INSTITUT SUPERIEUR INDUSTRIEL HUY-GEMBLOUX

INSTITUT SUPERIEUR INDUSTRIELHUY-GEMBLOUX

ENSEIGNEMENT SUPERIEUR AGRONOMIQUE DE PLEIN EXERCICE ET DE TYPE COURT

section : AGRONOMIE.

Etude de l’impact à long terme de la fertilisation des prairies sur l’activité biologique du sol.

Comparaison entre la fertilisation avec des engrais de ferme non digérés et la fertilisation

avec des digestats.

METTLEN Lukas

Année académique2017 - 2018

Rue St Victor, 34500 HUY

tél. 085/27 33 47fax. 085/25 17 81

www.isia.be

Mémoire présenté en vue de l'obtentiondu titre de bachelier en agronomieoption techniques et gestion agricoles

Remerciements :

Je tiens tout d’abord à remercier Monsieur Gennen Jerome d’avoir accepté que j’ai pu effectuer mon stage chez Agra-Ost, d’être mon maître de stage et mon promoteur externe. Je lui remercie de m’avoir soutenu pour la réalisation de ce travail, pour son intérêt et son

encadrement, ainsi que pour tout le temps consacré à la relecture et à la correction.

Je remercie aussi Monsieur Daigneux Benjamin, pour son aide d’interpréter les résultats des analyses et pour tous ses conseils.

En plus je remercie Madame Genot Valérie et Madame Collin Cecile de la Station

Provinciale d’Analyses Agricoles de Tinlot et Madame Piutti Séverine du laboratoire

ENSAIA de Nancy qui ont effectué en partie bénévolement les différentes analyses de sol.

Je remercie également Madame Dupin Natacha, qui m’a aidé de réaliser les différentes

manipulations du fractionnement.

Je remercie aussi Monsieur Halut Thierry, mon promoteur interne, pour sa disponibilité, pour

ses conseils précieux et sa correction.

Je tiens aussi à remercier Willems Irene, pour le temps qu’elle a consacré pour les relectures de ce travail.

Je remercie toute l’équipe d’Agra-Ost, pour son aide et sa sympathie.

Pour finir je remercie tous les agriculteurs qui m’ont fourni des parcelles pour prendre des

échantillons, ainsi que le Lycée Technique Agricole

(LTA) de Luxembourg et la DLR –Eifel qui m’ont proposé des agriculteurs.

1

Sommaire :

Sommaire …...………………………………………………………………………………...1

Résumé ………………………………………………………………………………………..2

Introduction …………………………………………………………………………….…….3

Partie théorique

1 Édaphon .............................................................................................................................. 5

2 Micro-organismes du sol .................................................................................................... 6

3 Prairie ............................................................................................................................... 14

4 Les engrais de ferme ........................................................................................................ 23

5 La biométhanisation ......................................................................................................... 27

Partie expérimentale

1 Parcelles ........................................................................................................................... 37

2 Échantillonnage ................................................................................................................ 38

3 Analyses ........................................................................................................................... 39

4 Résultats et discussion ...................................................................................................... 44

5 Conclusion ........................................................................................................................ 80

6 Conclusion générale et perspectives................................................................................. 90

Bibliographie ........................................................................................................................... 96

Table de matières ................................................................................................................. 101

Annexes ................................................................................................................................. 104

2

Résumé :

Ce travail va étudier la déclaration de Monsieur Claude Bourguignon. Il prétend : « Le digestat est trop pauvre en carbone pour faire de l’humus et est rempli de germes anaérobiques dont beaucoup sont pathogènes pour la faune du sol ».

Le but de ce travail est l’étude de l’impact à long terme de la fertilisation des prairies sur l’activité biologique du sol. Une comparaison entre la fertilisation avec des engrais de ferme non digérés et la fertilisation avec des digestats est effectuée.

Dans la partie théorique différents thèmes sont développés comme l’édaphon, les microorganismes du sol, la prairie, les engrais de ferme et la biométhanisation.

Dans la partie expérimentale, les critères des prairies sont déterminés, l’échantillonnage est développé et les différentes analyses qui ont été réalisées sont décrites.

Mots clés : Microorganismes du sol, prairie, engrais de ferme, biométhanisation, digestat, analyse du sol standard, fractionnement de la matière organique, analyse enzymatique

3

Introduction

La production de l’énergie renouvelable est souhaitée par les consommateurs. L’énergie fossile et nucléaire ne sont pas l’avenir. En agriculture, on peut produire de l’énergie verte à l’aide d’une station de biométhanisation. Celle-ci produit de l’énergie électrique, de la chaleur et un engrais - le digestat.

L’utilisation du digestat en agriculture est très controversée. Sur ma demande d’un avis sur l’utilisation des digestats en agriculture l’ingénieur agronome français, Monsieur Claude Bourguignon, m’a répondu :

« On développe la méthanisation des lisiers pour produire de l’énergie dont nous n’avons

jamais assez. Or nos sols manquent de matière organique, c’est-à-dire de carbone. Lors de

la méthanisation une grande partie du carbone des lisiers part sous forme de méthane

(CH4), et on déverse sur les sols un digestat trop pauvre en carbone pour faire de l’humus et rempli de germes anaérobiques dont beaucoup sont pathogènes pour la faune du sol. De

plus, en anaérobiose l’azote est transformé en ammoniac volatile qui est très polluant et les antibiotiques ainsi que les hormones, dont le bétail est gavé, ne sont pas décomposés.

Nous avons réussi à rendre polluants nos excréments et ceux de nos bêtes alors qu’ils sont l’or de la terre. Notre croissance est vraiment mortifère. » (Bourguignon, 2018)

Le but de ce travail est l’étude de l’impact à long terme de la fertilisation des prairies sur l’activité biologique du sol. Une comparaison entre la fertilisation avec des engrais de ferme non digérés et la fertilisation avec des digestats est effectuée.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Ing%C3%A9nieur_agronome

https://fr.wikipedia.org/wiki/France

4

Partie the orique

5

1 Édaphon L’édaphon est l’ensemble des organismes vivants dans le sol. Les êtres vivants sont :

des petits vertébrés (taupes, souris) des invertébrés (escargots, vers) des arthropodes (arachnides (araignées), mille-pattes, acariens, insectes) des micro-organismes (ciliés, flagellés, bactéries) des champignons et algues

Figure 1 : Organismes vivants du sol (Serlo.org)

6

Figure 2 : Répartition des êtres vivants dans le sol selon une valeur approchée (Serlo.org)

La plupart des êtres vivants se trouvent dans les premiers centimètres du sol, dans la partie la plus fertile. Sans ces êtres vivants, le cycle nutritif du sol ne fonctionne pas correctement et la croissance des plantes n’est pas possible. Une présence élevée des êtres vivants indique qu’on a un sol de bonne santé.

2 Micro-organismes du sol Le sol est un réservoir de micro-organismes (bactéries et champignons). Ils jouent un rôle

primordial dans les cycles biogéochimiques du carbone, de l’azote et d’autres éléments. Les

micro-organismes favorisent la croissance des végétaux, assurent la dégradation de polluants,

fournissent des composés d’intérêt tels que des enzymes, des antibiotiques ou d’autres

molécules. Ils peuvent s’associer (bénéfiques, antagonistes ou parasitaires) avec des plantes et

la faune du sol : Association rhizosphérique symbiotique (mycorhizes nodules avec bactéries

fixatrices de l’azote) ou non symbiotiques (fixation de l’azote, production de substances de

type hormonal, etc.). Le plus souvent il y a plus de bactéries dans le sol et les méthodes

microbiologiques s’orientent principalement en fonction de leurs besoins. C’est pourquoi le

terme « micro-organismes » se réfère principalement sur les bactéries. « Dans 1 g de sol, on

dénombre jusqu’à 1 milliard de bactéries et 1 à 3 mètres d’hyphes de champignons. »

(fertilisation-edu.fr)

7

2.1 Bactéries

Ce sont des organismes vivants microscopiques et procaryotes, le plus souvent unicellulaires.

Certaines peuvent vivre dans des milieux aérés et d’autres dans des milieux anaérobies. Elles

ont différentes formes comme par exemple : sphériques (coques), allongées ou en bâtonnets

(bacilles), des formes plus ou moins spiralées, etc. La largeur des bactéries varie fort. Leur

diamètre varie d’environ 0,1 à 700 µm. Les plus connues ont un diamètre de 0,6 à 1,0 µm.

Leur longueur varie dans des grandeurs plus élevées. Les unicellulaires ont une longueur

d’environ 0,6 µm chez les coques et jusqu’à 700 µm chez d’autres espèces. Les hyphes

peuvent être encore plus grands mais la plupart ont une longueur de 1 à 5 µm. Le volume de

la plupart des bactéries est dans l’ordre de grandeur de 1 µm3. (Wikiversity - Les bactéries)

(Wikipedia - Bactérie)

À part de quelques exceptions, on ne voit pas les bactéries à l’œil nu. Les bactéries ont une

caractéristique importante, la paroi cellulaire. Elle donne sa forme à la bactérie et la protège

contre l’éclatement sous l’effet de la pression osmotique du cytosol. Il y a des bactéries

unimembranées (membrane plasmique) et les bactéries bimembranées (membrane interne et

externe). Pour déterminer la structure de la paroi bactérienne, on utilise la coloration de Gram.

Certaines bactéries ont des flagelles, elles assurent la mobilité de la cellule. Toutes les

bactéries possèdent de cytoplasme, une membrane cytoplasmique, des ribosomes des

substances de réserve, des pigments et des vacuoles à gaz. L’ADN (acide

désoxyribonucléique) se trouve sous forme de corde dans le cytoplasme. Elle est de grande

taille ; déroulée, elle peut atteindre plus qu’un millimètre de longueur. Les mésosomes sont

des invaginations de la membrane plasmique.

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Figure 3 : Schéma d'une cellule bactérienne (Ecosociosystemes - La cellule bactérienne)

La reproduction des bactéries est asexuelle par scissiparité. Le matériel génétique est

dupliqué, la bactérie s’allonge et se contracte au milieu, puis elle se divise en formant deux

cellules filles identiques à la cellule mère.

2.2 Champignons

Ce sont des eucaryotes pluri- ou unicellulaires. Ils sont hétérotrophes et se nourrissent des

matières organiques de leur environnement. Le mycélium est la partie végétative des

champignons, il améliore la partie organique du sol et joue un rôle majeur dans le cycle du

carbone. L'appareil végétatif de nutrition se compose d'éléments filamenteux de base appelés

hyphes. Le mycélium a trois grandes fonctions :

Absorption : Il absorbe les éléments carbonés et nutritifs nécessaires à la survie des

cellules par diffusion facilitée et transport actif.

Sécrétion : Le mycélium sécrète des enzymes extracellulaires (de type hydrolases)

puissantes pour mieux décomposer la matière organique.

Mycorhization : La mycorhization augmente l’efficacité de l’absorption de l’eau et des

nutriments des plantes. Le champignon peut augmenter la surface d'exploration des

racines.

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Les champignons sont des décomposeurs de matière organique. Ce sont seulement les

champignons qui savent décomposer la lignine, la cellulose et la hémicellulose. La croissance

des champignons est arrêtée, lorsqu’il n’y a plus de nutriments ou de l’oxygène. Sinon ils

peuvent pousser partout s’il y a assez de nutriments.

Figure 4 : Schéma simplifié d'un champignon (IFE - Mycélium et sporocarpe)

Pour la plupart des champignons la reproduction est majoritairement asexuée. Le mycélium

va former des conidiophores. Les spores naissent alors à l’extrémité des conidiophores, et se

disposent en longues chaînes, appelées conidies. Lorsque les conidies vont « tomber » sur un

substrat et que les conditions sont favorables, elles germent à leur tour et forment un nouveau

mycélium. Ce cycle est très rapide, à une température de 25°C, une spore peut elle-même

produire 100.000 spores dès le deuxième jour, et plus que 12.000.000 le troisième jour.

Quelques champignons ne sont pas favorables à une reproduction asexuée, ils préfèrent la

reproduction sexuée et vont disposer des organes de reproduction. Normalement les

champignons sont haploïdes, mais quand ils se reproduisent, ils passent pour un petit moment

une phase diploïde.

« À la suite de la méiose, c’est à dire la division qui intervient durant l’élaboration des

gamètes, élaborer des structures porteuses de gamètes constituées de deux entités. La

première, l’anthéride, porte des noyaux que l’on appellera “+”, la seconde, l’ascogone,

contient des noyaux “-”. Ces deux noyaux, bien qu’ils se rejoignent finalement dans

l’ascogone, ne fusionnent pas. Des hyphes se développent alors à partir de chaque

ascogone fertilisé, et les paires de noyaux y subissent la mitose pour que l’hyphe croisse.

Les noyaux fusionnent finalement à l’apex des hyphes. On appelle ceci la caryogamie.

Chacun de ces nouveaux noyaux, appelés désormais diploïdes (qui portent donc des

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chromosomes en double exemplaire), donner naissance à 8 noyaux haploïdes (des noyaux

qui ne possèdent qu’un seul exemplaire des chromosomes), après une nouvelle méiose.

Chacun de ces noyaux haploïdes se développe dans une ascospore (cellule reproductrice

caractéristique de ces champignons, dits ascomycètes) et ces ascospores sont eux-mêmes

regroupés dans des asques. Cinq asques sont alors protégés par un ascoscarpe (=

fructification), et chaque asque germera pour plus tard donner un nouveau mycelium

binucléé. » (TPE Conservation)

Figure 5 : Schéma reproduction des champignons (TPE Conservation)

2.3 Fréquence d’apparition

La fréquence d’apparition des bactéries et des champignons dans le sol est orientée par le pH

(Handbuch Mikrobiologische Bodenreinigung, 1991). Les champignons préfèrent un milieu

légèrement plus acide que les bactéries.

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Figure 6 : Apparition des bactéries et champignons orienté par le pH (Handbuch Mikrobiologische Bodenreinigung, 1991)

Pour la croissance des micro-organismes, c’est-à-dire pour la formation de biomasse, ils ont

besoin d’énergie et des bioéléments. L’énergie disponible est le résultat de la réduction des

substances oxydées accrochées à des réactions d'oxydoréduction. Les matières organiques et

les sels minéraux fournissent les principaux éléments (C, O, H, N, S, P, K, Mg, Ca, Fe, Na et

Cl). Les micro-organismes ont en plus un besoin en oligoéléments (Zn, Mn, Mo, Se, Co, Cu,

Ni et W) comme composant dans les enzymes. Un manque des éléments limite la croissance.

On peut différencier les micro-organismes en deux grands groupes selon leurs besoins

nutritionnels :

Micro-organismes hétérotrophes, qui valorisent les matières organiques comme

source carbonique et énergétique en même temps pour leur croissance.

Micro-organismes autotrophes, qui valorisent le CO ou CO2 comme source

carbonique. Les liaisons anorganiques, qui viennent des oxydations dans le sol,

servent de source énergétique. Par exemple, l’oxydation de NH4+ vers NO3

-

(nitrification).

