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Principe et technologie utilisés

1- Le principe La méthanisation est un procédé de dégradation de la matière organique par une flore microbiologique en l’absence d’oxygène, on parle de « digestion anaérobie ». Les produits de cette digestion sont :
 du biogaz : majoritairement constitué de méthane (environ 60%, pour la composition moyenne du biogaz) ;
 un digestat (résidu de la méthanisation).

Les bactéries réalisant les réactions se trouvent à l’état naturel dans les lisiers, elles se développent naturellement en l’absence d’oxygène.

2- Valorisation possible Plusieurs utilisations du biogaz sont possibles :
 production de chaleur (chaudière)
 production d’électricité (moteur)
 cogénération : production d’électricité et de chaleur (solution la plus souvent choisie car plus rentable).

Le digestat peut quand à lui être valorisé en épandage.

3- Procédés de méthanisation

On peut voir sur la figure ci-dessous un exemple d’installation de méthanisation avec valorisation par cogénération.

Préfosse : c’est ici que l’on amène les substrats à traiter (réserve nécessaire car on a un fonctionnement discontinu du digesteur). Digesteur : grande cuve hermétique où va avoir lieu la méthanisation. La partie supérieure sert de réservoir de biogaz. Pour favoriser celle-ci, deux conditions sont nécessaires :
 le brassage de la cuve pour que les bactéries colonisent l’ensemble de la masse de substrat.
 le chauffage de la cuve (en moyenne à 37,5 °C) pour favoriser la fermentation.

Fosse de stockage : lieu où l’on stocke les digestats avant épandage (il est possible de récupérer encore un peu de biogaz). Unité de valorisation du biogaz : il s’agit ici d’une unité de cogénération produisant de l’électricité pouvant être revendue, et de la chaleur utilisée pour chauffer le digesteur et les bâtiments de la ferme.

4- Matière premières

Il s’agit d’un des points les plus sensibles de la gestion d’une installation au biogaz. Dans l’annexe 2 est disponible le potentiel méthanogène de différents substrats que l’on peut trouver en milieu agricole. On remarque que le potentiel est très différent selon les matières. Un seul type de substrat étant le plus souvent insuffisant à une méthanisation, on utilise des co-substrats (par exemple de la paille avec du fumier, etc..).

5- Avantage de la réutilisation des digestats dans l’épandage

 Diminution des odeurs du digestat et réduction des gènes pathogènes dans les déjections,
 Conservation de la valeur amendante,
 Amélioration de la valeur fertilisante

Possibilité d’une application à L’EARL Delefortrie

En accord avec ce que nous avons vu auparavant et les productions et besoins de la ferme, nous avons choisi de faire de la cogénération car elle permet d’utiliser la chaleur du moteur afin de chauffer le digesteur et les bâtiments de la ferme.

Investissement total

Installation de 30 kW électriques : 200 000 à 250 000 € (comprend : la construction des réservoirs – digesteurs, pré fosse et fosse de stockage– les pompes, les mixeurs, les canalisations, le cogénérateur, le raccordement au réseau, ..) Les subventions peuvent s’élever jusqu’à 60-75% de l’investissement. Pour notre étude nous allons considérer que l’investissement qui reste à faire de la part de l’agriculteur est de 100.000€.

Calcul du biogaz nécessaire pour un retour sur investissement en 8 ans

Revenu et biogaz à produire

Revenu = E * P(vente EDF) – CB – Pcog* E – rachat * E * P(rachat EDF) où :
 P(vente EDF) = prix auquel on vend l’électricité produite à EDF : 110 €
 P(rachat EDF) = prix moyen d’achat d’électricité à EDF : 10,5c/kWh
 E = Energie produite par l’unité de méthanisation.

Donc pour avoir un revenu de 10 000€ par an, il faut produire 165.7 MWh.

Or on considère que 1,5 kWh électrique correspond à l’utilisation de 1 m3 de biogaz (rendement du moteur d’environ 30%). Il faudrait donc : 165700/1,5 par an, soit 110000 m3 de biogaz par an.

La ferme dispose de 300t de fumier par an qui produisent environ 18000m3 de biogaz. , on est donc très loin du compte.

Même si on peut imaginer augmenter la récupération de fumier auprès des exploitations qui en ont trop, nous n’arriverons jamais au volume nécessaire de biogaz avec ce procédé.

On remarque que les résidus de céréales ont un pouvoir méthanogène très important (6 fois plus important que le fumier). Le problème est que cette ressource n’est disponible qu’à la période des moissons (seulement 2 ou 3 mois de l’année). Pour la méthanisation, on a besoin d’une ressource régulière en matière première. C’est pour cette raison que ce sont le plus souvent des élevages de bovins qui se munissent d’unités de méthanisation.

Cependant, on peut envisager plusieurs solutions :

1- une alliance entre différents agriculteurs : Il est alors important d’avoir au sein de cette alliance une part importante d’éleveurs qui fournissent l’apport nécessaire de fumier qui peut être mélangé lorsque cela est possible à la paille issue des cultures des autres agriculteurs.

 Intérêt pour les éleveurs :
— valorisation de leur fumier en électricité
 Intérêt pour les agriculteurs :
— valorisation de leur paille
— récupération de digestat très fertilisant

2- utilisation de co-substrats :
 Possibilité de récupérer des substrats extérieurs afin de compléter les besoins en substrats de l’unité de méthanisation
 redevance pour le traitement des déchets : de 20€/t (déchets destinés au compostage) à 100€/t (déchets destinés à l’incinération)

Sachant que la solution la plus intéressante est bien entendu un mélange des deux. Scénario possible

Il s’agit ici d’un simple scénario où l’on imagine que 10 fermes se regroupent pour le financement d’une unité de méthanisation. Dans ce cas, on suppose qu’il y a assez d’éleveurs parmi ces 10 fermes pour que le moteur tourne environ 8000 heures par an (fonctionnement optimal).

Investissement de chaque éleveur : 10 000€

D’après les calculs précédents :

Revenu = 8000*30 * 0.11 – 4000 – 0.015* 8000*30 – 0.1 * 8000*30 * 0.105=16280 €/an Revenu/agriculteur = 1628 €/an. On a donc alors un retour sur investissement en 6,1 ans. Il est à noter que l’on n’a pas pris en compte ici l’utilisation de co-substrats (difficile à chiffrer), mais cela aurait encore augmenté le revenu pour chaque agriculteur.