Situation générale de départ concernant la problématique du lisier
Le lisier est, dans l’opinion publique, un terme sensible de l’économie agricole, qui a finalement trouvé son expression dans la législation européenne.
Jusqu’à la mise en œuvre commerciale du procédé Haber-Bosch pour la production synthétique d’azote, au début du XXe siècle, les engrais organiques produits à la ferme, tels que le lisier ou le fumier, constituaient la principale source d’azote pour fertiliser les champs. Le lisier avait une connotation positive. Avec l’industrialisation progressive de l’agriculture dans les domaines de l’élevage et des cultures, un changement s’est produit :
Ø La modification de la composition des aliments pour animaux en faveur d’aliments protéinés plus concentrés a entraîné une augmentation de la proportion de NH³ dans le lisier (les protéines non digérées se décomposent en composés azotés).
Ø En raison de l’élevage intensif, des quantités toujours plus importantes de lisier sont produites dans des espaces toujours plus restreints et épandues sur des surfaces limitées. Le résultat, associé à la surfertilisation par de l’azote synthétique et naturel, est une pollution des sols et des eaux souterraines par les nitrates. Le lisier a été désigné comme le principal facteur responsable et a ainsi acquis une connotation négative.
Ø Comme le lisier d’animaux dont la fermentation dans le rumen est mauvaise est riche en azote, relativement pauvre en carbone et fortement émissif, il tend à former une couche flottante, une couche de mousse ou une couche de gaz à la surface. La partie du lisier située sous cette couche se putréfie alors et forme de nombreuses substances toxiques. L’administration, en forte augmentation, de médicaments et de désinfectants provenant des pédiluves, ainsi que l’eau de rinçage de la machine à traire, transforme également le lisier en un produit partiellement toxique. Non traité, il ne constitue pas une bonne nourriture pour la vie du sol.
Aujourd’hui, la perception commence à évoluer. Le lisier est de plus en plus considéré comme une alternative économique et respectueuse de l’environnement à la fertilisation à l’azote synthétique. Son utilisation répond aux exigences d’une agriculture durable.
Par ailleurs, de nouvelles technologies se sont développées, associant la haute technologie à une agriculture adaptée à la nature et la soutenant. Le lisier devient ainsi un produit hautement efficace, capable de fixer l’azote. Avec d’autres substances et des produits ajoutés tels que le silicium et d’autres oligoéléments, le lisier devient un engrais complexe ou un adjuvant à faibles coûts de production. De plus, les différents composants nécessaires au sol peuvent ainsi être épandus ensemble, et la hausse du prix des composants azotés due à l’augmentation des coûts de l’énergie peut être au moins partiellement amortie.
Les spécialistes reconnaissent eux aussi progressivement qu’il est possible de tirer parti de cette situation :
Production d’un engrais de haute qualité permettant de réduire fortement les émissions de NH³.
Grâce à sa forte teneur en nutriments transformés et liés de manière naturelle, à sa plus faible teneur en NH³ ainsi qu’aux micro-organismes qui y participent, le lisier traité complète le cycle biologique avec une efficacité écologique maximale pour les sols.
Le traitement du lisier améliore en outre sa fluidité, ce qui est avantageux pour tous les épandages de lisier ainsi que dans les canaux à lisier. Enfin, la réduction des odeurs obtenue lors de l’épandage constitue un avantage majeur pour la population, les agriculteurs et l’environnement.
De manière générale, il convient de tenir compte du cycle biologique lors de la production de lisier. La « prévention et le suivi » par :
- Apport de substances prébiotiques d’origine naturelle et de micro-organismes probiotiques aux animaux afin de garantir leur santé
- Hygiène des étables avec des produits appropriés (par ex. nébulisation de ferments, conditionnement de la litière)
- Traitement du lisier avec des produits naturels, dans des conditions de stockage appropriées, pour obtenir un engrais biologique haute performance
Cela permet d’obtenir un sol sain ainsi que des plantes saines, ce qui nous ramène au point de départ du cycle.
Situation actuelle du lisier en détail
Environ 95 % des émissions d’ammoniac (émissions de NH³) en Allemagne proviennent de l’agriculture (Office fédéral de l’environnement - UBA 2020). Selon la directive NEC (directive relative aux plafonds d’émission nationaux pour certains polluants atmosphériques), ces émissions doivent être réduites en Allemagne d’ici 2030 de au moins 29 % par rapport à 2005 (UBA 2020).
