Déchets et fumiers compostés : indicateurs d’état et de ...

Déchets et fumiers compostés : indicateurs d’état et de prévision de leur

dynamique de transformation

CIRAD – Gestion des matières organiques ; 23-27 Juin 2008

dynamique de transformation

Sabine Houot (1), Laurent Thuries (2)

(1) UMR INRA AgroParisTech « Environnement et Grandes Cultures », 78850 Thiverval-Grignon

(2) CIRAD, UR Recyclage et risques, La Réunion

essai INRA-CREED 1998-20124 amendements organiques:- fumier- c. ordures ménagères résiduelles (OMG ou OMR)- c. biodéchets (BIO)

Valeur amendante des apports organiques

� Mise en évidence de l’efficacité différente des produits


4 blocs de 10 parcelles (450 m2)

- c. biodéchets (BIO)- c. déchets verts et boue (DVB)- témoin

2 niveaux de fertilisation azotée

Succession blé - maïs

Épandage tous les 2ans, 4 t C/ha

Valeur amendante des composts: augmentation des teneurs en C

Evolution des teneurs en C (en g C /kg)

• Augmentation des teneurs en C

• Augmentation différente en fonction de l’apport

• Lien avec 2

4

6

8

10

12

14

g C

/ kg


% DVB FUM BIO OMR T

+N 20,2* 20,0* 14,4*** 11,3 -6,4

Evolution des teneurs en C dans les traitements (en % des teneurs initiales)

* p<0,05***p<0,001

• Lien avec biodégradabilité des composts

• Besoin d’indicateurs

0

FUM+N OMR+N DVB+N BIO+N T+N

1998 2000 2002 2004 2006

Outils diagnostic analytiques pour évaluer l’efficacité des matières organiques

30

40

C-CO2 (% C total)

OMG

� Les analyses classiques sont insuffisantes

Exemple: 2 composts

35%



0

10

20

0 50 100 150

Temps (jours)

Sol

DVB• Même teneur en MO: 50%

• Biodégradabilité résiduelle évaluées au cours d ’incubations

• Indicateur normalisé (XPU 44-163)

2 composts

10%

Stabilité = contraire de biodégradabilité

�Quelle fraction K1 de la matière organique apportée (mo) contribue à l ’augmentation de la matière organique du sol (MO)?

K1 x mo K2 x MO≥



Matière organiquedu sol MO

mo K1 x mo K2 x MO

(Modèle Hénin - Dupuis)(1-K1) x mo

CO2

Fractionnement biochimique de la matière organique :

- substances solubles (SOL)

- hémicellulose (HEM)

Outils diagnostic analytiques pour évaluer l’effica cité des matières organiques


� Définition d’un Indice de Stabilité Biologique


- hémicellulose (HEM)

- cellulose (CEW)

- lignines et cutines (LIC)

ISB = 2.112-(0.02009* SOL)-(0.02378*HEM)-(0.02216*CEW)+(0.00840*LIC)

proportion de matière organique susceptible d ’entretenir le stock de matière organique du sol: estimation du coefficient isohumique K1

OMG: 33 DVB: 69

Valeur amendante des composts: validation de l’ISB

Validation ISB : bon indicateur de l’efficacité des composts à augmenter MOS

0

2

4

6

8

10

12

14


g C

/ kg

1998 2000 2002 2004 2006


Total C apporté(tC/ha)

Delta C sol (tC/ha)

Rdt Humus(tC/tC apporté)

ISBmoyen

OMR 15.4 5.5 0.36 0.35

DVB 18.6 9.4 0.51 0.54

BIO 14.8 8.0 0.54 0.56

Fumier 18.7 9.8 0.53 0.52

�Quelle fraction K1 de la matière organique apportée (mo) contribue à l ’augmentation de la matière organique du sol (MO)?

K1 x mo K2 x MO≥



Matière organiquedu sol MO

mo K1 x mo K2 x MO

(Modèle Hénin - Dupuis)(1-K1) x mo

CO2

)(*)(*)(*)()1( 112 tCresKtCproKtCKtCtC RESPRO ++−=+Calcul annuel bilan humique (Hénin-Dupuis, 1945):

esFeucherollàCaCOArg

TMAK 0206,0

)*0015,01(*)*005,01(

))10(*2,01(*03,0

32 =

++−+=avec

Marin-Laflèche, 1996)

K1RES = 0,13 K1PRO = ISB Evolution C bien simulée

Comparaison C calculé - C mesuréRdt en MO des pro (% du C



8

9

10

11

12

13

14

8 9 10 11 12 13 14

C mesuré (g/kg sol)

