PRO : Impacts environnementaux du recyclage des produits résiduaires organiques sur les écosystèmes cultivés

Le Soere PRO apporte des éléments de réponse sur la dynamique des matières organiques dans les sols et le fonctionnement des cycles biogéochimiques associés, le devenir des micropolluants des produits résiduaires organiques et le fonctionnement biologique et microbiologique des sols soumis à épandage régulier.

Qu’est-ce que le Soere PRO ?

Le Soere PRO est un réseau de sites expérimentaux au champ d’observation des effets du recyclage agricole des produits résiduaires organiques (PRO). Celui-ci est constitué de 4 sites principaux (Ile de France, Alsace, Bretagne et Réunion) et 2 sites associés (Lorraine, Aquitaine). Ces sites, conçus à l’échelle de la parcelle, permettent de mesurer, depuis plus de 10 ans pour certains, l’évolution sur le long terme des différents compartiments (sol, plantes, eau, air, PRO) d’un agrosystème soumis à épandage.

Le Soere PRO est piloté par l’Inra (UMR EGC, Environnement et Grandes Cultures) en collaboration avec les équipes porteuses des sites (Inra : UMR SAS, Sol Agronomie Spatialisation, UMR LSE, Laboratoire Sols et Environnement et l’UMR TCEM, Transfert sol-plante et cycle des éléments minéraux dans les écosystèmes cultivés, le SEAV, Service d’expérimentation Agronomique et Viticole Colmar, Le Cirad avec l'unité de recherche Recyclage et risque, Veolia Environnement Recherche et Innovation, le SMRA, Syndicat Mixte pour le Recyclage Agricole dans le Haut-Rhin, l’ARAA, Association pour la Relance Agronomique en Alsace).

Contexte

Aujourd’hui 330 millions de tonnes de matières organiques d’origine résiduaire provenant de l’agriculture - effluents d’élevage -, mais également des collectivités ou des industries, sont recyclées en agriculture annuellement en France. Le retour aux sols de ces PRO améliore leur fertilité et pourrait également contribuer à l’augmentation des stocks de carbone, participant ainsi à l’atténuation du changement climatique. C’est pourquoi cette pratique est encouragée au niveau national, comme au niveau européen. Cependant, il est nécessaire de documenter l’absence d’impacts négatifs sur l’environnement : introduction dans les sols de contaminants, de microorganismes pathogènes, émissions de gaz à effets de serre, lixiviation de nitrates…

La mise en place d’un Soere sur la valorisation de ces produits en agriculture a pour vocation d’apporter des éléments de réponse aux questions qui se posent sur l’effet du recyclage des PRO, telles que la dynamique des matières organiques (MO) dans les sols et le fonctionnement des cycles biogéochimiques majeurs (C et N) associés à cette MO ou à la phase minérale des PRO (P, K), le devenir des micropolluants (minéraux, organiques et biologiques) dont les PRO sont les vecteurs d’entrée dans les sols, le fonctionnement biologique et microbiologique du sol. Ces questions sont interdépendantes et interagissent avec le contexte pédoclimatique du recyclage. Elles nécessitent des observations à long terme pour simuler les trajectoires d’évolution des agrosystèmes soumis à épandage et doivent faire appel à des approches pluridisciplinaires pour prendre en compte l’ensemble des facteurs et processus intervenant.

Objectifs

L’objectif général du Soere PRO est d’étudier précisément au champ, sur le long terme et dans différents contextes agro-pédo-climatiques, la valeur agronomique de PRO d’origine urbaine et agricole et les éventuels impacts environnementaux et sanitaires du retour au sol de ces produits.

Les objectifs scientifiques du Soere sont ainsi :

  • de déterminer et modéliser comment le recyclage agricole des PRO modifie la dynamique de la MO dans les sols et le fonctionnement des cycles biogéochimiques majeurs liés à la MO (notamment C et N),
  • de quantifier les émissions de GES (N2O, CO2), NH3, COV et particules suite aux apports de PRO au sol,
  • d’étudier les effets des épandages sur le fonctionnement physique, chimique et biologique des sols,
  • d’identifier et hiérarchiser les facteurs influençant le devenir des polluants (organiques, minéraux et biologiques) après apport des PRO aux sols, de construire ou adapter des modèles décrivant le devenir des polluants apportés par les PRO au fur et à mesure des épandages, leur répartition dans les différents compartiments de l’écosystème en prenant en compte les facteurs clés du déterminisme de cette répartition,
  • de comprendre et prévoir la réponse des organismes du sol à l’épandage de PRO, la modification des fonctions de l’écosystème cultivé et les impacts écotoxicologiques potentiels liés aux contaminants chimiques qu’ils contiennent,
  • de déterminer la résilience des sols soumis aux épandages par leur capacité à « éliminer » les contaminants.

