Le fumier désigne l’ensemble des déjections animales (fèces et urines), souvent mélangés à de la litière. Il s’agit d’un sous-produit naturel et inévitable de l’élevage de vaches. Lorsqu’il est entreposé dans des fosses, le fumier se retrouve généralement mélangé à d’autres matières, comme le lisier (forme plus liquide de déjections), et les eaux de pluie et de lavage des bâtiments agricoles. L’ensemble, appelé effluents d’élevage, représente environ 24 % des émissions de gaz à effet de serre des fermes du Laboratoire vivant – Lait carboneutre.
Au-delà de leur impact climatique, les effluents d’élevage jouent un rôle central dans l’écosystème agricole : une fois appliqués au champ, ils deviennent une source de nutriments pour les cultures et contribuent à enrichir la matière organique du sol, essentielle à sa santé et sa fertilité.
En s’appuyant sur des données mesurées directement sur les fermes, le Laboratoire vivant – Lait carboneutre cherche à proposer aux producteur(trice)s des solutions concrètes et adaptées à leur réalité pour mieux valoriser leurs effluents d’élevage tout en réduisant les émissions de gaz à effet de serre.
Sommaire des activités
Mesures directes des émissions à la fosse à fumier
Objectif : Évaluer l’efficacité des pratiques de gestion bénéfiques mises en place par les producteur(trice)s sur la réduction des émissions de gaz à effet de serre à la fosse. Les mesures réalisées serviront également à développer des méthodes d’échantillonnage plus simples et accessibles.
Potentiel de biométhanisation
Objectif : Démontrer le potentiel technologique, économique et environnemental d’un procédé de biométhanisation permettant de produire de la bioénergie et des engrais organiques à partir des effluents d’élevage laitiers.
Influence du biochar sur la méthanogenèse et la valorisation des digestats en digestion anaérobie
Objectif : Examiner l’effet de l’incorporation de biochar dans les effluents d’élevage sur la performance de la production de biogaz et sur les propriétés des digestats.
Mesures directes des émissions à la fosse à fumier
L’importance de disposer des données réelles sur les émissions liées à l’entreposage du fumier
Pour mieux comprendre les émissions de gaz à effet de serre liés à l’élevage de vaches laitières, les équipes de recherche de Stéphane Godbout (IRDA) et de Sébastien Fournel (Université Laval) mesurent directement sur les fermes, les principaux gaz produits lors de l’entreposage du fumier, soit le méthane (CH4), le protoxyde d’azote (N2O), le dioxyde de carbone (CO2) et l’ammoniac (NH3).
Les mesures sont réalisées en été, quand les émissions sont les plus importantes. Les données recueillies sur les fermes sont ensuite comparées aux résultats des bilans carbones réalisés à l’aide des coefficients d’émissions des calculateurs pour vérifier si les deux approches aboutissent à des résultats similaires.
Deux séries de mesure sont prévues sur chaque ferme, une première avant l’implantation de nouvelles pratiques de gestion bénéfiques et une seconde après, afin d’évaluer concrètement l’influence des changements apportés à la fosse sur les émissions de gaz à effet de serre et l’ammoniac.
Une roulotte pour mesurer les gaz émis à la fosse à fumier
Une roulotte mobile, équipée d’appareils de mesure des gaz, se déplace sur 16 des 20 fermes du Laboratoire vivant – Lait carboneutre. Des mesures ponctuelles de méthane (CH4), de protoxyde d’azote (N2O), de dioxyde de carbone (CO2) et d’ammoniac (NH3) sont réalisées directement au niveau de la fosse à fumier.
Pour compléter leurs analyses, les équipes de recherche recueillent aussi des données sur les caractéristiques physico-chimiques du fumier (température, pH, éléments majeurs et certains éléments mineurs), les dimensions des fosses, ainsi que sur la fréquence et le volumes de vidange, dans le but de mieux cerner les facteurs qui influencent les émissions de gaz à effet de serre durant l’entreposage du fumier.
Des données utiles pour les producteur(trice)s
Les données recueillies dans le cadre de cette activité aident les producteur(trice)s à mieux comprendre les émissions de gaz à effet de serre liées à leur gestion du fumier. Elles leur permettent aussi d’identifier les pratiques de gestion bénéfiques les plus efficaces pour les réduire, selon la réalité de leur propre ferme.
Ces travaux contribuent également à faire évoluer les méthodes de mesure dans les structures d’entreposage du fumier, en vue de développer des outils plus simples et accessibles et d’offrir aux producteur(trice)s des moyens concrets pour évaluer l’impact des pratiques mises en place.
Potentiel de biométhanisation
Valoriser les fumiers par la biométhanisation
Les déjections animales représentent une part importante des émissions de méthane (CH4) à la ferme. Il est cependant possible, grâce à la biométhanisation, de réduire ces émissions à la source, en captant ce gaz et en le valorisant comme source d’énergie, par exemple pour la production d’électricité et le chauffage des bâtiments agricoles.
Souhaitant mieux comprendre la viabilité technologique, économique et environnementale de cette approche, les producteur(trice)s du Laboratoire vivant – Lait carboneutre se sont engagés dans une démarche expérimentale et d’innovation avec l’équipe de recherche de Rajinikanth Rajagopal et Bernard Goyette (Agriculture et Agroalimentaire Canada).
Des essais en laboratoire
Des échantillons frais de déjections de bovins laitiers sont prélevés à la préfosse sur l’ensemble des fermes participantes au Laboratoire vivant – Lait carboneutre, en collaboration avec les producteur(trices) et les partenaires régionales. Ces échantillons sont ensuite envoyés au Centre de recherche et de développement de Sherbrooke, où ils sont placés dans des réservoirs spécialement conçus pour le projet. Dans ces réservoirs, aussi appelés digesteurs, des microorganismes décomposent la matière organique en condition anaérobie, c’est-à-dire en l’absence d’oxygène. Le méthane (CH4) produit dans ces conditions contrôlées, appelé biogaz, peut ensuite être récupéré et utilisé comme source d’énergie renouvelable.
