Électricité & spiruline, Métha Ternois créé de la richesse avec les biodéchets

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Article paru dans le Bioénergie International n°40 de décembre 2015.

Unité Métha Ternois dans le Pas-de-Calais, cogénération avec production de spiruline, photo F. Douard

La SAS Métha Ternois regroupe six exploitations agricoles de la région de Saint-Pol-sur-Ternoise en Artois, répartie sur 4 communes. Elle a pour but d’apporter de la valeur ajoutée aux fumiers et lisiers de ses éleveurs dont le cheptel global se monte à 600 vaches laitières, 1000 bovins et quelques milliers de poulets de chair. Ces agriculteurs, qui ne se connaissaient pas avant le projet, se sont rencontrés en 2012 lors d’une réunion du plan Climagri contre les émissions de gaz à effet de serre.

Denis Hernu à gauche, responsable de la conduite de la méthanisation chez Métha Ternois, et Claude Pruvot de AES Dana, photo Frédéric Douard

Le projet, qui a été mis en service le 23 juin 2015, a demandé 2 ans de démarches administratives et 15 mois de travaux. En plus des effluents d’élevages, il a aussi comme objectif de récupérer une partie des biodéchets des industries agroalimentaires, nombreuses dans le département du Pas-de-Calais, et qui jusque-là étaient exportées à grands frais vers la Belgique. La base du projet est donc de produire du biogaz, pour produire de l’électricité verte, et de récupérer les digestats pour remplacer au maximum les engrais chimiques sur les exploitations.

Livraison de lisier de bovin par l’un des associés de Métha Ternois, photo Frédéric Douard

La gestion en commun des effluents a aussi pour but de favoriser une synergie entre les éleveurs, les céréaliers et les producteurs de légumes industriels de la SAS afin de décharger ceux qui ont trop d’azote au profit de ceux qui en manquent. Enfin, le projet a permis aux éleveurs d’éviter des mises aux normes coûteuses et non productives de leurs installations de stockage d’effluents.

Une stratégie mûrement réfléchie

Après des investigations non concluantes pour une implantation dans le village de Valhuon, pour valoriser la chaleur de cogénération dans un réseau de chauffage collectif, le projet, a finalement été réalisé sur des terres agricoles en dehors du village. Valhuon se situe territorialement au centre des sites d’approvisionnement et d’épandage des 6 exploitations, soit 1200 ha. e site a été choisi a proximité des réseaux d’électricité et de gaz car le groupement ne voulait pas s’interdire un jour d’injecter du biométhane. Mais du coup, la question de la valorisation de la chaleur se posait alors puisqu’aucun besoin n’existait au milieu des champs.

L’accès au site de Métha Ternois avec passage sur le pout-bascule, photo Frédéric Douard

C’est là que la réflexion a guidé nos agriculteurs vers la culture de spiruline. Cette algue tropicale d’eaux saumâtres a en effet la propriété de produire des protéines, des vitamines et des oligo-éléments en grande quantité pour peu qu’elle dispose d’eau salée, de chaleur, d’azote et de CO2 bien entendu.

Les intrants à Valhuon

L’herbe de betteraves est une composante de la ration, photo Frédéric Douard

Les associés ont de suite cherché à diversifier au maximum les sources de biomasses pour éviter les risques à venir sur l’évolution des disponibilités. Ces matières représentent aujourd’hui 10000 tonnes par an réparties comme suit : 2000 tonnes de fumiers, 4500 tonnes de lisier bovin et porcin, et le reste en déchets d’ensilage, déchets verts, issues de céréales, sous-produits agro-alimentaires comme l’herbe de betteraves ou autrement dit les restes de verdure sur les betteraves et les ratés agroalimentaires (Pommes de terre, pain de mie, lait en poudre ou sucres). Une telle variété de produits, a par contre demandé aux porteurs du projet de mettre en place des outils de gestion et de suivi particulièrement fins et réactifs.

