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Méthanisation et carbone : la clé du retour au sol

La méthani­sa­tion per­met-elle de préserv­er les sols d’une exploita­tion agri­cole ? S’il est con­nu pour être un bon engrais azoté, le dige­s­tat per­met-il un retour suff­isant de car­bone ? Cette ques­tion est pri­mor­diale puisque, au-delà de la pro­duc­tion d’énergie, une méthani­sa­tion ne doit pas détéri­or­er le pré­cieux pat­ri­moine agri­cole que sont les sols. Une étude de l’INRAE a ten­té de répon­dre à ces ques­tions, mais, pour beau­coup, la vraie réponse est d’abord dans les pra­tiques culturales.

Pro­duc­tion d’énergie renou­ve­lable, emplois locaux, économie cir­cu­laire, on ne compte plus les exter­nal­ités pos­i­tives de la méthani­sa­tion. Un développe­ment impor­tant de cette fil­ière est donc atten­du pour les années à venir alors que la car­ac­téri­sa­tion des diges­tats et leurs impacts sur les sols sont encore mal con­nus. La méthani­sa­tion per­met-elle un retour au sol du car­bone ? En d’autres ter­mes, la méthani­sa­tion préserve-t-elle, enri­chit-elle ou appau­vrit-elle le cap­i­tal des agricul­teurs que sont les ter­res ? Car si le dige­s­tat est riche en azote minéral­isé, ce qui per­met d’importer moins d’engrais, intu­itive­ment, on peut penser que la trans­for­ma­tion des intrants en énergie et en dige­s­tat leur fait per­dre du car­bone puisque le méthane et le dioxyde de car­bone en sont extraits.

Con­di­tions d’une méthani­sa­tion vertueuse

Mais, en matière biologique, tout n’est pas si sim­ple, car la méthani­sa­tion entraîne d’autres pra­tiques agri­coles et peut inclure des intrants extérieurs à l’exploitation. D’autre part, le ratio de car­bone stable/carbone labile en sor­tie de dige­s­tat dif­fère et n’a pas les mêmes car­ac­téris­tiques de resti­tu­tion dans le temps. Afin de mieux cern­er la car­ac­téri­sa­tion des diges­tats et leurs impacts sur les sols, encore mal con­nus, l’INRAE a réal­isé récem­ment une étude sur ce sujet (voir arti­cle suiv­ant). De son côté, l’Association des agricul­teurs méthaniseurs de France (AAMF) a annon­cé le lance­ment du pro­jet « Le car­bone au cœur des exter­nal­ités pos­i­tives de la méthani­sa­tion », dont l’objectif est d’accompagner ses adhérents pour démon­tr­er la dura­bil­ité de leurs pra­tiques, réalis­er des bilans de gaz à effet de serre et déploy­er des méth­odes de cal­cul pour val­oris­er des crédits car­bone via le Label Bas Car­bone. Des adhérents qui pour être méthaniseurs sont d’abord des agricul­teurs qui souhait­ent que leur cap­i­tal sol soit préservé. Car au-delà des con­tro­ver­s­es, toute la ques­tion est : com­ment faire une méthani­sa­tion, une pro­duc­tion d’énergie en préser­vant les ter­res et en con­tin­u­ant à ali­menter les populations ?

Pour aller dans ce sens, nous pen­sons qu’il est néces­saire, aujourd’hui, à la croisée des chemins pour la méthani­sa­tion, de met­tre à plat toutes les prob­lé­ma­tiques et de tra­vailler tous ensem­ble, sans préjugés, sans procès d’intention, pour met­tre en œuvre un mod­èle vertueux, sur le long terme.

