La gestion des effluents d'élevage et des résidus organiques représente un défi majeur pour le secteur agricole moderne. Les fermes d'élevage, les fermes laitières et les fermes avicoles produisent une énorme quantité d'eaux usées contenant de grandes quantités de déchets organiques. D'autres processus de traitement des eaux usées génèrent également des boues, qui peuvent également être traitées pour obtenir des sous-produits précieux, notamment des engrais, qui peuvent être réutilisés dans les activités agricoles comme engrais ou pour le compostage. Il est important de noter que les boues provenant du traitement des eaux usées peuvent contenir des germes pathogènes et des parasites dangereux pour les humains, tels que la salmonelle, Escherichia coli, l'ascaride, etc.
La méthanisation comme pilier de la valorisation
La méthanisation est un procédé naturel biologique qui valorise les déchets à partir de la décomposition de matières organiques. Brassées, chauffées puis altérées durant deux à trois semaines dans des réacteurs privés d’oxygène (milieu anaérobie) appelés digesteurs, les déjections fermentescibles produisent des gaz et un résidu riche en azote, le digestat. La méthanisation est un processus de décomposition de matières pourrissables (putrescibles) par des bactéries qui agissent en l’absence d’air. On nomme ce processus de décomposition « fermentation anaérobie ». Ce procédé permet de générer une énergie renouvelable, du biogaz qui comporte entre autres du méthane (CH4, dans des proportions de 50% à 70%, et du dioxyde de carbone (CO2) ainsi que du compost (un « digestat » utilisé comme fertilisant).
Le digestat présente un degré plus élevé de minéralisation, transformant l'azote et le phosphore organiques en minéraux après la fermentation. Cela le rend assimilable comme un engrais minéral. Une fois que les purins ont été mélangés avec de la biomasse et transformés en biogaz dans un digesteur anaérobie, ce biogaz est converti en électricité dans un brûleur. Le digestat est une substance qui salit, ce qui prolonge la durée de l'opération. Les évaporateurs peuvent concentrer le digestat jusqu'à des niveaux élevés de concentration.
Technologies et processus de traitement des digestats
L'optimisation de la production d'engrais repose sur une chaîne de traitement rigoureuse :
- Traitement du digestat.
- Digestion anaérobie du fumier.
- Production et traitement du biogaz dans les fermes. Le biogaz est envoyé à la centrale de cogénération pour être transformé en électricité et en chaleur.
- Concentration et production d'engrais.
D'autre part, la production d'engrais liquides riches en ammonium peut être réalisée grâce à un processus d'adsorption-désorption avec des zéolithes et des contacteurs de membranes. Une autre méthode de transformation des déchets en engrais consiste, dans une première étape, à mélanger les déchets avec d'autres déchets organiques et d'autres engrais minéraux pour ajuster les niveaux de nutriments (N/P/K) aux valeurs commerciales.
La méthanisation expliquée par Jamy !
Traitement des boues à la chaux vive
Des études ont montré que l'ajout de chaux vive à ces boues élimine les agents pathogènes. L'ajout de chaux aux boues réduit les odeurs et le niveau d'agents pathogènes en créant un pH élevé hostile à l'activité biologique. Les gaz émis lors de la décomposition anaérobie de la matière organique contiennent de l'azote et du soufre et sont la principale source de mauvaises odeurs de boues. Lorsque de la chaux est ajoutée, les micro-organismes impliqués dans la décomposition sont fortement inhibés ou détruits dans ce milieu fortement alcalin. Pendant le processus de traitement des boues à la chaux vive, il est nécessaire de maintenir le pH au-dessus de 12 pendant un minimum de 2 heures pour assurer la destruction des agents pathogènes et fournir suffisamment d'alcalinité résiduelle pour que le pH ne descende pas en dessous de 11.
Typologie des usines d'engrais
La première étape consiste à déterminer le type d'usine d'engrais à construire :
- Usines d'engrais organiques : Elles produisent des engrais à partir de sources naturelles telles que le fumier animal (fumier de vache, volaille), le compost et les résidus végétaux. Le processus de production comprend le compostage, la fermentation et le séchage de ces matières.
- Usines d'engrais NPK : Elles produisent des engrais contenant une combinaison équilibrée d'azote (N), de phosphore (P) et de potassium (K). Ces usines combinent les processus de production d'engrais azotés, de phosphates et d'engrais potassiques.
- Usines d'engrais phosphatés : La roche phosphatée est la principale matière première. Le processus de production implique généralement le broyage et le traitement de la roche.
