Un projet de méthanisation ne se conçoit que si le devenir du biodigestat est assuré. De nombreux projets de méthanisation voient le jour actuellement et avant de les valider, le devenir du coproduit de méthanisation que constitue le biodigestat représente un aspect majeur, souvent peu abordé par les promoteurs de cette technique de traitement.
Fondamentalement, le réacteur anaérobie que constitue le méthaniseur ne traite que la fraction carbonée (80 à 90 %) et donc le coproduit obtenu présente des caractéristiques très proches de celles des matières entrantes. Le volume, les flux d’azote, de phosphore, de potasse, de chaux, de magnésie, de tous les éléments minéraux majeurs, mineurs ou des oligo-éléments vont se retrouver intégralement dans les biodigestats. La transformation entre les matières entrantes et le biodigestat ne porte essentiellement que sur l’abattement de la charge en matière organique. Fondamentalement, la méthanisation transforme la matière organique, par voie anaérobie, et les hydrates de carbone se transforment en deux gaz : du CO₂ et du CH₄ qui sont contenus dans le biogaz. Très schématiquement, si nous prenons l’exemple de la molécule de glucose, l’équation de la réaction s’écrit (Moletta 2006) :
C₆H₁₂O₆ = 3 CH₄ + 3 CO₂
À l’exception du biogaz (mélange de CH₄ et de CO₂) valorisable en énergie, le procédé de méthanisation n’émet aucun autre coproduit que les digestats.
La composition du biodigestat
Compte tenu du traitement subi dans le réacteur biométhanisation, la composition du digestat est essentiellement influencée par les matières entrant dans le méthaniseur.
Si la composition des matières entrantes est régulière, celle du biodigestat le sera également ; par contre, si les matières entrantes varient fortement, la composition de ce digestat sera fortement variable. À titre d’exemple, nous pouvons utiliser les données disponibles sur deux installations importantes traitant des matières organiques diverses (produits alimentaires et assimilés, boues et résidus d’épuration, sous-produits d'origine animale, effluents d’élevage, etc.) dont les compositions sont présentées ci-dessous. L’interprétation des résultats tient en grande partie aux matiè-
* René Moletta 2006, Gestion des produits environnementaux dans les industries agroalimentaires, Lavoisier TEC & DOC, 600 p.
Tableau 1 : Composition brute de digestats liquides
(kg d’élément/m³, sauf pH)
| pH : | 7,5 | 7,7 | 8,2 | 8,1 | 8,3 |
|---|---|---|---|---|---|
| MS : | 39,0 | 35,0 | 22,0 | 42,0 | 15,0 |
| NTK : | 5,0 | 5,3 | 3,5 | 4,4 | 3,2 |
| NH₄ : | 3,2 | 4,0 | 2,7 | 3,2 | 2,6 |
| P₂O₅ : | 1,8 | 1,2 | 1,6 | 1,7 | 0,6 |
| K₂O : | 1,6 | 2,9 | 2,1 | 1,2 | 0,9 |
| CaO : | 0,9 | 2,1 | 0,8 | 1,4 | 0,6 |
| MgO : | 0,2 | 0,1 | 0,2 | 0,2 | 0,0 |
| Na₂O : | 1,0 | 2,3 | 1,4 | – | – |
| Corg/Norg : | 7,4 | 7,0 | 7,2 | 8,9 | 6,7 |
Les matières entrantes varient dans chacun des digesteurs, et il y a lieu d’être prudent avant de généraliser les commentaires qui vont suivre à l’ensemble des biodigestats.
Le pH des digestats est neutre à légèrement basique. Ceci semble assez général : il y a une tendance à la neutralisation dans le processus biologique.
Les taux de matière sèche sont soumis sur chaque site à des variations traduisant les variations des matières traitées.
La teneur en carbone organique reste importante à l’issue de la méthanisation : 275 g C/kg MS pour les exemples considérés, soit une DCO de l’ordre de 20 à 30 g/l. L’effluent a connu une forte baisse de sa charge carbonée, mais ne peut absolument pas être considéré comme complètement « traité » ; un traitement complémentaire s’imposerait s’il fallait envisager un rejet au milieu aquatique.
L’azote total (NTK = azote total Kjeldahl) est l’élément fertilisant le plus représenté dans ces digestats ; il est présent sous deux formes : organique et ammoniacale.
