Valorisation d’herbes de bords de routes par méthanisation

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Valorisation d ’ herbes de bords de routes par méthanisation

Résumé. La valorisation par compostage ou méthanisation de l’herbe fauchée en bordure de route se développe en France et peu d’informations sur les contaminants des herbes (métaux lourds et composés organiques) sont disponibles. Au cours du projet CARMEN, réalisé en 2016-2017, des herbes de bords de routes ont été échantillonnées à différents endroits dans l’Ouest de la France, au cours de plusieurs périodes de fauche (printemps et automne), afin d’évaluer l’influence du trafic et de la saison. D’autres opérations (non détaillées ici) ont été conduites dans le cadre du projet : des tests de méthanisation en pilote et une étude coûts-bénéfices du fauchage avec exportation vers la méthanisation.

Mots clés :HAP ; hydrocarbures aromatiques ; métaux lourds.

Abstract

Reclamation of roadside grass by composting

Composting or anaerobic digestion of the grass mowed along roadsides is developing in France, but little information on grass contaminants (heavy metals and organic compounds) is available. During the CARMEN project, roadside grass was sampled in different locations in western France, during different mowing periods (spring and autumn) to evaluate the traffic load and seasonal influences. The project also involved other operations not detailed here: pilot anaerobic digestion tests and a cost-benefit study of mowing and exporting the grass to an anaerobic digester.

Key words:heavy metals; PAH; polycyclic aromatic hydrocarbons.

ISABELLEZDANEVITCH1

JEANNELENCAUCHEZ2

ARMELLEDAMIANO2

LAURAANDRE3

THIERRYRIBEIRO3

CHRISTOPHEPINEAU4 1Ineris Direction des risques chroniques Parc technologique ALATA - BP 2 60550 Verneuil-en-Halatte France

<isabelle.zdanevitch@

ineris.fr>

2AILE 73, rue de Saint-Brieuc CS 56520 35065 Rennes cedex France

<jeanne.lencauchez@aile.

asso.fr>

<armelle.damiano@

aile.asso.fr>

3Institut polytechnique UniLaSalle EA 7519 transformations et agroressources Rue Pierre-Waguet BP 30313 60026 Beauvais cedex France

<laura.andre@unilasalle.fr>

<thierry.ribeiro@

unilasalle.fr>

4CEREMA 9, rue René-Viviani BP 46223 44262 Nantes cedex 2 France

<christophe.pineau@

cerema.fr>

Tirés à part : I. Zdanevitch

Pour citer cet article : Zdanevitch I, Lencauchez J, Damiano A, Andre L, Ribeiro T, Pineau C. Valorisation d’herbes de bords de routes par methanisation.Environ Risque Sante2020 ; 19 (S1) : 71-76. doi :10.1684/

ers.2020.1412 Article reçu le 27 juin 2019,

accepté le 17 décembre 2019

L

e fauchage raisonné des bords de route s’accompagne depuis quelques années, sur certains territoires de l’Ouest de la France, de l’exportation de cette biomasse en vue de sa valorisation par compostage ou méthanisation.

Le fauchage raisonné est une méthode d’entretien des bords de route qui permet de répondre aux besoins des usagers et d’entretenir le domaine public, tout en respectant la biodiversité des milieux. Il consiste à limiter la hauteur de coupe à 10 cm du sol, réduire les interventions de printemps au strict nécessaire pour assu- rer la sécurité des usagers, et repousser le débroussaillage des fossés et des talus à l’automne aﬁn de permettre la reproduc- tion des espèces vivant dans ces milieux.

Le compostage et la méthanisation sont les décompositions respectivement aérobies et anaérobies de matières orga-

niques sous l’action de bactéries. Alors que le compostage s’accompagne d’émis- sions de CO2, la méthanisation produit du biogaz, mélange de méthane (majoritaire) et de CO2, et du digestat (le résidu solide des matières organiques qui retourne au sol comme amendement). Les installations de méthanisation sont de différentes tailles. Les méthaniseurs agricoles, asso- ciés à des fermes, reçoivent comme matières organiques des efﬂuents d’éle- vages (fumiers-lisiers), des déchets agricoles végétaux dont des herbages issus de prairies, et éventuellement des résidus d’industries agroalimentaires. La valorisation énergétique et/ou agronomique de la tonte des routes et des prairies a été étudiée, notamment en Allemagne[1], en Belgique[2]ou au Danemark[3]. Il existe plusieurs références scientiﬁques présen- tant les teneurs en métaux du sol et de

Note technique

doi:10.1684/ers.2020.1412

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l’herbe en bordure de route en relation avec la circulation [4-6] et, récemment, certains articles ont traité les composés organiques[7, 8].