En fonction des rapports avec l’oxygène, on différencie :

Micro-organismes à aérobies strictes, qui ne se développent qu’en présence

d’oxygène.

Micro-organismes aéro-anaérobies, qui se développent avec ou sans oxygène.

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Micro-organismes à anaérobies strictes, qui ne se développent qu’en absence

d’oxygène.

2.4 Décomposition des matières organiques

La décomposition des matières organiques est le résultat d’une série de réactions chimiques

qui aboutit à la transformation des composés organiques complexes en composés minéraux

simples. Quatre facteurs jouent un rôle pour améliorer la décomposition des matières

organiques :

2.4.1 La température

La vitesse avec laquelle les processus métaboliques, donc la dégradation de la matière

organique et la croissance des micro-organismes, se déroulent, dépend de la température. On

différencie trois domaines de température :

Domaine de minimum : des domaines inférieurs dans lesquels tous les processus se

déroulent lentement et la croissance est justement encore possible.

Domaine d'optimum : un domaine moyen, dans celui-ci les processus de changement

de matière se déroulent avec la vitesse aussi grande que possible.

Domaine de maximum : des domaines supérieurs, que les microorganismes tolèrent

encore avant qu'ils soient inactivés par une trop haute température.

Chaque groupe de micro-organismes préfère une autre température. L’optimum de la plupart

des micro-organismes est de 20-30 °C (Handbuch Mikrobiologische Bodenreinigung, 1991).

2.4.2 L’oxygène

La dégradation aérobique et anaerobique se distinguent au plus fort par le profit pour les

microorganismes.

À l’aérobie, lors de la réduction complète, les substances organiques vont être minéralisées.

À l’anaérobie, les substances organiques sont dégradées par fermentation. C’est-à-dire

qu’elles sont oxydées et on obtient des alcools et des acides comme des produits finaux.

L'hydrogène libre est transmis le plus souvent aux autres substances organiques qui sont ainsi

réduites.

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2.4.3 L’eau

Les micro-organismes ont besoin d’eau pour pouvoir faire leur métabolisme. Une humidité du

sol de 50-80% de la saturation est optimale. Un sol gorgé d’eau asphyxie le terrain, mais aussi

la sécheresse arrête la vie des micro-organismes.

2.4.4 Le pH

« Le pH (potentiel hydrogène) est une mesure de l’acidité. Il est représenté sur une échelle

allant de 0 à 14 pour des solutions aqueuses. Il est égal au logarithme négatif de la

concentration en H+. Une solution est acide si son pH est inférieur à 7, une solution

neutre a un pH de 7 et elle sera qualifiée de basique s’il est supérieur à cette valeur.

Cependant, le pH d’un sol variera seulement entre 3,5 et 9 selon le type de sol. » (Crémer,

Centre de Michamps - La gestion des prairies, 2015 - 2016)

Comme la température, le pH influence aussi la vitesse du changement de matière

(métabolisme). Le pH varie fort avec les différents types du sol. Le sol est souvent trop acide,

venant de l’acidification annuelle. L’optimum se situe à un pH neutre à largement basique

pour les bactéries et plutôt acide pour les champignons.

Tableau 1 : Appréciation de l'acidité d'un sol (Crémer, Centre de Michamps - La gestion des prairies, 2015 - 2016)

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3 Prairie

3.1 Définition

« La prairie est un peuplement végétal composé principalement de graminées (Poacées),

de légumineuses (Fabacées) fourragères et d'autres dicotylées. Elle est destinée à

l'alimentation du bétail, principalement celle des ruminants. La composition botanique

d'une prairie peut être fort différente selon l'âge de la prairie, les techniques d'exploitation

(fauche, pâturage), la fertilisation, et. » (Fourrages - Mieux, 2016)

3.2 Généralités

Une bonne prairie est dense, ce qui favorise le tallage et elle a un gazon fermé. Ainsi il n’y a

pas des mousses ou des adventices qui peuvent se développer, comme par exemple du rumex,

des orties, des chardons, etc.

La composition idéale est :

Minimum 75% de graminées (Ray-grass anglais, ray-grass italien, ray-grass hybride,

fléole, pâturin des prés, fétuque des prés, etc.)

Minimum 10 à 20% de légumineuses (trèfle violet, trèfle blanc, luzerne, etc.)

Maximum 15% d’autres dicotylées (renoncules, rumex, orties, chardons, mouron,

pissenlits, etc.).

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En 2016, un peu plus que 90.000 hectares étaient déclarés en prairie temporaire et environ

470.000 hectares en prairie permanente dans toute la Belgique. (Belgium, 2017)

Figure 7 : Importance des prairies dans la SAU communale dans la RW (2015) (Wallonie, 2017)

La prairie fournit un aliment complet, équilibré et riche en minéraux et vitamines. Les

animaux peuvent pâturer, donc consommer l’herbe en direct sur les prairies. On peut aussi

récolter l’herbe, le conserver par voie sèche (foin) ou par voie humide (ensilage) et puis le

fournir comme aliment en hiver aux animaux.

« En plus de son utilisation pour l'alimentation du bétail, la prairie a aujourd'hui d'autres

rôles à jouer sur l'environnement, sur la conservation de la nature et des paysages :

La prairie permet de limiter le lessivage des nitrates. Certaines plantes qui composent

la prairie sont capables de pousser à des températures proches de 0 °C, ce qui signifie

que la nitrification de fin d'hiver est immédiatement valorisée ;

De plus, le sol est couvert en permanence, ce qui limite efficacement les phénomènes

d'érosion du sol ;

Certaines plantes prairiales (légumineuses telles que les trèfles) sont capables de fixer

l'azote atmosphérique, ce qui permet de limiter la fertilisation apportée sur la prairie ;

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Certaines prairies renferment une diversité biologique extrêmement importante. Il

existe peu de prairie mono-spécifique. Il s'agit principalement d'associations de

différentes espèces ;

Même s'il s'agit d'un critère subjectif, la prairie participe à la qualité du paysage. Qui

n'a pas en tête les paysages du plateau de Herve ou des prairies ardennaises ? Ce

caractère paysager est un atout touristique indéniable ;

La prairie donne une image de marque au produit qui s'y rapporte. Certains labels

concernant la viande ou les fromages sont liés à l'utilisation importante de l'herbe. La

prairie peut également avoir une influence sur les qualités organoleptiques d'un

produit.

La prairie est un puit de carbone. »

(Fourrages - Mieux, 2016)

3.3 Prairie permanente et temporaire

On peut différencier la prairie en prairie permanente et en prairie temporaire.

La prairie permanente est enherbée depuis plus que 5 ans. Elle est fauchée ou pâturée

et contient des espèces pérennes comme du ray-grass anglais, du trèfle blanc, de la

fléole, etc.

La prairie temporaire est enherbée moins que 5 ans. Principalement, elle est destinée à

la fauche mais on peut aussi la pâturer. Des espèces peu pérennes mais très

productives sont semées, par exemple du ray-grass italien, ray-grass hybride, trèfle

violet, etc. Si on veut une prairie temporaire à plus longue durée (≥ 3 ans) c’est utile

d’implanter des espèces plus pérennes, mais moins productives comme par exemple le

ray-gras-anglais ou de la fléole.

3.4 Fertilisation

La fertilisation permet d’apporter les éléments nutritifs dont la plante a besoin et elle prévient

un appauvrissement du sol. La fertilisation augmente le rendement de l’herbe et l’autonomie

fourragère est à viser.

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Il y a trois grandes lois de la fertilisation :

1. Loi de restitution : Pour éviter l’épuisement du sol, la fertilisation compense les

exportations des éléments minéraux de l’herbe.

Figure 8: Loi de restitution (Fourrages - Mieux, 2016)

2. Loi de Mitscherlich ou loi des accroissements moindres: « Les augmentations de

rendement obtenues par application de doses croissantes d’un élément fertilisant sont

de plus en plus faibles au fur et à mesure que les doses apportées augmentent. »

(Fourrages - Mieux, 2016)

Figure 9 : Loi de Mitscherlich (Fourrages - Mieux, 2016)

18

3. Loi du minimum (loi de Liebig): Cette loi dit que, dès qu’il y a un élément nutritif ou

un facteur de croissance en carence, la culture ne pousse plus, jusqu’à ce qu’on

apporte l’élément qui est en carence.

Figure 10 : Loi de Liebig (LOB-Green)

La fertilisation des prairies est souvent basée sur des besoins en azote. Il est quand même utile

de faire des analyses de sol pour préciser et éviter des éventuelles carences. Pour bien

déterminer la quantité de fertilisant qu’on doit apporter, c’est utile de connaitre les besoins de

la prairie surtout en azote. Il faut connaitre le taux de l’azote et des autres éléments nutritifs

qui sont déjà disponibles dans le sol, car il y a des apports qui se font « naturellement » (ex. :

minéralisation de la matière organique et fixation de l’azote par les légumineuses). Les

apports naturels ne suffissent généralement pas à couvrir les besoins de la prairie. Il faut donc

apporter des éléments nutritifs avec des engrais de ferme ou des engrais minéraux. Le tableau

ci-dessous montre des exportations des quantités de l’azote selon différents modes

d’exploitation en prairie.

Tableau 2 : Quantités d'azote exportées (Nexp) selon le mode d'exploitation (D. Knoden, 2007)

19

3.5 Chaulage

Le chaulage est un amendement pour le sol. Le chaulage apporte des minéraux basiques (Ca,

Mg) et des bases (OH-, CO3 2- ) qui sont capables d’augmenter le pH du sol. Différents

phénomènes acidifient le sol, comme par exemple l’apport de certains engrais minéraux, la

minéralisation de la matière organique, des sécrétions acides des racines de certaines plantes,

des pluies acides et la respiration des micro-organismes du sol. Ce n’est pas facile de

déterminer un pH optimal pour la prairie à cause de la diversité. La meilleure assimilabilité

des éléments fertilisants du sol par les plantes se fait à un pH (H2O – acidité réelle) qui se

situe entre 6,2 et 6,6 (Mieux, 2008). Vu que la vie du sol se développe mieux à un pH

légèrement acide, neutre ou légèrement basique, on est obligé d’effectuer un chaulage et de

trouver une valeur moyenne du pH qui est acceptable pour le sol et sa vie.

Figure 11 : Diagramme d'assimilabilité des éléments minéraux en fonction du pH du sol et niveau des populations bactériennes (Wiki - Aurea)

Le pH influence aussi la structure du sol, donc la qualité du Complexe Argilo Humique.

« Elle considère que la liaison entre les argiles et l’humus, tous deux de charge négative,

se fait par des ions positifs (calcium mais aussi fer, manganèse, aluminium...) et permet

d’expliquer les notions de complexe adsorbant et de floculation du sol. Pour aller plus

loin, une première étape plus « biologique » consiste à montrer que ce complexe, parfois

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très fragile s’il n’est pas assez lié au calcium (sols neutres ou acides), est protégé par une

colle organique, la glomaline, produite essentiellement par les champignons mycorhiziens.

Cette protection est surtout efficace contre la dégradation de la structure du sol par

l’action de l’eau ». (Wiki - Aurea)

Le schéma suivant montre l’échange des éléments nutritifs au niveau du complexe argilo-

humique. Ce complexe est de charge négative. Une partie des éléments nutritifs sont de

charge positive et peuvent ainsi se lier au complexe (adsorption). Les éléments nutritifs liés au

complexe sont protégés contre le lessivage. Cependant aussi les acides (H+) peuvent se lier au

complexe à cause de leur charge positive. L’acide prend alors la place des éléments nutritifs.

Les éléments nutritifs qui ne sont pas liés ou qui ont une charge négative sont potentiellement

plus lessivables.

Figure 12 : Complexe argilo-humique (BPREA Agriculture)

Le pH d’un sol peut être déterminé avec une analyse du sol. À partir de cette analyse, on

décide de faire un chaulage de redressement ou un chaulage d’entretien. Un chaulage

d’entretien consiste à apporter régulièrement (tous les 2 à 3 ans) un amendement basique pour

maintenir le pH du sol. Le chaulage de redressement est effectué pour relever fortement le pH

du sol. On apporte des amendements basiques pendant plusieurs années. Deux différents types

de chaux sont souvent utilisés en agriculture. C’est la chaux vive (CaO), qui a subi la

calcination à 1000°C et les produits crus qui n’ont pas été chauffés comme par exemple les

http://tk3.rylyo.com/sy/ev?3&13089-75&51&NJmDPdCn%2FyMpUWSqBHmFUQ

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carbonates de calcium, ou des carbonates de magnésium. Le chaulage peut se faire à

n’importe quelle période de l’année sauf sur un sol enneigé.

3.6 Capacité d’échange cationique (CEC)

La capacité d'échange cationique (CEC) est une mesure du pouvoir d'un sol à retenir et échanger des cations. Il s'agit d'un indicateur relatif du potentiel de fertilité d'un sol. Les sols ayant une CEC élevée peuvent retenir davantage de cations et possèdent une plus grande capacité à les échanger que les sols ayant une faible CEC. Dans le cadre d'une analyse de sol, la CEC est estimée à l'aide des teneurs en K, Mg et Ca. Les teneurs observées sont converties en milliéquivalents par 100 g de sol (méq/100g) et additionnées pour l'estimation de la CEC. Les valeurs seront les mêmes si elles sont données en centimoles d'échanges de cations par kilogramme (cmol/kg). (Kessel, 2015)

Les éléments nutritifs chargés positivement comme le potassium (K+), le magnésium (Mg++) et le calcium (Ca++) sont les cations les plus souvent mentionnés dans un rapport d’analyse de sol. Les éléments nutritifs à charge positive sont retenus sur des sites chargés négativement. Ces charges négatives se retrouvent à la surface de particules des matières organiques comme celle du complexe argilo-humique et à la surface de particules d’argile. Le complexe argilo-humique et les autres matières organiques possèdent plus de sites d’échanges que les particules d’argile.

Figure 13 : Echange d'ions au sol (Schoolmouv - Qualité des sols et de l'eau)

22

En évitant des pratiques culturales excessives, qui détruisent la matière organique, on peut augmenter la matière organique par la rotation des cultures ou des cultures de couverture.

« La CEC et son rapport avec la composition du sol: (Kessel, 2015)

CEC de 1 à 10 méq/100g de sol

Contenu élevé en sable

L'azote et le potassium sont plus susceptibles d'être lessivés

Moins de chaux requise pour élever le pH

Faible teneur en matière organique

Faible capacité de rétention d'eau

CEC de 11 à 50 méq/100g de sol

Contenu élevé en argile

Plus de chaux requise pour élever le pH

Plus grande capacité à retenir les éléments nutritifs à une profondeur de sol

donné

Haute teneur en matière organique

Plus grande capacité de rétention d'eau »

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4 Les engrais de ferme

4.1 Généralités

Il y a différents engrais de ferme, qui ont aussi des différentes compositions et qui varient

encore fort d’une exploitation à l’autre. Pour connaitre ces teneurs en éléments fertilisants, on

est obligé de faire des analyses.

