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La méthanisation du fumier de cheval

Niveau de technicité : 

Auteurs : P. Doligez

Mars 2015

 

"La méthanisation constitue une réponse technique aux grands défis environnementaux, en particulier pour le secteur agricole." (ADEME, 2013).
En récupérant le biogaz des déchets organiques, elle réduit directement l’émission de gaz à effet de serre dans l’atmosphère. Elle produit dans le même temps une énergie renouvelable utilisable pour générer de la chaleur et/ou de l’électricité.
C'est une solution pour le recyclage et la valorisation des déchets organiques des exploitations agricoles mais également des collectivités ou des industries agroalimentaires.
Les projets peuvent être de nature collective ou individuelle. Les structures sont dimensionnées pour produire de 30 kW à 250 kW d'électricité par an". (ADEME, 2013)

Processus chimique

La méthanisation est un procédé anaérobie (sans oxygène) et à l'abri de la lumière qui permet de produire des énergies renouvelables: électricité, chaleur, bio-méthane à partir de matières organiques fermentescibles grâce à l'action combinée de micro-organismes en milieu tiède ou chaud (35-42°C).
La dégradation par fermentation aboutit à la production :

  • de biogaz: principalement constitué de méthane (CH4), de dioxyde de carbone (CO2)
  • d'un digestat:(matière solide finale sortant du méthaniseur) riche en éléments fertilisants. Il est souvent ensuite composté et/ou épandu sur des surfaces agricoles comme amendement organique.
     
  • d'autres gaz peuvent venir s'ajouter de façon minoritaire dans la composition du biogaz : hydrogène, sulfure d'hydrogène ou hydrogène sulfuré (H2S). La teneur de ces gaz dépend étroitement du déchet traité et du degré d'avancement de la méthanisation.

Utilisation du biogaz

Le biogaz peut être utilisé soit en l’état, soit sous forme de chaleur (chauffage d'habitations, bâtiments agricoles, surfaces industriels, séchoir à foin…) ou pour la production d’électricité grâce à un cogénérateur. D'autres utilisations sont en cours de développement comme l'injection dans le réseau de gaz naturel (après purification) ou la production de carburant pour les véhicules.(ADEME 2013)

  

Nature des déchets valorisés (ADEME 2013)


Toutes les matières organiques fraîches et non lignifiés (bois) peuvent être méthanisées. Cependant tous les substrats n'ont pas le même potentiel méthanogène. Le mélange de différents substrats est nécessaire pour garantir un rendement économique au processus de méthanisation. Ainsi il est conseillé de mélanger des effluents d'élevage (fumier, lisier) à faible potentiel méthanogène avec des résidus de cultures végétales (ensilage, drèches, menue-paille) et/ou des déchets d’industries agroalimentaires (à bon pouvoir méthanogène).

 

 

Tableau 1 : déchets valorisables par la méthanisation (ADEME 2013)
Biomasse utilisable pour la méthanisation Biomasse non utilisable
Produits agricoles : ensilage de maïs, d'herbe, paille, fanes, menues-paille... Déjections animales : lisier, fumier, fiente Déchets agro-alimentaires : huiles, graisses déchets de légumes Déchets de collectivités : tontes de pelouse, déchets organiques Matières ligneuses : branchages, copeaux, sciures (sauf si pré-traitement au préalable)

Atouts et contraintes du procédé de méthanisation

(ADEME-http://www2.ademe.fr )
 

Atouts

  • Une double valorisation de la matière organique et de l’énergie; c’est l’intérêt spécifique à la méthanisation par rapport aux autres filières,
  • Une diminution de la quantité de déchets organiques à traiter par d’autres filières,
  • Une diminution des émissions de gaz à effet de serre (GES) par substitution à l’usage d’énergies fossiles ou d’engrais chimiques,
  • Un traitement possible des déchets organiques graisseux ou très humides, non compostables en l'état,
  • Une limitation des émissions d’odeurs à priori du fait de digesteur hermétique et de bâtiment clos équipé de traitement d’air performant.