Stratégie

Les 4 sites principaux –QualiAgro (Ile de France), Plate-forme de Colmar (Haut-Rhin), le site EFELE de Rennes (Ile-et-Vilaine) et le site de la Réunion– permettent d’explorer des conditions pédoclimatiques différentes. Les PRO étudiés sont représentatifs des PRO réellement épandus. Ils ont été aussi choisis pour représenter une large gamme de réactivité de matière organique ce qui devrait permettre l’extrapolation des résultats à d’autres PRO. Enfin des PRO issus de filières de traitement en plein développement sont également étudiés tels que les digestats de méthanisation. Les PRO testés incluent des composts urbains, des boues urbaines (compostées ou non), des effluents d’élevage, en comparaison avec un PRO commun (fumier de bovin) et un témoin ne recevant aucun apport de PRO. Ils partagent un même cahier des charges et sont instrumentés de la même manière. Les observations sur le site QualiAgro et la plate-forme de Colmar ont débuté en 1998 et 2000 respectivement. Le site de Rennes a été installé en 2011 et celui de la Réunion en 2013.

Les 2 sites associés sont localisés à Nancy (essai de la Bouzule) et à Bordeaux (essais de Couhins). Ils ont un historique connu d’apports de PRO durant plus de 10 ans ; les épandages de PRO ont cessé, mais ces sites continuent à faire l’objet de mesures. Dans le cadre du Soere, ils permettront d’étudier la résilience des agrosystèmes après l’arrêt des apports. Certaines parcelles de ces deux dispositifs sont fortement contaminées en métaux et micropolluants organiques et serviront à l’étude de la réponse à de fortes contaminations, notamment dans le cadre d’approches écotoxicologiques.

Un suivi systématique et coordonné des 4 sites principaux assure l’acquisition, à pas de temps régulier, de données cohérentes et comparables entre les sites :

  • analyses effectuées sur les PRO épandus, le sol récepteur et les plantes cultivées (paramètres agronomiques, micropolluants organiques et minéraux, paramètres biologiques et physico-physiques)
  • analyses sur les eaux de pluie
  • analyses sur les eaux percolant à travers le sol via des prélèvements effectués à l’aide de bougies poreuses (céramique, PTFE, inox) et de plaques lysimétriques
  • mesures de suivi hydrodynamique des parcelles via des capteurs installés sur site (tensiomètres, sondes TDR, sondes température)
  • mesures des gaz (NH3, N2O, CO2) émis dans les jours suivant les épandages
  • grandeurs descriptives des sites et des informations sur leur gestion agronomique (itinéraires techniques, données météorologiques…)

Pour assurer la cohérence des données entre sites, les méthodes employées dans le réseau sont identiques ou directement comparables et la plupart des analyses correspondant au suivi systématique des sites sont effectuées par les mêmes laboratoires.
En outre, les échantillons prélevés sur les PRO, sol et plante sont conservés en échantillothèque référencée en vue d’assurer leur pérennité et permettre d’éventuelles analyses ultérieures.
Le système d’information du Soere PRO, constitué de bases de données et d’une interface web, assure la sauvegarde des données (données acquises sur les sites et les caractéristiques analytiques des PRO, informations sur les échantillons), l’accès et le partage des informations acquises dans le Soere PRO (droits d’accès, conventions)

Coordination et partenariat

La coordination scientifique du Soere est assurée par Sabine Houot, directrice de recherche à l’Inra. Elle travaille depuis plus de 10 ans à l’amélioration de la qualité des PRO valorisés en agriculture. Son équipe développe des outils permettant l’évaluation de la valeur agronomique des PRO et étudie le devenir des contaminants organiques et minéraux potentiellement associés aux PRO épandus.

Aurélia Michaud, ingénieur d’étude à l’Inra, assure la coordination technique du Soere. Elle travaille depuis 2008 sur la coordination technique du réseau d’essais au champ, étudiant les effets du recyclage agricole des PRO.

Le travail conduit dans le Soere PRO est coordonné par l’UMR EGC et les dispositifs du Soere sont pilotés par les équipes suivantes :
- Qualiagro : Collaboration UMR EGC – Veolia Environnement Recherche et Innovation
- Plateforme de Colmar : Inra Unité Expérimentale de Colmar, en collaboration avec le SMRA Haut-Rhin et l’ARAA
- EFELE : UMR SAS
- Site de la Réunion : UR Recyclage et risque (Cirad)
- La Bouzule : UMR LSE
- Site de Couhins : UMR TCEM.

