CIVE, Semences et Méthanisation : Une Stratégie Pionnière pour l'Agriculture Durable

L'agriculture moderne est confrontée à de nombreux défis, allant de la gestion des ressources naturelles à la nécessité d'une production alimentaire durable. Dans ce contexte, la méthanisation, associée aux Cultures Intermédiaires à Vocation Énergétique (CIVE), représente une voie prometteuse pour concilier production énergétique, valorisation des sous-produits agricoles et amélioration des pratiques culturales. La question de l'impact des CIVE sur les sols, notamment dans les réseaux d'agriculteurs en Agriculture de Conservation des Sols (ACS), est au cœur des préoccupations actuelles.

Le rôle des CIVE dans la méthanisation

Les Cultures Intermédiaires à Vocation Énergétique (CIVE) sont des cultures dérobées dont l'objectif principal est d'être exportées et valorisées dans des unités de méthanisation. Elles s'insèrent entre deux cultures principales dans les rotations, offrant un double avantage : la fourniture de services écosystémiques et la production de biomasse pour des usages non alimentaires. Ces cultures sont récoltées pour être utilisées comme intrants dans une unité de méthanisation agricole. D'après une enquête de 2021 de l'Association des Agriculteurs Méthaniseurs de France (AAMF), une écrasante majorité des sondés, 90%, produisent des CIVE d'hiver et 67% des CIVE d'été afin d'alimenter leur méthaniseur.

L'enjeu principal des CIVE est de produire un maximum de biomasse tout en maîtrisant les coûts de production et en impactant au minimum la culture suivante. Pour y parvenir, la CIVE doit être conduite comme une culture à part entière, nécessitant une attention particulière à la fertilisation, à l'irrigation et au désherbage. Le débouché actuel des CIVE est la méthanisation, mais leurs valorisations n'en sont qu'à leurs débuts.

Les deux profils de maïs pour la méthanisation

Pour alimenter les unités de méthanisation, il existe deux profils de maïs, et dans tous les cas, une production élevée de matière sèche est recherchée. Si le maïs est semé au printemps en culture principale, le volume qu'il représente ne devra pas dépasser la limite réglementaire de 15 % de la ration du méthaniseur. Pour ces maïs cultivés de façon classique, les semenciers recherchent parmi leurs variétés celles qui présentent le meilleur pouvoir méthanogène, qui correspond à la production de gaz par unité de matière organique. Il en existe dans chaque gamme de précocité. Laetitia Hamot, chef produit maïs chez KWS, confirme cette approche.

La deuxième option consiste à semer le maïs comme une culture intermédiaire à vocation énergétique (CIVE). Dans ce cas, le maïs devra produire un maximum de matière sèche en très peu de temps, généralement entre début juillet et fin octobre ou début novembre. Il faudra donc miser sur des variétés très productives et ultra-précoces pour pouvoir récolter avant le gel.

L'importance du rendement méthanogène

Tous les semenciers s'accordent sur le fait qu'il y a une forte croissance de la demande en espèces pour la méthanisation ces dernières années, et en particulier des CIVE. Le pouvoir méthanogène, qui est une production de méthane ramenée à une quantité de biomasse, est un critère de choix. Cependant, le plus important est le rendement biomasse en cherchant une culture qui fait le plus de tonnes de matière sèche à l'hectare. Antoine Bedel, de Caussade Semences, l'explique clairement. Samuel Dubois, de RAGT Semences, confirme que le rendement méthanogène est corrélé au rendement culture et que le plus intéressant pour l'agriculteur méthaniseur est d'avoir le meilleur rendement possible de biogaz à l'hectare. Sur ce terrain, le maïs, le sorgho et le seigle sont bien placés. Le seigle est l'espèce après le maïs qui présente le meilleur potentiel méthanogène, comme le souligne Paule Artero de Deleplanque.

Types de CIVE : Hiver et Été

Il existe deux types de CIVE : les CIVE d'hiver et les CIVE d'été, selon leur période d'occupation des sols.

Les CIVE d'hiver

Les CIVE d'hiver sont des intercultures implantées après une culture d'automne (céréales, colza, pois, etc.) ou un maïs ensilage. Elles précèdent des cultures semées au printemps comme le maïs, le sorgho ou le tournesol. Pour réussir une CIVE d'hiver, le semis doit se faire avant le premier octobre afin d'avoir une interculture déjà bien développée avant l'hiver.