Études en cours

Le développe­ment atten­du de la fil­ière a fait se mul­ti­pli­er les études sur la car­ac­téri­sa­tion des diges­tats et leurs impacts sur les sols : après celles de 2015, l’INRAE vient de réalis­er fin 2021 une étude sur des exploita­tions avec et sans méthani­sa­tion. Aupar­a­vant, l’Institut pour l’agriculture durable (IAD) avait étudié l’impact humique notam­ment sur de nom­breuses exploita­tions avec méthani­sa­tion qui pra­tiquent une agri­cul­ture de con­ser­va­tion des sols. Nous avons donc aujourd’hui plus d’éléments pour appréhen­der la prob­lé­ma­tique de retour au sol du car­bone en méthani­sa­tion. Et la con­duite de l’exploitation sem­ble bien être la clé de cette réponse. Si les études de l’INRAE sem­blent plutôt ras­sur­antes, cer­tains chercheurs répon­dent au con­traire que la méthani­sa­tion risque de con­duire à un appau­vrisse­ment en car­bone des sols. D’autres acteurs indiquent que la méthani­sa­tion peut être très pos­i­tive pour les sols, à con­di­tion qu’elle s’inscrive dans une logique d’économie cir­cu­laire de l’exploitation, avec des tailles raisonnables (un mod­èle de méthani­sa­tion à la ferme) et des pra­tiques cul­tur­ales favorisant une pro­duc­tion végé­tale impor­tante. Cer­tains prô­nent le mod­èle de grosse unité de méthani­sa­tion qui prélève les intrants hors de l’exploitation, en évo­quant l’intérêt de faire entr­er des matières organiques extérieures (apport de car­bone sup­plé­men­taire) et soulig­nant aus­si l’intérêt de la méthani­sa­tion sur la ges­tion de déchets organiques.

D’autres prô­nent au con­traire la néces­sité d’une méthani­sa­tion cor­rélée à l’exploitation agri­cole, déplo­rant le déplace­ment de tonnes de matières sur une trop longue dis­tance, ce qui se révèle déraisonnable en ter­mes de bilan écologique, mais aus­si économique. Nous ne par­lons pas ici des méthaniseurs trai­tant les déchets des col­lec­tiv­ités. Notons aus­si que l’azote et le car­bone subis­sent des trans­for­ma­tions dans le méthaniseur. Cela implique de pou­voir mesur­er ces élé­ments en sor­tie afin d’effectuer un retour au sol adap­té tant mécanique­ment que quan­ti­ta­tive­ment. Chimie organique des sols (com­plexe), types de pra­tiques cul­tur­ales, mod­èle de méthani­sa­tion : nous vous pro­posons un état des lieux des con­nais­sances sur le retour au sol du car­bone entre les con­stats de ter­rain et les dis­cus­sions scientifiques.

Con­stat de terrain

Au-delà des études sci­en­tifiques, le mar­queur le plus impor­tant reste la réal­ité du ter­rain. Certes, le recul quan­ti­tatif manque, car le développe­ment de la méthani­sa­tion n’est pas très ancien. Mais cer­tains ont un recul de plus de dix ans. « Nous avons con­staté une aug­men­ta­tion con­stante du taux de matière organique de nos sols depuis que nous faisons de la méthani­sa­tion. Elle favorise la for­ma­tion de bio­masse. Nous exploitons la par­tie supérieure de nos cul­tures (CIVE), mais nous lais­sons en terre toute la par­tie raci­naire et nous améliorons nos sols. La méthani­sa­tion est com­pat­i­ble avec des fer­mes à taille humaine », explique Bertrand Guérin, agricul­teur et adhérent de l’AAMF, qui ne com­prend pas les sci­en­tifiques qui évo­quent un appau­vrisse­ment des sols. Le con­traire de son con­stat sur le terrain !

