LA BETTERAVE, UN CONCENTRE D’ENERGIE

 

Information sur le biogaz en Allemagne

Résumé

C'est à une véritable révolution verte à laquelle on assiste en Allemagne: 1000 installations de production de biogaz en 2000, 7000 en 2011, plus de 20.000 prévues en 2020...
Volonté politique, incitants financiers à l'investissement, prix de vente de l'énergie attractifs,... tout est réuni pour pousser les agriculteurs allemands à devenir des énergiculteurs. Et le succès est au rendez-vous ! A tel point que le nombre d'agriculteurs qui abandonnent la production laitière au profit de la production d'énergie inquiète les autorités allemandes.
Le modèle, basé en grande partie sur l’ensilage de maïs, commence même à faire débat au sein de l’opinion publique qui s’inquiète du manque de diversité et des paysages bouchés et monotones. L’utilisation de betteraves sucrières pour la production de biogaz donne des résultats très intéressants.  Les surfaces de betteraves cultivées à cet effet sont en augmentation. 10.000 hectares en 2010, 20.000 en 2011, et probablement 50.000 hectares à court terme. Tout bénéfice pour une culture qui est très bien maîtrisée et qui, comme plante sarclée, trouve bien sa place dans les rotations avec le maïs et les céréales. Les énergies renouvelables Progressivement, les énergies fossiles vont devoir être remplacées par de nouvelles sources d’énergie dont la majeure partie devra être «renouvelable». On qualifie de renouvelables les énergies solaire, éolienne, hydraulique, issue de la chaleur naturelle de la terre, ou encore de la biomasse (bioéthanol, biodiesel, biogaz, bois,…).

Biogaz

On appelle communément «Biogaz» un mélange de méthane (composant principal) et de dioxyde de carbone (CO2). Ce gaz nait de la fermentation anaérobie de matières organiques (biomasse).
La production d’une unité de Biogaz est directement liée au type, à la composition et à la qualité des matières premières utilisées.
En valeur énergétique, 1 m³ de biogaz équivaut à ½ m³ de gaz naturel, soit 5 KWh.

L’Allemagne pionnière mondiale

L’Allemagne produit environ 12 % de ses besoins totaux en énergie au départ de sources renouvelables. 70 % sont issus de la biomasse (50 % de Biodiesel issu de colza, 35 % de Biogaz, 15 % de bioéthanol issu de sucre et d’amidon et 0,2 % de bois).
Près 2 millions d’hectares, soit environ 18 % de la surface agricole utile allemande, sont dédiés actuellement aux cultures  énergétiques. Les perspectives à 10 ans (2020) sont que 3,7 millions d’hectares seront affectés à la production de matières premières énergétiques, soit plus de 31 % de la surface cultivée.
Comme le montre le tableau 1, les premières unités de production de Biogaz ont été créées en Allemagne il y a une vingtaine d’années. Depuis lors, le nombre d’unités a progressé de manière exponentielle pour atteindre en 2011 environ 7000 installations, et ce chiffre continue à augmenter.
Actuellement la puissance installée totale par biogaz est d’environ 2.750 Mégawatt (point de comparaison: les 3 centrales nucléaires de Tihange en Belgique ont chacune une puissance installée d‘environ 1.000 Mégawatt). La production annuelle d’électricité par Biogaz est de 18 Millions de Mégawatt heure.

Matières méthanisées

Près de 800.000 hectares ont été cultivés en 2011 pour la production de biomasse à méthaniser, ce qui fait une moyenne de 120 hectares par unité de biométhanisation.
Avec 700.000 hectares, le maïs ensilage est la première plante cultivée pour le biogaz.
Suivent les céréales, l’herbe et la betterave.
A côté des plantes cultivées, les effluents d’élevage (lisier, fumier) constituent l’aliment de base des digesteurs. Mais tous les déchets organiques (écarts de triages de pommes de terre et légumes, déchets d’entreprises agro-alimentaires, surplus de la grande distribution,…) font aussi farine au moulin.
Pour exemple, la composition type de l’alimentation quotidienne d’une installation de biométhanisation d’une puissance de 500 kW pourrait être: 60 m³ de lisier, 8 tonnes de maïs, 2 à 3 tonnes d’herbe et 0,3 à 0,5 tonnes de céréales. Mais certaines installations ne tournent qu’au maïs La consommation pour une puissance de 500 kW est alors d’environ 25 tonnes d’ensilage par jour à 32 % de MS. La surface de maïs nécessaire est alors d’environ 250 hectares. Le maïs est généralement acheté par contrats pluriannuels. Ordre de grandeur du prix: 17,5 € / tonne de matière fraîche sur pied (récolte, transport et ensilage à charge de l’usine).

