# Intérêts et limites de la substitution par la fertilisation organique

Sabine Houot

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Sabine Houot. Intérêts et limites de la substitution par la fertilisation organique. Fertilisation et fertilité des sols, Séance de l'Académie d'Agriculture de France, Mar 2018, Paris, France. hal-01789295

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# Intérêts et limites de la substitution des engrais par la fertilisation organique

Sabine HOUOT (INRA - ECOSYS)

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Académie d'agriculture – 7 Mars 2018
# Le recyclage agricole des produits organiques (PRO)

* Essentiellement agricoles: 94% d'effluents d'élevage

* 36% du N, 55% du P et 92% du K apportés en fertilisation (Unifa, 2016)

* Filières de valorisation/élimination

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# Hétérogénéité spatiale du recyclage en France

* Une **hétérogénéité spatiale** des épandages de PRO en France liée à la distribution de l'élevage; hétérogénéité également à des échelles locales

* **Impacts environnementaux:** excédents structurels → lixiviation de NO₃, volatilisation NH₃, excès de P...

* Interactions systèmes de production x sensibilité des milieux x impacts

Epandage de PRO en grandes cultures

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fumier bovin

lisier bovin

effluents avicoles

effluents porcins

effluents ovins et cunicoles

compost d'origine animale

compost de DV et/ou d'OMR

boues de STEU et/ou STEI

effluents de l'industrie betteravière

autre, non précisé ou mélange

Carte des zones vulnérables

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Légende

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Communes classées en zones vulnérables en 2012

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Bassin hydrographique

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Département

Epandage de PRO en prairies
temporaires et permanentes

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(Esco MAFOR, 2014)

(Source : Agreste – Enquête Pratiques culturales grandes cultures et prairies 2011)

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# Impacts environnementaux associés au recyclage

* **Exploitation: système ouvert** avec des pertes liées aux valeurs fertilisantes des PROs

* **Efficience insuffisante** du N, pertes de P...

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Ex des flux de N dans une exploitation porcine de l'Ouest de la France (kgN/ha an)

(Esco N, 2012)

(Esco MAFOR, 2014)

* **Contaminants biologiques et chimiques** → quel devenir dans l'environnement? Comment garantir l'innocuité des apports?

* **Impacts sur qualité de l'air:** NH₃, COV, N₂O, CH₄...

<table><thead><tr><th rowspan="2">PRO</th><th colspan="3">Types de contaminants</th></tr><tr><th>Agents biologiques</th><th>ETM</th><th>CTO</th></tr></thead><tbody><tr><td>Effluents d'élevage</td><td rowspan="2">Pathogènes associés aux matières fécales<br>Bactéries résistantes aux antibiotiques</td><td rowspan="2">Cuivre, zinc</td><td>Molécules pharmaceutiques (antibiotiques, hormones)</td></tr><tr><td>Boues d'épuration urbaines</td><td>Large spectre dont molécules pharmaceutiques</td></tr><tr><td rowspan="2">Composts urbains</td><td rowspan="2">Pathogènes associés aux végétaux ou aux résidus de cuisine</td><td>Large spectre</td><td>Résidus de pesticides</td></tr><tr><td>Large spectre</td><td>Large spectre (résidus de pesticides si déchets verts)</td></tr><tr><td>Cendres</td><td>Absence</td><td>Large spectre selon la nature du combustible</td><td>HAP produits lors de l'incinération</td></tr><tr><td>Sédiments</td><td>Bactéries résistantes aux antibiotiques ?</td><td>Large spectre</td><td>HAP, PCB avérés</td></tr></tbody></table>

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# Des contraintes au développement du recyclage

## Bouclage des cycles biogéochimiques des éléments: contraintes

* **Techniques** → Difficulté de gestion de la fertilisation à partir de PRO (N, P, K, MO), surfaces disponibles

* **Réglementaires** → Directives NO₃ et plans d'épandage, Fertilisation raisonnée, réglementation P, Normalisation, décret boue, réglementation NH₃ en batiment...

