Quelques éléments de synthèse sur ses effets environnementaux et les questionnements associés

07/09/23

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• Quelques éléments de synthèse sur ses effets environnementaux et les questionnements associés�

• Quelques bases sur la filière de méthanisation

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• Focus sur l’état des connaiss ances sur 4 aspects du bilan environnemental de la méthanisation

o Impact sur le changement climatique

o Impact sur la matière organique des sols

o Impact sur la qualité de l’eau

o Impact sur la qualité de l’air

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• Quelques éléments de réflexion sur méthanisation et transition agro-écologique issus d’un groupe de travail en cours

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• Quelques éléments de synthèse sur ses effets environnementaux et les questionnements associés�

• Quelques bases sur la filière de méthanisation

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• Focus sur l’état des connaiss ances sur 4 aspects du bilan environnemental de la méthanisation

o Impact sur le changement climatique

o Impact sur la matière organique des sols

o Impact sur la qualité de l’eau

o Impact sur la qualité de l’air

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• Quelques éléments de réflexion sur méthanisation et transition agro-écologique issus d’un groupe de travail en cours

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• Définition et application de la méthanisation�

La méthanisation (ou digestion anaérobie) est la transformation de la matière organique en méthane et gaz carbonique (entre-autres) par une communauté microbienne fonctionnant dans un milieu anaérobie.

Processus optimisé pour convertir des matières organiques en énergie renouvelable (biogaz) et produire un résidu (digestat) utilisé comme fertilisant organique.

211 installations en fonctionnement en Bretagne fin 2022 (Source : Aile)

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• Nature des substrats : que peut-on méthaniser, et que méthanise t-on en Bretagne ?

Du point de vue biologique : la plupart des substrats fermentescibles sont « méthanisables » : effluents d’élevage, biomasses végétales, déchets de l’industrie agroalimentaire, déchets issus du stockage et de la transformation des céréales, biodéchets des collectivités…

Potentiels méthanogènes très différents

X 2-3 pour les fumiers*

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X 4 à 8 pour les lisiers*

Intrants mobilisés en Bretagne en 2020 issus de l’analyse des bilan annuel (Source : Aile pour DREAL Bretagne)

* Ordres de grandeur

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• Régime réglementaire d’utilisation des cultures en méthanisation (arrêté d’aout 2022)

Cultures principales (limité à 15% du tonnage entrant)

• Soit unique culture récoltée au cours de l’année civile
• Soit culture déclarée à la PAC
• Soit culture récoltée sur une parcelle n’ayant pas fait l’objet d’une demande d’aide PAC
• Soit Culture présente sur la parcelle au 1 er juin
• Soit culture pérenne ou culture cultivée sur une parcelle est implantée un culture pérenne

Cultures Intermédiaires à Vocation Energétique (CIVEs sans limite de tonnage)

Maïs , Sorgho…

Risque fort de concurrence avec les autres usages

Source : ValoCive

Risque moindre de concurrence avec les autres usages

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• Une variété de typologies d’installations

Typologie des installations de méthanisation en Bretagne en 2022 (Aile, hors ISDND)

Deux principaux types de valorisation du biogaz

Cogénération

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Production d’électricité (35-40% de l’énergie primaire)

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Production de chaleur (40-50% de l’énergie primaire)

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Environ 2/3 des installations en Bretagne

Injection dans le réseau de gaz

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Epuration du biogaz avant injection

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Environ 1/3 des installations en Bretagne

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Forte augmentation ces dernières années

Différents types de combinaisons taille/type de montage/origine des substrats

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• Que se passe t’il dans le procédé de méthanisation

100%_C

65%_{C (exemple fumier*)}

*Source : Projet MéthaPolsol, Inrae

Conversion partielle de la MO en biogaz

Substrats

Digestats

Conservation du N

100%_N

±100%_N

Digestat

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• Quelques caractéristiques globales des digestats bruts

Source : Satege, Inrae, projet conceptdig

Pas UN mais DES digestats… (substrats méthanisés, type de filière, post-traitements)

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• Digestats et contaminants

• Métaux, Indésirables (plastiques issus d’erreur de tri…)

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• Molécules phytopharmaceutiques et vétérinaires

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Conservés par la digestion (modulo certains plastiques biodégradables)

Tout dépend des substrats utilisés

Comportement très variable en digestion

Certaines molécules sont dégradées, d’autres ne sont pas impactées par la digestion…

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• Digestats et pathogènes

• Pathogènes : impact de la digestion anaérobie sur la qualité sanitaire des effluents

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Digestion anaérobie :

• Diminution de la concentration en micro-organismes « indicateurs » (de l’ordre de 2 log) en mésophile mais pas d’hygiénisation
• Pas de croissance de pathogènes observée
• Pas d’impact sur les germes résistants (bactéries sporulantes, …)

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Hygiénisation imposée dans certains cas (70°C, 1h)

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Attention : qualité sanitaire des digestats dépend des substrats

Abattements constatés en conditions mésophiles (M) et thermophiles (T)

Source : Pourcher et al.

