Valorisation potentielle de la menue paille en Belgique

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1 Valorisation potentielle de la menue paille en Belgique Août 2013

2 ValBiom soutient le développement durable et harmonieux des filières de valorisation nonalimentaire de la biomasse : Rôle de vulgarisateur : en structurant et diffusant des informations scientifiques, neutres et objectives auprès de différentes audiences privées et publiques, notamment via son site Internet, la diffusion électronique de son magazine mensuel «ValBiomag», des articles publiés par des tiers et lors des différents évènements qu elle organise. Rôle de catalyseur : en favorisant / organisant la rencontre entre tous les acteurs des filières existantes, en cours de développement ou potentielles (exemple: Miscanthus, Chanvre) ; en accompagnant la structuration des nouvelles filières (exemple: propellets Belgium). Rôle de guichet : en apportant un support direct aux porteurs de nouveaux projets et aux acteurs établis (exemples: HVP Colza, huile de chaîne de tronçonneuse, matériaux de construction à base de chanvre, biocarburants) ; en répondant aux questions des agriculteurs, des sylviculteurs, des entreprises, des autres acteurs économiques, de l administration ou du pouvoir politique (notamment questions parlementaires) et en les sensibilisant aux enjeux des filières ; en exerçant le rôle de facilitateur pour les industriels, les acteurs de la distribution et/ou les consommateurs de certaines filières (bois-énergie, biocarburants). Rôle d interface : en jouant le rôle d interface entre les acteurs de terrain et les acteurs de la recherche ; en entretenant des relations avec d autres institutions belges ou internationales poursuivant des objectifs identiques ou complémentaires (AEBIOM, APERe, APPO, EIHA, ERRMA, FE- DARENE, VBV, ) et en suivant quelques filières européennes. La valeur ajoutée, tant économique qu environnementale, visée par ValBiom repose essentiellement sur son positionnement indépendant, sa rigueur scientifique et sur son approche intégrée des filières, de la production à la valorisation non-alimentaire sous forme d énergie ou de produits biobasés. Date d'édition 10/07/13 Version 1.0 Auteur Comité de relecture 19/08/13 ValBiom produit ses meilleurs efforts pour que les informations contenues dans ce document soient le plus actuelles, complètes et correctes possible. Cependant, ValBiom ne peut en aucun cas être tenu responsable des conséquences qui découleraient de toute utilisation des informations contenues dans ce document et les inexactitudes éventuelles ne peuvent en aucun cas donner lieu à un quelconque engagement de sa responsabilité. 2

3 Table des matières I Objectifs et méthodologie... 4 II Définition et mode de production... 4 II.1. Généralités... 4 II.2. Récolte... 6 II.3. Conditionnement... 6 II.4. Rendements... 6 III Valorisations... 8 III.1. Alimentation animale... 8 III.2. Paillage... 8 III.3. Biométhanisation... 8 III.4. Combustion... 9 IV Situation chez nos voisins et potentiel de production en Belgique V Rentabilité VI Conclusion VII Bibliographie