Le projet CARMEN visait à étudier l’éventuelle contamination de cette matrice liée au traﬁc routier et l’impact possible sur la valorisation de cette biomasse lors du retour au sol du digestat. Pour ce faire, deux territoires d’étude procédant déjà à la fauche avec exportation vers des méthaniseurs agricoles ont été sélectionnés. Ces sites ont été complétés de zones d’étude situées le long de routes à plus fort traﬁc à Rennes.

Trois campagnes de prélèvements d’herbes ont été réalisées en 2016 et 2017 sur ces différentes zones, aﬁn d’analyser le contenu en métaux lourds et en hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) de ces herbes. Les niveaux de concentrations de ces contaminants ont été comparés au référentiel national pour la valorisation agronomique des composts, à savoir la norme d’application obligatoire NF U 44-051 de 2006 :

« Amendements organiques–Dénominations spéciﬁca- tions et marquage ».

Des essais en pilotes de méthanisation en conditions contrôlées (notamment en proportion d’herbes prélevées sur site, par rapport aux effluents d’élevage) ont été conduits de façon à étudier le comportement du mélange et celui des contaminants au cours de la digestion[9]. Par ailleurs, une étude coûts-bénéfices a également été conduite sur le fauchage en Mayenne et à Loudéac. Les résultats de ces deux opérations ne sont pas discutés ici maisfigurent dans le rapportfinal.

Méthodologie

Sélection des sites d’échantillonnage

Les territoires sélectionnés pratiquent déjà le fauchage avec exportation et sont plutôt ruraux : la route départe- mentale 32 entre Évron et Assé-le-Béranger (villes du département de la Mayenne) et la route nationale 164 aux

environs de Loudéac (ville des Côtes-d’Armor, en centre Bretagne). Les zones à fort traﬁc ont été sélectionnées le long du périphérique de Rennes, avec des densités de 40 000 à plus de 100 000 véhicules par jour. Les abords de cette rocade sont fauchés plusieurs fois par an pour des raisons de sécurité (visibilité principalement), mais l’herbe tondue reste sur place. L’implantation de ces sites est reproduite sur laﬁgure 1. Letableau 1résume les six zones d’échantillonnage.

Techniques de fauche

Avant de faucher, il est essentiel d’enlever les déchets jetés par les conducteurs (canettes de boisson, bouteilles en plastique, etc.), les pièces perdues par les véhicules, etc. Le nettoyage est manuel et représente un surcoût d’exploitation. Ces déchets sont dommageables pour le matériel de fauche et sont indésirables dans la digestion.

La tonte avec exportation est effectuée par un appareil à deux éléments :

– une faucheuse coupe et broie l’herbe simultanément ; – l’herbe coupée est dirigée vers un caisson de transport.

Ces caissons peuvent recevoir environ 5 tonnes d’herbe (en fonction de leur degré d’humidité).

La coupe doit^etre faite à une hauteur de 12 à 15 cm, aﬁn de protéger le matériel de coupe et d’éviter de ramasser du sol et des cailloux avec l’herbe.

Stratégie d’échantillonnage et mise en œuvre

Les campagnes de prélèvements ont été répétées aux même endroits pour évaluer l’effet saisonnier : au printemps 2016 et à la fin de l’été 2016. Une troisième campagne d’échantillonnage a été réalisée au printemps 2017, sur quatre des six sites d’échantillonnage : les échantillons d’herbes fauchées ont été complétés de prélèvements de sol au niveau des zones de fauche, afin d’évaluer sa contamination, et d’échantillons d’herbes et de sols témoins (hors de l’influence du trafic).

Brest

Loudeac

Lorient

Le Mans

Tours Nantes

Rennes Evron

Figure 1.Implantation des lieux de prélèvements des herbes fauchées.

Figure 1.Mowed grass sampling sites.

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Les échantillons d’herbes sont constitués de cinq à dix prélèvements élémentaires réunis en composites, répétés trois ou quatre fois par zone fauchée. Ils ont été prélevés soit sur les herbes dépotées des caissons à leur arrivée chez l’agriculteur méthaniseur, soit juste après le fauchage pour le périphérique de Rennes.

Analyses et valeurs de référence

Les analyses ont été effectuées par le laboratoire départemental d’analyse et de recherche de l’Aisne (LDAR), accrédité par le Comité français d’accréditation (COFRAC) pour l’analyse des composts et des amendements selon la norme NF U 44-051. Cette norme prescrit des niveaux minima pour les paramètres agronomiques, des maxima pour les éléments fertilisants puisqu’il s’agit d’amendements, et des valeurs limites pour les contaminants : neuf métaux lourds, trois HAP, les « indésirables » (verre, métal et plastique) et microbiologiques (non considérés ici car la digestion modiﬁe les populations microbiennes).

