Situation générale concernant le thème du lisier
Le lisier est un terme sensible en agroéconomie dans l'opinion publique, ce qui s'est finalement reflété dans la législation européenne.
Les engrais organiques produits à la ferme, comme le lisier ou le fumier, étaient jusqu'à la mise en œuvre commerciale du procédé Haber-Bosch pour la production synthétique d'azote (début du 20e siècle) la principale source d'azote pour la fertilisation des champs. Le lisier avait une image positive. Avec l'industrialisation croissante de l'agriculture dans l'élevage et la culture, un changement est survenu :
Ø La modification de la composition de l'alimentation vers des aliments protéinés plus concentrés a entraîné une augmentation de la teneur en NH³ dans le lisier (les protéines non digérées se décomposent en composants azotés).
Ø Avec l'élevage intensif, des quantités toujours plus grandes de lisier sont produites sur des espaces de plus en plus restreints et épandues sur des surfaces limitées. Le résultat, en lien avec la sur-fertilisation par l'azote synthétique et naturel, est une contamination des sols et des eaux souterraines par les nitrates. Le lisier a été désigné comme le principal facteur responsable et a ainsi une image négative.
Ø Parce que le lisier provenant d'animaux avec une mauvaise fermentation ruminale est riche en azote, relativement pauvre en carbone et émetteur important, il a tendance 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 pourrit alors et produit de nombreuses substances toxiques. L'administration accrue de médicaments, de désinfectants issus des bains de pieds ou de l'eau de rinçage des machines à traire transforme également le lisier en un produit parfois toxique. Non traité, il n'est pas une bonne nourriture pour la vie du sol.
Aujourd'hui, l'image commence à changer. Le lisier est de plus en plus perçu comme une alternative économique et respectueuse de l'environnement à la fertilisation avec de l'azote synthétique. Son utilisation répond à l'exigence d'une agriculture durable.
Par ailleurs, de nouvelles technologies ont été développées, alliant haute technologie et agriculture adaptée à la nature, et les soutenant. Ainsi, le lisier devient un produit très efficace capable de fixer l'azote. Associé à d'autres substances et des produits ajoutés comme le silicium et d'autres oligo-éléments, le lisier devient un engrais complexe ou un additif à faible coût de production. De plus, les différents composants nécessaires au sol peuvent ainsi être appliqués ensemble, et l'augmentation du prix des composants azotés due à la hausse des coûts énergétiques peut être au moins partiellement atténuée.
Il devient progressivement évident même pour les experts qu'il est possible de tirer parti de cette situation difficile :
Fabrication d'un engrais de haute qualité, permettant de réduire fortement les émissions de NH³.
Le lisier traité, avec sa forte teneur en nutriments naturellement transformés et liés, sa teneur réduite en NH³, ainsi que les micro-organismes impliqués, complète le cycle biologique avec une efficacité écologique du sol maximale.
Le traitement du lisier améliore également sa fluidité, ce qui est avantageux pour tous les épandages et dans les canaux à lisier. Sans oublier la réduction des odeurs lors de l'épandage. Un grand avantage pour la population, les agriculteurs et l'environnement.
En général, le cycle biologique doit être pris en compte dans la production de lisier. La « préparation et le suivi » par :
- Soins des animaux avec des substances prébiotiques naturelles et des micro-organismes probiotiques pour assurer la santé animale
- Hygiène des étables avec des moyens adaptés (par exemple, pulvérisation de ferments, conditionnement de la litière)
- Traitement du lisier avec des produits naturels dans des conditions de stockage appropriées pour un engrais biologique performant
Cela conduit à un sol sain ainsi qu'à 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 (Agence fédérale de l'environnement - UBA 2020). Selon la directive NEC (directive sur les plafonds nationaux d'émissions pour certains polluants atmosphériques), ces émissions doivent être réduites en Allemagne d'ici 2030 de au moins 29% réduit par rapport à 2005 (UBA 2020).
Surtout dans le traitement des engrais organiques, comme le lisier, la réglementation sur la fertilisation (DüV) impose des durcissements pour réduire les émissions d'ammoniac. Les exploitations agricoles sont ainsi tenues d'épandre le fumier liquide, contenant une quantité significative d'azote disponible ou d'azote ammoniacal, uniquement en bandes sur les terres arables cultivées ou de l'incorporer directement dans le sol (DüV, du 28.04.2020). En raison de mauvaises expériences liées à la contamination des aliments et du lourd fardeau financier pour les exploitations agricoles, les agriculteurs et agricultrices expriment de grandes inquiétudes quant à la mise en œuvre de l'obligation d'épandage au ras du sol et en bandes. (IG gesunde Gülle 2019).
