Les différents types de substrats
Pour être méthanisable, un substrat doit être riche en matière organique biodégradable, en dehors des matières ligneuses (bois) et ne pas comporter d’éléments perturbateurs de la digestion (indésirables, inhibiteurs…).
Les effluents d’élevage
Les effluents d’élevages comprennent les déjections animales avec ou sans litière : fumiers et lisiers de ruminants, lisiers de porcs, volailles et autres fumiers.. Ils représentent un gisement important de ressources méthanisables, notamment dans nos deux régions d’élevage que sont la Bretagne et les Pays de la Loire :
- En Bretagne, le gisement est estimé* à 10,4 millions de tonnes de fumier et 15,4 millions de tonnes de lisier par an.
- En Pays de la Loire, le gisement est estimé* à 13 millions de tonnes de fumier et 9 millions de tonnes de lisier par an.
* Estimations réalisées lors de l’élaboration des schémas régionaux de la biomasse (données issues du recensement agricole de 2010). Les données sont en cours de mise à jour.
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Avantages
Ce sont des gisements intéressants en méthanisation : leur coût est nul (dans le cas d’un projet intégré à l’exploitation agricole) à faible (coût du transport) et ils sont disponibles sur une grande partie du territoire. Les déjections de ruminants ont aussi l’avantage d’apporter à la ration des bactéries méthanogènes. Ils apportent également un pouvoir tampon intéressant pour la stabilité de la biologie. Les lisiers ont aussi l’avantage d’apporter de l’eau, ils peuvent être un bon intrant pour diluer une ration trop sèche.
La méthanisation des effluents d’élevage est un bon levier pour réduire les émissions de GES liés au stockage et à l’épandage : en effet, en absence de méthanisation, les effluents sont stockés la plupart du temps à l’air libre et émettent du CH4 et du CO2. En les méthanisant rapidement après leur production, on évite la dissipation de ces gaz vers l’atmosphère.
Inconvénients- Points de vigilance
Les lisiers, principalement constitués d’eau, ont un potentiel méthanogène faible et ne peuvent donc pas être transportés sur une grande distance (quelques km tout au plus).
Les fumiers ont un potentiel méthanogène variable en fonction de leur teneur en matière sèche, mais aussi du temps de stockage : des essais de l’APESA ont montrés que certains fumiers pouvaient perdre jusque 1% de leur potentiel méthanogène par jour, si ils sont stockés l’air libre (source : Rapport d’étude SAM, ADEME, 2023)
Il faut donc veiller à :
- Incorporer les déjections animales le plus rapidement possible après leur production
- Stocker les fumiers à l’abri de l’air
- Couvrir les fosses de stockage des lisiers
Composition des principales déjections méthanisables
| %MS(sur brut) | Potentiel CH4 (m3 CH4/ Tonne Matière Brute) | ||
| Vache laitière | Fumier mou à compact de raclage | [11,9 – 22,7] | [31,6 – 44,6] |
| Vache laitière | Lisier stocké en fosse | [4,7 – 13,3] | [3,5 – 25,9] |
| Vache allaitante | Fumier de litière accumulée | [16,4 – 27,6] | [20,7 – 54,3] |
| Porcs charcutier | Lisier stocké en fosse | [1,5 – 7,1] | [2,2 – 22,6] |
| Porcs charcutier | Lisier frais | [10,9-13,1] | [24,8 – 41,2] |
| Poulet de chair | Fumier (sol béton + paille) | [40,2- 74,7] | [91,0 – 177,2] |
| Canard | Lisier stocké en fosse | [3,8 – 5,9] | [10,5 – 19,4] |
Données issues de la base ABILE de l’IFIP
Autre inconvénient : les déjections des animaux pâturants sont saisonnières dans l’année. Absentes une partie de l’année lorsque les animaux sont au pâturage, la ration doit intégrer cette saisonnalité et adapter la ration pendant cette période.
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| Préfosse | Stockage de fumier |
Les CIVE
Une Culture intermédiaire à vocation énergétique (CIVE) est une culture non alimentaire, qui va être implantée et récoltée entre deux cultures principales. La CIVE est en partie exportée, dans le but d’être valorisée énergétiquement dans une unité de méthanisation.
Il existe deux types de CIVE :
- La CIVE d’hiver, aussi appelée CIVE longue. Elle est semée à la fin de l’été ou au début de l’automne (de fin août à fin octobre) et sera récoltée au début du printemps (entre avril et mai). Dans la rotation culturale, elle précède généralement une culture d’été, le maïs par exemple.
- La CIVE d’été, aussi appelée CIVE courte. Elle est semée au début de l’été (de fin juin au 10 juillet maximum) et récoltée au cours de l’automne (octobre ou début novembre). Dans la rotation, elle va succéder une culture d’hiver, une céréale par exemple.