C c

alcu

lé IS

B (g

/kg

sol)

BIO

DVB

FUM

OMR

T

Y= 0,8321 x + 1,7151R2=0,899

Comparaison C calculé - C mesuré

% C apporté

Simulé mesuré ISB

FUM 58 50 52

OMR 34 34 35

DVB 43 46 54

BIO 51 49 56

Rdt en MO des pro (% du C apporté en 8 ans)

MOt = MOs - (MOs-MOi) exp(-K2t)

MOt

MOs

(Modèle Hénin-Dupuis)

Valeur amendante des composts: stockage à long terme


MOs = K1 x moK2Temps (t)

MOt = MOs - (MOs-MOi) exp(-K2t)

MOi

0

2

4

6

8

10

12

14


g C

/ kg

1998 2000 2002 2004 2006

Valeur amendante des composts: stockage à long terme

100

Prédictions à long terme


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120

Time (years)

T C

/ha

Fumier

OMG

DVB

FFOM

Témoin

Hénin-Dupuis

Exemples de calculs de valeur amendante

compost âge

MOT(%MS)

DV 3 mois6 mois

BIO 3 mois6 mois

OM 3 mois

3738

3028

53

2829

1518

9

7576

5065

17

ISB(%MS)

Valeur amendante = ISB*MOT

MS(%MB)

6871

6565

68

MOT(%MB)

2527

2018

36

188205

100117

61

Valeuramendante

(kg/t MB)(%MO)


OM 3 mois6 mois

5335

916

1747

� Si Augmentation ISB > diminution MOT, alors valeur amendante augmente (cas des composts d ’OM qui se stabilisent beaucoup entre 3 et 6 mois)

6850

3618

6185

Valeur amendante des composts: ROTH C (1/2)

(Coleman & Jenkinson, 1999)

RPM

DPM

BIO

HUM

IOM

CO2

Compost


Compartiments (0-29 cm) Temps moyen de résidenceDPM (Decomposable Plant Material) 1,2 moisRPM (Resistant plant material) 3,3 ansBIO (Microbial Biomass) 1,5 anHUM (Humified and protected matter) 50 ansIOM (Inert organic carbon) infini

• Fonction T°, Teneur en eau, couverture du sol

• Partition CO2/(BIO+HUM) identique pour tous les compartiments, dépend de la teneur en argile

RPM

DPM

BIO

HUM

CO2

Compost

Valeur amendante des composts: ROTH C (2/2)


IOM

1. Partitionnement du C des composts en DPM, RPM, HUM

• Sur la base de l’évolution au champ du Stock de C dans l’horizon labouré

• En comparaison avec le témoin

• En prenant en compte les restitutions des plantes

2. Simulation de l’évolution des stocks de C au fur et à mesure des apports

02

46

810

1214

16

T C

/ha

DVB+N

OMR+N

DVB+N

OMR+N

DécomposableDPM

RécalcitrantRPM

OMR 0.62 0.38

FUM 0.32 0.68

DVB 0.20 0.80

Valeur amendante des composts: ROTH C

• Ajustement des paramètres Roth C avec les mesures


0

1998 2000 2002 2004 2006

Temps (années)BIO 0.07 0.93

R2 = 0,9866

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4

LIC

RP

M

Lignine

Réc

alci

tran

t

• Lien entre paramètres et mesures

30

40

C-CO2 (% C total)

OMG

150

200N min (mg kg-1 sol)

DVB

OMG

Valeur fertilisante azotée des apports organiques

� XPU 44-163 : Minéralisation du N au cours d’incubat ions dans un sols en conditions contrôlées de laboratoire

C/N: 10

C/N: 15


0

10

20

0 50 100 150

Temps (jours)

Sol

DVB

50

100

0 50 100 150

Temps (jours)

Sol

Suivi minéralisation N au cours d’incubation (XPU 4 4 163)

Effluents d'élevage (48)

% N

org

aniq

ue 40

60

Boues STEP (15) Produits compostés (17)

% N

org

aniq

ue40

60

Forte variabilité de comportement



(V. Parnaudeau, INRA Reims; T. Morvan, INRA Quimper; S. Houot, INRA EGC)

Jours (28°C)

0 10 20 30 40 50

% N

org

aniq

ue

-40

-20

0

20

40

Jours (28°C)

0 50 100 150

Jours (28°C)