4 I Objectifs et méthodologie ValBiom suit et soutient la filière de valorisation énergétique et non-énergétique de la biomasse depuis de nombreuses années. L objectif du présent dossier est de présenter les principes généraux de la récolte de la menue paille et son potentiel en Belgique, notamment sur base de l expérience acquise en France et au Luxembourg. II Définition et mode de production II.1. Généralités Les récents développements du prix de la paille entraînent un intérêt croissant pour la récupération de quantités supplémentaires de matière qui, auparavant, était laissée au champ. L année 2012 a été marquée par un pic du prix de la paille au-delà de 125 /tonne (Figure 2). Dans ce contexte instable, la récolte d une ou deux tonnes supplémentaires de paille à l hectare peut présenter un intérêt. La menue paille (Figure 1) est composée des enveloppes de grains (glumes et glumelles), des débris de paille et des graines d adventices obtenus durant la récolte de diverses cultures (céréales, colza). L obtention de menue paille est présentée à la Figure 3. Ses caractéristiques, dans le Tableau 1. Les avantages de la récupération de la menue paille sont multiples : Avantage agronomique : réduction du retour au champ des graines d adventices et des grains, petits ou cassés, de la culture récoltée ; Intéressant sur parcelle sale : diminution des opérations de désherbage et du recours aux herbicides à moyen terme ; Intérêt également dans le cadre de la pratique du non-labour ; Avantage logistique : densité des bottes de paille plus élevée (si récolte commune paille et menue paille) ; Avantage économique : récupération d une quantité de biomasse plus importante (+0,5 2 t/ha) pour la valorisation en alimentation animale, en litière, en méthanisation ou en combustible. Ses inconvénients sont principalement l investissement : le coût de l équipement de la moissonneuse est compris entre et selon le système retenu. Au sujet de l export d éléments nutritifs, la récolte de menue paille prélève environ 7 kg d azote, 1,8 kg de phosphore (P 2 O 5 ) et 17 kg de potassium (K 2 O) par tonne (données disponibles pour la paille) (Chambre d agriculture de Haute-Saône, 2011). Tableau 1- Caractéristiques de la menue paille (Chambre d'agriculture de la région Provence Alpes Cotes d'azur, 2009) (Bersonnet, 2012) Rendement (t/ha) 0,5 2 1 Densité (kg/m 3 ) Grosse paille (%) Petite paille (%) Grains (%) Glumes, glumelles, barbes (%) Poussière (%) Humidité (%)

5 Figure 2- Evolution du prix de la paille de froment ( /tonne) en gros ballots (Sillon belge, 2013) Figure 1- La menue paille de céréales (crédit : Figure 3- Voie d obtention de la menue paille (CUMA Ouest, 2012) 5

6 II.2. Récolte La menue paille est soit récoltée séparément de la paille, soit remise sur l andain et l ensemble paille et menue paille sont récoltées et pressées ensemble. Différents systèmes existent pour adapter le matériel de récolte au cas par cas (CUMA Ouest, 2012) (Decoopman, 2012) : Récupérateur de menue paille des entreprises Thiérart (Figure 4) : un caisson est alimenté par une trémie fixée à l arrière de la moissonneuse et alimentée par une vis entraînée mécaniquement. La menue paille est déversée en bord de champ une fois le caisson rempli. Le coût de l équipement est compris entre et Le système nécessite un surplus de puissance (10-15 kw) ; Turbo-Paille de la société Thiévin (Figure 6), Turbine à double étage des entreprises Thiérart ou système Agri-Structures: une vis sans fin amène la menue paille à une soufflerie qui la projette sur l andain (récolte paille et menue paille ensemble), dans une remorque (récolte séparée : remorque Agri-Structures - Figure 5, convoi tracteur-remorque sur le côté ou presse Entonn Up), ou encore vers un diffuseur. Le coût d achat est de à HT (+ surcoût si le système hydraulique est incompatible). La vitesse de chantier n est pas affectée en cas de dépôt sur l andain mais bien si la récolte est réalisée à part (remorque ou convoi séparé) ; Moissonneuse New Holland : la moissonneuse est équipée d un dispositif permettant d amener la menue paille sur l andain. Cet équipement n affecte pas la vitesse de chantier. II.3. Conditionnement La menue paille est donc soit déposée en tas en bord de champ, sur l andain (avec la paille) ou dans un véhicule avançant avec le chantier. Une presse (balles rondes ou carrées) permettra de densifier la menue paille ou l ensemble paille menue paille en temps voulu. L Entonn Up, par exemple, est une presse munie d un entonnoir qui peut travailler en poste fixe (menue paille déversée dans l entonnoir au godet) ou mobile (Turbo- Paille ou Turbine à double étage). II.4. Rendements Les rendements renseignés dans la littérature sont en majorité compris entre 0,5 et 2 t/ha et dépendent notamment des facteurs suivants : Le suivi d une série d agriculteurs français a permis d établir que le gisement potentiel de menue paille mesuré s élève à 1.5 t/ha en moyenne (min 1 max 2 t/ha) et représente 25% du tonnage paille + menue paille (Minette, 2011). Dans le cadre de ces suivis, la récolte de menue paille augmente donc la production totale de paille de 33%. La littérature (Chambre d'agriculture du Bas-Rhin, 2008) rapporte en effet entre 20 et 30% de gain de rendement à l hectare pour le froment et l orge, et 18 à 20% pour le colza ; La quantité de menue paille déposée sur l andain est sensible au vent : l attention de l exploitant ira à bien adapter l équipement ; La quantité de reprise par presse constitue également un point d attention. 6

