Émissions (I) : Comment les émissions de gaz à effet de serre et d'ammoniac sont-elles générées dans nos élevages ?

Les émissions d'ammoniac (NH₃) dans le secteur agricole de l'Union Européenne (UE) en 2020 étaient de 3,2 Mt, soit 96,6% des émissions totales d'ammoniac, dont 67% sont estimées être dues à la gestion des effluents d'élevage, soit une légère baisse de 5% par rapport à 2008. Alors que les émissions totales de gaz à effet de serre (GES) dans l'UE ont diminué de 27 % au cours de la période 2008-2020, les émissions du secteur agricole sont restées pratiquement inchangées à environ 465 Mt CO₂ eq/an, soit 16,9 % des émissions totales en 2020, le méthane (CH₄) représentant 44,5 % de ces émissions. Il est urgent de réduire ces émissions pour lutter contre le réchauffement climatique et ses effets.

L'azote total et ammoniacal du lisier est relativement facile à mesurer, ce qui permet d'estimer le volume à épandre sur une parcelle en fonction des besoins de la culture et de respecter la directive nitrates. En revanche, l'azote, sous forme d'ammoniac (NH₃) ou de protoxyde d'azote (N₂O) et le méthane (CH₄) ne sont pas si faciles à mesurer, ils sont comme des ennemis invisibles sous nos yeux.

Ennemis parce qu'il s'agit de gaz respirés par les animaux et qui les affectent, si le fumier est stocké dans des fosses sous caillebotis ; parce que l'azote volatilisé réduit la valeur fertilisante et économique du lisier ; parce que les émissions de CH₄ réduisent le potentiel de production de biogaz à des fins énergétiques et économiques ; ou parce que ces gaz ont des effets négatifs sur l'environnement, produisant des pluies acides dans le cas du NH₃ et des oxydes d'azote, et ont un effet de serre, environ 25 fois plus important que le CO₂ pour le CH₄ et 298 fois plus important pour le N₂O. Éviter les émissions de NH₃, N₂O et CH₄ devrait faire partie des objectifs d'amélioration de la gestion des effluents d'élevage.

Les principales réactions qui se produisent dans un bassin à lisier ou une fosse et qui influent sur les émissions sont illustrées dans la figure ci-après.

La principale source d'azote ammoniacal est l'urée, suivie par la décomposition anaérobie de la matière organique contenant des protéines. L'azote ammoniacal se trouve dans le milieu liquide sous forme ionisée (NH₄+) et sous forme de NH₃. L'équilibre NH₄+/NH₃ dépend du pH et de la température ; lorsque la température ou le pH augmente, l'équilibre se déplace vers la droite (comme indiqué sur la figure), formant davantage de NH₃, qui est volatilisable.

Le CH₄ provient de la décomposition anaérobie de la matière organique. Plus la matière organique contenue dans le lisier contient de solides volatils digestibles (VS), plus la production de CH4 est importante.

Un troisième gaz émis est le dioxyde de carbone (CO₂), qui n'est pas considéré comme un gaz à effet de serre car il est d'origine biogénique. Dans le milieu liquide, ce gaz est en équilibre avec le bicarbonate (CO₃H-) qui régule le pH du milieu. Lorsque les protons (H+) impliqués dans les réactions ci-dessus s'accumulent, le pH peut baisser, mais dans ce cas, l'équilibre CO₂/CO₃H- se déplace vers la gauche et du CO₂ est émis, ce qui contribue à maintenir le pH autour de la neutralité ou légèrement plus élevé. Cela a un effet négatif sur la consommation d'acide si l'acidification du lisier est souhaitée pour éviter l'émission de NH₃.

Les émissions directes de N₂O résultent des réactions d'oxydation de l'ammonium en nitrites ou en nitrates, ou de la réduction de ces derniers en gaz N₂. Ces réactions peuvent se produire de manière contrôlée dans les systèmes NDN biologiques (nitrification - dénitrification) ou de manière incontrôlée sur des surfaces rugueuses exposées à l'atmosphère (étang naturellement encroûté, tas de fraction solide séparée, ...). On considère que 1 % du NH₃ qui se volatilise est oxydé en N₂O dans l'atmosphère (émissions indirectes).