la méthanisation solide à la ferme

4 Juillet 2011 , Rédigé par jr Publié dans #Environnement

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5.2 - LE COMPOSTAGE

Le tableau 1 démontre que la décomposition biologique de 5 tonnes de matière solide se transforment en 1 tonne d'humus à la fin de la réaction et en 4 tonnes de gaz divers dont principalement du CO₂ et du méthane. Selon le procédé de décomposition utilisé, par exemple la méthanisation anaérobique, on peut voir que trois tonnes de méthane peuvent être utilisés comme carburant dont les résidus finaux ne seront que du CO₂. Il est donc primordial de ne plus composter à l'air libre sans récupérer le méthane formé ceci principalement pour les grandes installation qui récupèrent la biomasse pour des villes et villages.

Tableau 1: Bilan de la décomposition de la biomasse

Lors d'un compostage en plein air, seule la partie intérieure du tas ou de l'andain dégage du biogaz sous forme de méthane (CH₄), du fait de l'absence d'air (anaérobie). ***
La surface de contact avec l'air provoque aussi une fermentation avec décomposition de la biomasse mais avec dégagement de CO₂ (aérobie). **
Le rapport CH₄ / CO₂ dépend donc de la forme du tas, c'est à dire du rapport en volume de la biomasse non exposée à l'air de celle exposée à l'air. *
Le compostage en milieu fermé donne donc le meilleur rendement en méthane.
Le compostage en présence d'air, ou même ventilé, provoque un fort dégagement de chaleur sous forme de vapeur d'eau. Dans ce cas une pompe à chaleur est intéressante pour récupérer la chaleur de condensation de la vapeur d'eau ainsi que la chaleur sensible de l'air.
En conclusion, tout compostage industriel devrait comporter l'une des deux variantes précédentes, pour éviter la fuite du méthane dans l'atmosphère, gaz 56 fois plus polluant que le CO₂ sur l'effet de serre. Le compostage à l'air libre devrait donc être proscrit.

Les déchets ménagers représentent 80 kg de biomasse par habitant. La transformation de cette biomasse doit être effectuée en deux phases: la première, anaérobique qui permet la récupération du biogaz comme source d'énergie et la deuxième, phase d'oxydation qui fournit un humus de haute qualité, d'une part par sa teneur en carbone et d'autre part par sa composition élevée en minéraux. Cette deuxième phase d'oxydation dégage de la chaleur sous forme de vapeur d'eau qu'il est possible de récupérer par un système de pompe à chaleur.
Les avantages du compostage en deux phases sont multiples:

moins d'odeurs
pas de perte de méthane dans la biosphère
stockage de carbone par l'humus (qui n'existe pas si l'on incinère)
apport important de minéraux aux sols (phosphore, azote et potassium)
récupération d'énergie
allégement des sols, donc meilleure rétention d'eau et facilité du labourage
bilan économique favorable

Lors d'un compostage anaérobique, il se produit plusieurs dizaines de réactions chimiques successives avant de former du méthane. Ces réactions sont complexes, c'est à dire que ça marche tout seul, sans qu'il soit nécessaire de tout comprendre. L'une des premières réactions est la fermentation alcoolique, puis la transformation en vinaigre, etc. La fermentation alcoolique est une voie possible pour la production d'alcool carburant, cependant les pertes énergétiques sont importantes, d'une part lors de la fermentation et surtout lors de la distillation. Cette technologie est beaucoup utilisée au Brésil pour utiliser les surplus de sucre. Le résidu fibreux (bagasse) est utilisé comme source d'énergie pour la distillation. Dans ce cas précis, cette filière est intéressante car elle a développé une industrie locale et surtout, elle a permis d'éviter de nombreux transports pétroliers d'un bout à l'autre des continents, avec leurs cortèges de nuisances et la combustion de carbone fossile.

Le cycle fermé pour le CO₂ est facile à comprendre. Il faudrait que pour l'équilibre des sols, les minéraux retournent aussi aux cultures pour fermer ce cycle, ce que ne permet mais pas l'incinération, à moins de rendre les cendres au sol. Dans le cas d'incinération des ordures, subsiste le risque d'un apport de sels de métaux lourds, néfastes à la végétation et à notre santé. L'azote résiduel d'un compost qui retourne aux cultures, soit xx kg par tonne, représente de plus une grande économie d'engrais azoté, sachant que pour produire un kg d'azote, l'industrie chimique utilise un litre de pétrole. Pour produire une tonne de biomasse, on utilise environ 70 litres de pétrole.

En conclusion, le compostage doit être réalisé en deux phases, même si un investissement est nécessaire. La bonne direction a été prise par quelques groupements de commune, comme à Villeneuve, Aarberg, Rümlang et Nant-de-Châtillon. Un compostage industriel sans récupération du méthane est donc une grave source de pollution, dont l'activité sur l'effet de serre est vingt fois plus prononcée que le CO₂ et le NOx 250 fois plus grand ! Un argument de plus pour ne pas incinérer la biomasse mais la composter avec récupération du biogaz, pour éviter à l'azote protéique de se transformer en NOx lors de la combustion.

