Production durable de biogaz en France et en Allemagne Mobilisation des substrats et gestion des digestats
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Production durable de biogaz
en France et en Allemagne
NOTE DE SYNTHÈSE
Mobilisation des substrats et
gestion des digestats
Mai 2017
Auteur : Julian Risler, OFATE
julian.risler@developpement-durable.gouv.fr
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Production durable de biogaz en France et en Allemagne
Mobilisation des substrats et gestion des digestats 2
Résumé
Les bioénergies revêtent une importance cruciale dans la transformation du système énergétique car la biomasse
solide, liquide et gazeuse permet de produire de l’électricité, de la chaleur et des carburants. En Allemagne comme en
France, la production de biogaz est souvent au centre du débat public portant sur les conflits d’usage autour de la
terre considérée comme une ressource. La production durable de biogaz a pour principale vocation d’éviter ces con-
flits et d’empêcher que la production de substrats ne limite la production alimentaire. L’utilisation en cascade des
ressources renouvelables doit alors être privilégiée.
La commission de l’agriculture de l’Office fédéral de l’environnement (Kommission Landwirtschaft beim Um-
weltbundesamt - KLU) préconise de réserver en priorité la surface agricole utile à la production alimentaire.
L’utilisation en cascade, c’est-à-dire la valorisation des matières avec valorisation énergétique finale, doit ensuite être
préférée à la valorisation énergétique directe. À moyen et à long terme, la production de bioénergie des pays indus-
trialisés (comme l’Allemagne et la France) devrait exclusivement provenir de la valorisation de ressources en bio-
masse moins controversées, en particulier de la biomasse issue des déchets.
En France comme en Allemagne, la production durable de biogaz repose sur le principe directeur d’une économie
circulaire faiblement carbonée. Cette économie circulaire poursuit l'objectif d’exploiter prioritairement la biomasse
et les biodéchets, puis de les valoriser énergétiquement et, en dernier ressort, de les éliminer. Les grandes orienta-
tions de la politique allemande et française en matière de bioénergies se hiérarchisent de la manière suivante : ex-
ploitation puis valorisation (énergétique) puis élimination.
Le Ministère de l'Environnement, de l'Énergie et de la Mer (MEEM) ambitionne de réduire la dépendance de
l’économie française vis-à-vis des ressources non renouvelables en substituant les ressources renouvelables et du-
rables aux ressources non renouvelables tout en veillant particulièrement à empêcher le transfert de la pression et
de la dépendance d’une ressource vers une autre. Cette substitution passe par l’intensification du recyclage des ma-
tières premières, le développement massif des énergies renouvelables et le renforcement et l’optimisation de la valo-
risation de la biomasse. L’agriculture valorise les déjections animales de l’activité d’élevage par méthanisation. La
production régionale de biogaz crée ainsi un cercle vertueux dans lequel les biodéchets issus du secteur agroalimen-
taire se transforment en une ressource valorisée collectivement pour accroître l’autonomie énergétique des terri-
toires (voir la Stratégie nationale de transition écologique vers un développement durable 2015-2020).
Selon le Ministère fédéral de l'Économie et de l'Énergie (BMWi), l’Allemagne entend concilier compétitivité écono-
mique, responsabilité écologique et justice sociale de telle sorte que l’accomplissement d’un de ces trois objectifs ne
s’effectue jamais au détriment des deux autres. Le gouvernement allemand s’est fixé des objectifs ambitieux en ma-
tière de développement des énergies renouvelables. Leur atteinte passe par la mise au point et le déploiement de
technologies innovantes, efficaces et économiques. Dans ce domaine, les bioénergies s’accompagnent d'un certain
nombre d’atouts : flexibilité, excellentes possibilités de stockage, exploitation décentralisée, etc. Il convient enfin de
noter que l’optimisation de la mobilisation des gisements limités de biomasse recèle encore un énorme potentiel (voir
le programme de soutien dudit ministère « Valorisation énergétique de la biomasse » (2008 – 2018) – Soutien des pro-
jets de valorisation énergétique et économique de la biomasse sur les marchés de l’électricité et de la chaleur).
Production durable de biogaz en France et en Allemagne
Mobilisation des substrats et gestion des digestats 3
Sommaire
Résumé 3
Sommaire 4
Introduction 5
I. Stratégies de développement durable de l’Allemagne et de la France 6
I.1. Stratégie de développement durable de l’Allemagne 6
I.2. Stratégie de développement durable de la France 7
II. Gisements de bioénergies et de biomasse en Allemagne et en France 7
II.1. Définition de la notion de gisement 7
II.2. Gisements de bioénergie en Allemagne 8
II.3. Gisements de biomasse en France 10
III. Perspectives de développement de la production de biogaz en Allemagne et en France 12
III.1. Perspectives de développement de la production de biogaz en Allemagne 12
III.2. Perspectives de développement de la production de biogaz en France 12
IV. Chaîne de création de valeur du processus de conversion de la biomasse en biométhane : fondements techniques 16
V. Substrats utilisés en méthanisation 18
V.1. Cadre réglementaire de la méthanisation des substrats en Allemagne et en France 18
V.2. Rendement en biogaz de différents substrats 20
V.3. Substrats utilisés en méthanisation en Allemagne et en France 21
V.4. Diversification de l’approvisionnement en substrats pour une production de biogaz à la demande en Allemagne et en France
25
VI. Gestion et valorisation des digestats en Allemagne et en France 27
VI.1. Cadre réglementaire en vigueur en Allemagne 27
VI.2. Cadre réglementaire en vigueur en France 29
Production durable de biogaz en France et en Allemagne
Mobilisation des substrats et gestion des digestats 4
Introduction
La production durable de biogaz constitue l’un des piliers de la transition énergétique en Allemagne et en France.