Les infrastructures et les équipements hors production de spiruline

Régulateur de pression Biogaskontor sur le digesteur de Métha Ternois, photo Frédéric Douard

Les ouvrages

• Quatre silos en béton pour le stockage des matières solides entrantes, le tout couvert d’une toiture en charpente métallique de 384 m²,
• Une fosse en béton banché de 254 m³ utiles pour la réception et le stockage des effluents liquides entrants,
• Un digesteur et un post-digesteur Wolf System de 1815 m³ réalisés en béton banché équipés de double membranes,
• Un stockage du digestat liquide de 2945 m³,
• Un local technique entre les fosses avec le ring de pompage,
• 1000 m² de dalle extérieure en béton pour l’incorporation des substrats, le stockage du digestat solide, ….
• Un local électrique de 21,60 m² et un local chaufferie,
• Un forage d’eau,
• Une fosse réalisée en béton banché de 240 m³ pour la défense incendie,
• Un bureau / atelier de 95 m² chauffé avec le moteur.

Les équipements

L’armoire de commande du cogénérateur SCHNELL, photo Frédéric Douard

• Un pont bascule Précia Molen pour la pesée des substrats entrants et sortants,
• Une trémie d’incorporation des matières fermentescibles Trioliet d’une capacité de 26 tonnes jour pour un apport de 12 tonnes par jour,
• Un broyeur Vogelsang RG 58,
• Des hublots et régulateurs de pression Biogaskontor
• Un séparateur de phase Bauer,
• Trois agitateurs Suma par digesteur,
• Une pompe à lobes Vogelsang de 11 kW disposée sur un ring de pompage permettant la circulation des flux (lisiers et digestat) sur l’ensemble de l’installation
• Un moteur de cogénération Schnell couplé à une génératrice de 250 kWé,
• Une chaudière Buderus de 500 kW assurant l’appoint et le secours du système de chauffage derrière la cogénératrice, et assurant le cas échéant la destruction du surplus de biogaz,
• Une installation de chauffage du digesteur AES Dana,
• Un transformateur à pertes réduites EcoDesign de 630 kVA en 20 kV,
• Une supervision AES Dana.

Hublots de contrôle Biogaskontor sur le digesteur de Métha Ternois, photo Frédéric Douard

La méthanisation

L’activité de la SAS fait intervenir l’ensemble des associés, chacun dans un domaine précis de compétences, soit au total 14 personnes. C’est Denis Hernu et Benoit Boudailler qui sont en charge de l’alimentation de l’incorporateur, du nettoyage, de la réception des matières. Ils y passent 1h30 tous les matins, sauf les weekends où ils sont remplacés alternativement par les autres membres du collectifs ; ce sont les seuls à être indemnisés de leurs temps.

L’incorporateur et son broyeur chez Métha Ternois, photo Frédéric Douard

Le poids dans l’incorporateur comme toutes les autres données sont enregistrées et surveillées à distance, photo Frédéric Douard

Après mélange et broyage, les matières sont digérées durant 60 jours à 44°C, puis passent en post digestion durant 60 jours. Les deux digesteurs sont strictement identiques et les connexions ont été prévues pour que le post-digesteur puisse prendre le relais du digesteur en cas de problème sur celui-ci. Ensuite, le digestat est stocké environ 180 jours avant épandage.

Le système de chauffage des digesteurs a été réalisé par AES Dana avec une technologie unique. Celle-ci évite tout colmatage des zones de chauffage et leur perte d’efficacité dans le temps, et ceci pour une raison simple : il n’y a pas de zone de chauffage dans le digesteur. AES Dana a tout simplement reproduit un circuit de chauffage, tel ceux que l’on trouve dans les sous-stations de réseau de chaleur : le réseau d’eau chaude arrive du moteur et/ou de la chaudière, vient délivrer sa chaleur dans un échangeur, en l’occurrence ici de gros tubes en inox où circule le digestat et parcourus en leur milieu par le circuit primaire d’eau chaude à contre-courant. Le digestat ainsi réchauffé est renvoyé dans le digesteur selon les mêmes règles hydrauliques que celles d’une chaudière, avec des bouteilles de mélanges, différents circuits et des vannes motorisées.