- Usines d'engrais azotés : Elles produisent principalement des engrais composés riches en azote. La ligne de production d'engrais composés à haute tour est l'un des processus clés, utilisant la technologie de fusion de l'urée.
Conception et implantation du site
La richesse des ressources est primordiale : si les conditions le permettent, il faut être proche de l'approvisionnement en matières premières pour réduire les coûts de transport. Le site doit être proche d'endroits disposant d'un approvisionnement suffisant en eau et en électricité. La proportion de l'usine doit répondre aux exigences du processus de production et à une disposition raisonnable, et laisser un espace de développement approprié. Par exemple, pour une ligne de production d'engrais composés de 200 000 tonnes, la surface requise pour la zone d'équipement seule est d'environ 2 100 mètres carrés.
Il est également crucial de s'installer loin des zones résidentielles. Bien que la ligne de production d'engrais composés de Tongli ait adopté la norme la plus élevée en matière d'élimination des poussières de gaz de combustion, il y aura toujours du bruit lorsque l'équipement fonctionnera, notamment le bruit des ventilateurs, des marteaux et du chargement et du déchargement des camions.
Équipements et maintenance
Le coût des machines et de l'équipement pour une usine d'engrais peut varier considérablement en fonction du type et de la taille de l'usine. Pour une usine d'engrais azotés, les principaux équipements comprennent des réacteurs de synthèse d'ammoniac, des compresseurs et une tour de granulation d'urée de 128 m. Les usines d'engrais phosphatés nécessitent des équipements pour écraser, broyer et faire réagir la roche phosphatée.
La sélection des équipements est une étape stratégique. Par exemple, le système de transport peut utiliser des élévateurs à godets et des convoyeurs à bande. Si les clients souhaitent améliorer l'effet d'élimination de la poussière, ils peuvent choisir un convoyeur à raclettes au lieu d'un convoyeur à bande. Dans toute la chaîne de production, le choix du système de dépoussiérage a un impact important sur le coût global. Si il est nécessaire de respecter les normes d'émission, nous recommandons généralement l'utilisation de dépoussiéreurs à sacs.
Innovations et perspectives industrielles
Une nouvelle usine à Highland Feeders fait appel à une nouvelle technologie pour valoriser énergétiquement le fumier et produire des engrais biologiques. Elle permet de réduire les émissions de GES et d'autres impacts liés à l'épandage du fumier. Créée en 1999 et installée à Ernée (53), CRD est une société spécialisée dans le traitement, la gestion et la valorisation des effluents agricoles. Avec plus de 20 ans d’expérience, CRD s’impose comme la référence dans son domaine.
Dans le cas de l'unité de méthanisation Méthalandes, elle transforme des déchets organiques en engrais et en énergie. Outre le fait que cette unité soit la plus importante de France en taille et en puissance, elle fabrique un engrais sec, inodore et commercialisable. Quant aux matières liquides, elles sont traitées puis envoyées dans la station d’épuration des eaux usées d’Hagetmau. Ce procédé répond aux préoccupations du monde agricole et favorise la pérennisation des exploitations, en apportant une alternative à la gestion du lisier, qu’il s’agisse de stockage ou d’épandage.
Dynamique territoriale et économie circulaire
La méthanisation est en expansion dans les pays riches, comme en Europe ou au Canada. En Suède, l'entreprise Biokraft communique un rendement énergétique annuel de 125 GWh pour un site traitant 260 000 tonnes de substrat. Le fumier devient une source de revenus plutôt qu'une charge. À Alböke, sur l’île d’Öland, le producteur laitier Stig Bertilsson, avec 50 autres éleveurs et des associés non-agriculteurs, ont investi dans la construction d’un réseau de pipelines partant de plusieurs exploitations et destiné au transport du lisier sur longues distances. Celui-ci sera acheminé vers un digesteur de l’entreprise néerlandaise OrangeGas.
Le biogaz peut se substituer au gaz naturel dans tous ses usages actuels (production de chaleur, production d’électricité et carburant pour véhicules), tout en fournissant un revenu supplémentaire aux agriculteurs, collectivités locales et les restaurants notamment. Pour les agriculteurs disposant d'une unité à la ferme, ils peuvent produire au passage la chaleur nécessaire à l’exploitation agricole, telle que le séchage de fourrage ou le chauffage de bâtiments d’élevage. La méthanisation peut donc permettre aux agriculteurs de réaliser des économies substantielles.