En particulier dans le cadre de l’utilisation d’engrais organiques, tels que le lisier, la réglementation sur les engrais (DüV) prescrit des mesures renforcées pour réduire les émissions d’ammoniac. Les exploitations agricoles sont ainsi tenues, dans le cas de terres arables cultivées, d’épandre les engrais organiques liquides présentant une teneur significative en azote disponible ou en azote ammoniacal uniquement en bandes à la surface du sol ou de les incorporer directement au sol (DüV, du 28.04.2020). En raison des mauvaises expériences liées à la souillure des aliments et de la lourde charge financière pour l’exploitation agricole, les agriculteurs et agricultrices ont de grandes réserves quant à la mise en œuvre de l’obligation d’épandage à faible distance du sol et en bandes (IG gesunde Gülle 2019).
En outre, selon l’UBA (2020), les mesures d’épandage à faible distance du sol ne suffisent pas à passer sous les valeurs limites. Ainsi, conformément à la directive NEC, un plafond de 431 kilotonnes d’émissions d’ammoniac (à partir de 2030) doit être respecté (Institut Thünen). Jusqu’à présent, la seule approche reconnue par la DüV pour réduire les émissions de NH³ en fin de chaîne de procédés, par un épandage à faible distance du sol, limite les possibilités de réduction. Les études disponibles permettent de conclure que l’exploitation de l’effet en cascade, par exemple au moyen du système d’élevage, d’une alimentation adaptée ou d’un traitement avec des additifs, peut conduire à une réduction nettement plus efficace que la seule mesure d’un épandage à faible distance du sol.
Ces possibilités de réduction, qui agissent au début de la chaîne procédurale, sont certes expressément mentionnées dans la DüV, à l’article 6, paragraphe 3, mais ne sont pas acceptées comme alternative à l’épandage au plus près du sol en raison de l’absence de preuves scientifiquement solides concernant leur efficacité pour réduire les émissions de NH³ (Müller et Aures 2020).
Cet état des connaissances a conduit au développement de la procédure de mesure et d’essai appliquée ici.
La mise en œuvre a commencé en janvier 2019 avec et par l’IG gesunde Gülle. Les bases de cette procédure de mesure et d’essai ont été posées en collaboration avec le laboratoire régional de Kassel, sous la direction du Dr Harald Schaaf. La méthode a ensuite été perfectionnée dans un laboratoire spécialement aménagé à Hebertsfelden, mis à disposition par Ingrid Bauer, également originaire de Hebertsfelden, qui a fait progresser le développement. Le projet a été financé par des dons privés d’agriculteurs et d’autres personnes, entreprises et organisations engagées. Jens Keim et Ingrid Bauer ont bénéficié de nombreux soutiens techniques et professionnels en coulisses, ce qui a permis la réussite de l’ensemble du projet.
Une méthode professionnelle d’essai et de mesure a été mise au point. Elle se compose du récipient d’essai des émissions de NH³, d’un liquide d’étalonnage et d’un protocole. Le développement du liquide d’étalonnage a été réalisé à la suite de nombreux essais individuels selon la méthode « trial and error ».
La fonctionnalité et l’adéquation de cette méthode d’essai et de mesure ont été confirmées par la DLG, sur mandat de l’IG gesunde Gülle, dans le rapport d’essai 2012-0032.
L’entreprise Extox a mis à disposition une « valise rouge » spécialement conçue à cet effet, permettant d’enregistrer les résultats des mesures. La mesure des émissions d’ammoniac des engrais organiques d’exploitation à partir d’échantillons prélevés dans des récipients, dans des conditions définies de laboratoire et de cadre expérimental, peut servir de base à l’étude de l’efficacité de différentes mesures de réduction à l’échelle de chaque exploitation et conduire à une réduction des émissions d’ammoniac dans l’agriculture orientée vers les résultats et vérifiable. En outre, la mise au point d’une valeur de référence permet de comparer les résultats des mesures. La reconnaissance en tant que méthode scientifique est assurée par le développement d’une procédure de mesure et d’essai standardisable.