Circuit de chauffage du digestat fabriqué par AES Dana pour Métha Ternois, photo Frédéric Douard

Côté biologie, Métha Ternois a fait un choix également assez unique : il s’est adjoint les services d’un nutritionniste de chez Innolab. Celui-ci travaille sur une base régulière d’analyses et conseille sur la conduite à tenir. Cette prestation, qui coûte de 3 à 7000 € par an, est rapidement amortie. Pour preuve, au bout de quelques semaines, l’installation donnait déjà largement satisfaction avec une très bonne production de biogaz qui se profile autour des 966 000 Nm³ dès la première année.

La cogénération

Le biogaz du digesteur et du post-digesteur est désulfurisé, condensé naturellement puis filtré au charbon actif,, avant d’être valorisé dans le moteur de cogénération qui développe 250 kWé et 247 KWth. La chaleur alimente le système de chauffage du digestat et les serres à spiruline. La production annuelle est de 2 GWhé et 2 GWhth sur 8400 h.

Le conteneur de cogénération Schnell, photo Frédéric Douard

Le moteur de cogénération Schnell, photo Frédéric Douard

La chaudière d’appoint à biogaz pour le chauffage des bassins de spiruline, photo Frédéric Douard

La bonne nouvelle aujourd’hui à Valhuon est que le moteur produit plus que prévu, avec un rendement de 46% voire un peu plus. Il s’agit d’un moteur Schnell M6R20.1 de 11,7 litres de cylindrée, à 6 cylindres en ligne. Sa consommation est conforme aux indications du constructeur, voire un peu moins, avec 100 m³/h pour un biogaz qui oscille entre 51,5 et 56% de CH4, un taux qui devrait encore monter grâce aux optimisations en cours côté méthanisation.

Pour l’entretien de son moteur, Métha Ternois a souscrit un contrat toutes options comprises avec Schnell Motoren, et ce pour un coût de 4 € par heure de fonctionnement. Ce contrat qui est assuré par une entreprise locale partenaire de Schnell est motivant aussi bien pour l’exploitant que pour le motoriste, chacun ayant intérêt à ce qu’il fonctionne le plus de temps possible.

Une chaudière de 500 kW a été installé pour suppléer le moteur en cas de problème ou durant les arrêts techniques. Elle est équipée d’un brûleur Weisshaupt calibré pour le biogaz. La chaudière fait également office de torchère en cas de surplus de biogaz.

Le digestat

L’épandage des digestats est sous-traité à des entreprises spécialisées, ici avec un Terragator, photo AES Dana

L’épandage est sous-traité à des entreprises spécialisées qui disposent des équipements les plus performants comme des enfouisseurs à disques avec débit proportionnel à l’avancement ou encore des rampes à sabots qui permettent d’écarter les feuilles des jeunes céréales et de doser finement le digestat liquide à leur pied, évitant ainsi d’en mettre sur les feuilles et d’en perdre par volatilité. Les épandages ont globalement lieu trois fois par an : en automne pour les semis de colza, en deux fois, avec un automoteur à pneus basse pression équipé de télégonflage pour le respect des sols, et sur les engrais verts avec des tracteurs classiques, puis en février-mars pour les céréales, également en deux fois. Les doses sont de 15 à 20 t/ha pour les céréales et de 15 à 30 tonnes pour le colza.

Pour l’épandage sur les terres les plus éloignées (max. 15 km), le digestat est déshydraté à 30% de MS avec le séparateur de phase. À cette siccité, il peut servir également de litière. La déshydratation sert également à vider une partie du stock lorsque celui est plein, en attendant la période d’épandage.

Le séparateur de phase de Métha Ternois, photo Frédéric Douard

Notons enfin que 200 kg de digestat sont réinjectés chaque jour en début de circuit pour ensemencer les substrats frais.

