Miscanthus géant

Miscanthus broyé après récolte, utilisable comme biomasse-énergie

Détail

Stock de Miscanthus broyé

Il est planté au printemps sur un sol bien drainé, de pH de 5,5 à 7,5, plutôt riche en humus. La première récolte se fait après 2 ou 3 ans. Le pic de croissance est en juin-juillet (sauf sécheresse). Les feuilles se dessèchent en fin d'automne, permettant une récolte des cannes début du printemps (leur taux d’humidité est alors bas, inférieur à 17%) pour laisser le temps aux nutriments de redescendre dans le rhizome.

En 2008, l'INRA estimait que l'azote était important pour une production de biomasse optimale mais que la culture ne répond pas aux apports en P et K (ils sont recommandés en année 1 seulement[6]). Le miscanthus répondant faiblement à l'azote, sa présence par défaut dans le sol est suffisante à son bon développement[7]. D'où l'intérêt potentiel de le cultiver sur des terres polluées à l'azote ou surexploitées : il n'y aura pas besoin d'intrants supplémentaires.

Des parcelles expérimentales à destination énergétique et de production de biomasse ont été testées dans divers pays depuis la fin des années 1990, avec l’espoir d'une contribution à l’indépendance énergétique, au maintien d'emplois agricoles locaux et à limiter les émissions de gaz à effet de serre à partir de combustibles fossiles, voire en piégeant un peu de carbone dans le sol[8]. On a aussi envisagé qu’il puisse enrichir des pâtes à papier.

Il est en phase de test industriel pour des cultures agro-énergétiques ou de biocarburant, coupé et récolté par une ensileuse. Son rendement serait d’un peu plus de 12 t/ ha pour la France^{[réf. souhaitée]}, alors qu’il a pu ailleurs dépasser 20 t/ha de plantes à maturité dans les meilleures conditions géo-pédo-climatiques, sous réserve qu’il n’épuise pas les sols ou que la plante, affaiblie par plusieurs récoltes successives, ne perde pas de sa capacité productive.

SITA, SEDE environnement et d'autres groupes industriels ou structures de recherche l'ont envisagé pour produire de l’électricité, des agrocarburants ou de la biomasse, ou pour répondre aux appels à projet de production d'électricité « propre ». En 2015 l'association "Biomis G3" [9] a présenté lors de la COP 21 des échantillons d'un bloc-béton et de pièces automobiles incorporant du miscanthus. Alkern et Ciments Calcia ont annoncé la mise sur le marché de la construction d'un bloc-béton porteur, isolant acoustique et thermique, allégé grâce à l’incorporation de miscanthus (résistance annoncée : 3 MPa, permettant une utilisation pour la maison et le petit collectif jusqu'à R+2 et R+3). Après plusieurs années de test de fluage, de premières constructions (46 logements sociaux, intégrant 50 t de ce béton) sont prévues en 2018[10] mais les propriétés mécaniques ne permettent pas d'en faire des blocs porteurs selon l'étude BFF. Des panneaux isolants sont aussi annoncés, avec l’appui d’un troisième gros industriel.
Parallèlement, PSA produit des pièces de plasturgie allégées (les premiers échantillons de composites-miscanthus sont sortis des presses de l’usine Peugeot de Poissy, fin juin » selon Bernard Courtin (délégué général de l’association Biomis G3).

En France l'INRA a fait des tests en plein champ, et étudié, avec la société Kalys (Roubaix) les moyens de réduire le coût de production des pieds de miscanthus, concluant que la culture in vitro, le bouturage et la plantation en terre étaient rentables pour l’agriculture, mais nécessitant un investissement initial financier, technique et humain importants, car pour partie non mécanisable : la plantation se fait sur un sol préparé par un tracteur, manuellement ou mécaniquement, et elle nécessite un désherbage fin la première année ; à la main, mécaniquement ou au désherbant chimique.

À Estrées-Mons (Picardie) sur une "plateforme Biomasse" l’INRA mesure sa productivité en climat tempéré, son intérêt énergétique, en tant que biomatériau et pour la chimie verte (industrie des bioplastiques dans ce cas)[11] et ses éventuels besoin en pesticides, ou encore le rapport carbone/azote du miscanthus géant (avec l'objectif de le comparer à d’autres plantes en termes de coût-avantages-inconvénients, dans le cadre des Programmes Bioénergie NOE et BFF Biomass For the Future). Et à Versailles-Grignon l'Institut Jean-Pierre Bourdin (IJPB) de l'INRA soutient la création d'une filière de production et d'utilisation industrielle du miscanthus dans le nord du pays (et de sorgho dans le sud) avec des localités pionnières[12].