Réglementairement, une CIVE est régie par le décret du 7 juillet 2016. Elle se définit par soustraction à ce qu’est une culture principale, à savoir Décret n° 2022-1120 du 4 août 2022 :
- Unique culture récoltée sur une parcelle au cours d’une année civile ;
- Culture déclarée comme culture principale dans une demande d’aide relevant d’un régime de soutien relevant de la politique agricole commune (PAC) ;
- Culture récoltée sur une parcelle pour laquelle aucune demande d’aide relevant d’un régime de soutien relevant de la politique agricole commune n’a été faite pour l’année de récolte ;
- Culture présente sur la parcelle au 1er juin, ou, le cas échéant, à une autre date comprise entre le 1er juin et le 15 juin, définie par le représentant de l’État dans le département, au regard des spécificités climatiques et des pratiques culturales ;
- Culture pérenne mentionnée à l’article R. 411-9-11-1 du code rural et de la pêche maritime ou culture cultivée sur une parcelle sur laquelle une culture pérenne est implantée.
Si la culture en place n’est pas une culture principale, elle peut être considérée comme une CIVE.
Il n’existe pas de différence statistiquement significative entre les espèces et les variétés de CIVE. C’est pourquoi le choix de la CIVE doit être dirigé par la productivité du couvert : plus il y aura de biomasse, plus le pouvoir méthanogène à l’hectare sera élevé.
Le pouvoir méthanogène (BMP) des CIVE se situe entre 250 et 320 m3 de méthane par tonne de matière sèche (Nm3 / t MS). Par unité de matière, le BMP décroît à mesure que la CIVE se lignifie. Toutefois, cette perte de potentiel par unité de matière est largement compensée par l’augmentation de la biomasse à l’hectare, au fur et à mesure du développement végétatif de la CIVE. Ainsi, pour augmenter son BMP, il faut accroître le rendement en biomasse de la CIVE par hectare.
La notion de bénéfice-risque, c’est-à-dire la comparaison du risque encouru et du gain éventuel d’une culture, doit gouverner le choix de la CIVE. Le potentiel de production d’une CIVE est inféodé au contexte pédoclimatique dans lequel la CIVE se développe. Une même culture n’est pas optimale partout.
CIVE d’hiver : Leur introduction dans les systèmes de culture bretons et ligériens est pertinente, mais le choix d’espèces et de variétés doit néanmoins respecter les règles, détaillées dans le schéma ci-dessous.
CIVE d’été : Le principal facteur limitant est l’eau. En Bretagne et en Pays de la Loire, l’introduction de CIVE d’été dans le plan d’approvisionnement d’un méthaniseur est déconseillée, en raison de l’absence d’eau en quantité suffisante au cours de la période estivale. Seuls des secteurs comme la côte nord de la Bretagne ou éventuellement l’extrême nord de la Sarthe et de la Mayenne peuvent présenter, de manière plus fréquente, des étés plus propices. Certain·e·s agriculteur·trice·s de nos régions récoltent leur CIVE d’été un an sur trois, sur quatre, sur cinq … La fréquence de récolte est trop faible pour assurer une rentabilité du système à long terme.
L’irrigation est en soit un levier, mais il soulève d’autres questions sur la priorisation des ressources dans un contexte de dérèglement climatique. C’est pourquoi, AILE ne recommande pas l’irrigation au titre de levier durable des systèmes de cultures associés à la méthanisation. Dans l’extrême limite, un tour d’eau unique à la levée (25-30 mm) permet de sécuriser cette phase cruciale, et d’augmenter le bénéfice-risque.
CIVE d’hiver : Le choix des céréales, en culture seule ou associée, doit être priorisé.
Au regard du contexte pédoclimatique breton et ligérien :
- Le seigle et le triticale sont les cultures de référence (attention tout de même à leur implantation dans des contextes hydromorphes)
- L’orge est trop sensible aux risques de JNO pour être approprié
- L’avoine est trop précoce à montaison, ce qui accroît sa sensibilité au gel. C’est pourquoi son usage en CIVE n’est pas approprié dans la majorité de nos 2 régions.
- Le RGI est une alternative au seigle et au triticale dans des contextes hydromorphes. Il permet une double valorisation élevage-méthanisation en cas de nécessité. Attention à la gestion des repousses.
Les graminées peuvent être associés avec une légumineuse. La vesce velue (la commune est trop gélive), le pois et la féverole sont les espèces les plus appropriées. Un mélange composé de 80% de céréales et 20 % de légumineuses est recommandé par Arvalis.
CIVE d’été : Compte tenu du risque encouru, la réduction du prix d’achat de la semence est un levier essentiel, tout en conservant des espèces productives en biomasse et tolérantes au stress hydrique. Le maïs est donc à écarter. Le tournesol, le sorgho multicoupe et le moha sont les espèces les plus pertinentes pour être implantées en CIVE d’été. La production de semence fermière peut-être un levier.
