Origine, devenir et impact du cuivre et du zinc des lisiers porcins. Rôle de la digestion anaérobie

L’épandage des déjections animales sur les terres agricoles est pratiqué depuis très longtemps. Il contribue au recyclage d’éléments nutritifs comme l’azote et le phosphore ainsi qu’à l’apport de matière organique au sol. Cependant, l’intensification de la production animale a entraîné une concentration des élevages et des changements de pratiques, notamment en production porcine avec l’ajout de cuivre et de zinc dans la ration alimentaire. Ces éléments se retrouvant en partie dans les déjections, l’épandage des lisiers peut conduire à une accumulation du cuivre et du zinc dans le sol. Par ailleurs, la digestion anaérobie, ou méthanisation, connaît un regain d’intérêt pour la production d’une énergie renouvelable couplée au traitement de déchets organiques. Ce procédé est notamment bien adapté au traitement des déjections animales. Dans ce contexte, notre objectif a été d’évaluer le rôle de la méthanisation sur le devenir et les impacts du cuivre et du zinc des lisiers porcins. Pour cela, nous nous sommes appuyés sur le fonctionnement d’une unité de méthanisation située dans la région de Pau (64) traitant quotidiennement environ 11 m3 de lisier produit par un élevage porcin naisseur-engraisseur de 250 truies. Le bilan de masse montre que l’azote est conservé au cours du traitement, entraînant un raisonnement sur l’azote apporté par épandage équivalent entre le lisier brut et le lisier méthanisé. Le cuivre et le zinc sont également conservés par la digestion anaérobie, et, dans le lisier méthanisé, l’essentiel du cuivre et du zinc est associé à une fraction granulométrique comprise entre 3 et 25 cm. En revanche, au cours du traitement anaérobie des pertes de phosphore, calcium et magnésium sont constatées du fait de la formation de cristaux de phosphates sur les parois de l’échangeur thermique du digesteur. La méthanisation permet le retour au sol d’une matière organique stabilisée puisque la moitié de la matière organique est convertie en biogaz lors de la digestion. De ce fait, après enfouissement au sol, les lisiers méthanisés génèrent moins de dégagement de CO2 que les lisiers bruts. L’analyse granulométrique des lisiers met en évidence que l’hydrolyse des particules conduit à une augmentation relative du nombre de particules de très petite taille (inf à 0,1 cm) mais également à une augmentation relative du volume occupé par les particules de grande taille (sup à 60 cm). L’utilisation d’un modèle permettant d’interpréter l’analyse élémentaire des fractions solides, amène à la conclusion que le traitement anaérobie se traduit par une dépolymérisation de la matière organique. L’extraction chimique séquentielle montre que le cuivre et le zinc ont une répartition très différentes dans les fractions solides : alors que le zinc est préférentiellement sous forme de carbonates, le cuivre est majoritairement associé à la matière organique. De fait, cette fraction diminue après méthanisation au cours de laquelle le cuivre et le zinc évoluent vers des formes plus stables. La phytodisponibilité et la génotoxicité du cuivre et du zinc contenus dans un lisier brut ou un lisier méthanisé ont été évaluées en simulant les apports par épandage. Pour cela des fractions solides obtenues par centrifugation ont été utilisées. Elles contenaient l’essentiel de la matière sèche, du cuivre et du zinc des lisiers. Aucune différence significative de phytodisponibilité du cuivre et du zinc n’a été observée entre lisier brut et lisier méthanisé pour des cultures de maïs et de fève. La stabilisation de la matière organique dans le lisier méthanisé a permis une diminution d’effet phytotoxique pour des apports importants de matière organique au sol. Le cuivre et le zinc apportés par épandage sur des périodes de 20 ou 100 ans sont absorbés par la fève et le maïs ; cependant, les métaux restent dans des gammes de concentrations non toxiques pour les végétaux. L’absorption de zinc a été corrélée au pH du support de culture et à la dose d’apport, tandis que celle du cuivre a été indépendante de ces paramètres. L’évaluation de la génotoxicité selon la méthode normalisée n’a pas montré de différence significative entre lisier brut et lisier méthanisé. Une corrélation a été établie entre la teneur en cuivre dissous (inf à 0,45 cm) dans la solution d’exposition et l’apparition de micronoyaux dans les racines de Vicia faba. Un test rapide a été développé pour l’évaluation de la génotoxicité par contact direct au sol