D’ici trois ans, la gestion séparée des biodéchets qui représentent un tiers de nos ordures ménagères sera généralisée. Anne Tremier, directrice de recherche à l’Institut national de recherche sur l’agriculture, l’alimentation et l’environnement (Inrae), directrice de l’unité de recherche Opaale, qui travaille sur la caractérisation et la valorisation des matières organiques depuis leurs vocations alimentaires jusqu’à leurs valorisations énergétiques et agronomiques, nous explique les enjeux et les premiers résultats du projet européen « Decisive »  dont elle assure la coordination et pourquoi la micro-méthanisation apparaît comme un levier intéressant pour les milieux urbains denses confrontés à un double enjeu : une quantité importante de biodéchets produits et une valorisation de proximité intégrée à une économie circulaire.

Propos recueillis par Laura Icart

La population urbaine produit d’importantes quantités de déchets, en plus d’être une grande consommatrice d’énergie. Pourquoi la micro-méthanisation peut-elle être une voie de valorisation des biodéchets pertinente pour réduire la pollution urbaine à une échelle plus décentralisée ?

Aujourd’hui, plus de la moitié de la population mondiale vit dans les villes [68 % de la population mondiale devrait être urbaine en 2050 selon la Banque mondiale, NDLR] et génère une quantité très importante de déchets. Des villes qui sont également très énergivores puisqu’elles représenteraient entre 60 et 80 % de la consommation énergétique mondiale et contribueraient pour plus de 70 % aux émissions de carbone. Or en Europe, selon les pays, de 14 à 47 % de ces déchets sont biodégradables. Une part qui peut même s’élever à plus de 60 % dans les pays en voie de développement. Les biodéchets constituent pourtant, quand cela est bien géré, une véritable ressource qui peut être valorisée énergétiquement et agronomiquement. En France, environ 10 % de nos déchets ménagers et assimilés [en tonnage total] est composté et environ 32 % de la part de biodéchets collectés. Si la France se situe dans la fourchette moyenne européenne en ce qui concerne le recyclage des déchets, c’est principalement le développement du tri à la source des biodéchets qui fait défaut. Les solutions de tri mécano-biologique (TRM) n’ayant pas été retenues au niveau européen, c’est principalement par le compostage et la méthanisation que la valorisation des biodéchets doit se faire. En milieu urbain dense, la micro-méthanisation peut s’avérer une valorisation de proximité intéressante en complément des systèmes d’organisation de collecte et de traitement des biodéchets qui sont aujourd’hui principalement centralisés. C’est pour amener davantage de proximité dans la gestion des biodéchets urbains et nous aider à penser un système circulaire plus performant sur le plan environnemental comme économique que nous avons lancé le projet européen « Decisive » en 2016.

Justement, quelles sont les grandes lignes directrices et les objectifs du projet « Decisive » dont vous assurez la coordination au nom de l’Inrae ?

La question d’une gestion de proximité via la micro-méthanisation est apparue en 2014 lorsque nous avons réalisé que nous avions des connaissances et de l’expertise sur le compostage industriel, domestique et de proximité ainsi que sur la méthanisation industrielle, mais finalement peu sur le potentiel d’une méthanisation de proximité de la fraction organique de nos déchets ménagers. Ce projet a fait l’objet d’un important financement européen dans le cadre du programme « Horizon 2020 » [aux deux tiers financé par l’UE, NDLR]. Il visait à modifier le paradigme linéaire actuel de gestion des déchets qui consiste à évacuer les biodéchets loin de leurs territoires de production pour une valorisation plus ou moins grande mais surtout pour la plupart du temps invisible aux yeux du producteur de biodéchets. Or nous nous sommes rendus compte qu’une gestion de proximité des biodéchets associée à une grande pédagogie avait un double effet sur la prise de conscience des ménages : d’une part une meilleure qualité de tri et d’autre part une quantité de déchets ménagers produits moindre. « Decisive », fruit d’un consortium de 14 partenaires basés en France, Espagne, Italie, Allemagne, Belgique et Danemark, comporte différents volets : organisationnel, avec la mise en place d’une méthode de planification d’un schéma de gestion décentralisée des biodéchets urbains, technologique également puisque nous avons testé des procédés de micro-méthanisation avec valorisation du biogaz par moteur Stirling via deux constructeurs différents [Enwise et Seab], avec l’objectif de le démontrer. Nous avons par ailleurs développé un nouveau procédé de micro-méthanisation et réalisé plusieurs expérimentations de fermentation sur substrat solide en vue de produire un biopesticide. Le dernier volet est davantage politique et économique et vise à améliorer les politiques environnementales autour de la gestion des déchets, avec éventuellement la possibilité de créer de nouveaux débouchés, notamment en termes de métiers. Prévu initialement sur quatre ans, le projet « Decisive » s’arrêtera définitivement en octobre après avoir été prolongé de quelques mois suite à la crise du Covid-19.

