ERigène, Jeune Entreprise Innovante fondée en 2009, présente ERibox, le système de méthanisation solide (en voie « sèche ») qui apporte aux exploitations agricoles de taille moyenne les bénéfices économiques, agronomiques et environnementaux de la valorisation de leurs déchets organiques.
Brevétée conjointement par ERigène et l’UTC, cette technologie française brevetée permet de réaliser des installations de méthanisation économiquement réalistes à l’échelle d'une exploitation agricole ou d'une collectivité locale rurale, dans une gamme de 1 000 à 5 000 tonnes par an (correspondant à des puissances de cogénération de 25 à 100 kWe). Modulaires, polyvalentes et évolutives, ces unités s’adaptent aux variations saisonnières des intrants ainsi qu’aux évolutions à long terme des exploitations. Conçues pour s’intégrer en synergie avec les ateliers de l’exploitation, elles privilégient la création de valeur ajoutée en circuit court et le retour au sol du digestat en réduisant les charges de transport et manutention.
L'approche ERibox simplifie et sécurise les projets :
- • maîtrise du gisement d’intrants,
- • raccordement de puissances modestes au réseau,
- • régime de déclaration ICPE…
Les équipements techniques s'intègrent au paysage et sont exempts de nuisance, ce qui facilite leur acceptation par le voisinage.
Dans les projets collectifs, à l'échelle d'un territoire rural, la démarche ERibox optimise la valorisation du biogaz par cogénération, en rapprochant la production de chaleur au plus près des équipements collectifs de valorisation (mairie, collège ou maison de retraite…). Elle s’inscrit ainsi naturellement dans les Plans Climat Énergie des Territoires.
Le système ERibox est une réponse innovante aux attentes d’un marché émergent.
L'analyse des freins au développement du marché de la méthanisation agricole, réalisée depuis 2008 auprès des intéressés et de leurs représentants a souligné qu’au-delà de tarifs d’achat d’électricité en cogénération trop faibles pour permettre une rentabilité des installations, l’offre disponible ne répondait pas à une large partie
de la demande, en termes de technologie, de dimensionnement et de montants des investissements. La grande diversité des exploitations agricoles françaises induit une grande variabilité des matières organiques disponibles ou mobilisables pour chaque projet de méthanisation. Sur une même exploitation, le gisement disponible évolue également au fil des saisons, a fortiori lorsqu’il est constitué principalement des déchets et sous-produits de l’exploitation. L’investissement dans une installation de méthanisation correspond à la mise en place d’un atelier de production. Il s’intègre dans une réflexion sur le long terme, qui doit être réalisée dans un contexte agricole déjà incertain sur le moyen terme.
Ces constats représentent en creux le cahier des charges du projet collaboratif de recherche et développement initié par ERigène :
- Valorisation locale des matières organiques et retour au sol en circuit court, facteur essentiel de réduction des intrants minéraux et de qualité agronomique ;
- Facilité et rapidité de déploiement des projets, maîtrisés à l’échelle locale et accessibles aux exploitations moyennes et aux communes rurales en France ;
- Flexibilité et évolutivité des configurations pour assurer la pertinence à long terme des installations ;
- Sécurisation du gisement, maîtrisé localement, à l’échelle d’une exploitation, d’une commune voire d’un canton ;
- Limitation des externalités occasionnées par le transport de matières organiques humides à faible densité énergétique.
Ce cahier des charges a nécessité une approche globale de la problématique, abordant de front les questions technologiques et logistiques, environnementales et agronomiques, ergonomiques et économiques.
Adapter la méthanisation au contexte actuel de l’exploitation, et anticiper son évolution
De manière à regrouper l’ensemble des compétences nécessaires, ERigène a réuni dès 2009 une équipe pluridisciplinaire, regroupant les équipes de Génie des Procédés de l’UTC et de l’Institut Polytechnique LaSalle Beauvais qui accompagnent les travaux de conception et de maîtrise du procédé, avec le soutien de la Chambre d’Agriculture de l’Oise qui participe à l’évaluation des composantes non énergétiques de la création de valeur.
Une mise en œuvre originale pour un procédé éprouvé
La démarche d’ERigène consiste à rechercher un optimum de valeur ajoutée globale en circuit court dans chaque exploitation, en dépassant la seule problématique énergétique pour tenter d’englober l’ensemble du système technico-économique, et conduit à rechercher un « juste milieu » entre rusticité et performance.
Le système ERibox met en œuvre un procédé éprouvé, dit de « méthanisation sèche » en « batch » dont l’alimentation discontinue permet de rendre indépendant le traitement de chaque chargement, géré avec ses propres paramètres, pour répondre aux variations des intrants.