L’objectif principal est d’établir une méthode indépendante de la technique de mesure, ou compatible avec presque toute technique de mesure, reconnue scientifiquement pour déterminer de manière vérifiable, répétable et comparable les émissions d’ammoniac (par exemple du lisier) dans des récipients, dans des conditions de laboratoire définissables. La méthodologie de mesure des émissions d’ammoniac est complexe. La LfL et l’Université technique de Munich ont proposé à l’IG gesunde Gülle d’organiser une revue internationale de la méthodologie, sous réserve de la présentation d’une description détaillée de la méthode conforme au protocole VERA. » (Müller et Aures 2020)
Aperçu de la description de la méthode simple et reconnue de mesure et d’essai « valise rouge » :
- technique de mesure étalonnable avec des tolérances définies
- récipient d’essai des émissions reproductible permettant un prélèvement vérifiable des émissions
- vitesse de l’air définie
- Méthodologie répétable et standardisable avec des conditions-cadres définies,
- Facteurs et leurs paramètres, ainsi qu’une procédure décrite avec précision
2. Étude de l’effet d’additifs minéraux pour lisier (activés tribomécaniquement) sur la réduction des émissions de NH³
2.1 Hypothèse de l’étude
Par l’« incorporation » d’additifs pour lisier à base d’un mélange de produits composé de différents minéraux argileux ayant été activés tribomécaniquement*, les émissions de NH³ sont considérablement réduites.
*Activation tribomécanique (procédé de pulvérisation) :
L’activation tribomécanique est un procédé spécial de micronisation au cours duquel les matières premières ne sont pas écrasées, mais broyées. Les particules sont fortement accélérées par des forces centrifuges. Grâce à une déviation technique de leur trajectoire, elles entrent en collision les unes avec les autres et se pulvérisent ainsi d’elles-mêmes. Il n’y a donc pas d’abrasion (comme dans les broyeurs à boulets), le matériau acquiert une énergie intrinsèque élevée et conserve sa pureté. En d’autres termes, ce procédé n’a aucun effet sur la composition chimique de la matière première ; au contraire, les réseaux cristallins restent intacts et ne sont pas détruits. La charge électrostatique, la surface des particules et la capacité d’échange ionique sont optimisées. La surface totale des particules est fortement accrue, ce qui augmente la vitesse ou la capacité de réaction des processus physiques et électrolytiques.
2.2 Méthode de mesure : « Potentiel d’émissions d’ammoniac avec la valise rouge », selon la méthode de l’IG-Gesunde Gülle
La technique de mesure utilisée, la « valise rouge », est un système d’aspiration d’échantillons utilisant un capteur électrochimique de NH³. Cette technique permet de mesurer la concentration d’ammoniac en temps réel. Le pilotage et la visualisation s’effectuent sur PC. La documentation automatique de la mesure ainsi que l’établissement du protocole sont notamment réalisés au format PDF. La valeur mesurée de NH³ (ppm) déterminée repose sur la moyenne des 60 mesures individuelles effectuées au cours de la dernière minute de mesure. Outre les capteurs destinés à mesurer le NH³, la température du produit mesuré et de l’air entrant (°C), ainsi que le débit volumique (l/h), la pression atmosphérique (hPa) et l’humidité relative de l’air (%) peuvent être relevés chaque seconde et documentés électroniquement.
Voir le travail scientifique d’Anna-Maria Bissinger, chapitre 5.2.-5.3.
« Méthode de mesure pour déterminer les émissions actuelles d’ammoniac de différents substrats au moyen d’une détermination des émissions de NH³ scientifiquement fiable et vérifiable avec étalonnage permanent du système » II./3 Recherche bibliographique et problématique
À la fin des examens, on obtient ce que l’on appelle une Protocole d’émissions de NH³. Le protocole d’émissions de NH³ constitue la base de cette procédure de mesure et d’essai. Il décrit la procédure standardisée précise et contient tous les paramètres et composants définis. Les facteurs tels que les conditions ambiantes et les conditions-cadres, déjà mentionnés pour la plupart, y sont fixés et définis. Lors de l’utilisation de NH³-Stable-Mobile, les paramètres soulignés sont automatiquement relevés et documentés. Si d’autres techniques de mesure sont utilisées, les valeurs doivent être relevées simultanément à l’aide d’appareils contrôlés. L’extrait suivant des paramètres doit être documenté et respecté :
- Température ambiante
- Humidité ambiante
- Pression atmosphérique
- Débit volumique mesuré
- Valeur du pH de la substance
- Type et désignation de la technique de mesure
- Mesure à vide
- Étalonnage initial ou mesure d’étalonnage avant chaque série de mesures
Cette documentation constitue un élément essentiel pour prouver et vérifier le respect des paramètres définis et garantir la comparabilité des résultats de mesure. Le protocole d’émissions de NH³ doit être joint à chaque résultat de mesure d’échantillon.