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• Quelques éléments de synthèse sur ses effets environnementaux et les questionnements associés�

• Quelques bases sur la filière de méthanisation

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• Focus sur l’état des connaiss ances sur 4 aspects du bilan environnemental de la méthanisation

o Impact sur le changement climatique

o Impact sur la matière organique des sols

o Impact sur la qualité de l’eau

o Impact sur la qualité de l’air

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• Quelques éléments de réflexion sur méthanisation et transition agro-écologique issus d’un groupe de travail en cours

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• Impact de la méthanisation sur le changement climatique

Comptabilisation de « toutes » les émissions de gaz à effet de serre dans le cadre de scénarios avec et sans méthanisation (générées ou évitées).

Points de consensus

• Dans le cas d’une production de biométhane, bilan nettement positif sur les émissions de gaz à effet de serre

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• Exemple ACV du Biométhane (Inrae pour GRDF) : scénarios avec méthanisation permettent de diminuer de environ 72% les émissions de la situation de référence (gaz fossile + agriculture sans méthanisation).

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• Tendance confirmée par d’autres études (Mallet et al, 2023) même avec certaines hypothèses moins favorables à la méthanisation sur le stockage du carbone dans les sols.

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• Plus-value sur le changement climatique sensible à de nombreux facteurs propres à chaque installation

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• Maîtrise des émissions de CH₄, effectivité du remplacement des engrais minéraux, émissions liées aux pratiques culturales…

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• Impact de la méthanisation sur le changement climatique

Comptabilisation de « toutes » les émissions de gaz à effet de serre dans le cadre de scénarios avec et sans méthanisation générées.

Principaux points de débats

• Quelle énergie remplacent les unités de méthanisation pratiquant la cogénération

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• Quels impact des pratiques réelles liées à chaque installation

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• Impact sur le changement climatique de ces filières très lié à l’origine de l’électricité que l’on considère remplacer et à la nature de la valorisation de la chaleur produite.

• Manque de connaissances actuel sur certains postes d’émission, même s’ils sont en train d’être en partie comblés.

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• Impact de la méthanisation sur la matière organique des sols

• Capacité des digestats à entretenir la matière organique des sols:
• Mais le potentiel amendant dépend des fréquences d’apport et des caractéristiques des digestats

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• Le retour au sol d’un effluent méthanisé génère à long terme un stockage de carbone équivalent ou un peu moindre qu’un retour au sol direct (mais apports liés aux substrats externes à considérer)

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• Les Cultures Intermédiaires à Vocation Energétique génèrent en général plus de stockage de carbone dans les sols qu’une Culture Intermédiaire Piège à Nitrates du fait du différentiel de rendements (env. 2tMS/ha pour une CIPAN ; 6-11tMS/ha pour une CIVE) => rôle de la fertilisation !

Points de consensus

Déjà des pertes de carbone au stockage

Formes stables du carbone contribuant au stockage dans les sols peu impactées par la méthanisation

• Rôle environnemental: stockage C
• Fertilité chimique, physique et biologique des sols

Pourquoi s’intéresser à la matière organique des sols?

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• Impact de la méthanisation sur la matière organique des sols

• Effet de la méthanisation sur les caractéristiques de la matière organique retournant au sol

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Vie du sol

Principaux points de débats

• Constats non-systématique d’une mortalité de certains lombrics directement après l’épandage (idem lisiers)

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• Effet plutôt positif sur le long terme sur les populations de lombrics par rapport à une absence d’apport organique

Quelques éléments de consensus quand même…

• Effets sur la microbiologie des sols très des digestats et des sols.

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• Effet comparatif entre digestats et produits organiques non-digérés sans réel consensus aujourd’hui.

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• Quel effet des changements de pratiques associés à l’introduction d’un méthaniseur (modification du travail du sol, des assolements…) ?

