Le biogaz à la ferme

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Le biogaz à la ferme

Le biogaz est du gaz naturel renouvelable issue de la fermentation des déchets organiques provenant des végétaux, des animaux, de l’industrie...
On parle aussi de « méthanisation » car ce biogaz est composé principalement de méthane.

Comment ça marche?

La méthanisation de fumier est une demande forte venant d’agriculteurs souvent engagés dans des démarches de qualité. Pour ce type de substrat, non pompable, il est envisagé un procédé de méthanisation
en discontinu.
La scoop ARIA Energies en France développe les techniques de méthanisation sur substrats solides.

Les substrats

La plupart des matières organiques peuvent être méthanisées :
♦ Le lisier, malgré son faible pouvoir méthanogène, est bien adapté à la méthanisation du fait de son état liquide. Il peut servie à diluer d’autres substrats. Par ailleurs, il apporte des bactéries fraîches et il stabilise le pH.
♦ Les fumiers sont également intéressants car ils ont un taux de matière sèche plus élevé. Par contre leur aspect plus solide les rend plus difficile à manipuler et ils doivent préalablement être dilué dans la
préfosse.
♦ Les résidus de cultures sont de bons substrats pour la méthanisation car ils ont souvent de hautes teneurs en carbone et sont facilement assimilables dans le digesteur.
Mais il faut éviter d’introduire :
♦ Les matériaux ligneux (bois, branchages,…).
♦ Des produits inorganiques (sable, verre, plastique,…).
Ces produits ne sont pas digestibles par les bactéries. Ils risquent de perturber le process de méthanisation, voire bloquer la réaction biologique et ils se retrouveront dans le digestat. Le digestat étant épandu, ces produits viendraient polluer les terres agricoles.

Description technique

La digestion anaérobie discontinue permet de digérer des matières organiques avec un taux de matière sèche élevé qui ne permet pas de les traiter comme un liquide pompable et qui de plus sont disponibles de façon irrégulière, cas des élevages en litière accumulée.
Les substrats sont introduits dans un digesteur sans brassage.
La matière organique est humidifiée par immersion et/ou par circulation de jus. Le digesteur est chauffé par le sol et les murs.
Afin d'avoir une production de gaz la plus constante, plusieurs digesteurs fonctionnent de façon décalée.
Par exemple lors du curage d’une étable, un digesteur est rempli de la litière accumulée et mis en service. Le digesteur est stoppé et son digestat retiré lorsque la production de biogaz devient
trop faible (1,5 à 2 mois voir plus) et que du substrat est disponible.

L’arrosage du fumier est basé sur une recirculation des jus. Le jus est pompé en bas des digesteurs et va directement arroser la surface du digesteur, avant de traverser l’ensemble de la matière
en fermentation pour se retrouver au fond.
L’étanchéité est assurée par le système d’une couverture (EPDM) coincée dans un profilé au niveau du sommet de chaque côté du digesteur. Ce même système est courant sur les unités de méthanisation agricole en continu (lisier).

Productivité du biogaz

Elle dépend du type de matière organique méthanisé et de la technologie du digesteur. Les matières organiques riches protéines et hydratent de carbone sont plus productives. La méthanisation utilise la matière organique la plus facilement " digestible ", soit 30% à 80% de la matière sèche. C’est également la partie qui génère la pollution organique et dégage des odeurs désagréables. La partie restante après la méthanisation (20% à 70%) peut être utilisée comme fertilisant en agriculture.

Productivité moyenne en biogaz par tonne de matière organique traitée :
♦ La méthanisation réduit de 35% la quantité de matière.
♦ 36 500 m3/an de biogaz à 55% de méthane correspondent à 20 000 m3 de CH4.
♦ Sachant que 1 m3 de CH4 équivaut à 1L de fioul, avec par exemple un prix du fioul à 50 c€/L le revenu annuel est de 10 000€.
♦ l'installation de méthanisation est alors amortie entre 4 et 10 ans ( 6 ans dans la plupart des cas.

