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Décryptages

La gestion de l’énergie dans une ferme de méthanisation

La ferme de Guernequay, à Moustoir Remungol, dans le Morbihan, a été en 2010 le premier élevage de porcs de Bretagne à produire du biogaz à partir de lisier animal et de matière végétale. En 2019, elle produit 10 fois plus d’énergie – électricité et chaleur - qu’elle n’en consomme et vise un rapport de 40 à 50 fois plus d’ici 2021. Le propriétaire, M. Jean-Marc Onno, a expliqué à Planète-énergies les atouts et les contraintes de la méthanisation agricole.

Un "post-digesteur" sur la ferme de Jean-Marc Onno, où s'effectue la dernière phase de la fermentation des matières organiques. ©J.M ONNO

Les matières organiques utilisées

La ferme de M. Onno dispose de trois types d’intrants qui, par fermentationLa fermentation est la transformation de certains composés organiques sous l'action d'enzymes sécrétées par des micro-organismes..., vont produire le biogazLe biogaz est l'un des produits de la méthanisation (digestion anaérobie) de déchets d’origine biologique... :

 

Le lisier

 

Communément appelé purin, il est constitué des déjections des quelque 3 500 porcs et porcelets présents sur l’exploitation. Le volume collecté est de 6 300 m3 par an (près de 18 mpar jour). 

 

Les végétaux

 

Des déchets agricoles et des végétaux provenant de cultures intermédiaires à vocation énergétique (CIVE) sur plusieurs exploitations alentour. Les CIVE (seigle, tournesol et avoine) sont récoltées entre deux cultures principales, qui sont dans l’exemple présent du blé et du maïs. Elles assurent un couvert végétal qui évite de  laisser le sol nu pendant l’interculture. Près de 3 500 tonnes par an sont stockées dans des silos (on parle d’ensilage). A noter qu’un « jus de silo » qui s’écoule est rajouté au lisier.

Jean-Marc Onno, éleveur de porcs, gère l'une des plus grandes fermes de méthanisation de Bretagne.

 

Les intrants agro-alimentaires (IAA)

 

Ce sont des graisses provenant de l’abattoir où sont tués les porcs de la ferme de Guernequay, ainsi que des huiles d’autres établissements dans un rayon de 10 km. Par an, 4 300 m3.

Le total de ces trois intrants se monte à 13 800 tonnes par an. Le lisier en constitue près de la moitié. Il a un faible pouvoir « méthanogène » puisqu’il ne contribue qu’à 7 % de la production de biogaz. Les ensilages CIVE et les intrants IAA, qui se partagent l’autre moitié, sont bien plus efficaces, mais le lisier apporte une stabilité biologique.

Ces intrants, mélangés en une phase liquide, sont versés de façon régulière dans le digesteur de 1 200 m3. Celui-ci est constitué d’une fosse de 6 mètres de profondeur dont la partie visible est couverte d’un toit en béton.


Image de droite: Jean-Marc Onno, éleveur de porcs, gère l'une des plus grandes fermes de méthanisationLa méthanisation (ou digestion anaérobie) est un processus naturel complexe de dégradation de la matière organique... de Bretagne. ©J-M Onno

Il faut un temps de séjour de 45 à 50 jours, dans le digesteur puis dans un second post-digesteur, à une température de 40 °C, pour que le carbone organique se transforme en gaz par fermentation en milieu anaérobieSe dit d'un organisme ou d'un micro-organisme ayant la capacité ou le besoin de vivre en l'absence d'air et donc d'oxygène libre. (à l’abri de l’oxygène). Sur un an, l’unité produit plus de 1 250 000 m3 de biogaz, constitué à 60 % de méthane (le gaz naturel) et à 40 % de CO2Dioxyde de carbone. Avec la vapeur d'eau, c’est le principal gaz à effet de serre (GES) de l'atmosphère terrestre....  Au fond des digesteurs, reste un digestatLe digestat est le nom donné au résidu solide issu de la méthanisation, composé de matière organique non dégradée et de minéraux... qui est stocké avant d’être utilisés comme engrais par épandage sur les champs environnants. Toujours sur un an, 13 700 m3 de digestat ont fertilisé 340 hectares de cultures, ce qui évite l’utilisation d’engrais chimiques.

