[Analyse] Cultures dédiées : Quelles alternatives au maïs pour la biométhanisation ? - Partie 2

Analyse
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Les différentes expériences menées dans le domaine des biocarburants de première génération ont générées, dans l’opinion générale, un consensus négatif qui a eu pour conséquence de diminuer les ambitions des pays européens en matière d’utilisation de cultures alimentaires à vocation énergétique.

Bien que les biodiesels et bioéthanols soient les premiers concernés, à l’avenir, la place donnée au maïs énergétique en biométhanisation sera elle aussi réduite.

Dans la première partie de cette analyse, nous avons abordé – notamment – la problématique des cultures énergétiques, en particulier du maïs. Dans cette seconde partie, nous parlerons du besoin et de l’intérêt de développer – en parallèle au maïs – d’autres cultures alternatives intéressantes. Ces alternatives, bien que généralement moins compétitives d’un point de vue économique, apportent des multitudes de bénéfices, amorçant ainsi la transition vers une agriculture plus durable.

Définitions utiles

L’analyse qui suit fait mention des différents types de cultures existants. Avant d’entamer sa lecture, quelques définitions utiles[1] :

             Par « culture alimentaire », on entend les céréales et autres plantes riches en amidon, sucrières, oléagineuses, et légumineuses, utilisables en alimentation humaine ou animale.

             Par « culture énergétique », on entend une culture cultivée essentiellement à des fins de production d'énergie.

             Par « culture principale », on entend la culture d'une parcelle qui est : soit présente le plus longtemps sur un cycle annuel, soit identifiable sur la parcelle (en place ou restante) entre le 15 juin et le 15 septembre, soit commercialisée sous contrat.

             Par « culture intermédiaire », on entend une culture qui est semée et récoltée entre deux cultures principales.

Utiliser les cultures intermédiaires

Les cultures intermédiaires à vocation énergétique (CIVEs) sont des cultures implantées entre deux cultures principales, comme le serait une culture intermédiaire visant à piéger les nitrates ou les engrais verts. A la différence que cette culture intermédiaire énergétique doit être récoltée pour être valorisée sous forme d’énergie, généralement via le processus de biométhanisation. Dans la plupart des cas, ces cultures doivent être fertilisées, et potentiellement avec des digestats. En termes d’occupation des sols, il s’agit de produire trois cultures en deux ans.

On distingue les CIVEs d’été des CIVEs d’hiver. Les premières sont semées en été et récoltées à l’automne, alors que les secondes sont semées fin de l’été ou en début d’automne pour être récoltées au printemps suivant.

Quelles possibilités en Wallonie ?

Récolter la CIVE doit se justifier économiquement. Atteindre des rendements minimums est indispensable pour rentabiliser la culture. Les obligations déjà existantes d’implantation de couverts doivent être considérées dans cette comptabilité pour évaluer le coût vérité. Les travaux menés en France concluent qu’un rendement de 4 tMS (au minimum) serait la condition pour obtenir un retour sur l’investissement consenti. Ces chiffres devraient être affinés dans le contexte wallon.

L’expérience démontre qu’une CIVE d’été devrait être implantée au plus tard au 15 juillet, ce qui limite le potentiel disponible étant donné les cultures d’hiver en place. En Wallonie, les CIVEs sont implantées successivement aux cultures récoltées tôt dans l’été, comme le pois ou l’escourgeon. Il persiste toutefois un facteur de risque climatique important qui pourrait affecter les rendements et donc le coût de revient à la tonne. On pourrait implanter une CIVE plus tard, début août, mais les rendements incertains et les critères économiques actuels risquent d’en compromettre la rentabilité. Le retour d’expérience français – pays où l’intérêt pour les CIVEs est marqué depuis environ 6 à 8 ans – démontre que les coûts de production de ce type de biomasse sont supérieurs à la biomasse conventionnelle, l’ensilage de maïs étant la référence.