Valeur énergétique du biogaz

Le Pouvoir Calorique représente le contenu énergétique d'un combustible. Tout combustible contient une part d'eau. Afin de ne pas biaiser l'évaluation du contenu énergétique du combustible, l'énergie nécessaire à l'évaporation de l'eau est retirée. On obtient ainsi le PCI (pouvoir calorifique inférieur) du combustible. Il s’agit de l'énergie directement utilisable.
Le PCI du biogaz est proportionnel à sa teneur en méthane : 9,7 x 0,7 = 6,99 Kwh/m3 pour un biogaz à 70% de méthane, à 15°C et à pression atmosphérique normale.

A titre indicatif :
♦ 1 m3 de Méthane est équivalent à 1 litre d'essence.
♦ 1 m3 de biogaz à environ 60% de méthane possède un pouvoir calorifique d’environ 6 kWh, soit 0.6 litre de fioul.

Les produits de la méthanisation : intérêts et usages

Le processus de méthanisation permet d’obtenir une énergie renouvelable (le biogaz) et un engrais (le digestat).

Le biogaz : ce processus existe dans la nature (gaz de marais) et se déroule spontanément dans les centres d’enfouissement des déchets. S’il n’est pas capté, il vient enrichir l’atmosphère en gaz à effet de serre. Par le procédé de méthanisation, on valorise ce gaz et on en diminue l’impact sur le réchauffement climatique. Le biogaz peut-être valorisé :

♦ En combustion directe ou en chaudière pour produire de la chaleur.
♦ En co-génération d’électricité et de chaleur : le biogaz est utilisé comme un combustible dans un moteur qui va entraîner un alternateur et produire du courant.
Le courant peut être utilisé en autoconsommation et/ou vendu à l’extérieur (obligation de rachat par EDF de l’électricité produite à partir de sources renouvelables).
La chaleur dégagée par le moteur est récupérée et peut être valorisée pour le chauffage de logements ou pour la production d’eau chaude sanitaire.
♦ Épuration et compression pour atteindre la norme du
gaz  naturel et être utilisé comme carburant automobile.

Propriétés du digestat :

♦ La valeur fertilisante de la matière organique introduite est conservée et se retrouve dans le digestat c’est-à-dire que les teneurs en NPK ne sont pas modifiées.
♦ Les odeurs sont atténuées.
♦ Les germes pathogènes et les graines d’adventices sont réduites, voire supprimées car lors du processus de méthanisation, la matière organique a chauffé.
♦ L’azote se retrouve principalement sous forme ammoniacale, plus facilement assimilable par les plantes.
♦ Il est plus fluide que du lisier. Il est plus facile à épandre et pénètre plus rapidement dans le sol.

Éléments économiques (exemples EARL Lebbe 65)

L’EARL LEBBE conduit un troupeau de 140 chèvres pour la production de fromage à la ferme sur 24 ha de SAU .
L’ensemble de l’alimentation des chèvres est produits sur les terres de l’EARL.
Concernant la conduite du troupeau, les animaux sont toute l’année à la chèvrerie, sur paille. Les fumiers sont sortis 4 à 5 fois par an du bâtiment, on retrouve donc toutes les déjections animales sous forme de fumier, ce qui représente environ 400 à 450 m3 par an.
D’autre part, l’exploitation produit quotidiennement 300 litres d’effluents de la salle de traite (eaux vertes et blanches) pendant la période de lactation.
L’installation a coûté 40 000 € (sans le travail) et a bénéficié d’une subvention de 15 000 € dans le cadre d’un CTE (Contrat Territorial d’Exploitation).
Actuellement, on peut estimer le revenu annuel de l’installation à 15 000 € (4 000 € d’économie de combustible et 1 000 € d’économie de fertilisants plus 10 000€ pour la vente d’électricité).
En 4 ans l'installation de méthanisation est alors amortie.
En plus de cette économie financière, la ferme est propre, elle réduit considérablement les émissions de gaz à effet de serre sans déstockage de carbone fossile, et la totalité de la valeur fertilisante des effluents et déchets est récupérée.