Depuis son introduction en Europe en 1935 par un horticulteur danois[13], aucun cas de développement incontrôlé ou de risque d'invasion du Miscanthus x giganteus n'a été recensé à ce jour. Du fait de la triploïdie de ses cellules, le Miscanthus x giganteus est stérile. Il peut se reproduire végétativement, par ses rhizomes ou par clonage. Le rhizome ne s'étend que sur une surface réduite (1 m²). Le miscanthus géant n'est donc pas considéré comme une plante envahissante[14]^,[15]^,[13].

Des confusions sont souvent faites avec d'autres espèces de miscanthus potentiellement envahissantes dans certaines conditions pédoclimatiques soit par leur rhizomes traçants, soit par leurs graines viables. La seule variété cultivée en agriculture est donc le Miscanthus x giganteus pour des raisons de sécurité environnementales et il ne se trouve pas en vente libre mais chez des producteurs de rhizomes certifiés.

Des travaux scientifiques affinés sont nécessaires à plus long terme, pour évaluer ses impacts sur le sol, l'incidence de la fin de vie de la culture (c'est une question importante pour les écobilans), car si la partie aérienne du miscanthus est sensible au glyphosate (désherbant total), le tissu de rhizomes et racines du miscanthus cultivé est dense et semble difficile à détruire rapidement ou facilement. Le recul manque aussi pour mesurer l'impact de cultures industrielles de miscanthus sur la faune et la qualité des sols, ou d'éventuelles séquelles sous forme de carences minérales après plusieurs années d'exploitation intensive.

Il y a également des questions de biodiversité à prendre en compte lors de l'implantation. En effet, sa partie aérienne peut servir de refuge pour le gibier[16] mais du fait de sa culture sur le long terme, les risques de modification des habitats et de l'écosystème des espèces endémiques sont présents (surtout en localisation sur d'anciennes zones forestières).

La question de la consommation d'eau des clones visant la production industrielle se pose aussi, car ils évapotranspirent beaucoup plus que la plupart des variétés sauvages, alors que des cultures sont envisagées dans les zones à risque de sécheresse estivale, là où le maïs pose déjà des problèmes préoccupants en été ou quand l’eau manque. En Bresse jurassienne et Pays dolois où la culture de Miscanthus a été introduite pour produire de la biomasse énergie, elle a induit le drainage de certaines parcelles de la vallée de la Brenne, ce qui « préoccupe les élus locaux et exploitants du secteur qui, pour un grand nombre, ont maintenu jusqu’à maintenant les prairies naturelles et les ont transmises dans l’état actuel de conservation »[17].

Enfin, des expériences de cultures sur sites et sols pollués (ancien site Metaleurop-Nord, devenu propriété de SITA qui y teste une plantation de miscanthus) nécessiteront un recul de plusieurs années pour mesurer l'impact de ces cultures en termes de phytoremédiation, phytostabilisation, bioturbation, etc.

À partir des années 1990, l'Europe a financé plusieurs projets de recherche sur l'espèce[18]

• Projet FAIR1-CT92-0294 « conditions de production » (1990–1996)
• Projet FAIR-CT96-1707 « action concertée sur le miscanthus » (1994-98) suivi d’une publication « Miscanthus pour la production d’énergie et de cellulose »
• Projet FAIR-CT96-1392 « amélioration génétique »
• Projet FAIR-CT97-3571 « utilisation du miscanthus dans les centrales thermiques et corrosion »
• Projet GRACE "Growing Advanced Industrial Crops on Margnial Lands for Biorefineries" (2017-2022)
• Projet MAGIC "Marginal Lands for Growing Industrial Crops" (2017-2021)
• Projet NEW-C-LAND "Projet de valorisation des sites marginaux par la production de biomasse végétale utilisée en énergie et matière" (2018-2022)

Au Royaume-Uni, le groupe Biomass Industrial Crops Ltd (Bical), fondé par des agriculteurs anglais en 1998, récolte en 2006 environ 400 000 t/an au Royaume-Uni, avec des aides gouvernementales (ex : aide à l’investissement de 40%, comme pour le TCR, de 2000 à 2013 par le département de l'Environnement, de l'Alimentation et des Affaires rurales (DEFRA) dans le cadre de l'« Energy Crops Scheme » (ECS) ce qui a permis à Bical de devenir leader parmi une dizaine de producteurs européens (avec un chiffre d’affaires annoncé de 6 millions d’euros en 2005)[18].

• Biomasse utilisée comme combustible pour produire chaleur et/ou électricité, avec cogénération possible en unités industrielles.
• Substitut au charbon ou au bois-énergie de chaudières et poêles individuels
• Biomasse à méthaniser [19]
• Litière pour animaux de ferme ou domestique, paillage
• Production de fibres (papier, panneaux de particule, pour l'écoconstruction éventuellement)
• Production d’éthanol[20] (agrocarburant).
• Contribution aux puits de carbone ;
  1. pour la partie aérienne, si elle est par exemple transformée en panneau de particule, tant que le panneau n’est pas brûlé, et
  2. pour les rhizomes et la rhizosphère qui stockent une partie importante du carbone absorbé par la plante, et dont une part importante pourrait rester dans le sol après la fin des cultures.