Les partenaires impliqués dans le suivi des sites et l’acquisition de données sont :
Unités de service Inra : Laboratoire d’analyse des sols (LAS), Laboratoire d’analyse des végétaux (USRAVE)
Unités de recherche Inra, Irstea, CNRS et Cirad :
- PESSAC (Physicochimie et écotoxicologie des sols d’agrosystèmes contaminés) ; réponse des macro-invertébrés vivant dans le sol à l’épandage (abondance et diversité)
- MSE (Microbiologie du sol et de l’environnement) : travaux sur la survie et le devenir de pathogènes humains et opportunistes dans les PRO, les sols et les eaux ; plateforme Genosol
- Eco & Sol : caractérisation des chaines trophiques dans les sols, nématofaune, suivi des abondances, caractérisation d’indicateurs structuraux et fonctionnels
- LERES : laboratoire accrédité et agréé, caractérisation des micropolluants organiques (PRO, eaux)
- BioEMCo (Biogéochimie et écologie des milieux continentaux) : dynamique des matières organiques dans les sols, propriétés physiques des sols
- EcoBio : évolution biodiversité des sols (communautés microbiennes des sols, virus, pico-micro eucaryotes, macrofaune ; site EFELE)
- GERE (Gestion environnementale et traitement biologique des déchets) : caractérisation des indicateurs de contamination, de germes pathogènes et protozoaires dans les PRO (site EFELE)
- Ecologie microbienne : survie et devenir de pathogènes humains et opportunistes dans les PRO, sols et eaux
- Géosciences : caractérisation du carbone dissous dans les PRO et eaux (site EFELE)
- LBE (Laboratoire de Biotechnologie de l’Environnement) : caractérisation des matrices organiques des PRO, interaction entre procédé de traitement et qualité des PRO, teneurs en polluants organiques
- UR Recyclage et risque du Cirad (site de la Réunion)

En plus de réunir de nombreux organismes de recherche, le Soere PRO a également des liens forts avec des partenaires socioprofessionnels des filières de traitement et valorisation des PRO (Veolia Environnement, recherche et innovation, instituts techniques, Ademe, agences de l’eau, organismes indépendants gérant le recyclage au niveau départemental, collectivités territoriales...).

Programmes associés

- Programme Cirad-Véolia-AllEnvi (2014 – 2030) « Expérimentation pour l’étude de l’impact environnemental de la valorisation de produits résiduaires organiques en culture de canne à sucre »
- FP 7 GENESIS (2009 – 2014) « Groundwater and Dependent Ecosystems: New Scientific and Technical Basis for Assessing Climate Change and Land-use Impacts on Groundwater Systems »
- ANR Systerra ISARD (2009 – 2013) « Intensification écologique des systèmes de production agricoles par le recyclage des déchets »
- Programme Ademe « Vadebio » (2009 – 2012) « Etat biologique des sols du site de la Bouzule après dix années d’épandages »
- Programme Ademe Bioindicateurs (2005 – 2011) « Recherche de bioindicateurs d’effets des apports de composts ; mise en relation avec la spéciation des polluants dans les sols »
- Programme ANR Santé Environnement (2006 – 2008) « Impact d’activités anthropiques, lagunage et épandage de déchets organiques, sur la dynamique évolutive et le fonctionnement des populations de bactéries pathogènes de l’Homme dans l’environnement »
- Programme MEDAD GESSOL 1 (2000 – 2002) « Effet du compostage sur les impacts environnementaux de déchets recyclés en agriculture : mise en place d’un réseau de sites ateliers d’étude de l’évolution de la qualité des sols et des cultures »
- Programme MEDAD GESSOL 2 (2005 – 2008) « Mise au point d’outils de prévision de l’évolution de la stabilité de la structure de sols sous l’effet de la gestion organique des sols »
- Programme MEDAD GESSOL 3 (2011 – 2013) Effets de l’apport de produits résiduaires organiques sur le stockage de carbone, les émissions de gaz à effet de serre et la lixiviation du nitrate dans les sols périurbains (PROSTOCK)
- Programme INSU ECCO ECODYN (2004 – 2007) « Hétérogénéités spatiales générées par l’enfouissement de produits résiduaires organiques à l’échelle du profil cultural : description et modélisation de leurs impacts sur la dynamique des micropolluants organiques et minéraux »
- Programme Ademe « Vadetox » (1997 – 2000) « Évaluation des risques écotoxicologiques liés à la valorisation agricole des déchets et produits dérivés » « Impact à long terme de l’épandage sur l’agrosystème »

Cookies de suivi acceptés