En novembre 2019, un premier site de démonstration été lancé à Écully, aux portes de Lyon  ?

Le démonstrateur a démarré en novembre 2019 au Centre de formation et de promotion horticole (CFPH) d’Écully. À la conception du projet, l’alimentation du micro-méthaniseur était principalement centrée sur les déchets de restauration (restauration collective, restauration classique et sur ceux de la Biocoop avoisinante). Notre idée était de démontrer la possibilité de former un cercle vertueux et une boucle énergétique locale in situ au sein de la ferme urbaine avec un méthaniseur de taille réduite et de vérifier si l’échelle choisie, à savoir une solution locale de proximité, avait un impact économique et environnemental similaire ou supérieur à une plus grosse unité. Avec Refarmers, une PME proposant des solutions d’agriculture urbaine en hydroponie, ainsi qu’Aiden, une association d’insertion pratiquant le maraichage biologique et fournissant plusieurs restaurateurs lyonnais, une collecte de biodéchets a pu être mise en place dans un rayon de 5 kilomètres autour d’Écully, et leur valorisation sur le site du CFPH. Le projet prévoyait d’envoyer l’ensemble des biodéchets collectés dans notre micro-méthaniseur dimensionné pour produire 20 m³ par jour de biogaz et 1 à 2 kWh en cogénération et de revaloriser le digestat produit en biopesticide puis par épandage sur des terres agricoles proches. C’est la première fois qu’un micro-méthaniseur était installée en zone urbaine dense. Soumis au régime de l’enregistrement et nécessitant les mêmes démarches qu’une méthanisation classique, notre projet a notamment permis de se confronter à un dossier de ce type, d’en discuter avec les services administratifs concernés et de permettre à l’ensemble des acteurs présents d’appréhender l’outil et la faisabilité de le répliquer ailleurs au vu de la flexibilité de l’installation.

Plus spécifiquement, le système de micro-méthanisation utilisé a-t-il été concluant ?

C’est la société franco-chinoise Enwise qui a conçu et construit l’installation sur le site d’Écully avec un moteur Stirling [développé par l’italien ITS Energy, NDLR] et un panneau solaire ajouté sur les containers. Nous avions évalué le seuil minimal pour boucler énergétiquement le projet à 50 tonnes de biodéchets traités par an avec un démonstrateur conçu pour produire du biogaz valorisé (80 %) sous forme de chaleur, utilisé pour chauffer le digesteur et fournir l’eau chaude nécessaire à l’hygiénisation et en électricité (20 %) pour alimenter les bâtiments de la ferme urbaine. Un fonctionnement optimisé que nous n’avons pu tester que durant ces derniers mois, faute à la crise pandémique, mais qui nous a tout de même permis de démontrer technologiquement les process. Cependant, ce fonctionnement « dégradé » auquel nous avons dû faire face nous a également permis de nous rendre compte de la flexibilité de l’installation et d’un pilotage simplifié. Nous l’avons par exemple très rapidement remis en route en juin 2020 après plus de trois mois en sommeil [pas d’alimentation en biodéchets du fait du confinement, NDLR]. Nous avons pu ensuite, en allant chercher les biodéchets un peu plus loin et en passant un accord avec un important collecteur de biodéchets, obtenir une production de biogaz équivalente à 15 m³ par jour, soit la valorisation de 4,3 kilos de matières organiques par m³ de réacteur et par jour. Cette production a été conduite ponctuellement, jusqu’à 20 m³  de biogaz par jour.

Quels sont les premiers enseignements à tirer presque deux ans après la mise en route du démonstrateur ?

Il y a eu sur ce projet un très fort travail collaboratif avec des acteurs très impliqués. À ce stade, plusieurs points sont à relever. En premier lieu sur le volet technologique, l’installation d’un micro-méthaniseur dans un espace urbain dense est parfaitement faisable. Deuxième point, il est possible de former des personnes a priori néophytes à utiliser ce type d’installation. On a également pu démontrer qu’il est possible d’organiser un circuit court de la matière organique qui in fine contribue également à créer des emplois. La boucle énergétique ayant été ponctuellement atteinte à 1 tonne par semaine, nous considérons que la technologie est opérationnelle. En plus d’être réplicable, elle est aussi très adaptable puisqu’elle peut être facilement transportable et installée sur un territoire au gré des besoins. Le démonstrateur arrêté début août est en route pour Narbonne. Sur le volet environnemental cette fois, l’utilisation plus pointue du digestat pour produire un biopesticide apporte une valeur environnementale supplémentaire au projet et minimise l’impact par rapport à une production industrielle du biopesticide ciblé. Les travaux et réflexions sont toujours en cours sur la production de biopesticide à partir du digestat et sont développés par UAB et Aeris en Espagne. Nous avons également observé que le traitement et la valorisation de biodéchets de manière décentralisée n’avait pas plus d’impacts que de manière centralisée, autrement dit il est parfaitement possible d’avoir une gestion locale et territoriale de nos biodéchets. Bien sûr, il reste des complémentarités à trouver, des données à approfondir, notamment sur le volet économique.

