Eléments pour quantifier le gisement des déjections animales et résidus de cultures agricoles potentiellement disponibles pour la méthanisation

Eléments pour quantifier le gisement des déjections
animales et résidus de cultures agricoles potentiellement disponibles pour la méthanisation

Introduction

 La croissance démographique, l’évolution des modes de vie et de consommation ont engendré une intensification des systèmes de production agricole et des activités industrielles ainsi qu’une concentration et un développement urbains laissant en place de grandes quantités de déchets en particulier de Produits Résiduaires Organiques (PRO) (UNEP, (2009) et Macauley et al., (2015a)). Ces PRO sont constitués de la biomasse résiduelle des cultures, des effluents d’élevages (fumiers, lisiers, etc.) issus de l’agriculture, des eaux usées, des matières de vidange et de la fraction fermentescible des ordures ménagères issues des villes, des déchets de transformation des aliments, des déchets alimentaires et eaux usées, des huiles et graisses et des déchets d’abattoirs issus de l’agro-industrie. En présence d’un système de gestion inadéquat ou déficient, ces PRO peuvent causer des nuisances à l’environnement et à la santé humaine. Les risques de pollution susceptibles d’être engendrés par leur accumulation et leur gestion inadéquate sont liés à leur caractère fermentescible, putrescible ou biodégradable qui est à l’origine d’émissions et de rejets d’éléments et de produits pouvant polluer l’air, le sol, les eaux de surfaces et les eaux souterraines, détruire l’équilibre des écosystèmes, causer des maladies hydriques …(Defo et al., 2015). La problématique de leur gestion durable pose un grand défi auquel sont confrontés les Pays En voie de Développement (PED) (AMORCE et al., 2013). En Afrique subsaharienne, de nombreux pays font face à des problèmes multidimensionnels, d’ordres organisationnel, législatif et réglementaire, financier, scientifique et technique pour une gestion efficace des quantités de PRO émis (cifal, 2009). La combinaison de ces différentes situations explique l’accès difficile aux informations et affecte le caractère exploitable des données produites : défaut de système de base de données sur la gestion des déchets en général ou Biodéchets ou PRO en particulier. Ces biodéchets sont essentiellement composés de molécules d’origine naturelle qui peuvent intégrer les cycles biogéochimiques de la matière, constitue-t-elle a priori une ressource valorisable ? Il convient d’exploiter les potentiels énergétiques et agronomiques qu’ils détiennent en vue de minimiser les pollutions qu’ils peuvent engendrer, mais aussi pour le bouclage des cycles des matières par leur valorisation en agriculture. Les enjeux environnementaux, sanitaires, sociaux et économiques liés à la gestion des quantités de déchets produits (UN-HABITAT, 2010), importent de connaître le gisement brut de PRO émis au niveau d’une localité, d’une région ou d’un pays, pour adopter des méthodes de gestion viables et évaluer le gisement potentiel disponible pour les filières de valorisation. 2 Au Sénégal, dans le cadre de réflexions croisées sur la problématique du développement des énergies renouvelables et la gestion des déchets organiques, le développement de la méthanisation est apparu comme un enjeu prioritaire. Des objectifs ambitieux ont été adoptés : installation de 10 000 nouvelles unités de biogaz sur le territoire national entre 2012 et 2017 (PNB-SN, 2014), et un mix énergétique de 15 % de la consommation en énergie propre à l’horizon 2020 et 2025 (ME, 2008) et (MEM, 2012). La méthanisation est une filière de traitement alternative de PRO par la production d’énergie et de fertilisants. C’est une méthode de gestion matière qui peut s’opérer à l’échelle individuelle (ménage, entreprise …) ou dans une dynamique de territoire qui permet d’associer différents acteurs (SOLAGRO et al., 2013). Pour répondre aux objectifs de valorisation des PRO, il est nécessaire de connaitre le gisement en termes de quantité, de qualité, de localisation et de potentialités (ONAS, 2013). En effet l’estimation du gisement permet d’adresser les enjeux du développement établis sur le principe des 3R, il s’agit de Récupérer – Recycler – Réutiliser (UN-HABITAT, 2008) pour la gestion des ressources renouvelables, la production d’énergie. Elle permet aussi de dynamiser les filières de valorisation locales et de planter le décor pour accompagner des projets de valorisation viables. Suivant l’objectif de valorisation, l’estimation du gisement permet aussi de définir le gisement brut, le gisement maîtrisable et le gisement mobilisable par les filières de valorisation locales. L’objectif global de cette étude est d’élaborer une méthode/démarche pour identifier et quantifier le gisement brut et le gisement potentiellement mobilisable pour la méthanisation, des PRO d’origine agricole au Sénégal. Pour cela 4 (quatre) objectifs spécifiques ont été fixés : 1. Elaborer une méthode/démarche pour identifier et quantifier le gisement brut des PRO d’origine agricole au Sénégal 2. Elaborer une méthode/démarche pour identifier et quantifier le gisement des PRO potentiellement mobilisable pour la méthanisation et issue du gisement brut. 3. Initier une base de données sur la gestion des PRO d’origine agricole La réalisation de ce travail passera tout d’abord par une présentation des méthodes de quantification des PRO appliquées dans différents pays du monde et celles appliquées localement, ensuite par une présentation de la méthodologie mise en œuvre et enfin par les résultats et la discussion avant de dégager les perspectives. 