Selon l'UBA (2020), les mesures de la technique d'épandage au ras du sol ne suffisent pas à respecter les valeurs limites. Ainsi, selon la directive NEC, une limite supérieure de 431 kilotonnes d'émissions d'ammoniac (à partir de 2030) doit être respectée (Institut Thünen). La seule approche reconnue jusqu'à présent dans la DüV pour réduire les émissions de NH³ en fin de chaîne de traitement par épandage au ras du sol limite les possibilités de réduction. Les études antérieures permettent de conclure que l'utilisation de l'effet cascade, par exemple via le système d'élevage, une alimentation adaptée ou un traitement avec des additifs, peut conduire à une réduction nettement plus efficace comparée à la seule mesure d'épandage au ras du sol.
Ces possibilités de réduction, qui agissent au début de la chaîne de procédure, sont certes expressément mentionnées dans la DüV au paragraphe 6, alinéa 3, mais ne sont pas acceptées comme alternative à l'épandage au ras du sol en raison de l'absence de preuves scientifiques solides quant à leur efficacité pour réduire les émissions de NH³ (Müller et Aures 2020).
Ce niveau de connaissances a conduit au développement de la procédure de mesure et de test appliquée ici.
La mise en œuvre a débuté en janvier 2019 avec et par l'IG gesunde Gülle. En collaboration avec le laboratoire régional de Kassel sous la direction du Dr Harald Schaaf, les bases de cette procédure de mesure et de test ont été posées. Le développement ultérieur de la méthode a eu lieu dans un laboratoire spécialement aménagé à Hebertsfelden, mis à disposition par Ingrid Bauer de Hebertsfelden, qui a également fait avancer le développement. Le projet a été financé par des dons privés d'agriculteurs ainsi que d'autres personnes engagées, entreprises et organisations. Jens Keim et Ingrid Bauer ont bénéficié de nombreux soutiens techniques et professionnels en arrière-plan, ce qui a conduit au succès de l'ensemble du projet.
Une méthode professionnelle de test et de mesure a été développée, composée du récipient de test d'émission NH³, d'un liquide d'étalonnage et d'un protocole. Le développement du liquide d'étalonnage a été réalisé à partir de nombreuses expériences individuelles selon la méthode « essai-erreur ».
La fonctionnalité et l'adéquation de cette méthode de test et de mesure ont été confirmées par la DLG dans le rapport d'essai 2012-0032, sur mandat de l'IG gesunde Gülle.
La société Extox a mis à disposition une « valise rouge » spécialement développée à cet effet, permettant d'enregistrer les résultats de mesure. La mesure des émissions d'ammoniac provenant des engrais organiques dans des récipients d'échantillonnage sous des conditions cadres et de laboratoire définies peut servir de base à l'étude de l'efficacité de différentes mesures de réduction au niveau individuel des exploitations et conduire à une réduction des émissions d'ammoniac dans l'agriculture, fondée sur des résultats et vérifiable. De plus, le développement d'une valeur de référence permet la comparabilité entre les résultats de mesure. La reconnaissance en tant que méthode scientifique est assurée par le développement d'une procédure de mesure et de test standardisable.
L'objectif principal est d'établir une méthode scientifiquement reconnue, indépendante de la technique de mesure ou compatible avec presque toutes les techniques de mesure, permettant une détermination vérifiable, répétable et comparable des émissions d'ammoniac (par exemple du lisier) dans des récipients sous des conditions de laboratoire définies. La méthodologie de mesure des émissions d'ammoniac est complexe. Le LfL et l'Université technique de Munich ont proposé à l'IG gesunde Gülle, sur présentation d'une description détaillée de la méthode conforme au protocole VERA, d'organiser une revue internationale de la méthodologie.» (Müller et Aures 2020)
Description générale de la méthode simple et reconnue de mesure et d'essai « Valise rouge » :
- technique de mesure calibrable avec tolérances définies
- appareil d'essai d'émission reproductible pour un prélèvement vérifiable des émissions
- vitesse d'air définie
- méthodologie répétable et standardisable avec des conditions cadres définies,
- Facteurs et leurs paramètres ainsi qu'une procédure décrite en détail
2. Étude de l'effet des compléments minéraux pour lisier (activés tribomécaniquement) sur la réduction des émissions de NH³
2.1 Hypothèse de l'étude
L'ajout de compléments de lisier basés sur un mélange de produits de différentes argiles minérales, activés tribomécaniquement*, réduit significativement les émissions de NH³.
*Activation tribomécanique (procédé de pulvérisation) :
L'activation tribomécanique est un procédé spécial de micronisation dans lequel les matières premières ne sont pas écrasées, mais broyées par friction. Les particules sont fortement accélérées par des forces centrifuges. Par une déviation technique de la direction du mouvement, elles entrent en collision les unes avec les autres et se fragmentent ainsi elles-mêmes. Cela évite toute abrasion (comme dans les broyeurs à billes), le matériau acquiert une énergie de base élevée et conserve sa pureté. Autrement dit, 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 brisés. La charge électrostatique, la surface des particules et la capacité d'échange ionique sont optimisées. La surface totale des particules est fortement augmentée, ce qui accroît la vitesse et la capacité de réaction des processus physiques et électrolytiques.
