L'histoire du gaz de fumier, ou biogaz, est celle d'une découverte progressive, d'une reconnaissance tardive et d'une réutilisation cyclique, souvent motivée par des crises. Bien avant que les défis énergétiques contemporains ne focalisent l'attention sur les énergies renouvelables, des scientifiques et des praticiens ont exploré et exploité le potentiel énergétique des matières organiques. Cette exploration remonte à des observations faites il y a plusieurs siècles, mais c'est dans le contexte particulier de la seconde guerre mondiale, et plus largement des pénuries énergétiques, que ce gaz a connu un regain d'intérêt notable, notamment en France.
Premières Observations et Identification du Méthane
Les premières observations de gaz émanant de matières organiques remontent à la fin du XVIIIe siècle. En 1776, le savant italien Alessandro Volta fut le premier à constater qu'un gaz inflammable s'échappait des marais. Ce phénomène, bien que connu empiriquement, commença à être sérieusement étudié par les scientifiques. C'est ensuite le chimiste français Antoine Lavoisier qui, en 1787, s'est penché sur la nature de ce gaz. Il l'a nommé « gas hidrogenium carbonatrum », une appellation qui reflétait sa compréhension de sa structure chimique : un atome de carbone lié à quatre atomes d'hydrogène. Cette dénomination, bien qu'historique, souligne la composition fondamentale du gaz.
Le XIXe siècle a vu des avancées significatives dans la compréhension et l'identification de ce gaz. En 1808, le physicien britannique Humphry Davy a étendu ces recherches en découvrant la présence de ce gaz dans le lisier, une matière organique abondante dans les exploitations agricoles. Cependant, le terme « méthane », tel que nous le connaissons aujourd'hui, n'a été proposé qu'en 1865, puis officiellement confirmé et adopté en 1892 lors d'un congrès international de nomenclature chimique. Parallèlement, en 1868, le chimiste agronome Jules Reiset a observé le dégagement de méthane lors de ses études sur la dynamique de l'azote dans les fumiers, établissant un lien plus précis entre la décomposition des matières organiques animales et la production de ce gaz.
Les Premiers Brevets et l'Émergence de la Fermentation Anaérobie
L'exploitation pratique du potentiel du gaz issu de la décomposition organique a commencé à prendre forme au cours du XIXe siècle. En 1881, un entrepreneur français nommé Louis Mouras, basé à Vesoul, a déposé un brevet pour une « nouvelle fosse d’aisance ». Ce dispositif visait à épurer les eaux des latrines par le biais de la fermentation anaérobie, un processus qui se déroule en l'absence d'oxygène. Cette approche novatrice cherchait à traiter les déchets tout en potentiellement valorisant les sous-produits.
Peu après, en Grande-Bretagne, Donald Cameron a développé et amélioré ce concept. Il a déposé un brevet pour un système qu'il a baptisé « fosse septique », dans le but de purifier les eaux d'égout. Ces premières « fosses septiques » marquaient une étape importante dans la gestion des eaux usées et la compréhension des processus de décomposition anaérobie à une échelle plus systémique.
Le Développement du Biogaz à la Ferme et le Contexte Historique
La véritable impulsion pour le développement du biogaz à la ferme en France a émergé à la fin des années 1930. Ce progrès est largement attribué à Marcel Isman et Gilbert Ducellier, deux enseignants de l'École nationale d'agriculture d'Alger. Grâce à leurs travaux et à la mise au point d'un digesteur breveté, la production de biogaz à partir de matières agricoles est devenue plus accessible et plus efficace.
La période de la seconde guerre mondiale a joué un rôle paradoxal dans la perception et l'utilisation de ces technologies. Les pénuries d'énergie, exacerbées par le conflit et le coût croissant des carburants, ont rendu les sources d'énergie alternatives particulièrement attrayantes. La méthanisation à la ferme a ainsi connu un regain d'intérêt significatif. Des exemples concrets illustrent cette tendance : des agriculteurs ont commencé à utiliser le gaz de fumier pour leurs besoins domestiques et agricoles. On rapporte qu'un médecin parisien a même fait équiper sa Peugeot de deux bouteilles en acier nickel-chrome plus légères pour fonctionner au biogaz, comme en témoignent des publications sur « Les véhicules de l’occupation ». Des articles de journaux de l'époque, tels que « Un agriculteur vosgien fait sa "popote" au gaz de fumier » ou « Quand un agriculteur lorrain produisait du biogaz de fumier… », témoignent de ces initiatives locales et de l'ingéniosité déployée pour pallier le manque d'énergies conventionnelles.
Le Lien entre Azote, Agriculture et la Synthèse de l'Ammoniac
L'histoire du gaz de fumier et de la méthanisation est intrinsèquement liée à celle de l'agriculture et de la gestion des nutriments, en particulier l'azote. Pour nourrir une population mondiale en croissance exponentielle, l'agriculture a dû s'adapter. La synthèse de l'ammoniac, réalisée pour la première fois en quantité industrielle en 1909, a été une révolution. Elle a permis de produire des engrais azotés synthétiques, une avancée qualifiée par certains de « plus grande découverte de tous les temps ».
