L’unité de méthanisation de Saint-Astier fait le choix d’évaporer son digestat

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Article paru dans le Bioénergie International n°62 de l’été 2019

Le Gaec de la Redondie gère une exploitation agricole en polyculture et élevage sur la commune de Saint-Astier dans le département de la Dordogne. Sur la base d’une SAU de 280 ha, il produit des céréales et l’alimentation pour 400 bovins à viande. L’activité de l’exploitation est entièrement basée sur la production de viande de qualité, de vaches de race Blonde d’Aquitaine, élevées durant 2,5 à 6 ans, abattues localement et vendues en boucheries traditionnelles. En 2015, dans le cadre d’un partenariat, le Gaec a mis en service une unité de méthanisation de ses effluents agricoles pour produire de l’électricité verte, mais surtout pour solutionner toute une série de problèmes dont nous allons parler. Notons aussi que cette installation significative produisant de l’énergie renouvelable n’est pas la première sur la commune, puisqu’en 2011 la municipalité de Saint-Astier, 5 500 habitants, avait déjà mis en service un réseau de chaleur au bois de 1,6 km qui alimente 60 logements HLM, l’hôpital, le collège et son gymnase, la piscine municipale, le groupe scolaire et un établissement pour handicapés.

Une solution à de nombreuses problématiques

Les réflexions autour du projet de méthanisation ont été menées dès 2012 autour de plusieurs problèmes que rencontrait le Gaec de la Redondie mais aussi d’autres exploitations des environs :

• L’épandage malodorant de fumier et de lisier dans une zone périurbaine ;
• L’épandage du lisier bovin sur des sols filtrants et en pente ;
• Les contraintes de gestion de la grosse quantité de fumier générée par l’élevage du Gaec (3 000 t/an) ;
• L’important déficit en paille du Gaec (seulement 23 % des besoins couverts sur l’exploitation), renforcé d’année en année par les sécheresses et par la réticence croissante des céréaliers à exporter leur paille pour cause de déficit chronique de leurs sols en matière organique ;
• Les excédents de lactosérum de la fromagerie locale La Picandine.

Le projet de méthanisation est porté par la Sarl Vallée de l’Isle Énergie (VIE) qui regroupe les cinq associés du Gaec de la Redondie et plus marginalement la coopérative agricole SCAR.

En parallèle, les associés du Gaec ont conclu des accords d’échanges avec d’autres exploitants agricoles, pour valoriser du lisier de canard, mais aussi pour récupérer de la paille. Ce sont ainsi 1 000 tonnes de paille pour les litières de l’élevage qui sont échangées chaque année contre du digestat. Elles viennent s’ajouter aux 300 tonnes produites sur l’exploitation. Chaque tonne de paille donne droit à une tonne de digestat solide transporté par la Sarl. C’est le Gaec qui presse la paille derrière les moissonneuses et qui transporte. Cet arrangement gagnant-gagnant permet de récupérer toute la paille nécessaire à un coût très raisonnable.

Les travaux de construction des installations ont duré un an et l’unité de cogénération a été mise en service en septembre 2015. L’investissement se monte à 2,5 millions d’euros, couvert à 40 % par une aide à l’investissement du conseil régional et de l’Ademe.

L’exploitation agricole de la Redondie

Le Gaec cultive une centaine d’hectares de céréales et 120 ha de maïs-grain, des surfaces qui peuvent laisser la place, une année sur deux, à des cultures intermédiaires d’hiver comme le sorgho. L’exploitation compte également 50 ha de prairies permanentes exploitées à 100 % en foin.

Les 10 000  tonnes d’intrants annuels :

• 3 000 tonnes de fumier pailleux de bovin à 45 % de MS,
• 1 500 m³ de lisier bovin,
• 1 250 m³ de lisier de palmipèdes d’une exploitation voisine,
• 1 400 tonnes de graisses de flottaison de restauration et d’abattoir,
• 750 tonnes de poussières de céréales de la SCAR,
• 550 tonnes de CIVE,
• 100 tonnes de contenus de panses en provenance d’abattoir,
• 625 m³ de lactosérum de la fromagerie de Saint-Astier,
• de la terre de filtration gorgée d’huile,
• et un complément d’eau de pluie si besoin.

