La méthanisation permet-elle de préserver les sols d’une exploitation agricole ? S’il est connu pour être un bon engrais azoté, le digestat permet-il un retour suffisant de carbone ? Cette question est primordiale puisque, au-delà de la production d’énergie, une méthanisation ne doit pas détériorer le précieux patrimoine agricole que sont les sols. Une étude de l’INRAE a tenté de répondre à ces questions, mais, pour beaucoup, la vraie réponse est d’abord dans les pratiques culturales.
Production d’énergie renouvelable, emplois locaux, économie circulaire, on ne compte plus les externalités positives de la méthanisation. Un développement important de cette filière est donc attendu pour les années à venir alors que la caractérisation des digestats et leurs impacts sur les sols sont encore mal connus. La méthanisation permet-elle un retour au sol du carbone ? En d’autres termes, la méthanisation préserve-t-elle, enrichit-elle ou appauvrit-elle le capital des agriculteurs que sont les terres ? Car si le digestat est riche en azote minéralisé, ce qui permet d’importer moins d’engrais, intuitivement, on peut penser que la transformation des intrants en énergie et en digestat leur fait perdre du carbone puisque le méthane et le dioxyde de carbone en sont extraits.
Conditions d’une méthanisation vertueuse
Mais, en matière biologique, tout n’est pas si simple, car la méthanisation entraîne d’autres pratiques agricoles et peut inclure des intrants extérieurs à l’exploitation. D’autre part, le ratio de carbone stable/carbone labile en sortie de digestat diffère et n’a pas les mêmes caractéristiques de restitution dans le temps. Afin de mieux cerner la caractérisation des digestats et leurs impacts sur les sols, encore mal connus, l’INRAE a réalisé récemment une étude sur ce sujet (voir article suivant). De son côté, l’Association des agriculteurs méthaniseurs de France (AAMF) a annoncé le lancement du projet « Le carbone au cœur des externalités positives de la méthanisation », dont l’objectif est d’accompagner ses adhérents pour démontrer la durabilité de leurs pratiques, réaliser des bilans de gaz à effet de serre et déployer des méthodes de calcul pour valoriser des crédits carbone via le Label Bas Carbone. Des adhérents qui pour être méthaniseurs sont d’abord des agriculteurs qui souhaitent que leur capital sol soit préservé. Car au-delà des controverses, toute la question est : comment faire une méthanisation, une production d’énergie en préservant les terres et en continuant à alimenter les populations ?
Pour aller dans ce sens, nous pensons qu’il est nécessaire, aujourd’hui, à la croisée des chemins pour la méthanisation, de mettre à plat toutes les problématiques et de travailler tous ensemble, sans préjugés, sans procès d’intention, pour mettre en œuvre un modèle vertueux, sur le long terme.
Études en cours
Le développement attendu de la filière a fait se multiplier les études sur la caractérisation des digestats et leurs impacts sur les sols : après celles de 2015, l’INRAE vient de réaliser fin 2021 une étude sur des exploitations avec et sans méthanisation. Auparavant, l’Institut pour l’agriculture durable (IAD) avait étudié l’impact humique notamment sur de nombreuses exploitations avec méthanisation qui pratiquent une agriculture de conservation des sols. Nous avons donc aujourd’hui plus d’éléments pour appréhender la problématique de retour au sol du carbone en méthanisation. Et la conduite de l’exploitation semble bien être la clé de cette réponse. Si les études de l’INRAE semblent plutôt rassurantes, certains chercheurs répondent au contraire que la méthanisation risque de conduire à un appauvrissement en carbone des sols. D’autres acteurs indiquent que la méthanisation peut être très positive pour les sols, à condition qu’elle s’inscrive dans une logique d’économie circulaire de l’exploitation, avec des tailles raisonnables (un modèle de méthanisation à la ferme) et des pratiques culturales favorisant une production végétale importante. Certains prônent le modèle de grosse unité de méthanisation qui prélève les intrants hors de l’exploitation, en évoquant l’intérêt de faire entrer des matières organiques extérieures (apport de carbone supplémentaire) et soulignant aussi l’intérêt de la méthanisation sur la gestion de déchets organiques.
D’autres prônent au contraire la nécessité d’une méthanisation corrélée à l’exploitation agricole, déplorant le déplacement de tonnes de matières sur une trop longue distance, ce qui se révèle déraisonnable en termes de bilan écologique, mais aussi économique. Nous ne parlons pas ici des méthaniseurs traitant les déchets des collectivités. Notons aussi que l’azote et le carbone subissent des transformations dans le méthaniseur. Cela implique de pouvoir mesurer ces éléments en sortie afin d’effectuer un retour au sol adapté tant mécaniquement que quantitativement. Chimie organique des sols (complexe), types de pratiques culturales, modèle de méthanisation : nous vous proposons un état des lieux des connaissances sur le retour au sol du carbone entre les constats de terrain et les discussions scientifiques.
