La production de biogaz dans les fermes d’élevage de bétail

Ce procédé permet de tirer profit des déchets tels que le fumier animal dont le traitement par d’autres systèmes a toujours été difficile et coûteux, pour produire une excellente ressource énergétique propre : le biogaz

Les exploitations d’élevage de bétail, indépendamment de leurs dimensions, provoquent un impact négatif sur l’environnement. D’une part, elles consomment une grande quantité d’énergie mais aussi et surtout, elles produisent un grand volume d’un résidu, le fumier, qui pollue l’air et l’eau. Heureusement, il existe un procédé qui permet de réduire en grande partie ou même totalement, l’impact environnemental dû au fumier. Il s’agit de la production de biogaz.

Ce procédé permet de tirer profit des déchets tels que le fumier animal dont le traitement par d’autres systèmes a toujours été difficile et coûteux, pour produire une excellente ressource énergétique propre : le biogaz. Cela va apporter une solution au problème de la pollution par le fumier, et éviter l’utilisation d’énergies fossiles et leur impacte négatif sur l’environnement. De plus, il nous restera, comme sous-produit, un limon qui est un excellent fertilisant. En raison des claires avantages apportés par la production de biogaz dans les exploitations agricoles et d’élevage de bétail, les installations de production de biogaz sont de plus en plus fréquentes dans de nombreux pays.

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Qu’est le biogaz ?

Le biogaz s’obtient lorsqu’on soumet le fumier, ou n’importe quel type de déchet organique à l’action des bactéries anaérobiques (c’est-à-dire qui vivent sans air) selon un procédé appelé bio-digestion. Cette technique est réalisée dans des bio-digesteurs où l’on mélange le matériel organique avec de l’eau et où, à des températures ambiantes adéquates entre 20 et 30 degrés, il se produit une réaction qui crée le biogaz.

Le biogaz est composé en pourcentages variables de méthane (entre 40% et 70%), de dioxyde de carbone CO2 (entre 30% et 60%) de résidus (entre 0% et 3%), de sulfure d’hydrogène H2S et de 0 à 1% d’hydrogène.

Dans les exploitations d’élevages de bovins, porc et volailles, il se produit de grandes quantités de fumier qui constituent une excellente matière organique contenant une grande quantité d’énergie et qui par le procédé de bio-digestion produira du gaz .

Cependant, il n’y a pas que les déjections animales qui peuvent être utilisées pour produire du biogaz. On peut aussi utiliser des sous-produits des industries fruitières et maraîchères et de transformation des aliments, tels que les peaux de fruits et d’autres déchets, comme matière première pour la biodigestion.

Avantages de la production de biogaz dans les exploitations d’élevage de bétail

Production de combustibles– La production de combustibles est l’un des grands avantages du procédé de biodigestion dans le secteur agricole et d’élevage, car elle transforme une quantité de déchets importante, très localisée et de traitement difficile, comme le sont les excréments d’animaux et les résidus végétaux, en une ressource énergétique de grande utilité pratique.

Le biogaz peut être utilisé de la même forme que les gaz d’origine fossile (gaz naturel, gaz propane), c’est-à-dire pour les cuisinières à gaz ou pour les véhicules.

Ce combustible, ou l’énergie qu’il produit, peuvent être vendus en profitant des primes que certains gouvernements octroient parfois aux productions d’énergie propre, ou être utilisés directement pour satisfaire les propres besoins énergétiques de l’exploitation.

La production d’électricité – Pour la conversion de l’énergie contenue dans le biogaz en énergie électrique on utilise un moto-générateur alimenté par le biogaz. L’énergie ainsi produite peut être utilisée dans les installations de l’exploitation agricole ou être vendue à la compagnie d’électricité.

Utilisation directe du gaz – Le biogaz peut aussi être employé pour les véhicules et les machines adaptées au fonctionnement au gaz, au lieu de l’essence ou le gazole.

Solution mixte – Il est aussi possible d’opter pour une solution mixte et d’employer une partie du biogaz pour produire de l’électricité et d’utiliser le reste directement.

L’énergie contenue dans chaque mètre cube de biogaz est de 21,5/m3 pour une concentration de méthane de 60%, ce qui correspond à une production électrique de 6KWh/m3. Nous citons en référence qu’une famille française moyenne consomme environ 6752 KWh d’énergie électrique par an.

Les différents excréments d’animaux produisent des quantités différentes de biogaz en raison de leur composition particulière. L’information existante consultée, sur la quantité de fumier produite par les différents types d’animaux et sa transformation en biogaz, selon les sources consultées, est divergente. Cependant, pour vous orienter, nous vous donnons ci-dessous quelques données :

L’élevage de bovins produit environ 26.24 kg de fumier humide par tête, chaque jour, ce qui permet d’extraire 1.04 m3 de biogaz par jour.

L’élevage porcin produit 4.21 kg de fumier humide par jour, ce qui supposerait une production de 0,33 m3 de biogaz par jour.

L’élevage avicole ne produit que 0.08 kg par tête et par jour qui correspondraient à 0.0032 m3 de biogaz par jour. Bien que la quantité de biogaz produite par oiseau de basse-cour semble peu, il faut considérer que le nombre des animaux d’une ferme d’élevage avicole est très supérieur à celui des exploitations d’élevage bovin ou porcin, ce qui compense la différence.

