POUR UNE APPROCHE GLOBALE - INRA POUR UNE APPROCHE GLOBALE DE LA VALORISATION DES EFFLUENTS ORGANIQUES Les rendez-vous de l’Inra au Space 12 septembre 2017 PROGRAMME • Introduction

POUR UNE APPROCHE GLOBALEde la valorisation des effluents organiquesLe projet APIVALE

Les rendez-vous de l’Inra au Space – mardi 12 septembre 2017

.02POUR UNE APPROCHE GLOBALE DE LA VALORISATION DES EFFLUENTS ORGANIQUESLes rendez-vous de l’Inra au Space 12 septembre 2017

PROGRAMME• Introduction

Nadège Edouard, Inra Bretagne‐Normandie

• Alimentation des animaux et devenir des nutrimentsJean-Yves Dourmad, Inra Bretagne‐Normandie

• Optimisation agronomique et environnementale de la valorisationdes produits organiques issus des filières de transformationSafya Menasseri, Agrocampus Ouest

• Gestion des effluents organiques et risques sanitaires :antibiorésistance et micro-organismes pathogènesAnne-Marie Pourcher, Irstea Rennes

• ConclusionFabrice Béline, Irstea Rennes

.0312 septembre 2017

_01IntroductionNadège Edouard, UMR Inra/Agrocampus Ouest PegaseInra Bretagne‐Normandie


L’agriculture et l’élevage au cœur des enjeux de valorisation des effluents organiques

France: 800MT déchets

Origine organique

300MT issus de l’agriculture=> effluents d’élevage

Industries agroalimentaires:

50MT

Elevage = principal producteur ET utilisateur final


L’élevage au cœur des cycles de nutriments

CO2, CH4, NH3, N2O,

particules…

Eaux uséesEffluents

nitrates, pesticides…

eau

carbone

azote

phosphore

énergie

Etc…


Les élevages contribuent aux impacts sur l’environnement

11%

22%

18%21%

26%

2%

2011

Transformation énergie

Industrie manufacturière

Résidentiel/tertiaire

Agriculture/sylviculture

Transport routier

Autres transports

Source : CITEPA / Rapport SECTEN édition mai 2013

38%

52%

10%

N2O

CH4

CO2

En France => agriculture parmi les plus forts contributeurs d’émission de gaz à effet de serre

Dérèglement climatique et ses

conséquences


Les élevages contribuent aux impacts sur l’environnementEn France => 97% de l’ammoniac (NH3) émis est d’origine agricole

Odeurs => conditions de travail

Précurseur de poussières => santé animale et humaine

Eutrophisation = enrichissement des eaux en N (et P)

=> ↓ biodiversité

Acidifica on des sols (↑pH)=> ↓ biodiversité

Source : CORPEN, 2006


Les élevages contribuent aux impacts sur l’environnementNitrates : pollution des eaux superficielles et souterraines

Des conséquences visibles !


Les élevages contribuent aux impacts sur l’environnementDes émissions majoritairement liées à la gestion des déjections

Nitrates, phosphore…


Une faible efficience des nutrimentsUtilisation/recyclage des nutriments qui pourrait être amélioré

sol

0.7‐0.9 Mt valorisé(sols+végétaux)

N2O NOx

NH3

NO3‐

Azote «organiqu

e»

1,8 Mt

Soit une valorisation de 50% seulement


Des flux et des impacts associés complexes, variables et difficiles à appréhender

Variables selon :

- l’espèce animale,- le système de production, - les pratiques d’élevage et de gestion des effluents…

Sans oublier les problématiques sanitaires (pathogènes, bactéries résistantes aux antibiotiques, etc..) liées à la nature même des effluents


Besoin d’identifier/développer des pratiques/technologies visant à réduire les pertes vers l’environnementSur toute la chaine de gestion des déjections

ET dans une approche systémique (interactions, transferts)

A différentes échelles temporelles, géographiques


couvrir 3‐5% des besoins énergétiques nationaux

maintenir/augmenter la qualité des sols (taux de matière organique)

réduire de 20 à 50% les besoins de fertilisants minéraux

Pour améliorer l’efficience globale des systèmesUne valorisation optimale des effluents et résidus organiques permettrait de…

réduire les impacts sur l’environnement…

Mais aussi de

.02 12 septembre 2017

_02 Alimentation des animaux et devenir des nutriments

Jean-Yves Dourmad, UMR Pegase, Inra/Agrocampus Ouest Pascal Peu, UR OPAALE, Irstea, Rennes Fabrice Guiziou, UR OPAALE, Irstea, Rennes

.03 POUR UNE APPROCHE GLOBALE DE LA VALORISATION DES EFFLUENTS ORGANIQUES Les rendez-vous de l’Inra au Space 12 septembre 2017

Contexte Contribution des effluents aux émissions gazeuses

• Émission de NH3 (acidification) et N2O (GES) • Émission de CH4

=> GES (émission non contrôlée) => production d’énergie (méthanisation)

Effets de l’alimentation sur ces émissions • NH3 : effet des fibres, des protéines, de certains additifs • CH4 : peu d’études

De nombreux coproduits disponibles pour l’alimentation • Coproduits des biocarburants et des IAA • Riches en fibres et/ou en protéines

Développement de la méthanisation • Production de chaleur et d’électricité • Maitrise des émissions de CH4


Approche - Objectifs

Évaluer l’influence de différentes stratégies de formulation des aliments sur :

• La quantité et les caractéristiques physico-chimiques des effluents (fèces, urines, déjections)