* **Sociétales** → Problèmes de voisinage: odeurs, implantation des unités de traitement

* **Economiques** → Filière de commercialisation des productions agricoles ayant reçu les PRO

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Agriculteurs

Exploitation
Territoire, Paysage

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# Evolution du contexte

## 1. Développement de la méthanisation

* Plan EMAA 2013 (Energie, méthanisation autonomie azote):

* Gestion de N et des effluents d'élevage → substitution des engrais

* Production d'énergie → autonomie des exploitations

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* Plan EMAA: objectif 1000 méthaniseurs à la ferme à échéance de 2020

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(ADEME, 2017)

* Développement très largement agricole

* Evolution réglementaire pour faciliter la valorisation des digestats agricoles

* Post-traitements pour faciliter valorisation, transport (séparation de phase, compostage...)

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# Evolution du contexte

## 2. Loi de transition énergétique pour la croissance verte et plan de réduction et valorisation des déchets (2016)

* Baisse de 10% des déchets ménagers entre 2010 et 2020; réduction de 50% des déchets mis en décharge en 2025; meilleure valorisation des ressources urbaines (Biodéchets, cantines, Gros producteurs)

* Valorisation matière de 55% en 2020

* Développement de l'économie circulaire

* Energie renouvelable (32% consommation totale, 40% électricité en 2030)

## 3. Initiative 4 pour 1000 (2015)

* Augmentation des stocks de C dans les sols et 4‰ par an pourrait compenser les émissions de GES d'origine anthropique

* Quelles potentialités liées aux apports de PRO?

* Crédits Carbone?

## 4. Développement de la bioéconomie

* Extraction de molécules d'intêret avant épandage

* Formulation d'engrais/amendements à partir des ressources organiques

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# Evolution du recyclage agricole des PRO

* Des filières diversifiées au sein d'un territoire: valorisation énergétique, matière, retour au sol

* Des échanges entre territoires → développement de « formules », marchés de filières

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# Quels enjeux aujourd'hui pour le recyclage des PRO?

1. Avoir les bons outils pour piloter les apports: amendements/engrais; CNPK

2. Evaluer les effets à long terme: réseau SOERE-PRO, sites de longue durée
# Diversité des PRO: 2 grandes classes

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# Lien entre valeur fertilisante azotée et amendante

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# Evaluer les effets à long terme: le SOERE-PRO

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**SOERE-PRO:** système d'observations et d'expérimentations pour la recherche en Environnement sur les PRO

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# Efficacité variable des PRO: exemple du C

## Mesures

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Peltre et al., 2012

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$$f_{DPM} = -1.25 * \text{ISMO} + 115.92$$

## Base Typo, ISMO

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Stockage potentiel de C en T C. ha⁻¹ an⁻¹ (20 ans)
Pour une application de 1 T C. ha⁻¹ an⁻¹

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## Potentialité de stockage

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Fumier frais

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Tourbe, Compost stabilisé
# Efficacité variable des PRO: exemple du N

## Valeur fertilisante azotée des PRO en référence aux engrais

(Gutser, 2005)

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### CAU des digestats

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Decoopmann et al., 2017

## Modélisation du CAU des digestats: NH₄/Ntotal et C/N organique

$$ \text{CAU} = 0,137 + 0,007 \times \frac{\text{N-NH}_4}{\text{N total}} - 0,017 \times \frac{\text{C/N organique}}{\text{N total}} \quad (R^2 = 0,56) $$

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# Quels enjeux aujourd'hui pour le recyclage des PRO?

1. Avoir les bons outils pour piloter les apports: amendements/engrais; CNPK

2. Evaluer les effets à long terme: réseau SOERE-PRO, sites de longue durée

3. Limiter les impacts environnementaux liés aux valeurs fertilisantes: NH₃, N₂O

4. Contribuer à l'amélioration des propriétés du sol, à l'atténuation des émissions de GES: Activité biologique, rétention eau, Substitution des engrais, stockage C, méthanisation ...

**Mais.... faire le bilan complet des flux et effets:** Emissions N₂O accrues peuvent compenser le stockage de C .... Flux de contaminants....