Il est plus avantageux de vendre la totalité de l’électricité produite à EDF que d’en auto consommer une partie. EDF a obligation de racheter l’électricité d’origine renouvelable à un tarif qui est généralement bien plus avantageux que celui auquel il vous la vend. Pour l’électricité issue d’un méthaniseur, le tarif de rachat qui est actualisé chaque année, a été fixée par l’arrêté du 10 juillet 2006 à : entre 7,5 et           9 c€/kWh selon la puissance du méthaniseur, + prime à l'efficacité énergétique comprise entre 0 et 3 c€/kWh , + prime à la méthanisation de 2c€/kWh. Les contrats de rachat s’établissent pour 15 ans.

Description technique

Monsieur SANZBERRO élève 90 vaches laitières dans un seul bâtiment (prévu pour 100 à 110 VL) en système lisier. Son bâtiment est conçu sur aire d’exercice bétonnée et logettes. Par le biais d’un système
de raclage automatique, le lisier est récupéré dans un couloir devant le bâtiment avant d’être envoyé dans la cuve de méthanisation située à 40m de là, un peu plus haut.
À l’origine, l’exploitation SANZBERRO a construit une fosse de stockage de lisier de 3000m3 dans l’optique de se mettre aux normes.
Mais cette installation, qui a coûté entre 100 000 et 150 000€, s’est fissurée à la fin de la construction. En effet, le socle et les panneaux sont entièrement fendus. Monsieur SANZBERRO a tenté de colmater les brèches, malheureusement la fosse n’a jamais pu recevoir de lisier.
A l’heure actuelle, les exploitants sont en procès avec l’entreprise de construction (qui a déposé le bilan peu de temps après cette construction). Monsieur SANZBERRO a commencé à penser à un projet
de méthanisation à la fin de l’année 2007. Jusqu’à la création des 2 nouvelles fosses (un cuve de méthanisation et une fosse de stockage du digestat), il a été contraint de se « débarrasser » de son lisier produit en effectuant des épandages tous les 15 jours durant une année complète.
L’installation fonctionnera en système continu infiniment mélangé. La cuve de méthanisation munie d’un malaxeur se mettra en marche 10 minutes toutes les heures. Cela permettra qu’il n’y ait aucun dépôt de digestat au fond de la fosse.

Chaque fosse mesure 750 m3 (6 m de haut sur 13 m de diamètre) et comporte un plancher sur sa partie supérieure sur lequel reposera la bâche de rétention du biogaz.
Cette bâche sera fixée par un procédé (déjà expliqué par Monsieur LEBBE) de fente trapézoïdale dans le haut des murs et faisant le tour de la cuve. En effet, les bords de la bâche sont insérés à l’intérieur et coincés, de manière à établir une fermeture hermétique du système, par une chambre à aire gonflée.

Le co-générateur est équipé d’un moteur disiel qui fonctionne au gaz nature, il a un rendement de 38% d’électricité et 45% de chaleur .

Le gaz récupéré sera condensé par refroidissement pour optimiser les rendements du moteur du co-générateur. Le refroidissement se fera en deux temps. Le gaz produit sera, tout d’abord, évacué de la première fosse (chauffée et où s’effectue la fermentation) vers la seconde (non chauffée, avec peu de fermentation) par un système de tuyaux hermétiques à vannes. Ensuite, le gaz sort de la deuxième
fosse et continue son refroidissement dans le sol avant d’arriver au co-générateur.

 

Système d’évacuation du gaz pour son refroidissement de la cuve de méthanisation (à droite) vers la deuxième fosse (à gauche).

Les produits de la méthanisation : intérêts et usages

Monsieur SANZBERRO traite la totalité de son lisier et fumier (fumier mou de logettes), ainsi que des déchets verts issus des tontes de particuliers de la collectivité voisine. Le malaxeur a, ainsi, pour second rôle de mélanger les différents déchets entre eux pour une homogénéisation du digestat et, donc, une optimisation du processus de méthanisation.
Avec ce système, 2500m3 de fumier et lisier et un peu plus de 1500m3 de tontes de pelouses seront traités chaque année.

