La méthanisation produit des digestats qui constituent autant de matières fertilisantes stabilisées et inodorantes propices à une bonne valorisation dans les sols cultivés. Comment optimiser les effets fertilisants de ces digestats, réduire l’impact environnemental des épandages ? Autant de questions qui ont été abordées lors du dernier forum transfrontalier organisé par l’Institut transfrontalier d’application et de développement agronomique (Itada).
L’efficience de la fertilisation azotée est, en moyenne, inférieure à 50 %. Et l’excédent d’azote apporté aux cultures est estimé à environ 80 kg/ha/an. C’est par ces deux constats percutants que le docteur Markus Mokry, du Landwirtschafliches Technologiezentrum Augustenberg (LTZ), a débuté son intervention sur la valorisation agronomique des digestats et l’optimisation de leurs effets fertilisants en grandes cultures, et notamment en maïs. La valeur moyenne des digestats en phase liquide laisse apparaître une offre en éléments nutritifs solubles de 5,1 kg N/m3, dont 60 à 70 % sous forme NH4 + et de 1,6 kg P2O5/m3, dont 60 à 70 % de phosphates solubles. De quoi laisser présumer d’une bonne efficacité sur le rendement. Sauf que les pertes en azote peuvent être très élevées lors de l’application. Et que la disponibilité en phosphore n’est pas toujours optimale, notamment lors du stade juvénile du maïs. D’où l’intérêt de tester des systèmes de fertilisation alternatifs, afin d’améliorer l’efficience de ces apports.
Markus Mokry a donc fait état d’essais ayant comparé des apports avec pendillards suivis d’une incorporation dans les 4 heures avec du digestat liquide et du lisier de porcin, les deux ayant été épandus à la surface entière. Ou encore d’un essai comparant l’effet d’un apport de digestat liquide sur la surface entière par pendillards avec incorporation dans les 4 heures, à un apport de digestat liquide avec injection sous forme d’un dépôt localisé en ligne appliqué à 20 cm entre les rangs de semis, à raison d’un rang sur deux, soit tous les 50 cm. L’utilisation d’un stabilisateur d’ammonium (ou inhibiteur de nitrification), étant susceptible d’augmenter l’efficacité des apports, cette hypothèse a été testée grâce à une modalité lisier + inhibiteur de nitrification.
Des économies de fertilisants minéraux en perspective
Pour une application en surface, aucune différence notable n’a été mise en évidence entre le lisier et le digestat liquide. L’utilisation d’un stabilisateur d’ammonium n’a pas eu d’effet significatif et l’efficience azotée plafonne à 50 % pour toutes les modalités. Par contre, l’apport de digestat liquide avec injection sous forme d’un dépôt localisé avec un stabilisateur semble procurer à la plante davantage d’éléments car le rendement est amélioré et l’efficience azotée passe à 60-70 %. L'injection sous forme d’un dépôt localisé apparaît donc clairement plus favorable à la valorisation de l’azote. Pour ce qui est du phosphate, le dépôt localisé semble également avoir un effet positif. « L’immobilisation du phosphate serait moins élevée et l’offre en phosphate soluble resterait donc plus élevée jusqu’à la récolte », avance Markus Mokry.
En conclusion, l’effet fertilisant en azote et en phosphore de digestats liquides est comparable à celui du lisier de porc. Dans tous les essais, les rendements en plante entière de maïs ont été identiques ou légèrement supérieurs pour le dépôt localisé avec apports réduits en azote et en phosphore à une application en pleine surface avec des apports plus élevés. L’efficience en azote, mais aussi en phosphore a été significativement plus élevée avec un dépôt localisé qu’avec un épandage en pleine surface. Une économie en fertilisants minéraux est donc possible. Pour cela, il s’agit de calculer le besoin en fertilisant en fonction du lieu. Et d’effectuer les applications à la bonne date. « Une fertilisation en dépôt localisé est aujourd’hui considérée écologiquement plus performante et économiquement équivalente à une application en surface », affirme Markus Mokry.