 Problématique de l’identification des PRO et synthèse des méthodes existantes

 L’estimation du gisement des produits résiduaires organiques (matières fermentescibles) sur un territoire est une étape préalable, indispensable pour atteindre les objectifs de valorisation. L’estimation du gisement permet de déterminer la nature, et le flux de production des PRO. Suivant l’accessibilité, les usages locaux, et les dispositions technico-économiques elle permet aussi de définir le gisement mobilisable pour les fermenteurs et de soutenir les projets et politiques de développement de la filière biogaz sur un territoire (ALE Ardennes, 2008) et (SOLAGRO et al., 2013). Dans les paragraphes suivants, les méthodes mises en œuvre pour l’estimation du gisement dans le monde et au Sénégal seront présentées avec des illustrations basées sur les connaissances actuelles des gisements.

Méthodes d’estimation du gisement des PRO mises en œuvre dans le monde

 PRO issu de l’agriculture

PRO issu des cultures

 D’après les travaux de Lacour (2012), la méthode généralement utilisée pour estimer le gisement de biomasses résiduelles (PRO) produit par les cultures sur un territoire au cours d’un cycle de production consiste à déterminer :  les types de cultures produites  la collecte de données statistiques pour les caractéristiques de productions (surfaces et rendement par type de culture) Ces données de production sont obtenues à partir des statistiques agricoles locales et/ou à partir de FAOSTAT pour les PED. Les quantités de biomasses résiduelles produites sur un territoire au cours d’un cycle sont obtenues en multipliant la production économique des différentes cultures par leur ratio résiduel respectif (rapport du rendement économique sur la biomasse résiduelle) (Lacour, 2012) ; (SOLAGRO et al., 2013) ou en utilisant leurs indices de récolte spécifiques qui représente le pourcentage du rapport du rendement sur la biomasse totale produite par la plante (Rafrafi et al,. 2006). 4 L’Afrique de l’Ouest, en particulier les pays de l’UEMOA, présente un secteur agricole à haut potentiel en raison de l’importance des quantités de matières premières qui y sont produites (Macauley, 2015). Les conditions climatiques de la zone sahélienne et de la zone subhumide favorables à des cultures diversifiées et à l’élevage ont contribué au développement du secteur primaire qui représente 38 % du PIB de la sous-région (FAO et al., 2014). En 2010 la quantité de résidus issus des cultures et produits par les céréales (mil, sorgho, riz, maïs, blé), les légumineuses (arachide, niébé), les tubercules (manioc, igname) et les oléagineux (coton) au niveau de l’espace UEMOA était estimée à 90 millions de tonnes. 