2.3 Mise en place et réalisation d’essais en cuve avec des additifs pour lisier
Condition préalable essentielle : utilisation du « lisier approprié » :
- Homogénéisation par agitation avant le prélèvement
- non traité
- valeur de pH supérieure à 7
- Valeur initiale en ppm comprise entre 40 et 80 AEP (potentiel d’émission d’ammoniac)
- Température : constante, à 12 °C maximum pendant toute la durée de l’essai
- aucun rayonnement solaire sur les fûts, car cela fausse les résultats
- Mesure simultanée d’autres paramètres tels que l’ammonium, l’azote total, le rapport C/N, etc.
2.3.1 Différentes formulations
Des formulations d’additifs pour lisier à base exclusivement minérale et activées tribomécaniquement des marques KALKMEISTER et STEINKRAFT ont été testées. Les rapports de mélange différaient pour chaque formulation.
Formulation n° 1
Formulation n° 2
Formulation n° 3
Formulation n° 4
Le lisier a été réparti dans des fûts de 60 litres. Chaque fût contenait 50 litres de lisier.
2.3.2 Dispositif expérimental
Ø 1 fût témoin contenant du lisier non traité et 1 fût de lisier contenant l’additif pour lisier concerné
Ø Le rapport de mélange était de 15 kg d’additif pour lisier par m³ de lisier. Sur cette base, l’additif pour lisier concerné a été incorporé dans les fûts.
Ø Les fûts de lisier étaient placés dans un endroit où la température restait constante (12 degrés Celsius maximum) et où ils n’étaient pas exposés au rayonnement solaire.
Mesure initiale : tous les fûts homogénéisés contenant du lisier non traité ont été mesurés avant le traitement . Cela a permis de confirmer l’homogénéité des lisiers disponibles.
1re mesure : après 30 heures
2e mesure : après 10 jours
3e mesure : après 14 jours
Tous les fûts étaient brièvement brassés avant chaque mesure et avant le prélèvement du lisier. Chaque mesure a été effectuée deux fois afin de confirmer l’exactitude des résultats. En cas d’écart, une nouvelle mesure de contrôle était effectuée.
Pour l’analyse statistique, la moyenne a été utilisée.
Lors de chaque mesure, la température du lisier était toujours de 20 (+/-0,5) degrés Celsius (réchauffé au micro-ondes ou au bain-marie). Le fût non traité servait de mesure témoin lors de chaque relevé.
3. Résultats
3.1. Présentation tabulaire des résultats
3.2. Représentation graphique des résultats
3.3 Description verbale des résultats
L’étude actuelle a montré que tous les additifs pour lisier testés permettent une forte fixation du NH³. Deux des quatre formulations étudiées se distinguent particulièrement bien lors de l’essai à long terme (après 14 jours), avec une fixation du NH³ de 33,63 % à 36,91 %. Des réductions supérieures à 30 % doivent généralement être considérées comme exceptionnelles. Il convient de noter qu’à pH identique, une diminution de l’AEP a été constatée. De plus, le lisier est resté très homogène pendant toute la période d’étude et présentait une grande fluidité. Il convient également de mentionner ici que les additifs lient en outre les nutriments organiques du lisier.
Comme cela avait été constaté lors d’études précédentes, cette étude confirme également que les additifs réagissent relativement rapidement. Après seulement 30 heures, des fixations du NH³ de 9,96 % à 25,03 % ont déjà été enregistrées. Le maximum de fixation du NH³ est toutefois observé après 14 jours. .
Pour mieux situer les résultats présentés, il convient de préciser qu’une réduction de la valeur de NH³ d’environ
Ø 20 % = un bon résultat
Ø 30 % et plus = un résultat exceptionnel
Tous les mélanges ont réagi positivement lors des études. Deux mélanges en particulier se sont révélés particulièrement réactifs et donc efficaces lors de l’essai à long terme en ce qui concerne la fixation du NH³ :
Ø Formulation n° 1 : KALKMEISTER N-Fix / STEINKRAFT Güllekraft N-Fix
Ø Formulation n° 2 : STEINKRAFT Güllekraft N-Fix Humin
Pour les deux formulations, des réductions significatives du NH³, atteignant jusqu’à >30 %, ont été constatées au cours de toutes les périodes d’étude. La valeur maximale a été mesurée après environ 14 jours.
