Technique

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Le digestat de méthanisation

Plus concentré en azote que le lisier frais

Publié le 05/05/2021

L’exploitation de Jean-Frédéric Fritsch, à Friesenheim, n’a pas grandi ces vingt dernières années. Mais il n’a cessé d’innover. Grâce à son unité de méthanisation, il produit de l’électricité, depuis 2013. Naisseur engraisseur de porcs, en conventionnel, il cultive 52 de ses 77 ha en bio, dès 2017. Ses terres profitent du digestat de méthanisation, plus riche en azote que le lisier frais.

En 2017, Jean-Frédéric Fritsch, éleveur de 400 truies à Friesenheim, un pionnier de la méthanisation en Alsace, est autorisé à injecter 1 100 kW d’électricité dans le réseau. Sa production équivaut à la consommation annuelle d’une ville de 8 000 habitants. L’eau chaude générée chauffe l’unité et la porcherie. « La ferme ne consomme plus d’énergie fossile, sauf le fioul des tracteurs », pointe Jean-Frédéric. Ses deux digesteurs et son post-digesteur absorbent tout le lisier frais de la ferme, soit 60 % de l’alimentation de l’unité de méthanisation. Les 40 % restants proviennent aussi de l’agriculture : ensilage de plantes entières, de cultures dérobées, déchets de silo et d’amidonnerie, paille et ensilage de maïs, marc de raisins. Avec les méthaniseurs historiques du coin, ils se sont structurés pour s’approvisionner dans un rayon de 25 km autour de leurs exploitations du Ried alsacien. Grâce à ces intrants 100 % agricoles, Jean-Frédéric échappe à l’hygiénisation des boues. « C’est une usine à gaz un peu compliquée à gérer », relève-t-il. Jean-Frédéric, qui emploie cinq salariés à temps plein, compte transmettre l’exploitation à son fils Mathis, déjà très investi malgré son jeune âge (14 ans). Rien à ajouter L’agriculteur peut épandre son digestat sur toutes ses cultures bio, aujourd’hui ; les autres ne sont pas accessibles aux engins. Le digestat est certifié utilisable en bio (UAB), pour l’instant. La réglementation l’obligera, en 2022, à avoir une ligne de fermentation dédiée à la bio. Jean-Frédéric Fritsch investit donc pour augmenter les capacités de stockage de l’unité qui s’élèvent, actuellement, à 8 000 m3. Le temps de séjour dans les cuves, pour valoriser au mieux l’intrant, est de 90 à 100 jours. Jean-Frédéric espère le rallonger encore. Il épand le digestat de méthanisation tous les ans, après la récolte, sous couverts en période hivernale, et au printemps. Il est passé d’une rampe de 12 m de large à une rampe de 18 m, en 2013, lorsqu’il a pu pour la première fois tester le digestat. « Le produit est plus concentré en azote et en minéraux que le lisier frais, donc il faut une plus grande largeur, observe-t-il, simplement. Il est plus riche en matière sèche et en éléments fertilisants ». Jean-Frédéric épand 30 m3/ha de digestat de méthanisation. Il épandait 40 m3/ha de lisier de porcs classique. Tous les ans, le Comptoir agricole procède à une campagne d’analyses sur quatre parcelles de Jean-Frédéric. « Il y a plus d’humus. Le digestat de méthanisation est une fumure complète qui remplace l’engrais minéral de synthèse. On trouve six à sept unités d’azote au m3 de digestat et, entre deux et quatre, en phosphore et en potasse », livre l’agriculteur. Qualité et quantité au rendez-vous « Mon blé est à 14 % de protéine, alors que la moyenne est à 11,5 %. Le grain est plus riche. Si on l’utilise dans l’alimentation animale, on peut baisser la part de soja dans la ration », développe Jean-Frédéric. Il affiche aussi de bons rendements pour de l’agriculture biologique : l’an passé, en blé d’hiver, il a fait 70 q/ha, par exemple. Toutes ses cultures bio sont irriguées, faut-il ajouter. 2021 devrait être encore une bonne année, selon lui. Maïs, blé d’hiver, orge se partagent l’assolement : chacun un tiers. La seule difficulté de l’agriculteur, ce sont ses terres lourdes, qui ont du mal à « se reprendre », dit-il, si elles sont compactées : matériel le plus léger possible, large, pour éviter les passages de roues, et pneumatiques basse pression sont de mise. Un sol sec et bien ressuyé est une condition sine qua non à l’épandage. « C’est important d’enfouir vite le digestat, précise encore Jean-Frédéric Fritsch. On essaie de le faire dans la journée pour que les éléments nutritifs ne se volatilisent pas. » Puisqu'il traite le double de digestat par rapport au lisier, aujourd’hui, il estime que cela lui coûte plus cher : « il y a deux fois plus de matière à sortir ». L’éleveur ne vend pas le digestat. Le but est d’en épandre au maximum chez soi donc. Aux preneurs voisins, il demande une participation au m3 épandu pour le matériel d’épandage mis à disposition et les contraintes liées au process pour les preneurs bio. À revoir :