 PRO issus de l’élevage

 La méthodologie consiste à évaluer un gisement brut à partir des données structurelles (données de recensement pour les effectifs, enquêtes bâtiments pour le mode d’élevage et les types de déjections (déjection fraîche à la queue, fumier, lisier)) et en appliquant un ratio ou taux de production de déchets organiques (SOLAGRO et al., 2013). Selon Lacour (2012) le gisement brut de déjection produite par une population animale, au cours d’une période (mois ou saison ou année) sur un territoire, est obtenue en multipliant la production moyenne journalière de déjections d’un individu par l’effectif recensé et la durée de production exprimée en jour. Les ratios de production de déjection par individu sont obtenus à partir de la revue bibliographique. Selon la FAO, (2009) , le cheptel de l’espace UEMOA était composé 54,45% de bovins, 43,96 % d’ovins, 39,71 % de caprins, 65,11 % de camelins, 38,28 % de porcins et 42,26 % de poules (FAO et al., 2014) par rapport aux effectifs, respectif des différents cheptels de la CEDEAO. II.1.2. PRO issus de l’agro-industrie Les PRO des Industries Agro-alimentaires (IAA) sont nombreux et divers et leurs caractéristiques sont variables. Suivant la nature de la matière utilisée pour la transformation, les sous-produits (PRO) obtenus peuvent être solides ou liquides (effluent). Les effluents produits sont moins chargés en matière organique que les déchets de découpe, les déchets d’abattoirs ou les graisses. L’approche par code d’activité (code NAF2 , France) ou groupes d’activités (code SCIAN3 , Amérique du Nord et Mexique), est utilisé pour faciliter l’estimation 2 http://www.insee.fr/fr/methodes/default.asp?page=nomenclatures/naf2008/naf2008.htm 3 https://www.ic.gc.ca/eic/site/cis-sic.nsf/fra/h_00004.html 5 du gisement des PRO selon le type de matière première ou de substrat utilisé(e) pour la transformation alimentaire (alimentation humaine ou de bétail) et les sous-produits générés (considérés comme déchets organiques ou PRO) au cours des processus de fabrication. En France, l’estimation du gisement des PRO se fait par la collecte de données à partir de la caractérisation matières du code NAF pour le nombre d’établissements, de salariés et de ratios de production de PRO par salarié et par an. Ces données sont obtenues à partir de la bibliographie sectorielle et les résultats d’enquêtes d’études filières existantes (enquête AGRESTE, fichier SIRENE …) (SOLAGRO et al., 2013). Au Canada, les sous-secteurs de fabrication de produits de consommation humaine et animale sont caractérisés par le code SCIAN 3114 et le code SCIAN 3125 . Ces sous-secteurs se divisent en groupes d’activités (niveau à 4 chiffres) qui à leur tour se subdivisent en classes d’activités (niveau à 6 chiffres). L’acquisition de données (quantités de déchets organiques) générées au cours de l’année et le nombre d’employés par établissement) se fait par une enquête auprès des industries à l’aide d’un questionnaire. Le taux de production annuel pour chaque établissement (ayant volontairement participé à l’enquête) est obtenu en divisant la quantité de résidus organiques générée au cours de l’année par le nombre d’employés de l’établissement. Ces taux de production par établissement permettent de déduire les taux moyens de production par classe d’activité (code SCIAN à 6 chiffres) qui à leur tour permettrons d’exprimer les taux moyens de production par groupe d’activité (code SCIAN à 4 chiffres). Le Gisement brut total de PRO représente la somme des quantités générées par les sous-secteurs de fabrication de produits de consommation humaine et de bétail. Suivant le niveau de satisfaction des réponses aux questionnaires (nombre de répondants) ces données de production de PRO peuvent être complétées ou consolidées par la revue bibliographique (SOLINOV, 2013). La situation de la production primaire au niveau de la sous-région a fait émerger un grand nombre d’industries agro-alimentaires couvrant des filières diversifiées. Les sous-produits issus de la transformation des céréales (son de mil, de sorgho, du maïs, du riz, du blé et de la mélasse), des légumineuses (tourteaux d’arachide), des tubercules (épluchures de manioc et d’igname), graines et tourteaux de coton ont été évalués entre 2009 et 2010 à 9,76 millions de tonnes au niveau de l’espace UEMOA (FAO et al., 2014). 4 Sous-secteur de fabrication de produits de consommation humaine et animale 5 Sous-secteur de fabrication de boissons et de produits du taba

