Biométhanisation :
Utilisation du digestat comme fertilisant en agriculture
Version finale– 18/08/2009
Valbiom Christelle Mignon Tel : +32 (0) 81 627 154 E-Mail : [email protected] Websites : www.valbiom.be
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Utilisation du digestat comme fertilisant en agriculture
Table des matières 1. INTRODUCTION ....................................................................................................................................... 3 2. VALEUR AGRONOMIQUE DU DIGESTAT ......................................................................................... 4 3. LES AVANTAGES DE L’UTILISATION DU DIGESTAT ................................................................... 5
3.1. AUGMENTATION DU POTENTIEL DE FERTILISATION .............................................................................. 5 3.2. REDUCTION DE L’APPLICATION D’ENGRAIS .......................................................................................... 6 3.3. PROTECTION DE L’ENVIRONNEMENT..................................................................................................... 6 3.4. AMELIORATION DE LA SANTE DES PLANTES.......................................................................................... 7 3.5. DIMINUTION DE LA DISSEMINATION DES ADVENTICES ET DES PATHOGENES ......................................... 7 3.6. REDUCTION DES NUISANCES OLFACTIVES............................................................................................. 7 3.7. DIMINUTION DES PROBLEMES D’APPETENCE......................................................................................... 8 3.8. AMELIORATION DE L’EPANDAGE .......................................................................................................... 8 3.9. ECONOMIE FINANCIERE ........................................................................................................................ 8 3.10. AMELIORATION DES PROPRIETES DU SOL .............................................................................................. 8
4. RECOMMANDATIONS ............................................................................................................................ 9 4.1. PRECAUTIONS POUR LE STOCKAGE DU DIGESTAT.................................................................................. 9 4.2. PRECAUTIONS A L’EPANDAGE............................................................................................................. 10
5. ASPECT LEGAL : CONTEXTE WALLON.......................................................................................... 12 6. CONCLUSIONS........................................................................................................................................ 13 7. BIBLIOGRAPHIE .................................................................................................................................... 14 8. ANNEXE .................................................................................................................................................... 15
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Utilisation du digestat comme fertilisant en agriculture
1. Introduction
Ce document se base sur le rapport « Recommandations for AD sludge utilisation as a
bio-fertiliser in agriculture » réalisé dans le cadre du projet européen Agrobiogas auquel le
CRA-W a participé en collaboration avec Valbiom.
Dans ce document, le digestat est défini comme étant un résidu solide ou liquide
provenant d’un processus de digestion anaérobie de matières organiques (fumier, déchets
agro-industriels, boues d’épuration, …).
Dans un premier temps, la valeur agronomique du digestat est présentée. Les
avantages liés à l’utilisation du digestat en agriculture sont ensuite détaillés.
Dans un second temps, les précautions à prendre lors du stockage et l’épandage du
digestat sont formulées.
Enfin, nous terminons ce rapport par la situation législative du digestat en Région
Wallonne.
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2. Valeur agronomique du digestat
La composition du digestat dépend évidemment de la matière première utilisée et de la
gestion du processus de biométhanisation.
Une fois digéré, le digestat contient moins de matière sèche (MS) qu’initialement.
Approximativement 50% de la matière sèche est convertie en méthane (CH4) et en dioxyde de
carbone (CO2) provoquant ainsi une diminution de la quantité de carbone. Cependant, la
teneur en azote du digestat est augmentée de ~20% par rapport au lisier de bovins ordinaire
mais reste identique pour le lisier de porc. En effet, dans la matière organique la plupart de
l’azote est liée aux protéines, c’est pourquoi il n’est pas directement assimilable par les
plantes. Pendant le processus de biométhanisation, une partie cet azote organique lié est réduit
par désamination en ammonium dissout. Par conséquent, la teneur en azote total est renforcée
de 0.2% à 27% dans le digestat par rapport aux effluents bruts. Cette augmentation est liée au
temps de séjour des matières dans le digesteur et de la diminution de matière sèche. Par
conséquent l’azote est mieux absorbé (et plus rapidement) par les plantes. Néanmoins, de part
la faible présence de phosphore (P) dans le digestat, il est conseillé de compléter l’épandage
du digestat par une fumure phosphatée pour éviter tout déficit en cet élément dans le sol.