Les engrais de ferme sont divisés en deux groupes, les engrais de ferme à action lente et à

action rapide. La distinction est faite selon le rapport N-NH4+/N total ou selon le rapport C/N.

D’abord on analyse le rapport N-NH4+/N total. Si ce rapport est en dessous de 10%, comme

par exemple des fumiers compostés, c’est un engrais de ferme à action lente. Un rapport en

dessus de 20%, comme par exemple du lisier et de la fiente de volaille, montre que c’est un

engrais à action rapide. Lorsque le rapport se situe entre les deux, on effectue la méthode par

le rapport C/N. Un rapport en dessous de 10 (ex : lisier) indique un engrais de ferme à action

rapide. Un rapport C/N au-dessus de 10 (ex. fumier) indique un engrais de ferme à action

lente. (J-P. Destain, 2005)

Figure 14 : Classification des matières organiques en fonction de leur dynamique d'action (modifié par Agra-Ost) (Environnement.Wallonie)

24

Tableau 3 : Composition moyenne des engrais de ferme à action lente (D. Knoden, 2007)

Tableau 4 : Composition moyenne des engrais de ferme à action rapide (D. Knoden, 2007)

Les compositions changent selon le type d’animaux, le type de fourrage et d’alimentation, le

type de stabulation et les quantités de litière apportées.

4.2 Stockage

On est obligé de respecter différentes conditions de stockage. Le fumier mou doit être stocké

sur une aire bétonnée, étanche avec récolte des jus, stocké au moins 3 mois. Les fientes

doivent aussi être stockées sur une aire bétonnée, étanche avec récolte des jus, stockées au

moins 3 mois et si le taux de matière sèche est inférieur à 35%, l’aire de stockage doit être

couverte. Les engrais de fermes liquides sont stockés dans des cuves étanches d’une capacité

de stockage d’au moins 6 mois.

« Le stockage des fumiers, des fientes et des composts au champ est autorisé pour autant

que :

Le tas soit situé à plus de 20 mètres d'un égout, d'une eau de surface ou d'un puits ;

Le tas ne soit pas disposé dans un point bas du relief, dans une zone inondable ou

sur une pente supérieure à 10% ;

25

Le tas soit changé de place chaque année ;

Les fientes présentent une teneur en matière sèche supérieure à 55% et que leur

stockage n'excède pas 1 mois ;

Les fumiers soient secs et leur stockage n'excède pas 10 mois. »

(PROTECT'eau)

4.3 Epandage

L’épandage des engrais de ferme est effectué avec des épandeurs à fumier ou des tonneaux à

lisier. Il y a des épandeurs à projection arrière et à projection latérale. Et pour les tonneaux il y

a aussi des différents systèmes d’épandage. Le diffuseur en nappe projette le lisier en nappe

sur le sol, des rampes permettent un épandage très près du sol et limitent alors les risques de

perte par volatilisation. Le système d’enfouissement est utilisé pour des terres de culture et

pour des prairies.

Figure 15 : Diffuseur en nappe (OZ)

Figure 16 : Rampe (Landwirt)

Figure 17 : Système d'enfouissement (Veenhuis)

Le maximum de la quantité d’azote organique applicable hors de zones vulnérables, par an et

par hectare, est de 230 kg en prairie et 115 kg en terres arables.

En zone vulnérable, la limite maximale d’azote organique apporté par an et par hectare ne

peut dépasser 170 kg/ha/an.

26

4.3.1 Périodes d'épandage sur prairies

Figure 18: Périodes d'épandage sur prairie (PROTECT'eau - Epandage)

4.3.2 Conditions d'épandage

Figure 19: Conditions d'épandage (PROTECT'eau - Epandage)

27

5 La biométhanisation « La biométhanisation ou fermentation méthanique, est un procédé de transformation de la

matière organique par un ensemble de micro-organismes, en l'absence d'oxygène

(anaérobie). Ce phénomène s'accompagne de la production de "biogaz", mélange gazeux

combustible, et d'un résidu appelé "digestat". » (La biométhanisation en RW, 2018)

Il y a une production d’énergie thermique et électrique à partir de déchets ou de sous-produits fermentescibles. C’est une solution économique de traitement de déchets organiques avec possibilité de valorisation agricole. La station de biométhanisation est une manière de diversifier la ferme et il y a une augmentation des rentrées financières.

5.1 Procédé

Des installations de biométhanisation servent à la production de biogaz par une fermentation

de la biomasse.

Figure 20 : Schéma d'une installation de biométhanisation (ARIVELAC)

28

La fermentation a lieu dans le digesteur/fermenteur. Là il y a une transformation du substrat

en méthane en quatre étapes.

L’hydrolyse : Les bactéries anaérobies et les enzymes exo-cellulaires vont réduire les

molécules du substrat brut en molécules plus simples. Les bactéries sont déjà dans le

substrat sans les ajouter manuellement.

L’acidogenèse : Les molécules simplifiées vont être transformées en alcools, acides

organiques (AGV), dioxydes de carbone et en hydrogène.

L’acétogenèse : Les produits de l’acidogenèse sont convertis en acétate, en hydrogène

et en CO2.

La méthanogenèse : L’acétate, l’hydrogène et le dioxyde de carbone sont transformés

en méthane.

5.2 Température du digesteur

La température dans le digesteur doit toujours être constante. Une chute de température

déséquilibre le système et freine la dégradation de la matière organique, Ce qui entraîne une

perte de rendement. La température est maintenue par un système de chauffage, qui est

alimenté par l’énergie et la chaleur produite au niveau du Co-générateur. Il y a deux plages de

température, qui sont choisies selon le type de digestion. C’est la zone mésophile, qui se situe

autour de 35°C et la zone thermophile qui se situe autour de 60°C.

5.3 Substrat

Comme substrat ou matière à digérer servent toutes les matières organiques à l’exception des

matières ligneuses. Pour une bonne fermentation, il est important d’avoir un substrat qui est

composé de matières facilement fermentescibles. Souvent on utilise des effluents d’élevage

comme matière principale et des plantes énergétiques, des déchets ménagers, des déchets

agro-alimentaires, des boues de station d’épuration et des tontes de pelouse comme

coproduits.

29

Figure 21: Potentiel méthanogène de différents substrats et co-substrats (Solen-Energie)

5.4 Temps de séjour

Le substrat reste un certain temps dans le digesteur, ce temps s’appelle temps de séjour. Le

temps de séjour correspond à la durée théorique de séjour dans le digesteur des substrats

avant d’être évacués, donc à la durée de contact entre les substrats et les bactéries. (Aile

(Association d'initiatives locales pour l'énergie et l'environnement), 2011)

« Le temps de séjour dépend de plusieurs facteurs : (TFE Agra-Ost)

Type d’installation (selon qu’il soit en continu ou par lots) ;

Volume des cuves qui servent de réacteurs ;

Type de processus (t°) ;

Taux de dégradation voulu ;

Rapidité de dégradation de la matière première utilisée »

30

La durée est généralement de quelques semaines à un mois et parfois même plus long (40 – 60

jours).

5.5 Produits de la biométhanisation

Comme produits de la fermentation on aura du biogaz et du digestat.

5.5.1 Biogaz

Le biogaz est composé de méthane (CH4), de dioxyde de carbone (CO2), de vapeur d’eau et

du sulfure d’hydrogène. Le biogaz n’est pas la même chose que le gaz naturel, le gaz naturel

est d’origine fossile (presque de méthane pur et est d’utilisation simple). On peut valoriser le

biogaz de différentes manières. Lorsque l’installation est munie d’une unité de cogénération,

le biogaz est utilisé comme combustible dans un moteur qui va entraîner un alternateur. Cette

technique qui est utilisée le plus souvent, permet de valoriser l’énergie thermique et

électrique. L’électricité peut être autoconsommée ou injectée au réseau de distribution. La

chaleur dégagée par le moteur est récupérée et valorisée sous forme d’eau chaude à ± 90°C.

Une autre manière de valoriser le biogaz est l’utilisation comme biocarburant, après épuration

préalable. Sinon on peut utiliser l’énergie électrique après avoir éliminé le H2S (Hydrogène

sulfuré).

Tableau 5 : Comparaison des compositions du biogaz et du gaz naturel (Solen-Energie)

31

5.5.2 Digestat

Le digestat est utilisé en agriculture comme fertilisant. Après la fermentation, une partie de

l’azote organique est transformé en azote minéral. Les minéraux et les oligo-éléments sont

entièrement conservés et il y a moins de carbone dans le digestat (Le C se trouve dans le

méthane).

La quantité et qualité du digestat dépend de plusieurs facteurs, mais le facteur principal est le

substrat initial. Lors de la digestion, le rapport 𝐶𝑁 diminue et le pH du digestat augmente. Des

analyses d’Agra-Ost montrent, que le digestat a en moyenne un rapport C/N d’environ 6. La

conversion de l’azote organique en azote minérale contribue à l’augmentation du pH. Le

digestat est légèrement basique (pH de ± 8). Le pH basique montre un bon fonctionnement du

procédé de la méthanisation. Un lisier non digéré a un pH d’environ 7,5.

Le digestat a moins d’odeur. Lors de la fermentation les AGV (Acides gras volatiles) sont

dégradés et transformés en méthane (CH4). Les AGV sont la source des odeurs. La diminution

d’odeurs montre, que le digestat est stable, que la fermentation se passe bien ou est terminée.

Si les AGV ne sont pas complètement transformés en méthane par la flore bactérienne, une

phyto-toxicité du digestat peut arriver. « La digestion anaérobie réduit le pouvoir germinatif

des graines d’adventices et détruit certains pathogènes rencontrés dans les engrais

organiques. » (TFE Agra-Ost)

Lors de la digestion, la matière sèche et la viscosité diminuent. Le digestat est plus homogène

et plus fluide que le lisier, c’est un avantage lors de l’épandage. C’est un bon engrais qui agit

à court terme (Rapport 𝐶𝑁 inférieur à 10). Une partie de la matière organique du substrat a été

minéralisée et ses éléments nutritifs, tels que le phosphore, le souffre et l’azote sont

directement disponibles pour les plantes. Sur base d’un grand nombre d’analyses de digestat,

on peut dire que le digestat contient 3,3 à 6,4 UN total/T de matière fraiche. Environ la moitié

de l’azote est transformée en azote ammoniacal (NH4+), qui est plus rapidement assimilé par

les plantes. Le taux d’azote dépend aussi du substrat initial utilisé.

32

Tableau 6 : Valeurs moyennes des engrais de ferme en Prairie Permanente - Janvier 2018 (Agra, Janvier 2018)

Il y a plusieurs méthodes de valoriser le digestat brut, c’est-à-dire le digestat qui sort du

digesteur. On doit le stocker en cuve fermée (pertes par volatilisation) et puis on peut

l’épandre ou le séparer dans les deux phases, la phase solide et liquide. La phase solide peut

être compostée et/ou séchée et puis utilisée comme litière pour les animaux. Elle contient la

majeure partie de l’azote organique, du phosphore et du carbone. On y trouve également le

calcium, le zinc et les éléments de traces métalliques. Le carbone et la partie ligneuse du

digestat aident à la formation de l’humus. La phase liquide est aussi stockée en cuve fermée et

puis épandue sur les parcelles. La phase liquide contient la majeure partie de l’azote

ammoniacal, le potassium et le magnésium. La phase liquide a des risques de perte par

volatilisation importantes. La matière sèche est déterminée lors de la séparation des phases et

varie alors fortement d’un séparateur à l’autre et aussi d’une ferme à l’autre.

« Pour les installations qui utilisent des déchets, intrants non produits sur l’exploitation ou

qui valorisent le digestat en dehors de l’exploitation, un contrôle qualité est demandé. Ceci

implique de veiller à la traçabilité des intrants et du digestat dans l’exploitation et en

33

dehors. Les intrants de type sous-produits animaux de catégorie 3 (particules de taille

inférieure à 12 mm et avoir été soumis à une hygiénisation atteignant une température à

cœur de 70 °C pendant au moins une heure) ou de catégorie 2 (particules de taille

inférieure à 50 mm et doivent subir une montée en température à cœur supérieure à 133 °C

pendant au moins 20 minutes sans interruption et à une pression absolue d’au moins 3

bars) ou le digestat qui en contient doivent subir une hygiénisation avant d’être épandus.

L’hygiénisation sert à éliminer les risques de contamination de l’homme et de

l’environnement qui peuvent être liés aux sous-produits animaux. Elle peut être appliquée

avant l’entrée dans le digesteur, sur les intrants concernés uniquement, ou bien être

appliquée après passage dans le digesteur mais sur l’entièreté du digestat. L’hygiénisation

est réalisée avec la chaleur produite lors de la cogénération (valorisation du biogaz) ou

par compostage du digestat. » (Evlard & Heneffe, 2016)

Figure 22 : Schéma de la valorisation du digestat brut

34

5.5.2.1 Stabilité des matières organiques

La stabilité des matières organiques appliquées au sol peut être évaluée à partir de divers

indicateurs qui estiment la proportion de matière organique susceptible d’être incorporée à la

matière organique du sol de manière durable. Le plus récent est l’ISMO, c’est l’indice de

stabilité de la matière organique. L’indice ISMO donne un pourcentage de la matière

organique du produit résiduelle après environ un an d’apport au sol. Un faible pourcentage

indique que la dégradation de la matière organique est plus rapide, un pourcentage

élevé indique que la dégradation de matière organique est lente. L’indice ISMO du

digestat est d’environ 90%. Le fort indice ISMO du digestat indique que la matière organique

contenue est stable. Par comparaison l’indice ISMO d’un fumier est de 50 à 70% et celui du

lisier de 20 à 65%.

Figure 23 : Analyse ISMO de différents produits (SALDUCCI)

35

Exemples :

Digestat Des analyses d’Agra-Ost d’un digestat ont montré que le digestat contient 5,5% de

matière organique brute. Un digestat a une valeur d’ISMO de 90%.

1000 kg de matière brute du digestat apportent 55,3 kg de matière organique brute qui

sont susceptibles de fournir 55 * 90% = 49,5 kg de matière organique potentiellement

résistante à la dégradation.

Concrètement : 1000 kg de digestat apportent 49,5 kg de matière organique résistante

à la dégradation et 5,5 kg de matière organique facilement minéralisable.

Lisier Des analyses d’Agra-Ost du lisier ont montré que le lisier contient 9,7% de matière

organique brute. La valeur d’ISMO du lisier varie de 20% à 65%. Pour ce calcul j’ai

pris la valeur de 42,5%.

1000 kg de matière brute du lisier apportent 97 kg de matière organique brute qui sont

susceptibles de fournir 97 * 42,5% = 41,2 kg de matière organique potentiellement

résistante à la dégradation.