 

 

La production de chaleur et d’électricité

Ce gaz alimente deux moteurs de cogénération La cogénération consiste à produire en même temps et grâce à la même installation de la chaleur (énergie thermique) et de l’électricité... de 130 et 220 kW. La ferme de Guernequay est de ce fait dans le haut de la gamme de la filière de méthanisation agricole française. Ces moteurs, de 3 à 4 mètres de long, produisent de l’électricité via un turbo-alternateur, avec une émission de chaleurAujourd'hui, en thermodynamique statistique, la chaleur désigne un transfert d'agitation thermique des particules composant la matière... qui est récupérée pour chauffer un réseau d’eau.

Via un circuit de tuyauteries de 2 km, la chaleur irrigue toute l’exploitation. Elle assure le chauffage du digesteur, des bâtiments d’élevage, de la maison et de quelques logements aménagés dans des dépendances. Elle alimente aussi deux unités de production : une champignonnière qui a été installée sur l’exploitation, avec des partenaires extérieurs, et une petite fabrique de spiruline, un complément alimentaire dont la fabrication exige une eau chauffée à 37 °C. La champignonnière emploie 20 salariés.

L’électricité est pour l’essentiel revendue au réseau. Elle est équivalente à l’alimentation de 500 maisons. Un complément est apporté par des panneaux photovoltaïquesUn panneau solaire photovoltaïque, ou module photovoltaïque, est un assemblage de cellules photovoltaïques reliées entre elles... installés sur les toitures. Elle est aussi revendue, sauf une petite partie en autoconsommation utilisée pour assurer le fonctionnement d’équipements.

Le tableau suivant donne le détail de la répartition de ces usages.

La rentabilité financière

Les revenus de la vente d’électricité se montent dans l’année à 575 000 euros (€). Le kWh est racheté par EDF à 21,5 c€/kWh, nettement plus que le tarif appliqué au kWh photovoltaïque.  Le tarif bénéficie en effet d’une prime « effluents d’élevage » qui récompense la dimension écologique du process (traitement des déchets, création d’un écosystème local, etc…). D’autre part, la chaleur est valorisée à l’extérieur (champignonnière) et permet de réduire les factures d’électricité de l’habitation et de l’élevage.

Les CIVE sont des « cultures intermédiaires à vocation énergétique » qui sont plantées entre deux cultures alimentaires principales.

Mais l’entretien de l’installation est lourd. Il faut 3 ou 4 heures de travail quotidien, avec une astreinte de contrôle 24 h sur 24, ce qui justifie un emploi à plein temps (40 000 €).  La maintenance des moteurs est estimée à 75 000 € en année de croisière. Les besoins de cette maintenance ont une conséquence surprenante : pendant quelque 250 heures par an, la production d’électricité est arrêtée et le gaz qui continue de se générer doit être brûlé dans une torchère…L’entretien des digesteurs, la production des CIVE, les assurances et les analyses biologiques rajoutent 115 000 €. La consommation d’électricité est de 175 000 kWh /an soit environ 20 000 €.

Le gain financier a permis d’amortir en 7 ans l’investissement initial d’environ 1 700 000 € (dont 280 000 € de subventions). Avec un bémol important : il faut réinvestir environ la moitié de l’investissement initial avant la 10eme année pour remplacer les moteurs et d’autres équipements.

Les perspectives d’avenir

La ferme de Guernequay a le projet de valoriser son biogaz en tant que biométhane utilisé comme gaz naturel véhicule (GNV). Mais il faut pour cela une unité de purification pour retirer le CO2 et de compression pour stocker le gaz en bouteilles. Le coût de l’investissement peu aller de 150 000 € à 1 million d’euros selon la technique et la taille de l’installation. Le méthane produit sera utilisé pour les engins agricoles ou des véhicules privés dans la région. La réalité de l’écosystème dans le territoire rural serait ainsi renforcée.

Le méthane pourrait aussi être réinjecté sur le réseau public. Le point d’accès à ce réseau n’est qu’à 6 km, ce qui peut permettre un raccordement par conduite (dans les autres cas, le gaz doit être porté par camions-citernes). Mais les conditions tarifaires lié au choix initial de cogénération ne sont pas suffisamment avantageuses dans le cas de la ferme de Gernequay pour rendre l’opération rentable.