Action 5 – Le digestat et ses fractions en substitution aux engrais chimiques : impact sur les sols et la qualité des eaux
Opérateurs participants :
- Agra Ost (BE) : protocole et suivi des parcelles
- LIST (LU) : protocole et suivi des lysimètres
- Ensaia-Université de Lorraine (FR) : protocole et suivi des parcelles
- DLR protocole et suivi des parcelles
- Lycée Technique Agricole d’Ettelbruck (LU) protocole et suivi des parcelles
- Installations de biogaz (Ferme du Faascht (BE) — Naturgas Kielen (LU) — Biogas Rohlingerhof (DE) – Bouzule (FR)) : soutien pour la mise en place parcelle, mise à disposition des terrains et digestat.
- ULiège, campus d’Arlon (BE) : protocole, soutien logistique et analyse
- IZES (DE) avec tous les partenaires : ACV, analyses économiques, plaidoyer en faveur d’une modification de la législation dans le cadre de l’Action 7
- Au Pays de l’Attert (BE) : coordination et dissémination des résultats avec l’ensemble du partenariat
But de l'action :
Les résultats escomptés de l’Action 5 permettront d’évaluer la plus-value environnementale de l’utilisation des digestats de biométhanisation et leurs fractions vis-à-vis des objectifs adoptés au sein de la Directive 91/676/CEE « nitrates » et de la COP 21. Nous comptons démontrer que l'utilisation adéquate d’engrais issue de la biométhanisation peut remplacer avantageusement les engrais chimiques en diminuant notamment l’impact de l’azote et du phosphore agricole sur la qualité des eaux souterraines et de surface et en réduisant l'empreinte carbone de l’agriculture (réduction significative des émissions de GES). Les résultats escomptés permettront d’établir des propositions d’adaptation raisonnée de la Directive 91/676/CEE « nitrates », de conforter la nécessité de retirer les digestats de la liste des déchets, et d’objectiver les effets de l’apport de digestats raffinés sur les propriétés des sols, notamment leur teneur en matière organique et leur fonctionnalité microbienne, en limitant l’impact du transfert d’azote vers les masses d’eau.
D’autre part, l’Action 5 guidera la biométhanisation vers de nouveaux marchés tels que ceux des fertilisants et d’autres produits biobasés comme les algues cultivées sur les fractions des digestats (Action 4).
Meilleure utilisation agronomique (et donc environnementale) et meilleure valorisation du digestat sont les maîtres mots de cette action.
Description des actions :
L’action 5 vise à promouvoir l’utilisation des résidus de biométhanisation sur les sols agricoles dédiés aux prairies. Les digestats de biométhanisation présentent toutes les caractéristiques agronomiques pour envisager une gestion durable des agrosystèmes et notamment pour répondre aux critères environnementaux de la Directive 91/676/CEE « nitrates ». En raison de leur forme (liquide) et de leur composition, ils permettent d’apporter au sol une forme d’azote préférentielle pour les plantes (NH4+, correspondant de 55 à 80 % de l’azote total des digestats de biométhanisation) et bien retenue par les sols grâce à une charge en carbone biologiquement stable. Des études récentes ont clairement démontré que les pratiques agricoles relatives à la gestion des intrants azotés ne prennent pas suffisamment en compte le rôle exact du fonctionnement microbiologique du sol et de sa capacité à délivrer l’azote sous la forme optimale pour la plante. Ceci est le point crucial pour la gestion des pertes en azote vers les nappes d’eau. L’objectif de cette action est de démontrer l’intérêt pour les agriculteurs de l’utilisation du digestat de biométhanisation en vue d’une approche durable de l’exploitation des ressources délivrées par les sols qu’ils exploitent. Nous proposons trois approches complémentaires qui seront appliquées à l’échelle de la diversité pédoclimatique de la Grande Région. Elles sont basées sur la dynamique de l’azote en relation directe au fonctionnement microbiologique des sols de sorte à proposer des alternatives aux pratiques actuelles et d’améliorer significativement l’impact environnemental agricole sur les ressources en eau. L’action 5 se divise en trois activités complémentaires :
La première comprendra la mise en place de vitrines agronomiques sur chaque versant de la Grande Région, où seront utilisées cinq formes de digestat. Ces formes sont différentes du fait des caractéristiques propres à chaque installation de biométhanisation, mais en plus elles incluent les fractions obtenues par raffinage prévues dans l’action 3, avec un impact principalement sur leur teneur en éléments nutritifs. Elles seront comparées à deux formes d’engrais synthétiques.