7 Figure 4- La trémie et le caisson de récupération des entreprises Thiérart (crédit: Antoine Oudet) Figure 6- Le Turbo-Paille de la société Thiévin, renvoyant les menues pailles sur l'andain (crédit: Figure 5- Le système de récupération d'agri-structures (crédit: 7

8 III Valorisations Les voies de valorisation suivantes ont été identifiées pour la menue paille : alimentation animale, paillage, biométhanisation et combustion. III.1. Alimentation animale L utilisation de la menue paille pour l alimentation animale a fait l objet d une attention limitée dans les travaux de recherche ; peu de données sont disponibles. Cependant, la valeur fourragère de la menue paille est considérée comme équivalente à celle de la paille classique (Biomasseterritoire.info, 2013). La richesse de la menue paille en graines, notamment, en fait une source d alimentation intéressante en aviculture (Decoopman, 2012). Notons toutefois que ces grains peuvent être cassés, mal formés et parfois fusariés. III.2. Paillage L apparence de la menue paille se situe entre le copeau et la paille broyée. D après certains exploitants, la menue paille est plus efficace comme paillage que de la paille normale. Trois centimètres de menue paille équivaudraient à plus du double d épaisseur en couverture de paille traditionnelle (Barbier, 2013). La menue paille serait particulièrement intéressante en aviculture car elle stimule les volailles à gratter la litière. De plus, sa capacité de rétention d eau est supérieure à celle de la paille (Decoopman, 2012). Les expérimentations, quant à elles, ont clarifié certains aspects pratiques de l utilisation de menue paille en paillage : Une présentation du CUMA Ouest évoque que la récolte de menue paille est rentable. De plus, elle augmenterait la qualité des pailles. Dès lors, il faut considérer la récolte commune paille et menue paille à des fins de valorisation en paillage (CUMA Ouest, 2012). En effet, une étude d Arvalis Institut du végétal a qualifié la menue paille utilisée seule en paillage de «peu convaincante» : les dégagements de poussières très importants, la manutention délicate, le pouvoir absorbant plus faible (1,5-2 L/kg), la compaction réduite en font un substitut peu attrayant à la paille de blé (Arvalis Institut du Végétal, 2012). Les retours d expérience sont donc assez variés et chacun se fera son opinion ; peu de données existent concernant l utilisation de la menue paille en mélange avec la paille, cependant il pourrait s agir d une voie à investiguer. Des précautions doivent être prises pour le stockage afin d éviter le développement de moisissures : la paille doit être stockée au sec et ne pas avoir chauffé. Si le fumier est valorisé en biométhanisation, le digestat sera de préférence composté avant épandage pour éviter les repousses d adventices. III.3. Biométhanisation La menue paille peut être utilisée en biométhanisation. Le potentiel méthanogène a été évalué au même niveau que les issues de silo, autour de m 3 /tonne (Decoopman, 2012) (Chambre d'agriculture du Bas-Rhin, 2008). A titre de comparaison, le maïs ensilage et le lisier de porc possèdent un potentiel méthanogène de l ordre de 200 et 35 m 3 /tonne, respectivement. Au moins une installation de biométhanisation française (Groupement Agricole d Exploitation en Commun Oudet, Ardennes, France) utilise la menue paille à hauteur de 100 t/an et plusieurs autres 8