Dans le contexte actuel de nos connaissances et de l’environnement économique de la biométhanisation, les CIVEs peineront encore à trouver leur place et à apporter une véritable alternative aux cultures dédiées. Néanmoins la recherche concernant de nouvelles espèces plus adaptées et de nouveaux moyens expérimentaux pour évaluer plus facilement les itinéraires techniques les plus prometteurs devraient permettre de progresser rapidement. Ces améliorations agronomiques couplées à des coûts de l’énergie en augmentation pourraient donner une place à ces alternatives dans les prochaines années.

Adapter les itinéraires techniques

L’évolution des pratiques agricoles doit se faire grâce à des outils de simulation permettant de s’assurer l’atteinte des objectifs de productivité, de rentabilité mais aussi de durabilité. C’est le cas de l’outil de simulation du carbone dans les sols baptisé SIMEOS-AMG[1].

Ce type d’outil ouvre la voie à la créativité des agronomes : il devient possible d’imaginer et de simuler des rotations à 6 ou 9 cultures sur 4 à 6 ans. Et, ainsi, favoriser les expérimentations sur les options les plus prometteuses, tant pour l’aspect de vie du sol (carbone, flore bactérienne) que pour l’aspect économique en faveur de l’agriculteur.

Ces outils, couplés à des expérimentations, ont démontré qu’une CIVE contribue à augmenter les stocks de carbone du sol. Cela contredit donc l’idée reçue selon laquelle intensifier la production d’un sol en affecterait systématiquement sa durabilité.

De manière globale, on peut également souligner que la proportion des CIVEs augmentera certainement en Wallonie, allant de pair avec une utilisation croissante de la biomasse. Ces cultures doivent être réfléchies dans le contexte pédoclimatique wallon. Mais nous pourrons compter sur une dynamique déjà existante au sein des pays frontaliers qui permettra probablement un progrès plus rapide chez nous.

Associations de cultures

« Verdir » le maïs par des associations

L’objectif des associations de culture est d’améliorer le bilan environnemental global de la culture de maïs. L’enjeu de ces associations est bien de maintenir un potentiel méthanogène satisfaisant en améliorant le bilan environnemental global de la culture de maïs.

Citons l’exemple de l’association maïs-haricot grimpant, testée en Allemagne. Le maïs est semé en moindre densité (-25 à -50 %) tandis que le haricot est semé entre les stades 2-3 feuilles et 5-6 feuilles du maïs. La plus-value pour la biodiversité a été attestée en Allemagne. Le haricot est tuteuré par les canes de maïs, ce qui permet sa récolte. Tant le maïs et le haricot sont ensilés en un passage.

A titre anecdotique, et en l’absence d’informations complètes, signalons la réalisation d’essais maïs-haricot-courge, en Allemagne également (Galerie photos - Figure 2).

Dans tous les cas, le potentiel méthanogène global est moindre ou égale à celui de la culture de maïs. Le coût de production reste supérieur (deux phases de semis, coût de semence,…) mais n’enlève rien à la plus-value en terme de biodiversité de cette association.

Les cultures relais

A la différence des cultures intermédiaires qui sont implantées entre deux cultures principales, les cultures relais sont semées directement au sein d’une culture principale. A la récolte de cette dernière, la culture d’été qui a germé en sous-étage, est mise en lumière et prend immédiatement « le relais ». Dans la plupart des cas, le rendement de la culture principale est négativement affecté mais compensé par la culture-relais.

Ci-dessous, quelques exemples potentiellement intéressants pour la filière biométhanisation :

  1. Le semis de ray-grass italien sous culture de maïs étudié depuis une dizaine d’années.

Le semis a lieu lorsque le mais est au stade 6 – 7 feuilles. A la récolte du maïs, le ray grass se développe jusqu’à sa fauche qui précède la culture de printemps suivante. Dans ce cas précis, tant le maïs que le ray grass peut être ensilé et méthanisé. D’après des essais menés par le Centre Indépendant de Promotion Fourragère (CIPF asbl), il est même possible d’installer en un passage du maïs et de la fétuque rouge en densité modérée (6 kg/ha), sans affecter le rendement du maïs (Galerie photos - Figure 3).