Arvalis préconise le seigle, en pur ou en mélange (80% de seigle, 20% de légumineuses), ou bien le triticale comme espèces pour les CIVE d'hiver. L'orge d'hiver est aussi souvent utilisée. Les semis étant plus précoces que pour une conduite en culture principale, le choix de variétés résistantes à la JNO, précoces et peu sensibles à la verse et au gel est recommandé.

De nombreux essais menés notamment par Arvalis et ses partenaires dans le cadre du projet OPTICIVE ont montré qu'une fertilisation, même réduite (60 à 100 unités d'azote selon les reliquats), appliquée au plus tôt en sortie d'hiver est valorisée par les CIVE d'hiver. L'étude d'Arvalis a présenté un gain d'au moins 1,5 t de MS/ha avec une fertilisation de 80U. L'accès au digestat permet de couvrir tout ou partie des besoins en azote de la CIVE.

D'après l'AAMF, le rendement moyen d'une CIVE d'hiver se situe à 8,7 t de MS/ha. Ces intercultures sont réussies 4 années sur 5. On considère que si une CIVE a un rendement inférieur à 4 t de MS/ha, il n'est pas rentable de la récolter.

Un point d'attention doit également être porté à la date de récolte. La majorité de la biomasse d'une CIVE d'hiver est produite dans les dernières semaines du mois d'avril, ce qui peut impacter la date de semis d'une culture de printemps à suivre. L'expérience issue de l'introduction d'une CIVE (avoine) avant un maïs sur la plateforme Syppre® Béarn a montré que le semis de ce dernier était retardé de quinze jours. En moyenne sur trois ans, l'impact sur le rendement du maïs a été de 9 q/ha malgré le changement d'indice de précocité. Le projet Syppre® inter-instituts (Arvalis, Terres Inovia, ITB) regroupe cinq plateformes réparties dans toute la France avec une co-conception des systèmes de culture étudiés avec des réseaux d'agriculteurs et d'acteurs locaux et un observatoire des pratiques. Inscrit dans la durée, jusqu'en 2025, il doit faire émerger les systèmes de culture de demain en alliant les sciences de l'agronomie et de l'écologie dans une approche de développement durable.

Les CIVE d'été

Les CIVE d'été sont faites en dérobées derrière des céréales (orge d'hiver principalement, blé, colza ou pois) ou des méteils. Elles doivent être semées avant le 10 juillet pour avoir assez d'eau au semis (humidité résiduelle du sol) et assez de temps pour se développer avant la récolte. Contrairement aux couverts d'interculture classiques, il est déconseillé de faire des mélanges d'espèces pour une CIVE d'été. Les espèces les plus fréquemment utilisées sont le maïs, le sorgho fourrager et le tournesol. Pour des cycles encore plus courts, le moha peut être utilisé.

Pour les CIVE d'été, le facteur limitant est l'eau. Les sécheresses estivales limitent la réussite de ces intercultures à 1 an sur 2 en moyenne. L'irrigation est donc un atout dans la conduite de cette interculture. Le rendement moyen d'une CIVE d'été se situe autour de 7,7 t de MS/ha. Pour les CIVE d'été, la fertilisation est également recommandée : au moins 60U d'azote doivent être apportées pour assurer le développement maximum de la biomasse. Tout comme les intercultures « classiques », les CIVE d'été ont une forte variabilité de production et dépendent de la climatologie de l'année.

La gamme MAS4 ENERGY, par exemple, se compose de mélanges spécialement conçus pour la production de biogaz. Les CIVE d'été nécessitent des cultures qui résistent mieux à la sécheresse et à la chaleur tout en produisant une biomasse élevée. Elles peuvent être semées de la fin du printemps jusqu'au début du mois d'août, ce qui offre une grande flexibilité. Les cultures comme le sorgho ou le tournesol dans ces mélanges augmentent la tolérance à la sécheresse. Pour les CIVE d'été, il n'y a a priori pas d'intérêt à mélanger des espèces entre elles. Ces CIVE ont un développement qui dépend très fortement de l'alimentation hydrique avec une productivité limitée en cas de manque d'eau. En semis simplifié.

Le choix des semences et l'itinéraire technique

Le contexte cultural pèse sur le choix entre CIVE d'hiver et CIVE d'été, ainsi que sur celui de l'espèce, comme la disponibilité en eau. Le maïs sera le plus adapté aux situations en eau non limitante pour des semis tardifs et récoltes précoces. En conditions plus stressantes, il faudra privilégier le sorgho, selon Samuel Dubois.