Electro Concept Énergie (Haut-Rhin)

Le photovoltaïque : Une diversification toujours rentable

Publié le 29/04/2021

D’ici quelques mois, il sera possible d’installer une centrale photovoltaïque de 100 à 500 kWc sur le toit d’un bâtiment sans passer par un appel d’offres. De nouvelles opportunités d’investissement en perspective pour le monde agricole qui ne doivent pas faire oublier la pertinence des centrales de 36 à 100 kWc, toujours très rentables selon le montant du raccordement. Reste à construire un dossier bien ficelé, capable de répondre aux nouvelles exigences administratives et réglementaires.

Sur les toits des bâtiments agricoles, les centrales photovoltaïques ont toujours la cote. Les grosses encore plus. Depuis environ un an, le directeur général de la société Electro Concept Énergie (ECE), Philippe Soret, constate une augmentation de puissance des installations acquises par les agriculteurs. La raison : un projet de décret annoncé lors du Salon de l’agriculture 2020 qui prévoit de faire passer la limite des projets en guichet ouvert, c’est-à-dire sans nécessité de passer par un appel d’offres, de 100 à 500 kilowatt-crête (kWc). En cours de lecture par la Commission européenne, ce décret permettra ainsi d’exploiter jusqu’à 2 500 m2 de toit d’un seul tenant contre 500 m2 environ à l’heure actuelle. « Cela ouvre inévitablement de nouvelles perspectives pour les investisseurs, même si, pour les agriculteurs, cela sera moins intéressant financièrement au-dessus de 300 kWc », juge Philippe Soret. Au-delà de ce seuil, la puissance des onduleurs associés (exprimée en kilovoltampère ou kVA) augmente en conséquence, ce qui oblige l’installation d’un poste de transformation haute tension qui convertit les 400 volts en 20 000 volts. « Ce poste coûte 80 000 euros. En dessous d’une puissance d’onduleur de 250 kVA, il est à la charge d’Enedis. Au-dessus, cela devient la propriété du producteur d’électricité. » Une contrainte de taille qui rend les centrales de 300 kWc et plus intéressantes pour ceux possédant déjà un tel équipement. « Dans ce créneau, je vois plutôt des petites industries que des exploitants agricoles, même s’il peut y en avoir par-ci par-là », estime le dirigeant d’ECE. 36 à 100 kWc : toujours aussi rentable En attendant la sortie de ce décret prévue avant la fin du premier semestre 2021, ECE continue d’engranger les demandes de centrales photovoltaïques sur des bâtiments agricoles. « Entre trois et quatre par jour », constate le gérant d’ECE. Parmi elles, des « anciens » investisseurs qui ont fini de rentabiliser leur installation et souhaitent gonfler la puissance globale avec de nouveaux panneaux ; et puis des « nouveaux » qui disposent d’une surface de toit potentielle comprise entre 500 et 1 000 m2. « À eux, je leur conseille une première tranche de 100 kWc aujourd’hui, qu’ils pourront augmenter 18 mois plus tard tout en conservant le premier compteur. » Au niveau tarifaire (le kWh est actuellement racheté 9,76 centimes d’euros par EDF Obligation d’achat), la centrale comprise entre 36 et 100 kWc conserve une rentabilité toujours aussi bonne, avec un retour sur investissement inférieur à dix ans si le montant du raccordement est favorable. Mutualiser le raccordement : oui, mais… C’est en effet ce paramètre qui fait aujourd’hui capoter nombre de projets. « Sur les dossiers qu’on traite, entre 20 et 30 % n’aboutissent