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3. Les avantages de l’utilisation du digestat
3.1. Augmentation du potentiel de fertilisation Pendant la biométhanisation, l’azote contenu dans le substrat subi une minéralisation.
Une partie de l’ammonium (NH4+) se transforme en ammoniac (NH3). L’équilibre est donc
déplacé vers la droite (figure 1). Aussi, l’ammoniac est plus volatil que l’ammonium. C’est
pourquoi l’application de quelques conseils (développés plus loin dans ce rapport) lors du
stockage du digestat est important (par exemple couvrir la cuve).
NH4
+ ↔ NH3 (aq) ↔ NH3 (g) Figure 1: équation d’équilibre
D’après une étude réalisée en 2008 au Danemark (Arhuus University – Peter
Sørensen), l’azote du digestat est beaucoup mieux utilisé par les plantes que celui contenu
dans le lisier brut. De plus, la disponibilité de l’azote (en % de l’azote total) est plus élevée
dans le cas du digestat que celle du lisier non digéré (figure 2).
Figure 2 : disponibilité de l’azote après application sur sol sabloneux (traduction de Peter Sørensen , 24th -25th January 2008, Sesto S.Giovanni, Milano, “The fate of nitrogen from animal manures in soil–crop systems: experiences with dairy and pig slurries”)
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Lorsque le digestat est épandu sur les plantes en croissance, il s’écoule plus vite de la
plante et s’infiltre plus rapidement dans le sol que les effluents bruts. Cela signifie pour
l’agriculteur que les risques de pertes d’ammoniac après application sur une terre arable sont
moins importants et donc les nuisances olfactives aussi.
Les conclusions de cette étude danoise sont les suivantes :
- moins d’azote organique et donc moins de risque de lessivage à long terme
- meilleur utilisation de l’azote la première année mais moins d’effet résiduel par la
suite
- meilleur disponibilité de l’azote pour les plantes et moins de matière organique
pour le sol
- amélioration de l’infiltration
- réduction des gaz à effet de serre (CH4, N2O, CO2)
3.2. Réduction de l’application d’engrais
Grâce à la meilleure valeur fertilisante du digestat, l’azote minéral (ou engrais azoté)
est moins utilisé. Par conséquent, une économie financière est réalisée (figure 3). Cependant,
il faut noter que les engins agricoles qui épandent du digestat liquide (contenant beaucoup
d’eau) consomment plus de fuel.
Par hectare Effluent
bovin Digestat
N exigé (kg) 250 250 N total effluent (kg) 170 170 N effluent utilisé (kg) 68 102 N utilisé (%) 40 60 engrais (kg) 182 148 économie (kg) - 34 économie (€) - 27
Figure 3: Plan de fertilisation pour 1 ha de prairie (traduction de Torben Ravn Pedersen, 24th -25th January 2008, Sesto S.Giovanni, Milano, “Anaerobic digestion: opportunities for agriculture and environment”)
3.3. Protection de l’environnement
Une conséquence directe de la meilleure absorption de l’azote par les plantes est la
diminution de la pollution de l’eau par eutrophisation suite au lessivage.
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Aussi, une diminution des gaz à effet peut s’expliquer grâce à l’utilisation du digestat.
En effet, les gaz produit par la décomposition de la matière sont utilisés (biogaz) alors qu’ils
sont perdus en temps normal sans la biométhanisation.
Enfin, le recyclage des déchets organiques (transformation d’un déchet en un engrais)
constitue un bénéfice certain pour l’environnement.
3.4. Amélioration de la santé des plantes
Le pH du digestat est plus élevé que celui du fumier brut. Cela signifie que le pH est
moins acide. Ainsi, les feuilles des plantes sont moins « brûlées » avec le digestat qu’avec une
fumure classique. Cependant, d’après Kupper et Fuchs (2007), le digestat frais est
phytotoxique. Mais ce comportement disparaît après quelques semaines de post traitement par
compostage.
3.5. Diminution de la dissémination des adventices et des pathogènes
Les graines des plantes ont une faible résistance aux hautes températures. Ainsi, les
graines des plantes mésophiles meurent après un temps de séjour moyen dans le digesteur
alors que pour celles des plantes thermophiles, le process est encore plus rapide. Des études
ont montré que la digestion est plus efficace sur plus graines non dormante que sur les graines
dormantes.
