Des expérimentations pour optimiser son méthaniseur

Quelles cultures intermédiaires à vocation énergétique (Cive) planter ? Comment optimiser son méthaniseur ? Pour répondre à ces questions, le nouveau partenariat de quatre ans entre AgroParisTech, la Fondation AgroParisTech et GRDF, signé au dernier salon de l’agriculture (février 2023), dédie un axe à un programme d’expérimentation mené autour d’un futur méthaniseur en injection à la ferme de Grignon (Yvelines). Cette exploitation de 200 vaches laitières, 600 brebis, 400 hectares de cultures - la moitié destinée à la vente et l’autre à la production de fourrage - dépend d’AgroParisTech, un établissement d’enseignement supérieur et de recherches dans le domaine des sciences de la vie et de l’environnement. 

Une appétence pour la méthanisation

Dans cette ferme d’expérimentation, la méthanisation a toujours eu une place particulière. En 2006, la ferme disposait déjà d’un « mini méthaniseur ». Puis, en 2014, est installé le premier « Nénufar » à échelle 1 de France. Il s’agit en fait d’une couverture installée sur la fosse à lisier de 1 400 m2. Elle permet de récupérer le biogaz produit naturellement par les bactéries qui s’y développent mais sans chaleur ni brassage, à la différence d’un méthaniseur mésophile. Ce « Nénufar » alimente la laiterie (chauffage de l’eau et des chambres chaudes, processus de fabrication des yaourts). « L’efficacité est moins importante qu’un méthaniseur mésophile mais on le compense avec un temps de séjour du lisier plus long », expose Sophie Carton, cheffe de projet à la ferme expérimentale. Entre 30 et 130 Nm3 de biogaz, contenant en moyenne 55 % de méthane, sont ainsi valorisés quotidiennement.

Fin 2016, alors que les tarifs de rachat de biogaz sont avantageux, le projet « méthaniseur » est lancé. Les avantages sont nombreux. Déjà, la quantité de substrats méthanisables va augmenter considérablement : des effluents d’autres natures que le lisier pourront être méthanisés, tel que le fumier produit par les déjections animales sur de la paille. Ensuite, cette nouvelle cuve présente un rendement plus élevé que le Nénufar : 50 Nm3 de biométhane (biogaz épuré) par heure, l’équivalent de la consommation de 400 foyers. Une quantité suffi sante pour investir dans un appareil d’épuration du biogaz afin d’injecter le méthane dans le réseau. « À part pour la chauffe du digesteur, qui nécessitera environ 6 % de la production, nous n’utiliserons pas notre biométhane en autoconsommation. C’est plus rentable de l’injecter au maximum puis d’en racheter », expose Sophie Carton. Ainsi, quelque 10 500 tonnes de déchets (lisiers, fumiers des animaux et autres), dont 85 % issus d’effluents d’élevage, devraient alimenter cette unité énergétique chaque année. Ce biométhane, injecté dès juillet 2023 grâce à un contrat d’achat de quinze ans avec GRDF, permettrait de « diviser par deux le bilan carbone de la ferme », selon Sophie Carton. Quant au digestat, il servira d’engrais naturel et sera épandu sur les 400 ha de la ferme expérimentale.

Optimiser la méthanisation

Ce partenariat expérimental entre AgroParisTech, la Fondation AgroParisTech et GRDF fait suite à un premier, signé en 2020, dans lequel l’équipe d’ingénieurs de la ferme de Grignon était déjà la cheville ouvrière. Il consistait à écrire un guide sur les bonnes pratiques d’épandage du digestat et à réaliser différentes études de modélisation sur la méthanisation. Celui conclu en 2023 s’implante dans la ferme via trois axes. « Nous n’allons pas expérimenter de nouvelles technologies mais instrumenter le méthaniseur avec les outils de mesure, de suivi et de pilotage les plus avancés sur divers paramètres, qui restent encore à définir (température, pH, rapport carbone sur azote…). Le but est de pouvoir ajuster le pilotage au mieux pour éviter les pertes et les dysfonctionnements ou encore rendre le système plus efficace en ajustant le type et la quantité d’intrants par exemple », précise Sophie Carton.

Sur un deuxième axe, l’équipe tentera de répondre à cette question : comment cultiver des intrants végétaux à destination du méthaniseur de la plus manière vertueuse possible ? « Nous disposons, depuis 2017, d’une plateforme agronomique qui s’appelle Trajectoire*. Nous y expérimentons plusieurs systèmes de culture, dont l’agriculture de conservation des sols par exemple. Avec ce nouveau projet, l’idée est d’insérer des intercultures d’hiver ou d’été méthanisables. Sur la première bande, cette interculture devra également être valorisable en alimentation animale, avec une bonne valeur nutritionnelle. Le seigle fourrager par exemple. Ainsi, en cas de sécheresse, nous pourrons compléter les rations des animaux, ou l’utiliser comme Cive lors des années plus clémentes », se projette l’ingénieure.

Pour la seconde bande, l’équipe suivra la même logique, mais la plante choisie ne sera pas destinée à l’alimentation animale. Elle peut disposer d’une qualité nutritive inférieure et donc être récoltée plus tard. « Ce qui compte davantage pour cette bande, c’est que sa biomasse soit importante pour que le rendement du méthaniseur soit optimisé » précise Sophie Carton. Pour l’instant, la culture n’a pas été sélectionnée. « Le maïs est une très bonne Cive d’été, car elle peut produire beaucoup de biomasse mais la récolte peut être ratée à cause d’une sécheresse. Le sorgho est aussi intéressant : en manque d’eau il ne dépérit pas, il se met en dormance », argumente la cheffe de projets.

Dernier point d’étude : le digestat. Épandu, ce résidu peut émettre, en quantité plus ou moins importante selon les modes d’élevage, de l’ammoniac dans l’air. Le projet inclut la mesure de ses rejets et leur modélisation pour mieux les connaître. « L’objectif, c’est vraiment de mettre en place des systèmes optimisés au maximum par rapport à des objectifs de création de biomasse et de revenus, ainsi que de réduct ion d’impacts sur l’environnement. On ne prétend pas trouver la bonne recette tout de suite mais à chaque fois qu’on prendra une décision, il faudra que cela soit la meilleure possible compte tenu des contraintes actuelles, qu’elles soient écologiques ou techniques », conclut Sophie Carton.

*Sur dix hectares, sept systèmes de culture sont testés en bande afin d’évaluer leur durabilité. (Impacts sur l’eau, l’air, les sols)