Les engrais agricoles

En Suisse, l'agriculture consommait environ 16 GJ (gigajoules) par hectare en 1950, la part du travail humain et de la traction animale étant des deux tiers ; la consommation d'énergie s'est multipliée par 1,5 en 1970, moins de 10 % étant fournis par les hommes et les animaux, un tiers par les engrais et produits phytosanitaires et plus de la moitié par les machines, le mazout et les lubrifiants. En 1995, l'agriculture suisse a dépensé près de 4 milliards de francs pour se procurer des moyens de production. La facture de consommation énergétique, comprenant électricité, diesel, huile de chauffage, se monte à 425 millions de fr. Si on compare les chiffres de 1950 à ces chiffres de 1995, on a ce qui suit:

Tableau 2: Consommation d'énergie dans l'agriculture, par hectare

	1950	1970	1995
Total	16 GJ	24 GJ	?
Travail Humain	31%	9%	4%
Travail Animal	36%	9%	0%
Combustibles, Electricité, Carburant	10%	54%	48%
Fabrication d'engrais, Machines, Fourrages importés (énergie "grise")	23%	33%	48%

Les engrais azotés sont produits à partir de l'ammoniac, dont la fabrication utilise beaucoup d'énergie : matières premières (hydrocarbures, 60 %), combustibles (30 %) et électricité (10 %). La fabrication proprement dite des engrais consomme peu d'énergie, qui peut provenir de la récupération de chaleur.

L'azote est l'élément chimique qui a la plus grande influence sur la production végétale. On sait aujourd'hui que l'azote utilisé est mieux valorisé dans la production intégrée : 83 % d'azote remis dans les champs est utilisé, contre 67 % dans la production conventionnelle. L'énergie grise comprend aussi les produits phytosanitaires. En production intégrée, on diminue cette utilisation de la chimie à 25 % par rapport à la production conventionnelle.

Dans le cas du lisier et du purin, la moitié de l'azote total devient disponible dans les 3 à 6 semaines qui suivent l'épandage. Par contre, pour le fumier, la nitrification peut durer une à plusieurs années et dépend de la capacité de minéralisation propre à chaque sol et à chaque année. La question principale pour l'agriculteur est de savoir dans quel délai l'effet fertilisant maximum des engrais de la ferme se termine, pour pouvoir moduler les compléments sous forme d'engrais minéraux.

Dès qu'il y a production, stockage ou épandage d'engrais de ferme, il se produit des émissions d'azote sous forme d'ammoniac volatil. L'agriculture suisse perd ainsi chaque année une quantité énorme d'azote. Près de 90 % des émissions d'ammoniac proviennent des excréments et de l'urine des animaux de rente (les élevages bovins y contribuent pour près de 70 %). Les 10 % restants sont dus à l'emploi d'engrais minéraux ou de boues d'épuration. Ces dernières années, la consommation a diminué de 10 000 tonnes.

Une bonne moitié des pertes totales d'ammoniac provient de l'utilisation d'engrais de ferme. Des mesures réalisées à l'étranger ont déjà montré il y a plusieurs années que, lorsqu'on utilise le lisier, jusqu'à 95 % des azotes ammoniacaux appliqués sont susceptibles de se volatiliser. Les agriculteurs peuvent calculer précisément les engrais nécessaires à une fumure équilibrée. Qu'en est-il dans le secteur non agricole? La surface de gazons, pelouses, jardinage, etc. est environ équivalente à celle de la vigne suisse. Or la quantité d'engrais importée pour ces surfaces est trois fois plus élevée que la quantité d'engrais utilisé dans les vignes. Les analyses des sols par prélèvements montrent qu'ils contiennent 3 à 8 fois plus d'engrais que la norme agricole.

Dans la production bio-organique ou bio-dynamique, l'azote minéral (engrais) ne joue aucun rôle, son utilisation est interdite. On n'y a pas de problème de volatilisation ammoniacale, parce qu'on utilise le compost. Par contre, l'utilisation d'énergie pour fabriquer du compost peut être très élevée et pourrait compenser les pertes d'azotes du domaine agricole conventionnel. Le combustible nécessaire au sarclage est lui aussi important : un hectare de céréales cultivées sans herbicides devra être sarclé à deux reprises avec une herse à tri, ce qui représente deux heures de tracteur ; la même surface traitée une fois aux herbicides n'exige qu'un quart d'heure de tracteur, avec un rendement comparable.

Séchoirs à herbe

Ces appareils sont assez simples car ils travaillent sur le principe d'un tambour rotatif, où l'herbe humide est introduite directement à côté de la flamme. Ils ont des capacités d'évaporation comprises entre 5 et 40 tonnes d'eau par heure. Dans ces cas, ce sont 5 à 44 tonnes de vapeur d'eau que l'on rejette dans l'atmosphère, avec également de fines particules de produit sec. Ces appareils représentent un gaspillage d'énergie si rien n'est fait pour récupérer une part importante de l'énergie mise en oeuvre. Pour des raisons d'économies, c'était du mazout lourd qui était utilisé, avec des condensations inévitables de goudrons dans le produit sec. Cette nourriture polluée contribue aussi fabriquer des vaches folles, voire à contaminer en plus le lait de consommation, sans parler de la santé des animaux. Avec le mazout léger ou le gaz c'est mieux, mais... trop cher ! La meilleure solution consiste à continuer de sécher l'herbe au soleil, source gratuite et non polluante.

http://www.ader.ch/energieaufutur/energies/biomasse/composte.php

Moteur au méthane développé par la NASA

http://www.cda55.fr/documents/biogazEARLlebbe.pdf

http://lbewww.epfl.ch/DA/JEANMAIRE_1999/1digestion.htm

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