9 projets français envisagent l utilisation de menue paille comme source d approvisionnement (Ingebos, 2012) (Chopin, 2013). Une perspective intéressante pourrait consister en l utilisation de la menue paille en paillage, et par après, intégrer le fumier dans la production de biogaz. Le digestat issu de la biométhanisation serait ensuite utilisé pour amender la culture débarrassée d une partie de ses résidus de récolte. III.4. Combustion Les propriétés de la menue paille en combustion sont reprises dans le Tableau 2. Tableau 2- Propriétés des menues pailles en combustion (Warnant, 2006) (Bodineau, 2006) PCI (kwh/t) à 50 20% humidité Equivalent fioul 1 ha : 1,5 t 600 L fioul à 15% humidité - Humidité (%) 12,5 9, % à l abattage Taux de cendres (%) T de fusion ( C) Le taux d humidité constitue un facteur déterminant pour la performance de l installation. Ainsi, audessus de 20% d humidité, l allumage et la combustion peuvent devenir problématiques et les émissions polluantes augmentent. La récolte de paille grise (ayant séjourné au champ et subit un lessivage par la pluie) semble à conseiller pour ce type de valorisation au vu de certaines publications sur la paille ; il devrait en être de même pour la menue paille. Ainsi, la paille grise (comparativement à la paille jaune, fraîche) présente un PCI légèrement supérieur, un taux de soufre, de chlore et de cendres inférieur, et un point de fusion des cendres plus élevé (100 C de différence). Le lessivage est néanmoins peu évident à mettre en œuvre : la paille peut notamment devenir trop humide et se dégrader (Bodineau, 2006) et des pertes peuvent avoir lieu. La combustion de la menue paille présente certains inconvénients : L émission d acide chlorhydrique (HCl) et d oxydes de soufre susceptibles de provoquer la corrosion des tôles et cheminées. L installation d une cheminée en céramique garantit une meilleure longévité du système ; La production d un volume non négligeable de cendres (jusqu à 8%) ; La production de mâchefer, à gérer par l équipement de la chaudière avec des grilles mobiles et un suivi régulier. La valorisation de la menue paille en combustion, pour les raisons citées ci-dessus, n est pas forcément évidente et implique l utilisation d un équipement adapté (chaudière polycombustibles, cheminée céramique, etc.), de réglages particuliers (température de fonctionnement qui ne doit pas dépasser le point de fusion des cendres) ou d additifs (1-2% de chaux vive) augmentant le point de fusion des cendres. 1 Thierart 9