Les CIVE peuvent être constituées en mélange d'espèces, avec une légumineuse par exemple, apportant un intérêt agronomique par son apport d'azote. Un seuil de 20 % de légumineuses semble opportun (vesce commune, vesce velue, féverole…). Le choix d'espèce dépendra des conditions pédoclimatiques pour éviter la dominance d'une des deux espèces de l'association.

À Arvalis, Sylvain Marsac met en avant la question de la place de la CIVE dans la succession culturale. Selon les cultures présentes dans la rotation, notamment avec des oléagineux ou des protéagineux, on choisira en conséquence une CIVE qui ne présente pas ce type d'espèce. Les cultures pérennes et plus généralement les espèces qui entrent en concurrence avec les productions alimentaires sont plafonnées à 15 % du tonnage brut pour la méthanisation (décret du 7 juillet 2016).

La récolte doit se caler dans l'idéal sur les taux de matière sèche recommandés pour l'ensilage des espèces en place (par exemple 30 à 35 % MS en maïs, > 28 % en sorgho). Une fois ces stades atteints, il est inutile d'attendre : le gain de production serait faible pour un risque de verse fort. Dans ces conditions, le stockage en silo permet une bonne conservation des CIVE et de leur pouvoir méthanogène. Pour les CIVE d'hiver, les taux de matière sèche à la récolte sont fréquemment bien inférieurs.

Pioneer, spécialiste des semences hybrides, propose une offre complète adaptée à la méthanisation, incluant l'agronomie, le positionnement du bon hybride dans la bonne parcelle et des services. Pour sécuriser son stock fourrager, l'agriculteur a plusieurs options. Il peut semer du maïs ou de l'herbe en première culture, des CIVE d'hiver et mettre un maïs adapté ensuite. Des variétés à indice précoce, comme le P7326 de Pioneer Semences, sont adaptées pour le nord de la France et semées tout début juillet derrière un orge d'hiver par exemple. Alterna peut aussi servir de variable d'ajustement du stock de l'année, fournir la possibilité de faire du stock supplémentaire si les autres cultures ont été moins productives, voire pour envisager de vendre le surplus à d'autres méthaniseurs ou à des éleveurs ayant besoin de fourrage supplémentaire.

Si dans les zones de la moitié Nord de la France, après des récoltes de légumes ou de céréales, il est envisageable de semer du maïs fin juin / début juillet, les hybrides doivent cependant avoir des cycles très courts et être tolérants à une floraison de fin août / début septembre.

Potentiel méthanogène des CIVE

En plus des intérêts agronomiques de couverture apportés par cette interculture (structuration du sol, limitation du risque de lixiviation des nitrates, stockage de carbone, concurrence aux adventices…), les CIVE ont un objectif de production énergétique. Ce potentiel de production énergétique s'exprime par le potentiel méthanogène (quantité maximale de méthane pouvant être produite par un substrat, exprimé en Nm3 de CH4/t de MS).

Plusieurs projets menés par Arvalis, comme OPTICIVE (2019) ou RECITAL (en cours), ont montré que le potentiel méthanogène des CIVE se situe entre 200 Nm3/tMS et 310 Nm3/tMS. À titre de comparaison, le potentiel méthanogène d'un fumier de bovin frais se situe autour de 170 Nm3/tMO.

Le potentiel du maïs, de 298 Nm3/tMS en moyenne, est le plus élevé et se démarque donc des autres espèces cultivées en CIVE. Les autres espèces, qu'elles soient d'été ou d'hiver, ont un potentiel méthanogène moyen très proche, autour de 250 Nm3/tMS. Les graminées d'automne semées en pur ont une plus grande variabilité de potentiel méthanogène.

Plus important que le potentiel méthanogène, c'est le rendement méthanogène d'une CIVE qui fait sa rentabilité. Le rendement méthanogène (exprimé en Nm3/ha) est lié à la biomasse produite et augmente donc dans le temps. Le potentiel méthanogène, lui, est directement lié aux stades des cultures et notamment à la lignification des végétaux : plus une culture est mature, plus son potentiel méthanogène diminue. Il est donc important de viser une production optimale de biomasse (notamment grâce à la date de récolte), sans pour autant trop impacter le potentiel méthanogène de la CIVE et surtout la culture suivante. Pour que le méthaniseur prenne en charge l'intégralité des charges liées à cette culture (charges opé+fixes réparties), on considère qu'il faut viser un rendement minimum de 4 TMS/ha. Les potentiels méthanogènes des couverts sont compris entre 210 et 280 Nm³ CH4/tMS. Les couverts avec les meilleurs potentiels sont les Sorghos, le Maïs et tous les couverts à cycle long. Ces valeurs sont obtenues dans des conditions de production très favorables en laboratoire.