• Leur potentiel maximal de production de méthane • L’émission de méthane et d'ammoniac au cours du

stockage ou lors d’une digestion anaérobie Facteurs de variations considérés

• Aliment : Incorporation de co-produits riches en fibres et/ou en protéines (drèches, pulpes, tourteaux de colza)

• Influence du type d’effluent / chaine de collecte (fèces, lisier frais, lisier stockés)


Approche intégrée

Matière premières coproduits

Aliments composés

Urine + Fèces

Animal

Déjections

Caractérisation physico-chimique

Préparation d’échantillons

Stockage (simulation)

Méthanisation

Épandage simulation


Démarche expérimentale Essai 1 - Influence de l’incorporation

de 20% de différents co-produits • Drèches de blé (DB), Pulpe de betterave (PB),

Tourteau de colza gras (TC) • Témoins à haute (HP) ou basse (BP) teneur en protéines ⇒ Potentiel de production de CH4 (BMP)

simulation de stockage (émissions de NH3, CH4) ⇒ Lisier frais, Lisier stocké, Phase solide

Essai 2 – Validation en digesteur anaérobie • Deux régimes iso protéiques avec des teneurs différentes

en fibres : T.soja vs T.colza+drèches ⇒ BMP – Méthaniseurs de laboratoire ⇒ Lisier frais, fèces séparées


Méthodes et mesures

1 - Essais animaux - Performances (GMQ, IC) - Collecte des excrétas :

urine et fèces

digestibilité des nutriments bilans de MO, MS, N, C, S

2 – Émission de CH4 - BMP (potentiel max)

- Simulation de stockage - Lisier / fèces

émission cumulée et dynamique d’émission

4 – Méthanisation - Mésophile

- Réacteur stabilisé (37 jours TR)

production de biogaz et de méthane

3 – Émission de NH3 - Simulation de

stockage - lisier / fèces / urine


Essai 1- Influence de l’incorporation de 20% de trois co-produits riches en fibres

5 Régimes • Tem HP : Témoin tourteau de soja

haut en protéines • Tem BP : Témoin tourteau soja,

bas en protéines • Drèches : Riche en fibres,

drèches de blé éthanol • Pulpe : Riche en fibres,

pulpe de betterave • T.colza : Riche en fibres,

tourteau de colza

0%

5%

10%

15%

20%

MAT

CB


Essai 1- Influence du régime sur les performances et la digestibilité des nutriments

17,5% 14,0 % Drèches Pulpe Colza

Aliment (MS/j) 1.83 1.83 1.85 1.84 1.83 GMQ (g/j) 1015 865 890 905 870 * IC (kg MS/kg) 1.81 2.13 2.08 2.04 2.12 t

Digest. MO (%) 91.4 91.1 83.7 87.9 84.6 *** Digest. N (%) 91.6 90.5 81.1 83.5 83.4 *** EM (MJ/kg MS) 15.5 15.5 14.4 14.7 14.9 ***


Essai 1- Influence du régime sur les quantités d’urine et de fèces (g/porc/jour)


Essai 1- Influence du régime sur le bilan d’azote (g/porc/jour)

17,5% 14 % DB PB TCG

N ingéré (g/j) 58,6 47,0 61,5 59,0 59,0 N fixé (g/j) 31,5 25,9 28,2 29,3 26,4 *** N excrété (g/j) 27,1 21,1 34,3 29,7 32,6 ***

N fécal (%) 18 22 34 33 30 *** N urinaire (%) 82 78 66 67 70 ***

Effet des protéines ⇒ Réduction excrétion

surtout urinaire

Effet des fibres ⇒ Modification de la

répartition de l’excrétion

⇑ azote fécal (organique) ⇓ azote urinaire (minéral)


Essai 1- Influence du régime sur l’émission d’ammoniac (pilote de laboratoire)

0

1

2

3

4

5

6

0 2 4 6 8 10 12 14 16

N-N

H3 (

g/ce

llule

)

Temps en jour

Témoin à 17,5 %

Témoin à 14 %

Drêche

Tourteaux colza

Pulpe

7.07.58.08.59.09.5

pH


Essai 1- Influence du régime sur le potentiel de production de méthane (BMP)


Essai 1- Influence du type d’effluent sur la production cumulée de méthane

0

100

200

300

400

0 25 50 75 100

CH

4, l/k

g M

O

Temps, j

Fèces

Lisier 3 mois(au frais)

Lisier frais


Essai 2 - Essai de validation

2 Régimes • Témoin : Témoin tourteau de soja • Co-Produits : Tourteau soja

remplacés par du tourteau de colza et des drèches de blés

2 modes de gestion des effluents • Lisier (urine et fèces mélangés) • Séparation de phase solide

Méthanisation • Digesteur en continu stabilisé

0%

5%

10%

15%

20%

Témoin Co-Produits

MAT

CB

ADF


Essai 2 - Influence du régime et de l’effluent sur le production potentielle et réelle de méthane (/kg MO)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Temoin Fibre Temoin Fibre

CH

4 (L/

kg M

O)

BMP (100j ) Digesteur (37 j)

Lisier frais Fèces

96% 58%


100%

168% 139%

250%

0

20

40

60

80

100

120

- Temoin Fibre Temoin Fibre

CH

4 (L/

porc

/jour

)

Lisier frais

Essai 2 - Influence du régime et de la nature de l’effluent sur la production de méthane / porc / jour

Fèces


40-60%

100%

168% 139%

250%

0

20

40

60

80

100

120

Lisier stocké Temoin Fibre Temoin Fibre

CH

4 (L/

porc

/jour

)