Pour Kon­rad Schreiber, ancien chef de pro­jet à l’IAD, un risque d’appauvrissement des sols existe si l’on con­tin­ue sur des pra­tiques agri­coles « clas­siques », mais la méthani­sa­tion peut au con­traire être une chance pour une agri­cul­ture vertueuse si l’on applique au con­traire les pra­tiques cul­tur­ales dites « de con­ser­va­tion des sols », comme nous l’avons con­staté sur les exploita­tions qui les utilisent. Avec un mix élevage/cultures, l’absence de tra­vail du sol, une rota­tion agronomique des cul­tures et un cou­vert végé­tal per­ma­nent, « nous avons les clés pour con­serv­er des sols rich­es tout en pro­duisant de l’énergie. Le secret, c’est d’augmenter la pro­duc­tion végé­tale et de faire tra­vailler bac­téries et champignons ». Pour Kon­rad Schreiber, il y a toute­fois un risque : « Avec la FNSEA, l’agriculture va dans le mur, car les bases agronomiques sont fauss­es. Le mod­èle de méthanisa­teur avec les pra­tiques cul­tur­ales actuelles va con­duire à un appau­vrisse­ment des sols. Il est néces­saire d’augmenter la pro­duc­tion végé­tale pour arriv­er à un équili­bre. Le bilan humique doit être posi­tif, c’est la pre­mière con­di­tion. Une pro­duc­tion de biogaz sans le retour au sol de suff­isam­ment de car­bone va appau­vrir les sols. Si la poli­tique agri­cole mis­ait sur la con­ser­va­tion des sols avec resti­tu­tion de pailles, CIVE, grains, il serait alors très posi­tif de faire de la méthani­sa­tion parce que l’on per­me­t­trait un retour au sol de car­bone. On pour­rait même attein­dre une autonomie ali­men­taire et énergé­tique. Nous pré­con­isons ces pra­tiques, mais aus­si la mise en place d’unités de méthani­sa­tion de taille raisonnable, de 100 à 500 kW (1 MW par com­mune), pas for­cé­ment en injec­tion, mais en cogénéra­tion. Et notre expéri­ence con­crète à tra­vers les pro­jets que nous avons suiv­is dans notre asso­ci­a­tion prou­ve que cela marche très bien. Cela ne cor­re­spond pas au sché­ma de développe­ment que veu­lent cer­tains, pour des unités tou­jours plus gross­es, mais cette typolo­gie de méthani­sa­tion autonome, bien reliée aux exploita­tions, avec des intrants proches, nous sem­ble être la seule voie d’avenir pour une agri­cul­ture durable. Ce type de méthani­sa­tion, avec une pro­duc­tion locale d’énergie, serait en out­re très bien accep­tée par les riverains, con­traire­ment aux gross­es unités dont le mod­èle se développe. C’est aus­si un moyen de restruc­tur­er le monde rur­al, avec emplois locaux et pro­duc­tion d’énergie. Mal­heureuse­ment, ce n’est pas le mod­èle qui se développe : de grands acteurs et la course au prof­it immé­di­at éloignent du mod­èle vertueux de méthani­sa­tion agricole. »

Les CIVE au cœur du débat

Avec l’utilisation des résidus de cul­tures végé­tales (pailles de céréales ou d’oléagineux, résidus de maïs, fanes de bet­ter­aves ou encore déchets de sor­tie de silos), l’un des prin­ci­paux enjeux d’un scé­nario de développe­ment de la fil­ière méthani­sa­tion repose sur le poten­tiel de mobil­i­sa­tion des CIVE, semées en péri­ode d’interculture entre deux cul­tures prin­ci­pales. Ces nou­velles pra­tiques asso­ciées aux besoins tech­niques et économiques de la pro­duc­tion de bio­méthane doivent rester com­pat­i­bles avec le main­tien de la pro­duc­tion ali­men­taire des ter­ri­toires en veil­lant à ne pas aug­menter les impacts envi­ron­nemen­taux de ces fil­ières de pro­duc­tion. Dans cette per­spec­tive, la méthani­sa­tion pour­rait être un levi­er per­me­t­tant aux agricul­teurs d’adopter de nou­velles pra­tiques en cohérence avec la tran­si­tion agroé­cologique et énergétique