La production de biogaz

La partie méthanisation a été construite et mise en service par AEB Méthafrance, une entreprise alors en grandes difficultés, laissant l’exploitant seul pour le démarrage de sa nouvelle activité.

Les équipements de méthanisation comportent :

• Une plateforme de 2 000 m² située à 300 m de la ferme d’élevage. Située sur un dénivelé naturel, la pente a été mise à profit pour réaliser des transferts le plus possible par gravité afin d’économiser de l’électricité,
• Un silo non couvert de 1 000 m² pour les intrants solides,
• Une fosse à eau de pluie de 250 m³,
• Deux fosses chauffées de 60 m³ pour accueillir les graisses,
• Une préfosse d’hydrolyse chauffée de 120 m³ avec un brasseur vertical à deux hélices, dont il est nécessaire de vider manuellement le piège à cailloux trois fois par an. La préfosse est par ailleurs ventilée en permanence à 250 m³/h et l’air de sortie passe dans un biofiltre avant rejet.
• Un digesteur de 2 400 m³, équipé d’un système de chauffage mais qui n’est pas utilisé,
• Une cuve de stockage découverte de 1 000 m³ pour le digestat liquide,
• Un hangar de préparation et de stockage du digestat solide de 2 000 m²,
• Un séparateur de phase à vis FAN,
• Une unité de concentration du digestat liquide K-Révert.

Dans son processus, l’installation ne dispose pas de broyeur, le mélange se faisant bien même en présence de paille abondante dans le fumier. Toutes les fosses communiquent entre elles, ce qui apporte une grande souplesse de gestion des circulations de produits, comme la recirculation quotidienne de 100 m³ de digestat par jour vers le digesteur.

La maintenance des installations de méthanisation est réalisée en interne ou ponctuellement par l’entreprise ENER 24, filiale du groupe breton Legendre, le groupe qui avait racheté AEB Méthafrance début 2013.

Pour l’ensemble de ses équipements électriques et électroniques, en méthanisation comme en photovoltaïque, la Sarl VIE a souscrit un contrat de maintenance préventive auprès de la société IMAP basée à Yffiniac.

La production d’énergies

Le moteur de cogénération de 250 kWé a été fourni et installé par 2G Energie. Il permet de produire et de vendre, en consommant les 100 m³ de biogaz produits chaque heure, 2 GWh d’électricité chaque année à EDF, ce qui représente la consommation électrique de 425 foyers. La chaleur récupérée sur le moteur permet de préchauffer les intrants à méthaniser mais surtout, et nous le verrons en détail, à concentrer le digestat liquide par évaporation de l’eau.

Pour la maintenance de l’installation de cogénération, Guy Debregeas et ses associés ont souscrit un contrat toutes options auprès de 2G Energie : pour 4,5 € par heure de fonctionnement, 2G Energie assure toute la maintenance hors vidanges, tous les dépannages et la remise à neuf au terme des 60 000 heures du contrat. Au moment de notre visite, le 24 avril 2019, le compteur du moteur MAN-2G affichait plus de 30 000 heures de fonctionnement. Pour Guy Debregeas, cette assurance tous risques sur une partie clé de l’installation, est un gage de maîtrise du risque et donc de sérénité. Ceci qui lui permet de rester concentré sur son cœur de métier, la production de viande bovine de qualité dont la commercialisation bête par bête demande beaucoup d’investissement en temps.