L’objectif des essais est de déterminer les conditions optimales de biométhanisation en faisant varier divers paramètres, notamment :
la part des fractions solides (fumier) et liquides (lisier) introduites dans le digesteur;
l’équilibre entre la matière organique à digérer et les microorganismes ajoutés;
l’ajout de cosubstrats, comme des litières ou des résidus végétaux;
la durée du processus de digestion.
En testant ces différentes recettes de biométhanisation, les scientifiques cherchent à évaluer l’effet de chaque paramètre sur :
la quantité et la qualité du biogaz produit;
la valeur fertilisante du digestat, c’est-à-dire le résidu solide ou liquide après la digestion;
les émissions de méthane (CH4) du digestat, en comparaison avec celles du fumier original.
En parallèle, plusieurs données liées à la gestion du troupeau sont collectées, comme la race des vaches, leur taille, leur âge moyen et leur alimentation, afin de mieux comprendre les différences de résultats obtenus entre les fermes et de comparer les performances des protocoles testés.
Les recettes les plus prometteuses seront validées dans des digesteurs de plus grande capacité (200 L) pour confirmer leur applicabilité dans des conditions plus proches de la réalité.
Des résultats concrets pour informer les producteur(trice)s sur une nouvelle voie à explorer
Au Québec, le potentiel de biométhanisation des fumiers de vaches laitières reste encore peu documenté. Les résultats de cette activité permettront aux producteur(trice)s d’être mieux informés sur cette option de valorisation de leurs fumiers et de prendre des décisions éclairées quant à son intégration éventuelle dans leur ferme.
Transformer un essai peu concluant en nouvelle opportunité
Dans le cadre des activités de recherche collaborative sur les troupeaux, un projet initial s’est penché sur l’ajout de biochar dans la ration des vaches laitières pour réduire les émissions de méthane entérique. Ce charbon, produit en chauffant de la matière forestière en l’absence d’oxygène, n’a cependant pas démontré de réduction suffisante de méthane lors des essais menés en laboratoire pour justifier le passage à la phase suivante impliquant des essais avec des animaux en station de recherche.
Plutôt que de simplement abandonner le biochar et son potentiel, les producteur(trice)s et l’équipe de recherche ont su tirer parti de la dynamique collaborative du Laboratoire vivant – Lait carboneutre pour transformer ces résultats en une nouvelle piste d’innovation. Grâce à des échanges avec les scientifiques de l’équipe de recherche de Rajinikanth Rajagopal, spécialisés dans la gestion et le traitement du fumier, l’idée a émergé d’appliquer le biochar directement dans la fosse à fumier pour réduire les émissions de méthane lors de son entreposage, mais aussi évaluer son effet sur la production de biogaz et sur les propriétés des digestats. L’équipe de recherche a ainsi pu bénéficier du partenariat existant avec l’entreprise québécoise productrice de biochar et intégrer cette activité à sa propre programmation scientifique!
Influence du biochar sur la méthanogenèse et la valorisation des digestats en digestion anaérobie
Une nouvelle pratique en évaluation
Le biochar possède plusieurs caractéristiques qui en font un candidat intéressant pour réduire les émissions de gaz à effet de serre à la ferme, en particulier le méthane (CH4) produit lors de l’entreposage du fumier par des bactéries méthanogènes qui décomposent la matière organique. Grâce à sa structure poreuse, il contribue à créer un environnement moins favorable à la production de méthane, tout en améliorant certaines propriétés du fumier. En effet, le biochar aurait la capacité :
d’absorber une partie de la matière organique, la rendant moins disponible pour les bactéries méthanogènes, tout en retenant les éléments nutritifs dans le fumier;
d’améliorer l’aération du fumier solide, réduisant ainsi les conditions propices à la production de méthane;
de modifier les populations de microorganismes présentes dans le fumier.
En raison de ces propriétés, les producteur(trices)s et les scientifiques du Laboratoire vivant – Lait carboneutre ont mis en place une activité de recherche pour évaluer dans quelle mesure l’ajout de biochar dans la fosse à fumier peut contribuer à réduire les émissions de gaz à effet de serre durant l’entreposage, tout évaluant en son effet sur la production de biogaz et sur la qualité fertilisante du digestat qui sera appliqué dans les champs.
Essais en laboratoire
Des échantillons frais de déjections provenant des fermes participantes au Laboratoire vivant – Lait carboneutre sont recueillis, puis placés dans des digesteurs de 20 litres en laboratoire. Différentes doses de biochar y sont ajoutées afin de déterminer la quantité optimale permettant de réduire les émissions de méthane (CH₄). L’effet du biochar est également évalué sur la production de biogaz.
Des résultats pour informer les producteur(trice)s
Si les effets du biochar se confirment, les essais pourraient dans un second temps se poursuivre en conditions réelles, directement dans les fosses à fumier sur les fermes. Cela permettrait de vérifier non seulement l’efficacité du biochar sur les émissions de méthane (CH₄), mais aussi si les doses utilisées sont réalistes et applicables à l’échelle de la ferme.
Cette approche pourrait alors constituer une nouvelle pratique de gestion bénéfique pouvant être adoptée par les producteur(trice)s pour réduire les émissions issues des fosses à fumier, tout en augmentant le potentiel fertilisant de ce dernier.
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Voici les réponses à plusieurs questions courantes sur le sujet.