Les paramètres analysés sur les herbes sont les métaux lourds cités par la norme, les indésirables (verre et métaux

> 2 mm, plastiques > 5 mm) et les HAP. Les méthodes analytiques et les niveaux de référence sont ceux de la norme, mais pour les HAP la norme ne donne des valeurs de référence que pour trois composés (fluoranthène, benzo(b)fluoranthène et benzo(a)pyrène), tandis que l’analyse permet de quantifier 19 éléments dont les 16 composés classés prioritaires par l’United States Envi- ronmental Protection Agency (US EPA) en 1976 pour le milieu « eau »[10]. Letableau 2donne les valeurs limites de la norme pour les contaminants et, lorsqu’elles sont disponibles, les limites de quantification du laboratoire.

Résultats et discussion

Comportement des contaminants dans les herbes

Les valeurs de référence de la norme NF U 44- 051 s’appliquent aux produits ﬁnis, comme le compost,

et non aux digestats, mais les digestats agricoles peuvent également être épandus. Les métaux lourds et les indésirables ne sont pas modifiés par les processus dedégradation biologique. Ils se retrouvent donc sans modification dans les composts et les digestats. Les concentrations en contaminants des herbes ont été comparées aux valeurs limites de la norme pour les composts, en considérant une perte maximum en matière organique de l’ordre de 50 % pendant la méthanisation.

Ainsi, des concentrations en contaminants des herbes signiﬁcativement inférieures à 50 % des valeurs limites prescrites par la norme ne poseront a priori pas de problèmes pour la valorisation du digestat contenant ces herbes.

Éléments indésirables

Les macro-déchets (voir section « Techniques de fauche ») qui ont été collectés le long des routes, où la tonte alimentait les digesteurs, ont été triés et pesés lors de la première campagne (printemps 2016). Pour la zone de Loudéac, le poids total collecté est de 83 kg pour 26 km de route, soit 3,2 kg/km en moyenne. En Mayenne, ce nettoyage représentait 660 kg collectés sur 280 km (deux côtés de la route de 140 km), soit 2,4 kg/km.

Les autres indésirables (supérieurs à 2 ou 5 mm selon leur composition) ont été analysés selon la norme française NF U 44-051. Ces indésirables de trois catégo- ries (ﬁlms et polystyrène, autres plastiques, verre-métaux) étaient totalement absents de tous les prélèvements d’herbes, à l’exception d’un échantillon contaminé par un macro-déchet (broyé lors du fauchage).

Les résultats pour ces indésirables montrent que le nettoyage des bords de route avant la fauche est très important pour obtenir une biomasse propre à la méthanisation et au retour au sol.

Éléments traces métalliques

Les concentrations en éléments traces métalliques (ETM) sont reportées par rapport à la matière sèche (MS).

Plusieurs métaux n’ont pas pu etre quantiﬁés sur la^ plupart des échantillons d’herbes : leurs concentrations étaient inférieures aux limites de quantiﬁcation en Tableau 1.Caractéristiques des sites de prélèvement d’herbes.

Table 1. Characteristics of the grass sampling sites.

Localisation Mayenne Loudéac Périphérique de Rennes

Labellisation des échantillons CD53 LD R-40 R-60 R-80 R-100

Nombre de véhicules/jour 4 000 + 400

poids lourds

7 100 (dont environ 1 400 poids lourds)

40 000 60 000 80 000 100 000

Valorisation des herbes par méthanisation ? Oui Oui Non Non Non Non

Prélèvement de témoins d’herbes et de sols (3^ecampagne) ?

Oui Oui Non Oui Non Oui

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laboratoire (tableau 2). C’est le cas de l’arsenic, du cadmium, du mercure et du sélénium.

Les concentrations en chrome, en cuivre et en nickel ont présenté des comportements assez similaires sur les échantillons prélevés dans les différentes zones lors des trois campagnes. Les concentrations les plus basses pour ces trois ETM ont été relevées sur des routes avec des densités de traﬁc variables, soit en Mayenne (CD53), à Loudéac et à Rennes, sur le périphérique à 100 000 véhi- cules/jour (V/J). Les valeurs étaient généralement un peu plus élevées sur les zones à 40 000, 60 000 et 80 000 V/J du périphérique de Rennes. Aucun effet de la saison de fauche n’a puetre mis en évidence. À titre d’exemple, la^ ﬁgure 2représente les moyennes des concentrations en cuivre des prélèvements d’herbes fauchées (CD53-moy, LD-moy, etc.) sur les différentes zones en fonction de la saison, ainsi que les concentrations en cuivre mesurées sur les prélèvements témoins d’herbes (TH).