Lisier frais

Essai 2 - Influence du régime et de la nature de l’effluent sur la production de méthane / porc / jour

Fèces


100%

100%

01020304050607080

Temoin Fibre

CH

4 (L/

porc

/jour

)

Essai 2 - Influence du régime sur la production de méthane et l’émission d’ammoniac

Lisier frais Lisier frais

100%

68%

0

1

2

3

4

5

6

Temoin Fibre

NH

3 (g/

porc

/jour

)

Méthane Ammoniac


Conclusion – Effet des régimes enrichis en fibres (1/2) • Au niveau animal

– Accroissement de la masse fécale : rétention d’eau indigestible – Réorientation de l’excrétion d’azote des urines vers les fèces captation d’ammoniac par la flore intestinale

• Au niveau environnemental – Diminution de la volatilisation d’ammoniac teneur N ammoniacal teneur en AGV, modification de la BE réduction du pH – Potentiel de production de méthane (BMP: CH4 / MO) Pas de différence importante entre régimes T.Soja, T.Colza et Pulpe de ce potentiel pour certains types de drèches (chauffage excessif) – Augmentation du potentiel de production de CH4 / porc / jour excrétion fécale de MO


Conclusion– Effet des régimes enrichis en fibres (2/2)

• Facteurs d’émission de CH4 de l’IPCC – Semblent surestimés pour les températures élevées – Les affiner pour prendre en compte l’effet de l’aliment

et explorer des plages de température plus faibles

• Stratégies optimales d’alimentation – Prendre en compte simultanément

• Performances animales • Émissions des effluents

– Fonction du choix de la filière de gestion des effluents • Séparation de phase • Laveur d’air … • Méthanisation


Merci de votre attention…

Merci aux nombreux collaborateurs de ces travaux conduits dans le cadres de différentes thèses et post-doc

- Stéphanie Portejoie

- Maryline Daumer - Guillaume Jarret

- Pascal Peu - Alba Cerisuelo....


_03Optimisation agronomique et environnementale de la valorisation des produits organiques issus des filières de transformationSafya Menasseri, UMR Inra/Agrocampus Ouest SASAgrocampus OuestAnne Trémier, Romain Girault, UR OPAALE, IRSTEA


Contexte

• Gisements (Quantité, nature, disponibilité et accessibilité)• Origine agricole (effluents d’élevage, cultures intermédiaires, déchets de tonte),

urbaine (boues de STEP, déchets solides des collectivités), industrielle (effluents IAA, déchets industriels organiques)

• Forme solide ou liquide• Obligation ou non d’un procédé de transformation avant valorisation agricole

• Les filières de transformation et leur facteurs de variation• Compostage : type et nombre de retournements, structurant, aération forcée ou

naturelle• Méthanisation : pré-traitement et post-traitement, temps de séjour, température• Dépendent des gisements et de l’objectif : hygiénisation, standardisation, énergie

Diversité des gisements et des filières de transformation

PRODUITS ET CO-PRODUITS RECYCLES DANS LES SOLS


Contexte : Cadre de la recherche

• Approches méthodologiques qui couplent• Acquisition de données agronomiques et des génies des

procédés• Sites expérimentaux de longue durée, exploitations agricoles,

pilotes, microcosmes, réseaux de parcelles• Outils de modélisation des processus biophysiques• Outils d’évaluation environnementale, type ACV

• Programmes de recherche, SOERE• ETYC, MethaPolsol (Financement Ademe)• SOERE PRO Efele

• Expertises• Expertises Esco « Flux d’azote dans les élevages », « Mafor »


Contexte : Intérêt d’un recyclage via le retour au sol

Valeur fertilisante des Produits organiques (PRO)

Amélioration des propriétés physiques, chimiques et biologiques du solDisponibilité des éléments

nutritifs pour la plante

PRODUITS ORGANIQUES TRANSFORMES

+ effet sur la santé des plantes (caractère suppressif des PROs sur les nématodes et les maladies fongiques)

4 pour mille


Valeur engrais possible sur le long terme : cas de l’effet cumulé d’apport de composts

Disponibilité des éléments nutritifs pour la plante

Valeur amendante possible sur le court terme : cas de l’effet de la décomposition des PROs sur la dynamique court-terme de stabilité structurale

Sol instable

Sol moyennement stable

Dénès, 2014

( 5 ans, en conditions de plein champ) (3 mois en conditions contrôlées)

Chalhoub et al., 2013

N prélevé par la culture

MAIS ET


Impact des PROs sur les propriétés des solsCas de l’étude de l’effet de la digestion anaérobie

+

+


Méthodes de caractérisation du potentiel intrinsèque des produits transformés

Analyses chimiques (Ctot, Ntot, Nmin) Les incubations en conditions

contrôlées

FractionnementBiochimique de lamatière organique

APPROCHES STATISTIQUES TYPOLOGIES

Vers des caractérisations plus fines et « haut débit » : NIRS, Fluorescence

Expertise Esco Mafor, 2014

Van Soest, Afnor, 2009


Typologies des produits organiques basées sur le fractionnement biochimique et les approches statistiques

Valeur engrais Valeur amendement

Lasherme et al., 2010

N minéralisé en 91 j > 40 gN/kg MS


Effet des traitements sur la disponibilité en azote

• Diminution de l’azote minéral et une stabilisation de l’azote organique au cours du compostage (réduction de l’azote organique minéralisable)