2.2 Méthode de mesure : « Potentiel d’émission d’ammoniac avec la Valise rouge » selon la méthode de l’IG-Gesunde Gülle
La technique de mesure utilisée, le « Valise rouge », est un système d’aspiration d’échantillons utilisant un capteur électrochimique de NH³. La concentration d’ammoniac peut être mesurée en temps réel avec cette technique. Le contrôle et la visualisation se font via PC. Une documentation automatique de la mesure ainsi que la création du protocole sont réalisées notamment au format PDF. La valeur mesurée de NH³ (ppm) est basée sur la moyenne des 60 mesures individuelles de la dernière minute de mesure. En plus des capteurs pour la mesure de NH³, la température du produit mesuré et de l’air d’alimentation (°C), ainsi que le débit volumique (l/h), la pression atmosphérique (hPa) et l’humidité relative (%) sont enregistrés chaque seconde et documentés électroniquement.
Voir le travail scientifique d’Anna-Maria Bissinger, chapitre 5.2.-5.3.
« Méthode de mesure pour la détermination des émissions actuelles d’ammoniac de différents substrats basée sur une détermination scientifique, fiable et vérifiable des émissions de NH³ avec étalonnage permanent du système » II./3 Recherche bibliographique et problématique
À la fin des investigations, on obtient ce qu’on appelle un Protocole d’émission de NH³. Le protocole d’émission de NH³ constitue la base de cette méthode de mesure et de contrôle. Il décrit la procédure standardisée précise et inclut tous les paramètres et composants définis. Les facteurs tels que les conditions ambiantes et cadres, déjà largement mentionnés, y sont fixés et définis. Lors de l’utilisation de NH³-Stable-Mobile, les paramètres soulignés sont automatiquement enregistrés et documentés. Si d’autres techniques de mesure sont utilisées, les valeurs doivent être enregistrées par des appareils certifiés. L’extrait suivant des paramètres doit être documenté et respecté :
- Température ambiante
- Humidité ambiante
- Pression atmosphérique
- Débit volumique mesuré
- Valeur de 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 est un élément important pour prouver le respect des paramètres définis, en assurer le suivi et garantir la comparabilité des résultats de mesure. Le protocole d’émission de NH³ doit être joint à chaque résultat d’échantillon.
2.3 Montage expérimental et réalisation d’essais en cuve avec additifs pour lisier
Condition préalable : utilisation du « lisier approprié » :
- Homogénéisation par agitation avant prélèvement
- non traité
- Valeur de pH supérieure à 7
- Valeur initiale en ppm entre 40 et 80 AEP (potentiel d'émission d'ammoniac)
- Température : constante à max. 12 °C pendant toute la durée de l'essai
- pas d'exposition au soleil sur les fûts, cela fausserait les résultats
- Mesure simultanée d'autres paramètres tels que ammonium, azote total, rapport C/N, etc.
2.3.1 Différentes formules
Des formules d'additifs pour lisier à base purement minérale et activées tribomécaniquement des marques KALKMEISTER et STEINKRAFT ont été testées. Les proportions de mélange variaient selon chaque formule.
Formule n° 1
Formule n° 2
Formule n° 3
Formule n° 4
Le lisier a été versé dans des fûts de 60 litres. Chaque fût contenait 50 litres de lisier.
2.3.2 Dispositif expérimental
Ø 1 fût témoin de lisier non traité et 1 fût de lisier avec l'additif respectif
Ø Le rapport de mélange correspondait à 15 kg d'additif pour lisier par m³ de lisier. Sur cette base, l'additif respectif a été incorporé dans les fûts.
Ø Les fûts de lisier étaient placés dans un endroit où la température restait constante (max. 12 degrés Celsius) et où ils n'étaient pas exposés aux rayons du soleil.
Mesure 0 : Tous les fûts homogénéisés non traités 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 ont été brièvement agités avant chaque mesure et avant le prélèvement du lisier. Chaque mesure a été réalisée deux fois pour confirmer la validité des résultats. En cas de divergence, une mesure de répétition a été effectuée.
La moyenne a été utilisée pour l'analyse statistique.
La température du lisier lors de la mesure a toujours été de 20 (+/-0,5) degrés Celsius (chauffé au micro-ondes ou au bain-marie). Le fût non traité a été mesuré comme contrôle à chaque mesure.