Débat sci­en­tifique

Un méthaniseur dimin­ue-t-il ou non les ressources de matières organiques qui retour­nent au sol ? Pour Sabine Houot, direc­trice de recherche à l’INRAE, le dige­s­tat a un effet posi­tif sur le sol, mais sous cer­taines con­di­tions. Pour lui répon­dre, une tri­bune de sci­en­tifiques a engagé le débat sur le site www.web-agri.fr lors du dernier SPACE, en exposant son avis sur les risques pour le sol. On sait que le dige­s­tat est riche en azote sous forme ammo­ni­a­cal et que la prob­lé­ma­tique réside dans les tech­niques d’épandage, qui doivent tenir compte de sa volatil­ité. Mais qu’en est-il du car­bone, objet de ce dossier ? Place au débat, entre théorie et pratique.

• Le point de vue de l’INRAE

« La matière organique est vrai­ment l’élément qui pilote les sols, soulig­nait Sabine Houot sur l’antenne de Web-agri. Notre étude sur le retour au sol en méthani­sa­tion mon­tre que le procédé de méthani­sa­tion assure une pre­mière dégra­da­tion de la matière organique biodégrad­able pour faire du biogaz. La matière organique qui reste dans les diges­tats est donc sta­bil­isée, ce qui lui per­met d’entretenir la teneur des sols. Son effi­cac­ité dépend de la quan­tité de dige­s­tat apportée dans le sol, de sa teneur en matière organique et de la fréquence d’apport. Et ça, un agricul­teur peut le cal­culer. Avec les diges­tats solides, on a ten­dance à aug­menter la teneur en matière organique du sol. Avec un dige­s­tat liq­uide, en revanche, cette teneur n’évolue pas ou très peu. »

Les intrants du méthaniseur con­di­tion­nent les car­ac­téris­tiques du dige­s­tat. « Si vous met­tez des intrants très ligneux par exem­ple, vous obtien­drez un dige­s­tat très riche en matière organique. » Les quelques résul­tats expéri­men­taux mon­trent que ces cul­tures, qu’elles soient lais­sées au sol, apportées après méthani­sa­tion, ou encore digérées par les ani­maux puis retournées au sol par les efflu­ents d’élevage, per­me­t­tent d’obtenir la même quan­tité de car­bone qui reste dans le sol. En revanche, cer­tains méthaniseurs se basent sur les cul­tures inter­mé­di­aires à voca­tion énergé­tique (les CIVE). Par rap­port à une CIPAN (cul­ture inter­mé­di­aire piège à nitrates), une CIVE a des ren­de­ments supérieurs. Et même en expor­tant la CIVE, ce qui reste au sol (les racines et les chaumes) représente plus de matière organique que la CIPAN, ce qui est donc plutôt posi­tif. Les CIVE étudiées dans l’étude Inrae ici (mélange de céréales imma­tures : trit­i­cale, sei­gle et avoine, résis­tant au gel et pou­vant être con­duites sans pes­ti­cide) répon­dent à des objec­tifs com­plé­men­taires de ser­vices écosys­témiques, éten­dus à des critères agro-envi­ron­nemen­taux : recy­clage des élé­ments minéraux en cas de resti­tu­tion de diges­tats, cou­ver­ture des sols (anti-éro­sion) et piège à nitrates, ou encore stock­age poten­tielle­ment addi­tion­nel de matière organique et de car­bone dans les sols qui est apporté par les racines, les chaumes et par le retour au sol des diges­tats. Le développe­ment des CIVE est trib­u­taire d’une évo­lu­tion des pra­tiques des agricul­teurs et des con­di­tions cli­ma­tiques futures, en par­ti­c­uli­er pour ce qui con­cerne la ges­tion des ressources en eau en cas de besoin d’irrigation. Mais ce qui peut pos­er un prob­lème, ce sont les dérives que l’on peut voir dans les sys­tèmes qui favorisent les CIVE au détri­ment des cul­tures prin­ci­pales à voca­tion ali­men­taire. L’INRAE pour­suit ses travaux de recherche sur la méthani­sa­tion agri­cole avec des pro­grammes sur la biolo­gie du sol, ses pro­priétés physiques et la cul­ture de CIVE.