La partie agronomique, autre élément clé du projet

Pour éviter d’épandre du liquide sur des sols filtrants, mais aussi pour tenir compte de l’éloignement des exploitations céréalières situées à 50 km, la totalité du digestat passe ainsi au séparateur de phase. Les 10 000 tonnes d’intrants donnent ainsi 3 000 tonnes de digestat solide à 25 % de MS plus 5 000 tonnes de digestat liquide à 10 % de MS. Les deux tiers du digestat liquide sont ensuite concentrés pour obtenir 1 000 tonnes de boue qui sont mélangées au digestat solide pour former un produit dense (0,8 à 0,9 de densité), facile à transporter. Ce sont ainsi 4 000 tonnes de digestat solide qui sont épandues chaque année sur les terres du Gaec et sur celles des céréaliers partenaires.

Le retour du digestat sur les cultures est assuré par la Cuma Méthagro, une structure coopérative créée par les associés du GAEC. La Cuma a investi dans un épandeur et un chargeur télescopique. Elle facture 5 € par tonne épandue. Le transport est à la charge de la Sarl VIE qui le réalise par bennes routières de 22 tonnes.

L’évaporation du digestat liquide présente également un intérêt agronomique puisque l’évaporation de l’eau entraîne avec elle du sulfate d’ammonium pour former une eau azotée. Parallèlement, la concentration de la partie solide du digestat liquide concentre la potasse. Donc, le mélange de digestat solide riche en phosphore au concentrât de digestat liquide riche en potasse génère ainsi un produit équilibré agronomiquement fort apprécié des céréaliers.

Données de l’épandage du digestat solide + concentrât
Contenu moyen en phosphore	8 kg par tonne
Contenu moyen en potassium	10 kg par tonne
Contenu moyen en azote	12 kg par tonne
Dosage pour cultures de céréales	6 tonnes par hectare

Les apports de digestat solide + concentrât correspondent à une demi-formule d’amendement pour la culture de céréales, ce qui permet aux bénéficiaires de réduire de moitié leurs achats d’engrais de synthèse.

Données de l’épandage du digestat liquide
Contenu moyen en phosphore	3 kg par tonne
Contenu moyen en potassium	4 kg par tonne
Contenu moyen en azote	5 kg par tonne
Dosage pour cultures de céréales	50 tonnes par hectare

Le reliquat de digestat liquide est apporté uniquement sur certaines terres argileuses du Gaec, sur prairies ou lors des mises en culture, voire sur chaumes avant labour.

La concentration du digestat liquide

L’évaporation se fait chaque nuit dans une installation fournie par la société K-Révert qui consomme 50 % de la chaleur récupérée sur le moteur.

Le processus a lieu dans deux cuves sous vide de 5 m³ chacune où le digestat liquide va subir une évaporation durant douze heures, durant lesquelles les 10 m³ vont se concentrer en 2 m³. Le démarrage du processus se fait à l’eau distillée, de l’eau récupérée la nuit précédente de l’évaporateur, puis l’eau est remplacée par du digestat.

Chauffée à moins de 60 °C par la chaleur en provenance du moteur, des conditions thermodynamiques qui évitent de modifier le digestat, une bonne partie de l’eau du digestat s’évapore, emmenant avec elle l’azote ammoniacal dissout. L’eau azotée qui s’évapore est condensée au contact d’un fluide frigorigène, ce qui permet d’en produire 1 000 tonnes par an avec une concentration d’azote de 3 kg par tonne.

Le concentrât, produit visqueux qui fige en refroidissant, est ensuite mélangé au digestat solide pour former un produit solide à plus de 25 % de MS. En pratique à Saint-Astier, en sortie de processus, le concentrât rejoint le digestat solide qui est produit 24 h/24 et qui est stocké dans une benne mélangeuse en attendant la nuit. En fin de nuit lorsque les cuves K-Révert sont vides, la benne mélange les deux produits et les déverse dans le hall de stockage ou directement dans l’épandeur.

Ensuite pour nettoyer les cuves pour le lendemain, celles-ci sont remplies automatiquement par l’eau d’évaporation, qui attendra le soir suivant pour laisser de nouveau la place au digestat liquide. L’équipement est vidangé complètement et nettoyé au jet à l’intérieur une fois par semaine.