10 Signalons également que du fait de sa faible densité, la menue paille ne sera pas transportable en vrac sur de longues distances. Les balles tendent à augmenter la densité vers 150, voire 200 kg/m 3. L idéal d un point de vue logistique consiste à densifier la menue paille en granulés, mais cette opération représente un coût énergétique et économique non négligeable (Bodineau, 2006). IV Situation chez nos voisins et potentiel de production en Belgique En France, la récupération de menue paille suscite un intérêt grandissant. Les machines semblent au point, des démonstrations ont déjà eu lieu et des CUMA (Coopérative d Utilisation du Matériel Agricole) s équipent. La menue paille commence à être intégrée dans la stratégie de production de biomasse (notamment à des fins de biométhanisation). Des projets mettent cette stratégie en œuvre ou l envisagent. Au Luxembourg, un exploitant a équipé la moissonneuse batteuse d un récupérateur de menue paille. Selon les dires de l exploitant, le gain de biomasse avoisine les 2 tonnes par hectare, utilisées dans le digesteur de l exploitation et comme litière animale (Barbier, 2013). En Belgique, il semblerait que la récolte de menue paille ne soit pas encore réalisée. Les facteurs explicatifs sont l absence de machinerie adaptée (qui nécessite un investissement non négligeable) et la crainte d une exportation trop importante de matière organique (taux d humus en diminution). Cependant, le retour au sol du fumier ou du digestat du biométhaniseur peut (au moins partiellement) compenser ces pertes. Pour évaluer le potentiel de production de menue paille en Belgique, nous avons considéré les surfaces agricoles occupées par les céréales et le colza, ainsi que les rendements en menue paille obtenus dans la littérature. Les superficies et potentiels de production belges sont mentionnés dans le Tableau 3. Tableau 3- Superficies dévolues aux céréales et colza (Commission Européenne, 2013), rendement en menue paille (CUMA Ouest, 2012) (Chambre d'agriculture de la région Provence Alpes Cotes d'azur, 2009) (Bersonnet, 2012) et production potentielle maximale théorique de menue paille en Belgique Blé 218,8 (2012) 1 (0,5 2) Seigle 2 (2010) 1 (0,5 2) Orge 45,9 (2012) 1 (0,5 2) Avoine 2,8 (2012) 1 (0,5 2) Colza 11 (2011) * maximale théorique (pas de pertes) V Rentabilité Le coût d équipement de la moissonneuse varie entre et L amortissement de l équipement dépend des superficies récoltées et de l évolution du prix des pailles qui, actuellement, tend à se stabiliser autour de 50 /tonne. Cependant, en 2012, les prix ont grimpé jusque 125 /tonne. Dans ce contexte de prix élevés, on se rend compte de l intérêt de récolter 1 à 2 tonnes supplémentaires de matière par hectare. Aucune étude économique n a évalué la rentabilité de la récolte de la menue paille dans son ensemble (en prenant en compte l investissement, notamment). 10

11 Certains calculs sont cependant disponibles, bien qu exclusivement basés sur le déroulement du chantier. La récolte de menue paille augmente les coûts de chantier mais permet de récolter une biomasse plus importante (+ 1 t/ha). L hypothèse retenue dans l étude pour le prix de vente est de 100 par tonne de paille. Dans ce cas, le supplément de marge brute dû à la récolte de menue paille avoisinerait les sur 25 ha, à mettre en relation avec le prix de l équipement de la moissonneuse (CUMA Ouest, 2012). Certains indicateurs semblent donc positifs et laissent présager une certaine rentabilité sous les hypothèses retenues dans le cadre de ces études (notamment pour le prix de vente des ballots paille et menue paille). Actuellement, le cours de la paille ayant baissé à 50 /tonne en gros ballots, on obtiendrait un supplément de marge brute lié à la récolte de menue paille de seulement 690 sur 25 hectares. VI Conclusion La menue paille constitue une quantité non négligeable de biomasse traditionnellement laissée au champ et susceptible de constituer une source de revenus supplémentaires pour l agriculteur. Ses applications sont similaires à celles de la paille : paillage, alimentation animale, biométhanisation et combustion. Vu la variabilité des prix et la fluctuation de la rentabilité qui en découle, soulignons l intérêt de développer une filière intégrée pour la menue paille. Un exemple de filière intégrée : La menue paille est d abord utilisée comme complément de paillage ou alimentation animale. Le fumier obtenu peut alors être valorisé en biométhanisation. Le digestat est valorisé au champ, après compostage. Le but est d extraire le maximum de valeur à partir d une biomasse donnée, afin d atteindre la rentabilité (Figure 7). La rentabilité étant difficilement atteignable à petite échelle, nous insisterons sur la nécessité d amortir l équipement de la moissonneuse sur des superficies conséquentes. Un entrepreneur ou une coopérative seront donc plus à même d équiper une machine qu un agriculteur isolé qui aurait des difficultés à amortir son investissement sur de relativement petites superficies. Menues pailles Récolte Fourrage-paillage Surplus de paille : vente Economie sur achats de paille extérieurs Pas de récolte Biométhaniseur Production d électricité Production de chaleur Fertilisation Digestat Compostage Figure 7- Proposition de circuit pour une valorisation maximale de la biomasse Précisons pour finir que la récolte de menue paille prélève environ 7 kg d azote, 1,8 kg de phosphore (P 2 O 5 ) et 17 kg de potassium (K 2 O) par tonne (données disponibles pour la paille) (Chambre d agriculture de Haute-Saône, 2011). Dès lors, l exportation de matière organique supplémentaire (menue paille) ne devrait pas trop impacter la teneur en humus du sol, comme c était craint par certains exploitants. 11