pas à cause des frais de raccordement trop élevés », souligne Philippe Soret. D’où l’idée évoquée ici et là de mutualiser les frais de raccordement entre plusieurs exploitations agricoles. Séduisante sur le papier, cette perspective reste confrontée à plusieurs problématiques pour espérer être mise en œuvre facilement, et partout. « Quand on parle de regroupement, il faut entendre trois ou quatre projets dans le même village, et sur la même branche du réseau. Le souci est que beaucoup de fermes sont très éloignées les unes des autres. Dans ce cas, la mutualisation du raccordement me semble techniquement bien compliquée à mettre en œuvre », indique Philippe Soret. Une gestion administrative plus lourde Reste un point essentiel si l’on veut se lancer dans la production d’énergie solaire : la construction d’un dossier bien ficelé, répondant aux dernières exigences législatives et réglementaires. Il faut par exemple délivrer un titre de propriété de moins de deux ans pour tout nouveau projet photovoltaïque au-delà de 36 kWc. « Dans le monde agricole, cela peut compliquer les dossiers dans la mesure où le propriétaire du bâtiment n’est pas toujours celui du terrain. Cela nous oblige alors à adapter le traitement administratif du dossier pour que la demande de raccordement puisse être qualifiée », fait remarquer Philippe Soret. Face à cette complexité administrative accrue, il recommande à tout porteur de projet de se mettre en relation avec une entreprise qui a un réseau bien établi et qui « connaît bien les rouages du système ». C’est le cas d’Electro Concept Énergie qui a été identifié par Enedis parmi les interlocuteurs référents de la région Grand Est. Un partenariat « solide » avec les constructeurs de bâtiments Grâce à sa solide expérience dans le secteur, ECE a su également tisser de solides relations avec des constructeurs de bâtiments agricoles. Un atout qui facilite grandement la mise en œuvre de centrales photovoltaïques lorsqu’ils sont intégrés à un nouveau bâti. Celui-ci est ainsi soigneusement étudié pour optimiser au maximum le rendement de l’installation photovoltaïque. « En travaillant de cette manière, on s’aperçoit qu’il ne faut pas nécessairement avoir un bâtiment exposé plein sud pour être performant. Une orientation est/ouest avec un toit en faible pente fonctionne très bien aussi. » Electro Concept Énergie invite donc les constructeurs de bâtiment à bien choisir leur partenaire en cas de projet de centrale solaire. « Si jamais ils donnent le nom d’une entreprise, et que ça se passe mal, c’est leur réputation qui sera écornée à l’arrivée. » Sur ce terrain-là, ECE n’a pas à rougir au vu des multiples avis récoltés et visibles sur son site internet. « Il y a notamment des avis de clients agriculteurs qui exploitent une centrale depuis dix ans et plus. Et ce sont de vrais avis, contrôlés de manière indépendante par l’Afnor », conclut-il.

Énergie

Méthaniseur de Sausheim : transmuter la boue en engrais phosphaté

Publié le 28/04/2021

À Sausheim, dans le Haut-Rhin, la station d’épuration des eaux usées de l’agglomération mulhousienne, l’usine de valorisation énergétique des déchets (ou usine d’incinération) et un méthaniseur œuvrent de concert pour nettoyer les eaux usées, traiter les déchets urbains, produire de l’énergie et, une première en France, de la struvite, un minéral phosphaté valorisable en engrais agricole.