Et quels sont les résultats obtenus dans les autres villes européennes partenaires du projet ?

Deux démonstrateurs devaient être mis en service dans le cadre du projet « Decisive ». Cependant, à l’heure actuelle, seul celui d’Écully a été éprouvé. Initialement, un autre démonstrateur, de capacité supérieure à celui installé en France, devait être installé sur le campus de l’université autonome de Barcelone mais plusieurs évolutions internes à l’établissement n’ont pas permis au projet d’aboutir. Il y a cependant un démonstrateur qui devrait rentrer en fonctionnement prochainement dans une petite ville à côté de Trieste (Italie). Dimensionné pour traiter entre 200 et 400 tonnes de déchets, il pourrait apporter une véritable solution dans une zone montagneuse où le premier site de traitement de déchets se trouve à plus d’une centaine de kilomètres. Avec la mise en route de ce second démonstrateur nous allons également pouvoir comparer les constructeurs et les process utilisés, même si la technologie de base est semblable. Il y a également tout un travail d’étude et d’enquête réalisé par une équipe de l’université de Hambourg sur la collecte et les impacts de cette collecte dans des foyers avec des niveaux sociaux économiques différents et l’adhésion sociologique la population en général. Ces travaux sont très intéressants, notamment pour construire et affiner les politiques d’accompagnement du tri à la source et feront l’objet d’un livrable à la rentrée.

Vous travaillez également au sein de votre laboratoire (Inrae Rennes) sur le développement d’un pilote de 100 litres d’une nouvelle technologie microAD (anaerobic digestion) ?

En effet, nous travaillons sur un démonstrateur dont le principal objectif est d’être le plus sobre possible. Plus concrètement, nous travaillons sur l’ergonomie du procédé dans une micro-méthanisation où les technologies disponibles sont essentiellement basées sur de la mono-digestion liquide, ce qui nécessite dans la plupart des cas, pour obtenir un digestat solide, une séparation de phases très coûteuse en énergie. L’intérêt de notre pilote est de tester une solution plus rustique avec un procédé en deux phases : un système de tube fonctionnant comme un piston où l’on introduit directement le biodéchet solide qui va s’y dégrader. Les produits de dégradation sont extraits par recirculation d’un liquide (lixiviat) et transformés en biogaz dans une cuve annexe. À la sortie du piston, un digestat solide est récupéré et est actuellement testé en Espagne dans le cadre de la fabrication de biopesticides.

De manière plus générale, quels sont, selon vous, les freins réglementaires ou sanitaires pour la valorisation agronomique des biodéchets sous forme de digestats ?

Sur la technique d’utilisation du digestat, il n’y a aucune différence entre une méthanisation qui incorpore des biodéchets et celle qui ne le fait pas. D’un point de vue nutriment en revanche, le biodéchet est très intéressant puisqu’il a un pouvoir méthanogène élevé avec une part plus importante d’azote organique transformé en azote minéral. La vraie difficulté à mon sens est plutôt d’ordre environnemental et sanitaire et sur notre capacité réelle à organiser un tri et une collecte suffisamment optimisée et qualitative pour réussir un retour au sol d’un digestat de très bonne qualité. Nous n’avons que peu de retours d’expérience actuellement, ce qui ne facilite pas les choses. Il est vrai que la question des microplastiques et plastiques biosourcés est très importante alors que leur biodégradabilité n’est pas pleinement compatible avec des processus de méthanisation et de compostage. D’un point de vue sanitaire, des expériences malheureuses d’épizootie liées à la réutilisation de résidus animaux impose une certaine prudence. Cependant, pour être méthanisés les biodéchets doivent être intégralement hygiénisés en entrée, c’est la condition sine qua non à leur utilisation, et en France cette pratique est strictement encadrée par la loi. Les risques sont donc maîtrisés, même si la recherche sur ce point se poursuit, notamment au sein de mon unité où des collègues microbiologistes travaillent sur le devenir des pathogènes dans les filières de valorisation des biodéchets.

Crédit : Inrae.