Biogaz à partir de betteraves

Les betteraves peuvent remplacer le maïs en proportion équivalente. L’utilisation de betteraves pour la production de biogaz est récente et représentait en 2011 environ 20.000 hectares en Allemagne. Au vu du potentiel énergétique de la betterave et des prix actuels de l’énergie, la valeur des betteraves pour biogaz tourne autour de 30 €/tonne, un prix plus proche de celui des betteraves en quota que de celui des betteraves excédentaires. Plusieurs études montrent que  la betterave produit plus de rendement en méthane et en énergie à l’hectare que le maïs ou les céréales.  Les raisons de cette supériorité sont multiples:

Tableau 2 : Production de biogaz pour différentes cultures

Substrat

Rendement frais

T/Ha

Méthane

m³/T MS

Méthane

m³/ Ha

Electricité

Kwh/Ha

Relatif
Céréales 9 426 3100 11000 50 %
Maïs 60 325 6300 22000 100 %
Betteraves 80 442 6500 23000 104 %
Feuilles de betteraves 40 324 1300 4000 18 %
Betteraves + feuilles 120 417 7800 27000 122 %

Source : Strube – chiffres arrondis donnant un ordre de grandeur

Au niveau agricole, la betterave offre une alternative au maïs.  Ceci est une bonne chose au vu des nouvelles contraintes européennes liées aux rotations des cultures et au maintien de la fertilité des sols, mais également au niveau de l’opinion publique allemande qui accepte de moins en moins la monoculture de maïs qui bouche les paysages. La part de maïs dans l’alimentation des digesteurs sera d’ailleurs limitée à 60 % dès 2012.

Trois problèmes se posent pour l’emploi de betteraves pour la biométhanisation:

Les pierres peuvent endommager les broyeurs, pompes, conduites.  Mais surtout, elles sédimentent dans les digesteurs et y restent à vie.
La firme STRUBE a mis au point une machine simple et peu couteuse pour laver et épierrer les betteraves. Les pierres tombent dans le fond du container de lavage, et par l’ajout de kaïnite dans l’eau de lavage, les betteraves flottent à la surface de l’eau et sont récupérées par une chaine.

La terre lourde, type limon et argile, ne pose pas de problèmes dans les digesteurs. Les particules sont fines et ne sédimentent pas. Elles ressortent du digesteur avec le digestat.
Par contre le sable, de par ses particules plus grosses, sédimente et s’accumule dans le fond des digesteurs. Les betteraves cultivées dans des sols sableux doivent donc être lavées, alors que celles des sols lourds ne doivent pas l’être systématiquement.

De septembre à mars, il est possible d’utiliser des betteraves fraichement arrachées, ou stockées de la même manière que les betteraves pour le sucre.
D’avril à septembre, d’autres techniques sont possibles, après lavage, épierrage et découpe en cossettes ou broyage en râpure:

Biogaz et subsides

L’Europe oblige les producteurs d’énergie à produire en partie au départ de matières premières renouvelables. Cela garantit un revenu aux producteurs d’énergie renouvelable qui injectent de l’électricité dans le réseau. Ce revenu (subvention) est fonction de la technique utilisée, de l’année de démarrage et de la taille de l’installation.
Pour le Biogaz, l’obtention de subvention sera liée à partir de 2012 aux matières premières utilisées.
Pour obtenir un maximum de subsides, il faudra utiliser au maximum 60 % de maïs ou de céréales, et pouvoir en plus prouver:

L’Europe veut également subventionner l’investissement dans des générateurs plus gros et des systèmes de stockage du gaz.  Ceux-ci  sont nécessaires pour adapter la production électrique à la demande et à la production plus variable et imprévisible venant des panneaux photovoltaïques et de l’énergie éolienne.