Notons que le mais peut également être associés à des légumineuses (trèfle blanc), mais il est jugé peu probable que le développement du trèfle donne lieu à un rendement économiquement suffisant pour la filière biométhanisation.

La pratique n’est pas dénuée de risques culturaux puisqu’il peut exister une concurrence pour l’eau et les éléments nutritifs entre le ray grass et le maïs.

Liste non-exhaustive d’intérêts environnementaux de cette association :
  • effet anti-érosif,
  • gain de portance du sol,
  • plus-value pour la biodiversité,
  • meilleure valorisation de l’azote,
  • probable impact positif sur le stockage de carbone par le sol.
  1. Un autre exemple, actuellement à l’essai en France, est l’implantation de maïs au sein d’une céréale d’hiver.

L’objectif est bien d’opérer deux récoltes en un an. La technique, émergeante, fait face à de nombreux défis, à commencer par celui du machinisme : petites roues au semis, réflexion sur l’empâtement et la hauteur de coupe à la récolte… sans parler des implications phytosanitaires. L’enjeu est ensuite de semer au bon moment pour que le maïs ne soit pas trop haut lors de la récolte de la céréale (Galerie photos - Figure 4). Dans tous les cas, la récolte de paille, prisée en Wallonie, est sacrifiée. Les résultats d’essais menés en France permettront d’évaluer la pertinence d’application de cette technique sur céréales d’hiver en Wallonie à moyen/long terme.

  1. Notons enfin que des essais en relay cropping[2] orge/sorgho menés dans le Poitou-Charentes par Terres-Inovia ont donné des résultats convaincants. La culture du sorgho fait à l’heure actuelle l’objet d’essais en Wallonie menés par le Centre Indépendant de Promotion Fourragère. Les premiers résultats suggèrent un probable développement de cette culture en Wallonie, plus résistante à la sécheresse que le maïs.

Le recours aux cultures pérennes

Silphie, la nouvelle venue mellifère

Silphium perfoliatum est une plante originaire d’Amérique du Nord de la même famille que le topinambour ou le tournesol. C’est une plante pérenne pour une quinzaine d’années. Elle a fait l’objet d’études agronomiques en Allemagne avec l’avènement de la Loi sur les Energies Renouvelables qui prévoyait de limiter l’approvisionnement en maïs énergétique des méthaniseurs.

Les rendements constatés dans la région du Baden-Wunterberg oscillent entre 15 à 20 tMS/ha pour des récoltes entre mi-août et mi-septembre. La plante, qui s’accommode d’une fertilisation à base de digestats, est soit plantée en mottes ou semée. Elle ne produit que trop peu de biomasse pour être récoltée la première année. La méthode qui semble prendre de l’ampleur est un semis simultané de maïs (demi-densité) avec la silphie dans l’interrang. La silphie se développe sous couvert du maïs tandis que ce dernier assure une récolte la première année (Galerie photos - Figure 5). L’année suivante, le système racinaire de la silphie est assez vigoureux pour produire une quantité de biomasse valorisable.

Dans les meilleurs essais menés en Allemagne, 1,2 hectares de Silphie ensilés permettent de produire autant de biométhane qu’un hectare de maïs ensilés. Mais ses principaux intérêts pourraient être économiques et environnementaux.

Semée/plantée une fois pour quinze ans, s’accommodant d’un apport de digestat par an et ne requérant aucun produit phytosanitaire, la plante bénéficierait de coûts d’exploitation inférieurs à ceux du maïs sur tout son cycle de vie.[3]

Sa floraison étalée de juillet à septembre est intéressante pour les pollinisateurs. On ne lui connait par ailleurs pas de caractère invasif. Le grand nombre de tiges par hectare, sa biomasse racinaire abondante en font une plante antiérosive idéale. Enfin, la silphie est une plante qui valorise les nitrates tout au long de l’année. Après la récolte (mi-août à mi-septembre), la plante repart et traverse l’hiver en feuille.

