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Pailles et autres déchets agricoles solides : une manne pour booster la production de biogaz

Unité de méthanisation de résidus de culture, projet Resimétha © Axelle Degueurce

En France, le secteur agricole produit 150 millions de tonnes de déchets organiques par an. Lisiers, fumiers, résidus de culture sont un véritable gisement de matière première pour produire du biogaz par méthanisation. La filière aujourd’hui opérationnelle utilise majoritairement des déchets liquides. Irstea développe des procédés pour intégrer efficacement les déchets solides et ainsi intensifier la filière. A la clé : une meilleure gestion des déchets agricoles, une hausse de la production d’énergie et une réduction des émissions de gaz à effet de serre.

Avec 67 millions de tonnes de fumiers de bovins et 25 millions de tonnes de résidus de culture (pailles notamment) produits chaque année, la France possède un gisement considérable de matières mobilisables et valorisables par méthanisation. Mais ces matières solides ne sont pas les meilleurs candidats à la méthanisation : elles se caractérisent par une forte teneur en matière sèche (20 à 30 % et jusqu’à 90 % pour les pailles) mais aussi par des composés lignocellulosiques (molécules complexes de la paroi des végétaux constituées de lignine et de cellulose) peu ou lentement dégradables.

Les énormes ressources potentielles que représentent ces déchets et l’impossibilité de recourir au procédé classique de méthanisation (par voie liquide) ont conduit les scientifiques à explorer de nouveaux procédés.

Car les enjeux sont de taille : le développement d’une filière de méthanisation des matières sèches offrirait une nouvelle option de traitement des déchets agricoles. Au-delà, cette filière contribuerait à répondre aux objectifs fixés par le plan Energie Méthanisation Autonomie Azote (2013) et la loi de transition énergétique (2015) : atteindre 1000 unités de méthanisation d’ici 2020 - contre 450 aujourd’hui - pour augmenter significativement la part des énergies renouvelables dans notre consommation.

Bon à savoir

La filière actuelle de la méthanisation repose sur l’utilisation des effluents agricoles liquides (lisier notamment) auxquels sont ajoutés d’autres déchets – appelés co-substrats – à fort potentiel énergétique comme les déchets agro-industriels ou des collectivités. Les premiers apportent l’eau et l’écosystème biologique assurant les réactions de la méthanisation, les seconds la matière à haut rendement en biogaz (méthane).

De l’usage empirique au procédé maîtrisé et optimisé

La méthanisation de matières solides, fumier de bovins notamment, est déjà pratiquée en France : une dizaine d’installations existent, mais leur dimensionnement et leur gestion sont réalisés de façon plus ou moins empirique. Dans le cadre d’une collaboration industrielle (projet Métasèche1), les scientifiques d’Irstea ont expertisé le procédé : ils ont notamment analysé le rôle du lixiviat, liquide résiduel issu des réactions biologiques, qui est remis en circulation au travers des déchets solides stockés dans l’unité de méthanisation. Ils ont ainsi élaboré les règles de gestion optimales de cette recirculation afin de maximiser la dégradation des matières sèches et donc la production de méthane. Des données qui établissent pour la première fois une base scientifique2 du fonctionnement et de l’optimisation de ces installations.

Aujourd’hui les scientifiques souhaitent répondre à une question essentielle pour le développement de cette nouvelle filière : compte tenu des nouveaux tarifs de rachat du biogaz, la méthanisation des déchets solides est-elle économiquement rentable à échelle réelle ? C’est le but du projet Résimétha3 qui vise à évaluer la faisabilité technico-économique d’une filière qui reposerait uniquement sur les résidus de culture. « Á partir de l’étude du procédé en laboratoire, nous avons établi des recommandations qui sont actuellement mises en œuvre sur l’unité de méthanisation d’une exploitation agricole. Pour la première fois, un suivi in situ et une évaluation des rendements de production de biogaz, en conditions réelles, vont pouvoir être réalisés », précise Pascal Peu, chercheur de l’unité Optimisation des procédés en agriculture, agroalimentaire et environnement au centre Irstea de Rennes. Les résultats sont attendus pour 2018.

Augmenter la biodégradabilité des pailles : la clé d’un rendement optimal

Les scientifiques s’attachent par ailleurs à lever le verrou biologique qui permettra d’optimiser la production de biogaz à partir de ces matières sèches : améliorer leur biodégradabilité. Pour cela, ils ont recherché des microorganismes capables de détruire la lignine contenue dans la paroi des pailles et qui empêche la dégradation de la cellulose (projet Petiole4). « Nous avons identifié plusieurs souches de bactéries efficaces pour réaliser cette prédigestion des pailles. Et, au cours de ces travaux, nous avons découvert que des bactéries similaires étaient naturellement présentes sur les résidus de pailles. Finalement, il ne nous restait plus qu’à trouver le moyen de les activer », explique Pascal Peu.



Et c’est aujourd’hui chose faite ; l’équipe a conçu un mélange basé sur un inducteur (un composé issu du procédé kraft utilisé pour transformer le bois en pâte à papier) qui stimule l’activité de dégradation de la lignine par les bactéries. Cette innovation prometteuse pour le développement de la filière fait l’objet d’un brevet déposé par la société d'accélération de transfert de technologies (SATT) Ouest Valorisation qui soutient la maturation du projet. Prochaines étapes : l’évaluation du passage à l’échelle industrielle et l’étude de rentabilité. A suivre…


1- Projet Métasèche, financement Cifre, 2013-2016
2- Axelle Degueurce. La méthanisation par voie sèche agricole appliquée aux fumiers de bovins : optimisation de la recirculation des lixiviats. Université Rennes 1, 2016.
3- Projet Résimétha, financement Ademe, 2015-2018
4- Projet Petiole, financement Ademe, 2013-2015

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