Concrètement : 1000 kg de lisier apportent 41,2 kg de matière organique résistante à la

dégradation et 55,9 kg de matière organique facilement minéralisable.

36

Partie expe rimentale

37

1 Parcelles Les analyses sont faites sur des prairies permanentes des différents agriculteurs et non pas sur

les champs d’essais. Ainsi les résultats correspondent aux pratiques des agriculteurs. Pour

comparer les analyses, on forme des paires de parcelles, l’une étant fertilisée avec du digestat,

l’autre avec du lisier. Celles-ci doivent être proche l’une de l’autre et chaque parcelle doit être

fertilisée le plus longtemps possible avec le même engrais. De cette manière certaines

différences sont éliminées, comme par exemple la texture du sol, la composition du sol et le

climat.

Après avoir déterminé les différents critères des parcelles (prairie permanente, fertilisation),

nous avons cherché des agriculteurs dans le rayon du projet « Perséphone », c’est à dire dans

la Wallonie, la Communauté germanophone de la Belgique, le Luxembourg, la Rhénanie-

Palatinat, la Sarre et la Lorraine. Pour trouver des agriculteurs, Agra-Ost, le Lycée Technique

Agricole (LTA) du Luxembourg et la DLR – Eifel m’ont proposé des agriculteurs avec

lesquels j’ai pris contact.

Vu que ce n’était pas toujours facile de contacter les agriculteurs, Agra-Ost m’a proposé de

prendre des échantillons sur leur essai GUMIKO. Sur cet essai il y a différentes variantes de

fertilisation depuis plusieurs années. Cela permet en plus d’étudier d’autres références. Pour

mes essais, j‘ai pris des échantillons sur quatre différentes variantes. Sur la variante compost

210 uN (unité d’azote), la variante lisier 210 uN, la variante de l’engrais minéral 210 uN et

sur la variante 0 uN, qui a juste reçu une fumure de fond P-K et un amendement d’engrais

calcaire (identique aux autres variantes).

Finalement nous avions :

4 paires en Belgique (fertilisées au moins depuis 10 ans avec du digestat/lisier)

3 paires en Allemagne (fertilisées au moins depuis 10 ans avec du digestat/lisier)

3 paires en Luxembourg (fertilisées au moins depuis 7 ans avec du digestat/lisier)

4 variantes de l’essai GUMIKO (depuis 2001)

38

Figure 24 : Carte Perséphone – Prélèvements (Ecobiogaz)

2 Échantillonnage Pour les analyses, l’échantillon de la parcelle doit être représentatif, c’est-à-dire qu’on doit

prélever sur la totalité de la parcelle. La parcelle a été arpentée en serpentant.

Figure 25 : Parcelle arpentée en serpentant (Crémer, L'échantillonnage des sols en agricluture, 2013)

« Il ne faut absolument pas échantillonner dans des zones particulières. Par exemple, on

n'échantillonne pas : les entrées de parcelle, les bordures, sous les arbres, près des

abreuvoirs, contre les haies, près d'un ruisseau, dans une bouse, sur un lieu de piétinement

des animaux, dans un fond marécageux, dans une taupinière, sur un ancien lieu de

39

stockage d'amendements ou de fumier… » (Crémer, L'échantillonnage des sols en

agricluture, 2013)

L'échantillon est composé de 30 prises individuelles (carottes) à une profondeur de 15 cm.

Une sonde en acier hémicylindrique est utilisée pour prendre les carottes. À l’aide d’un

tournevis on peut faire tomber la terre hors de la rainure de la sonde dans un seau propre.

Après on homogénéise le sol et on la verse dans des sacs perméables à l’air. L’échantillon est

divisé en deux, parce qu’il y a deux laboratoires qui ont fait des analyses. Le laboratoire

d’ENSAIA (Nancy) a fait les analyses d’activité enzymatiques et la Station Provinciale

d’analyses agricoles (Tinlot) a fait les analyses standards, le fractionnement de la matière

organique et le CEC (Capacité échange cationique).

3 Analyses

3.1 Analyses standards

3.1.1 Matière sèche (ISO 11465)

La présente Norme internationale prescrit une méthode de détermination de la teneur

pondérale en matière sèche et en eau d'échantillons de sol. Cette méthode peut être appliquée

à tous les types d'échantillons de sol. (AFNOR Boutique - ISO 11465)

3.1.2 Carbone organique (Walkley Black)

La méthode de titration de Walkley-Black (WB) est une des méthodes classiques pour

l’analyse rapide du carbone organique dans les sols et les sédiments. La méthode est basée sur

l’oxydation de la matière organique par le potassium dichromate (K2Cr2O7) - mélange acide

sulfurique suivi par l'arrière titration de dichromate excessif par le sulfate d'ammonium

ferreux (Fe (NH4)2 (SO4) 12 H2O). (Faina Gelman, 2011)

40

3.1.3 Éléments minéraux (Lakanen-Ervïo)

La méthode de Lakanen-Ervïo détermine les éléments nutritifs du sol.

« Le statut nutritif est évalué par la mesure des cations disponibles (calcium, magnésium et

potassium), du phosphore disponible et, selon les cas, des oligoéléments disponibles

(cuivre, fer, manganèse ou zinc). L'extraction de la fraction d'un élément nutritif supposée

disponible pour la plante s'effectue par l'action d’une solution d’acétate d’ammonium 0,5

N EDTA tamponnée à pH 4,65 avec un rapport sol/solution de 10 g/50 ml. » (Requasud)

3.1.4 pH KCl (ISO 10390)

« La présente Norme internationale spécifie une méthode instrumentale de mesurage de

routine du pH à l'aide d'une électrode en verre dans une suspension de sol dilué à 1:5

(fraction volumique) dans de l'eau (pH de H20), dans une solution de chlorure de

potassium à 1 mol/l (pH de KCI) ou dans une solution de chlorure de calcium à 0,01 mol/l

(pH de CaCl2). La présente Norme internationale s'applique à tous les types d'échantillons

de sol séchés à l'air. » (AFNOR Boutique - ISO 10390)

3.1.5 C-organique total, CEC et taux d’argile, déterminé par SPIR

À l’aide de la spectroscopie proche infrarouge (SPIR), on peut déterminer le taux de carbone

organique total, le taux d’argile et la capacité d’échange cationique (CEC) de l’échantillon de

terre.

3.1.6 Azote total (ISO 11261)

- Dosage de l'azote total - Méthode de Kjeldahl modifiée

« La présente Norme internationale prescrit une méthode de dosage de la teneur totale en

azote dans le sol (sous sa forme ammonium, nitrate, nitrite et organique). La présente

Norme internationale est applicable à tous les types de sol. » (AFNOR Boutique - ISO

11261)

« La méthode de Kjeldahl est une technique de détermination du taux d'azote dans un

échantillon. Elle est applicable pour le dosage de l’azote de différents composés azotés tels

les amines et les sels d’ammonium quaternaires. Elle ne permet pas le dosage direct des

41

nitrates, nitrites, nitrosyles, cyanures qui doivent d’abord être réduits en ammoniac. »

(Wikipedia - Méthode de Kjeldahl)

3.1.7 Rapport C/N

< 15 Production d’azote, vitesse de décomposition d’accroît au maximal.

15 - 20 Besoin en azote couvert pour permettre une bonne décomposition de la matière

carbonée.

> 20

Pas assez de l’azote pour permettre la décomposition du carbone, l’azote est

prélevé dans les réserves du sol, minéralisation lente et ne restitue au sol

qu’une faible quantité d’azote minérale.

3.2 Fractionnement de la matière organique

Lors du fractionnement, le sol est divisé en trois parties : la partie supérieure de 50 µm, celle

du milieu entre 20 et 50 µm et celle en-dessous de 20 µm. Pour fractionner la terre elle est

tamisée avec deux différents tamis. Un tamis de 50 µm et un de 20 µm.

Figure 26 : Tamis 50 µm

Figure 27 : Tamis 20 µm

La terre obtenue est séchée dans l’étuve pendant un jour à 60°C.

42

Figure 28 : Partie supérieur 50 µm

Figure 29 : Partie 20 - 50 µm

Figure 30 : Partie inférieur 20 µm

Puis les différentes fractions passent à l’analyse Kjeldahl et à l’analyse carbone.

Figure 31 : Analyse Kjeldahl

Figure 32 : Analyse carbone

La fraction supérieure à 50 µm correspond à la matière organique libre. Cette fraction est

facilement minéralisable et à évolution rapide. Elle sert à la nutrition de la faune et de la

microflore du sol. Elle est en interaction avec les cultures.

La fraction en dessous de 50 µm correspond à la matière organique liée. Cette fraction a des

effets physiques au sol comme par exemple à la structure, à la stabilité et à la rétention de

l’eau. Elle est stabilisée et à évolution lente.

43

Le rapport C/N des fractions est pris en compte pour affiner la connaissance des matières

organiques en termes d’évolution. Une valeur de 12 à 30 (C/N élevé) signifie qu’il y a

beaucoup de matières organiques jeunes et une valeur en dessous de 10 (C/N faible) qu’il y a

plus de matières organiques vieilles. Des valeurs entre 10 et 12 indiquent que la matière

organique est en cours de stabilisation.

3.3 Activité enzymatique

Le sol contient beaucoup de micro-organismes. Les bactéries et les champignons sont la

principale source d’enzymes dans le sol. Les enzymes sont importants pour le fonctionnement

des sols tels que la formation de la matière organique, la décomposition de la matière

organique, la minéralisation, le cycle des nutriments et la décomposition de xénobiotiques tels

que les pesticides. Les enzymes sont sensibles aux changements de la qualité du sol dus à des

gestions et des utilisations différentes des sols. L’analyse de l’activité enzymatique du sol est

une nouvelle approche permettant de caractériser l’effet des systèmes de cultures sur le

fonctionnement du sol. (PRAM)

La mesure de l’activité enzymatique donne des informations aux grands développements en

lien avec les cycles biogéochimiques (Nathalie Cheviron, 2015):

Décomposition de la matière organique

Recyclage des nutriments

Indice de fertilité et qualité des sols

Indicateurs précoces de changement des pratiques agricoles (fertilisation, travail du

sol).

L’analyse de l’activité arylsulfatase (ARS) :

Cette enzyme est utilisée pour étudier la minéralisation du soufre organique dans les sols.

Dans le sol, le soufre est lié à la matière organique et avec l’aide de la minéralisation (due à

l’enzyme) le soufre est transformé en sulfate ((SO4)2-) et devient donc accessible pour les

plantes. Plus l’activité enzymatique de la ARS est élevée, plus vite se déroule la

minéralisation et le soufre est plus vite disponible pour les plantes.

44

L’analyse de l’activité betaglucosidase (Bglu) :

L’analyse de l’activité betaglucosidase (Bglu) donne des éclaircissements de la quantité de

cellulose qui va être dégradée et fournit ainsi de l’énergie pour les microorganismes. Une

fertilisation avec de l’azote influence l’activité enzymatique et l’activité betaglucosidase

monte. Plus de cellulose va être dégradée, plus d’énergie est disponible pour les

microorganismes.

Activité leucine aminopeptidase (LAP) :

La fonction de l’activité leucine aminopeptidase est l’hydrolyse des liaisons peptidiques

(exopeptidase). L’enzyme est utilisée pour étudier la minéralisation de l’azote dans le sol.

Plus l’activité de la LAP est élevée, plus de l’azote est alors minéralisé.

4 Résultats et discussion

4.1 Analyses standards

La première comparaison des résultats d’analyse se fait à chaque fois par paire (la variante

digestat avec la variante lisier du même endroit) afin d’éliminer une partie de la variabilité

due aux conditions pédoclimatiques.

Les paramètres observés pour la comparaison sont le pH, l’humus, le N total, la capacité

d’échange cationique (CEC) et le rapport C/N.

Les paramètres comme le phosphore, le potassium, le magnésium, le calcium et les rapports

K/Mg et Ca/Mg sont trop variables pour une comparaison fiable. La variable provient des

différents engrais qui n’ont pas été analysés. La composition des engrais de ferme varie d’une

ferme à l’autre en fonction d’une multitude de paramètres. Le contenu en magnésium varie

fortement d’un sol à l’autre, dû, entre autre, à la composition de la roche mère et de la

fertilisation et de l’amendement appliqués.

45

pH KCl : Les valeurs optimales se trouvent de 6,5 à 6,8 selon le type de sol.

Figure 33 : Assimilation des éléments majeurs selon le pH (Walagri)

Humus : Pour les prairies, un taux d’humus de 2 à 5 % est souhaité. Un taux élevé indique

soit un apport élevé en matière organique ou une activité de minéralisation réduite dans le sol.

N total : Aucune valeur n’est proposée, parce qu’elle dépend de la culture et du niveau de

production envisagé.

Rapport C/N : En général un bon sol a un rapport C/N entre 8 et 12.

CEC : 1 – 8 cmol/kg => faible ; 8 – 15 cmol/kg => moyenne ; 15 – 25 cmol/kg => élevée ; 25

– 35 cmol/kg => très élevée

4.1.1 Région analysée en Belgique

Paire 1 :

Digestat 1 Lisier 1

pH KCl 4,9 5,0

Humus (%) 6,6 6,5

N total (g/kg) 3,7 3,5

CEC (cmol/kg) 7,5 8,8

C/N 9 9

Tableau 7 : Analyse st. - BE - Paire 1

Pour la première paire, on ne voit pas directement une différence entre les deux variantes.

Juste au niveau de la capacité d’échange cationique (CEC), il existe une différence de 1,3

cmol/kg. Le digestat a une valeur CEC faible et celle du lisier se trouve dans la moyenne des

valeurs de référence (4.1).

46

Paire 2 :

Digestat 2 Lisier 2

pH KCl 4,8 4,9

Humus (%) 7 6,6



C/N 10 8


Pour la deuxième paire, la variante du lisier contient un peu plus de l’azote. Les valeurs du

CEC se trouvent en dessous de la moyenne des valeurs de référence (4.1). Au niveau du

rapport C/N, il y a une différence qui est d’une valeur de 2. Les valeurs de 10 et 8 montrent

une bonne minéralisation de la matière organique dans le sol. Les autres valeurs sont presque

identiques.

Paire 3 :

Digestat 3 Lisier 3

pH KCl 5,5 5,2

Humus (%) 7,6 7,6



C/N 9 9


Au niveau de la CEC, la valeur du digestat est légèrement élevée, mais comme celle du lisier

elle se trouve dans la moyenne des valeurs de référence (4.1). Sinon toutes les autres valeurs

sont très similaires, il n’y a donc pas de différence notable.

47

Paire 4 :

Digestat 4 Lisier 4

pH KCl 4,8 5,5

Humus (%) 7,3 8,2



C/N 8 9


Pour la quatrième paire, il y a des petites variations au niveau du pH et du taux d’humus. Au

niveau de la CEC il y a une différence de 3,5, mais les valeurs se trouvent dans la moyenne

des valeurs de référence (4.1). Au niveau du rapport C/N, les deux valeurs montrent qu’il y a

une bonne minéralisation dans le sol.