L’eau azotée est valorisée par le Gaec en mélange avec l’eau d’irrigation de 60 ha de maïs. Mais les associés rencontrent jusqu’à ce jour un problème technique : cette eau présente un pH de 10, et mélangée à l’eau de la rivière qui elle est à pH 7, le mélange génère une précipitation de sels bouchant les jets d’arrosage !

L’une des idées pour solutionner ce problème serait peut-être de neutraliser l’eau azotée en y intégrant les gaz acides de l’échappement moteur, mais en attendant toutes les expériences sont bonnes à connaître et Guy est ouvert aux conseils des uns et des autres.

Le digestat solide enrichi en potasse est quant à lui épandu dans le cadre d’un plan d’épandage établit sur 700 ha. Mais en pratique les 6 000 tonnes annuelles sont épandues sur 200 ha du Gaec et 150 ha chez les céréaliers partenaires.

Bilan à 30 000 heures : tous les objectifs atteints !

Cette unité de méthanisation savamment conçue pour répondre aux attentes de l’ensemble des partenaires impliqués confirme les attentes de chacun.

Le Gaec de la Redondie et l’éleveur voisin de canards ont résolu leur problème d’épandage, tant en matière de pollution que d’odeurs pour le voisinage. L’export chaque semaine du fumier du Gaec vers la méthanisation a rationalisé ce poste de travail, tout en évitant une mise aux normes coûteuse et non productive en installations de stockage. Donc plus besoin de stocker chaque semaine les 60 tonnes de fumier évacués de l’élevage vers la méthanisation et fini les « campagnes de fumier ».

L’échange de paille contre digestat permet au Gaec d’avoir accès à moindres frais à 1 000 tonnes de paille supplémentaires par an chez ses partenaires céréaliers, et donc de pailler abondamment ses bêtes pour produire une viande parfaitement propre avant abattage, une garantie de non contamination lors de la découpe.

Les équipements de séparation de phase et de concentration permettent de produire un digestat solide enrichi et équilibré pour les cultures du Gaec et pour celles des céréaliers qui du coup n’hésitent plus à exporter leur paille. Le digestat solide apporte de plus une matière organique beaucoup plus stable et donc pérenne que la paille en décomposition.

Enfin, le Gaec a consolidé son activité de base tout en créant un emploi pour gérer l’activité de méthanisation.

Contacts :

• Vallée de l’Isle Énergie : Guy Debregeas / +33 553 458 179 – sarl.bva@wanadoo.fr – lafermederedondie.fr
• Fournisseur méthanisation :
 www.legendre-energie.com
• Maintenance méthanisation : www.ener24.com
• Fourniture et maintenance cogénération : 2G Energie Tél. : +33 223 278 666 – info@2-g.fr – www.2-g.com/fr
• Maintenance électrique et électronique : 
www.groupe-api.fr
• Incorporateur intrants solides : www.siloking.com
• Pompes méthanisation : +33 388 515 468 – info@borger.fr – www.boerger.com
• Séparateur de phase :
 Fan Separator – www.fan-separator.de
  • France Sud-Ouest : Hervé Lebigre
 / +33 648 907 692 – h.lebigre@bauer-at.com
  • France Ouest : Maarten Tromp
 / +33 648 305 448 – m.tromp@bauer-at.com
  • France Est : Florian Lutz
 / +33 607 215 358 – f.lutz@bauer-at.com
• Sécurité biogaz : Erwin Köberle / +49 7375 95038-0 – info@biogaskontor.de – www.biogaskontor.de
• Analyseur de biogaz : +33 388 68 15 15 – sewerin@sewerin.fr – www.sewerin.fr
• Traitement H2S à l’oxyde de fer : www.ovive.fr
• Evapo-concentration : K-Révert, Julien Brochier
 / +33 474 433 022 – julien.brochier@k-revert.fr – www.k-revert.fr
• Remorque fumier-digestat solide : www.remorquerolland.com
• Épandeur à digestat solide : www.machines.agricoles.sodimac.fr

Frédéric Douard, en reportage à Saint-Astier