Le potentiel de rendement des CIVE est notamment fonction de l’offre climatique et du type de sol, auxquels s’ajoutent pour les CIVE d’été la disponibilité en eau.
CIVE d’hiver : Comme indiqué sur la carte, l’offre climatique est assez homogène en Bretagne et en Pays de la Loire. Avec un semis au 15/09, une récolte fin avril et une fertilisation entre 60 et 80 Kg d’azote total par ha, les potentialités de rendement oscillent entre 5 et 8 t MS / ha.
CIVE d’été : Du fait de l’hétérogénéité des années et des possibilités d’irrigation, les rendements des CIVE d’été sont très hétérogènes en Bretagne et en Pays de la Loire.
La fertilisation doit être raisonnée en fonction des directives nitrates en vigueur, des risques de volatilisation et de lixiviation de l’azote, de la capacité d’exportation de la culture, du reliquat azoté et des fournitures du sol. Une CIVE de seigle exportent environ 15 kgN/ t MS.
CIVE d’hiver : Fertilisée à hauteur de 80 kg d’azote total apporté sous forme de digestat au cours du mois de février.
CIVE d’été : Fertilisée à hauteur de 50 ou 60 kg d’azote total apporté sous forme de digestat quelques semaines après le semis. Dans le cas d’un semis direct, l’apport en fertilisant doit se faire dans le même laps de temps.
Il est possible de dépasser les 100 kg N/ha efficace à condition de justifier d’un bilan selon la méthode définie par le COMIFER
Le graphique nous montre les évolutions des stocks de carbone organique dans le sol en fonction de 5 pratiques culturales. A long terme, une CIVE fertilisée avec du digestat de méthanisation a un pouvoir humifère comparable à celui d’une CIPAN produisant 3 t MS / ha.
Ce résultat est expliqué par deux facteurs :
- L’entièreté de la biomasse de la CIVE n’est pas exportée. Il reste la biomasse racinaire (a minima 20 % de la biomasse aérienne pour toutes cultures annuelles) et les chaumes (au moins 1 t MS pour 10 cm de chaume de céréales). Exemple, pour 5 t MS de CIVE exportées, il reste donc a minima 2 t MS au champ.
- Le carbone qui entre dans le processus d’humification du sol est du carbone stable. Ce carbone n’est pas dégradé par les bactéries méthanogènes au cours du procédé de méthanisation, car trop difficilement accessible dans le temps imparti (50 à 120 jours). La capacité humifère de la CIVE, avant et après méthanisation est donc inchangée.
Les système CIVE sont donc performant pour stocker du carbone dans le sols, au moins autant voir plus qu’une CIPAN.
Le carbone labile est lui en partie dégradé au cours du procédé de méthanisation (car transformé en biogaz). Ce carbone labile est une source de carbone immédiatement disponible pour les micro-organismes du sol. Dans un système CIVE, il reste des stocks de carbone labile dans la biomasse racinaire, dans la biomasse des chaumes et un petit peu dans le digestat. La question de l’impact des stocks de carbone , entre un système avec CIVE ou avec CIPAN est posée, mais reste aujourd’hui sans résultats scientifiques. Raison pour laquelle il est recommandé, par précaution, d’inclure des CIPAN dans les rotations culturales pour assurer un retour au sol de carbone labile et maintenir une activité biologique élevée au champ.
Les coûts sont une répartition de charges opérationnelles :
- Implantation (travail du sol, semis, achat ou coût de production de la semence, fertilisation éventuelle)
- Fertilisation
- Récolte (dont transport)
- Stockage
- De l’éventuelle inclusion de charges fixes
Les charges opérationnelles d’une CIVE oscillent entre 450€ et 550 € par hectare. Les CIVE d’été sont généralement plus chères à produire, en partie à cause d’un coût d’achat de semence plus important que les CIVE d’hiver.
A ces coûts peuvent s’ajouter des frais supplémentaires, comme le temps de transport du matériel jusqu’à la parcelle et la main d’œuvre associée, les coûts d’irrigation ou de traitements phytosanitaires, etc. En considérant la CIVE comme une troisième culture en 2 ans, la CIVE peut également se voir allouer comptablement une partie du fermage, des charges de structures, des assurances, de la MSA, etc.
Acheté en moyenne 100€/ tMS par les unités de méthanisation, le seuil de rentabilité pluriannuelle est a minima de 5 t MS/ ha, voire de 6 t MS, selon la méthode de calcul. Seuils en dessous desquels, les agriculteur·trice·s qui produisent des CIVE perdent de l’argent.
A cela peut néanmoins être déduit les coûts d’implantation d’une CIPAN, obligatoire sur tout le secteur breton et ligérien, qui est donc remplacés par la CIVE. Ces coûts sont de l’ordre de 80€/ha environ.