Pour ces exemples, la concentration moyenne en azote est de l’ordre de 4,5 kg N/m³ (écarts de 100 à 200 g/kg MS).
Sur ces mêmes exemples, la concentration en azote ammoniacal est d’environ 3 kg N-NH₄/m³, soit près de 70 % de l’azote du digestat. Ce ratio, proche de celui observé dans les lisiers, varie selon les sites et les échantillons analysés.
Le phosphore, le potassium et le calcium sont secondairement présents en quantité notable dans les digestats (autour de 5 g/kg MS) : 1 à 2 kg/m³ en P₂O₅, K₂O ou CaO.
- • Les matières entrantes influencent fortement la composition des biodigestats ;
- • Leurs variations doivent être appréciées ;
- • En termes de bilan, les flux d’éléments minéraux sont totalement conservés dans les biodigestats produits ;
- • La méthanisation transforme essentiellement la matière organique en dégradant les chaînes carbonées ;
- • Le biodigestat présente un rapport C/N, ou un rapport DCO/N organique/P, fortement modifié : moins de carbone et relativement plus d’azote et d’éléments minéraux.
Le rapport Corg/Norg est proche de 7, ce qui signifie, dans des conditions pédoclimatiques favorables, une minéralisation relativement rapide de l’azote organique et une disponibilité importante au cours de l’année culturale suivant l’épandage.
La dégradation des matières carbonées rend probablement plus biodégradable l’azote organique des biodigestats par la microflore du sol.
Innocuité et valeur fertilisante des biodigestats ?
Souvent, la valeur fertilisante des biodigestats est mise en avant ; elle est généralement présentée comme favorable. Or, celle-ci est avant tout fonction de la composition des matières entrantes. D’une certaine façon, ce n’est pas la méthanisation qui rend ces matières fertilisantes plus favorables à leur recyclage, mais bien leur composition intrinsèque, laquelle ne subit guère de modification au cours du processus de méthanisation.
L’azote (N), le phosphore (P), le potassium (K), le calcium (Ca) et le magnésium (Mg) sont les principaux constituants des biodigestats avec le carbone résiduel non
dégradé, dans des quantités équivalentes à celles analysables sur le gisement méthanisé.
Avec une composition minérale utile pour les sols et la nutrition des cultures, le recyclage en agriculture des biodigestats présente un intérêt évident. Ceci est d’autant plus vrai avec le surenchérissement du prix des engrais qui a été enregistré ces dernières années.
La fraction organique des biodigestats ne présente pas d’intérêt particulier pour les sols agricoles ; seuls les minéraux participent à la nutrition de la plante, éventuellement après minéralisation de la fraction organique dans laquelle ceux-ci peuvent être inclus.
L’arrêté du 10 novembre 2009 précise de manière non exhaustive les différentes filières de traitement des digestats de méthanisation (Art. 48) :
• épandage,
• traitement (compostage, séchage…),
• élimination (enfouissement, incinération, épuration…).
On pourra rajouter à cette liste l’homologation de matière fertilisante ou la conformité à une norme sur les engrais après transformation.
L’épandage, chaque fois qu’il est possible, en fonction notamment du contexte agricole, constitue une des solutions les plus adaptées. Elle présente en outre une grande souplesse et une capacité importante d’évolution et d’adaptation.
Contexte réglementaire et processus d’autorisation administrative
L’activité de méthanisation relève de la rubrique n° 2781 de la nomenclature des ICPE : « Installations de méthanisation de déchets non dangereux ou de matière végétale brute, à l’exclusion des installations de méthanisation d’eaux usées ou de boues d’épuration urbaines lorsqu’elles sont méthanisées sur leur site de production ».
Depuis quelques années, l’introduction dans la réglementation de la notion de « innocuité » et la suspicion de la présence d’éléments traces ou de « substances dangereuses » a induit un certain nombre de contresens : un produit fertilisant n’est pas une substance qui rentre directement dans la chaîne alimentaire, mais bien un produit qui est apporté au sol et qui va subir une transformation dans le sol, avant d’être utilisé par les racines des plantes.