Constat de terrain
Au-delà des études scientifiques, le marqueur le plus important reste la réalité du terrain. Certes, le recul quantitatif manque, car le développement de la méthanisation n’est pas très ancien. Mais certains ont un recul de plus de dix ans. « Nous avons constaté une augmentation constante du taux de matière organique de nos sols depuis que nous faisons de la méthanisation. Elle favorise la formation de biomasse. Nous exploitons la partie supérieure de nos cultures (CIVE), mais nous laissons en terre toute la partie racinaire et nous améliorons nos sols. La méthanisation est compatible avec des fermes à taille humaine », explique Bertrand Guérin, agriculteur et adhérent de l’AAMF, qui ne comprend pas les scientifiques qui évoquent un appauvrissement des sols. Le contraire de son constat sur le terrain !
Pour Konrad Schreiber, ancien chef de projet à l’IAD, un risque d’appauvrissement des sols existe si l’on continue sur des pratiques agricoles « classiques », mais la méthanisation peut au contraire être une chance pour une agriculture vertueuse si l’on applique au contraire les pratiques culturales dites « de conservation des sols », comme nous l’avons constaté sur les exploitations qui les utilisent. Avec un mix élevage/cultures, l’absence de travail du sol, une rotation agronomique des cultures et un couvert végétal permanent, « nous avons les clés pour conserver des sols riches tout en produisant de l’énergie. Le secret, c’est d’augmenter la production végétale et de faire travailler bactéries et champignons ». Pour Konrad Schreiber, il y a toutefois un risque : « Avec la FNSEA, l’agriculture va dans le mur, car les bases agronomiques sont fausses. Le modèle de méthanisateur avec les pratiques culturales actuelles va conduire à un appauvrissement des sols. Il est nécessaire d’augmenter la production végétale pour arriver à un équilibre. Le bilan humique doit être positif, c’est la première condition. Une production de biogaz sans le retour au sol de suffisamment de carbone va appauvrir les sols. Si la politique agricole misait sur la conservation des sols avec restitution de pailles, CIVE, grains, il serait alors très positif de faire de la méthanisation parce que l’on permettrait un retour au sol de carbone. On pourrait même atteindre une autonomie alimentaire et énergétique. Nous préconisons ces pratiques, mais aussi la mise en place d’unités de méthanisation de taille raisonnable, de 100 à 500 kW (1 MW par commune), pas forcément en injection, mais en cogénération. Et notre expérience concrète à travers les projets que nous avons suivis dans notre association prouve que cela marche très bien. Cela ne correspond pas au schéma de développement que veulent certains, pour des unités toujours plus grosses, mais cette typologie de méthanisation autonome, bien reliée aux exploitations, avec des intrants proches, nous semble être la seule voie d’avenir pour une agriculture durable. Ce type de méthanisation, avec une production locale d’énergie, serait en outre très bien acceptée par les riverains, contrairement aux grosses unités dont le modèle se développe. C’est aussi un moyen de restructurer le monde rural, avec emplois locaux et production d’énergie. Malheureusement, ce n’est pas le modèle qui se développe : de grands acteurs et la course au profit immédiat éloignent du modèle vertueux de méthanisation agricole. »
Les CIVE au cœur du débat
Avec l’utilisation des résidus de cultures végétales (pailles de céréales ou d’oléagineux, résidus de maïs, fanes de betteraves ou encore déchets de sortie de silos), l’un des principaux enjeux d’un scénario de développement de la filière méthanisation repose sur le potentiel de mobilisation des CIVE, semées en période d’interculture entre deux cultures principales. Ces nouvelles pratiques associées aux besoins techniques et économiques de la production de biométhane doivent rester compatibles avec le maintien de la production alimentaire des territoires en veillant à ne pas augmenter les impacts environnementaux de ces filières de production. Dans cette perspective, la méthanisation pourrait être un levier permettant aux agriculteurs d’adopter de nouvelles pratiques en cohérence avec la transition agroécologique et énergétique
Débat scientifique
Un méthaniseur diminue-t-il ou non les ressources de matières organiques qui retournent au sol ? Pour Sabine Houot, directrice de recherche à l’INRAE, le digestat a un effet positif sur le sol, mais sous certaines conditions. Pour lui répondre, une tribune de scientifiques a engagé le débat sur le site www.web-agri.fr lors du dernier SPACE, en exposant son avis sur les risques pour le sol. On sait que le digestat est riche en azote sous forme ammoniacal et que la problématique réside dans les techniques d’épandage, qui doivent tenir compte de sa volatilité. Mais qu’en est-il du carbone, objet de ce dossier ? Place au débat, entre théorie et pratique.