12 VII Bibliographie Arvalis Institut du Végétal Litières des bovins : les alternatives à la paille de céréales. GNIS. [En ligne] 3 Octobre [Citation : 24 Mai 2013.] Barbier, D L énergie renouvelable produite à la ferme. 2013, p. 16. Bersonnet, Christophe Menue Paille. Chambre d'agriculture Indre-et-Loire. [En ligne] 02 Février [Citation : 17 Mai 2013.] _Menue_Paille_CA37_CA36_Conference_cle45d1a4.pdf. Biomasse-territoire.info Paille et sous-produits des grandes cultures. Biomasse-territoire.info. [En ligne] [Citation : 25 Mai 2013.] territoire.info/fileadmin/site_bioter/documents_bioter/fiches_pratiques_agricoles/2- Fiche_paille.pdf. Bodineau, L Etude bibliographique sur la combustion de produits issus de cultures annuelles (blé, maïs, paille). Bois Energie Languedoc Roussillon. [En ligne] Mars [Citation : 24 Mai 2013.] Chambre d agriculture de Haute-Saône Les bases d un échange équitable paille/fumier. Chambre d'agriculture de Franche-Comté. [En ligne] Mai %A9g%C3%A9tales/Secheresse/Echange_paille_fumier.pdf. Chambre d'agriculture de la région Provence Alpes Cotes d'azur Etude de la biomasse agricole et de première transformation mobilisable en région PACA. ADEME. [En ligne] Juin [Citation : 17 Mai 2013.] Chambre d'agriculture du Bas-Rhin Etude : "Biomasse". Chambre d'agriculture du Bas-Rhin, Alsace, Alsace : s.n., Juin Chopin, Sébastien De la menue paille pour notre méthanisation collective. 2013, pp Commission Européenne Base de données Eurostat. Eurostat. [En ligne] 17 Mai [Citation : 17 Mai 2013.] CUMA Ouest Valorisation des Menues Pailles: Une nouvelle voie. CUMA Ouest. [En ligne] [Citation : 24 Mai 2013.] Decoopman, Bertrand Le point sur la récupération des menues pailles. Chambre d'agriculture de Bretagne. [En ligne] 8 Juin [Citation : 17 Mai 2013.] Grignon AgroParisTech Vers l acte 2 Documents annexes. Grignon AgroParisTech. [En ligne] Juillet [Citation : 24 Mai 2013.] IMG/pdf/Grignon_Energie_Positive_trois_ans_deja_ANNEXES.pdf. Ingebos, V Menue paille : la filière s organise. La Marne Agricole. [En ligne] [Citation : 21 Mai 2013.] 12

13 Minette, Sébastien Fiche technique n 3: Récupérateur de Menues pailles "Turbo Paille de Thievin". Projet régional «Systèmes de Cultures Innovants». [En ligne] Septembre [Citation : 17 Mai 2013.] /CA79/17_Grandes_Cultures/Documents/Machinisme/FTECH-recuperateurThievin.pdf. Sillon belge Marchés. Sillon belge. [En ligne] [Citation : 25 Mai 2013.] Warnant, G Grains et paille combustibles: une autre voie de valorisation des céréales. Gembloux : Gembloux Agro Bio Tech,