L'odeur du fumier est une préoccupation environnementale et sanitaire majeure, particulièrement dans les zones agricoles. Au Canada, par exemple, près de 200 millions de tonnes de fumier sont produites annuellement. L'entreposage et l'épandage de ce fumier peuvent engendrer des émissions d'odeurs, de gaz à effet de serre, de microbes et de particules fines, impactant négativement l'environnement et la santé humaine. L'exposition professionnelle au fumier a été associée à un stress psychologique et à des effets néfastes sur les appareils respiratoire et cardiaque. En dégradant la qualité de l'air local, l'utilisation du fumier peut présenter des risques pour la santé des communautés avoisinantes.
Les Composés Organiques Volatils et la Nature des Odeurs
Les odeurs émanant du fumier sont principalement dues à la décomposition anaérobie de la matière organique. Ce processus libère une variété de composés, dont certains sont particulièrement odorants. Le soufre est un élément clé dans la composition de ces molécules malodorantes. Dans les installations de méthanisation, par exemple, ces molécules sont dégradées. Le procédé de méthanisation en lui-même ne crée pas d'odeurs. La digestion anaérobie qui a lieu dans le méthaniseur dégrade les molécules complexes en molécules plus petites. Or les molécules odorantes sont principalement complexes ou porteuses de soufre. Elles sont donc transformées en molécules plus petites qui se retrouvent dans le biogaz, et non dans le digestat. Selon la méthode appliquée dans l'unité de méthanisation, le soufre peut être capté sous sa forme gazeuse lors de l'épuration du biogaz [Adams et Witherspoon, 2004] ou précipité sous forme solide dans le digesteur. D'autres composés organiques volatils (COV) complexes peuvent également générer des odeurs, tels que les acides gras volatils (AGV), qui sont transformés en méthane par la digestion [Varel et al.].
La Méthanisation et la Réduction des Odeurs
La méthanisation, un processus de digestion anaérobie, offre une solution prometteuse pour réduire les odeurs et les émissions de gaz à effet de serre associées au fumier. En dégradant les molécules complexes, elle transforme les composés odorants en éléments moins volatils et moins perceptibles. Les déchets animaux digérés en anaérobiose permettent de réduire la teneur en matière organique, les odeurs et les émissions de gaz à effet de serre des systèmes couverts. Un avantage potentiel supplémentaire est la réduction des agents pathogènes présents dans le fumier. Des mesures d'odeur ont été réalisées après épandage de digestat et comparées à l'épandage de fumier brut. Dans ce cas, l'intensité de l'odeur est réduite de 80% quand le digestat est épandu avec enfouissement [Riva et al.]. Le biogaz produit par la méthanisation représente une source d'énergie renouvelable et respectueuse de l'environnement. Contrairement au biodiesel et au bioéthanol qui peuvent être produits à partir de cultures alimentaires, le biogaz issu du fumier valorise un déchet agricole. De plus, le biogaz ne nécessite pas de distillation énergivore ni de produits chimiques agressifs, et son empreinte carbone est très faible.
Le b.a.ba de la méthanisation (partie 1)
Technologies Innovantes pour le Traitement du Fumier
La recherche et le développement ont conduit à l'émergence de technologies visant à améliorer l'efficacité du traitement du fumier et à minimiser les nuisances olfactives. La désintégration par ultrasons est l'une de ces innovations. Ce procédé augmente la production de méthane (CH4), diminue le temps de rétention des solides (SRT) et améliore la performance globale de la digestion anaérobie. Ceci est le résultat de la désintégration des biosolides et des cellules bactériennes dans le fumier animal et de la libération des composants intracellulaires due à la solubilisation des particules. La cavitation ultrasonique désintègre les solides organiques et augmente la quantité de substrat organique dissous ainsi que le taux de dégradation et la digestibilité des biosolides pendant le processus de digestion anaérobie. Ce prétraitement augmente la surface disponible pour la digestion anaérobie ultérieure, résultant en une meilleure conversion des particules biosolides en biogaz.
Des entreprises comme Hielscher fournissent des désintégrateurs à ultrasons pour le prétraitement en ligne de petits et grands volumes. Ces réacteurs sont conçus pour fonctionner en continu (24 heures/7 jours/365 jours) pour une utilisation maximale de l'équipement. La capacité requise de l'équipement varie en fonction de facteurs tels que la composition des déchets, la teneur en solides (TS) ou le temps de rétention des solides dans le digesteur, se situant généralement entre 2 et 10 kW par 1 m³/heure pour la plupart des installations. Les sondes ultrasoniques et les géométries des réacteurs Hielscher sont optimisées sur la base de nombreuses années d'expérience pratique dans le prétraitement des déchets et des boues avant digestion. Il est important de noter que la configuration des paramètres de sonication et la conception hydraulique ont un impact significatif sur l'effet de désintégration. Les réacteurs à ultrasons Hielscher permettent de traiter des matières plus visqueuses (moins diluées), ce qui accroît l'efficacité du processus. De plus, ces appareils se caractérisent par un rendement électrique exceptionnel de plus de 81 %, se traduisant par une meilleure performance de désintégration.