CIVE et matière organique du sol

Bien que cultures intermédiaires répondant à ce titre à tous les bénéfices environnementaux attendus d'un couvert d'interculture, les CIVE sont conduites en vue d'optimiser leur biomasse et vouées à être exportées contrairement à une interculture classique. La question peut donc se poser de l'impact de l'introduction et de l'exportation d'une CIVE dans une rotation sur le stock de matière organique et de la gestion du risque de la diminution du carbone organique restitué. Plusieurs études ont été menées par Arvalis et l'INRAE pour répondre à cette question (projet Opticive, projet Solébiom sur les plateformes Syppre® Béarn et Syppre® Coteaux Argilo-calcaire du Sud-Ouest, projet CarboCIMS…).

Les conclusions de ces différentes études permettent d'apporter des éléments de réponses : tout d'abord, en comparaison à un système avec CIPAN, la biomasse restituée au sol à la récolte d'une CIVE d'hiver (chaumes : 1 à 2 t MS/ha) équivaut à la biomasse produite par des CIPAN (Culture Intermédiaire Piège à Nitrates) détruites en sortie d'hiver. En effet, les CIVE ayant pour objectif de produire de la biomasse et de rester en place plus longtemps qu'une CIPAN produiront de ce fait plus de matière sèche mais également plus de racines (dans les essais menés par Arvalis, celles-ci ont été évaluées à près de 2 t MS/ha sur les trente premiers centimètres). Or les racines ont un rôle fondamental tant dans la production de carbone et d'azote organique que dans la structuration des sols.

Ces premiers résultats ne prennent pas en compte le retour au sol des digestats dans le cadre d'exploitations produisant du méthane à partir de CIVE. Le modèle AMG (du nom de ses auteurs : Andriulo, Mary et Guérif), créé en 1999, simule l'évolution du stock de carbone organique du sol au pas de temps annuel, sous l'effet des pratiques culturales. Ce modèle a été utilisé afin d'estimer les impacts de l'introduction d'une CIPAN et d'une CIVE, avec et sans retour de digestats, sur les évolutions du stockage de carbone dans différents types de sols.

Il est à noter que l'évolution du stockage du carbone dans le sol dépend du type de sol et de la teneur en matière organique initiale, mais également du contexte pédoclimatique. Les résultats de la simulation sont donc à lire au regard du type de sol, mais également de la rotation simulée.

Ainsi, en comparaison avec un système avec CIPAN restituée au sol, la CIVE exportée permet un stockage de carbone du fait de la présence des racines et des chaumes, mais ce stockage est inférieur. En revanche, dans le cas d'un retour de digestat au sol pour fertiliser une CIVE, le stockage de carbone augmente au-delà de ce qu'une CIPAN produisant 2 t MS/ha pourrait permettre. Toutefois, l'analyse des simulations réalisées met en évidence qu'une CIPAN produisant une forte biomasse (4 t MS/ha) stocke plus qu'une CIVE exportée, même si son rendement est élevé.

Ces résultats sont corroborés par un premier résultat du projet CarboCIMS, dont l'objectif est d'étudier les impacts des Cultures Intermédiaires Multi-Services (CIMS) sur le stockage du carbone organique dans les sols agricoles, dans le contexte de la méthanisation.

Témoignages et bonnes pratiques

L'expérience de Grégory Vrignaud, gérant de la société ACE Méthanisation basée à Thouars, qui accompagne, forme et conseille des groupements d'agriculteurs ayant un projet de méthanisation, souligne l'importance d'inscrire la méthanisation dans une approche globale de l'agriculture et de trouver les bons équilibres entre la gestion du carbone et de la photosynthèse, l'objectif nourricier de l'agriculture ou encore le bon fonctionnement du sol et la productivité.

Un agriculteur polyculteur-éleveur laitier sous l'IGP Gruyère, cultivant blé, orge, soja, maïs et betteraves fourragères sur 387 hectares, a monté un méthaniseur en 2016. Il est alimenté principalement par le fumier et le lisier des bovins. Concernant le maïs, la moitié de la surface est récoltée en grain pour l'alimentation du troupeau, et l'autre moitié en ensilage pour le méthaniseur. Ils utilisent de préférence des variétés allemandes. La dose est un peu plus chère, mais les semences sont déjà traitées et enrobées avec de l'engrais starter.