Système de récupération du gaz (milieu du plancher), système de sécurité en cas de non évacuation du gaz (en bas à gauche de la photo), hublot de surveillance (en bas à droite de la photo)

Intérieur de la cuve de méthanisation et plancher sur lequel reposera la bâche.

Éléments économiques (exemples Sanzberro itxassou)

Le co-générateur de 80 000€ produit 100kwh d’électricité revendue à EDF pour 150 000€ par an, soit 17 centimes d’€ le kwh, et 120 à 130kwh thermiques utilisés pour le chauffage de la maison. La chaleur dégagée alimenterait aussi un système de séchage du digestat (non encore construit), et, bien entendu, le chauffage de la cuve elle-même (dalle chauffante et murs chauffants sur les 3 premiers mètres). Le séchage du digestat aurait pour but de diminuer les volumes à épandre.
Au total, l’investissement aura coûté 500 000€.
Un dossier de subvention a été déposé qui permettra de subventionner le projet à hauteur de 40 à 50 %

Points importants : - dans cette installation, les lisiers et fumiers ne produisent que de la moitié seulement de la production totale de gaz.
- sans aucune subvention, le retour sur investissement, sera de 9 ou 10 ans. Or, l’exploitation peut espérer jusqu’à 50% de subventions (grâce à un dossier monté pour le Plan Performance Energétique (PPE)), le retour sera alors de 5 ans,
- « aujourd’hui, il est plus intéressant de monter des fosses sans subventions pour la méthanisation, que de faire des fosses pour la mise aux normes », d’après le technicien rencontré.
- un chiffre clé a été énoncé : c’est une moyenne qui n’est pas vraie dans tous les systèmes, mais on considère que 1kwh est produit par 4 UGB.

Au niveau fiscal, dans le cadre professionnel, à partir du moment ou un agriculteur vend de l’énergie électrique sur le réseau, il a obligation de se déclarer au réel. Le régime du forfait n’est plus possible quelque soit la quantité vendue.

Les aides à l’investissement

Pas d’aide à l’investissement.
Toutefois, les collectivités territoriales (Conseil Général, Conseil Régional, syndicat d’électrfication en milieu rural,…) et l’Ademe peuvent accordées des subventions à des projets de qualité, d’autant que
l’Etat a décidé d’atteindre le chiffre de 300 unités biogaz sur le territoire à l’horizon 2050.
Si vous avez un projet, contacter M. Alain MESTDAGH de l’Ademe au 05.56.33.80.00 pour connaître les conditions de prise en charge des études de faisabilité.

Préparer son projet

Avant d’envisager de monter un projet :
♦ Être prêt à investir 1-2 heures de son temps pour la gestion du système
♦ Bien analyser le temps de travail supplémentaire pour couvrir et débâcher les silos.
♦ Disposer au minimum de 200 tonnes de matière sèche par an de substrats. C’est la condition minimale à la rentabilité d’une installation de méthanisation.
♦ Disposer continuellement de déjections animales en quantité suffisante et constante.

 

Pour réaliser une installation de méthanisation sur une exploitation agricole, la première étape est de réaliser une évaluation de la faisabilité d’un tel projet.
En Pays Basque, la taille des exploitations et le mode de fonctionnement se prêtes bien à la réalisation d’un projet individuel économiquement viable. Cependant le nombre d’exploitationsayant des besoins en
chauffage est limité.
Par ailleurs, les élevages du Pays Basque disposent de fumier et lisier de manière régulière.
L’installation d’une unité de méthanisation peut s’envisager par exemple dans le cadre d’une mise aux normes.
L’association EDEN réalise des fiches techniques sur la méthanisation et les autres énergies renouvelables.

Association EDEN Domaine le Tinturier
Chemin Saint Jean 31770 Colomiers
Tel / fax : 05 61 75 19 53
mail : eden@eden-enr.org
site : www.eden-enr.org



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