• Tri­bune scientifique

« Nous parta­geons la plu­part des analy­ses de notre col­lègue Sabine Houot, mais en y appor­tant des com­plé­ments qui en changent sub­stantielle­ment la lec­ture, ont indiqué dans une tri­bune sur Web-Agri en réac­tion Pierre Aurousseau, Jean-Pierre Jouany, Gérard Fonty et Daniel Chateign­er, qua­tre sci­en­tifiques du CSNM (Col­lec­tif sci­en­tifique nation­al méthani­sa­tion) et du GREFFE (Groupe sci­en­tifique de réflex­ion et d’information pour un développe­ment durable). Notre col­lègue con­firme que le dige­s­tat stan­dard ne per­met pas d’augmenter la teneur en matière organique des sols avec un dige­s­tat liq­uide. » Cela cor­ro­bore les pro­pos tenus en sep­tem­bre 2019 par Pierre Aurousseau lors de la con­férence sur la méthani­sa­tion dans le Lot, pour qui la méthani­sa­tion va con­tribuer à l’ensemble des mécan­ismes qui font baiss­er le taux de matières organiques. « Compte tenu de l’incertitude des mesures de car­bone organique des sols, il fau­dra au moins cinq à dix ans pour que la baisse du taux de car­bone des sols soit mesurable. Ce que Sabine Houot appelle des “diges­tats solides” sont des diges­tats qui ont subi un traite­ment com­plé­men­taire : sépa­ra­tion de phase cou­plée éventuelle­ment avec un com­postage. Ce type de dige­s­tat peut effec­tive­ment con­tribuer à aug­menter la teneur en matière organique des sols, mais ce type de traite­ment com­plé­men­taire est mar­gin­al. Il n’est pra­tiqué que dans des instal­la­tions de méthani­sa­tion de grande dimen­sion avec des investisse­ments financiers impor­tants. De plus, ces “diges­tats solides” ne sont épan­dus que sur de très petites sur­faces et donc très peu de par­celles en béné­fi­cient. Comme le déclare Sabine Houot : si l’on intro­duit dans le méthaniseur des intrants rich­es en pro­duits ligneux, on va amélior­er la teneur en car­bone organique humi­fi­able des diges­tats, mais, là aus­si, il faut revenir à la réal­ité des pra­tiques : les entre­pre­neurs n’ont aucun intérêt à intro­duire dans les méthaniseurs des intrants rich­es en pro­duits ligneux, car le car­bone organique de type ligneux ne sera pas décom­posé par les bac­téries anaéro­bies du diges­teur. Il y a donc con­flit entre l’objectif de vouloir pro­duire du méthane et l’objectif d’obtenir des diges­tats de bonne qual­ité pour amender les sols cultivables. »

• CIVE et cul­tures alimentaires

« Notre col­lègue a rai­son de point­er la ques­tion de la con­cur­rence entre les CIVE et les cul­tures ali­men­taires. De nom­breuses cul­tures sont déclarées comme CIVE alors qu’il s’agit de cul­tures prin­ci­pales à voca­tion énergé­tique et non pas de cul­tures inter­mé­di­aires. Une des rota­tions préférées en méthani­sa­tion (CIVE d’hiver) est la suiv­ante : céréales d’hiver semées à l’automne, récoltées avant matu­rité en mai pour ali­menter les méthaniseurs, suiv­ies de maïs récolté en sep­tem­bre par ensi­lage pour ali­menter les méthaniseurs, suivi de céréales… Il n’y a plus de cul­ture prin­ci­pale à voca­tion ali­men­taire dans ce type de rota­tion, il ne s’agit que de cul­tures à voca­tion énergétique.