Les avantages de la désintégration par ultrasons avant digestion ne se limitent pas au fumier. Les ultrasons améliorent l'hydrolyse lors de la co-digestion de fumiers avec des déchets alimentaires, des boues d'épuration municipales ou même de la glycérine brute provenant de la production de biodiesel. La désintégration ultrasonique en tant que prétraitement avant la co-digestion mésophile ou thermophile montre des rendements volumétriques de méthane significativement plus élevés, des taux de H2S (odeur) plus faibles et moins d'ammoniac dans les effluents que le matériel non sonorisé. Un effet évident de la désintégration par ultrasons est l'augmentation du rendement en biogaz. Cependant, des économies encore plus importantes résultent de la réduction des coûts de transport par camion et des coûts de déshydratation grâce à la réduction des déchets après la digestion des matières. Des temps de rétention plus courts améliorent la capacité du digesteur et peuvent permettre d'éviter l'installation d'un digesteur supplémentaire. Les réacteurs à ultrasons Hielscher peuvent être facilement intégrés dans de nouveaux projets ou modernisés dans des digesteurs anaérobies existants. Il est possible de tester les effets sur les déchets à petite échelle, par exemple en utilisant un réacteur à ultrasons Hielscher UIP2000 (20 kHz, 2000 watts) avec sonde à cascatrode et réacteur à cellule d'écoulement. La conception modulaire des systèmes à ultrasons de grande capacité (par exemple, 10x UIP4000, 40 kilowatts) permet une installation flexible et une mise à niveau progressive. En particulier lors de la modernisation de digesteurs existants, les coûts de l'équipement de sonication sont rapidement amortis par les économies réalisées et les revenus du biogaz.
Mesurer et Gérer les Nuisances Olfactives : Méthodes et Défis
La mesure précise des nuisances olfactives est essentielle pour une gestion efficace. Les mauvaises odeurs peuvent émaner d'une surface étendue, comme un tas de fumier, un bassin ou une décharge, rendant la quantification de l'envergure de la nuisance, l'exposition aux odeurs et leur intensité particulièrement difficile. Pour ce faire, il faut recourir à des méthodes d'olfactométrie déambulatoire, une technique reconnue par la nouvelle norme européenne prEN16841-2.
Déterminer l'exposition aux mauvaises odeurs liée à une activité industrielle implique de pouvoir réaliser des prélèvements sur site et de quantifier le débit d'odeur à la source. Lorsque l'air malodorant provient d'un conduit, l'opération est relativement simple. Cependant, lorsque les odeurs émanent de manière diffuse d'une surface plus ou moins étendue, le prélèvement d'un échantillon pertinent devient problématique. « Dans le cadre d'un tas de fumier, de boues, d'une décharge ou d'un bassin, il est extrêmement difficile de réaliser des prélèvements pour une mesure d'odeur concluante. S'il est possible de placer une cloche sur une surface d'un mètre carré, au mieux, afin de prélever un échantillon, on se rend compte que ce procédé entraîne d'importantes erreurs de mesure. »
Pour mesurer les nuisances olfactives dans ces situations particulières, l'olfactométrie déambulatoire, aussi appelée méthode du panache, est utilisée. Jusqu'à récemment, aucune norme n'officialisait sa pertinence. L'apparition de la norme prEN16841-2 a changé la donne. Plutôt que de se concentrer sur la source de l'odeur, l'olfactométrie déambulatoire vise à mesurer les odeurs directement dans l'environnement proche du site émetteur. Plusieurs fois sur une période déterminée, un jury de nez, composé d'au moins deux personnes, se rend sur site et dans son environnement proche. Il chemine en fonction de la perception et de la direction des vents. Si une odeur est perçue à un endroit, le jury se déplace vers un autre point, s'éloignant du site, pour vérifier si l'odeur y est toujours perceptible. Si elle ne l'est pas, le jury se rendra à un autre point, se rapprochant du site, jusqu'à ce que l'odeur soit à nouveau perceptible. Et ainsi de suite. « De cette manière, nous pouvons établir la portée des odeurs, établir une boucle autour du site, dont les limites correspondent à la distance de perception de l'odeur, le panache », explique Julien Delva.