La production de spiruline

La spiruline est un complément alimentaire à très grande valeur nutritive. Sa consommation dans l’alimentation humaine est en pleine croissance alors qu’il n’existe que quelques dizaines de producteurs en France. L’opportunité de ce marché est donc bien réelle d’autant que les cours sont au plus haut du fait d’une offre faible.

Les serres de culture de la spiruline et la chaufferie à biogaz de Métha Ternois, photo Frédéric Douard

Sa productivité peut atteindre 220 fois sa masse initiale par jour suivant le niveau de photosynthèse. Pour un développement optimal, sa production est réalisée sous serre tunnel dans des bassins étanches et maintenus à une température subtropicale constante de 36°C par la chaleur du module de cogénération. Pour la nourrir, il suffit de diluer régulièrement de l’urée et du bicarbonate de soude dans les bassins. Ensuite, elle ne fait l’objet d’aucune autre transformation qu’une centrifugation, un séchage à basse température et une mise en sac.

Les bassins de culture de la spiruline chez Métha Ternois, photo Frédéric Douard

Notons enfin que l’on peut améliorer sensiblement sa productivité en la dopant en CO2. C’est le projet que va mettre en œuvre l’algoculteur de Métha Ternois, Loïc Anselin, dès l’arrivée du second moteur de cogénération en 2016. Le CO2 du moteur sera récupéré et mis à disposition des micro-algues… une affaire à suivre !

Quelques données économiques

Les investissements représentent 2,2 millions €. Le temps de retour brut prévu sur la base de la vente d’électricité actuellement facturée est de 8 ans. Cette recette est de 36500 € par mois sur une base 178 MWh par mois au tarif actuel de 20,5 c€/kWh (y compris primes effluents et valorisation > 70%). Notons que les tarifs revalorisés le 30 octobre 2015 n’apporteront pas grand chose de plus, les nouveaux contrats devraient juste permettre d’augmenter cette rémunération de 0,3 c€/kWh, soit 535 € de plus par mois.

Loïc Anselin, l’algoculteur de Métha Ternois, photo Frédéric Douard

Mais nos associés avaient vu grand et avaient dimensionné les installations de méthanisation pour passer plus de produit. Ils ont ainsi attendu de constater que la biologie fonctionnait bien, que le moteur donnait toute la puissance prévue, et là ils viennent de commander leur deuxième moteur Schnell, lequel est prévu pour avril 2016. Ceci devrait abaisser leur temps de retour à 6 ans, hors spiruline. Et comme ces moteurs s’avèrent finalement très économes en biogaz, avec une optimisation poussée de la méthanisation, les associés ne s’interdisent pas par la suite d’installer un troisième moteur.

Les trois cuves de digestion et stockage à Valhuon, photo Frédéric Douard

Concernant la spiruline, les investissements se montent à 270 000 € : il s’agit en particulier de 2 x 280 m² de bassins sous 2 x 500 m² de serres chauffée à 30°C. Un laboratoire de récolte, séchage et conditionnement en salle blanche, plus une pépinière font aussi partie de ces investissements. Ils ont été financés par une avance remboursable de la BPI. Par contre cette activité très spécifique a exigé l’embauche d’un spécialiste du sujet, et donc un salaire à financer, le seul réel nouveau salaire dans le cadre du projet global.

L’installation hydraulique de la serre à spiruline, réalisée par AES Dana, photo Frédéric Douard

Il est aujourd’hui trop tôt pour imaginer précisément quelle sera la rentabilité de cette activité qui a tout juste commencé en septembre 2015, mais la production envisagée est de 1400 kg par an. La seule chose que l’ont puisse dire sans risquer de se tromper beaucoup, c’est qu’au vu des cours actuels du marché qui sont compris entre 120 et 220 €/kg, l’activité est prometteuse, et l’atelier est déjà en rupture de matière !

