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Le méthane est un puissant gaz à effet de serre (GES) et, dans la chaîne d'approvisionnement de la viande de porc, il représente environ 25 % des émissions de GES. La durée de vie du méthane dans l'atmosphère est courte par rapport à celle du CO2, de sorte que l'atténuation de ses émissions dans les élevages pourrait contribuer de manière significative à freiner le réchauffement de la planète à court terme.
Dans les élevages de porcs, le stockage du lisier est responsable de 85 % des émissions de méthane, de sorte que la gestion du fumier est le principal objectif de réduction des émissions de ce gaz. Parmi les différentes stratégies de gestion ou de traitement actuellement étudiées, l'acidification à faible dose du lisier est une nouvelle approche qui pourrait être présentée comme une technologie flexible et rentable pour l'action climatique.
Formation du méthane et mécanismes d'inhibition
Le méthane est produit par des micro-organismes spécialisés (méthanogènes) qui interagissent avec d'autres groupes microbiens pour dégrader la matière organique présente dans le lisier. Les méthanogènes actifs dans le lisier sont différents de ceux que l'on trouve dans le système digestif des animaux, et l'acidification à faible dose du lisier agit en retardant l'adaptation et la croissance des « nouveaux » méthanogènes qui peuvent survivre dans cet environnement stressant.
L'acidification du lisier par l'acide sulfurique modifie les équilibres chimiques et inhibe les méthanogènes. En outre, un groupe spécialisé de bactéries peut utiliser le sulfate contenu dans l'acide sulfurique, en entrant directement en concurrence avec les méthanogènes et en produisant du sulfure d'hydrogène, ce qui renforce encore l'inhibition des méthanogènes. Cela pourrait contribuer à maintenir l'inhibition dans le temps.
Qu'est-ce que l'acidification du lisier ?
L'acidification du lisier avec de l'acide sulfurique concentré (96 %) a été développée il y a environ 25 ans au Danemark comme méthode pour empêcher la perte d'ammoniac dans le lisier. Par la suite, il a été constaté que ce traitement réduisait aussi efficacement les émissions de méthane et que, en fait, plusieurs autres composés contenant du soufre présentaient également un certain degré d'inhibition (Petersen, et al. 2012).
Des études menées dans plusieurs pays ont confirmé ces observations et ont montré que l'acide sulfurique est l'agent le plus puissant pour inhiber les émissions de méthane. Nous nous sommes donc demandé quel serait l'effet d'une réduction de la dose d'acide sulfurique sur les émissions de méthane et d'ammoniac. Quel est l'avantage pour le climat de l'utilisation d'une dose plus faible d'acide et quels sont les résultats en termes de pertes d'azote et d'économies de coûts ?
En 2021, une étude pilote a montré qu'une acidification à faible dose avec 2 kg d'acide sulfurique par tonne de lisier de porc (un tiers de la dose prescrite pour réduire les émissions d'ammoniac) pouvait être très rentable pour réduire les émissions de méthane, bien que la réduction des émissions d'ammoniac soit plus faible (Ma, C., et al., 2022).
Figure 1 : La réglementation danoise exige l'ajout de 6 kg d'acide sulfurique par m³ de lisier de porc pour réduire les émissions d'ammoniac. Dans une étude pilote, six doses différentes d'acide (de 0 à 6 kg par m³) ont été utilisées. Les deux graphiques montrent les variations en pourcentage des émissions de méthane et d'ammoniac, en prenant comme référence le lisier de porc non traité. Source : Ma et al, 2022.
Acidification du lisier en élevage
L'acide sulfurique concentré étant dangereux, des solutions techniques sont nécessaires pour garantir la santé et la sécurité du personnel et des animaux. Il existe déjà une technologie commerciale entièrement automatisée pour l'acidification du lisier dans les exploitations porcines, mais les coûts d'investissement sont élevés. Il est également possible d'acidifier le lisier dans des réservoirs de stockage extérieurs, où l'acide est ajouté lors d'un mélange vigoureux. Cette opération doit être effectuée par du personnel formé, utilisant l'équipement de sécurité requis et suivant des procédures appropriées, et est généralement réalisée par un prestataire.
Aujourd'hui, dans de nombreux élevages danois, l'acidification est effectuée dans des réservoirs de stockage extérieurs peu avant l'épandage dans les champs. Dans ce cas, l'objectif est de réduire les pertes d'ammoniac lors de l'épandage. Toutefois, pour réduire les émissions de méthane pendant le stockage, il est nécessaire d'acidifier le lisier dans les réservoirs pendant la période de stockage.
Les émissions de méthane sont particulièrement élevées pendant l'été et au début de l'automne, c'est pourquoi l'acidification doit être effectuée en juin et de nouveau au début du mois de septembre. Le lisier frais provenant des bâtiments est pompé dans le réservoir de stockage à intervalles réguliers. Il convient d'ajouter suffisamment d'acide en juin et en septembre pour permettre cette dilution et maintenir une concentration finale de 2 kg d'acide sulfurique par m3 de lisier à la fin de la période de stockage.