Les CIVE d'hiver sont faites uniquement avant soja, car elles assèchent trop le sol et pénalisent le maïs. Ils sèment un mélange de seigle (40kg/ha), d'orge (40kg/ha) et de vesce (10kg/ha) dans la deuxième quinzaine de septembre, après avoir apporté 20m3/ha de digestat, soit environ 20 unités d'azote. À la sortie de l'hiver, ils repassent une ou deux fois 20m3/ha de digestat. La récolte se fait avant le 1er mai, dès que les conditions sont bonnes, afin de garder une bonne structure de sol pour le semis du soja suivant en direct. L'année dernière, grâce aux très bonnes conditions, ils ont récolté autour de 40t de matière fraîche/ha.

Le 13 octobre 2017, deux jeunes couples de cultivateurs briards, Karine et Bertrand Fahy, et Agathe et Arnaud Maury, mettaient en service la centrale de biométhane Agri Métha Energy sur la commune de Saints. Leur projet a été dimensionné pour fonctionner majoritairement en autonomie d'intrants sur une base très forte de cultures intermédiaires et de pulpes de betteraves. Initialement lancée à 30 tonnes par jour, l'unité de méthanisation est passée fin 2019 à 55 tonnes de végétaux par jour pour nourrir les digesteurs. À ce stade, ce sont 20 000 tonnes de produits qui sont nécessaires au fonctionnement des installations : 9 000 tonnes de maïs ensilage, 2 000 tonnes d'ensilage d'orge immature, 8 000 tonnes de pulpe de betterave et un peu plus de 1 000 tonnes d'issues de silos et de produits occasionnels à haut pouvoir méthanogène. Le processus est réalisé en infiniment mélangé à 40 °C et en 120 jours.

L'installation, qui injecte actuellement 250 Nm³/h de biométhane à 4 bar dans une conduite de 1 400 m qui rejoint le réseau GRDF de Coulommiers, est pratiquée toute l'année sur 350 ha. Les CIVE d'hiver sont pratiquées sur 50 ha, principalement en orge fourrager, semé fin septembre, devant un maïs grain par exemple, et ensilé mi-mai. Ces maïs, nommés Alterna, sont fournis en partie par Pioneer Semences, et sont des variétés à indice précoce, dans le cas présent du P7326. À Saints, ce maïs est semé au strip-till pour éviter de perdre de l'humidité, ouvrant seulement une bande étroite de sol pour positionner les semences. Un autre avantage de la pratique du strip-till est de limiter fortement la réactivation des adventices. Et pour lancer la culture, du digestat brut (4N, 2K, 2P) est épandu directement sur ces semis à raison de 30 m³ par ha.

Gestion du digestat

Dans la gestion des épandages de digestat, l'idée est de l'apporter au moment où il sera le plus valorisé. Comme le digestat a un effet « starter » sur les cultures, il est épandu avant le semis, à l'automne (pour les CIVE et céréales) et au printemps (pour les cultures d'été). Pour la fertilisation des CIVE, le digestat est apporté le plus tôt possible, à la sortie de l'hiver, dès que les sols portent. La phase liquide est épandue sur les parcelles les plus proches (moins de 10km), et la phase solide pour celles plus loin. Pour l'automne prochain, certains agriculteurs sont en réflexion sur le dégroupage, c'est-à-dire séparer le transport de l'épandage, plutôt que de faire des allers-retours avec les épandeurs entre la ferme et les parcelles. Une fois le digestat arrivé dans les parcelles, il pourrait être épandu avec des matériels plus petits, de 12m3 à 14m3 maximum, pour limiter le tassement.

Bonnes pratiques au silo

Les bonnes pratiques au silo sont souvent sous-estimées. Il est fortement conseillé de faire un bon tassement et une bonne herméticité par un bâchage. Il existe aussi de nouvelles technologies comme les additifs. L'entreprise Pioneer a mis au point l'inoculant 11CH4 qui contient des bactéries L. buchneri qui améliorent la stabilité à l'air et évitent les pertes par échauffement. Par ailleurs, les bactéries du 11CH4 produisent des acides et des enzymes qui fragmentent la lignine. Les ponts entre la lignine et les parois cellulaires sont détruits, ce qui facilite l'accès des micro-organismes du méthaniseur à la cellulose et à l'hémicellulose. L'ensilage des CIVE permet de stocker l'équivalent de près de 3 ans de production de biomasse.

tags: #cive #semences #methanisation #pionner