Il n’y a aucun risque particulier que les biodigestats présentent une nuisance quelconque dans leur utilisation en tant que fertilisant, dès lors que l’origine et la nature des matières entrantes sont contrôlées, que la composition des biodigestats est prise en compte pour déterminer les apports aux sols agricoles et que les conditions de mise en œuvre sont respectueuses de règles usuelles de précaution, que tout professionnel se doit de mettre en œuvre. Nous n’avons d’ailleurs pas connaissance de cas d’épandages de digestats ayant entraîné des perturbations particulières.
L’épandage des biodigestats
Nous expertisons très souvent les différentes filières envisageables pour le traitement des digestats. Celles-ci sont analogues à celles pour les boues d’épuration ou d’autres sous-produits organiques : épandage, compostage, homologation, élimination…
L’épandage s’appuie sur les règles de la fertilisation, qui est un acte banal en agriculture et connu comme indispensable depuis le milieu du XIXᵉ siècle, à la suite des travaux de Justus von Liebig. L’histoire de la fertilisation est également celle du recyclage des déchets des activités humaines. Toute parcelle agricole doit compenser les pertes minérales que représentent les exportations par les récoltes, par une fertilisation au moins équivalente aux pertes. Cette fertilisation peut se faire avec le biodigestat, en substitution aux solutions précédemment en place.
Parmi les modes de traitement des digestats actuellement disponibles, l’épandage est une solution de bon sens, qui permet un retour contrôlé au sol agricole de matières organiques et minérales.
C’est une filière économique, dans laquelle le producteur des biodigestats et les agriculteurs récepteurs trouvent mutuellement intérêt.
Cette filière est prévue par la réglementation et participe de l’écologie du recyclage. Elle présente en outre l’avantage d’un bilan énergétique ou d’émission de gaz à effet de serre relativement favorable, comparé aux autres alternatives de traitement.
Ainsi, suivant les masses en jeu, l’établissement relève soit :
• de la déclaration : moins de 30 t par jour de matières traitées,
• de l’enregistrement : entre 30 et moins de 50 t/j de matières traitées,
• ou de l’autorisation : plus de 50 t de matières traitées par jour ; le rayon d’affichage est de 2 km, autour de l’installation de méthanisation.
Dans le cas où l’autorisation doit être sollicitée, un dossier ICPE complet doit être déposé, comprenant notamment une étude d’impact et une étude des dangers.
Les prescriptions générales applicables aux installations de méthanisation sont fixées par les arrêtés ministériels du 10 novembre 2009 (autorisation et déclaration) et du 12 août 2010 (enregistrement).
Ces règles techniques peuvent s’appliquer aussi à la méthanisation dans le cadre du traitement des effluents industriels.
Arrêté préfectoral pris au titre des ICPE.
Les conditions de valorisation ou de traitement des biodigestats sont prévues par ces arrêtés généraux.
Malgré le fait que l’épandage de biodigestats soit équivalent à l'utilisation d’engrais, la mise en place de cette filière de valorisation nécessite en France de se conformer à la réglementation sur les Installations Classées pour la Protection de l'Environnement (ICPE) de manière analogue aux périmètres d’épandage de boues d’épuration d’IAA ou de papeteries.
La valorisation des digestats en agriculture fait partie intégrante des conditions de fonctionnement de l’installation de méthanisation et s'insère donc dans le champ de son autorisation. La pratique de l’épandage ne relève pas d’une rubrique spécifique. Sa mise en œuvre doit être conforme aux prescriptions de l'arrêté du 2 février 1998 concernant l’épandage des coproduits des ICPE pour les installations soumises à autorisation ou aux annexes des arrêtés du 10/11/2009 et 12/08/2010.
Dès lors que le biodigestat n’a pas obtenu d’autorisation de mise sur le marché en tant que matière fertilisante (homologation ou conformité à une norme), il doit faire l'objet d’un plan d’épandage conformément à l'arrêté du 2 février 1998 (art. 36 et suivants).
Dans le dossier d’autorisation de l’installation de méthanisation, le plan d’épandage ainsi que les modalités retenues pour l’épandage sont décrits et constituent une part importante du dossier soumis à la procédure des ICPE.
L'autorisation d’épandre les digestats est généralement accordée en même temps que l’autorisation de l’installation de méthanisation.
Le dossier d’étude de périmètre d’épandage
Il s’agit donc d'un document qui constituera une partie importante du dossier ICPE, ou qui sera donné en annexe de ce dossier.