Avant cette découverte, la gestion de l'azote dans les sols était un défi majeur. Après plusieurs années de monoculture, l'azote, essentiel à la croissance des plantes, s'épuise dans le sol, entraînant une baisse des rendements. Les stratégies traditionnelles incluaient les jachères, le recyclage des matières organiques comme le compost et le fumier, et l'utilisation de légumineuses (trèfle, fèves, luzerne, soja) dans les rotations culturales. Au XIXe siècle, l'Europe et les États-Unis dépendaient également de l'importation de guano du Pérou et de nitrate de sodium du Chili.
La synthèse de l'ammoniac par Fritz Haber, basée sur la réaction entre l'azote de l'air (composant 80% de l'atmosphère) et l'hydrogène sous haute pression et température, a résolu le problème de l'approvisionnement en azote. L'invention a permis une augmentation spectaculaire des rendements agricoles, soutenant l'expansion de la population mondiale, passée de 1,6 milliard au début du XXe siècle à près de 7 milliards aujourd'hui. Il est estimé que sans ces engrais, deux cinquièmes de la population actuelle n'existeraient pas.
Cependant, cette découverte a eu un double visage. Les composés nitrés, tels que l'ammoniac synthétique, ne servent pas uniquement à la fabrication d'engrais. Ils sont également des composants essentiels de la poudre à canon et des explosifs, comme la nitroglycérine. L'usine d'Oppau, initialement dédiée à la production d'ammoniac, fut réquisitionnée par l'armée allemande durant la Première Guerre mondiale. Fritz Haber, déjà célébré pour avoir « fabriqué du pain avec de l'air », devint une figure centrale de la Première Guerre mondiale, non seulement pour son rôle dans la production d'engrais, mais aussi pour ses recherches sur les gaz de combat. Son nom reste associé à l'utilisation du chlore comme arme chimique, lui valant le surnom de « père de la guerre chimique ». Tragiquement, les recherches menées dans son institut ont également conduit à la synthèse du Zyklon B en 1924, gaz qui sera utilisé plus tard par le régime nazi pour les chambres à gaz. Fritz Haber lui-même a dû démissionner de son poste en raison des mesures antisémites nazies et est mort en exil en 1934.
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La Méthanisation à la Ferme : Un Regain d'Intérêt Post-Chocs Pétroliers
Le contexte des chocs pétroliers, notamment celui de 1973 qui a suivi la Guerre du Kippour, a marqué un tournant dans la recherche de sources d'énergie alternatives. La quadruplication du prix du pétrole en six mois a incité de nombreux pays à diversifier leur production énergétique. En France, le Plan Messmer, lancé en 1974, visait à accélérer le développement du programme électronucléaire. Mais dans ce contexte de recherche d'autonomie énergétique, la production de gaz à partir du fumier a retrouvé une pertinence accrue.
Un exemple concret de cette période est l'installation décrite dans un reportage de l'émission Lorraine Soir de l'ORTF, diffusé le 10 janvier 1974. Un agriculteur vosgien avait mis en place un système de méthanisation relativement simple et peu coûteux. Son installation était composée de trois cuves en ciment de 8 m³ chacune. Le fumier, provenant d'une vingtaine de vaches, était versé dans ces cuves une fois par mois en moyenne. Pour initier la fermentation, le fumier était arrosé continuellement pendant une semaine. Chaque jour, cette installation produisait environ 4 m³ de gaz, utilisé ensuite pour le chauffage et la cuisson. L'agriculteur avait lui-même construit la majeure partie de l'installation, faisant appel à un artisan uniquement pour les travaux de chaudronnerie.
Au-delà de la production de gaz, la méthanisation présentait un autre avantage : l'amélioration de la valeur du digestat, c'est-à-dire du résidu liquide et solide après fermentation. L'agriculteur estimait que cette valeur augmentait d'environ un tiers. Le digestat conservait une plus grande proportion d'azote sous une forme soluble, contrairement au simple compostage où une partie de l'azote peut être perdue sous forme gazeuse.
La Méthanisation Aujourd'hui : Technologies Low-Tech et Enjeux Contemporains
Aujourd'hui, la méthanisation connaît un essor considérable. Elle est perçue comme une solution prometteuse pour répondre à plusieurs enjeux majeurs : l'autonomie énergétique, la décarbonation de l'économie et la protection de la biodiversité. Ces technologies, souvent qualifiées de « low-tech », privilégient la simplicité, la faible consommation de ressources et l'adaptation aux contextes locaux.
Les bactéries à l'origine de la méthanisation appartiennent au domaine des Archaea, un groupe d'organismes dont le nom signifie « originel, primitif » en grec ancien. Ces micro-organismes sont considérés parmi les plus anciens apparus sur Terre, évoluant dans une atmosphère primitive dépourvue d'oxygène et avant l'existence de l'être humain. Les études phylogénétiques, comme celles de Battistuzzi et al., cherchent à retracer leur histoire évolutive.
Dans le contexte actuel, la méthanisation s'inscrit dans une démarche de développement durable, offrant une alternative aux énergies fossiles et une gestion plus efficiente des déchets organiques. En France, des associations comme PicoJoule jouent un rôle actif dans la promotion et le développement de ces installations à petite échelle, démontrant que des solutions énergétiques écologiques et économiques sont accessibles, même au niveau local. La capacité de ces anciennes bactéries à transformer la matière organique en une source d'énergie exploitable continue de fasciner et de répondre à des besoins contemporains, bouclant ainsi la boucle d'une histoire qui a débuté par de simples observations dans les marais il y a plus de deux siècles.