La diversité géographique des sites offre la possibilité de faire les mêmes essais avec des conditions pédoclimatiques différentes (sols limoneux pauvres sur roches schisteuses du massif ardennais, sols sur sables et grès du Trias et du Jurassique, sols calcaires, différences sensibles de température moyenne et de pluviosité), ce qui augmentera la robustesse des conclusions de cette étude.
Un protocole identique sera mis en œuvre sur les quatre versants de la Grande Région en ce qui concerne la caractérisation des intrants utilisés (différentes fractions de digestat), des productions agricoles et des caractéristiques des sols. La répartition des sites dans les quatre régions permettra également de prendre en compte les différences de pratiques agricoles et de règlements/textes légaux qui encadrent les activités des agriculteurs. Les critères d’évaluation de l’impact des digestats prendront en compte le rendement et la qualité des productions, l’évolution des caractéristiques physico-chimiques du sol et de la biodiversité microbienne et végétale, l’émission de gaz à effet de serre, l’impact des différentes pratiques sur les flux d’azote vers les masses d’eau souterraines (mesure de l’azote potentiellement lessivable et suivi de la qualité des eaux de drainage des sols par bougie poreuse).
La deuxième approche comprendra la mise en place d’un site pilote transfrontalier à l’échelle lysimétrique. Cette installation sera réalisée au Luxembourg (LIST (LU) + Agra-Ost (BE) + Lycée technique agricole d’Ettelbruck (LU) + Naturgas Kielen (LU)) et permettra d’effectuer une quantification rigoureuse des flux d’azote à l’interface entre l’atmosphère, le sol, la plante et les eaux souterraines. L’utilisation de traceurs isotopiques permettra d’affiner notre compréhension des échanges des formes d’azote entre différents types d’amendements, les fractions minérales, organiques et microbiologiques du sol et la plante. Des conclusions irréfutables sur le devenir de l’azote pour les différentes sources testées pourront être générées.
Le site accueillera les grands types de sol exploités au niveau des quatre versants (Ferme de la Bouzule – ENSAIA, France ; Ferme du Faascht, Wallonie ; Saint-Vith – Agra Ost, Wallonie ; Naturgas Kielen, Luxembourg). Des colonnes de sol non déstructurées (30 cm de diamètre x 50 cm de profondeur) seront réalisées aux sites expérimentaux des partenaires et mises en place sur le site pilote au Luxembourg. Il est prévu d’y comparer l’impact de trois intrants agronomiques : digestat de biométhanisation brut et deux engrais chimiques (nitrate d’ammonium et sulfate d’ammonium). Le site sera équipé de sorte à pouvoir suivre en continu pendant au moins deux années hydrologiques (deux périodes culturales) les paramètres climatiques (précipitation, température et humidité de l’air) et les paramètres du sol (teneur en eau, température, conductivité électrique, capacité de rétention en eau). Des analyses régulières seront réalisées pour comprendre la dynamique des formes d’azote au sein des solutions de sol, des eaux de drainage et pour quantifier les émissions de GES. Ce site lysimétrique aura une vocation pérenne pour mettre en place des essais lysimétriques de fertilisation sur les sols caractéristiques de la Grande Région.
Quant à la troisième approche, elle posera la question de la durabilité de la biométhanisation des effluents animaux comparée à une agriculture sans biométhanisation au pont de vue du stock de carbone organique dans les sols. Cette durabilité doit aussi être clairement confirmée avant de pouvoir de manière certaine affirmer le rôle bénéfique de ce processus. Une étude comparative sera conduite sur des parcelles fertilisées avec du digestat depuis 5 et 10 ans et comparées à des parcelles fertilisées de manière conventionnelle avec des engrais chimiques complétés par des effluents d’élevage bruts. La comparaison se fera entre parcelles suffisamment proches et localisées sur un même type de sol. Les unités de biométhanisation partenaires mettront leurs sols et historiques de fertilisation à disposition et des fermes proches hors biométhanisation fourniront des sols et données similaires. Les sols des deux types d’agricultures seront analysés et comparés pour leur teneur en carbone organique, leur biodiversité microbienne, et les formes d’azote présentes.
Description complète de cette action dans les pages 12 à 15 de ce document.