• Le point de vue de l’INRAE
« La matière organique est vraiment l’élément qui pilote les sols, soulignait Sabine Houot sur l’antenne de Web-agri. Notre étude sur le retour au sol en méthanisation montre que le procédé de méthanisation assure une première dégradation de la matière organique biodégradable pour faire du biogaz. La matière organique qui reste dans les digestats est donc stabilisée, ce qui lui permet d’entretenir la teneur des sols. Son efficacité dépend de la quantité de digestat apportée dans le sol, de sa teneur en matière organique et de la fréquence d’apport. Et ça, un agriculteur peut le calculer. Avec les digestats solides, on a tendance à augmenter la teneur en matière organique du sol. Avec un digestat liquide, en revanche, cette teneur n’évolue pas ou très peu. »
Les intrants du méthaniseur conditionnent les caractéristiques du digestat. « Si vous mettez des intrants très ligneux par exemple, vous obtiendrez un digestat très riche en matière organique. » Les quelques résultats expérimentaux montrent que ces cultures, qu’elles soient laissées au sol, apportées après méthanisation, ou encore digérées par les animaux puis retournées au sol par les effluents d’élevage, permettent d’obtenir la même quantité de carbone qui reste dans le sol. En revanche, certains méthaniseurs se basent sur les cultures intermédiaires à vocation énergétique (les CIVE). Par rapport à une CIPAN (culture intermédiaire piège à nitrates), une CIVE a des rendements supérieurs. Et même en exportant la CIVE, ce qui reste au sol (les racines et les chaumes) représente plus de matière organique que la CIPAN, ce qui est donc plutôt positif. Les CIVE étudiées dans l’étude Inrae ici (mélange de céréales immatures : triticale, seigle et avoine, résistant au gel et pouvant être conduites sans pesticide) répondent à des objectifs complémentaires de services écosystémiques, étendus à des critères agro-environnementaux : recyclage des éléments minéraux en cas de restitution de digestats, couverture des sols (anti-érosion) et piège à nitrates, ou encore stockage potentiellement additionnel de matière organique et de carbone dans les sols qui est apporté par les racines, les chaumes et par le retour au sol des digestats. Le développement des CIVE est tributaire d’une évolution des pratiques des agriculteurs et des conditions climatiques futures, en particulier pour ce qui concerne la gestion des ressources en eau en cas de besoin d’irrigation. Mais ce qui peut poser un problème, ce sont les dérives que l’on peut voir dans les systèmes qui favorisent les CIVE au détriment des cultures principales à vocation alimentaire. L’INRAE poursuit ses travaux de recherche sur la méthanisation agricole avec des programmes sur la biologie du sol, ses propriétés physiques et la culture de CIVE.
• Tribune scientifique
« Nous partageons la plupart des analyses de notre collègue Sabine Houot, mais en y apportant des compléments qui en changent substantiellement la lecture, ont indiqué dans une tribune sur Web-Agri en réaction Pierre Aurousseau, Jean-Pierre Jouany, Gérard Fonty et Daniel Chateigner, quatre scientifiques du CSNM (Collectif scientifique national méthanisation) et du GREFFE (Groupe scientifique de réflexion et d’information pour un développement durable). Notre collègue confirme que le digestat standard ne permet pas d’augmenter la teneur en matière organique des sols avec un digestat liquide. » Cela corrobore les propos tenus en septembre 2019 par Pierre Aurousseau lors de la conférence sur la méthanisation dans le Lot, pour qui la méthanisation va contribuer à l’ensemble des mécanismes qui font baisser le taux de matières organiques. « Compte tenu de l’incertitude des mesures de carbone organique des sols, il faudra au moins cinq à dix ans pour que la baisse du taux de carbone des sols soit mesurable. Ce que Sabine Houot appelle des “digestats solides” sont des digestats qui ont subi un traitement complémentaire : séparation de phase couplée éventuellement avec un compostage. Ce type de digestat peut effectivement contribuer à augmenter la teneur en matière organique des sols, mais ce type de traitement complémentaire est marginal. Il n’est pratiqué que dans des installations de méthanisation de grande dimension avec des investissements financiers importants. De plus, ces “digestats solides” ne sont épandus que sur de très petites surfaces et donc très peu de parcelles en bénéficient. Comme le déclare Sabine Houot : si l’on introduit dans le méthaniseur des intrants riches en produits ligneux, on va améliorer la teneur en carbone organique humifiable des digestats, mais, là aussi, il faut revenir à la réalité des pratiques : les entrepreneurs n’ont aucun intérêt à introduire dans les méthaniseurs des intrants riches en produits ligneux, car le carbone organique de type ligneux ne sera pas décomposé par les bactéries anaérobies du digesteur. Il y a donc conflit entre l’objectif de vouloir produire du méthane et l’objectif d’obtenir des digestats de bonne qualité pour amender les sols cultivables. »
• CIVE et cultures alimentaires
« Notre collègue a raison de pointer la question de la concurrence entre les CIVE et les cultures alimentaires. De nombreuses cultures sont déclarées comme CIVE alors qu’il s’agit de cultures principales à vocation énergétique et non pas de cultures intermédiaires. Une des rotations préférées en méthanisation (CIVE d’hiver) est la suivante : céréales d’hiver semées à l’automne, récoltées avant maturité en mai pour alimenter les méthaniseurs, suivies de maïs récolté en septembre par ensilage pour alimenter les méthaniseurs, suivi de céréales… Il n’y a plus de culture principale à vocation alimentaire dans ce type de rotation, il ne s’agit que de cultures à vocation énergétique.