La première partie de cette note de synthèse aborde les stratégies de développement durable des deux pays avant de
présenter les ressources en bioénergies outre-Rhin et les gisements de biomasse de l’Hexagone. Ensuite, les perspec-
tives de développement de la production de biogaz dans les deux États sont exposées. En outre, la chaîne de création
de valeur du processus de conversion de la biomasse en biométhane est analysée et un apperçu du procédé de mé-
thanisation sera donné. Le cadre juridique applicable au traitement des substrats dans les unités de méthanisation
en vigueur dans les deux pays est aussi abordé. Un aperçu des différents types de substrats et de leurs caractéris-
tiques, ainsi que des intrants (substrats) méthanisés dans les centrales de biogaz est également donné.
La double problématique de la production de biogaz à la demande et de la flexibilisation des unités de méthanisation
revêt une importance grandissante dans les deux pays. La présente note de synthèse se penche sur la question de la
modulation de l’alimentation des unités de méthanisation pour produire du biogaz à la demande. La diversification
des substrats permet de prévenir l’apparition de monocultures et de les régionaliser. En recourant précisément à
certains substrats, il est en outre possible d’ajuster la production de biogaz à la demande énergétique.
Cette note de synthèse examine également en détail la gestion et la valorisation des digestats. Dans l’agriculture, les
digestats servent de fertilisants. Ils ont des effets sur certains indicateurs de durabilité dont les excédents d’azote
sur les surfaces agricoles et la teneur en nitrates des nappes phréatiques.
Les deux pays se sont fixé des objectifs ambitieux en matière de développement des énergies renouvelables.
1
Le gouvernement allemand souhaite porter la part d’électricité renouvelable dans la consommation finale d'énergie
brute à environ 11 % en 2010 à 60 % en 2050. En outre, les énergies renouvelables devront représenter au moins 35 %
de la production électrique allemande en 2020, puis 80 % à l’horizon 2050. Selon les chiffres de l’Office fédéral alle-
mand de l’environnement, la part des énergies renouvelables dans le mix énergétique est passée de 27,3 % de la con-
2
sommation électrique brute en 2014 à 31,6 % en 2015 . La puissance installée des centrales électriques de biomasse a
aussi progressé ces dernières années : de quelque 3 000 MW en 2006, elle est passées à environ 7 100 MW en 2015. En
2006, leur production électrique brute avoisinait les 18,6 TWh puis elle est passée à 50 TWh en 2015. Leur nombre n’a
3
également cessé d’augmenter puisqu’on comptait environ 3 700 centrales en 2007 et près de 9 000 en 2015 .
En France, la loi relative à la transition énergétique pour la croissance verte (LTECV) pose les jalons d’une croissance
durable avec l’objectif de porter la part des énergies renouvelables dans la consommation énergétique finale de 14 %
4
en 2014 à 32 % en 2030. La programmation pluriannuelle de l’énergie (PPE ) fixe au moyen d’objectifs et de mesures
concrets la feuille de route de la diversification du bouquet énergétique français pour la période 2016 - 2023. La PPE
énonce les objectifs suivants pour le biogaz : la puissance installée du parc de centrales biogaz devra être de 540 MW
au 31 décembre 2018 et comprise entre 790 MW au minimum et 1 040 MW au maximum au 31 décembre 2023.
Le Baromètre 2016 des énergies renouvelables électriques en France d’Observ’ER dresse l’état des lieux du dévelop-
pement des technologies de biogaz pour la production d’électricité en France. Selon ce baromètre, au 30 septembre
2016, la puissance installée des 478 installations (unités de méthanisation et installations de stockage de déchets non
dangereux (ISDND)) s’élevait à 385 MW.
1
Office de presse et d'information du gouvernement fédéral (2017) : Kernpunkte/Ziele der Energiepolitik der Bundesregierung (Points clés et objec-
tifs de la politique énergétique du gouvernement fédéral).
2
Office fédéral de l’environnement (2016) : Erneuerbare Energien in Zahlen (Les énergies renouvelables en chiffres).
3
Association allemande des professionnels du biogaz (2016) : Branchenzahlen 2015 und Prognose der Branchenentwicklung 2016 (Chiffres 2015 et
prévisions 2016 de développement de la filière).
4
Pour plus de détails sur la PPE, voir le mémo de l’OFATE (uniquement disponible en allemand) : Die mehrjährige Programmplanung für Energie
(PPE): Ausbau der erneuerbaren Energien in Frankreich (2016-2023).
Production durable de biogaz en France et en Allemagne
Mobilisation des substrats et gestion des digestats 5
I. Stratégies de développement durable de l’Allemagne et de la
France
D’après l’Agence technique pour les ressources renouvelables (Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe, FNR), la
combustion des sources d'énergie issues de la biomasse libère la même quantité de CO2 que celle préalablement
5
soustraite de l’atmosphère lors de la croissance des végétaux . Provenant de la biomasse, le biogaz est donc considéré
comme un gaz dont l’empreinte carbone est neutre. Le stockage de la biomasse produit du méthane qui est soustrait
de l’environnement par méthanisation dans un digesteur. Les exploitants d’unités de méthanisation doivent surveil-
ler en permanence l’état du digesteur pour déceler les éventuelles fuites. Lorsque le biogaz ainsi produit alimente un
cogénérateur, le processus de cogénération libère pour sa part uniquement la quantité de CO 2 équivalente à celle
soustraite de l’atmosphère pour la croissance des végétaux. Il faut néanmoins noter que la majeure partie de
l’énergie consommée pour la culture et la transformation de la biomasse provient encore aujourd’hui de sources
fossiles. Le bilan global des sources de bioénergie révèle toutefois un volume de CO2 moindre que celui des vecteurs
énergétiques conventionnels (pétrole, charbon et gaz).