Les germes des bactéries, champignons et autres pathogènes sont tués (en tout ou en
partie) lors de la digestion anaérobie. Puisque la biométhanisation permet de réduire les
germes pathogènes, par suppression du risque de dissémination, il est possible de créer des
systèmes de gestion territoriale des déjections d’élevage « banque à lisier » (très courant au
Danemark). Il faut noter que le risque du « danger biologique » n’est pas plus élevé pour le
digestat que pour le fumier ordinaire.
La biométhanisation est donc un excellent moyen pour réduire la germination des
adventices et la dissémination des pathogènes.
3.6. Réduction des nuisances olfactives
Les odeurs sont liées aux acides gras volatiles (AGV). Or, dans le processus de
biométhanisation ces molécules sont décomposées. Ainsi, une diminution des nuisances
olfactives est observée. Néanmoins, pour éliminer complètement les odeurs, il est conseillé de
couvrir la cuve de stockage.
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Pour information, le taux de décomposition des AGV dépend principalement du temps
de séjour dans le fermenteur. Par exemple, pour dégrader les AGV du fumier de bovin il faut
entre 28 et 35 jours.
3.7. Diminution des problèmes d’appétence
Les plantes sont moins « salies » avec le digestat qu’avec le fumier classique car les
matières digérées s’écoulent mieux, pénètrent plus rapidement et sentent moins. Ainsi, les
plantes fertilisées avec du digestat sont plus appétées par le bétail.
3.8. Amélioration de l’épandage
Grâce à la modification de la viscosité lors de la biométhanisation, le digestat est
épandu plus uniformément sur le sol qu’un fertilisant minéral.
3.9. Economie financière
De part l’utilisation du digestat, moins d’engrais sont nécessaires. Cela constitue un
aspect positif pour l’environnement mais également pour le portefeuille de l’agriculteur
(cfr 3.2.).
3.10. Amélioration des propriétés du sol
Les fertilisants tels que le compost ou le digestat ont un effet positif sur la récolte et
sur la qualité aussi bien chimique que microbienne des propriétés du sol. Ainsi, l’épandage du
digestat promeut le développement de l’agriculture durable. Globalement toutes les
utilisations des résidus comme fertilisant sont bénéfiques pour l’écosystème du sol. Une
inquiétude existe cependant concernant les polluants. En effet, les digestats peuvent contenir
des micropolluants. Une étude a été menée en Suisse (Kupper et Fuchs, 2007) sur cette
thématique. Il en ressort que l’épandage d’un digestat « contaminé » ne présente pas de risque
immédiat pour le sol. Mais nous ne pouvons pas exclure l’existence d’effets négatifs pour le
moment. Ce risque est très minime en Wallonie puisque la méthanisation à la ferme utilise
majoritairement comme matière première les co-produits (effluents d’élevage, résidu de
culture, …) issus de celle-ci.
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4. Recommandations
4.1. Précautions pour le stockage du digestat
Comme énoncé ci-dessus, le potentiel de volatilisation de
l’ammoniac du digestat est plus élevé. Rappelons simplement que
l’ammoniac provient de la transformation de l’ammonium en
ammoniac (figure 1). C’est ainsi qu’il est vivement recommandé figure 4 : recouvrement
de couvrir les cuves de stockage. Pour cela plusieurs manières par croûte naturelle
existent. Premièrement, la formation d’une croûte naturelle
(figure 4) permet de limiter les émissions d’ammoniac. La cuve peut également être
recouverte par une bâche en plastique flottante (figure 5) voir par un couvercle en béton. Les
émissions d’ammoniac sont donc diminuées (environ 20%) grâce au recouvrement des cuves
de stockage (figure 6).
Figure 5 : recouvrement par une bâcle
Type de matière première
Recouvrement Facteur d’émission (% NH4+)
Perte d’ammoniac (% N total)
Bovin Non couvert couvert
9 2
6 2
Porc Non couvert couvert
15 3
9 2
Digestat
Non couvert couvert
28 6
21 4
Lisier Non couvert couvert
30 6
30 6
Figure 6: Estimation du facteur d’émission d’ammoniac lors du stockage de matière première avec et sans recouvrement. La perte d’ammoniac est montrée en % de la quantité de NH4+ et en % de la quantité d’azote totale.