Utilisation de la chaleur

La rentabilité d’une installation est fortement liée à l’utilisation de la chaleur récupérée. Exemples d’utilisation: chauffage d’habitations, de bâtiments publics, de piscines, de serres, mais aussi séchage de produits agricoles (foin, céréales, maïs, pulpes…), de bois, de pellets,…

Utilisation des digestats

Au terme de la fermentation des matières organiques, on obtient un digestat qui, après maturation, s’apparente à un compost liquide, plus fluide que du lisier et quasiment inodore.  Sa valeur fertilisante étant intéressante (forte proportion d’azote ammoniacal), il peut remplacer partiellement ou en totalité l’engrais minéral.
En utilisant un séparateur de phase, il est possible d’obtenir un produit solide qui s’emploie comme amendement de fond et un produit liquide utilisable comme un engrais liquide.

Spécificité de la Flandre:

En Flandre, l’épandage des digestats issus de la biométhanisation d’effluents d’élevage est confronté aux limitations d’apport de fertilisants (Mestactieplan).  L’administration ne délivre d’autorisation d’exploiter une installation de biométhanisation que si l’exploitant peut garantir l’écoulement des digestats, soit via des contrats d’épandage conformes au MAP, soit via l’exportation hors de Flandre.
La solution trouvée est d’utiliser la chaleur des moteurs électriques pour sécher le digestat (avec à la clé des certificats verts), et de le vendre aux fabricants d’engrais en dehors de la Flandre. Le produit contient des fertilisants NPK, mais aussi un large spectre d’oligoéléments et des bactéries utiles à la vie du sol. Cette technique innovante attire déjà l’intérêt des spécialistes allemands.

Biogaz et emploi

Les installations de biométhanisation sont devenues des pourvoyeurs d’emplois importants pour l’agriculture allemande en général, et en particulier dans les régions défavorisées économiquement.
Beaucoup d’exploitations petites et moyennes ont assuré leur viabilité sur le long terme en investissant à plusieurs dans une installation de production de biogaz.
De plus, la biométhanisation apporte une réponse aux éleveurs et engraisseurs  situés dans des régions à forte concentration animale pour l’évacuation de leurs effluents d’élevage.

Biogaz et arrachage des betteraves

Les betteraves peuvent être biométhanisées seules ou en mélange avec les feuilles.
La récupération des feuilles à l’arrachage doit s’effectuer comme dans le passé, de manière séparée des betteraves car celles-ci doivent être lavées et épierrées.
Sans récupération des feuilles, il faut veiller à arracher la betterave entière, non décolletée. La présence d’un peu de vert n’est pas un handicap.

Biogaz et variétés de betteraves

Le critère de choix d’une variété pour la production de biogaz est simple. 
Un maximum de production de matière sèche organique à l’hectare !
A côté de cela, la teneur en matière sèche (fortement corrélée à la richesse) joue également un rôle, ainsi que la tare terre attenante. La rapidité de transformation des sucres en digesteur pourrait aussi devenir un critère à étudier.
A l’heure actuelle, les meilleures variétés pour la production de sucre sont aussi les meilleures pour la production de gaz. Par contre le potentiel de développement des surfaces pour la biométhanisation fait réfléchir les sélectionneurs à l’orientation de certains programmes de sélection. L’abandon du critère d’extractibilité du sucre notamment pourrait ouvrir la porte à moyen terme à des variétés plus productives en matière sèche à l’hectare.

Pour en savoir plus sur la situation en Belgique:

En Flandre: 

Platform voor anaërobe vergisting: www.biogas-e.be

En Wallonie: Portail de l’énergie 

www.energie.wallonie.be/fr/la-biomethanisation.html

 



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