3. Résultats
3.1 Représentation 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 atteignent une forte fixation de NH³. Deux des quatre formules examinées obtiennent de très bons résultats dans l'essai à long terme (après 14 jours) avec une fixation de NH³ de 33,63 % à 36,91 %. Des réductions supérieures à 30 % sont généralement considérées comme exceptionnelles. Il est à noter qu'à pH identique, une diminution du potentiel d'émission d'ammoniac (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 positivement que les additifs lient en outre les nutriments organiques du lisier.
Comme dans les études précédentes, cette étude confirme que les additifs réagissent relativement rapidement. Dès 30 heures, des fixations de NH³ de 9,96 % à 25,03 % sont observées. Le maximum de fixation de NH³ est cependant atteint après 14 jours.
Pour mieux situer les résultats présentés, il faut noter qu'une réduction du taux de NH³ d'environ
Ø 20 % = un bon résultat
Ø 30 % et plus = un résultat exceptionnel
Dans les études, tous les mélanges ont réagi positivement. Deux mélanges en particulier se sont révélés très réactifs et donc efficaces pour la fixation de NH³ lors de l'essai à long terme :
Ø Formule n° 1 : KALKMEISTER N-Fix / STEINKRAFT Güllekraft N-Fix
Ø Formule n° 2 : STEINKRAFT Güllekraft N-Fix Humin
Pour les deux formules, des réductions significatives de NH³ ont été constatées dans toutes les périodes d'étude, avec un pic supérieur à 30 %. La valeur maximale a été mesurée après environ 14 jours.
4. Conclusion
Des additifs pour lisier ont été testés ici, tous apportant une contribution très bonne à exceptionnelle à la réduction de NH³, par fixation des émissions provenant du lisier. Cela a permis de réduire les émissions de NH³ liées à l'épandage du lisier jusqu'à 30 % et plus. Le polluant atmosphérique est ainsi nettement réduit.
Deux produits ont particulièrement convaincu 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 en outre d'autres avantages pour l'agriculture :
- L'épandage du lisier s'effectue en même temps que l'apport des nutriments et oligo-éléments nécessaires (= 1 opération).
- La nuisance olfactive pour l'environnement est fortement réduite.
- Le lisier traité contient moins de sels, n'est pas corrosif pour les plantes, ce qui est particulièrement précieux lors de l'épandage sur les prairies.
- Les saucisses de lisier avec les patins traînants sont mieux décomposées avec du lisier traité, ce qui entraîne moins de pollution dans la nourriture.
- L'amélioration de l'alimentation pour l'élevage en pâturage, en termes de quantité d'herbe et de qualité, est significative.
- Le lisier traité contient moins de substances putréfiantes. Tout ce qui pourrit et sent mauvais n'est pas bon pour l'homme ni pour la vie du sol.
- Les additifs sont des minéraux naturels disponibles en quantités suffisantes.
- En étant appliqués sur le champ, ils peuvent même, grâce à l'augmentation de la biomasse (formation d'humus), restituer durablement du CO2 dans le sol.
5. Recommandation :
Nous ne pouvons que recommander l'utilisation des additifs testés en raison de leur potentiel de fixation du NH³, mais aussi en raison de leurs effets positifs dans le sol.
Nous recommandons à tous les stockeurs/traitants d'ajouter l'additif environ 14 jours avant l'épandage et de remuer le lisier avant l'épandage, car sinon les processus anaérobies pourraient se rétablir, selon la gravité ou le stade avancé de la putréfaction initiale du lisier.
D'après des études précédentes, nous savons que la valeur ppm du lisier peut déjà être réduite en amont par l'alimentation et l'hygiène de l'étable (litière). Cela le rend plus stable et les processus de putréfaction peuvent moins s'installer. En général, nous recommandons en outre de « remuer » le lisier pour contrer naturellement la pression de putréfaction.
Grâce aux additifs pour lisier à base minérale et activés tribomécaniquement testés dans cette étude, il se produit simultanément :
§ avec l'additif pour lisier principalement à base de chaux (KALKMEISTER N-Fix / STEINKRAFT Güllekraft N-fix), le chaulage des sols est soutenu
§ avec l'additif pour lisier principalement basé sur le mélange de zéolithe et de leonardite (STEINKRAFT Güllekraft N-Fix Humin), une contribution précieuse à la formation d'humus indispensable a été apportée
§ 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 maximum 20 kg par m³ de lisier rend cette variante performante et naturelle du traitement du lisier également attrayante en termes de prix et a le potentiel de remettre en question le dogme de l'épandage au ras du sol.
En résumé, il convient de noter que cette étude fournit plus que de simples indications sur l'effet positif des additifs minéralogiques pour la fixation du NH³ dans le lisier, et que leur utilisation est déjà judicieuse aujourd'hui.
Cela nous a encouragés à documenter les additifs pour lisier dans d'autres domaines d'application, comme par exemple dans les installations de biogaz.
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