Odometric, en tant que laboratoire d'olfactométrie, a contribué à l'établissement de cette norme. La méthode présente plusieurs avantages. Au-delà d'être la seule méthode de mesure applicable aux émissions diffuses ou liées aux mouvements de matière, elle permet de prendre en compte de nombreux paramètres. « Par exemple, pour un site industriel qui compte de nombreuses cheminées, recourir à cette méthode peut aussi s'avérer pertinent. En effet, pour déterminer le flux d'odeur global, il ne suffit pas d'additionner les résultats liés aux émissions de chacune des cheminées car elles ne sont pas additives. En outre, elle est la seule méthode qui permet, aujourd'hui, de rendre compte de ce qui se passe effectivement au niveau des riverains. »
L'approche développée par Odometric intègre une dimension sociale à la mesure d'odeur. « S'il n'y a pas de nez récepteur (riverain), il n'y a pas d'odeur, il y a juste des molécules chimiques dans l'air. Se soucier d'un riverain, des retombées olfactives d'une activité, quand on est un industriel, permet de désamorcer bien des problèmes. » L'olfactométrie déambulatoire (méthode du panache), à travers le parcours effectué dans l'environnement de l'activité, permet de recueillir le ressenti du voisinage. Le témoignage du riverain permet d'étayer la mesure d'odeurs et d'obtenir une meilleure compréhension de la problématique. De son côté, le riverain constate que l'on se soucie du problème et qu'il est écouté. Lorsque l'industriel participe à la démarche, en suivant le jury de nez, un dialogue peut être instauré.
Stratégies de Réduction des Odeurs à la Source
Au-delà des technologies de traitement, diverses stratégies peuvent être mises en œuvre à la source pour réduire la production d'odeurs. L'entreposage et la stabilisation du fumier avant son épandage sont cruciaux. L'aération du fumier, bien que parfois coûteuse, peut réduire significativement les odeurs. L'utilisation d'aérateurs flottants ou de surface, ou encore l'aération forcée dans les fosses, sont des méthodes courantes. Le système dit à litière bio-maîtrisée permet de gérer les déjections au fur et à mesure de leur accumulation, contribuant à réduire la production d'odeurs des lisiers.
D'autres approches incluent l'utilisation de produits neutralisants ou désodorisants. Le péroxyde, par exemple, est un oxydant puissant qui peut éliminer les odeurs, bien que son utilisation doive être contrôlée (100 à 125 ppm sont recommandés). L'acidification du lisier, par l'ajout d'acides comme l'acide phosphorique, peut également réduire les odeurs en modifiant le pH. Des couvertures flottantes, composées de matériaux poreux comme la tourbe ou des composés synthétiques, peuvent agir comme une barrière physique, limitant l'évacuation des odeurs à l'extérieur des bâtiments. La tourbe a la particularité d'absorber l'ammoniac et l'hydrogène sulfuré.
La création d'écrans végétaux autour des installations peut également jouer un rôle dans la limitation de la dispersion des odeurs. Les plantes aquatiques, utilisées dans les systèmes d'épuration des eaux usées, pourraient également être expérimentées comme couverture flottante.
Le projet AQAMETHA, lancé en France, visait à combler un manque de données publiques concernant l'impact atmosphérique de la méthanisation agricole et territoriale. Ce projet a étudié 12 unités représentatives de la filière française, utilisant la méthodologie du « Langage des Nez ® » pour les campagnes olfactives. L'analyse de la dispersion des odeurs révèle qu'à proximité des installations (entre 0 et 230 mètres), l'intensité des odeurs diminue rapidement d'une forte à moyenne intensité. Ce projet collaboratif, réunissant des acteurs académiques, professionnels et associatifs, a contribué à une meilleure compréhension de la problématique des odeurs liées à la méthanisation.
En conclusion, la gestion des odeurs de fumier est un enjeu complexe nécessitant une approche multifacette. L'innovation technologique, combinée à des pratiques agricoles adaptées et à des méthodes de mesure précises, est essentielle pour minimiser l'impact environnemental et sanitaire de ces émissions, tout en valorisant le potentiel énergétique du fumier.
Baghdadi, M., Brassard, P., Godbout, S., Létourneau, V., Turgeon, N., Rossi, F., Lachance, E., Veillette, M., Gaucher, M-L. et Duchaine, C. 2023. « Contribution of Manure-Spreading Operations to Bioaerosols and Antibiotic Resistance Genes' Emission ». Microorganisms. Vol. 13; 11, no. 7.Brassard, P., Baghdadi, M., Létourneau, V., Turgeon, N., Trivino, A. M., Mila, L. D., Duchaine, C. and Godbout, S. 2023. « Measurement of fugitive emissions from manure spreading operations in a controlled environment ». American Society of Agricultural and Biological Engineers Journal.
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