Le contenu de ce dossier a déjà été abordé en détail dans les ouvrages parus chez Lavoisier, Tec et Doc (Christian Buson, dans l’ouvrage collectif dirigé par René Moletta, 2006, Gestion des problèmes environnementaux dans les industries agroalimentaires, Lavoisier Tec et Doc, 600 p, et dans l’ouvrage collectif dirigé par René Moletta en 2009 : Le traitement des déchets, Lavoisier Tec et Doc, 685 p). Nous en rappelons ici les grandes lignes.
Le dossier comprend :
- La caractérisation initiale des digestats et des flux à valoriser ;
- L'étude des sols en vue de déterminer leur aptitude à l’épandage ;
- Le recensement des parcelles destinées à l’épandage : fichier parcellaire et cartes correspondantes ;
- La vérification de l'adéquation du plan d’épandage au traitement de la totalité des flux envisagés, sans excédent structurel ;
- Les calculs de doses agronomiques pour les cultures en présence, ainsi que la fertilisation complémentaire ;
- L'organisation des épandages : stockages pour être compatibles avec les disponibilités des parcelles et les calendriers réglementaires, programme prévisionnel, équipement de transport et d’épandage, etc. ;
- Le suivi agronomique et technique conseillé.
À l'issue de l'étude du comportement des sols et des relevés de terrain, l’aptitude des sols à l’épandage peut être déduite au niveau de chaque parcelle. Ceci se traduit par une carte d’aptitude. Nous distinguons généralement trois classes :
- Classe 0 : épandage impossible tout au long de l'année ;
- Classe 1 : épandage uniquement en période de déficit hydrique des sols ou en présence d'un couvert végétal ;
- Classe 2 : épandage possible aux doses agronomiques conseillées pendant toute la période autorisée.
De plus, la réglementation (arrêté du 2 février 1998) impose une distance minimale de 35 m des berges des cours d’eau, des puits et forages et une distance minimale de 50 m vis-à-vis des habitations des tiers (100 m en cas de produits odorants). Des règles légèrement différentes sont applicables pour les installations soumises à déclaration ou à enregistrement (en cas d’enfouissement direct, de présence de bandes enherbées…).
La présence éventuelle de périmètres de protection, immédiat, rapproché ou éloigné de captages ou forages et leurs contraintes spécifiques est systématiquement à intégrer.
Enfin, les zones naturelles remarquables (Natura 2000, zones humides, ZNIEFF, ZICO) sont recensées et leurs contraintes spécifiques respectées. Il convient toutefois de noter que ces zonages n’ont pas pour vocation d'interdire les activités agricoles et que les épandages prévus se conforment aux règles de la fertilisation, qui s’imposent pour toute parcelle agricole.
Concernant les zones humides, celles-ci se retrouvent généralement au sein des surfaces jugées d’aptitude 0 (inapte à l'épandage) du fait de la nature des sols.
Le bilan des surfaces en aptitudes 2 et 1 est établi (terrains épandables tout ou partie de l'année).
Le plan d’épandage est alors représenté à partir de l'étude d’aptitude des sols.
Les surfaces mises à disposition sont recensées par exploitation. La surface de chaque parcelle étudiée est répartie selon les classes d’aptitude (0, 1, 2, exclusions réglementaires) au sein d’un relevé parcellaire présenté sous forme de liste détaillée (avec références cadastrales et codes).
(ilots PAC).
Ce travail de cartographie des sols permet de caractériser la diversité des sols en présence et de distinguer l'usage des différentes unités de sols, suivant leurs propriétés relatives : toutes les parcelles proposées ne sont pas utilisées ; seules les parcelles les plus aptes et présentant de faibles risques de transferts d’éléments indésirables vers les milieux aquatiques sont sélectionnées en fonction des propriétés et du comportement des sols.
Adéquation du plan d’épandage à la valorisation des digestats
Fondamentalement, il convient de vérifier l'adéquation du périmètre étudié aux besoins nécessités par l'épandage. Le principe du dimensionnement de l’épandage est en effet basé sur la capacité des cultures à exporter les éléments minéraux majeurs (azote, phosphore, potasse...).
