de l’agriculture et de l’alimentation [en ligne] http://agriculture.gouv.fr/volet-methanisation-questions-reponses#10 (consulté le 25 Avril 2018)

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[26] : site internet EMC2 : http://www.emc2.coop/

[27] : Énergies renouvelables et agriculture, la transition énergétique, Bernard Pellecuer, Édition France Agricole, 2015

[28] : site internet du ministère de la transition écologique et solidaire :

https://www.ecologique-solidaire.gouv.fr/biogaz

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Table des figures Figure 1 : Localisation de la coopérative sur Google Map ...................................................................... 4

Figure 2 : Schéma de la méthanisation par voie sèche. [5] ..................................................................... 8

Figure 3 : Photo digesteur par voie liquide. [6] ....................................................................................... 9

Figure 4 : Carte de la répartition des unités de méthanisation en France et en Lorraine. [18] ............ 14

Figure 5 : Exemple d’installation standardisée réalisée par biolectric .................................................. 17

Figure 6 : Schéma d’une installation de Microferm .............................................................................. 19

Figure 7 : Plan du projet dans la GAEC des Buissons à Angers .............................................................. 20

Table des tableaux Tableau 1 : résumé des caractéristiques de chaque voie. [8] .............................................................. 10

Tableau 2 : Puissance proposé par les moteurs de Biolectric ............................................................... 17

Tableau 3 : Résumé des principaux avantages et inconvénients des solutions Biolectric .................... 18

Tableau 4 : Tableau STOW pour Microferm .......................................................................................... 22

Tableau 5 : Schéma de fonctionnement du système nénufar. ............................................................. 24