Encore beaucoup de questions…

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• Impact de la méthanisation sur la matière organique des sols

• Effet de la méthanisation sur les caractéristiques de la matière organique retournant au sol

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Principaux points de débats

• Effet positif ou non-significatif de digestats sur la stabilité structurale des sols (quelques exceptions avec effet négatif transitoire)

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• Amplitude des effets proches d’un lisier ou d’un fumier, très en dessous des matières organiques « fraîches » (cannes de maïs…)

Quelques éléments de consensus quand même…

• Effets très dépendants des types de sols et des digestats

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• Pas d’évaluation de l’effet à l’échelle du système (filières avec ou sans méthanisation)

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• Quel effet des changements de pratiques associés à l’introduction d’un méthaniseur (modification du travail du sol, des assolements…)

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Encore beaucoup de questions…

Structure des sols

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• Impact de la méthanisation sur la qualité de l’eau (nitrates)

Pollutions diffuses

Pollutions ponctuelles (accidents…)

Non abordé

Quel effet du remplacement des effluents « classiques » par des digestats ?

Principaux points de consensus

• À pratique d’épandages similaires et à quantité d’azote efficace identique, les digestats présentent globalement un risque de lixiviation similaire aux effluents organiques de type lisiers…

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• Comme pour les autres matières organiques, une fertilisation à base de digestat génère un risque de lixiviation supérieur à une fertilisation minérale (nécessité de couverture permanente des sols)

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Principaux points de débat

• Quel effet de la méthanisation sur le niveau d’optimisation des pratiques de fertilisation

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• Impact de la méthanisation sur la qualité de l’eau (nitrates)

Consensus

CIVEs versus sols nus : Les systèmes avec CIVES génèrent moins de risques de lessivage que l’absence de couverture de sol, même en les fertilisant dans le cadre de pratiques optimisées et de la réglementation actuelle.

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Points de débats

Quelle différence d’efficacité entre CIVEs et CIPAN pour limiter le lessivage ?

Quel effet des cultures intermédiaires à valorisation énergétique sur la lixiviation des nitrates ?

Quel effet des pratiques de fertilisation des CIVEs ?

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• Impact de la méthanisation sur la qualité de l’air (ammoniac)

Principaux points de consensus

• Digestats globalement plus sensibles aux émissions d’ammoniac que la plupart des effluents d’élevage

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• Nécessité d’appliquer une combinaison de mesures pour prévenir ces émissions (couverture de fosses, choix du matériel d’épandage, enfouissement rapide des digestats, choix des périodes d’épandage…)

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Risques d’émissions d’ammoniac au stockage et à l’épandage des digestats (précurseur de particules fines)

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• Quelques éléments de réflexion sur la compatibilité méthanisation/agroécologie.

Issus d’un travail en cours au sein du GIS Apivale (Inrae, UBS, ANSES, Agrocampus, Université de Rennes 1, ENSCR)

Principaux constats sur les modifications induites par la méthanisation en lien avec l’agroécologie :

• Une tendance à la baisse (non-systématique) de l’utilisation des engrais minéraux
• Une augmentation importante des intercultures, en général fertilisées
• Des assolements avec de légères modifications (cultures principales à cycles plus courts, légère augmentation de la surface de maïs) sur les dernières vagues d’unités.
• Evolution très variable de l’usage des produits phytosanitaires (point de vigilance sur les CIVES)
• Peu ou pas de changement des modes de production actuels et des cheptels sur les dernières vagues d’unités.

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Nouveau levier permettant de faire évoluer des systèmes vers des pratiques agroécologiques.

Nouvelle contrainte de production risquant de contribuer au maintien de systèmes actuels éloignés de l’agroécologie.

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• Quelques éléments de réflexion sur la compatibilité méthanisation/agroécologie.

Issus d’un travail en cours au sein du GIS Apivale (Inrae, UBS, ANSES, Agrocampus, Université de Rennes 1, ENSCR)

Que devrait faire une méthanisation agroécologique (non-exhaustif) ?

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• Contribuer à une diminution significative de l’utilisation des engrais minéraux (retour au sol de déchets des territoires, développement de Cives en association avec des légumineuses…)
• Permettre une diminution de l’usage des produits phytosanitaires
• Utiliser les Cives comme une opportunité de diversification des assolements et développer des systèmes permettant d’optimiser d’autres services que la production d’énergie (associations, fertilisation limitée…).
• Contribuer au maintien (dans le cas de diminutions de cheptels) ou à la réintroduction de prairies.
• Augmenter la résilience des systèmes de production agricoles en donnant de la souplesse sur la gestion des fourrages.
• Réduire les besoins énergétiques des exploitations

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