La liste non exhaustive des interrogations existantes est :
- Quels sont les effets du digestat sur la fertilité biologique des sols ?
- Quels intérêts du fractionnement de la fertilisation azotée pour les CIVE ?
- Une CIVE est-elle aussi efficace qu’une CIPAN dans le rôle de piège à nitrate ?
- Quel est l’impact de la CIVE sur la culture alimentaire suivante ?
- Ressources disponibles
- Fiche Synthèse des visites d’essai CIVE d’hiver VALOCIVE1,18 Mo
- Guide de réussite des CIVE en Pays de la Loire 5,09 Mo
- Centre de ressources sur les CIVE réalisé par la Chambre d’Agriculture
- Les clés pour optimiser la conduite des CIVE – RECITAL5,41 Mo
- Les clés pour optimiser la conduite des CIVE – Grand Ouest – RECITAL3,34 Mo
- Quelle place pour le maïs en CIVE d’été ? – RECITAL13,81 Mo
Les biodéchets
Définition
D’après le code de l’environnement (inclure le lien vers https://www.ecologie.gouv.fr/biodechets), les biodéchets sont (mettre en italique) « les déchets non dangereux biodégradables de jardin ou de parc, les déchets alimentaires ou de cuisine provenant des ménages, des bureaux, des restaurants, du commerce de gros, des cantines, des traiteurs ou des magasins de vente au détail, ainsi que les déchets comparables provenant des usines de transformation de denrées alimentaires ». Ils sont produits dans les logements, les commerces et les installations industrielles, au contraire des co-produits agricoles disponibles dans les fermes.
Valorisation en méthanisation
La valorisation en méthanisation intervient dans les briques “recyclage” et “valorisation énergétique” de la hiérarchie des usages. Avant cette valorisation, il est crucial que les actions ciblées sur la prévention via la lutte contre le gaspillage alimentaire soient prioritaires avant toute valorisation ultérieure.
L’incorporation des biodéchets en méthanisation présente un double intérêt, en plus d’éviter l’incinération ou l’enfouissement. Au-delà de la valorisation énergétique en biogaz, il s’agit surtout d’un mécanisme d’économie circulaire permettant de ramener au sol dans le digestat une partie des nutriments et du carbone prélevés pour l’alimentation humaine.
Gisements
Les biodéchets présentent une contrainte majeure par rapport aux déchets agricoles : ils sont produits dans des volumes plus petits et plus dispersés, entraînant une logistique de collecte importante pour les rassembler en un lieu de traitement, ainsi qu’une concertation entre les acteurs de la gestion des déchets.
- Pour les biodéchets des ménages, les collectivités ont un rôle majeur à jouer. Les biodéchets peuvent leur permettre de répondre à l’obligation de valorisation matière imposée par la loi AGEC (Anti-Gaspillage et Économie Circulaire) de février 2020 en vue d’atteindre d’ici à 2025 un taux de valorisation de 65 % des déchets municipaux produits.
- Les invendus du commerce et des industries, moins diffus, peuvent contenir une part importante d’inertes (verre, plastique, etc.) provenant des emballages des aliments. Dans ce cas, ils doivent être déconditionnés (inclure le lien https://www.optigede.ademe.fr/tri-desemballage-deconditionnement) pour extraire ces indésirables, ce qui se fait à l’aide d’une machine adaptée. Ces machines produisent une soupe de biodéchets, qui peut par la suite être incorporée en méthanisation.
Réglementation
- Depuis le 1er janvier 2012, les gros producteurs de biodéchets ont l’obligation de trier et de valoriser ces biodéchets dans des filières adaptées (telles que le compostage ou la méthanisation).
- Le 1er janvier 2024 marque la généralisation du tri à la source de biodéchets, à toutes tailles de producteurs, y compris les ménages.
- Les biodéchets sont acceptables sur site de méthanisation à certaines conditions et doivent respecter les réglementations en vigueur :
- ICPE : la réglementation pour les installations classées pour la protection de l’environnement précise que seules les unités respectant la rubrique 2781-2, uniquement sous le régime enregistrement ou autorisation, peuvent accueillir des biodéchets.
- Réglementation sanitaire : la plupart des biodéchets sont classés en tant que sous-produits animaux de catégorie 3. A ce titre, l’accueil sur site et le traitement des biodéchets est encadré et les exploitants doivent en général avoir recours à l’hygiénisation. Les biodéchets peuvent aussi être livrés déjà hygiénisés, ce qui limite les risques et facilite le traitement pour le méthaniseur. Pour plus d’informations sur ce sujet, AILE et UP! ont écrit un guide sur l’hygiénisation.
- Ressources disponibles
- Guide Hygienisation6,81 Mo