Le choix de ce procédé offre une grande souplesse dans la conduite de l’unité de méthanisation pour rechercher l’optimum économique. L’ajustement du temps de traitement permet d’assurer à la fois un revenu par la valorisation de l’énergie et la qualité du digestat.
Sur le principe des bennes de déchetteries, la mobilité des digesteurs facilite leur chargement et déchargement, identique aux opérations habituelles de manutention des déchets et effluents.
Les principales étapes de manutention d’un digesteur ERibox à l’aide de matériel agricole courant sont décrites dans les figures ci-dessus (Figures 1, 2, 3 et 4).
Suite aux travaux de développement en 2009-2010, les deux prototypes installés début 2011 dans des exploitations agricoles et opérés conjointement par les exploitants et l’équipe ERigène, ont permis d’acquérir un solide retour d’expérience, sur les plans technologique et ergonomique, ainsi que sur la conduite biologique.
Le pilotage du système ERibox est à la fois individualisé, pour respecter les spécificités de chaque chargement, et mutualisé pour permettre les synergies entre les digesteurs. À l’instar des procédés séquentiels en phase liquide, le transfert occasionnel de populations bactériennes prédominantes d'un digesteur à un autre favorise les transitions d’étapes de la digestion et améliore la productivité globale du système.
Le pilotage individualisé sécurise l’exploitation. Il réduit significativement le risque d'acidose et permet en dernier recours de vider le seul digesteur concerné et de le recharger. Cette option extrême limite le risque de perte d’exploitation à quelques heures.
Une démarche de construction résolument industrielle
Du point de vue industriel, l’originalité de la technologie ERibox réside notamment dans l’assemblage d'un ensemble de modules standards. Les digesteurs mobiles, conçus pour prendre part aux flux logistiques de l’exploitant, sont installés sur une plateforme fixe constituée d'une aire de circulation pour le chargement/déchargement des digesteurs, et des modules des réseaux de servitudes qui relient les digesteurs au module de contrôle centralisé. L’unité de valorisation du biogaz et le raccordement aux réseaux électriques et de chaleur sont intégrés dans des containers. La production en séries industrielles d’unités pré-assemblées et la standardisation des fabrications et des fournitures permet d’obtenir des performances économiques même avec une exploitation de petite taille. La maintenance des équipements est également simplifiée par le recours systématique à des composants standards.
Des projets simples et progressifs
La réalisation d'un projet peut être réfléchie pour une mise en place en étapes successives, à mesure que le gisement évolue, par exemple dans le cas d'un regroupement d’exploitations.
Cette approche modulaire des projets permet d’améliorer significativement la rapidité d’exécution des chantiers dont le déploiement est assuré par un réseau d’installateurs agréés.
Dans un projet collectif associant des exploitants agricoles autour d’un équipement municipal, la traçabilité des chargements garantit à chaque exploitant à la fois la qualité du digestat qui lui revient et une rémunération équitable, liée à la production réelle de biogaz issue de sa contribution aux intrants de l’unité.
Démarche R&D d’optimisation du procédé
Outre son activité commerciale d’études de faisabilité pour des projets clients, le laboratoire ERigéne/MEXA poursuit les études engagées avec ses partenaires avec lesquels ont été développés des équipements de laboratoire et des pilotes expérimentaux dédiés à la méthanisation en phase solide.
Le laboratoire dispose d’un ensemble complet de digesteurs :
• un appareil (système AMPTS) de 15 voies dédiées aux tests de potentiel méthanogène selon un protocole de référence, affectées aux mesures de potentiel méthanogène de référence et de la cinétique associée ;
• 25 digesteurs « pilotes » de 50 L en voie solide.
Ces digesteurs sont instrumentés pour une mesure précise de la cinétique de la production de biogaz et sont gérés par des automates qui assurent la maîtrise des principaux paramètres du procédé (température, fréquence et volume de circulation des percolats, mesure continue de la production, etc.) et pour certains, d’une chaîne de mesure en continu des paramètres physico-chimiques du percolat.
En complément, un digesteur prototype ERibox est installé sur le site de la ferme de l’Institut LaSalle Beauvais depuis 2009. Il est mobilisé pour valider en vraie grandeur des mesures et résultats réalisés sur les équipements de plus petite taille et permettre ainsi de mesurer les paramètres techniques rattachés aux résultats obtenus en laboratoire.
Ces équipements axés sur la mesure volumétrique de potentiel méthanogène sont complétés par les équipements analytiques du laboratoire de LaSalle Beauvais et du laboratoire TIMR de l’UTC. ERigéne et ses partenaires (LaSalle Beauvais et UTC) peuvent ainsi s’appuyer sur des équipements analytiques :
• Digesteurs en voie liquide automatique (AMPTS) et manuel (incubateur) ;
• Chromatographie en phase gazeuse : dosage AGV ;
• Chromatographie liquide HPLC : dosage de glucides et acides organiques ;
• Titrateur automatique : mesure du FOS/TAC ;
• Mesure de la DCO, DBO, conductimétrie, pH-métrie ;
• Analyses chimiques : Azote total, Azote ammoniacal, Potassium, Magnésium, Calcium, … ;
• COT liquide ;
• Analyse élémentaire CHONS de composés solides ;
• Techniques et matériels microbiologiques de laboratoire ;
• Techniques et matériels de biologie moléculaire de laboratoire.