I.1. Stratégie de développement durable de l’Allemagne
Selon le Ministère fédéral de l'Économie et de l'Énergie
(BMWi), l’Allemagne entend concilier compétitivité
économique, responsabilité écologique et justice so-
ciale de telle sorte que la réalisation d’un de ces trois
objectifs ne s’effectue jamais au détriment des deux
autres (voir figure 1 : Triangle des objectifs en matière
6
de développement durable) .
Fidèle à ce principe directeur, le gouvernement alle-
mand a publié en 2016 une nouvelle édition de sa stra-
tégie nationale en matière de développement durable.
La première mention du concept de développement
Figure 1 - Triangle des objectifs en matière de développement
durable vient de l’administrateur des mines saxon Hans durable. Source : présentation : OFATE d’après le Ministère fédé-
Carl von Carlowitz, qui dénonce le court-termisme de ral de l'Économie et de l'Énergie (BMWi) (2010) : Infographie
l’exploitation forestière effrénée et réclame leur gestion
7
« durable » dans son ouvrage « Sylvicultura oeconomica » .
Le rapport de la commission Brundtland de 1987 a jeté les fondements du concept de développement durable ou
durabilité en tant que principe directeur de la politique.
Il définit le développement durable en ces termes :
« Le développement durable est un développement qui répond aux besoins du présent sans compromettre la capacité
8
des générations futures de répondre aux leurs » .
5
Agence technique pour les ressources renouvelables (2017) : Klimaschutz und nachwachsende Rohstoffe (Lutte contre le change-
ment climatique et ressources renouvelables).
6
Ministère fédéral de l'Économie et de l'Énergie (BMWi) (2017) : Leitprinzip Nachhaltigkeit (Principe directeur du développement
durable).
7
Le gouvernement fédéral (2016) : Deutsche Nachhaltigkeitsstrategie – Neuauflage 2016 (Stratégie allemande de développement
durable – Édition 2016), p. 19.
8
Le gouvernement fédéral (2016) : Deutsche Nachhaltigkeitsstrategie – Neuauflage 2016 (Stratégie allemande de développement
durable – Édition 2016), p. 24.
Production durable de biogaz en France et en Allemagne
Mobilisation des substrats et gestion des digestats 6
Les unités de méthanisation contribuent au développement durable et à la création de valeur à l’échelle communale.
En outre, selon le rapport sur le développement durable du gouvernement allemand, elles ont un impact sur les
critères d'évaluation de la durabilité Excédents d’azote et Teneur en nitrates des nappes phréatiques (pour plus de
détails, voir le chapitre VI).
I.2. Stratégie de développement durable de la France
La notion de développement durable désigne une forme particulière de développement économique respectueux de
l’environnement, le caractère renouvelable des ressources et leur exploitation rationnelle en vue d’économiser les
matières premières. Cette forme de développement doit répondre aux besoins du présent sans limiter la capacité des
9
générations futures de répondre aux leurs .
Les principes suivants sous-tendent le développement durable :
principe de participation ;
principe de précaution ;
évaluation des impacts environnementaux ;
principe du pollueur payeur.
En France, la stratégie nationale de transition écologique vers un développement durable définit les grandes orien-
tations de l’action politique pour la période 2015 - 2020. Garante de la cohérence de l’action publique en faveur du
10
développement durable, elle repose sur les trois piliers suivants :
pilier 1 : définition des orientations d’avenir à l’horizon 2020 ;
pilier 2 : transformation du modèle socioéconomique pour la croissance verte ;
pilier 3 : favoriser l’appropriation de la transition écologique par la collectivité.
Le premier pilier de cette stratégie se décline en un second axe : le principe directeur des usages destiné à encourager
une économie circulaire faiblement carbonée. Cette économie circulaire poursuit l'objectif de réduire les quantités
produites, de mieux les exploiter, de les valoriser, de leur donner une nouvelle vie et de les recycler. Ce second axe
s’accompagne d’une seconde priorité : réduire la dépendance de l’économie française vis-à-vis des ressources non
renouvelables en les substituant par des ressources renouvelables et durables tout en veillant particulièrement à
empêcher le transfert de la pression et de la dépendance d’une ressource vers une autre. Cette substitution passe par
le recours plus fréquent au recyclage des matières premières, le développement massif des énergies renouvelables et
11
le renforcement et l’optimisation de la valorisation de la biomasse . L’agriculture valorise les déjections animales de
l’activité d’élevage par méthanisation. La production régionale de biogaz crée ainsi un cercle vertueux dans lequel les
biodéchets issus du secteur agroalimentaire deviennent une ressource valorisée collectivement pour accroître
l’autonomie énergétique des territoires.
II. Gisements de bioénergies et de biomasse en Allemagne et en
France
II.1. Définition de la notion de gisement
Selon l’étude menée en 2013 par l’Office fédéral de l’environnement « Globale Landflächen und Biomasse nachhaltig
und ressourcenschonende nutzen (Exploiter durablement les surfaces de terre mondiales et la biomasse en économi-
sant les ressources) », il est difficile de quantifier les gisements de bioénergies nationaux car ils reposent, par
9
Définition du dictionnaire de l’environnement d’Actu-Environnement (2017) : développement durable.