Ainsi, nous assistons aujourd’hui à une nouvelle nature de rotations culturales, avec deux cultures par an constituées uniquement de CIVE (hiver et été). Comme un peu partout en France, nous voyons se développer des méthaniseurs ne fonctionnant qu’avec des CIVE, et il y a tout lieu de craindre dans un futur proche que, si le méthane est plus rentable pour l’exploitation que la culture principale nourricière, cette dernière disparaisse de la rotation. »
• Les chaînes carbonées courtes
« Un point essentiel n’a pas été évoqué par Sabine Houot, celui concernant la matière labile des intrants de méthanisation, matière fermentescible par les bactéries anaérobies, qui ne se retrouve pas dans le digestat solide. Cette dernière, servant d’énergie, de nourriture, à une grande partie de la biosphère du sol, est partie avec le biogaz, sous forme de méthane (CH4) et de dioxyde de carbone (CO2). Le corollaire de l’obtention de digestat solide pour “nourrir” une partie de la biosphère du sol est donc la privation de nourriture pour l’autre partie. L’absence de carbone labile dans les digestats est préjudiciable au développement et à l’activité biologique de la biosphère microbienne du sol (c’est “la faim en carbone des sols”). Ce point est important pour le maintien de la vie des sols à moyen et à long terme. Il est également important pour l’utilisation racinaire des nutriments du sol par les plantes. Ce déséquilibre peut faire craindre l’obtention de sols déstructurés et infertiles à moyen ou à long terme. »
Appel aux bonnes volontés
Le retour au sol doit être abordé avec prudence, du fait du manque de recul et d’informations sur ce sujet. mais nous savons aussi que c’est maintenant, à la base, qu’il faut en parler. Nous pensons qu’il serait nécessaire que les experts en désaccord se rencontrent, échangent autour de leur divergence de point de vue avec des arguments scientifiques et définissent ensemble ce que pourraient être des pratiques culturales permettant un équilibre entre l’exploitation agricole et la production de biogaz. Rester dans son coin en campant sur ses positions n’est jamais la bonne solution. Exposer et échanger ses arguments sereinement est toujours préférable. Confronter ses théories à la réalité du terrain est également une solution, car il est vrai que la méthanisation est relativement récente dans la pratique et demande donc à être observée pour améliorer le process méthanisation/agriculture. Pour ce qui est des pratiques culturales, l’introduction de ligneux, la production accrue de végétaux pour nourrir le méthaniseur sont évidemment des pistes intéressantes. Les pratiques d’agriculture de conservation des sols, permettant cet accroissement et se basant sur le travail des bactéries, des champignons et des plantes permet une gestion efficace du sol.
Au-delà des pratiques culturales, il s’agit d’appréhender la méthanisation dans son ensemble. En particulier, les recherches qui sont faites afin de récupérer du carbone du CO2, avec des usages de production de microalgues par exemple. C’est aujourd’hui, alors que la méthanisation est en plein essor, qu’il faut échanger, et les travaux des uns et des autres sont complémentaires. Il en va de l’avenir de l’agriculture… et de la méthanisation. Il en va du modèle de production alimentaire et énergétique que nous allons mettre en place. La méthanisation peut être une formidable opportunité de créer une économie vertueuse… pour peu qu’elle permette un bon retour au sol.