Ain­si, nous assis­tons aujourd’hui à une nou­velle nature de rota­tions cul­tur­ales, avec deux cul­tures par an con­sti­tuées unique­ment de CIVE (hiv­er et été). Comme un peu partout en France, nous voyons se dévelop­per des méthaniseurs ne fonc­tion­nant qu’avec des CIVE, et il y a tout lieu de crain­dre dans un futur proche que, si le méthane est plus rentable pour l’exploitation que la cul­ture prin­ci­pale nourri­cière, cette dernière dis­paraisse de la rotation. »

• Les chaînes car­bonées courtes

« Un point essen­tiel n’a pas été évo­qué par Sabine Houot, celui con­cer­nant la matière labile des intrants de méthani­sa­tion, matière fer­mentesci­ble par les bac­téries anaéro­bies, qui ne se retrou­ve pas dans le dige­s­tat solide. Cette dernière, ser­vant d’énergie, de nour­ri­t­ure, à une grande par­tie de la biosphère du sol, est par­tie avec le biogaz, sous forme de méthane (CH4) et de dioxyde de car­bone (CO2). Le corol­laire de l’obtention de dige­s­tat solide pour “nour­rir” une par­tie de la biosphère du sol est donc la pri­va­tion de nour­ri­t­ure pour l’autre par­tie. L’absence de car­bone labile dans les diges­tats est préju­di­cia­ble au développe­ment et à l’activité biologique de la biosphère micro­bi­enne du sol (c’est “la faim en car­bone des sols”). Ce point est impor­tant pour le main­tien de la vie des sols à moyen et à long terme. Il est égale­ment impor­tant pour l’utilisation raci­naire des nutri­ments du sol par les plantes. Ce déséquili­bre peut faire crain­dre l’obtention de sols déstruc­turés et infer­tiles à moyen ou à long terme. »

Appel aux bonnes volontés

Le retour au sol doit être abor­dé avec pru­dence, du fait du manque de recul et d’informations sur ce sujet. mais nous savons aus­si que c’est main­tenant, à la base, qu’il faut en par­ler. Nous pen­sons qu’il serait néces­saire que les experts en désac­cord se ren­con­trent, échangent autour de leur diver­gence de point de vue avec des argu­ments sci­en­tifiques et définis­sent ensem­ble ce que pour­raient être des pra­tiques cul­tur­ales per­me­t­tant un équili­bre entre l’exploitation agri­cole et la pro­duc­tion de biogaz. Rester dans son coin en cam­pant sur ses posi­tions n’est jamais la bonne solu­tion. Expos­er et échang­er ses argu­ments sere­ine­ment est tou­jours préférable. Con­fron­ter ses théories à la réal­ité du ter­rain est égale­ment une solu­tion, car il est vrai que la méthani­sa­tion est rel­a­tive­ment récente dans la pra­tique et demande donc à être observée pour amélior­er le process méthanisation/agriculture. Pour ce qui est des pra­tiques cul­tur­ales, l’introduction de ligneux, la pro­duc­tion accrue de végé­taux pour nour­rir le méthaniseur sont évidem­ment des pistes intéres­santes. Les pra­tiques d’agriculture de con­ser­va­tion des sols, per­me­t­tant cet accroisse­ment et se bas­ant sur le tra­vail des bac­téries, des champignons et des plantes per­met une ges­tion effi­cace du sol.

Au-delà des pra­tiques cul­tur­ales, il s’agit d’appréhender la méthani­sa­tion dans son ensem­ble. En par­ti­c­uli­er, les recherch­es qui sont faites afin de récupér­er du car­bone du CO2, avec des usages de pro­duc­tion de microalgues par exem­ple. C’est aujourd’hui, alors que la méthani­sa­tion est en plein essor, qu’il faut échang­er, et les travaux des uns et des autres sont com­plé­men­taires. Il en va de l’avenir de l’agriculture… et de la méthani­sa­tion. Il en va du mod­èle de pro­duc­tion ali­men­taire et énergé­tique que nous allons met­tre en place. La méthani­sa­tion peut être une for­mi­da­ble oppor­tu­nité de créer une économie vertueuse… pour peu qu’elle per­me­tte un bon retour au sol.

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