10
MEEM (2014) : Stratégie nationale de transition écologique vers un développement durable 2015-2020, p. 11,
11
MEEM (2014) : Stratégie nationale de transition écologique vers un développement durable 2015-2020, p. 39.
Production durable de biogaz en France et en Allemagne
Mobilisation des substrats et gestion des digestats 7
exemple, sur des hypothèses d’étendue d’affectation des sols pour la production de viande et de protection de la
biodiversité, ainsi que sur des prévisions de hausse de la productivité des sols. Il est en outre nécessaire de définir
clairement ce qu’on entend par gisements écologiquement limités afin de tenir compte des conflits d'usage et des
risques environnementaux.
Dans son atlas des ressources en bioénergies des Länder de 2013, l’Agence pour les énergies renouvelables (Agentur
für Erneuerbare Energien - AEE) distingue les notions de gisement théorique, de gisement technique, de gisement
combustible technique et de gisement de bioénergie technique ci-après (voir tableau 1) :
Trajectoire d’utilisation Notion de gisement Définition Questions
Surface terrestre Gisement théorique Palette des énergies théoriquement et physique-
= limite supérieure ment exploitables par rapport à l’ensemble de la
biomasse d’une région donnée
Biomasse (rendement des Potentiel technique Gisement de biomasse théorique déduction faite Quelle est la quanti-
terres semées de cultures = limite supérieure moins des limitations sociétales, écologiques et structu- té de biomasse
énergétiques, des résidus et les restrictions relles récoltable ?
du bois énergie)
Sources de bioénergie Gisement Teneur en énergie de la biomasse traitée en tant Quel type de bio-
combustible technique que source d’énergie masse mobiliser et
= gisement technique après pour quel usage ?
traitement
Centrales de bioénergie La valorisation des sources de bioénergie dans les Quel est le degré
centrales de bioénergie induit des pertes de ren- d’efficacité de la
dement qui réduisent le gisement combustible biomasse exploitée ?
technique
Énergie finale à utiliser Gisement de bioénergie tech- Électricité, chaleur et carburants produits à partir de À quelle consomma-
nique sources de bioénergie déduction faite des pertes tion la biomasse
= gisement combustible tech- induites par leur transformation dans les centrales doit-elle répondre ?
nique déduction faite des pertes de bioénergie
de rendement
Tableau 1 - Définition de la notion de gisement. Source : AEE (2013) : Potenzialatlas Bioenergie in den Bundesländern (Atlas
des ressources en bioénergies des Länder), p. 9
II.2. Gisements de bioénergie en Allemagne
Selon l’Agence technique pour les ressources renouvelables (FNR), en 2015, l'Allemagne a planté 2,5 millions
12
d’hectares de matières premières végétales destinées à une utilisation matérielle et énergétique . Sur ces 2,5 millions
d'hectares, 2,2 millions étaient consacrés aux cultures énergétiques, soit 13 % de la surface agricole utile du pays. La
superficie totale de l'Allemagne s’élève à 35,7 millions d’hectares, dont 47 % correspondent à la surface agricole utile,
32 % aux forêts et 21 % aux zones habitées, de circulation, d’étendues d’eau et périphériques (voir figures 2a et 2b).
En mai 2012, l'Agence pour les énergies renouvelables a publié une brochure sur les faits et chiffres des cultures
13
énergétiques . On y apprend qu’elles peuvent apporter une valeur ajoutée écologique par le recours à diverses rota-
tions des cultures, ce qui permet de concrétiser des approches agricoles particulièrement judicieuses sur le plan éco-
logique. Ces dernières peuvent entraîner une hausse des rendements pour la production de biogaz et renforcer la
lutte contre l’érosion des sols. En adaptant les techniques pour certaines cultures énergétiques, moins d’engrais et de
produits phytosanitaires sont alors nécessaires, ce qui favorise la réapparition des herbes sauvages. Les taillis à
courte rotation et les bosquets servent d’habitat aux oiseaux et aux insectes. Pour l’agence, la diversité des cultures
énergétiques favorise la biodiversité.
12
FNR (2016) : Basisdaten Bioenergie Deutschland 2016 (Données de base sur les bioénergies en Allemagne - Édition 2016), p. 11.
13
En juillet 2012, l’Agence technique pour les ressources renouvelables a publié l’étude « Energiepflanzen für Biogasanlagen (Cul-
tures énergétiques méthanisables) ».
Production durable de biogaz en France et en Allemagne
Mobilisation des substrats et gestion des digestats 8Figures 2a et 2b - Affectation des sols (gauche) et culture de ressources renouvelables (droite) en Allemagne.