0 20 40 60 80 100

% N

org

aniq

ue

-40

-20

0

20

40

Construction d’une base de données pour la définition de classes de produits

G. Lashermes 1, S. Houot 1, B. Nicolardot 2, V. Parnaudeau 2, T. Morvan 3, M. Linères 4 , B. Mary 2, L. Thuries 5, L.

Metzger 6, C. Villette 7, A. Tricaud 8, ML Guillotin 9



Metzger 6, C. Villette 7, A. Tricaud 8, ML Guillotin 9

INRA (1) EGC Grignon, (2) Agronomie Laon-Reims-Mons, (3) USARQ Rennes-Quimper, (4) Bordeaux(5) Phalippou-Frayssinet, (6) RITTMO, (7) LDAR-Laon, (8) SAS-Orléans, (9) LCA-La Rochelle

ADEME

• 273 MOE : suppression données incomplètes, rééquilibrage des types de MOE, conversion des cinétiques à 28°C

BouesComposts urbainsComposts d’effluentsDigestatsFumiersLisiers + Fientes Matières animalesMatières végétalesMulchsEngraisAutres

5470276

44146

1457

26


273 MOE

N m

inér

al (

g kg

-1 M

S)

0

20

40

60

80

100


Autres 26

total 273

92 MOE - validation

jours à 28°C

0 20 40 60 80 100

N M

inér

al (

g kg

-1 M

S)

-20

0

20

40

60

80

100

181 MOE - Définition

jours à 28°C

0 20 40 60 80 100

N m

inér

al (

g kg

-1 M

S)

-20

0

20

40

60

80

100

Conversion des données N minéral en g N

kg-1 MS : N14k… N91k

jours à 28°C

0 20 40 60 80 100

-20


Classe 1

Temps (Jours à 28°C)

0 20 40 60 80 100

N m

inéral (g kg-1

MS

)

-20

0

20

40

60

80

100

DéfinitionValidation

Classe 2


0 20 40 60 80 100

N m

ineral (g kg-1

MS

)

-20

0

20

40

60

80

100

Classe 3


0 20 40 60 80 100

N m

ineral (g kg-1

MS

)

-20

0

20

40

60

80

100Classe 1


0 20 40 60 80 100

N m

inéral (g kg-1

MS

)

-20

0

20

40

60

80

100

DéfinitionValidation

Classe 2


0 20 40 60 80 100

N m

ineral (g kg-1

MS

)

-20

0

20

40

60

80

100

Classe 3


0 20 40 60 80 100

N m

ineral (g kg-1

MS

)

-20

0

20

40

60

80

100


Classe 5


0 20 40 60 80 100

N m

ineral (g kg-1

MS

)

-20

0

20

40

60

80

100

Classe 6


0 20 40 60 80 100

N m

inéral (g kg-1 MS

)

-20

0

20

40

60

80

100

Classe 4

0 20 40 60 80 100

N m

inéral (g kg-1 MS

)

-20

0

20

40

60

80

100


Classe 5


0 20 40 60 80 100

N m

ineral (g kg-1

MS

)

-20

0

20

40

60

80

100

Classe 6


0 20 40 60 80 100

N m

inéral (g kg-1 MS

)

-20

0

20

40

60

80

100

Classe 4

0 20 40 60 80 100

N m

inéral (g kg-1 MS

)

-20

0

20

40

60

80

100


Classe 4

0 20 40 60 80 100

N m

inéral (g kg-1 MS

)

-20

0

20

40

60

80

100


Classes de disponibilité d’azote



Lashermes et al., en préparation

ADEME

Norg(%MS)

CEL(%MO)

LIG(%MO)

SOL(%MO)

Norg(%MS)

N minéral (gN kg-1 MS)