En 2009, on estimait que le retour sur investissement était de 7 ans (prix 92 €/t) avec selon Bical des marges brutes de 900 à 1 100 €/ha.

On ne dispose pas encore du recul nécessaire pour mesurer un éventuel impact sur les sols et la durabilité de la productivité de cette plante, sur un éventuel potentiel d'invasivité, sur la difficulté à débarrasser les sols de ses rhizomes lors de changement d’affectation du sol.

Si le miscanthus peut avec certains avantages (ressource renouvelable, moins polluante) remplacer le charbon dans les centrales électriques ou chaudières industrielles, sans modification technique, il constitue un volume à transporter et stocker plus important à poids égal.

L’investissement initial est important : les plants (encore coûteux) doivent être mis en terre avec une planteuse spéciale ou bien à la main, dans un sol aéré et creusé de sillons. La première année, l’élimination des adventices concurrentes est nécessaire pour permettre au miscanthus de produire de nombreux rhizomes qui développeront de nombreuses et nouvelles tiges les années suivantes. Le désherbage peut être assuré mécaniquement au moyen d’une herse étrille, chimiquement ou en combinant les deux solutions. Si la plantation est assez dense, la seconde année, les feuilles mortes de la 1^re année forment un couvre-sol qui doit suffire à empêcher la levée d’adventices.

Les fongicides et insecticides ne sont pour l’instant pas réputés nécessaires en Europe, les pathogènes du miscanthus n’y étant pas encore présents, mais ceci pourrait n’être que provisoire, la culture intensive et l’homogénéité génétique des plantations pouvant favoriser l’explosion démographique d’éventuels prédateurs (accidentellement importés du pays d’origine, ou d’espèces locales qui se seraient adaptées à ce nouvel hôte).

Les propriétés hydrauliques du Panicum virgatum L. (variété Amino) et du miscanthus (Miscanthus giganteus) mis en balles (ballots de végétaux compressés) ont été étudiées pour mieux comprendre leurs variations d'humidité lors du stockage, y compris pour des balles saturées en eau (équivalent de l’immersion en cas d’inondation). Les ballots moins denses sèchent moins vite[21]

Le miscanthus en culture modifie considérablement le paysage et la biodiversité du sol et du territoire concerné selon Karp et Shield, 2008, qui considèrent que les effets pour la faune sont neutres à légèrement positifs (pour certains oiseaux et insectes notamment)[22] si elle remplace une parcelle d'agriculture intensive.

Les premières cultures peuvent servir de « refuge » à quelques espèces animales (chassées ou non), qui ont le temps de nicher sans souffrir de la récolte qui se fait en mars, sur sol sec ou gelé, en phase initiale du nouveau cycle de pousse. Selon Semere & Slater (2007), l'intérêt pour la biodiversité et la petite faune est limité et n'existe que les 2 ou 3 premières années[23] après quoi la culture devient rapidement si dense qu’elle est peu pénétrable, hormis pour quelques espèces d’oiseaux[23].

De plus, si elles devaient se faire en zones humides, ces cultures nécessiteraient un drainage et se substitueraient donc à des milieux écologiquement beaucoup plus riches et fonctionnellement importants pour la qualité de l'eau. Avant cela (les 2 premières années), on utilise généralement un herbicide de type glyphosate « pour contrôler les mauvaises herbes et permettre un bon développement de la plante »[18] et une étude d'impact portant notamment sur la biodiversité peut être exigée[18].

Le programme Phytener a étudié son impact sur la biodiversité végétale (sur 6 parcelles expérimentales dont 4 plus ou moins polluées par des métaux lourds) pour apprécier son intérêt écologique sur sols contaminés. La flore vasculaire adventice des cultures de Miscanthus était principalement composée d'espèces indigènes, mais communes et peu menacées ; des annuelles (végétation thérophytique) et des vivaces[24].

Au Royaume-Uni, « les plantations ne sont pas autorisées sur les terres communales. Sur les sites protégés (Sites of Special Scientific Interest (SSSIs), Scheduled Monuments (SMs), Local Nature Reserves, National Nature Reserves, Registered Battlefields, Special Areas of Conservation (SAC), Special Protection Areas (SPA), World Heritage Sites et Ramsar sites), ou près de ceux-ci, une autorisation est nécessaire »[18]

Deux chenilles sont connues pour se nourrir principalement sur les rhizomes de cette plante, sans dégâts importants repérés en Europe avant 2009, mais avec l'extension des cultures, elles « pourraient cependant à terme occasionner des dégâts »[18].

Une attaque par un champignon ascomycète, Pithomyces chartarum, se manifestant par des taches nécrotiques foliaires, a été signalée dans le Kentucky (États-Unis) en 2009[25].