Source : FNR (2016) : Basisdaten Bioenergie Deutschland 2016 (Données de base sur les bioénergies en
Allemagne - Édition 2016), p. 11
Gesamtfläche Deutschland Superficie totale de l‘Allemagne
Siedlungs- Verkehrs- Wasserfläche, Umland Zones habitées, de circulation, d’étendues d’eau et périphé-
riques
Waldfläche Forêts
Landwirtschaftliche Nutzfläche Surface agricole utile
Futtermittel Fourrages
Nahrungsmittel Cultures alimentaires
Energiepflanzen Cultures énergétiques
Industriepflanzen Cultures industrielles
Brache & Stilllegung Jachères et terres désaffectées
Industriepflanzen Cultures industrielles
Energiepflanzen Cultures énergétiques
Biogas Biogaz
Festbrennstoffe Combustibles solides
Industriestärke Amidon industriel
Industriezucker Sucre industriel
Ölpflanzen Plantes oléagineuses
Faserpflanzen Plantes à fibres
Arznei- und Färbepflanzen Plantes médicinales et colorants végétaux
Biodiesel/Pflanzenöl Biodiesel/huile végétale
Bioethanol Bioéthanol
Dans son document de synthèse « Biogaserzeugung und -nutzung: Ökologische Leitplanken für die Zukunft (Produc-
14
tion et valorisation du biogaz : grandes orientations écologiques pour l’avenir) » de 2013, la commission de
l’agriculture de l’Office fédéral de l’environnement (KLU) préconise de réserver en priorité la surface agricole utile à
la production alimentaire. L' « utilisation en cascade », c’est-à-dire la valorisation des matières pour la valorisation
énergétique finale, doit ensuite être préférée à la valorisation énergétique directe. À moyen et à long terme, la pro-
duction de bioénergie des pays industrialisés (comme l’Allemagne et la France) devrait exclusivement provenir de la
14
Cette étude de la commission de l’agriculture de l’Office fédéral de l’environnement est consultable en anglais ici.
Production durable de biogaz en France et en Allemagne
Mobilisation des substrats et gestion des digestats 9valorisation de ressources en biomasse moins controversées, en particulier de la biomasse issue des déchets. Le Mi-
15
nistère fédéral de l'Alimentation et de l'Agriculture (BMEL) poursuit cette stratégie .
16
Dans ce contexte, le terme « biomasse issue des déchets » englobe les éléments suivants : déchets agricoles, déchets
verts provenant de l’entretien des paysages, mesures de protection de la nature, déchets urbains et agroalimentaires,
et résidus de bois et de récolte. La valorisation de ces gisements n’a guère d’impacts écologiques et socioécono-
miques. Toujours selon l’Office fédéral de l'environnement, la biomasse issue des déchets peut donc jouer un rôle
essentiel dans la transition vers un système énergétique durable.
Les bioénergies revêtent une importance cruciale dans la transformation du système énergétique car la biomasse
solide, liquide et gazeuse permet de produire de l’électricité, de la chaleur et des carburants. Sa valorisation pour la
production de biogaz présente des avantages et des inconvénients. Ces dernières années, le débat public autour des
questions d’exploitation durable de la biomasse et de la nécessité d’éviter les conflits d'usage a été alimenté par le
développement du biogaz ainsi que de la hausse du nombre d'unités de méthanisation et des surfaces consacrées
aux cultures énergétiques .
II.3. Gisements de biomasse en France
En avril 2013, l’Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie (ADEME) a publié une étude portant sur
l’évaluation des gisements de substrats utilisables en méthanisation à l’horizon 2030. D’après l’étude, cette évalua-
tion est une démarche difficile, mais indispensable. Les paragraphes ci-dessous présentent les principaux résultats
17
de cette étude :
Les catégories de ressources ci-après y ont été examinées :
ressources agricoles : effluents d’élevage, résidus de cultures, cultures intermédiaires à vocation énergé-
tique ;
ressources de l’industrie agroalimentaire (IAA) par secteur d’activités ;
ressources de l’assainissement ;
déchets verts ;
biodéchets de la restauration, des petits commerces, de la distribution et des marchés.
Les catégories de ressources ci-après identifiées comme utilisables en méthanisation, mais en phase
d’expérimentation ou difficiles à estimer ont été écartées de l’étude de l’ADEME : algues vertes, microalgues, herbe de
bord de routes, prairies, production agricole de fruits et légumes. Selon cette étude, les ressources les plus impor-
tantes mobilisables pour la méthanisation sont d’origine agricole (90 % du gisement net). Les déchets au sens large
(des déchets ménagers à ceux de la distribution) s’avèrent également intéressants pour pallier les variations de pro-
duction des unités de méthanisation. Les ressources mobilisables en méthanisation représentent un gisement mobi-
18
lisable de 132 millions de tonnes à l’horizon 2030 . La figure 3 donne un aperçu du gisement mobilisable en tonnes de
matières brutes en France.
15
BMEL (2017) : Nutzung und Bedeutung der Bioenergie (Valorisation et importance des bioénergies).
16
Office fédéral de l’environnement (2013) : Globale Landflächen und Biomasse nachhaltig und ressourcenschonende nutzen (Ex-
ploiter durablement les surfaces de terre mondiales et la biomasse en économisant les ressources).
17
ADEME (2013) : Estimation des gisements potentiels de substrats utilisables en méthanisation.
18
ADEME (2013) : Estimation des gisements potentiels de substrats utilisables en méthanisation p. 77.
Production durable de biogaz en France et en Allemagne
Mobilisation des substrats et gestion des digestats 10Figure 3 – Répartition en pourcentage du gisement de biomasse mobilisable en tonnes de matières brutes en France.
Source : présentation de l’OFATE d’après l’ADEME (2013), p. 77
En tonnes de matières brutes, les effluents d’élevage (lisier et fumier) constituent près des trois quarts du gisement
mobilisable (73 %, voir figure 3).
L’Établissement national des produits de l’agriculture et de la mer (FranceAgriMer), à la demande du Ministère de
l’Agriculture, de l’Agroalimentaire et de la Forêt, a publié en décembre 2016 une étude intitulée « Observatoire natio-
nal des ressources en biomasse (ONRB) : Évaluation des ressources disponibles en France ».