Méthanisation, matière organique et fertilité des sols
Que sait-on de la matière organique contenue dans les digestats et de leur comportement dans le sol ? C’est à cette question que Kurt Möller, du Landwirtschafliches Technologiezentrum Augustenberg (LTZ), a apporté quelques éléments de réponse. Durant le processus de méthanisation, la matière organique contenue dans le substrat se dégrade, avec la minéralisation de nombreux éléments nutritifs, notamment azote et phosphore. Le taux de dégradation de la matière organique serait de 30 à 90 % en fonction des substrats, et la part dégradée ne serait donc plus disponible pour le maintien à long terme de la fertilité du sol. La fermentation anaérobie pourrait donc avoir, à long terme, un impact négatif sur la fertilité du sol. En effet, rappelons que la matière organique du sol joue un rôle important dans le renouvellement et le maintien de l’humus du sol, sa structure, la stabilité des agrégats, la stimulation de l’activité microbienne…
Pour vérifier cette hypothèse, Kurt Möller a détaillé comment la matière organique évolue au cours du processus de méthanisation. La comparaison de la composition de lisier de porc, fermenté ou non, révèle qu’il n’y a pas de dégradation de la lignine pendant le processus. Les bactéries en jeu existaient avant le bois et ne disposent donc pas du matériel génétique nécessaire à la dégradation de la lignine, explique Kurt Möller. À l’inverse, 40 % de la cellulose est dégradée. Ce qui reste est la part enrobée de lignine, donc protégée de l’action des bactéries. L’hémicellulose, les acides gras volatils sont presque totalement dégradés. Les protéines sont en partie dégradées et transformées de protéines végétales à protéines animales.
10 à 12 % du carbone disponible pour former de l’humus
La comparaison entre du lisier épandu après une incubation seule ou après méthanisation et production de biogaz et incubation montre que la proportion de carbone restant pour entretenir la fertilité du sol est à peu près la même, de l’ordre de 60 %. Une autre étude, réalisée au Danemark, visait à comparer le devenir du carbone contenu dans de la biomasse après passage dans le tube digestif des ruminants, puis dans un fermenteur puis après épandage, au devenir du carbone contenu dans de la biomasse après fermentation dans un digesteur et épandage. Dans les deux cas, 10 à 12 % du carbone de départ restent disponibles pour former de l’humus. « Des résultats qui démontrent que, tant qu’on ne brûle pas la biomasse, la performance de production humique reste à peu près la même », résume Kurt Möller.
Reste que Kurt Müller a mis en évidence que la valeur humifiante des digestats ne suffit pas à compenser la consommation d’humus par le maïs ensilage. « Le bilan humique doit donc être préservé par la rotation, en conclut-il. Car cela ne peut pas se faire qu’avec la fertilisation organique, qu’elle soit fermentée ou pas, parce que du fait de la teneur élevée en phosphore des digestats et des plafonds à respecter, il ne serait possible de couvrir que 20 % des besoins en azote. »
Des effets sur la fertilité biologique et physique
Au-delà des effets sur la fertilité chimique des sols, les digestats ont des effets sur leurs propriétés biologiques. « De nombreuses études montrent que leur application induit une augmentation de l’activité microbienne et des vers de terre », rapporte Kurt Müller. Toutefois, l’augmentation de l’activité biologique du sol suite à l’apport de digestat serait plus faible que suite à l’application de substrats non fermentés. Et cela serait plus vrai sous jachère que sous culture. D’autres études montrent que l’apport de digestat augmente la fertilité du sol par une diminution de la masse spécifique de sédimentation, une augmentation de la capacité de rétention en eau et de la stabilité des agrégats. Enfin, les digestats ne s’avèrent pas acidifiants en tant que tels, ils auraient même plutôt un effet tampon dans le sol, avance Kurt Müller.
En conclusion, il apparaît que la fermentation de produits organiques augmente la dégradation du carbone sous forme facilement dégradable du substrat, donc un enrichissement relatif en matière organique stable. La valorisation intermédiaire de la biomasse comme fourrage, ou son utilisation pour la fermentation anaérobie, n’a que peu d’effet sur la teneur en humus du sol donc. En outre, il y a peu de différences entre des digestats de différentes origines quant à leurs effets sur la teneur en humus du sol. Les digestats améliorent les propriétés biologiques, physiques et chimiques d’un site. Toutefois, la fermentation des effluents d’élevage réduirait la transformation de substances dans le sol immédiatement après l’apport de digestats, d’où une possible diminution des effets positifs de court terme sur la structure du sol. Quoi qu’il en soit, les effets des changements de systèmes de culture apparaissent beaucoup plus significatifs que les effets des apports de digestats.