Production de fertilisants– Les résidus de la bio-digestion produisent une boue qui est un excellent fertilisant pour les plantes.

Ce fertilisant peut être utilisé de forme immédiate car contrairement au fumier, il n’est pas nécessaire de le traiter. (Le traitement s’est produit dans le bio-digesteur.)

La production de grandes quantités de fertilisant de bonne qualité constitue une bonne option de commerce supplémentaire pour les fermes. Ce fertilisant est, de plus, naturel et biologique ce qui contribue au développement de pratiques agricoles plus naturelles.

Traitement des résidus (diminution de la contamination des aquifères)

La bio-digestion évite le versement ou le stockage inadéquat du fumier. Le stockage inadéquat du fumier peut avoir pour conséquence, en raison de la pluie, la fuite de bactéries fécales et d’autres éléments contaminants sur le sol ou leur infiltration dans le sous-sol, qui risque d’atteindre et de polluer les rivières et les points d’eau. C’est une des raisons les plus fréquentes de la contamination de l’eau.

La bio-digestion produit un résidu inodore et stabilisé qui n’attire ni les mouches ni les rongeurs et qui, comme nous l’avons vu précédemment peut être utilisé comme fertilisant.

Réduction des émissions de gaz à effet de serre, des contaminants et du CO2

Les dépôts incontrôlés des excréments des animaux, à part la contamination dont nous venons de parler, provoque d’importantes émissions de gaz à effet de serre vers l’atmosphère.

Une grande part du fumier déversé de façon incontrôlée est digérée de forme naturelle lorsqu’il se trouve sans air, et produit du méthane. Ce phénomène est fondamentalement le même que celui qui se produit dans les bio-digesteurs, mais la différence est que comme il se produit sans contrôle, le méthane se libère directement dans l’atmosphère. Le grand problème est que l’effet de serre produit par le méthane est 21 fois supérieur à celui que provoque le CO2.

Si le traitement du fumier se produit dans les bio-digesteurs, le méthane est capté puis stocké et lorsqu’il brûle, il libère de l’énergie et du CO2 qui a un effet moins négatif sur l’atmosphère. De plus la quantité de CO2 émise durant les processus de production et de consommation du biogaz, est la même que celle que capta de l’atmosphère au moment de son développement, la plante qui a servi d’aliment au bétail. Ainsi, il n’y a pas de variation de la concentration moyenne de CO2 dans l’atmosphère et donc pas de contribution au réchauffement global.

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Il faut ajouter à tout cela que si le biogaz est brûlé dans la ferme même, l’utilisation de combustibles fossiles qui émettent un CO2 d’origine fossile qui contribue au changement climatique artificiel sera évitée

De plus, si le biogaz est produit à l’endroit même où il est consommé, cela supprimera le transport des combustibles (fossiles) achetés, depuis leur origine jusqu’à l’endroit où ils seront utilisés, dans des véhicules qui fonctionnent avec des combustibles fossiles et émettent du CO2 qui détériorent l’équilibre du climat.

Les différentes parties d’un bio-digesteur

Il existe une multitude de modèles de bio-digesteurs, bien que tous disposent de ces trois éléments de base :

1- Un point ou un récipient d’entrée de la matière organique. Il s’agit d’un dépôt chargé de recevoir la matière organique des déchets à bio-digérer.

2- Une cuve où se produira la bio-digestion qui doit disposer d’une sortie pour le biogaz produit

3- Un bac, pour récupérer la matière organique digérée qui pourra être utilisée comme fertilisant.

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Modèle de bio-digesteur de grande dimension

Les grandes quantités de fumier produites dans les fermes rendent nécessaire l’utilisation de bio-digesteurs de grandes capacité pour pouvoir être traitées afin de produire du biogaz de façon adéquate et sûre.

Une technique de construction de ces aménagements de grandes dimensions est utilisée au Mexique où un programme d’installation de bio-digesteurs dans des fermes d’élevage de porcs a été lancé avec succès. Il s’agit de creuser une grande fosse où va se dérouler tout le processus. Les étapes de la construction de ce modèle sont les suivantes :

1- Le terrain est creusé pour mettre en œuvre une grande fosse.

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2- La fosse est recouverte de bâches de géo membranes de polyéthylène très dense afin de retenir la matière organique à bio-digérer et pour éviter les filtrations contaminantes vers le sous-sol.

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3-Sur cette membrane, on installera des tuyaux qui seront utilisés pour aspirer le matériel bio-digéré. Ils ont aussi la fonction d’agiter les résidus pour améliorer la bio-digestion. Sur tout le périmètre du fossé, on installera une autre tuyauterie chargée d’aspirer le biogaz produit.

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4- Le fossé est ensuite rempli de fumier et d’autres déchets organiques mélangés. On ajoute aussi de l’eau pour avoir un milieu complètement anaérobique.

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5- L’ensemble sera recouvert d’une membrane géotextile, semblable à celle qui a été utilisée pour couvrir la terre. Cette membrane contiendra le biogaz pour l’empêcher de se répandre dans l’atmosphère.

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6- Lorsque les microorganismes commencent á fabriquer le biogaz, ce dernier s’échappe du liquide et  est retenu par la membrane géotextile. Le bombement de la bâche permet de détecter le bon fonctionnement du processus.

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