Les gisements phosphatés ne constituent pas une ressource renouvelable. La demande en engrais phosphatés ne faiblissant pas, le phosphore est amené à devenir une denrée rare, donc un enjeu majeur pour la production agricole, notamment européenne, qui est dépendante du reste du monde pour son approvisionnement en phosphate. « Le phosphore a été déclaré matière première critique par l’Europe, et la filière eau a été questionnée sur sa capacité à produire du phosphore renouvelable », indique Christelle Metral, chef de marché Transition énergétique et économie circulaire chez Suez, également spécialiste de la production d’engrais biosourcés. En effet, les boues issues des stations d’épuration contiennent du phosphore, notamment parce que l’urine et les matières fécales en contiennent. De là à valoriser le phosphore contenu dans les boues, il n’y a qu’un pas qui a déjà été franchi dans plusieurs installations au Danemark, et qui vient d’être franchi en France, sur le site de Sausheim. Un site multifacette Cette Station d’épuration des eaux usées (Step) -18e de France par sa taille - traite non seulement les rejets de 490 000 habitants, mais aussi de nombreuses industries et d’un hôpital. Au départ, les boues étaient directement incinérées dans l’usine de valorisation énergétique (UVE) adjacente, au même titre que les ordures ménagères, les résidus infectieux… L’incinération produit de l’énergie, en grande partie autoconsommée par la Step. Depuis le 1er décembre 2020, les boues issues de la station d’épuration sont d’abord méthanisées avant d’être déshydratées et incinérées, les méthaniseurs étant chauffés par de l’eau chaude produite par l’usine d’incinération. Objectif de cette synergie entre sites : produire du biométhane injecté dans le réseau, réduire le volume des boues et, cerise sur le gâteau, produire un engrais phosphaté. Avec un paramètre essentiel à prendre en compte : « L’usine d’incinération est paramétrée pour fonctionner avec des boues, celles qui sortent du méthaniseur doivent donc rester en quantité et en qualité adéquates », pose Jérôme Fritz, ingénieur au Syndicat intercommunal à vocation multiple (Sivom) de la région mulhousienne. N’aurait-il pas été plus simple d’épandre directement les boues ou les digestats ? Non, car même si la méthanisation fait passer le volume des boues de 37 000 à 22 000 t/an, les sols agricoles n’y suffiraient pas. Le Sivom de la région mulhousienne a donc lancé un appel d’offres, remporté par Suez, avec un projet chiffré à 14 millions d’euros. Les plus grands digesteurs métalliques de France Plusieurs éléments ont joué en faveur de Suez. Notamment la technologie Digelis Simplex, qui consiste à créer des digesteurs composés d’acier à l’extérieur et d’inox à l’intérieur, plus étanches, plus fiables, plus rapides à construire, et surtout avec une sécurité industrielle accrue par rapport à ceux en béton. Les deux digesteurs d’une capacité de 5 150 m3 chacun fonctionnent en digestion mésophile, à 37 °C. « Les bactéries digèrent la matière organique des boues, réduisant leur volume de 20 à 30 %, en dégageant du biogaz, stocké dans un gazomètre de 2 500 m3 », décrit Jérôme Fritz. Chaque digesteur, entièrement calorifugé, est adossé à plusieurs unités de stockage, correspondant à un volume total de 1 000 m3, accueillant les boues fraîches et les boues digérées. « Les boues fraîches arrivent par le haut du méthaniseur, où elles restent 20 jours, durant lesquels le contenu du méthaniseur est continuellement homogénéisé par un brasseur mécanique à pales », décrit Frédéric Dupont, responsable commercial pour le Grand Est et la Franche-Comté chez Suez. Pour maintenir l’ensemble à 37 °C, les boues fraîches passent par un serpentin alimenté avec de l’eau chauffée à