**Et prise en compte des filières complètes :** ressources, traitement, épandage
# Limiter les impacts liés à la valeur agronomique des PRO: exemple des émissions N₂O

* Facteur d'émission (FE) : N- N₂O émis/ N tot apporté

## 2 digestats agricoles (effluents d'élevage):

✓ Bruts : FE élevés

✓ Séparation de phase : réduction des FE

## Intérêt de la séparation de phase

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FB-brut

FB-solide + liquide

LB-brut

LB-solide + liquide

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# Limiter les impacts liés à la valeur agronomique des PRO: exemple de la volatilisation $NH_3$

* Essai au champ (INRA Nouzilly): comparaison de systèmes de fertilisation

* Suivi N valorisé dans les cultures, $N-NH_3$ volatilisé, $N_2O$ émis, $NO_3$ lixivié

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A: Lisier + Fumier

B: N minéral

C: Digestat liquide + digestat solide

D: témoin 0

E: Digestat brut

Intensité de la volatilisation de $N-NH_3$
→ Intérêt de la séparation de phase

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# Evaluation globale de la pratique

## ❖ Agrégation des effets → Indicateurs pluri-services

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Obriot et al., 2016

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## ❖ Nécessité de prendre en compte la filière → champ + procédé

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Essai Colmar

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INRA
SCIENCE & IMPACT
# Quels enjeux aujourd'hui pour le recyclage des PRO?

4. Contribuer à l'amélioration des propriétés du sol, à l'atténuation des émissions de GES : Activité biologique, rétention eau, Substitution des engrais, stockage C, méthanisation ...

Mais.... faire le bilan complet des flux et effets: Emissions N₂O accrues peuvent compenser le stockage de C .... Flux de contaminants....

Prise en compte des filières complètes : ressources, traitement, épandage

5. Assurer l'innocuité des filières : devenir/dissipation/dégradation des contaminants, dissémination de gènes de résistance aux antibiotiques, dissémination de pathogènes

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# Bilan des pharmaceutiques au champ

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PRO

Pharmaceutiques
et triclosan

µg au mg/kg MS

µg au mg/L

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<0.1 à 10 µg/kg MS

Impact ecotox potentiel faible

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Sols

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Lixiviats

<0.01 à 0.27 µg/L

Fréquence de détection< 7%

Fréquence de quantification<0.5%

Impact ecotox potentiel faible

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# Dissipation de pharmaceutiques au cours d'une filière métha/compostage: boue

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Antibio

Antidépresseur

Anti-épileptique

Anti-inflammatoire

Hypolipidémiant

Bactéricide

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* Augmentation des concentrations pendant la méthanisation

* Dissipation pendant compostage (dilution co-substrat et criblage)
# Quels enjeux aujourd'hui pour le recyclage des PRO?

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4. Contribuer à l'amélioration des propriétés du sol, à l'atténuation des émissions de GES : Activité biologique, rétention eau, Substitution des engrais, stockage C, méthanisation ...

Mais... faire le bilan complet des flux et effets: Emissions N₂O accrues peuvent compenser le stockage de C ... Flux de contaminants....

Prise en compte des filières complètes : ressources, traitement, épandage

5. Assurer l'innocuité des filières : devenir/dissipation/dégradation des contaminants, dissémination de gènes de résistance aux antibiotiques, dissémination de pathogènes

6. Alimentation des méthaniseurs (Effluents, CIVE, résidus, ...). Préserver la qualité des agrosystèmes: (contaminants), stocks de C, biodiversité...

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# Effet de la méthanisation sur bilan du C

Thomsen et al. 2013

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* Simulation AMG évolution C sol en cas de méthanisation à la ferme ou centralisée: pas d'effet sur les stocks de MO, mais simulation (Bodilis et al., 2015).

* Effet sur biomasse microbienne: léger effet dépressif en contexte allemand (Wentzel et al., 2015)

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# Quels enjeux aujourd'hui pour le recyclage des PRO?

7. Capter des ressources mal valorisées (Urines, biodéchets...)→ nouvelles filières. (4% du N émis dans les urines valorisés via les boues alors que N représente 140% des besoins des cultures en Ile de France (Esculier, 2018). Efficience du recyclage du P des déchets seulement de 50% (Senthikumar et al., 2014)

8. Boucler les cycles: exploitation → échelle territoriale. Développer des outils de gestion territoriale des ressources, de leur transformation et valorisation

<figure><img src="image_68.png" /><figcaption>Scenario optimisé Flux de N (t/an)</figcaption></figure>

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# Le mot de la fin....

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## Le recyclage des PRO:

* C'est nécessaire: bouclage des cycles

* A considérer comme un levier vers l'agroécologie

* Fait partie de la bioéconomie

* Garantir l'innocuité et développer les outils de pilotage au champ

* Considérer l'ensemble des flux, effets

* A réfléchir à l'échelle filière, au sein des territoires, avec l'ensemble des acteurs

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