Cogénération en serre : chaleur, électricité et CO2, conditions de rentabilité

La cogénération en serre produit à la fois de l'électricité, vendue au réseau, et de la chaleur, qui chauffe la culture. Un cas-type publié en 2017 par la chambre d'agriculture de Provence retient 44 % de rendement électrique et 50 % de rendement thermique. Sa rentabilité tient surtout au prix de vente de l'électricité : elle se recalcule à chaque fin de contrat.

Cette page explique le fonctionnement, le bilan énergétique, la valorisation du CO2, les contrats et le calcul de rentabilité. La comparaison avec la chaudière, la biomasse et la pompe à chaleur figure sur la page chauffage de serre agricole.

Comment fonctionne une cogénération en serre ?

Une cogénération de serre est le plus souvent un moteur à gaz naturel couplé à un alternateur. Le moteur produit l'électricité ; sa chaleur, récupérée sur le circuit de refroidissement et sur les fumées, alimente le réseau d'eau chaude de la serre. Un ballon de stockage permet de produire de l'électricité aux heures où elle se vend bien, et d'utiliser la chaleur plus tard.

Le modèle s'est développé dans les grandes serres de tomates, en France comme aux Pays-Bas. Il présente trois intérêts : une chaleur peu chère tant que l'électricité paie le gaz, une production d'électricité locale en hiver, et une source de CO2 pour la culture.

Le cas-type de la chambre d'agriculture chiffrait l'investissement à environ 950 000 € par MW électrique, soit 450 000 € par hectare de serre, financé en crédit-bail. Une partie des cogénérations est d'ailleurs exploitée par des sociétés tierces, qui vendent la chaleur au serriste. Dans ce cas, la fin du contrat d'électricité concerne d'abord l'exploitant de la cogénération, mais ses effets se répercutent sur le prix de la chaleur livrée à la serre.

Le bilan pour 1 MWh de gaz

Le tableau applique les rendements du cas-type à 1 MWh de gaz naturel, mesuré sur son pouvoir calorifique inférieur. Le CO2 émis découle du facteur de combustion du gaz publié par le ministère, soit 2,3 tonnes par tonne équivalent pétrole.

Le rendement total atteint 94 %, au-dessus d'une chaudière gaz classique mais sous une chaudière à condensation. La différence est que près de la moitié de l'énergie sort sous forme d'électricité, une énergie de plus grande valeur. C'est ce qui fait l'intérêt de la cogénération quand l'électricité est bien payée.

Le CO2 des fumées pour la culture

Dans une serre fermée et lumineuse, la culture consomme le CO2 de l'air et la photosynthèse ralentit. Les serristes injectent donc du CO2 pendant la journée, le plus souvent celui des gaz de combustion. La chambre d'agriculture le rappelle : le stockage d'eau chaude permet d'utiliser le CO2 le jour et la chaleur la nuit.

Les fumées d'un moteur doivent être épurées avant injection, car elles contiennent des oxydes d'azote et d'autres composés nocifs pour les plantes. Ce traitement fait partie de l'installation. Quand une serre abandonne le gaz pour une pompe à chaleur, il faut prévoir une autre source de CO2, comme du CO2 liquide livré.

Dimensionnement et part du chauffage couverte

Le cas-type retient une puissance de 0,48 MW électrique et 0,55 MW thermique par hectare de serre. Selon le CTIFL, cité dans le même document, une cogénération assure environ 95 % des besoins de chaleur de novembre à mars, et environ 60 % sur l'année. Le reste, notamment hors période de production électrique, vient d'une chaudière.

Ce dimensionnement suit la logique des contrats : produire beaucoup d'électricité en hiver, quand elle était achetée à un prix garanti. La puissance thermique ne couvre pas la pointe de froid, d'où la chaudière d'appoint. La puissance maximale de la serre se calcule avec la méthode de la page bilan thermique d'une serre.

Les contrats de vente d'électricité

Le contrat d'obligation d'achat C13 a longtemps garanti un prix de rachat de l'électricité sur 12 ans, ce qui a permis de nombreux projets. Selon la presse agricole, le décret du 28 mai 2016 l'a remplacé par deux contrats : le C16 pour les cogénérations de moins de 300 kWe, le CR16 de 300 kWe à 1 MWe. Au-delà, le CTIFL soulignait en 2017 qu'il n'existait plus de garantie de prix adaptée aux serres.

Les contrats d'obligation d'achat suivent une saison d'hiver. Pour l'hiver 2025-2026, EDF Obligation d'achat indiquait une fin de période d'achat au 1er avril, la période recommençant au 1er novembre. Le calendrier de chaque saison se vérifie sur ce même site. Une cogénération qui arrive en fin de contrat doit donc revoir son modèle : vente sur le marché, autoconsommation, ou arrêt.