Les concentrations moyennes présentent les niveaux suivants :

– pour le chrome, elles étaient toutes de l’ordre de 5 mg/

kg MS, largement inférieures à la valeur limite de la norme (120 mg/kg MS). À noter que les échantillons de Mayenne (CD53) prélevés lors de la première campagne ont présenté des niveaux plus élevés que pour tous les

autres échantillons. Hormis un changement de matériel de fauche entre le printemps et l’automne 2016 sur ce site, qui pourrait expliquer cette différence, il n’y a pas d’hypothèse robuste concernant ces valeurs atypiques ; – pour le cuivre, à l’exception de deux valeurs individuelles de 80 et 60 mg/kg MS sur Rennes 60 et Rennes 40 respectivement, les moyennes étaient comprises entre 15 et 40 mg/kg MS, donc très inférieures à la valeur limite de la norme (300 mg/kg MS). Lorsque la zone a fait l’objet d’un prélèvement-TH lors de la troisième campagne, les concentrations mesurées dans les herbes fauchées étaient soit du m^eme ordre de grandeur, soit deux à trois fois la teneur mesurée sur le témoin ;

– pour le nickel, toutes les concentrations étaient inférieures à 10 mg/kg MS, très inférieures à la valeur limite de la norme (60 mg/kg MS), et de l’ordre de grandeur ou légèrement supérieures aux concentrations mesurées sur les témoins.

Les concentrations en zinc ont présenté un comportement différent de celui des autres ETM. Si l’ensemble des concentrations mesurées sur les trois zones –CD53, Loudéac et Rennes 100– sont restées inférieures à 150 mg/kg MS, pour les trois autres zones du périphérique de Rennes, un effet de saison est apparu, avec des concentrations plus élevées pendant l’été 2016 qu’aux printemps 2016 et 2017. Certaines valeurs étaient proches de 50 % de la valeur limite de la norme (600 mg/kg MS), ce qui pourrait rendre délicate la valorisation de ces herbes en méthanisation avec retour au sol du digestat.

Les sols ont été prélevés à la tarière à main sur une profondeur de 10 cm incluant la surface. Pour ces prélèvements, les concentrations en ETM mesurées au cours des trois campagnes étaient généralement plus élevées, d’un facteur 2 à 10, que les concentrations des m^emes éléments dans les herbes. Les teneurs mesurées sur les sols des zones de fauche (ces sols sont Tableau 2. Valeurs limites pour les contaminants pres-

crites par la norme NF U 44-051.

Table 2. Limit values for contaminants prescribed by the French standard NF U 44-051.

Contaminant (unité) Valeur limite maximale, NF U 44-051

Limite de quantiﬁcation du laboratoire Métaux lourds (mg/kg MS)

As 18 1,4

Cd 3 0,28

Cr 120 *

Cu 300 *

Hg 2 0,14

Ni 60 *

Pb 180 7

Se 12 0,56

Zn 600 *

HAP (mg/kg MS)

Fluoranthène (FL) 4 0,01

Benzo(b)ﬂuoranthène (BbF)

2,5 0,01

Benzo(a)pyrène (BaP) 1,5 0,01

Indésirables (% MS) Films, polystyrène (PSE) > 5 mm

0,3 Autres plastiques > 5 mm 0,8 Verre, métaux > 2 mm 2,0

* : les concentrations ont toujours été supérieures aux limites de quantiﬁcation du laboratoire.

100,00

80,00

60,00

40,00

20,00

0,00

CD53-mo y

CD53-TH LD-mo y

Loudéac-TH R40-mo y

R60-mo y

Rennes 60-TH R80-mo

y R100-mo

y

Rennes 100-TH

Concentrations, mg/kg MS

Cuivre (VL NF U 44-051 = 300 mg/kg MS)

Printemps 2016 Été 2016 Printemps 2017 VL : valeur limite.

Figure 2.Concentrations moyennes en cuivre des herbes fauchées.

Figure 2.Mean copper concentrations of mowed grass.

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généralement rapportés) et les sols témoins étaient globalement similaires. Il n’y avait pas de corrélation entre les teneurs mesurées sur les herbes et celles des échantillons de sol des m^emes zones. Cela indique que les herbes n’ont pas accumulé de métaux lourds à partir du sol : la végétation des bords de route se compose principalement de graminées[11]qui sont connues pour ne pas accumuler de métaux lourds.