• Augmentation de l’azote minéral (digestat plus riche en NH4

+) au cours de la digestion anaérobie

• Attention: existe une variabilité

En règle générale

Grands types de produits organiques Equivalent engrais N

Tout type de composts 0‐20 %

Fumiers 10‐20 %

Lisiers 30‐65 %

Digestats solides 40‐65 %

Digestats liquides 50‐70 %

Source: Gutser et al., 2005Esco »Elevage et azote », 2012


Biodégradabilité du carbone après digestion et disponibilité en azote

Meilleur pouvoir méthanogène


Approche filière : Pouvoir méthanogène et valeur fertilisante

Intérêt énergétique si un recours à l’azote minéral est nécessaire ? Müller‐Stöver et al., 2016


Effet des traitements sur la disponibilité en azote

• Modalités d’épandage (Dose, période)

Prise en compte du système de culture et des conditions environnementales

• Type de substrat et cultures réceptrices

• Type de sol (pH, CEC), conditions climatiques (T°, Vent, Pluie et H° du sol)

Decoopman, 2017Quideau et al., 2013


Impact des PROs sur les propriétés des solsAntagonismes et synergies -> Intérêt d’identifier les « besoins » des sols -> Intérêt d’une approche territorialisée

Sols à faible réservoir d’eau, sols filtrants

Sols battants


Approche filière : Couplage des approches de modélisation

• Développer des super modèles• Développer des interfaces

• Adapter les modèles pour rendre leurs données d’entrée et de sorties compatibles

Stratégies possibles



Model Pouloud of aggregatestabilization(Abiven et al. 2006)

Projet ETYC, Thèse Jérémy Dénes





Minéralisation C, N

Caractéristiques analytiquesPRO initial

Modèle de transformation

Modèle agronomique

Sorties

Dénès et al., 2015

Projet ETYC, Thèse Jérémy Dénes


Perspectives de recherche : Le projet MethaPolSol

Atelier animal

Impacts directs et indirects de la méthanisation sur la qualité des eaux et des sols


Perspectives de recherche : échelle territoriale

• Identification des enjeux environnementaux et économiques du territoire• Qualité de l’eau, teneur en MO dans les sols, préservation du patrimoine

• Cartographie et caractérisation des gisements / concurrence avec d’autres filières

• Cartographie des types de sols et fonctions de pédotransferts

• Prise en compte des modifications des systèmes de production

• Typologie des systèmes de culture vis‐à‐vis de leur potentialité à être impliqués dans des filières de transformation

• Identification du cadre réglementaire, des objectifs socio‐économiques et agronomiques

Faisabilité et acceptabilité


Perspectives de recherche

• Modélisation du procédé de méthanisation

Adapter les modèles à la diversité des nouvelles filières

Projet MethaPolsol,Thèse de Y. Bareha

• Couplage avec les modèles agronomiques



Couplage possible avec SYST’N ?

64%49%

69%56%

25%

50% 69% 61%74%

64%

83%

‐

200

400

600

800

1 000

1 200

1 400

0

50

100

150

200

250

300

AF AM C B E F AL I H D G

Fumier Fumier et lisier Lisier Lisier et digestat

Pluviométrie annuelle (mm/an)

Flux d'azote (kg/ha/an)

N non perdu Pertes N‐NO3‐ (eau) Pertes N‐NH3 (air) Pertes N‐N2O (air) Pluviométr ie

Projet ETYC, Loussouarn et al., 2016

• Mise en évidence de l’effet combiné de

• Climat (pluviométrie)• Espèce végétale• Modalité d’épandage• Type d’effluent

• Utilisation possible pour optimiser les épandages

Flux d’azote à l’échelle du système de culture



Couplage possible avec approche ACV –qualité sol (RothC) ?

Catégorie d’impact Unité REF METH METH vs. REF (%)

Changement climatique kg éq. CO2 1,90 1,86 ‐1,9Demande en énergie cumulée MJ 11,8 10,9 ‐8,1Consommation des ressources abiotiques kg éq. Sb 0,00396 0,00366 ‐7,6

Acidification kg éq. SO2 0,0545 0,0557 +2,1Eutrophisation kg éq. PO4

‐‐‐ 0,0153 0,0157 +2,5Occupation de surface m²y 3,93 3,94 +0,2

Catégorie d’impact Unité REF METH METH vs. REF (%)

Teneur en matière organique du sol kg C 13,5 11,2 ‐17,5Tassement du sol m3 12,1 19,0 +36,4Erosion kg sol

Projet ETYC,Garrigues et Wilfart, 2014



• Développement de SYST’N (outil de diagnostic des pertes N dans les systèmes de cultures) :

• Prise en compte de nouvelles cultures (et associations culturales)

• Paramétrage de nouveaux PROs (digestat)

Parnaudeau et al., 2012

Dupas et al., 2015

Adapter les modèles à la diversité des nouvelles filières

• Représentation des compartiments organiques• Incertitudes• Calibration unique des modèles pour une diversité de produits


Perspectives de recherche : Echelle des processus

Devenir des produits dans les sols et valorisation par le végétal

• Comportement des produits dans le sol : effet direct, effet cumulé

• Recherche du compromis vis‐à‐vis des propriétés du sol à améliorer

• Optimisation des modalités et périodes d’épandage• Interactions entre pratiques agricoles• Choix des espèces et des variétés pour une meilleure

valorisation de l’azote issue de la minéralisation

• Efficience d’utilisation de l’azote par les plantes

• Relations produits organiques –communautés microbiennes du sol ‐ végétal


Perspectives à long terme : OPTIMISATION DU RECYCLAGE

• Développer Outil d’aide à la décision et un référentiel

• Comparer et choisir une filière en fonctions d’objectifs agronomiques, environnementaux et territoriaux