 

Contraintes

  • La co-digestion d’un mélange de déchets organiques est à préconiser pour permettre des économies d’échelle et optimiser la production de biogaz.
  • La nécessité de mettre au point des systèmes de contrôle adaptés à la complexité des procédés dûs à la non-linéarité des phénomènes en jeu et à la variabilité des intrants aussi bien en quantité qu'en composition. (selon RMT Biomasse, Energie, Environnement et Territoire)
  • Un coût d'investissement lourd (plus de 500 000 € pour une unité à la ferme)

Deux procédés de méthanisation

2 systèmes de méthanisation existent actuellement.

 

Méthanisation en phase liquide


Les principales unités de méthanisation en France sont le plus souvent équipées d'un système en voie liquide "continue infiniment mélangée". Les produits, liquides ou secs, sont introduits quotidiennement dans un digesteur de type fosse isolée couverte. Le biogaz est alors produit en continu, de même qu’un digestat liquide brut, les volumes stockés devant être adaptés au temps de séjour et aux périodes d’épandage possibles.

 

 

Ce procédé est utilisé principalement sur les installations agricoles qui produisent des matières liquides comme le lisier bovin souvent mélangé à d'autres effluents et déchets agricoles ou agro-alimentaires. C'est aussi le procédé utilisé dans les unités de méthanisation des collectivités.

Méthanisation en phase sèche

La voie sèche et discontinue permet l’introduction majoritaire de substrat sec (fumier) dans un digesteur « batch » qui peut se retrouver sous la forme d’un silo ou d’un garage ou d'un container selon le procédé utilisé.

 
Après une phase de mise en chauffe de quelques jours, le substrat dans un caisson hermétique rentre en fermentation et la production de biogaz monte en puissance. Le chauffage est assuré par un réseau de chauffage coulé dans les parois et/ou le fond en béton armé, le caisson étant isolé par l’extérieur. Le biogaz est lui capté dans le ciel du digesteur. La digestion conduit aussi à produire un digestat solide, stockable en tas, qui se rapproche d’un compost, et un percolat liquide récupéré par des rigoles et recirculé pour régler l’humidité et favoriser la digestion. Le cycle est interrompu au bout de 60 jours. Pour régulariser la production de biogaz, il est nécessaire de disposer de plusieurs caissons et déphaser les digesteurs.  Sur la base de 4 caissons au minimum, cela conduit à un cycle de vidange/remplissage tous les 15 jours, qui peut correspondre à une organisation interne de l’exploitation (curages).

 
3 technologies sont mises au point actuellement :

  • la méthanisation en silo (digesteur sous forme de silo bâché, reliées à un local de cogénération qui alimente en chaleur et en jus les silos et qui récupère le gaz.
  • la méthanisation sous forme de garage, avec le même procédé que les silos mais le substrat est alimenté sur le côté.
  • la méthanisation dans des boxes ou caissons transportables d'environ 30 m3. Ces caissons contenant le digestat peuvent être directement transportés dans un premier temps sur le lieu de curage, puis à la fin sur le lieu de compostage ou d'épandage.

  

Comparaison des deux systèmes de méthanisation

(d'après ADEME 2009 et France Galop-FFE-Cheval Français 2007)
  Méthanisation par voie liquide Méthanisation par voire sèche
Type d'installation Collective ou unité à la ferme Unité à la ferme
Nature des substrats valorisés Lisiers mélangés à des déchets organiques (fumier, tonte, ..) ou des déchets agro-alimentaires (huiles, ...) Fumier (teneur entre 25 et 50% de Matière sèche) Mélange de fumier, tonte de gazon, résidus de paille...
Quantités de substrat nécessaire à traiter pour atteindre le seuil de rentabilité 16000 Tonnes/an pour atteindre une production de 250 kW d'électricité Minimum 600 à 700 tonnes/an pour une unité produisant 10 kW d'électricité
Teneur en méthane du biogaz produit- rendement 64% de méthane produit 55% de méthane produit
Avantages Adapté aux substrats liquides (lisier, ...) Meilleur rendement Adapté aux substrats solides (fumier) Manutention de l'effluent en même temps que le curage sans brassage préalable
Coût d'investissement + 5 000 000 € 500 000 à 1 000 000 €

Autorisation

L'unité de méthanisation individuelle ou collective est soumise à la réglementation des Installations Classées pour la Protection de l'Environnement (ICPE).