Hydrocarbures aromatiques polycycliques

Lorsque les concentrations individuelles des HAP étaient inférieures à la limite de quantiﬁcation de l’analyse (0,01 mg/kg MS), par convention, elles ont été retenues égales à cette valeur. Laﬁgure 3représente les sommes des concentrations des 19 HAP pour chaque échantillon d’herbe. Les concentrations maximum des trois compo- sés normés (FL, BbF, BaP) mesurés sur les herbes se situaient à environ 10 % des valeurs limites respectives pour ces composés. Les HAP les plus présents dans les herbes étaient les plus légers (du naphtalène au pyrène), alors que les sols présentaient une répartition compre- nant les composés les plus lourds.

Les concentrations en HAP mesurées sur les herbes étaient faibles par rapport aux valeurs limites prescrites par la norme, et non corrélées, ni au niveau du traﬁc, ni à la répartition dans les sols. Les HAP mesurés sur les herbes proviennent plus probablement de dépôts atmos- phériques dont la source est éloignée, puisque les HAP les plus lourds (qui sont particulaires) ne peuvent etre^ déposés que près de leur source.

Autres opérations

Les essais en pilotes de 60 litres ont montré un bon potentiel méthanogène des herbes, dont la proportion ne

doit cependant pasetre trop élevée : moins de 40 % en^ volume, soit 10 à 15 % en masse des intrants, de façon à limiter les problèmes sur le procédé (acidose, prise en masse du digestat).

Le bilan coûts-bénéﬁces du fauchage avec valorisation par méthanisation dépend fortement des hypothè- ses retenues. D’une part, le fauchage avec exportation représente une augmentation des coûts, notamment en termes de matériel ; celle-ci est plus ou moins compen- sée par le gain sur la fréquence de l’entretien des bords de route comme des fossés, mais ce paramètre ne peut ^etre correctement évalué que sur des périodes de 10 à 15 ans. D’autre part, le bilan environnemental est positif par la fourniture d’une énergie renouvelable viale biogaz et la fertilisation du sol par l’épandage du digestat, mais il est dépendant de la distance induite par le transport des herbes entre la zone de fauche et l’unité agricole.

Conclusion

Le projet CARMEN a fourni un large ensemble de données sur les contaminants d’herbes de bords de routes : les métaux lourds et 19 HAP ont été analysés sur environ 70 échantillons d’herbes prélevés dans six zones.

Les concentrations en métaux lourds et en HAP mesurées dans les herbes après fauchage étaient faibles et non corrélées à la densité de traﬁc. Cependant, des sources de contamination (industrie, feux de bois, etc.) peuvent^etre présentes dans d’autres situations et doivent

^

etre recherchées avant de procéder à une fauche de l’herbe de bord de route en vue de son exportation vers un méthaniseur.

Cette étude montre que les herbes de bords de routes constituent une biomasse intéressante pour compléter d’autres intrants dans les installations de méthanisation, notamment les efﬂuents d’élevage et les déchets agricoles, car elles représentent un volume important dans les zones rurales et les digesteurs agricoles ont souvent besoin d’intrants supplémentaires. &

Remerciements et autres mentions

Les prélèvements d’herbes et de sols ont été réalisés en collaboration avec les gestionnaires de routes (Direc- tion interdépartementale des routes de l’Ouest, Conseil départemental de la Mayenne), et les agriculteurs des Sillons et de Oudat Énergie.

Le rapport « CARMEN » et les annexes (dont le suivi ﬂoristique) sont téléchargeables sur le site de l’ADEME à l’adresse :https://www.ademe.fr/carmen-caracterisation-hap- metaux-herbages-fauches-bord-routes-methanisation.

Liens d’intér^ets: les auteurs déclarent ne pas avoir de lien d’intér^et.

2,00 1,80 1,60

1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00

CD53 LD R40 R60 R80 R100

P 16 E 16 P 17 P 17 P 16 P 16 P 16 P 16P 16E 16 E 16 E 16 E 16 E 16P 17 P 17 P 17 P 17P 17P 17

1,40

Somme des 19 HAP des différents échantillons (mg/kg MS)

Concentrations, mg/kg MS

Témoin

P 16 : printemps 2016 E 16 : été 2016 P 2017 : printemps 2017

Figure 3. Somme des 19 hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) de l’ensemble des échantillons d’herbes fauchées.

Figure 3.Sum of the 19 PAH of each sample of mowed grass.

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Références

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