• Optimiser un procédé pour une qualité de matière organique attendue

• Maitriser les émissions de GES

.01

12 septembre 2017

_04

Gestion des effluents organiques et risques sanitaires :

antibiorésistance et micro-organismes pathogènes

Anne-Marie Pourcher, Céline Druilhe Irstea Rennes Isabelle Kempf, Martine Denis Anses Ploufragan

.02

POUR UNE APPROCHE GLOBALE DE LA VALORISATION DES EFFLUENTS ORGANIQUES

Les rendez-vous de l’Inra au Space 12 septembre 2017

Deux problématiques sanitaires majeures associées

aux effluents organiques

http://agriculture.gouv.fr/les-zoonoses-ces-maladies-transmissibles-entre-lhomme-et-lanimal

Dissémination de

l’antibiorésistance

Dissémination

des pathogènes

HOMMES ENVIRONNEMENT

ANIMAUX

.03



Irstea Édition 2011 Sources : Agreste-SCEES, Geofla®régionsING

Effectif avicole 2008 (nb têtes)

Effectif bovin 2008 (nb têtes)

Effectif porcin 2008 (nb têtes)

Bretagne :

problématique sanitaire associée notamment aux effluents d’élevage

Production porcine bretonne

60 % de la production nationale

20 millions T de lisier /an



https://www.google.fr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwi6mOinoovWAhXB6xQKHQ_OBOsQjRwIBw&url=https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chicken_cartoon_04.svg&psig=AFQjCNEip6dvEgFmEW-pGP_mkS5TTgdMkQ&ust=1504605469800934

https://www.google.fr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwiZ_6q4oovWAhXJ6xQKHXebA-kQjRwIBw&url=https://www.pinterest.com/pin/562879653396618096/&psig=AFQjCNEu96RiOP6Mt3l6AcEIOVcAPVt49g&ust=1504605501512990

https://www.google.fr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwiK147GoovWAhVCPBQKHX1QAeoQjRwIBw&url=https://www.pinterest.com/amhendriksen/cow/&psig=AFQjCNHpkQE8JvU20g5VrYO3Xs_fFHueXw&ust=1504605535453748

https://www.google.fr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwiLv5n19pLWAhXMcRQKHTGuDS8QjRwIBw&url=https://www.amazon.com/Handheld-Magnifier-Magnifying-Inspection-Crossword/dp/B00E1Y1OVA&psig=AFQjCNEdHGV_NUKRWEEEu0OxtMSw1hbhpg&ust=1504868690722918

.04



Evaluation du danger

Traitements appliqués

aux effluents Dissémination des

bactéries et de

l’antibiorésistance

Transmission

à l’Homme

bactéries résistantes aux ATBs

et/ ou pathogènes



http://www.google.fr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjlm8uC54vWAhUJvRoKHZWuA60QjRwIBw&url=http://www.valorsabio.com/news/?p=33&psig=AFQjCNErIZqCCK4sFYh_qtCsAorWpZLE3Q&ust=1504623900299580

https://www.google.fr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjF0Pfa6YvWAhVIsxQKHf4AB-QQjRwIBw&url=https://www.purposegames.com/game/identifying-a-bacteria-by-shape-and-arrangement-3-quiz/stats&psig=AFQjCNHb78p8iJTmxZqXLz9ycegwaSsYDQ&ust=1504624611508331

https://www.google.fr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwiL34XF7YvWAhUDPhQKHaD2BOsQjRwIBw&url=https://www.123rf.com/photo_17686309_cartoon-vegetables.html&psig=AFQjCNFDGuyHOlclc7vE0K9BuWXh4iu4Fw&ust=1504625663751865

https://www.google.fr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjDpNWqqIvWAhUExRQKHVkJDO8QjRwIBw&url=https://www.youtube.com/watch?v=tnQ7C6maGZA&psig=AFQjCNEwl7Lz-qOYkZqJAh3bHhlTZPWjrw&ust=1504607076436214

https://www.google.fr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwipy6L78IvWAhXKORQKHYlvA6gQjRwIBw&url=https://www.dreamstime.com/royalty-free-stock-photo-tap-water-image1021795&psig=AFQjCNFPGymQpLlpvgXtqubrN7Rm7HhtMg&ust=1504626573527728

http://www.google.fr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwiezIqbq4vWAhWCVRQKHUMQAesQjRwIBw&url=http://maxpixel.freegreatpicture.com/Rallying-Point-Farm-Dung-Waste-Crap-Compost-Heap-406217&psig=AFQjCNHpLkzbwwbZxyc3Ztc5KrQc2UbSIg&ust=1504607852152128

https://www.google.fr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwid-tr_5IvWAhVJNhoKHRyQCpgQjRwIBw&url=https://www.pinterest.com/explore/cartoon-family/&psig=AFQjCNEIjDDLHuqAygQfH8Dnz3brzCGc1Q&ust=1504623340191225

.05



Projets menés par l’Anses et Irstea

Compétences complémentaires

Irstea Rennes Unité OPAALE

Comportement des pathogènes Caractérisation physicochimique des effluents Traitements biologiques appliqués aux effluents - Pilotes - Connaissance du terrain

Anses Ploufragan Unité Mycoplasmologie Bactériologie (UMB) Unité Hygiène et qualité des produits avicoles et porcins (HQPAP)

Antibiorésistance des bactéries commensales,

des bactéries pathogènes (Campylobacter) réseau RESAPATH (surveille l’antibiorésistance des

bactéries pathogènes animales en France)