 PRO issus de la ville 

PRO issus des Déchets Solides Ménagers 

La Fraction Fermentescible des Ordures Ménagères (FFOM) ou déchets ménagers putrescibles qui peuvent être compostés ou biowastes au sens strict de la définition européenne est généralement composée des déchets de cuisine, de certains déchets verts, des papiers cartons et des textiles sanitaires. L’identification de ces PRO sur un territoire est généralement précédée par des opérations de caractérisation pour déterminer les ratios de production de PRO par habitant et par jour. La méthode de caractérisation généralement utilisée en France, dans les pays francophones, et quelques pays anglophones (Ciuta, et al., 2015) est décrite par la norme française NF XP X 30-408 (AFNOR, 1996), dont découle le MODECOM (Topanou, 2012), remplacé depuis 2014 par le CARADEME (ADEME, 2014). Le MODECOM est une méthode de caractérisation suffisamment générique pour être adaptée à d’autres situations (que les situations françaises), suivant le niveau de gestion des Déchets solides Ménagers (DSM) et la disponibilité des données du territoire de l’étude. Le déroulement de la caractérisation peut être différent d’une zone à l’autre ou d’un pays à l’autre, mais les étapes clés de cette caractérisation (enquête sociologique, échantillonnage de la cible, prélèvement des échantillons, tri et la caractérisation granulométrique et typologique) sont souvent généralement maintenues et mises en œuvre. L’Agence américaine de Protection de l’Environnement (EPA) utilise deux méthodes pour la caractérisation des DSM à l’échelle d’une localité, d’une région, d’un Etat fédéral (EPA, 2010) : la première méthode consiste à un échantillonnage et pesage des matériaux (papier et carton, déchets de jardin, déchets alimentaires, matières plastiques, métaux, verre, bois, caoutchouc, cuir et textiles, et autres) et la seconde consiste à échantillonner et à peser les catégories de produits (contenant et emballages, biens non durables, biens durables, déchets verts, déchets alimentaires et autres). Dans leur mise en œuvre, ces méthodes sont similaires au Modecom/Carademe. Cependant, ces études présentent des limites en fonction de l’échelle de mise en œuvre (nationale, locale), en fonction des choix d’échantillonnage, des pesées réalisées sur des matières sèches ou sur des matières fraiches (ADEME, 2014). Ainsi à l’échelle nationale, l’EPA privilégie-t-elle une méthode d’analyse de flux de matériaux (production, recyclage, mise en décharge) qui s’appuie sur un bilan de masse utilisant des données issues de l’industrie, des Ministères et Agences publiques (EPA, 2010). La production de DSM, très variable d’un pays à l’autre, est estimée à 0,6 kg par habitant et par jour dans les Pays en Voie de Développement (PED) et 2,1 kg dans les pays développés avec 7 une production mondiale de 1,3 milliard de tonnes par an (Hoornweg et Bhada-Tata, 2012). La fraction organique de ces déchets solides varie entre 54 et 64% dans les PED et est égale en moyenne à 28% pour les pays développés (Hoornweg et Bhada-Tata, 2012). L’Afrique de l’Ouest qui connait un taux d’urbanisation très élevé (Achankeng, 2003), a un pourcentage de matières organiques associées au DSM et produits par les capitales qui varie entre 44 et 67% (IWWA, 2011). Les coûts de gestion représentent 1 à 10 Euros pour un habitant des PED et 100 € par habitant et par an dans certains pays développés (Brunner et Fellner 2007).

PRO issus des eaux usées et matières de vidange 

Eaux usées de l’assainissement collectif 

Les eaux usées collectées par le réseau d’assainissement collectif comprennent les eaux usées produites par les ménages (eaux de vaisselle, de douche, et les déjections), mais aussi les effluents biodégradables des agro-industriels, hôtels, restaurant, etc. dont la charge polluante ne diffère pas de celle des eaux usées domestiques. Elles sont moins concentrées en matières organiques que les boues de vidange des ouvrages sanitaires individuels (OIEau, 2013). L’estimation des quantités émises d’eaux usées (boues primaires) se fait à partir du calcul du débit à l’entrée de la Station d’Epuration (STEP). On distingue le débit de pointe (débit horaire maxi reçu par la station) et le débit moyen 24 heures (débit moyen horaire reçu par la station au cours des 24 heures (MAGE, 2006). L’estimation à grande échelle du gisement de boues issues des eaux usées et matières de vidange nécessite de disposer de la liste des STEP existantes, de leur capacité (Equivalent Habitant), du pourcentage de la population raccordé aux ouvrages sanitaires individuels et les ratios spécifiques de production matières (SOLAGRO et al., 2013).