Szarvasi, l’herbe folle

Le « Szarvasi-1 »[4] est une dénomination commerciale désignant une variété sélectionnée à partir d’une graminée originaire d’Eurasie. Contrairement au miscanthus ou à la silphie, il s’agit d’une plante propriété d’une entreprise hongroise. Même si peu d’informations sont disponibles sur cette herbe énergétique pérenne, elle fait parler d’elle depuis qu’un essai au champ mené par le Centre Technique Agricole de Triesdorf (Allemagne) a mis en évidence un rendement annuel en matières sèches supérieur à celui du maïs énergétique (+2 tMS/ha sur l’année).

En Allemagne et Hongrie, la plante se sème préférentiellement début septembre. Dix à quinze ans de pérennité sont annoncés pour cette graminée, même si le recul manque. Il faut bien envisager cette graminée comme une culture et non comme une prairie permanente. La plante semble s’accommoder de bas niveaux d’intrants (approximativement 60 kg N et autant de P et de K tous les ans) d’après les essais allemands.

La récolte a lieu deux fois par an (juin et septembre) voire trois fois en cas de conditions très favorables (Galerie photos - Figure 8-9). La plante semble particulièrement adaptée aux plaines céréalières des pays de l’Est, et plus particulièrement les terrains séchants peu propices au maïs. Nous n’avons pas pu mettre en évidence d’essais en zone tempérée à l’heure actuelle. Les meilleurs rendements sont observés lorsque la coupe n’est pas trop basse (7 à 15 cm du sol), ce qui permet d’envisager cette culture sur les zones sujettes à érosion. La plante peut croître à une température minimale de 3 °C, ce qui laisse présager de bonnes capacités à valoriser l’azote en toute saison.

Miscanthus en biométhanisation ?

La valorisation du miscanthus « vert » en biométhanisation a souvent été évoquée par le passé. Si son utilisation en tant que biocombustible solide est plébiscitée, force est de constater qu’elle est boudée des biométhaniseurs d’Europe de l’Ouest, ceci pour plusieurs bonnes raisons :

  • La cinétique de digestion est peu favorable. Dans une étude parue en 2014, ValBiom a mis en évidence qu’il fallait 300 jours de digestion pour atteindre 90 % du potentiel de production de biométhane du miscanthus (contre 14 jours pour le maïs ensilage). Ce délai est peu compatible avec les temps de séjour traditionnellement rencontrés en biométhanisation.
  • Le miscanthus est une plante rhizomateuse qui rapatrie les nutriments dans ses parties souterraines pendant le processus de sénescence. Lorsqu’on récolte le miscanthus « vert », on exporte ces nutriments et la productivité du rhizome s’en retrouve affectée pour une à plusieurs années. La compensation par fertilisation se révèle hasardeuse.
  • La valorisation du miscanthus en tant que biocombustible solide est plus efficiente du point de vue énergétique et économique. Récoltée sèche (20 % d’humidité), la plante ne requiert aucune fertilisation.

Les prairies, valoriser leurs productions

Les prairies représentent 42 % de la SAU en Belgique, en faisant la première utilisation des surfaces agricoles. Il convient donc d’évaluer la contribution qu’elles pourraient apporter à la transition énergétique.

Les 3ème et 4ème coupes d’herbe représentent peu d’intérêt pour les cheptels. Comme considéré dans le cadastre de la biomasse publié par ValBiom en 2015, ces coupes pourraient être partiellement valorisées en biométhanisation.

Au-delà de ce gisement, des études en Irlande[5] ou en France[6] démontrent le potentiel d’utilisation de biomasse issue des prairies. Le besoin de diversification pour le monde agricole ainsi que la capacité de stockage du carbone dans les sols grâce à ces pratiques justifient pleinement le besoin de les exploiter à leur maximum.