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Utilisation du digestat comme fertilisant en agriculture
Globalement, pour minimiser la volatilisation de l’ammoniac, il est recommandé de suivre les
conseils suivants :
- toujours bien couvrir la surface de la cuve de stockage (croûte naturel, bâche, …)
- pomper le digestat par le bas pour éviter de le remuer
- remuer le digestat juste avant de l’épandre
- placer la cuve de stockage à l’ombre et à l’abri du vent
4.2. Précautions à l’épandage
A nouveau, pour limiter les pertes d’ammoniac lors de l’épandage il est conseillé
d’utiliser le matériel ainsi que les techniques les mieux adaptées.
Premièrement, une incorporation rapide du digestat dans le sol permet de limiter
fortement les émissions d’NH3. En effet, une étude (Huijsmans et al., 1999) a montré que si le
digestat est incorporé (charrue) au moins 6 heures après l’épandage, la volatilisation de
l’ammoniac peut être réduite de ~50% (figure 7).
Figure 7 : Progression des pertes d’ammoniac après épandage du digestat (gauche). La figure de droite illustre une incorporation rapide du digestat.
Les techniques de diffusion en bande soit en rampe pendillard soit par rampe à patin
permettent également de limiter les pertes d’ammoniac (figure 8). Pour l’épandage par rampe
pendillard, le digestat est déposé à la surface du sol par une série de tuyau, espacés de 30 cm,
placés sur un bras horizontal (de 12 ou 24 mètres). Pour l’épandage par rampe à patin, le
digestat est déposé juste à côté de petits sabots qui entrouvrent légèrement le sol. Le digestat
est ainsi déposé à la surface du sol sans recouvrir les feuilles des cultures. La série de tuyaux
composant ce dernier sont à nouveau distants de 30 cm les uns des autres, et montés sur un
bras horizontal plus petit (6 mètres). Enfin, une dernière technique permet d’injecter le
digestat dans le sol. La seule différence avec les procédés ci-dessus est que le digestat est
injecté dans le sol et non plus déposé à la surface du sol.
Heures après épandage
Vol
atili
satio
n N
H3
% p
erte
s acc
umul
ées
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Figure 8: citerne avec rampe pendillard (à gauche), citerne avec rampe à patin + zoom sur les sabots (à droite)
L’épandage se fera lorsque la météo est favorable c’est-à-dire par temps frais et
nuageux. Les temps ensoleillés, secs ou venteux augmentent considérablement les pertes
d’azote et diminuent donc son efficacité.
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5. Aspect légal : contexte wallon
Chaque membre de l’Union Européenne a sa propre législation en matière
d’utilisation du digestat. Chez certains, le statut du digestat est bien défini (ex : Allemagne) et
chez d’autres la base légale existe mais rien n’est totalement défini. C’est le cas de la
Belgique. Voici un bref relevé de la situation de la biométhanisation à la ferme en Wallonie :
Le digestat provient en très grande majorité des effluents d’élevage et des cultures
énergétiques. Ceux-ci sont considérés dans la loi comme des agents d’enrichissement agricole
et peuvent donc être épandu sur les sols.