Conclusion :

La comparaison des résultats montre, qu’il y a une différence au niveau de la capacité

d’échange cationique (CEC). Dans trois cas, elles se trouvent en dessous de la moyenne des

valeurs de référence (4.1). Deux fois pour la variante digestat et une fois pour la variante

lisier. Lorsqu’on calcule la moyenne des 4 paires, les deux variantes se trouvent dans la

moyenne. Les autres résultats ne montrent pas de différences notables.

48

4.1.2 Région analysée au Luxembourg

Paire 1 :

Digestat 1 Lisier 1

pH KCl 6,3 5,5

Humus (%) 10,6 6,1


CEC (cmol/kg) 19,1 12,8

C/N 13 7

Tableau 11 : Analyse st. - LUX - Paire 1

Pour la première paire, il y a beaucoup de différences. Au niveau du pH, on voit que le sol,

qui est fertilisé avec du lisier, est plus acide que l’autre. La différence est de 0,8. Le sol qui est

fertilisé avec du digestat contient plus d’humus que l’autre. Ici la différence est de 4,5 %, la

valeur du digestat est alors plus élevée. Par contre la valeur de l’azote total reste environ la

même. La capacité d’échange cationique (CEC) est augmenté d’une valeur de 6,3 cmol/kg,

pour le sol qui est fertilisé avec du digestat, c’est donc une valeur élevée. Au niveau du

rapport C/N, la valeur de 13 montre qu’il y a une minéralisation ralentie et la valeur de 7 qu’il

y a une minéralisation excessive.

Paire 2 :

Digestat 2 Lisier 2

pH KCl 5,0 5,9

Humus (%) 8,3 6,8



C/N 12 8


Le pH du sol, qui est fertilisé avec du digestat, est plus acide que l’autre. Les deux valeurs ne

se trouvent pas dans l’optimum. En plus il contient plus d’humus ce qui pourrait être dû à une

minéralisation plus lente. Il y a moins d’azote total au sol qui est fertilisé avec du digestat. La

capacité d’échange cationique (CEC) est plus élevée pour le sol qui est fertilisé avec du lisier,

mais les deux se trouvent dans la moyenne des valeurs de référence (4.1). Les deux rapports

C/N de 12 et 8 signifient une bonne minéralisation.

49

Paire 3 :

Digestat 3 Lisier 3

pH KCl 5,1 5,9

Humus (%) 6,9 8,4



C/N 9 9


Le sol qui est fertilisé avec du digestat est plus acide que l’autre. Au niveau de l’humus, le sol

avec du lisier est le plus riche. Ceci montre, que la minéralisation est ralentie et l’humus

s’accumule dans le sol. Il y a plus d’azote total dans la variante lisier. La capacité d’échange

cationique (CEC) est également plus élevée dans le sol qui est fertilisé avec du lisier, mais les

deux se trouvent encore dans la moyenne des valeurs de référence (4.1).

Conclusion :

Les sols qui sont fertilisés avec du digestat ont un pH plus acide, un taux d’humus plus élevé

et une teneur en azote total plus faible que les sols qui sont fertilisés avec du lisier. La

capacité d’échange cationique (CEC) des 3 paires varie fortement. En moyenne la CEC est

légèrement plus haute pour les sols qui sont fertilisés avec du lisier, mais les deux se trouvent

dans la moyenne des valeurs de référence (4.1). Par contre la moyenne des rapports C/N est

élevée dans les sols qui sont fertilisés avec du digestat. Les deux rapports C/N se situent dans

l’optimum, donc dans des bons rapports pour une bonne minéralisation.

50

4.1.3 Région analysée en Allemagne

Paire 1 :

Digestat 1 Lisier 1

pH KCl 5,1 6,7

Humus (%) 9,1 7,8


CEC (cmol/kg) 18,9 19,6

C/N 10 10

Tableau 14 : Analyse st. - DE - Paire 1

Le sol, qui est fertilisé avec du digestat est plus acide, celui du lisier se trouve dans

l’optimum. Par contre il est plus riche en humus et montre alors que la minéralisation est

ralentie et l’humus s’accumule dans le sol. L’azote total est légèrement plus élevé par rapport

à la variante du lisier. Les deux valeurs du CEC sont élevées et le rapport C/N indique une

bonne minéralisation.

Paire 2 :

Digestat 2 Lisier 2

pH KCl 5,4 5,7

Humus (%) 6,5 4,7

N total (g/kg) 2,9 2


C/N 11 11


Pour la deuxième paire les deux sols sont légèrement acides. La valeur d’humus de la parcelle

qui est fertilisée avec du lisier est satisfaisante. Par contre le sol qui est fertilisé avec du

digestat a une valeur élevée en humus. Le sol qui est fertilisé avec du digestat est plus riche en

azote. Les valeurs de la CEC se trouvent dans la moyenne des valeurs de référence (4.1), la

valeur du sol fertilisé avec du digestat est un peu haute. Le rapport C/N de 11 indique une

bonne minéralisation.

51

Paire 3 :

Digestat 3 Lisier 3

pH KCl 5,3 5,9

Humus (%) 6 4,6



C/N 10 11


Les deux parcelles sont acides, mais celle fertilisée avec du lisier l’est moins. La parcelle qui

est fertilisée avec du lisier a un taux satisfaisant en humus et celle du digestat a un taux

élevée. Sur la parcelle fertilisée avec du digestat, il y a plus d’azote dans le sol. La capacité

d’échange cationique est élevée dans le sol fertilisé avec du digestat mais les deux variantes se

trouvent dans la moyenne des valeurs de référence (4.1). Les deux valeurs du rapport C/N

indiquent une bonne minéralisation.

Conclusion :

Les parcelles qui sont fertilisées avec du digestat ont un pH plus acide et contiennent plus

d’azote. Ils ont souvent une valeur élevée en humus mais aussi un bon rapport C/N qui

favorise une bonne minéralisation. On peut conclure qu’il y a beaucoup d’apport en matière

organique. Les valeurs de la capacité d’échange cationique sont en moyenne un peu plus

hautes dans les sols fertilisés avec du digestat.

4.1.4 GUMIKO

Pour les sols des parcelles de l’essai GUMIKO différents engrais sont comparés. Il s’agit ici

d’un essai scientifique de longue durée (depuis 2001) où les doses d’azote sont bien définies

et respectées pour chaque variante. Les parcelles reçoivent toutes une fumure de fond

(phosphore et potassium) et un apport de chaux afin de voir l’effet de l’apport des différents

engrais azotées.

Pour le TFE, quatre variantes différentes sont prises en compte : la variante fertilisée avec 210

uN (engrais minéral), la variante fertilisée avec 210 uN sous forme de lisier, la variante

fertilisée avec 210 uN sous forme de compost de fumier et une variante sans fertilisation

azotée. Les trois variantes sont chaque fois comparées avec la variante de 0 uN.

52

0 uN – Lisier 210 uN :

0 UN Lisier 210 UN

pH KCl 5,8 5,3

Humus (%) 7,3 8,4


CEC (cmol/kg) 11,7 10,4

C/N 9 10

Tableau 17 : Analyse st. - GUMIKO - 0 uN, Lisier

Les deux variantes ont un pH qui est légèrement acide et un pourcentage d’humus élevé. Les

deux valeurs du CEC sont dans la moyenne des valeurs de référence (4.1), mais celle du 0 uN

est un peu élevée. Les deux valeurs du rapport C/N indiquent une bonne minéralisation au sol.

0 uN – Compost 210 uN :

0 UN Compost 210 UN

pH KCl 5,8 5,6

Humus (%) 7,3 9


CEC (cmol/kg) 11,7 14

C/N 9 9

Tableau 18 : Analyse st. - GUMIKO - 0 uN, Compost

Au niveau du pH il n’y a pas de différence, les deux variantes ont un pH légèrement acide. Le

taux d’humus et la valeur de l’azote total sont élevés par rapport à la variante du compost. Les

deux valeurs du CEC sont dans la moyenne des valeurs de référence (4.1), celle du compost

est quand même un peu plus haute. Le rapport C/N ne montre pas de différence, les deux

variantes ont une bonne minéralisation.

53

0 UN – Engrais minéral 210 UN :

0 UN Engrais min. 210 UN

pH KCl 5,8 5,5

Humus (%) 7,3 7,2



C/N 9 9

Tableau 19 : Analyse st. - GUMIKO - 0 uN, Engrais min.

Pour les trois premiers éléments analysés, il n’y a pas de différence notable. Le pH est

légèrement acide et le taux d’humus élevé. La valeur de la CEC est cette fois ci élevée pour la

variante de 0 uN, mais les deux se trouvent encore dans la moyenne des valeurs de référence

(4.1). Au niveau du rapport C/N il n’y a pas de différence.

Conclusion :

Toutes les analyses du pH ne montrent aucune différence pour les variantes. Au niveau de

l’humus, les engrais de ferme ont une valeur plus haute et le compost encore un peu plus que

le lisier. Le compost apporte alors plus de matière organique. Les valeurs de l’azote total sont

un peu plus hautes dans le sol fertilisé avec du compost, mais pour les autres variantes on ne

voit pas de différences notables. Toutes les valeurs du CEC varient un peu, mais elles se

trouvent toutes dans la moyenne des valeurs de référence (4.1). Au niveau du rapport C/N il

n’y a pas de différence, toutes les valeurs indiquent une bonne minéralisation dans le sol.

54


4.2.1 Région analysée en Belgique

Paire 1 :

>50 µm < 50 µm C/N

Digestat 1 48% 52% 11,0

Lisier 1 34% 66% 11,4

Tableau 20 : Fractionnement MO. - BE - Paire 1

Les résultats du fractionnement par tamisage montrent que la matière organique de la

fertilisation du lisier améliore plus la structure et la stabilité du sol. La matière organique de la

fertilisation du digestat est plus facilement minéralisable et est presqu’en équilibre avec la

matière organique liée.

Au niveau du rapport C/N, les deux variantes sont en cours de stabilisation.

Paire 2 :

>50 µm < 50 µm C/N

Digestat 2 33% 67% 11,1

Lisier 2 35% 65% 8,8


Pour la deuxième paire il n’y a pas de différence à observer entre la fertilisation avec du

digestat et du lisier.

Au niveau du rapport C/N, le sol ,qui est fertilisé avec du lisier, contient plus de matières

organiques vieilles. Celui du digestat est en cours de stabilisation.

55

Paire 3 :

>50 µm < 50 µm C/N

Digestat 3 45% 55% 11,5

Lisier 3 70% 30% 11,1


Les valeurs de la prairie, qui est fertilisée avec du digestat, sont presque équilibrées. La

parcelle qui est fertilisée avec du digestat a plus de matière organique libre. La matière

organique est alors plus facilement minéralisable.

Le rapport C/N des deux valeurs présentent que la matière organique est en cours de

stabilisation.

Paire 4 :

> 50 µm < 50 µm C/N

Digestat 4 48% 52% 12,5

Lisier 4 73% 27% 11,7


Comme pour la troisième paire, le digestat est presque équilibré et la parcelle du lisier

contient plus de matière organique libre.

Le rapport C/N est un peu plus haut au niveau du digestat. La valeur indique qu’il y a un peu

plus de matière organique jeune.

Conclusion :

En Belgique, trois des quatre paires ont des valeurs presque équilibrées au niveau du digestat.

Pour les quatre paires, le lisier montre des valeurs plus hautes au niveau de la matière

organique libre. La matière organique des fertilisations avec du lisier est alors plus facilement

minéralisables.

56

Les rapports C/N se situent autour d’une valeur de 11. Pour une paire, la valeur du lisier se

situe à 8,82 et pour une autre paire, la valeur du digestat se situe à 12,48. Ce sont les deux

seuls valeurs qui montrent une petite différence par rapport aux autres.

4.2.2 Région analysée au Luxembourg

Paire 1 :

> 50 µm < 50 µm C/N

Digestat 1 43% 57% 10,7

Lisier 1 41% 59% 11,3

Tableau 24 : Fractionnement MO. - LUX - Paire 1

Entre les deux variantes, il n’y a pas de différences à observer. Les deux ont plus de matière

organique liée que de matière organique libre. C’est à dire que la matière organique a plus

d’effets sur la structure et la stabilité du sol.

Les deux rapports C/N montrent, que la matière organique est en cours de stabilisation.

Paire 2 :

> 50 µm < 50 µm C/N

Digestat 2 60% 40% 7,8

Lisier 2 47% 53% 9,6


Pour la deuxième paire, la prairie, qui est fertilisée avec du digestat, a plus de matière

organique libre. Elle est plus facilement minéralisable et a en effet positif au niveau de la

nutrition des plantes. Les valeurs du lisier sont presque équilibrées.

Les deux rapports C/N montrent qu’il y a plus de matière organique vieille, dans la variante

du digestat encore un peu plus que dans celle du lisier.

57

Paire 3 :

> 50 µm < 50 µm C/N

Digestat 3 60% 40% 10,9

Lisier 3 48% 52% 10,6


Les paires deux et trois sont très identiques. Le digestat a plus de matière organique libre et au

niveau du lisier les valeurs sont presque équilibrées.

Le rapport C/N de la matière organique montre, que la matière organique des deux variantes

est en cours de stabilisation.

Conclusion :

Le digestat a plus de matière organique libre. La matière organique est plus facilement

minéralisable. Par contre, le lisier a plus de matière organique liée, elle est favorable pour la

structure, la stabilité et la rétention de l’eau du sol. Si on calcule la moyenne des valeurs du

Luxembourg, les résultats sont presque équilibrés.

Au niveau du rapport C/N, la première et dernière paire se situent au niveau de la stabilisation

de la matière organique. Par contre pour la deuxième paire, les deux variantes ont plus de

matière organique vieille.

4.2.3 Région analysée en Allemagne

Paire 1 :

> 50 µm < 50 µm C/N

Digestat 1 68% 32% 8,5

Lisier 1 42% 58% 9,8

Tableau 27 : Fractionnement MO. - DE - Paire 1

Les résultats du digestat sont plus riches en matière organique libre. Celle-ci est plus

facilement minéralisable et alors plus vite accessible pour les plantes. Les résultats du lisier

sont inversés. Il y a plus de matière organique liée.

58

Les deux rapports C/N montrent, qu’il y a plus de matière organique vieille et dans la variante

du digestat encore plus qu’au celle du lisier.

Paire 2 :

> 50 µm < 50 µm C/N

Digestat 2 37% 63% 12,7

Lisier 2 55% 45% 8,5


Le sol, fertilisé avec du digestat, contient plus de la matière organique liée et le sol, fertilisé

avec du lisier, est plus riche en matière organique libre.

Pour cette paire, les rapports C/N de la matière organique sont différents. Celui du digestat

montre qu’il y a plus de la matière organique jeune et celui du lisier qu’il y a plus de matière

organique vieille.