Calculer la rentabilité d'une cogénération

Le calcul met en regard les charges, gaz, financement et maintenance, et la recette de la vente d'électricité. La chaleur produite est la variable de sortie : si la recette couvre les charges, elle est gratuite. Le cas-type de la chambre d'agriculture (2017) donne un prévisionnel théorique par m² de serre.

Avec un gaz à 28 € le MWh et une électricité rachetée à 122 € le MWh, la cogénération dégageait environ 2,00 € par m² en plus de la chaleur fournie. Ces prix datent de 2017 : le calcul est à refaire avec les prix actuels du gaz et de l'électricité, qui ont fortement varié depuis.

Le seuil de prix de l'électricité

Le même cas-type permet de calculer le prix de vente de l'électricité en dessous duquel la chaleur cesse d'être gratuite.

Sous ce seuil, la chaleur a un coût, qu'il faut comparer à celui d'une chaudière ou d'une pompe à chaleur. Le seuil monte avec le prix du gaz : une hausse du gaz réduit d'autant la marge de la cogénération.

Les options en fin de contrat

Une cogénération qui sort de son contrat garanti a quatre options. Aucune n'est bonne par principe : le choix dépend de l'état du moteur, des prix de l'énergie et du projet de l'exploitation.

• Vendre sur le marché : produire seulement aux heures où l'électricité se vend cher, en hiver, et stocker la chaleur. La recette devient variable d'une année à l'autre.
• Autoconsommer : utiliser l'électricité sur place, par exemple pour l'éclairage d'appoint. L'intérêt dépend du prix d'achat évité.
• Arrêter le moteur et garder la chaudière : solution simple, mais qui renchérit la chaleur et prive la serre du CO2 de la cogénération.
• Passer à la pompe à chaleur : électrifier le chauffage, avec la prime de la fiche révisée, et prévoir une autre source de CO2.

Dans tous les cas, l'analyse commence par les historiques : heures de fonctionnement du moteur, chaleur réellement utilisée par la serre, part couverte par la chaudière. Ces chiffres permettent de comparer les options sur des bases réelles plutôt que sur le prévisionnel d'origine. Le calendrier compte aussi : une conversion à la pompe à chaleur demande une étude, un raccordement électrique parfois renforcé et plusieurs mois de travaux, à anticiper avant l'échéance du contrat.

Cogénération ou pompe à chaleur ?

Les deux modèles s'opposent. La cogénération brûle du gaz et vend de l'électricité ; la pompe à chaleur achète de l'électricité et ne brûle rien. Le projet de fiche AGRI-TH-108 révisée exige l'électrification totale du chauffage, ce qui exclut de garder une cogénération en production.

La fin d'un contrat d'achat est souvent le bon moment pour comparer. Si l'électricité ne se vend plus assez cher pour payer le gaz, la chaleur de la cogénération devient coûteuse, alors que la prime PAC peut financer une partie importante d'une installation neuve. La comparaison doit aussi chiffrer la perte du CO2 gratuit et le raccordement électrique nécessaire à la PAC.

Le coût du MWh de chaleur de chaque système se compare avec la grille de la page chauffage de serre agricole, et le besoin annuel avec la page consommation de chauffage d'une serre.

Questions fréquentes sur la cogénération en serre

Qu'est-ce que la cogénération en serre ?

C'est la production simultanée d'électricité et de chaleur par un moteur à gaz installé sur l'exploitation. L'électricité est vendue au réseau, la chaleur chauffe la serre et le CO2 des fumées, après traitement, peut enrichir l'atmosphère de culture. Un cas-type de 2017 retient 44 % de rendement électrique et 50 % de rendement thermique.

La cogénération est-elle encore rentable pour une serre ?

Sa rentabilité dépend surtout du prix de vente de l'électricité. Avec les contrats d'achat garantis, la vente d'électricité payait le gaz et l'installation. Sans prix garanti, elle se joue sur les prix de marché de l'hiver, et chaque projet doit être recalculé.

Quelle part du chauffage une cogénération couvre-t-elle ?

Selon le CTIFL, cité par la chambre d'agriculture, une cogénération assure environ 95 % des besoins énergétiques de novembre à mars et environ 60 % sur l'année. Le reste est fourni par une chaudière, notamment en dehors de la période de production d'électricité.

Peut-on combiner cogénération et prime PAC ?

Pas dans le cadre du projet de fiche AGRI-TH-108 révisée, qui exige l'électrification totale du chauffage : aucune production de chaleur au gaz ne peut rester en service, hors secours consigné. Le choix se fait donc entre les deux modèles.

Revoir l'avenir de votre cogénération

Une cogénération en fin de contrat pose une question de modèle, pas seulement de maintenance. Praxis Énergie Serres chiffre les options, prolonger, vendre sur le marché, passer à la pompe à chaleur, à partir de vos consommations et des prix actuels, dans le cadre d'une étude de dimensionnement.

Demander une étude de l'après-cogénération.