Application pour le fumier de cheval

 

Pour la filière équine, deux solutions peuvent alors être envisagées.
La première consiste à approvisionner du fumier de cheval à une unité de méthanisation collective de proximité (moins de 30 km de la structure équine).
La deuxième solution réside dans la création d'une unité de méthanisation par voie sèche qui semblerait la plus adaptée pour valoriser du fumier de cheval en énergie verte à l'échelle individuelle pour les structures équines. Une opération pilote est en cours d'implantation depuis 2013 à la Ferme Equestre du Bois Guilbert (76) avec la société ERIGENE (ERIBOX).

Pouvoir méthanogène du fumier de cheval

Le fumier de cheval a un pouvoir méthanogène sensiblement équivalent au fumier de bovin. Le fumier de volaille et les ensilages (herbe ou maïs) ont un pouvoir méthanogène plus élevé.
Le fumier de cheval devra le plus souvent être associé à d'autres substrats afin de garantir un rendement satisfaisant de l'unité de méthanisation.
 
Les fumiers pailleux présentent des potentiels méthanogènes importants tandis que le fumier à base de copeaux de bois présente un intérêt moindre en terme de production de biogaz.
Ainsi les fumiers pailleux seront plus intéressants pour une valorisation par méthanisation: les potentiels méthanogènes sont corrects, avec des valeurs voisines de 90 et 275 Nm3 CH4/ t MO (mètre cube de méthane produit par tonne de matière organique), et une teneur en méthane de plus de 70 %, tout à fait adaptée à la valorisation énergétique du biogaz (Pouech, 2009).

 

En le mélangeant avec d'autres substrats, le fumier de cheval à base de paille peut constituer un substrat intéressant pour alimenter une unité de méthanisation et permettre une production de biogaz suffisante pour atteindre un intérêt économique de rentabilité par la valorisation énergétique de ce gaz. (Pouech, 2008)

Références

ADEME 2009: La méthanisation agricole en voie sèche discontinue, méthanisation en Bourgogne, ADEME 2009.

ADEME 2013, Méthanisation à la ferme de l'abbaye de la Pierre-qui-Vire à Saint-Léger Vauban (89)- http://www2.ademe.fr

France Galop, de la FFE et du Cheval Français, 2007 : Méthanisation en phase liquide, méthanisation en phase sèche discontinue, Trouvez la solution pour la gestion de votre fumier, Valorisation du fumier de cheval à l'initiative de  France Galop, de la FFE et du Cheval Français,
 http://www.cheval-fumier.com.

POUECH, 2008, Etude préliminaire pour la mise en place d’une unité de méthanisation de fumier de cheval – APESA (Centre technologique en environnement et maîtrise des risques) -Parc Equestre Fédéral de LAMOTTE BEUVRON, Fédération Française d’Equitation : P.POUECH, déc. 2008 (RAPPORT INITIAL )- http://www.cheval-fumier.com

POUECH, 2009 : Etude de caractérisation des fumiers de cheval issus de centres équestres afin d’aider à la décision sur les possibilités de valorisation ;  P.POUECH,  C. GALIBARDY, C.LOUSTALE, E.ARRIBARROUY , Août 2009, APESA (Centre technologique en environnement et maîtrise des risques)- rapport final. http://www.cheval-fumier.com Pouech P., 2007  Pouech P., 2008

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