4. Conclusion
Des additifs pour lisier ont été testés ici. Tous ont apporté une contribution très bonne à exceptionnelle à la réduction du NH³, en fixant les émanations gazeuses du lisier. Ainsi, les émissions de NH³ causées par l’épandage du lisier ont pu être réduites jusqu’à 30 %, voire davantage. Ce polluant atmosphérique est donc nettement réduit.
Deux produits se sont particulièrement distingués lors de l’étude :
- KALKMEISTER N-Fix / STEINKRAFT Güllekraft N-Fix
- STEINKRAFT Güllekraft N-Fix Humin
Le mélange d’additifs minéraux avant l’épandage du lisier présente également d’autres avantages pour l’agriculture :
- L’épandage du lisier s’effectue en même temps que l’apport des nutriments et oligoéléments supplémentaires nécessaires (= 1 seule opération).
- La nuisance olfactive pour l’environnement est fortement réduite.
- Le lisier traité contient moins de sels et n’a pas d’effet caustique sur les plantes, ce qui est particulièrement précieux lors de l’épandage sur les prairies.
- Les boudins de lisier formés par les pendillards à patins sont mieux assimilés avec du lisier traité et entraînent ainsi moins de souillures dans le fourrage.
- L’amélioration de l’alimentation pour l’élevage au pâturage, en termes de quantité d’herbe et de qualité, est significative.
- Le lisier traité contient moins de substances putrides. Tout ce qui pourrit et sent mauvais n’est bon ni pour l’être humain ni pour la vie du sol.
- Les additifs sont des minéraux naturels disponibles en quantité suffisante.
- Appliqués au champ, ils peuvent même restituer durablement du CO2 au sol grâce à l’augmentation de la biomasse (formation d’humus).
5. Recommandation :
Nous ne pouvons que recommander l'utilisation des additifs testés, au regard de leur potentiel de fixation du NH³, mais aussi en raison de leur effet positif sur le sol.
Nous recommandons à tous les exploitants de lagunes et responsables du traitement d'incorporer l'additif environ 14 jours avant l'épandage et de brasser le lisier avant celui-ci, car les processus anaérobies pourraient sinon se rétablir, selon l'intensité et le degré d'avancement de la putréfaction initiale du lisier.
Nous savons, grâce à des études antérieures, que la valeur en ppm du lisier peut déjà être réduite en amont grâce à l'alimentation et à l'hygiène de l'étable (litière). Le lisier devient ainsi plus stable et les processus de putréfaction ont moins de possibilités de s'installer. De manière générale, nous recommandons en outre de « brasser » le lisier afin de pouvoir contrer naturellement la pression de putréfaction.
Grâce aux additifs pour lisier à base minérale et activés tribomécaniquement testés dans cette étude, les éléments suivants se produisent simultanément :
§ l'additif pour lisier principalement à base de chaux (KALKMEISTER N-Fix / STEINKRAFT Güllekraft N-fix) soutient le chaulage des sols
§ l'additif pour lisier principalement basé sur un mélange de zéolithe et de léonardite (STEINKRAFT Güllekraft N-Fix Humin) apporte une contribution précieuse à la formation d'humus, devenue urgente
§ les additifs testés des marques KALKMEISTER et STEINKRAFT favorisent également dans le sol l'activation de la microbiologie et la formation d'humus, apportant ainsi une contribution précieuse à la revitalisation des sols
Le dosage d'environ 15 kg à 20 kg maximum par m³ de lisier rend cette solution naturelle et performante de traitement du lisier également intéressante sur le plan du prix et offre le potentiel de remettre plus que jamais en question l'épandage au plus près du sol comme un dogme.
En résumé, il convient de constater que cette étude nous fournit bien plus que de premiers indices sur l'effet positif des additifs minéralogiques pour la fixation du NH³ dans le lisier, et que leur utilisation est déjà pertinente aujourd'hui.
Cela nous a encouragés à documenter les additifs pour lisier dans d'autres domaines d'application, par exemple dans les installations de biogaz.
Service de mesure d'Ingrid Bauer : www.ingridbauer.de
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