l’usine d’incinération. Au fur et à mesure de l’avancée dans le serpentin, l’eau et les boues échangent des calories, pour qu’au final, les boues entrent réchauffées dans le méthaniseur, et l’eau repart froide vers l’usine d’incinération. Du biométhane pour les bus de l’agglomération Des digesteurs sortent donc des boues digérées et du biogaz. Ce dernier est principalement composé de CH4, C02, H2S et d’eau. Pour devenir du biométhane, ce gaz est d’abord « compressé, pour évacuer l’humidité par condensation, puis débarrassé de l’H2S par un traitement au charbon actif. Enfin le CH4 et le CO2 sont séparés par un traitement membranaire », décrit Jérôme Fritz. À ce stade, le CO2 rejoint l’atmosphère et le biométhane est testé afin de vérifier sa pureté, qui doit avoisiner les 99,7 %, avant son odorisation et son injection dans le réseau. « Si la qualité du biométhane n’est pas correcte, il est renvoyé vers le gazomètre et il subit une seconde fois l’ensemble des traitements. Et s’il devait ne pas pouvoir être injecté, il serait brûlé par une torchère », complète Jérôme Fritz. Le biométhane est racheté par Engie, dans le cadre d’un contrat d’achat signé pour une durée de 15 ans. Ce contrat inclut des certificats de garantie d’origine, qui permet de valoriser du biométhane localement, en l’occurrence en alimentant la flotte de bus de Mulhouse Alsace agglomération (M2A) en biométhane. Les boues digérées sont déshydratées par centrifugation à 3 000 tours/min, ce qui permet d’obtenir une phase solide, brûlée dans l’usine d’incinération, et un centrât liquide, destiné à rejoindre la Step. Un engrais phosphaté local et sans métaux lourds Si Suez a remporté l’appel d’offres, c’est aussi parce que l’entreprise proposait d’installer un process industriel innovant, permettant de piéger l’azote et le phosphore contenus dans le centrât. En effet, s’il est trop chargé en phosphore, il ne peut pas retourner à la Step. D’où l’idée de piéger ce phosphore, pour en faire un engrais phosphaté. C’est ce que rend possible le procédé Phosphogreen, composé d’un réacteur qui permet de faire cristalliser et précipiter le phosphore avec du chlorure de magnésium en milieu basique. À la sortie du réacteur, la struvite est séchée sur une grille, d’où s’écoule l’eau débarrassée de son phosphore. La production de struvite est estimée à 90 t/an. « En l’absence de ce procédé, on devrait piéger le phosphore avec du chlorure ferrique. Le procédé nous permet donc de réaliser des économies, et d’obtenir un produit de super qualité », se félicite Jérôme Fritz. En effet, la struvite se présente sous forme de granulés de 1 à 3 mm facilement manipulables. Elle est composée de 12 % de phosphore à dissolution lente, de 6 % d’azote et de 10 % de magnésium. En outre, elle est exempte de métaux lourds, contrairement aux engrais phosphatés issus des minerais. Un flou réglementaire à lever La struvite de Sausheim est donc un engrais vertueux à plus d’un titre. Problème : son statut réglementaire n’est pas encore fixé en France, ce qui empêche sa commercialisation. « Au Danemark, elle est considérée comme un produit, donc commercialisable », indique Christelle Metral. L’harmonisation de la réglementation européenne sur les matières fertilisantes devrait lui donner un statut de produit ou de déchet. Selon la catégorie dans laquelle elle se situera, elle pourrait alors être intégrée dans des formules d’engrais composés, être commercialisée pure ou encore enrichir des composts. En attendant, l’or de Sausheim s’accumule. Une autre installation est en travaux en région parisienne. Et d’autres suivront car, chez Suez, on est convaincu que ce modèle d’économie circulaire doit s’intégrer aux prochaines constructions et rénovations de sites qui s’y prêtent.