Le transfert fréquent du lisier du bâtiment vers un réservoir de stockage peut améliorer la réduction globale des émissions de méthane en permettant l'acidification ou d'autres technologies de traitement à l'extérieur du bâtiment. Cependant, de nombreuses exploitations porcines existantes disposent de fosses profondes ou de fosses peu profondes avec un système de vidange par bouchon, ce qui empêche les vidanges fréquentes. De nouvelles conceptions de bâtiments doivent être développées et adoptées pour améliorer la gestion du lisier.
L'acidification à faible dose visant à réduire les émissions de méthane dans les installations de stockage devrait être effectuée à la fin du printemps.Actuellement, elle est réalisée en ajoutant de l'acide sulfurique (96 %) lors d'un mélange intense. Photo : Søs Lindeborg Pedersen, SEGES Innovation.
Vérification de l'efficacité de l'acidification à faible dose
Sur la base des résultats prometteurs obtenus en laboratoire et à l'échelle pilote, la technologie d'acidification à faible dose est maintenant évaluée à l'échelle pratique dans le cadre d'une étude portant sur 16 réservoirs à lisier : huit dans des élevages porcins et huit dans des élevages bovins. Six des huit cuves ont été acidifiées. Des échantillons de lisier ont été prélevés à plusieurs reprises pendant le stockage, dans différentes positions et à différentes profondeurs, afin d'analyser la composition du lisier et les taux de production de méthane.
Une partie du lisier doit se trouver dans la cuve avant l'ajout de l'acide sulfurique. Le lisier de porc a donc été acidifié autour du 1er juillet et à nouveau en septembre. La plupart des cuves ont reçu du lisier frais du bâtiment à intervalles réguliers.
Les résultats de la première année de l'étude ont confirmé qu'il était possible d'inhiber efficacement la production de méthane. Cependant, dans les cuves à lisier de porc, qui sont toutes alimentées par le bas, des poches de lisier ont souvent été observées près de l'entrée avec des taux de production de méthane élevés, même lorsque le lisier était initialement acidifié. Des travaux supplémentaires sont donc nécessaires pour optimiser la technologie de traitement et documenter la réduction globale du méthane. Des campagnes de mesure à la ferme seront menées au cours de la prochaine phase du projet.
Dans le cadre d'un nouveau programme, une société danoise a conçu un système permettant d'ajouter de l'acide pendant le pompage du lisier du bâtiment au stockage extérieur, qui sera évalué dans le courant de l'année dans une exploitation porcine et une exploitation bovine. Ce système minimiserait la nécessité de manipuler l'acide à la ferme, tout en garantissant l'inhibition immédiate des méthanogènes.
Rentabilité de l'acidification du lisier
La rentabilité des stratégies d'acidification à faible dose sera déterminée au printemps 2026. Toutefois, une évaluation préliminaire de la rentabilité a été réalisée sur la base des résultats de l'étude pilote.
Le coût des réductions d'émissions de GES, exprimé en euros par tonne d'équivalent CO₂, a été calculé en fonction de la dose d'acide et de la stratégie d'application (1, 3 ou 10 traitements acides) (Fig. 2). Les coûts pris en compte comprenaient l'acidification par un prestataire, la valeur des économies d'azote résultant de la réduction des pertes d'ammoniac, la réduction des émissions de méthane et la prévention des émissions d'oxyde nitreux provenant de l'ammoniac.
Les résultats de l'étude à l'échelle pilote ont été utilisés pour évaluer la rentabilité de l'acidification du lisier dans la réduction des gaz à effet de serre. Coût de l'atténuation des GES par l'acidification 1, 3 ou 10 fois par an pendant le stockage du lisier. Source : Ma et al : Ma et al, 2022.
Le coût des permis carbone de l'UE est actuellement de 75 euros par tonne d'équivalent CO₂. Par conséquent, en fonction de la nécessité de mélanger le lisier pendant le stockage, l'acidification à faible dose pourrait être une solution rentable. L'acidification du lisier de porc dans des réservoirs de stockage 1 à 3 fois par an pourrait être une stratégie efficace pour réduire les émissions de gaz à effet de serre en agriculture. Le rapport coût-efficacité peut encore être amélioré en déplaçant plus fréquemment le lisier des élevages vers des réservoirs de stockage extérieurs, ce qui permettrait à l'acidification d'affecter une plus grande proportion des émissions totales de méthane provenant de la gestion du lisier. En outre, étant donné que la plupart des émissions de méthane se produisent en été et au début de l'automne, l'application de la dose complète d'acide, par exemple 2,1 kg d'acide sulfurique par m³ de lisier dans le volume final, avant l'été pourrait maximiser la réduction pendant la période de pointe des émissions et, en même temps, éviter l'apport excessif de soufre au sol lorsque le lisier est épandu sur le terrain.