L’étude de FranceAgriMer dresse le panorama des ressources en biomasse des secteurs de l’agriculture, de la forêt,
des industries alimentaires et des déchets urbains en se fixant pour priorité d’identifier les éventuels conflits
d'usage. On y lit que la valorisation des ressources en biomasse est soumise à la hiérarchisation suivante : la priorité
doit aller à l’exploitation de la biomasse pour la production alimentaire, puis à la valorisation industrielle (matériaux
compris) et enfin à la valorisation énergétique.
Le 9 mai 2017, le Ministère de l'Environnement, de l'Énergie et de la Mer (MEEM) a lancé la consultation publique de la
stratégie nationale de mobilisation de la biomasse (SNMB) d’une durée d'un mois. La mise en œuvre de cette straté-
gie passe par l’application de l’article 175 de la loi relative à la transition énergétique pour la croissance verte (LTECV)
et du décret n° 2016-1134 relatif à la stratégie nationale de mobilisation de la biomasse et aux schémas régionaux bio-
masse du 19 août 2016. Par ailleurs, elle doit notamment encourager le développement de la valorisation énergétique
de la biomasse et permettre d’approvisionner les unités de production d’énergie en biomasse dans les meilleures
conditions économiques et écologiques. Même si cette stratégie est dépourvue de toute portée juridique, l’article 197
de la loi de transition énergétique prévoit néanmoins l’obligation pour les régions de coopérer avec l'État conformé-
ment à cette stratégie et dans le cadre des schémas régionaux biomasse (SRB). Le décret n° 2016-1134 précise les moda-
lités de l’échange d'informations entre les régions et l’État. Ces schémas doivent être établis dans le respect des ob-
jectifs énoncés par la SNMB.
Production durable de biogaz en France et en Allemagne
Mobilisation des substrats et gestion des digestats 11III. Perspectives de développement de la production de biogaz en Al-
lemagne et en France
III.1. Perspectives de développement de la production de biogaz en Allemagne
Les cahiers du programme de soutien « Valorisation énergétique de la biomasse » dressent notamment un état des
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lieux de la recherche et développement en matière de production durable de biogaz en Allemagne . Le Ministère
fédéral de l'Économie et de l'Énergie (BMWi) soutient ce programme qui bénéficie de l’accompagnement du centre
allemand de recherche sur la biomasse (Deutsches Biomasseforschungszentrum - DBFZ).
Le programme du Ministère fédéral de l'Économie et de l'Énergie (BMWi) « Soutien de la recherche et développement
dans le domaine de la valorisation énergétique et économique de la biomasse sur les marchés de l’électricité et de la
chaleur - Valorisation énergétique de la biomasse » poursuit l’objectif d’« aider en particulier les technologies inno-
vantes et les optimisations de procédés destinés à favoriser une valorisation optimale, économique et durable des
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bioénergies, et à contribuer à la sécurité d'approvisionnement » . Dans le cadre des cahiers proposés par ce pro-
gramme, le tome 18 « Jalons 2030 - Éléments et objectifs intermédiaires pour la mise au point d’une stratégie durable
en matière de bioénergies » a été publié en 2015.
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Le tome 18 pose les jalons suivants à l’horizon 2030 :
jalon 1 : condition sine qua non = exploitation durable des terres ;
jalon 2 : suivi systématique de l’exploitation des terres, des inventaires de carbone et des émissions de gaz à
effet de serre dans le cadre de la bioéconomie ;
jalon 3 : mise en œuvre de la stratégie de développement du biogaz et du biométhane (stratégie post-loi al-
lemande sur les énergies renouvelables EEG) ;
jalon 4 : multiplication des projets innovants de chaleur biomasse (« valorisation de la chaleur ») et prise en
compte dans le cadre d’une stratégie en faveur de la valorisation thermique ;
jalon 5 : disponibilité des technologies de gazéification ;
jalon 6 : fixation des grandes orientations en faveur de la cocombustion du bois ;
jalon 7 : mise en œuvre d’une stratégie différenciée pour les biocarburants ;
jalon 8 : industrialisation de la décomposition lignocellulosique de la paille et priorité accordée à ses diffé-
rentes options de valorisation ;
jalon 9 : gestion effective des déchets dans le cadre de l’économie circulaire ;
jalon 10 : mutualisation effective des bioénergies.
III.2. Perspectives de développement de la production de biogaz en France
22
Une étude publiée en octobre 2014 expose la feuille de route pour le biométhane en France d’ici 2030 . Elle prend
pour hypothèses deux scénarios différents.
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Période : Phase 1 : 2009 - 2011 ; Phase 2 : 2011 - 2014 ; Mise à jour 1 : 2012 - 2015 ; Mise à jour 2 : 2015 -2016 ; Mise à jour 3
: 2017 – 2018.
20
Dans un communiqué du 3 novembre 2016, le Ministère fédéral de l'Économie et de l'Énergie annonce la poursuite du pro-
gramme « Valorisation énergétique de la biomasse ». La liste de toutes les publications du programme de soutien « Valorisation
énergétique de la biomasse » est consultable en allemand ici et en anglais ici.
21
Thrän, Pfeifer (2015) : Jalons 2030 - Éléments et objectifs intermédiaires pour la mise au point d’une stratégie durable en matière
de bioénergies, p. 32 à 34.
22
ADEME (2014) : Une vision pour le biométhane en France pour 2030.