La directive Nitrate 91/676/CE donne les règles à suivre en matière de gestion
durable de l’azote. Le gouvernement wallon a transposé cette directive le 10 octobre 2002 et
initié le Programme de Gestion durable de l’Azote en Agriculture (PGDA). Le PGDA précise
les pratiques agricoles respectueuses de la qualité de l’eau, instaure une Démarche Qualité et
met sur pied une structure d’encadrement (Nitrawal) assurant le suivi de la Directive et une
assistance aux agriculteurs. Ainsi, différentes zones vulnérables ont été définies ainsi que
leurs plans d’action. Ceux-ci sont revus tous les 4 ans. Pour suivre l’évolution des différentes
aires des tableaux de bord ont été préparées reprenant les 4 éléments suivants :
- Le stockage des fertilisants organiques
- Le taux de liaison du sol1
- Les contrats d’épandage
- Le potentiel de lixiviation de l’azote
Le gouvernement wallon a approuvé le 15 février 2007 un décret sur la gestion
durable de l’azote en agriculture « le nouveau PGDA ou PGDA-2 », disponible sur le site
Internet de Nitrawal (www.nitrawal.be > législation nitrate > télécharger le résumé en
français). Le nouveau décret fixe notamment les quantités d’azote produites par type de bétail,
les conditions de stockage de l’azote organique à la ferme et au champ, les conditions
d’épandage sur les sols agricoles (selon les conditions climatiques, la proximité de cours
d'eau, la pente des parcelles), les périodes pendant lesquelles les épandages peuvent être
1
plantes lespar le valorisabazoteépandre à organique azote =liaisondetaux
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effectués, ainsi que les quantités maximales épandables en fonction de l'affectation des terres
agricoles. Pour exemple, dans une prairie en zone vulnérable la quantité maximale d’azote
organique qui peut être épandu est de 230 kg N par ha. De plus des mesures complémentaires
ont été adoptées pour les zones vulnérables. Par exemple, les agriculteurs sont désormais
obligés de couvrir 75% de leur sol par des CIPAN (Culture Intermédiaire Piège A Nitrate)
lorsque la récolte est finie avant le 1er septembre. Les pièges à nitrate doivent être installés
pour le 15 septembre et détruit après le 30 novembre. Le nouveau PGDA est repris en annexe
de ce document.
6. Conclusions
La biométhanisation permet de transformer la matière organique volatile en énergie,
tout en préservant son potentiel fertilisant, aussi bien du point de vue de la matière organique
que des éléments minéraux. Elle constitue donc une voie de valorisation énergétique de
produits tels que les déjections d’élevage et les résidus de culture dont le retour au sol est
indispensable. La biométhanisation offre donc une solution de valorisation énergétique de la
biomasse qui, loin d’être en concurrence avec les impératifs agronomiques, est au contraire en
synergie avec ceux-ci.
L’utilisation du digestat comme fertilisant en agriculture doit devenir/devient une
réalité puisque le bien fondé de la valeur agronomique du digestat est actuellement prouvé. Il
n’y a donc plus aucun inconvénient à épandre le digestat sur les terres agricoles wallonnes si
on veille bien à ce que les précautions et les techniques appropriées soient respectées.
L’idéal serait d’arriver à une harmonisation du statut du digestat en Europe d’un
point de vue législatif. A voir…
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Utilisation du digestat comme fertilisant en agriculture
7. Bibliographie
CRA-W (2006) Recommandations for AD sludge utilisation as a bio-fertiliser in agriculture, deliverable 25 agrobiogas, pp45
Huijsmans J.F.M., Mol R.M. (1999). A model for ammonia volatilization after surface application and subsequent incorporation of manure on arable land. J. Agric. Engng Res. 74:, 73-84.
Kupper T., Fuchs J. (2007) : Compost et digestat en Suisse. Étude n° 1 : Micropolluants organiques dans le compost et le digestat; Etude n° 2 : Influences des composts et des digestats sur l’environne-ment, la fertilité des sols et la santé des plantes. Connaissance de l’environnement no 0743. Office fédéral de l’environnement, Berne. 124 p. orgprints.org/13336/01/kopper-fuchs-2007-compost-bafu4307_fr.pdf
Rencontre du 24 et 25 janvier 2008, Sesto S.Giovanni, Milan, “Anaerobic digestion: opportunities for agriculture and environment”. Peter Sørensen, Faculty of Agricultural Sciences, Institute of Agroecology and Environment, University of Aarhus, Tjele, Denmark; “The fate of nitrogen from animal manures in soil–crop systems: experiences with dairy and pig slurries”
Rencontre du 24 et 25 janvier 2008, Sesto S.Giovanni, Milan, “Anaerobic digestion: opportunities for agriculture and environment”. Torben Ravn Pedersen, Biogas and Slurry Separation, Danish Agricultural Advisory Service, Denmark; “Anaerobic digestion: a way to enhance nutritional performance of animal manure”.
SOLAGRO (2009) Les impacts environnementaux et paysagers de nouvelles productions énergétiques sur les parcelles et bâtiments agricoles, 138p http://agriculture.gouv.fr/sections/publications/etudes/impacts-environnementaux/downloadFile/FichierAttache_1_f0/energie_paysage_environnement_DGPAAT_2009_rapport_final.pdf
http://nitrawal.be