Classe

> 9N14 ≥ 40N91 ≥ 40

1

] 6.5 ; 9]20 ≤ N14 ≤ 3025 ≤ N91 ≤ 40

2

≤ 6.5 ≤ 40 ≤ 20 >700 ≤ N14 ≤ 100 ≤ N91 ≤ 15

4


Analyses factorielles multiples et classifications ascendantes hiérarchiques


0 ≤ N91 ≤ 15

]45;70] >30 ≤ N14 ≤ 1510 ≤ N91 ≤ 25

3

≤ 3

-10 ≤ N14 ≤ 5-5 ≤ N91 ≤ 5

5≤ 45

> 20

> 40-10 ≤ N14 ≤ 0-10 ≤ N91 ≤ 0

6

ADEME

1ère étape, besoin d’affinage par classe

Classe 1 - 7 MOE

Fiente14%

Mat An

43%

Engrais43%

Classe 2 - 11 MOE

Boue

64%

Lisier9%

Fiente

9%Mat Veg

9%

Engrais

9%

Classe 3 - 27 MOE

Boue

51%

Compost

Efflu4%

Fumier4%

Lisier15%

Fiente15%

Engrais7%

Autre4%

Valeur fertilisante azotée: constitution des classes


Classe 4 - 19 MOE

Boue90%

Compost Urb5%

Mat An5%

Classe 5 - 181 MOE

Boue

8%

Compost Urb34%

Compost

Efflu12%

Digestat3%

Autre

14%

Mulch 1%

Fumier 18%

Fiente 1%

Lisier 1%

Engrais 1%

Mat Veg 7%

Classe 6 - 28 MOE

Boue

4% Compost Urb21%

Compost

Efflu18%

Fumier39%

Mat An7%

Mulch

11%

BouesComposts urbainsComposts d’effluentsDigestatsFumiersLisiers + Fientes Matières animalesMatières végétalesMulchs

5470276

44146

145

BaseMOE ISMO = 44.5 + 0.5 SOL – 0.2 CEL + 0.7 LIC - 2.3 MinC3

Lashermes et al., 2008

Nouvel indicateur d’estimation de la MO récalcitrante


EngraisAutres

726

total 273

ADEME

DécomposableDPM

RécalcitrantRPM

ISMO

OMR 0.62 0.38 0.52

FUM 0.32 0.68 0,67

DVB 0.20 0.80 0,80

BIO 0.07 0.93 0,7902

46

810

1214

16

1998 2000 2002 2004 2006

Temps (années)

T C

/ha

DVB+N

OMR+N

DVB+N

OMR+N

Ordre de grandeur d’ISMO pour differents apports

� à exprimer en % PBrut,

alors discriminant

0 10 20 30 40

lis iers

f ien tes

fum iers

c om pos ts de

IP H A O en % P B R U T


c om pos ts defum iers

c om pos ts dedéc hets v erts

c om pos tsd'ordures

m énagères

d iges tats

tourteaux

Source: L. Thuriès d’après Lashermes 2006 (INRA)

Repères

Lashermes* G., Houot S., Nicolardot B., Parnaudeau V., Morvan T., Linères M., Mary B., Thuriès L., Metzger L., Villette C., Tricaud A., Guillotin M.L. (2005) ‘Caractérisations des produits résiduaires organiques : une base de données pour la définition de classes de produits opérationnelles’ 7èmes rencontres de la fertilisation raisonnée et de l'analyse de terre « Fertilisation et Société » GEMAS Comifer, Blois (France), 15-16 Novembre.

Lashermes G., Houot S., Nicolardot B., Parnaudeau V., Mary B., Morvan T., Chaussod R., Linères M., Metzger L., Thuriès L., Villette C., Tricaud A., Guillotin M.L. (2007) ‘Apport de matières organiques exogènes en agriculture : indicateur de potentialité de stockage de carbone dans les sols et définition de classes de disponibilité d’azote’, Echo MO, 05-2007.

Lashermes, G., Nicolardot B., Parnaudeau V., Thuriès L., Chaussod R., Guillotin M.L., Linères M., Mary B., Metzger L., Morvan T., Tricaud A., Villette C., Houot S. (2008) ‘Indicator of potential carbon


MERCI

Mary B., Metzger L., Morvan T., Tricaud A., Villette C., Houot S. (2008) ‘Indicator of potential carbon storage in soils via exogenous organic matter’. European Journal of Soil Science (accepté).

Test Solvita

Indicateurs de procédé: évaluation de la maturité des composts

C orga C/N Auto

échauffement

Solvita

(% MS) T (°C) Indice Indice

DV 3 mois 24 16,3 24,2 5 4

DV 6 mois 21 13,6 19,0 5 6

BIO 3 mois 23 13,4 23,5 5 3


Maturité

1 2 3 4 5 6 7 8

1 2 3 4 5

Solvita

Rottergrad

Frais mûrRottergrad

BIO 6 mois 20 12,4 23,5 5 5

OMG 3 mois 28 17,9 61,0 1 2

OMG 6 mois 21 11,1 24,5 5 6

Tests de phytotoxicité :germination et croissance de graines

Utilisation en support de culture, voir maraîchage à forte dose


laitue (P. Morel, INRA Angers)

Composts murs uniquement, non phytotoxiques

Recherche de la proportion maximale potentielle en remplacement de la tourbe

Utilisation en support de culture, voir maraîchage à forte dose


(P. Morel, INRA Angers)

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