Circulation des pathogènes dans les filières avicole et porcine

Service d’élevage et d’expérimentation avicole

Dissemination des pathogènes et des BRAs dans l’environnement agricole

.06



Etude de la persistance des Entérobactéries résistantes aux FQ

- au cours du stockage des litières

- après épandage sur le sol des litières

Coordinateur : I. Kempf

Projet EVALU-FQ-VOL

Evaluation de l’utilisation des fluoroquinolones (FQ)

chez la volaille

Partenaires:

Impact environnemental du traitement des poulets aux FQ

2007

http://www.google.fr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwik3_Ta8I3WAhWM6xoKHVriDKoQjRwIBw&url=http://www.oniris-nantes.fr/&psig=AFQjCNHhYiO3xu_tSexWJZMLZYOgmhl8dw&ust=1504695234117673

.07



Mesure de la concentration en fluoroquinolones :

enrofloxacine et son métabolite, la ciprofloxacine

Dénombrement des Entérobactéries résistantes à la

ciprofloxacine

à 24 jours :

enrofloxacine 10 mg/kg pdt 5 j

Stockage

ANSES Ploufragan

T0 T24 T35 = J0 J 63

fientes + copeaux de bois


Projet EVALU-FQ-VOL

non traités traités

.08




Projet EVALU-FQ-VOL

Températures maximales des tas à 80 et 20 cm

Profils de température similaires

Pas d’impact de la présence de FQ sur la montée en température

Pic de température le 1ers jours de stockage

≈ 65°C

0 63

Max à 80 cm

Max à 20 cm

70

60

50

40

30

20

10

0 63

Max à 80 cm

Max à 20 cm

70

60

50

40

30

20

10

non traités traités à l’enrofloxacine

jours jours

.09



1,E+00

1,E+01

1,E+02

1,E+03

1,E+04

1,E+05

1,E+06

1,E+07

0 2 7 14 28 42 63

non traités

traités

107

106

105

104

103

102

10

1

ba

cté

rie

s / g

Jours

entérobactéries

Diminution progressive des entérobactéries

Evolution des teneurs en FQ et en entérobactéries au cours du stockage

Après 2 mois de stockage :

27 % de la teneur initiale en enrofloxacine

Jours 0 10 20 30 40 50 60 70

20

16

12

8

4

0

FQ

(m

g/k

g)

enrofloxacine


Projet EVALU-FQ-VOL

Présence de souches de E. coli résistantes aux FQ CMI 8 mg/L au début uniquement

E. coli

.010



à 24 jours :

enrofloxacine

10 mg/kg pdt 5 j

mesure de la concentration en FQ

dénombrement et identification des Entérobactéries

T

ANSES Ploufragan CA. Kerguéhennec

J-36 J-13 à -8 J-1 J0 5 12 19 26 36 48 89 jours

fientes + copeaux de bois

NT

épandage 8 T /ha

6 parcelles:

3 avec fumier T

3 avec fumier NT

1 échantillon =

5 carottes de 100g


Projet EVALU-FQ-VOL

non traités traités

Epandage

.011



Jours Enrofloxacine (µg·kg-1)

Fréquence % min-max

0 100 [18, 23]

5 100 [55, 518]

36 100 [31, 252]

48 100 [14, 22]

Fréquence de détection et teneurs en FQ dans le sol après épandage de la litière des poulets traités

Détection des FQ au moins ≥ 48 jours


Projet EVALU-FQ-VOL

Présence de souches de E. coli résistantes aux FQ CMI 8 mg/L

-9 0 5 12 19 26 36 48 89

entérobactéries E. coli104

103

102

10

1

bac

téri

es

/ g

Survie de E. coli après épandage ≥ 89 jours

jours

Entérobactéries environnementales CMI : <0,05-0,25 mg/L

.012



- Couple durée/ température

concentration en FQ mais pas

disparition complète

Survie de E. coli résistantes aux FQ

- Persistance des FQ

- Survie de E. coli résistantes aux FQ >3 mois

- Pas de transfert détecté de résistance aux

entérobactéries du sol


Projet EVALU-FQ-VOL

Stockage vs épandage direct

.013



Coordinateur : Irstea Rennes

Partenaire : Martine Denis, Evelyne Boscher. Anses Ploufragan

Dissémination de Listeria monocytogenes dans l'environnement

agricole

Financement Ademe

Objectif

Comprendre le comportement de L. monocytogenes

Etudier sa circulation dans les sites de traitement du lisier

Programme national de recherche santé-environnement-travail 2011

https://www.google.fr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwi0m5WF0JDWAhXCvxQKHWDfBOUQjRwIBw&url=https://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Anses_logo_2010.png&psig=AFQjCNGuLmvB--7NPlVsjq7aWpUThz7XdA&ust=1504789545794865

.014



Lisiers bruts 18%

Lagunes (lisier traité) 28%

Listeria monocytogenes survie importante dans le sol

Etude menée en Bretagne prévalence élevée de L. monocytogenes dans les

élevages porcins

73 élevages: fèces 46%

Dissémination de L. monocytogenes dans l'environnement agricole

Le stockage en lagune des effluents traités favorise la

persistance de L. monocytogenes ?