Production durable de biogaz en France et en Allemagne
Mobilisation des substrats et gestion des digestats 1223
1. Le scénario tendanciel se caractérise par une légère prédominance de la cogénération , en particulier pour la mé-
thanisation à la ferme. Ainsi, 60 % du biogaz produit sont valorisés sous forme d’électricité et de chaleur. Dans les
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deux scénarios, pour les ISDND , on suppose que l‘intégralité du biogaz capté est valorisée. D’après le scénario ten-
danciel, en 2030, 56 Mt/an de ressources seront mobilisés pour produire 30 TWh/an de biogaz, dont 40 % seront valo-
risés en injection et 60 % en cogénération. La figure 4a indique le pourcentage en masse des différentes ressources
mobilisables et la figure 4b, le pourcentage énergétique de ces mêmes ressources selon le scénario tendanciel.
Figure 4a –Pourcentage en masse des ressources mobilisables en France (scénario tendanciel).
Source : présentation : OFATE d’après l’ADEME (2014)
Figure 4b –Pourcentage énergétique des ressources mobilisables en France (scénario tendanciel).
Source : présentation : OFATE d’après l’ADEME (2014)
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Pour plus de détails sur la cogénération en Allemagne et en France, consultez la note de synthèse de l’OFATE (2017) : Introduc-
tion à la cogénération en France et en Allemagne.
24
Installations de stockage de déchets non dangereux (ISDND).
Production durable de biogaz en France et en Allemagne
Mobilisation des substrats et gestion des digestats 132. Dans le scénario volontariste, l’injection de biométhane se développe en particulier sur les sites produisant des
quantités importantes de biogaz : stations de traitement des eaux usées (STEU), installations centralisées et sites
traitant des déchets ménagers. Dans ce scénario, le biogaz produit par l’industrie est intégralement valorisé sous
forme de chaleur (ou de vapeur). La cogénération concerne davantage les installations de plus petite taille (par
exemple, à la ferme) ou les installations éloignées des réseaux de gaz naturel (par exemple, les installations de stock-
age de déchets non dangereux (ISDND)). D’après le scénario volontariste, en 2030, 132 Mt/an de ressources seront
mobilisés pour produire 60 TWh/an de biogaz, dont 50 % seront valorisés en injection et 50 % en cogénération. La
figure 5a indique le pourcentage en masse des différentes ressources mobilisables et la figure 5b, le pourcentage
énergétique de ces mêmes ressources selon le scénario volontariste.
Figure 5a – Pourcentage en masse des ressources mobilisables en France (scénario volontariste).
Source : présentation : OFATE d’après l’ADEME (2014)
Figure 5b – Pourcentage énergétique des ressources mobilisables en France (scénario volontariste).
Source : présentation : OFATE d’après l’ADEME (2014)
Dans sa « Contribution de l’ADEME à l’élaboration de visions énergétiques 2030/2050 », l’ADEME décrit l’évolution
positive du biogaz en France. Sa vision énergétique 2030 repose, d’une part, sur l’exploitation des potentiels
d’efficacité énergétique et, d’autre part, sur le développement des énergies renouvelables. Elle formule l’hypothèse de
Production durable de biogaz en France et en Allemagne
Mobilisation des substrats et gestion des digestats 14la construction de 600 nouvelles unités de méthanisation par an. En 2030, le gisement de bioénergie exploitable se-
rait égal à 6 Mtep (millions de tonnes d’équivalent pétrole) d’énergie primaire.
Les figures 6a, 6b et 6c fournissent un aperçu des sources d'énergie primaire (en Mtep) dans le mix électrique, dans le
mix du réseau de gaz et dans le mix du réseau de chaleur.
La vision énergétique 2030 prévoit un pourcentage de biogaz dans le mix électrique français de 2 % (figure 6a). Sa
part dans le réseau de gaz devrait atteindre 14 % (figure 6b) et 5 % dans le réseau de chaleur (figure 6c).
Figure 6a – Mix électrique français en 2030. Source : présentation : OFATE d’après l’ADEME (2013)
Figure 6b – Pourcentage de biogaz dans le réseau de gaz français en 2030. Source : présentation : OFATE d’après l’ADEME (2013)
Production durable de biogaz en France et en Allemagne
Mobilisation des substrats et gestion des digestats 15Figure 6c – Mix du réseau de chaleur français en 2030. Source : présentation : OFATE d’après l’ADEME (2013)
IV. Chaîne de création de valeur du processus de conversion de la
biomasse en biométhane : fondements techniques
Pour simplifier, la chaîne de création de valeur du processus de conversion de la biomasse en biométhane peut se
diviser en six étapes (voir figure 7) : au cours de la première étape, dite de production, la matière première « bio-
masse » est produite, par exemple à partir de la culture de plantes énergétiques ou la collecte de résidus. Lors de la
25
deuxième étape, la conformité légale, la constance et la qualité énergétique des flux d’approvisionnement en subs-
trats sont étudiés. Ces caractéristiques sont primordiales pour assurer une production de biogaz régulière et de qua-
26
lité . La production de gaz brut s’effectue au cours de la troisième étape dans le méthaniseur de l’unité de méthani-
sation. La figure 8 schématise ce processus (digestion anaérobie) qui est détaillé par la suite. Les résidus de substrats
27
méthanisés produits lors de la production du gaz brut peuvent servir de fertilisants . Ensuite, au cours de la qua-
trième étape, le biogaz brut peut être épuré en biométhane (à une qualité équivalente à celle du gaz naturel) avant
d’être injecté dans le réseau de gaz (étape 5). Lors de la dernière phase (étape 6 : champs d’application), le biométhane
peut servir à produire de l’électricité et de la chaleur par cogénération, de la chaleur ou des carburants, ou encore
subir une valorisation matière.