AES Dana, un partenaire très dynamique de la méthanisation française

Tout comme l’unité de méthanisation Agri Flandres Energie que nous présentions dans notre magazine n°37 de mai-juin 2015, Métha Ternois a eu recours aux services d’AES Dana, une entreprise spécialisée dans la conception, la maintenance et l’exploitation d’installations industrielles depuis 15 ans.

Claude Pruvot, responsable du secteur Energie chez AES Dana, dans le poste de commandes de Métha Ternois, photo Frédéric Douard

Spécialisée en électricité industrielle et tertiaire, téléphonie, informatique, collecte & traitement de données et gestion à distance, elle s’est lancée sur le marché des énergies renouvelables il y a quelques années, au départ avec le photovoltaïque et surtout l’éolien très présent dans la région. Et puis, forte aussi d’une longue expérience en stations d’épuration des eaux, également très nombreuses dans la région, elle n’a eu aucun mal à mettre en valeur ses atouts lorsque le plan national méthanisation a été lancé et que les projets ont commencé à fleurir au nord de la Seine.

Echangeurs eau chaude et digestat pour le chauffage du digesteur, réalisés par AES Dana chez Métha Ternois, photo Frédéric Douard

Aujourd’hui, avec une douzaine de projets réalisés et suivis en moins de trois ans, l’entreprise, qui compte pour l’instant 50 salariés, est devenue une référence en industrie de la méthanisation.

AES Dana accompagne les porteurs de projets à chaque étape administrative, technique et financière. Elle propose ainsi de réaliser le pré-diagnostic, la totalité des dimensionnements, la recherche de gisements, la construction complète de l’unité, sa mise en service, son suivi biologique et sa maintenance, tant en voies liquides que sèches.

Et l’entreprise fabrique de nombreux d’éléments dont elle a besoin. À Valhuon, elle a fabriqué toute la partie hydraulique de chauffage du digestat, ainsi que les agitateurs et les panneaux d’égouttage en inox pour la récolte de la spiruline. Elle s’efforce aussi d’animer des synergies inter-entreprises locales françaises afin de développer des matériels spécifiques fiables liés à la filière biogaz.

Roue à aubes du bassin à spiruline de Métha Ternois et fabriquée par AES Dana, photo Frédéric Douard

Enfin, l’entreprise a l’ambition de rayonner hors de sa région d’origine et elle a formé pour cela un réseau de confrères qui a d’ores-et-déjà la capacité d’intervenir sur l’ensemble des territoires français et belge. Car la devise de l’entreprise est d’être disponible 24h/24 et de ne s’engager que si on a la capacité de dépanner à distance ou physiquement dans les quatre heures. Il fallait donc pour cela plus de monde bien réparti sur le territoire, c’est en passe de se réaliser avec des entreprises spécialisées telles que GR Energie à Merdrignac dans les Côtes d’Armor représentée par Samuel Recourse, et d’autres en régions Centre et Est.

Contacts :

• Sas Métha Ternois : +33 321 41 53 57 / +33 619 32 61 43 – methaternois@orange.fr
• Conception, installation, exploitation & maintenance : Claude Pruvot – Tél. +33 321 50 82 30 – claude.pruvot@aesdana.com – 62223 Saint-Laurent-Blangy – www.aesdana.com
• Cogénération : Bernhard Pfefferle, responsable France de SCHNELL Motoren – Tél. +33 6 25 35 15 20 – b.pfefferle@schnellmotor.fr – www.schnellmotor.de
• Cuves béton : www.wolfsystem.fr
• Trémie d’incorporation : www.trioliet.fr
• Pont bascule : www.preciamolen.com
• Pompes et broyeur d’intrants : www.vogelsang.info
• Sécurité et surveillance biogaz : www.biogaskontor.de
• Agitateurs : www.suma.de
• Séparation de phase : www.bauer-at.com
• Suivi biologique : www.innolab.be
• Véhicules de transport d’intrants liquide et d’épandage : www.pichonindustries.fr et www.vredo.com

Frédéric Douard, en reportage à Valhuon