.015



2 sites suivis sur 1 an

P2

P1 lisier Réacteur biologique

centrifugation

Refus de centrifugation

lisier Réacteur biologique

centrifugation



.016



P2

épandage

décantation

P1 lisier lagune Réacteur biologique

centrifugation

Lisier traité

déshydraté

presse


lisier Réacteur biologique

centrifugation


lagune


Paramètres microbiologiques Entérocoques, L. monocytogenes

Paramètres physicochimiques température, pH, matière organique, N, P, ions

Typage moléculaire par RFLP-PFGE de 252 souches

de L. monocytogenes

prélèvements

2 sites suivis sur 1 an

https://www.google.fr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjxjMaZ0o3WAhWBrRQKHUHvCOIQjRwIBw&url=https://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Irstea_(logo).svg&psig=AFQjCNH4cDhh4nTQoWuHtUVi6bEO2A2j6A&ust=1504687045753499

.017



1,E+00

1,E+01

1,E+02

1,E+03

1,E+04

1,E+05

1,E+06

1,E+07manure 1 lagoon 1 manure 2 lagoon 2

CF

U/

10

0 m

L

107

106

105

104

103

102

10

1

Entérocoques

mars avril mai juin juil août sept. oct. nov. dec. janv. fév.

Concentrations en entérocoques et L. monocytogenes

lisier 1 lagune 1 lisier 2 lagune 2


Concentration stable

Impact du traitement 2,5 Log10

.018



1,E+00

1,E+01

1,E+02

1,E+03

1,E+04

1,E+05

1,E+06

1,E+07manure 1 lagoon 1 manure 2 lagoon 2

0,1

1,0

10,0

100,0

1 000,0

CF

U/

10

0 m

L

L. monocytogenes 107

106

105

104

103

102

10

1

103

102

10

1

0.1

Abattement 1,6 Log10- 0,4 Log10

Entérocoques

mars avril mai juin juil août sept. oct. nov. dec. janv. fév. mars avril mai juin juil août sept. oct. nov. dec. janv. fév.

Concentrations en entérocoques et L. monocytogenes

lisier 1 lagune 1 lisier 2 lagune 2


Abattement 2,5 Log10

.019




Le stockage en lagune des effluents traités favorise

la persistance de L. monocytogenes ?

Origine des souches dans la lagune ?

Formes de résistance de L. monocytogenes dans la lagune ?

.020



Distribution des génotypes dans les deux sites

0

5

10

15

20

25

30

35

40

A B C D E F G H I J B K L M N O P Q

soil lagoon manureN

b is

ola

ts /m

atr

ice

Site 1

pulsotype

site 2

9 retrouvés dans lisier et lagune origine porcine

17 retrouvés dans lagune et sol origine environnementale

sol lagune lisier


.021




Le stockage en lagune des effluents traités favorise

la persistance de L. monocytogenes ?

Le génotypage des souches

suggère une origine

environnementale

Mise en évidence de formes viables non

cultivables chez des souches isolées des

effluents :

stratégie adoptée en réponse à des

conditions environnementales défavorables

.022



Devenir des Clostridium et de bactéries pathogènes non sporulantes

au cours de la digestion anaérobie mésophile des effluents d’élevages

Programme national de recherche santé-environnement-travail 2016

Coordinateur : Irstea Rennes

Partenaire : Martine Denis, Caroline Lemaréchal. Anses Ploufragan

Financement Ademe

https://www.google.fr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwiIw8zUtqbSAhVKSRoKHXBQAjkQjRwIBw&url=https://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Anses_logo_2010.png&bvm=bv.147448319,d.d2s&psig=AFQjCNGAvR0FoO7mgAxxd7hLeuhc1FtCzg&ust=1487946459830199

https://www.google.fr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwi0m5WF0JDWAhXCvxQKHWDfBOUQjRwIBw&url=https://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Anses_logo_2010.png&psig=AFQjCNGuLmvB--7NPlVsjq7aWpUThz7XdA&ust=1504789545794865

.023



lisier/ fumier

résidus de culture

déchets d’IAA, de restaurants collectifs

Méthanisation mésophile

Intrants

(35-38°C)

Impact de la digestion anaérobie sur les pathogènes

.024



Production d’un digestat valorisable en agriculture

biogaz électricité

lisier/ fumier

résidus de culture



Intrants Produits

(35-38°C)


http://www.google.fr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjNwqLSraPSAhUE1RoKHZJrBbEQjRwIBw&url=http://www.ebay.com/itm/12-SMILEY-SMILE-HAPPY-FACE-Magnet-Magnetic-Car-Decals-/370529433948&psig=AFQjCNFQ101y2zJycQkJQLJvSd4HOhf1cA&ust=1487840929585695

.025



Risques potentiels sur la santé et l’environnement obstacle à la valorisation

lisier/ fumier

résidus de culture



Intrants Produits

(35-38°C) biogaz électricité


Pathogènes

Pathogènes ?

Pathogènes ?

http://www.google.fr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwiTnfDerqPSAhXEPBoKHXR8B68QjRwIBw&url=http://clipart-library.com/worried-smiley-face.html&bvm=bv.147448319,d.d2s&psig=AFQjCNFC_ye7VXYNUxDBFGQpFtnNBwlanw&ust=1487841108913403

.026



lisier/ fumier entrant dans les digesteurs catégorie 2 règlement impose avant l’entrée dans le méthaniseur : broyage (taille des particules ≤ 12 mm) + traitement thermique (70°C pendant 1 heure)

Aspect réglementaire

méthanisation agricole : concernée par la réglementation européenne relative aux sous-produits animaux et produits dérivés non destinés à la consommation humaine (SPAN) règlement n° 142/2011

Dérogation à l’hygiénisation 70°C, 1 heure

Méthanisation à la ferme en France : Digestion anaérobie mésophile avec dérogation sans prétraitement

Mais questionnement des autorités sanitaires sur l’impact de la méthanisation sur pathogènes dont les Clostridium, bactéries sporulantes très résistantes aux traitements

.027



Répondre à une série de questions sur l’impact de la digestion anaérobie

Qualité sanitaire des digestats?