Pour atteindre cet objectif, il est indispensable de prendre en compte l’évolution de l’élevage, en conséquence à la fois des évolutions du marché[7], mais aussi des conséquences du réchauffement global qui impactera les cultures. Accompagner les agriculteurs dans cette nouvelle voie de valorisation permettra d’en exploiter le potentiel, qui reste à définir précisément.

Valoriser les Mesures Agro-Environnementales et Climatiques

Les Mesures Agro-Environnementales et Climatiques (MAEC) soutiennent le maintien et le développement de pratiques agricoles favorables à la protection de l’environnement (préservation de la biodiversité, de l’eau, du sol, du climat), à la conservation du patrimoine (animal ou végétal) et au maintien des paysages en zone agricole. Elles font partie intégrante du deuxième pilier de la Politique Agricole Commune. En échange d’un engagement de conformité à des critères stricts, l’agriculteur est rémunéré. Pour plus d’information, consultez le site de Natagriwal.

A la condition de respecter les règles strictes liées à ces mesures, il est possible de récolter la biomasse pour alimenter une unité de biométhanisation. La rentabilité économique de l’opération doit être analysée sous un prisme différent, la rémunération de ces primes venant compenser les rendements modérés (pas de fertilisation ni amendement).

Une belle symbiose entre biodiversité et biométhanisation en perspective !

Conclusion

Au terme de cette analyse, on peut aisément affirmer que des alternatives au maïs énergie existent. En revanche, des efforts de recherche, de développement ou encore d’accompagnement sont nécessaires pour leur développement.

Certaines cultures comme la silphie sont déjà rentables (par rapport au maïs) mais demeurent toutefois une culture principale, donc soulevant les mêmes problématiques d’utilisation des terres à des fins non alimentaires. A contrario, les CIVEs tentent de profiter d’un laps de temps pour exploiter au mieux le capital terrien. La croissance végétative de ces périodes étant moins favorables a pour conséquence des coûts de production plus élevés. Leur développement est donc conditionné par une valorisation économique de leurs multiples services éco-systémiques.

Chercher des alternatives au maïs énergétique, et plus généralement aux cultures énergétiques, force à s’extraire des visions en silo auxquelles la société et l’économie de marché nous ont habitué. A l’avenir, il faudra donc produire plus avec moins, et ce de manière durable. Cette réalité nécessitera de développer de nouveaux concepts de services agroenvironnementaux, base d’une transition vers une agriculture plus durable.

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Note de la rédaction

ValBiom poursuivra ses recherches sur la thématique et tiendra informé ses abonnés des actualités wallonnes en la matière. Pour toutes questions complémentaires sur le sujet, n’hésitez pas à contacter nos chefs de projet. 

ValBiom, Facilitateurs bioénergies

Cette analyse a été réalisée dans le cadre de notre convention de Facilitateur bioénergies pour la Wallonie, SPW Énergie.

Cette convention a pour objectif d'assurer des missions d’expertise, de sensibilisation et de soutien aux acteurs de la filière et porteurs de projet, et d'assurer un relais auprès du Service Public de Wallonie.


[1] Outil développé notamment par les organismes français INRA, Agro-Transfert et Arvalis.

[2] [Vidéo] Essais menés en Alsace par la Chambre d’Agriculture et Arvalis – Du maïs et du soja dans du blé en relay-cropping – 21.05.2019

[Article] Essais menés par Terre-Inovia – Orge-sorgho et orge-soja les itinéraires culturaux à l’étude pour obtenir deux récoltes par an sur une même parcelle – 17.06.2019

[3] L’Université de Bayreuth développe le calcul dans le document suivant : http://www.cup-plant.com/bilder/Produktionskostenvergleich.pdf

[4] Elymus elongatus subsp. ponticus cv. Szarvasi–1.

[5] Source : How much grassland biomass is available in Ireland in excess of livestock requirements?, O’Kiely, 2012.

[6] Source : Un mix de gaz 100 % renouvelable en 2050 ? Etude de faisabilité technico-économique, ADEME, 2018.

[7] Par exemple : la diminution de la consommation de produits animaux ou le renforcement du lien des animaux à la terre.

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