Paire 3 :

> 50 µm < 50 µm C/N

Digestat 3 40% 60% 12,9

Lisier 3 62% 38% 9,9


Comme les résultats de la deuxième paire, le sol qui est fertilisé avec du digestat est plus riche

en matière organique liée. Elle améliore la structure, la stabilité et la rétention de l’eau du sol.

Le sol qui est fertilisé avec du lisier contient plus de matière organique libre. Elle est plus

intéressante pour la nutrition des plantes.

La troisième paire montre les mêmes tendances que la deuxième paire. La variante du digestat

contient plus de matière organique jeune et celle du lisier plus de matière organique vieille et

de la matière organique en cours de stabilisation.

59

Conclusion :

La première paire montre que la prairie, qui est fertilisée avec du digestat, est plus riche en

matière organique libre. Mais pour la deuxième et troisième paire, c’est la prairie qui est

fertilisée avec du lisier qui est plus riche en matière organique libre. Les résultats obtenus sont

alors de nouveau presque équilibrés.

Le rapport C/N de la première paire indique qu’il y a plus de matière organique vieille dans

les deux variantes, mais la deuxième et troisième paire montrent qu’il y a plus de matière

organique jeune dans la variante du digestat et de la matière organique vieille dans la variante

du lisier.

4.2.4 GUMIKO

> 50 µm < 50 µm C/N

0 uN 70% 30% 10,6

Lisier 210 uN 71% 29% 12,4

Compost 210 uN 68% 32% 11,9

Engrais min. 210 uN 61% 39% 10,5

Tableau 30 : Fractionnement MO. - GUMIKO

Sur l’essai GUMIKO, il y a une différence de 9% au niveau du témoin (0 uN) et de l’engrais

minéral de 210 uN. Le sol fertilisé avec de l’engrais minéral est un peu moins riche en matière

organique libre et un peu plus riche en matière organique liée. Les deux engrais organiques

sont alors plus riches en matière organique libre et celle-ci est plus facilement minéralisable.

Pour le rapport C/N, la variante de 0 uN et celle de l’engrais minéral ne montrent pas de

différence. Les deux valeurs des engrais organiques sont un peu plus hautes. La variante du

lisier contient un peu plus de matière organique jeune que celle du compost.

60

4.3 Analyse enzymatique

4.3.1 Activité arylsulfatase (ARS)

Les enzymes sont exprimées par rapport à la quantité de produit libéré lors de l'hydrolyse du substrat par heure et par gramme de sol sec. Pour l'ARS, le substrat initial est le pnitrophénylsulfate qui après hydrolyse libère du pnitrophenol (PN). Des différences à partir de 0,1 µg PN/h/g sol sec sont prises en compte.

4.3.1.1 Région analysée en Belgique

Paire 1 :

ARS (µg PN/h/g sol sec)

Digestat 1 0,16

Lisier 1 0,33

Tableau 31 : Activité arylsulfatase - BE - Paire 1

La valeur ARS est plus élevée au niveau de la fertilisation avec du lisier. C’est-à-dire que le

soufre se minéralise plus vite et est plus vite disponible pour les plantes.

Paire 2 :


Digestat 2 0,30

Lisier 2 0,47


Pour la deuxième paire, on observe la même chose. Les valeurs du lisier sont plus élevées. Le

soufre est plus vite minéralisé.

Paire 3 :


Digestat 3 0,29

Lisier 3 0,24


Pour la troisième paire, il n’y a pas de différences entre les deux variantes.

61

Paire 4 :


Digestat 4 0,29

Lisier 4 0,25


La quatrième paire montre aussi qu’il n y’a pas de différence entre les deux variantes.

Conclusion :

Pour la région analysée en Belgique, on ne peut pas dire qu’il y a une tendance. Deux fois

c’est le lisier qui a une meilleure activité et les autres deux paires ne montrent pas de

différence.

4.3.1.2 Région analysée au Luxembourg

Paire 1 :


Digestat 1 0,12

Lisier 1 0,25

Tableau 35 : Activité arylsulfatase - LUX - Paire 1

Pour la première paire, c’est le lisier qui présente une meilleure activité arylsulfatase. Le

soufre est plus vite minéralisé et alors plus vite disponible pour les plantes.

Paire 2 :


Digestat 2 0,28

Lisier 2 0,18


La deuxième paire montre l’inverse, ici c’est la fertilisation avec du digestat qui a une activité

plus haute.

62

Paire 3 :


Digestat 3 0,30

Lisier 3 0,25


La troisième paire ne présente pas de différence des deux variantes.

Conclusion :

Les trois paires sont différentes. Une paire présente des meilleures activités au niveau du

digestat, une paire au niveau du lisier et la dernière paire ne présente pas de différence. Une

tendance n’est pas visible.

4.3.1.3 Région analysée en Allemagne

Paire 1 :


Digestat 1 0,47

Lisier 1 0,18

Tableau 38 : Activité arylsulfatase - DE - Paire 1

Pour la première paire, le digestat présente une meilleure activité arylsulfatase. La prairie qui est fertilisée avec du digestat minéralise le soufre plus vite.

Paire 2 :


Digestat 2 0,19

Lisier 2 0,09


Aussi la deuxième paire montre une activité élevée au niveau du digestat.

63

Paire 3 :


Digestat 3 0,29

Lisier 3 0,09


La troisième paire présente aussi une meilleure activité au niveau du digestat. Le soufre est plus vite disponible pour les plantes.

Conclusion :

On peut remarquer une tendance. Les prairies qui sont fertilisées avec du digestat minéralisent le soufre plus vite que les prairies qui sont fertilisées avec du lisier.

4.3.1.4 GUMIKO


0 uN 0,27

Lisier 210 uN 0,31

Compost 210 uN 0,28

Engrais min. 210 uN 0,31

Tableau 41 : Activité arylsulfatase - GUMIKO

Les variantes de GUMIKO ne présentent pas de différences. On remarque que la variante sans engrais a une activité plus faible que les autres, mais la différence n’est pas grande. Les quatre variantes minéralisent de manière égale.

64

4.3.2 Activité betaglucosidase (Bglu)

Les enzymes sont exprimées par rapport à la quantité de produit libéré lors de l'hydrolyse du substrat par heure et par gramme de sol sec. Pour l’activité betaglucosidase, le substrat initial est le pnitrophénylsulfate qui après hydrolyse libère du pnitrophenol (PN). Des différences à partir de 0,1 µg PN/h/g sol sec sont prises en compte.


Paire 1 :

Bglu (µg PN/h/g sol sec)

Digestat 1 0,74

Lisier 1 1,21

Tableau 42 : Activité betaglucosidase - BE - Paire 1

La valeur Bglu est élevée au niveau de la fertilisation avec du lisier. C’est-à-dire que la dégradation de la cellulose est plus importante au niveau du lisier, et il y a alors plus d’énergie disponible pour les microorganismes.

Paire 2 :


Digestat 2 1,28

Lisier 2 1,20


Pour la deuxième paire, les deux valeurs sont presque équilibrées. La valeur du digestat est un peu plus élevée.

Paire 3 :


Digestat 3 0,72

Lisier 3 0,97


Une deuxième fois, c’est la fertilisation avec du lisier qui a une valeur plus élevée. C’est le lisier qui fournit plus d’énergie aux microorganismes.

65

Paire 4 :


Digestat 4 0,94

Lisier 4 1,00


La quatrième paire est équilibrée.

Conclusion :

En Belgique, une petite tendance montre que la fertilisation avec du lisier dégrade plus vite la cellulose et fournit alors plus d’énergie aux microorganismes.


Paire 1 :


Digestat 1 1,65

Lisier 1 1,30

Tableau 46 : Activité betaglucosidase - LUX - Paire 1

Pour la première paire, la valeur du digestat est plus haute que celle du lisier. Le digestat fournit alors plus d’énergie aux microorganismes.

Paire 2 :


Digestat 2 1,50

Lisier 2 1,52


Pour la deuxième paire, les valeurs sont équilibrées. Il n’y a pas de différence entre les deux types de fertilisation.

66

Paire 3 :


Digestat 3 1,50

Lisier 3 1,25


La troisième paire montre de nouveau, que la fertilisation avec du digestat a plus d’activité betaglucosidase. La cellulose est plus vite dégradée et fournit alors plus d’énergie aux microorganismes.

Conclusion :

Les résultats montrent que la fertilisation avec du digestat apporte plus d’énergie aux microorganismes. Il y a juste une paire qui montre des valeurs équilibrées où il n’y a pas de différence.


Paire 1 :


Digestat 1 2,06

Lisier 1 1,42

Tableau 49 : Activité betaglucosidase - DE - Paire 1

Les valeurs du digestat sont plus élevées que celle du lisier. Il y a alors plus d’activité betaglucosidase, et donc un meilleur apport d’énergie aux microorganismes.

Paire 2 :


Digestat 2 1,05

Lisier 2 0,74


Pour la deuxième paire, on observe la même tendance que pour la première paire. L’activité betaglucosidase est plus élevée.

67

Paire 3 :


Digestat 3 1,28

Lisier 3 1,20


Pour cette paire, il n’y a presque pas de différences. Mais aussi pour ce paire c’est la fertilisation avec du digestat qui présente une meilleure activité betaglucosidase.

Conclusion :

On voit que les fertilisations avec du digestat ont une meilleure activité betaglucosidase que la fertilisation avec du lisier. Plus de cellulose est dégradée et les microorganismes reçoivent plus d’énergie.

4.3.2.4 GUMIKO


0 uN 1,22

Lisier 210 uN 1,52

Compost 210 uN 0,88


Tableau 52 : Activité betaglucosidase - GUMIKO

Le lisier présente la meilleure activité betaglucosidase. L’engrais 210 unités azote et la variante avec 0 unités d’azote ont presque la même activité. La fertilisation avec du compost présente une valeur plus faible que les autres.

68

4.3.3 Activité leucine aminopeptidase (LAP)

Les enzymes sont exprimées par rapport à la quantité de produit libéré lors de l'hydrolyse du substrat par heure et par gramme de sol sec. Pour l'activité leucine aminopeptidase, le substrat utilisé est le Leucine-p-nitroanilide qui après hydrolyse libère de la nitroaniline (NA). Des différences à partir de 0,1 µg NA/h/g sol sec sont prises en compte.


Paire 1 :

LAP (µg NA/h/g sol sec)

Digestat 1 0,57

Lisier 1 0,90

Tableau 53 : Activité leucine aminopeptidase - BE - Paire 1

Pour la première paire en Belgique, c’est le lisier qui présente une activité plus élevée. La prairie qui est fertilisée avec du lisier a une meilleure minéralisation de l’azote.

Paire 2 :


Digestat 2 1,00

Lisier 2 0,95


La deuxième paire en Belgique est presque équilibrée. L’activité leucine aminopeptidase est légèrement plus élevée au niveau du digestat.

Paire 3 :


Digestat 3 0,67

Lisier 3 1,08


Pour la troisième paire, le lisier a de nouveau une meilleure activité que le digestat. Il y a plus de minéralisation de l’azote sur le sol qui est fertilisé avec du lisier.

69

Paire 4 :


Digestat 4 0,60

Lisier 4 1,02


De nouveau c’est la prairie qui est fertilisée avec du lisier qui a une meilleure activité.

Conclusion :

Les quatre paires en Belgique montrent une petite tendance. C’est le lisier qui obtient presque toujours des meilleurs résultats. La fertilisation avec du lisier favorise alors la minéralisation de l’azote dans les sols.


Paire 1 :


Digestat 1 1,97

Lisier 1 0,91

Tableau 57 : Activité leucine aminopeptidase - LUX - Paire 1

La première paire présente une meilleure activité leucine aminopeptidase au niveau du digestat. La prairie qui est fertilisée avec du digestat minéralise plus vite l’azote.

Paire 2 :


Digestat 2 0,99

Lisier 2 1,11


Pour la deuxième paire, il n’y a pas de différence entre les deux variantes de fertilisation.

70

Paire 3 :


Digestat 3 1,00

Lisier 3 1,26


La troisième paire présente aussi une meilleure activité au niveau du lisier.

Conclusion :

La deuxième et troisième paire montrent une tendance que le lisier minéralise mieux l’azote, pour la première paire cependant c’est clairement le digestat.


Paire 1 :


Digestat 1 1,65

Lisier 1 1,88

Tableau 60 : Activité leucine aminopeptidase - DE - Paire 1

Pour la première paire, l’activité leucine aminopeptidase est plus élevée dans le sol fertilisé avec du lisier. Ce sol minéralise alors mieux l’azote organique.

Paire 2 :


Digestat 2 0,66

Lisier 2 0,63


La deuxième paire est équilibrée. Les deux variantes minéralisent l’azote de manière égale.

71

Paire 3 :


Digestat 3 0,90

Lisier 3 0,81


La différence entre les deux types de fertilisation n’est pas grande. Le digestat présente une activité leucine aminopeptidase légèrement plus haute que celle du lisier.

Conclusion :

En Allemagne les trois paires sont différentes et ne montrent donc pas une tendance.

4.3.3.4 GUMIKO


0 uN 0,90

Lisier 210 uN 0,88

Compost 210 uN 0,85


Tableau 63 : Activité leucine aminopeptidase - GUMIKO

Les variantes de l’essai GUMIKO ne montrent pas de différences notables. Juste au niveau de l’engrais minéral (210 uN) existe une activité légèrement plus haute. C’est alors le sol fertilisé avec l’engrais minéral qui minéralise mieux l’azote organique dans le sol.

72

4.3.4 Biomasse microbienne carbonée (BMC)

La biomasse microbienne carbonée (BMC) représente la quantité de “carbone vivant” contenue dans les microbes du sol, essentiellement bactéries et champignons. On peut alors

déterminer la masse des microorganismes dans le sol.

0 – 100 mgC/kg sol sec : Biomasse microbienne très faible

100 – 200 mgC/kg sol sec : Biomasse microbienne faible

200 – 400 mgC/kg sol sec : Biomasse microbienne correct

400 – 600 mgC/kg sol sec : Biomasse microbienne fort

> 600 mgC/kg sol sec : Biomasse microbienne très fort

Des différences à partir de 50 mgC/kg sol sec sont prises en compte.


Paire 1 :

BMC (mg C/kg sol sec ou litière sèche)

Digestat 1 526,2

Lisier 1 NA

Tableau 64 : Biomasse microbienne carbonée - BE - Paire 1

La première paire en Belgique ne peut pas être comparée. Les données du lisier sont « non applicables ». Les résultats de l’analyse ont été anormaux.

Paire 2 :


Digestat 2 957,5

Lisier 2 1163,7


La deuxième paire montre des différences. Il y a plus de biomasse microbienne dans la prairie qui est fertilisée avec du lisier que dans la prairie qui est fertilisée avec du digestat.

73

Paire 3 :


Digestat 3 262,9

Lisier 3 601,2


La troisième paire montre la même différence. La variante du lisier a nettement plus de biomasse microbienne.