Variabilité des caractéristiques chimiques et microbiologiques des digestats au cours de l’année ?

Impact de la charge organique d’alimentation des digesteurs et du temps de séjour hydraulique (TSH) sur le comportement des bactéries ?

Entrée Sortie

TSH : volume réacteur débit d’entrée

Objectifs

.028



Sur le terrain Suivi sur une année de la qualité chimique et microbiologique des intrants et des digestats de 3 sites

stockage Fosse de stockage

Digesteur

Pilotes de digestion anaérobie mésophile, voie liquide, alimentés en semi-continu avec un mélange de lisier et de co-substrat

Au laboratoire Impact de 3 paramètres sur le comportement des bactéries

Suivi de la production et de la composition du biogaz Analyses microbiologiques et chimiques en régime stationnaire

Lisier prétraité ou non

TSH

15 à 50 jours

Charge organique 1 et 3 g DCO / L de réacteur / j

Analyses de bactéries indicatrices de traitement et de pathogènes

Méthodologie

http://www.google.fr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjvo9XPjanSAhWB0xoKHTj-CK4QjRwIBw&url=http://www.medicalexpo.com/prod/jisico/product-84729-570991.html&bvm=bv.147448319,d.d2s&psig=AFQjCNEh3Tyr0-wDyQkVAk8Fpn25N8xSJA&ust=1488038479752634

http://www.google.fr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjvo9XPjanSAhWB0xoKHTj-CK4QjRwIBw&url=http://www.medicalexpo.com/prod/jisico/product-84729-570991.html&bvm=bv.147448319,d.d2s&psig=AFQjCNEh3Tyr0-wDyQkVAk8Fpn25N8xSJA&ust=1488038479752634

.029



Caractériser, comprendre, limiter le danger microbiologique

Projets menés par l’Anses et Irstea

Effluents d’élevage

Stations de traitement

Sol

Connaissances de terrain/ expertise

Outils de quantification des pathogènes et des bactéries résistantes aux antibiotiques

Zones d’expérimentations sécurisées pour le suivi de pathogènes

https://www.google.fr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwj--pa-tqbSAhXGvRoKHRmsDUUQjRwIBw&url=https://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Irstea_(logo).svg&psig=AFQjCNG4Kz8XktzR3j1fhA-gLmkl0UcFMQ&ust=1487946415419704

https://www.google.fr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwiIw8zUtqbSAhVKSRoKHXBQAjkQjRwIBw&url=https://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Anses_logo_2010.png&bvm=bv.147448319,d.d2s&psig=AFQjCNGAvR0FoO7mgAxxd7hLeuhc1FtCzg&ust=1487946459830199


_05ConclusionFabrice BelineIrstea Rennes


Agriculture et élevage au cœur des enjeux

• Des évolutions importantes de l’agriculture et des modes de vie

• Une régionalisation de l’élevage à l’échelle mondiale et une urbanisation croissante

• Une augmentation globale et locale de la quantité de « déchets » organiques

• Des déséquilibres entre cette production de « déchets » et la capacité locale de recyclage conduisant à des impacts environnementaux majeurs:

• Eutrophisation (N & P)

• Pollutions atmosphériques (NH3 et GES)

• Qualité des sols

• Risques sanitaires

• Au final, un recyclage des « déchets » organiques peu efficient


Un défi pour l’agriculture et l’élevage

Augmenter l’efficience du recyclage des « déchets » organiques

En les transformant en ressources à travers des filières innovantes


De nombreux leviers d’action

• Alimentation des animaux

• Logement des animaux

• Pratiques d’élevage

• Modalités de stockage des effluents

• Procédés de traitement et de transformation

• Modalités d’épandage

• Pratiques culturales et systèmes de cultures

A différentes échelles: de l’exploitation agricole au territoire


Des systèmes complexes et difficiles à appréhender

Animaux

Alimentation

MéthanisationEffluents

CH4

Digestat

+ aspects sanitaires, qualité des sols, stockage de carbone, …+ ajouts de co‐substrats, autres procédés de transformation, …

Cultures intermédiaires

Epandage

NH3

Technique d’épandage

Sol & cultures

NO3‐

Engrais


Une approche systémique incontournable

• De nombreuses compétences techniques et académiques requises• Des dispositifs expérimentaux et analytiques complémentaires• Des collaborations transdisciplinaires

Pour optimiser l’efficience du recyclage

Fédérer la communauté scientifique régionale autour de cette thématique au sein du GIS APIVALE

« APPROCHE INTEGREE DE LA VALORISATION DES EFFLUENTS ORGANIQUES »


GIS APIVALE « APPROCHE INTEGREE DE LA VALORISATION DES EFFLUENTS ORGANIQUES »

6 partenaires institutionnels

10 unités

~ 100 enseignants, chercheurs, ingénieurs, techniciens


• Développer une approche systémique de la valorisation des effluents organiques

• Fédérer et coordonner les infrastructures de recherche

• Contribuer à la formation

• En collaboration avec nos partenaires et en développant de nouvelles collaborations

GIS APIVALE « APPROCHE INTEGREE DE LA VALORISATION DES EFFLUENTS ORGANIQUES »


Documents

POUR UNE APPROCHE GLOBALE - INRA POUR UNE APPROCHE GLOBALE DE LA VALORISATION DES EFFLUENTS ORGANIQUES Les rendez-vous de l’Inra au Space 12 septembre 2017 PROGRAMME • Introduction