Perspectives de développement
Méthanisation à la ferme
Dans le monde agricole, la méthanisation solide et le système ERibox s’adressent à un marché de dizaines de milliers d’élevages et centres équestres, dans lequel ERigéne prévoit la réalisation de plusieurs dizaines d’installations par an, soit plusieurs centaines de modules.
Méthanisation micro-territoriale
Dans les projets collectifs, à l’échelle d’un territoire rural, la démarche ERibox permet d’installer l’unité de méthanisation au plus proche des gisements, des lieux d’épandage et au plus proche de la valorisation thermique (mairie, collège, piscine).
Le déploiement des 12 modules est prévu en deux étapes, ce qui répartit la part de financement à la charge de l’exploitant sur deux exercices et facilite son intégration technique.
ou maison de retraite...). Cette démarche s'inscrit naturellement dans les Plans Climat Énergie du Territoire.
Dans un projet collectif, qui peut par exemple associer des exploitants en culture bio et non bio autour d’un équipement municipal, la traçabilité des chargements autorise à la fois la garantie à chaque exploitant de la qualité du digestat qui lui revient et la rémunération différenciée en fonction de la production de biogaz réelle issue de sa contribution aux intrants de l'unité.
Autres marchés
Des efforts supplémentaires de recherche et développement sont programmés pour répondre à d'autres segments de marché, au-delà du monde agricole, qui manifestent également leur intérêt pour le système ERibox (traitement des déchets, collectivités locales...). La simplicité des projets laisse envisager plusieurs centaines d'unités par an, point de départ d’une véritable filière française porteuse de centaines d’emplois dans la production industrielle, l'administration et les services. 25 000 communes rurales et exploitations agricoles pourraient ainsi accéder à une activité triplement vertueuse : économique, écologique et sociale.
Installation pilote réalisée début 2013 dans une ferme équestre en Seine-Maritime
Ce projet, développé avec l'aide de la chambre d’agriculture de Seine-Maritime et de l'association Nov&atech, est lauréat des appels à projets de Haute-Normandie en 2011 et « Soutien aux nouvelles offres techniques à la méthanisation < 75 kWe » de l'ADEME en mars 2012.
La partie mobile des équipements est financée en crédit-bail, financement original et innovant dans ce secteur d’activité, qui limite l’endettement de l’exploitation lié au projet.
Le site a exploité un digesteur pilote en situation réelle de janvier 2011 à août 2012. Le centre équestre comprend 210 petits chevaux et poneys sur un domaine de 240 ha dont 190 ha de cultures. Le gisement s’élève à 650 tonnes de fumiers équins, complétés par 850 tonnes de cultures dérobées et déchets verts issus de l’exploitation et de la commune.
Le projet comporte douze digesteurs ERibox pour une production prévue à la cible de 50 kW électrique. La chaleur sera valorisée dans les gîtes du centre équestre (80 lits) et, en été, pour le séchage de fourrage et de récoltes. Le déploiement des 12 modules est prévu en deux étapes, ce qui répartit la part de financement à la charge de l’exploitant sur deux exercices et facilite son intégration technique.
Conclusion
L’économie des installations de méthanisation agricoles dans le contexte français reste étroite, mais des propositions industrielles apparaissent qui permettront la réalisation d’unités individuelles ou micro-collectives créatrices de valeur dans le système technique et économique des exploitations. Par construction, le système ERibox permet de lever les principaux obstacles au développement de la filière : maîtrise des gisements de biomasse à l’échelle micro-collective voire individuelle, simplicité et rapidité des projets, financement facilité, sécurité d’exploitation. Son déploiement s’inscrit dans l’axe des objectifs nationaux de développement durable :
• Produire une « énergie verte », en complément des sources éoliennes et solaires pour améliorer la substitution aux énergies fossiles, • Assurer l'acceptabilité sociale des projets simples et sans nuisance, • Développer une filière industrielle française, créatrice d’emploi dans le monde rural.
Issue d'un programme collaboratif associant entreprises, universités et monde agricole, et testée en vraie grandeur depuis 2011, la technologie ERibox pose les bases d'une véritable filière industrielle de méthanisation à échelle locale, garante de valeur ajoutée durable et facteur de stabilité économique et sociale en zone rurale, notamment dans les régions d’élevage.