Paire 4 :


Digestat 4 939,6

Lisier 4 752,2


La quatrième paire montre l’inverse. Ici c’est la variante du digestat qui a plus de biomasse microbienne.

Conclusion :

Au niveau du deuxième et troisième paire, les prairies qui sont fertilisées avec du lisier ont plus de biomasse microbienne. Mais la quatrième paire montre l’inverse, c’est la variante du digestat qui a plus de biomasse microbienne.


Paire 1 :


Digestat 1 1205,9

Lisier 1 606,8

Tableau 68 : Biomasse microbienne carbonée - LUX - Paire 1

La première paire montre plus de biomasse microbienne au niveau de la variante avec du digestat.

74

Paire 2 :


Digestat 2 858,9

Lisier 2 NA


La deuxième paire ne peut pas être comparée. Les données du lisier sont « non applicables ». Les résultats de l’analyse ont été anormaux.

Paire 3 :


Digestat 3 724,4

Lisier 3 1090,5


La troisième paire montre plus de biomasse au niveau de la variante du lisier.

Conclusion :

Les deux paires qui restent sont complétement différentes. La première paire a plus de biomasse au niveau du digestat et la troisième au niveau du lisier. On ne peut pas observer une tendance.


Paire 1 :


Digestat 1 NA

Lisier 1 959,7

Tableau 71 : Biomasse microbienne carbonée - DE - Paire 1

La première paire ne peut pas être comparée. Les données du digestat sont « non applicables ». Les résultats de l’analyse ont été anormaux.

75

Paire 2 :


Digestat 2 910,3

Lisier 2 880,8


La deuxième paire a juste une petite différence de 29,5 mgC/kg sol sec entre les deux variantes. On peut dire que les deux variantes sont équilibrées.

Paire 3 :


Digestat 3 976,2

Lisier 3 478,3


La troisième paire montre plus de biomasse microbienne au niveau de la prairie qui est fertilisée avec du digestat.

Conclusion :

La deuxième paire ne montre pas de différence et la troisième qu’il y a plus de biomasse microbienne au niveau du digestat. On ne peut pas dire qu’il y a une tendance vers l’une ou l’autre variante de fertilisation.

4.3.4.4 GUMIKO


0 uN 882,3

Lisier 210 uN 894,8

Compost 210 uN 944,4


Tableau 74 : Biomasse microbienne carbonée - GUMIKO

Les variantes 0 uN et le lisier ne montrent pas de différence. Par contre, le compost a plus de biomasse microbienne, ce qui est logique, il y a plus de matière organique à décomposer. L’engrais minéral a des résultats plus faibles.

76

4.3.5 Rapport C/N biomasse microbienne (BMC/BMN)

Le rapport C/N de la biomasse microbienne permet notamment d'aborder la proportion bactérie/champignon du sol. Plus le ratio est faible plus les bactéries sont présentes. Des différences à partir d’une valeur de 0,5 sont prises en compte.


Paire 1 :

BMC/BMN

Digestat 1 8,1

Lisier 1 NA

Tableau 75 : C/N biomasse microbienne - BE - Paire 1

La première paire ne peut pas être comparée. Les données du lisier sont « non applicables ». Les résultats de l’analyse ont été anormaux.

Paire 2 :

BMC/BMN

Digestat 2 7,4

Lisier 2 6,9


La prairie qui est fertilisée avec du lisier contient un peu plus de bactéries que la variante du digestat.

Paire 3 :

BMC/BMN

Digestat 3 1,9

Lisier 3 6,8


La troisième paire montre la même tendance. La variante du lisier a nettement plus de bactéries.

77

Paire 4 :

BMC/BMN

Digestat 4 8,0

Lisier 4 7,5


On observe que la quatrième paire montre la même tendance. Les différences ne sont pas grandes, mais la variante du lisier contient un peu plus de bactéries.

Conclusion :

En Belgique, on peut dire que les prairies qui sont fertilisées avec du lisier ont plus de bactéries dans le sol.


Paire 1 :

BMC/BMN

Digestat 1 7,1

Lisier 1 7,6

Tableau 79 : C/N biomasse microbienne - LUX - Paire 1

Les différences ne sont pas grandes, mais la variante du digestat contient un peu plus de bactéries.

Paire 2 :

BMC/BMN

Digestat 2 5,8

Lisier 2 NA


La deuxième paire ne peut pas être comparée. Les données du lisier sont « non applicables ». Les résultats de l’analyse ont été anormaux.

78

Paire 3 :

BMC/BMN

Digestat 3 6,3

Lisier 3 6,4


La troisième paire ne montre pas de différence entre les deux types de fertilisation.

Conclusion :

Les deux paires restantes montrent qu’il n’y a presque pas de différence entre les deux variantes.


Paire 1 :

BMC/BMN

Digestat 1 NA

Lisier 1 5,1

Tableau 82 : C/N biomasse microbienne - DE - Paire 1

La première paire ne peut pas être comparée. Les données du digestat sont « non applicables ». Les résultats de l’analyse ont été anormaux.

Paire 2 :

BMC/BMN

Digestat 2 8,4

Lisier 2 17,2


La deuxième paire montre des grandes différences. La variante du digestat contient plus de bactéries que la variante du lisier.

79

Paire 3 :

BMC/BMN

Digestat 3 7,5

Lisier 3 7,5


Cette paire ne montre aucune différence.

Conclusion :

Les deux paires restantes sont très différentes. La deuxième paire montre des grandes différences et la troisième paire ne montre pas de différence. Une tendance n’est pas visible.

4.3.5.4 GUMIKO

BMC/BMN

0 uN 6,6

Lisier 210 uN 6,4

Compost 210 uN 5,6


Tableau 85 : C/N biomasse microbienne - GUMIKO

La variante de 0 uN et la variante de l’engrais minéral, ne présentent pas de différences. La variante du compost contient plus de bactéries que la variante du lisier.

80

5 Conclusion Pour permettre une vue d’ensemble claire, la moyenne de tous les résultats a été calculée pour chaque analyse. Ainsi les valeurs du lisier et du digestat sont présentées face en face de manière récapitulatif.

5.1 Analyse standard

Graphique 1 : Digestat - Lisier pH KCl

Au niveau du pH, le lisier a des meilleurs résultats, mais le digestat n’est pas significativement plus mauvais.

Graphique 2 : Digestat - Lisier Humus (%)

Les deux variantes ont des valeurs d’humus élevées. Celles du digestat sont un peu plus élevées que celles du lisier. Trop d’humus n’est pas bon pour le sol, un taux élevée indique, qu’il y a une accumulation de la matière organique dans le sol et les minéraux, fixés dans cette matière organique, ne sont donc pas disponibles pour les plantes.

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

Digestat Lisier

pH KCl

Optimum

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

10,00

Digestat Lisier

Humus (%)

Optimum

81

Graphique 3 : Digestat - Lisier N total (g/kg)

Au niveau de l’azote total, il n’y a pas de différence entre les deux variantes de fertilisation.

Graphique 4 : Digestat - Lisier CEC (cmol/kg)

Au niveau de la capacité d’échange cationique, les deux variantes se trouvent dans l’optimum. En plus les moyennes des résultats sont presque identiques.

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

Digestat Lisier

N total (g/kg)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Digestat Lisier

CEC (cmol/kg)

Optimum

82

Graphique 5 : Digestat - Lisier C/N

Les moyennes des résultats du digestat et du lisier se trouvent dans l’optimum. Le rapport C/N est plus élevé au niveau du digestat.

Les analyses standards présentent parfois des différences entre la fertilisation avec du digestat

et celle avec du lisier. Ces différences ne sont pas toujours notables et ne présentent une

tendance vers l’une ou l’autre. Au niveau des analyses standards, on ne peut pas dire que le

digestat favorise ou défavorise la qualité du sol.

Graphique 6 : GUMIKO - Analyse standard

Pour l’essai GUMIKO, on observe, qu’il n’y a pas de différence entre les variantes de 0 uN et

celle de l’engrais minéral de 210 uN, juste au niveau du CEC. Les variantes du lisier et du

compost ne présentent non plus une différence notable. Il y a juste une petite différence au

niveau du CEC. Le CEC du compost est un peu plus élevée.

7,00

8,00

9,00

10,00

11,00

12,00

13,00

Digestat Lisier

C/N

Optimum

0

2

4

6

8

10

12

14

16

pH KCl Humus

(%)

N total

(g/kg)

CEC

(cmol/kg)

C/N

GUMIKO

0 uN

Lisier 210 uN

Compost 210 uN

Engrais min. 210 uN

83


Graphique 7 : Digestat - Lisier Fractionnement de la MO

Le fractionnement de la matière organique montre que les prairies qui sont fertilisées avec du

lisier ont un peu plus de matière organique libre que les prairies qui sont fertilisées avec du

digestat. Les moyennes des résultats de la matière organique liée présentent juste le contraire.

Les prairies qui sont fertilisées avec du digestat ont plus de matière organique liée que les

prairies qui sont fertilisées avec du lisier. Quand on observe les pourcentages, on remarque

que la différence n’est pas grande. La différence est de 1.5 à 2 pourcents. On ne peut pas dire,

qu’il y a une tendance vers l’un ou l’autre système de fertilisation.

Graphique 8 : Digestat - Lisier C/N (MO)

Le rapport C/N de la matière organique présente que la matière organique des deux variantes

est en cours de stabilisation.

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

>50 µm (MO libre) < 50 µm (MO liée)

Digestat

Lisier

7

8

9

10

11

12

13

Digestat Lisier

C/N (MO)

En cours de stabilisation

84

Graphique 9 : GUMIKO - Fractionnement de la MO

Les résultats du fractionnement de l’essai GUMIKO présentent qu’il y a plus de matière

organique libre que de matière organique liée dans toutes les variantes.

Graphique 10 : GUMIKO - C/N (MO)

Le rapport C/N montre que la matière organique est en cours de stabilisation, sauf au niveau

du lisier. La variante fertilisée avec du lisier a plus de matière organique jeune suivi par celle

fertilisée avec du compost.

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

> 50 µm (MO libre) < 50 µm (MO liée)

GUMIKO

0 uN

Lisier 210 uN

Compost 210 uN

Engrais min. 210 uN

7

8

9

10

11

12

13

0 uN Lisier 210 uN Compost 210 uN Engrais min. 210

uN

GUMIKO - C/N (MO)

En cours de stabilisation

85

5.3 Analyse enzymatique

5.3.1 Activité arylsulfatase (ARS)

Graphique 11 : Digestat - Lisier Activité arylsulfatase

Les prairies qui sont fertilisées avec du digestat minéralisent le soufre plus vite que celles qui

sont fertilisées avec du lisier. Mais les différences sont trop petites pour dire qu’il y a une

tendance.

Graphique 12 : GUMIKO - Activité arylsulfatase

L’essai GUMIKO a une activité plus élevée au niveau de la fertilisation avec du lisier et de

l’engrais minéral. Le compost minéralise le soufre moins vite que le lisier et l’engrais minéral.

La variante sans engrais a la plus faible activité arylsulfatase.

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

Digestat Lisier


0,2400,2500,2600,2700,2800,2900,3000,3100,320


uN

GUMIKO - ARS (µg PN/h/g sol sec)

86

5.3.2 Activité betaglucosidase (Bglu)

Graphique 13 : Digestat - Lisier Activité betaglucosidase

La moyenne des résultats des différentes paires montrent, que les prairies qui sont fertilisées

avec du digestat ont une meilleure activité Bglu. La cellulose est alors plus vite dégradée et

fournit plus d’énergie aux microorganismes. Les différences entre les deux variantes ne sont

pas assez grandes pour dire qu’il y a une tendance significative.

Graphique 14 : GUMIKO - Activité betaglucosidase

Les résultats de l’essai GUMIKO montrent des différences. Le lisier a la meilleure activité et

le compost la plus faible. L’engrais minéral et la variante sans engrais ont presque la même

activité betaglucosidase.

0,000

0,500

1,000

1,500

2,000

Digestat Lisier


0,000

0,500

1,000

1,500

2,000


uN

GUMIKO - Bglu (µg PN/h/g sol sec)

87

5.3.3 Activité leucine aminopeptidase (LAP)

Graphique 15 : Activité leucine aminopeptidase

La fertilisation avec du lisier favorise la minéralisation de l’azote dans les sols. Mais les

différences ne sont pas grandes. On ne peut pas dire qu’il y a une tendance significative.

Graphique 16 : GUMIKO - Activité leucine aminopeptidase

L’essai GUMIKO présente une petite différence au niveau de l’engrais minéral. C’est alors la

variante de l’engrais minéral qui favorise la minéralisation de l’azote dans le sol. Les autres

variantes ont presque la même activité. Celle du compost est un peu plus faible que celle du

lisier et de la variante sans fertilisation azotée.

0,000

0,500

1,000

1,500

2,000

Digestat Lisier


0,750

0,800

0,850

0,900

0,950

1,000

1,050


uN

GUMIKO - LAP (µg NA/h/g sol sec)

88

5.3.4 Biomasse microbienne carbonée (BMC)

Graphique 17 : Biomasse microbienne carbonée (BMC)

La moyenne des résultats montre la tendance, que les prairies qui sont fertilisées avec du digestat contiennent plus de biomasse microbienne que les prairies qui sont fertilisées avec du lisier. Bien que les deux variantes présentent des très bons résultats.

Graphique 18 : Biomasse microbienne carbonée (BMC) - GUMIKO

L’essai GUMIKO montre que la variante du compost a le plus de biomasse microbienne et la variante du l’engrais minéral moins de biomasse microbienne.

0 200 400 600 800 1000 1200

Digestat

Lisier

Très faible Faible Correct Fort Très fort


89

5.3.5 Rapport C/N biomasse microbienne (BMC/BMN)

Graphique 19 : Rapport C/N biomasse microbienne (BMC/BMN)

La variante du digestat présente un rapport plus faible que celle du lisier. La prairie qui est fertilisée avec du digestat contient alors plus de bactéries.

Graphique 20 : Rapport C/N biomasse microbienne (BMC/BMN) - GUMIKO

Le rapport C/N de la biomasse microbienne montre qu’il n’y a pas de différence entre les variantes de 0 uN et de l’engrais minéral. La variante du lisier contient un peu plus de bactéries et la variante du compost le plus.

0,000

2,000

4,000

6,000

8,000

10,000

12,000

14,000

Digestat Lisier

BMC/BMN

0,000

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

6,000

7,000


uN

GUMIKO - BMC/BMN

90

6 Conclusion générale et perspectives L’agronome Claude Bourguignon prétend que : « le digestat est trop pauvre en carbone pour

faire de l’humus ». Les analyses standards ont montrés que presque toutes les prairies

analysées dans les différents pays ont des valeurs d’humus élevées.

Même les analyses du fractionnement de la matière organique ne montrent pas de tendance

que les sols des prairies qui sont fertilisées avec du digestat ont moins de matière organique.