La capacité d’exportation des cultures doit être supérieure au flux d’éléments fertilisants apportés par les digestats, après avoir tenu compte, le cas échéant, des restitutions des déjections animales des élevages présents dans les exploitations concernées.
Ainsi, la capacité d’exportation des surfaces épandables sera définie à partir de l'occupation des sols, complétée par les résultats de l’enquête menée auprès des agriculteurs.
Le cumul des bilans individuels permet d'apprécier la capacité épuratoire globale du périmètre étudié, c’est-à-dire la capacité de traitement des biodigestats sans risque de surfertiliser.
Cette capacité est comparée au flux fertilisant à traiter par épandage. La marge de sécurité sera ainsi dégagée.
Le respect de la réglementation en vigueur dans le secteur (zone vulnérable, programme d’action, zone d’excédent structurel, zone d'action renforcée, ...) est également vérifié, notamment en termes d'apports d’azote organique. Il convient toutefois de noter que les apports azotés du digestat ne rentrent pas dans le plafond de 170 kg de N d’origine d’élevage par ha de la directive nitrate de 1991.
Les modalités de stockage
L’étude de périmètre d’épandage permettra aussi de vérifier que les installations de stockage de digestats sont compatibles avec les périodes d’interdiction réglementaire (spécifiées dans le programme d’action pour chaque département), d'indisponibilités des cultures ou de conditions climatiques très défavorables. Généralement, les capacités de stockage sont au minimum de deux mois et peuvent nécessiter jusqu’à six ou neuf mois selon les contextes pédoclimatiques et de pratiques culturales.
Modalités pratiques d’épandage
L’épandage s’effectuera généralement au moyen de divers équipements : engins tractés type tonnes à lisier.
Celles-ci pourront être associées avec des systèmes de pendillards (pour déposer les digestats au plus près du sol) voire des enfouisseurs (pour culture ou prairie).
Le couvert végétal, la portance du sol, la dose à apporter et la proximité d’habitations ou de zones sensibles seront des critères à prendre en compte pour le choix du matériel.
L’importance du suivi agronomique
Comme nous l’avons vu précédemment, la composition des biodigestats est essentielle :
Elle détermine les doses de fertilisant à apporter, ainsi que les surfaces nécessaires pour une épuration par recyclage des biodigestats.
L’analyse de la composition des biodigestats doit donc être effectuée régulièrement. Selon la variabilité de l’origine des
matières entrantes, la fréquence sera plus ou moins grande : dans le cas de la méthanisation d’un seul produit de composition constante, une seule analyse de vérification pourrait être suffisante, avec un suivi régulier de la matière sèche lors des campagnes d’épandage.
Généralement, ce sont deux à six analyses par an qui sont demandées dans les arrêtés.
Le suivi des sols et de leur composition permet également de confirmer la bonne utilisation des biodigestats et de conseiller la fertilisation complémentaire.
Un bilan annuel des apports est établi de façon à apprécier la valorisation effective.
Une synthèse sur les points favorables et les difficultés éventuellement rencontrées permet de conseiller les évolutions souhaitables pour parfaire le recyclage agricole des biodigestats, voire le réorienter.
Conclusion
Parmi les solutions envisageables pour le devenir des biodigestats, l’épandage constitue une de voies les plus performantes.
La diversité des propriétés épuratrices des sols est mise en œuvre et le recyclage des éléments minéraux, y compris ceux inclus dans la fraction organique des biodigestats, constitue une économie certaine des ressources minérales.
Évidemment, plutôt que de considérer l’épandage comme une difficulté ou une menace pour l’environnement, il y a lieu de considérer les connaissances agronomiques élémentaires et en particulier le besoin de fertilisation des parcelles, ainsi que l’intérêt bien compris entre le producteur de biodigestats et les agriculteurs concernés.
L’épandage vient en substitution d’une partie des engrais du commerce apportés aux sols. Il permet un traitement local relativement simple et économique, qui limite également les transports et les consommations d’énergie.
Les épandages sont contrôlés tout au long du processus : avant, par l’étude du plan d’épandage ; pendant, par les observations au champ et la tenue du cahier d’épandage ; et après, par le suivi agronomique.
Ainsi, les épandages, lorsqu’ils sont correctement conçus et pratiqués, doivent-ils être perçus comme une pratique vertueuse qui participe du développement durable et de l’écologie du recyclage.