25
Pour plus de détails, voir le chapitre V.1.
26
Pour plus de détails, voir les chapitres V.2., V.3. et V.4.
27
De l'étape 3 à l’étape 1 en passant par l’étape 2 (logistique) ; pour plus de détails, voir les chapitres V.I.1. et V.I.2.
Production durable de biogaz en France et en Allemagne
Mobilisation des substrats et gestion des digestats 16Figure 7 - Chaîne de création de valeur du processus de conversion de la biomasse en biométhane – vue d’ensemble.
Source : dena/biogaspartner (2017)
Biomasseproduktion Production de biomasse
Energiepflanzen/Reststoffe Cultures énergétiques/résidus
Rückführung der Gärrückstände als Dünger Réemploi des digestats comme engrais
Logistik Logistique
Biogasanlage Unité de méthanisation
Rohgaserzeugung Production de biogaz
Verkauf/Handel Vente/négoce
Erdgasnetzt Réseau de gaz naturel
Aufbereitung Traitement
Einspeisung Injection
Strom & Wärme (KwK) Cogénération
Wärme Chaleur
Kraftstoff Carburant
Stoffliche Nutzung Valorisation matière
Einsatzfelder Champs d’application
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Le Guide sur le biogaz - De la production à l’utilisation (en allemand) , publié en 2016 par l’Agence technique pour les
ressources renouvelables, a pour objectif de détailler le plus possible l’ensemble des connaissances allant de
l’agriculture à la technologie en passant par les aspects juridiques, écologiques, administratifs, organisationnels et
29
logistiques, afin de garantir le succès des projets de biogaz .
30
Il explique la production de biogaz et les bases de la digestion anaérobie dans les termes suivants :
En l’absence d’oxygène (« anaérobie » veut dire sans oxygène), la matière organique se décompose pour former un
mélange gazeux appelé biogaz. Le mélange de gaz obtenu (biogaz) comprend essentiellement du méthane (50 à 75 %
en volume) et du gaz carbonique (25 à 50 % en volume) Le biogaz contient également de petites quantités
d’hydrogène, de sulfure d’hydrogène, d’ammoniac et des traces d’autres gaz.
28
La 5ème édition de 2010 en français du guide sur le biogaz de l’Agence technique pour les ressources renouvelables est consul-
table en suivant ce lien : Guide sur le biogaz - De la production à l'utilisation.
29
FNR (2016) : Guide sur le biogaz - De la production à l’utilisation (en allemand), p. 8.
30
FNR (2016) : Guide sur le biogaz - De la production à l’utilisation (en allemand), p.11.
Production durable de biogaz en France et en Allemagne
Mobilisation des substrats et gestion des digestats 17Les quatre phases de la décomposition anaérobie (voir ci-
dessous) se déroulent parallèlement au cours d’un processus
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simple (voir figure 4) .
1. Pendant l’hydrolyse, les composés complexes de la matière
première (hydrates de carbone, protéines et lipides, par
exemple) sont décomposés en composés organiques plus
simples (par exemple, acides aminés, sucres et acides gras). Les
bactéries hydrolytiques intervenant à ce stade libèrent des
enzymes qui décomposent la matière par des moyens biochi-
miques.
2. Les produits intermédiaires formés par ce processus sont
ensuite décomposés pendant l’acidogénèse (phase
d’acidification) par des bactéries fermentatives (génératrices
d’acides) pour former des acides gras inférieurs (acide acétique,
propionique et butyrique), ainsi que du gaz carbonique et de
l’hydrogène. De plus, de petites quantités d’acide lactique et
d’alcools sont également formées.
3. Pendant l’acétogénèse (formation d’acide lactique), des bacté-
ries acétogènes convertissent ensuite ces produits en précur-
seurs du biogaz (acide acétique, hydrogène et dioxyde de car-
bone).
4. Pendant la phase finale de méthanogénèse (production
du biogaz), c’est avant tout l’acide acétique, mais aussi
Figure 8 - Schéma de la production de biogaz brut l’hydrogène et le dioxyde de carbone, qui sont convertis en
(digestion anaérobie). Source : FNR (2016) : Guide sur méthane par des archées méthanogènes.
le biogaz - De la production à l’utilisation (en alle-
mand), p. 11
V. Substrats utilisés en méthanisation
V.1. Cadre réglementaire de la méthanisation des substrats en Allemagne et en
France
La loi sur les énergies renouvelables (Loi EEG 2017) et le décret relatif à la biomasse (BiomasseV) en Allemagne, ainsi
que la loi relative à la transition énergétique pour la croissance verte (LTECV) en France réglementent les substrats
utilisés en méthanisation. Les sections suivantes présentent les paragraphes des textes de loi et décrets relevant de
cette réglementation.
V.1.1. Cadre réglementaire en vigueur en Allemagne
En Allemagne, le décret relatif à la biomasse (BiomasseV) encadre les matières premières pouvant se prévaloir de
l’appellation de biomasse en vertu de la loi sur les énergies renouvelables. Il stipule les critères environnementaux à
respecter pour la production d'électricité à partir de la biomasse. Le paragraphe 2 précise les biomasses reconnues
outre-Rhin.
31
FNR (2016) : Guide sur le biogaz - De la production à l’utilisation (en allemand), p.11 à 12.
Production durable de biogaz en France et en Allemagne
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