Utilisation et valorisation du CO2 en agriculture sous serre

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Introduction

Comme nous l’avons vu dans un article précédent, le dioxyde de carbone (ou CO2) joue un rôle majeur dans l’amélioration des rendements des processus biologiques, tels que la production d’algues et les cultures sous serre.

En effet, la particularité du métabolisme autotrophe des cellules végétales chlorophylliennes est leur capacité à synthétiser de la matière organique sous forme d’hydrates de carbone à partir de matières minérales (CO2, H2O et sels minéraux). Ce phénomène est connu sous le nom de photosynthèse. D’autres êtres vivants peuvent le faire, comme les cyanobactéries, un groupe de bactéries photosynthétiques communément appelées “algues”. Voir l’article dédié sur le sujet ici.

Dans une serre, la consommation de CO2 dépend du type de culture (activité photosynthétique). De plus, elle dépend également de la manière dont l’éclairage est contrôlé dans la zone de production : Un éclairage sur une période de 12 mois signifie qu’il y aura un enrichissement en CO2 tout au long de l’année pour les plantes. Cela a un effet saisonnier important : la consommation est la plus élevée au printemps et la plus faible en hiver.

Nous verrons dans cet article comment le CO2 peut être consommé dans une serre de culture avec des exemples concrets. En effet, il peut y avoir des synergies importantes entre certaines industries qui produisent du CO2 et les serristes qui en ont besoin pour leurs plantes.

– CO2 liquide

Dans la majorité des projets de serres à grande échelle, le CO2 est utilisé sous forme liquide. Le système de distribution du gaz (tuyaux) est situé le plus près possible des installations.

Ce type de technologie se retrouve notamment dans les serres de production de tomates, de poivrons et même de cannabis, qui ont une activité photosynthétique élevée et des besoins en CO2 allant jusqu’à 1 200 ppm (parties par million).

Les principaux avantages du CO2 liquide sont la pureté du produit, l’absence de risque d’endommagement des cultures et de production de chaleur ou d’humidité. En outre, il est possible de mieux contrôler les niveaux de CO2 et d’introduire le CO2 dans le couvert végétal à tout moment. Le dosage uniforme du CO2 joue un rôle très important dans la production en serre.

– CO2 gazeux (combustion sur place)

Dans la plupart des projets de serres à grande échelle, le CO2 est utilisé sous forme liquide et le CO2 généré est ensuite diffusé directement dans les zones de culture. Aujourd’hui, on retrouve ce procédé dans les projets de serres de petite et moyenne taille avec des fours à gaz.

L’un des inconvénients de la combustion du gaz naturel ou du propane est qu’elle ne produit pas que du CO2. En effet, une combustion incomplète ou des combustibles contaminés peuvent endommager les plantes et contaminer l’air pour les travailleurs. La combustion des combustibles génère également de l’humidité (= risques de maladies fongiques), cependant, dans le cas du propane, la quantité d’humidité générée par kg de CO2 est légèrement inférieure à celle du gaz naturel.

Pour les systèmes de chauffage à la biomasse, le défi consistera à filtrer les gaz de combustion afin d’obtenir le CO2 le plus pur possible. En outre, l’un des défis est la variabilité de la qualité de la biomasse et donc la production constante d’un CO2 “propre” pour les plantes.

Prochaine étape : le CO2 généré par la méthanisation est-il utilisable ?

La méthanisation est populaire en Europe du Nord et commence à se développer rapidement en France et aux Etats-Unis. Ce procédé permet de produire de l’énergie renouvelable (biométhane) et un digestat solide. Ce digestat, utilisé comme engrais organique, contribue au bouclage des cycles et au maintien de la fertilité des sols.

Lors de la production de biométhane, le processus d’épuration du gaz produit du CO2. Actuellement, ce CO2 n’est pas systématiquement récupéré et donc rejeté dans l’atmosphère, contribuant ainsi au réchauffement climatique.

Le prix du CO2 sur le marché est actuellement très variable, mais une façon d’augmenter sa valeur serait d’avoir des unités de méthanisation le plus près possible des serres de production, afin de réduire les coûts.

L’un des principaux défis consistera à récupérer le CO2 généré et à le transporter à un coût abordable pour les serristes.

De plus, la proximité d’une serre de culture et d’une unité de méthanisation permet d’envisager d’autres synergies, comme la valorisation de la chaleur et du digestat dans les substrats de culture.

Conclusion

Le CO2 est un paramètre essentiel qui influe sur la physiologie et la croissance des plantes, en particulier pour les cultures à forte photosynthèse. Il peut être injecté directement à partir du brûleur local ou indirectement par le biais d’un système de stockage et de diffusion de CO2 liquide dans la serre.

La valorisation du CO2 offre de nouvelles possibilités de synergies industrielles pour atténuer les émissions atmosphériques et réduire l’impact sur le changement climatique.

Source:

Atmospheric enrichment in greenhouses with carbon dioxide (.pdf)

Supplemental carbon dioxide in greenhouses:
https://www.ontario.ca/page/supplemental-carbon-dioxide-greenhouses#:~:text=The%20main%20advantages%20of%20using,by%20truck%20to%20the%20greenhouse.

Valorisation du CO2 de méthanisation (CTBM) French article :
https://atee.fr/system/files/2021-07/20200723_Guide_Valorisation_CO2_CTMB_modifVF.pdf