Les analyses enzymatiques ne montrent pas non plus que le lisier est nettement mieux que le

digestat.

La biomasse microbienne carbonée montre que les prairies, qui sont fertilisées avec du

digestat contiennent plus de biomasse microbienne. Le rapport C/N de la biomasse

microbienne indique que la variante du digestat est plus riche en bactéries, donc moins riche

en champignons, que la variante du lisier.

Pour faire des statistiques, on doit analyser un plus grand nombre de paires et sur des plus

grand laps de temps. En outre, il sera intéressant d’analyser les différents lisiers et digestats

qui sont épandus sur les prairies pour préciser les apports.

Parmi les différentes méthodes d’analyse de sol, on peut dire que le fractionnement de la

matière organique et les analyses de l’activité enzymatique donnent les résultats les plus

intéressants pour étudier l’activité de la vie biologique du sol. Les paramètres mesurés dans

une analyse de sol standard en Wallonie ne permettent pas de répondre à cette question.

D’un autre côté, si on veut tirer des conclusions sur la qualité et l’activité biologique des sols

en Wallonie et formuler des conseils de fertilisation, il faudra inclure des analyses

supplémentaires dans le paquet de l’analyse de sol standard.

91

Table des figures :

Figure 1 : Organismes vivants du sol (Serlo.org) ....................................................................... 5

Figure 2 : Répartition des êtres vivants dans le sol selon une valeur approchée (Serlo.org) ..... 6

Figure 3 : Schéma d'une cellule bactérienne (Ecosociosystemes - La cellule bactérienne) ....... 8

Figure 4 : Schéma simplifié d'un champignon (IFE - Mycélium et sporocarpe) ....................... 9

Figure 5 : Schéma reproduction des champignons (TPE Conservation) ................................. 10

Figure 6 : Apparition des bactéries et champignons orienté par le pH (Handbuch Mikrobiologische Bodenreinigung, 1991) ............................................................................... 11

Figure 7 : Importance des prairies dans la SAU communale dans la RW (2015) (Wallonie, 2017) ......................................................................................................................................... 15

Figure 8: Loi de restitution (Fourrages - Mieux, 2016) ........................................................... 17

Figure 9 : Loi de Mitscherlich (Fourrages - Mieux, 2016) ...................................................... 17

Figure 10 : Loi de Liebig (LOB-Green) ................................................................................... 18

Figure 11 : Diagramme d'assimilabilité des éléments minéraux en fonction du pH du sol et niveau des populations bactériennes (Wiki - Aurea) ............................................................... 19

Figure 12 : Complexe argilo-humique (BPREA Agriculture) ................................................. 20

Figure 13 : Echange d'ions au sol (Schoolmouv - Qualité des sols et de l'eau) ....................... 21

Figure 14 : Classification des matières organiques en fonction de leur dynamique d'action (modifié par Agra-Ost) (Environnement.Wallonie) ................................................................. 23

Figure 15 : Diffuseur en nappe (OZ) ........................................................................................ 25

Figure 16 : Rampe (Landwirt) .................................................................................................. 25

Figure 17 : Système d'enfouissement (Veenhuis) .................................................................... 25

Figure 18: Périodes d'épandage sur prairie (PROTECT'eau - Epandage) ................................ 26

Figure 19: Conditions d'épandage (PROTECT'eau - Epandage) ............................................. 26

Figure 20 : Schéma d'une installation de biométhanisation (ARIVELAC) ............................. 27

Figure 21: Potentiel méthanogène de différents substrats et co-substrats (Solen-Energie) ..... 29

Figure 22 : Schéma de la valorisation du digestat brut ............................................................ 33

Figure 23 : Analyse ISMO de différents produits (SALDUCCI) ............................................ 34

Figure 24 : Carte Perséphone – Prélèvements (Ecobiogaz) ..................................................... 38

Figure 25 : Parcelle arpentée en serpentant (Crémer, L'échantillonnage des sols en agricluture, 2013) ......................................................................................................................................... 38

Figure 26 : Tamis 50 µm .......................................................................................................... 41

Figure 27 : Tamis 20 µm .......................................................................................................... 41

92

Figure 28 : Partie supérieur 50 µm ........................................................................................... 42

Figure 29 : Partie 20 - 50 µm ................................................................................................... 42

Figure 30 : Partie inférieur 20 µm ............................................................................................ 42

Figure 31 : Analyse Kjeldahl ................................................................................................... 42

Figure 32 : Analyse carbone ..................................................................................................... 42

Figure 33 : Assimilation des éléments majeurs selon le pH (Walagri) .................................... 45

Table des tableaux :

Tableau 1 : Appréciation de l'acidité d'un sol (Crémer, Centre de Michamps - La gestion des prairies, 2015 - 2016) ............................................................................................................... 13

Tableau 2 : Quantités d'azote exportées (Nexp) selon le mode d'exploitation (D. Knoden, 2007) .................................................................................................................................................. 18

Tableau 3 : Composition moyenne des engrais de ferme à action lente (D. Knoden, 2007) ... 24

Tableau 4 : Composition moyenne des engrais de ferme à action rapide (D. Knoden, 2007) . 24

Tableau 5 : Comparaison des compositions du biogaz et du gaz naturel (Solen-Energie) .................................................................................................................................................. 30

Tableau 6 : Valeurs moyennes des engrais de ferme en Prairie Permanente - Janvier 2018 (Agra, Janvier 2018) ................................................................................................................. 32

Tableau 7 : Analyse st. - BE - Paire 1 ...................................................................................... 45



Tableau 10 : Analyse st. - BE - Paire 4 .................................................................................... 47

Tableau 11 : Analyse st. - LUX - Paire 1 ................................................................................ 48



Tableau 14 : Analyse st. - DE - Paire 1 .................................................................................... 50



Tableau 17 : Analyse st. - GUMIKO - 0 uN, Lisier ................................................................. 52

Tableau 18 : Analyse st. - GUMIKO - 0 uN, Compost ............................................................ 52

Tableau 19 : Analyse st. - GUMIKO - 0 uN, Engrais min. ...................................................... 53

Tableau 20 : Fractionnement MO. - BE - Paire 1 .................................................................... 54

93




Tableau 24 : Fractionnement MO. - LUX - Paire 1 ................................................................. 56



Tableau 27 : Fractionnement MO. - DE - Paire 1 .................................................................... 57



Tableau 30 : Fractionnement MO. - GUMIKO ........................................................................ 59

Tableau 31 : Activité arylsulfatase - BE - Paire 1 .................................................................... 60




Tableau 35 : Activité arylsulfatase - LUX - Paire 1 ................................................................. 61



Tableau 38 : Activité arylsulfatase - DE - Paire 1 .................................................................... 62



Tableau 41 : Activité arylsulfatase - GUMIKO ....................................................................... 63

Tableau 42 : Activité betaglucosidase - BE - Paire 1 ............................................................... 64




Tableau 46 : Activité betaglucosidase - LUX - Paire 1 ............................................................ 65



Tableau 49 : Activité betaglucosidase - DE - Paire 1............................................................... 66



Tableau 52 : Activité betaglucosidase - GUMIKO .................................................................. 67

94

Tableau 53 : Activité leucine aminopeptidase - BE - Paire 1 .................................................. 68




Tableau 57 : Activité leucine aminopeptidase - LUX - Paire 1 ............................................... 69



Tableau 60 : Activité leucine aminopeptidase - DE - Paire 1 .................................................. 70



Tableau 63 : Activité leucine aminopeptidase - GUMIKO ...................................................... 71

Tableau 64 : Biomasse microbienne carbonée - BE - Paire 1 .................................................. 72




Tableau 68 : Biomasse microbienne carbonée - LUX - Paire 1 ............................................... 73



Tableau 71 : Biomasse microbienne carbonée - DE - Paire 1 .................................................. 74



Tableau 74 : Biomasse microbienne carbonée - GUMIKO ..................................................... 75

Tableau 75 : C/N biomasse microbienne - BE - Paire 1 .......................................................... 76




Tableau 79 : C/N biomasse microbienne - LUX - Paire 1 ....................................................... 77



Tableau 82 : C/N biomasse microbienne - DE - Paire 1 .......................................................... 78



95

Tableau 85 : C/N biomasse microbienne - GUMIKO .............................................................. 79

Table des graphiques :

Graphique 1 : Digestat - Lisier pH KCl ................................................................................. 80

Graphique 2 : Digestat - Lisier Humus (%) ........................................................................... 80

Graphique 3 : Digestat - Lisier N total (g/kg) ........................................................................ 81

Graphique 4 : Digestat - Lisier CEC (cmol/kg) ..................................................................... 81

Graphique 5 : Digestat - Lisier C/N ....................................................................................... 82

Graphique 6 : GUMIKO - Analyse standard ........................................................................... 82

Graphique 7 : Digestat - Lisier Fractionnement de la MO ..................................................... 83

Graphique 8 : Digestat - Lisier C/N (MO) ............................................................................. 83

Graphique 9 : GUMIKO - Fractionnement de la MO .............................................................. 84

Graphique 10 : GUMIKO - C/N (MO) .................................................................................... 84

Graphique 11 : Digestat - Lisier Activité arylsulfatase .......................................................... 85

Graphique 12 : GUMIKO - Activité arylsulfatase ................................................................... 85

Graphique 13 : Digestat - Lisier Activité betaglucosidase ..................................................... 86

Graphique 14 : GUMIKO - Activité betaglucosidase .............................................................. 86

Graphique 15 : Activité leucine aminopeptidase ..................................................................... 87

Graphique 16 : GUMIKO - Activité leucine aminopeptidase .................................................. 87

Graphique 17 : Biomasse microbienne carbonée (BMC) ........................................................ 88

Graphique 18 : Biomasse microbienne carbonée (BMC) - GUMIKO ................................... 88

Graphique 19 : Rapport C/N biomasse microbienne (BMC/BMN) ......................................... 89

Graphique 20 : Rapport C/N biomasse microbienne (BMC/BMN) - GUMIKO ................... 89

96

7 Bibliographie Documents :

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Livres :

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D. Knoden, R. L. (2007). Le livret de l'agriculture - Fertilisation raisonnée des prairies (Bd. 15). Belgique: Région Wallonne.

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Geßl, E. (1985). Das Grünland. Graz-Stuttgart: Leopold Stocker.

(1991). Handbuch Mikrobiologische Bodenreinigung. Baden-Württemberg: Landesanstalt für Umweltschutz .

100

Interview:

Bourguignon, C. (3 2018). (M. Lukas, Intervieweur)

101

8 Table de matières 1 Édaphon .............................................................................................................................. 5

2 Micro-organismes du sol .................................................................................................... 6

2.1 Bactéries ...................................................................................................................... 7

2.2 Champignons ............................................................................................................... 8

2.3 Fréquence d’apparition .............................................................................................. 10

2.4 Décomposition des matières organiques ................................................................... 12

2.4.1 La température .................................................................................................... 12

2.4.2 L’oxygène ........................................................................................................... 12

2.4.3 L’eau ................................................................................................................... 13

2.4.4 Le pH .................................................................................................................. 13

3 Prairie ............................................................................................................................... 14

3.1 Définition ................................................................................................................... 14

3.2 Généralités ................................................................................................................. 14

3.3 Prairie permanente et temporaire ............................................................................... 16

3.4 Fertilisation ................................................................................................................ 16

3.5 Chaulage .................................................................................................................... 19

3.6 Capacité d’échange cationique (CEC) ....................................................................... 21

4 Les engrais de ferme ........................................................................................................ 23

4.1 Généralités ................................................................................................................. 23

4.2 Stockage ..................................................................................................................... 24

4.3 Epandage ................................................................................................................... 25

4.3.1 Périodes d'épandage sur prairies ........................................................................ 26

4.3.2 Conditions d'épandage........................................................................................ 26

5 La biométhanisation ......................................................................................................... 27

5.1 Procédé ...................................................................................................................... 27

5.2 Température du digesteur .......................................................................................... 28

5.3 Substrat ...................................................................................................................... 28

5.4 Temps de séjour ......................................................................................................... 29

5.5 Produits de la biométhanisation ................................................................................. 30

5.5.1 Biogaz ................................................................................................................. 30

102

5.5.2 Digestat ............................................................................................................... 31

1 Parcelles ........................................................................................................................... 37

2 Échantillonnage ................................................................................................................ 38

3 Analyses ........................................................................................................................... 39

3.1 Analyses standards .................................................................................................... 39

3.1.1 Matière sèche (ISO 11465) ................................................................................ 39

3.1.2 Carbone organique (Walkley Black) .................................................................. 39

3.1.3 Éléments minéraux (Lakanen-Ervïo) ................................................................. 40

3.1.4 pH KCl (ISO 10390) .......................................................................................... 40

3.1.5 C-organique total, CEC et taux d’argile, déterminé par SPIR ........................... 40

3.1.6 Azote total (ISO 11261) ..................................................................................... 40

3.1.7 Rapport C/N ....................................................................................................... 41

3.2 Fractionnement de la matière organique ................................................................... 41

3.3 Activité enzymatique ................................................................................................. 43

4 Résultats et discussion ...................................................................................................... 44

4.1 Analyses standards .................................................................................................... 44

4.1.1 Région analysée en Belgique ............................................................................. 45

4.1.2 Région analysée au Luxembourg ....................................................................... 48

4.1.3 Région analysée en Allemagne .......................................................................... 50

4.1.4 GUMIKO ........................................................................................................... 51


4.2.1 Région analysée en Belgique ............................................................................. 54

4.2.2 Région analysée au Luxembourg ....................................................................... 56

4.2.3 Région analysée en Allemagne .......................................................................... 57

4.2.4 GUMIKO ........................................................................................................... 59

4.3 Analyse enzymatique ................................................................................................. 60

4.3.1 Activité arylsulfatase (ARS) .............................................................................. 60

4.3.2 Activité betaglucosidase (Bglu) ......................................................................... 64

4.3.3 Activité leucine aminopeptidase (LAP) ............................................................. 68

4.3.4 Biomasse microbienne carbonée (BMC) ........................................................... 72

4.3.5 Rapport C/N biomasse microbienne (BMC/BMN) ............................................ 76

5 Conclusion ........................................................................................................................ 80

103

5.1 Analyse standard ........................................................................................................ 80


5.3 Analyse enzymatique ................................................................................................. 85

5.3.1 Activité arylsulfatase (ARS) .............................................................................. 85

5.3.2 Activité betaglucosidase (Bglu) ......................................................................... 86

5.3.3 Activité leucine aminopeptidase (LAP) ............................................................. 87

5.3.4 Biomasse microbienne carbonée (BMC) ........................................................... 88

5.3.5 Rapport C/N biomasse microbienne (BMC/BMN) ............................................ 89

6 Conclusion générale et perspectives................................................................................. 90

7 Bibliographie .................................................................................................................... 96

8 Table de matières ........................................................................................................... 101

9 Annexes .......................................................................................................................... 104

104

9 Annexes

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