Titre de l'écran-titre (visionné le 5 juin 2023) / Les déjections animales (fumiers et lisiers) contiennent des agents pathogènes et non pathogènes, incluant des bactéries ainsi que des gènes de résistance aux antibiotiques (GRAs), pouvant être émis dans l'air (bioaérosols) lors de leur épandage au sol. Les objectifs du présent projet étaient d'évaluer l'émission de bioaérosols pendant l'épandage de différents fumiers et de lisiers ainsi que l'impact des équipements servant à l'épandage (déflecteurs, barre d'aspersion, épandeur à batteur horizontal) sur les taux d'émissions dans l'air de bactéries, de gènes de résistance aux antibiotiques, de particules de poussières et d'indicateurs fécaux (Escherichia coli, Enterococcus, Archaea, phage vB_AviM_AVP d'Aerococcus viridans). Trois types de déjections animales (fumier de bovins, fumier de poules pondeuses, lisiers de porcs) ont été dispersés à l'aide de divers épandeurs dans un tunnel de vent, soit un environnement clos permettant de contrôler la vitesse de l'air. Les bactéries totales, les bactéries servant d'indicateurs fécaux, les GRAs et les particules de poussières ont été prélevés dans l'air à trois reprises (avant, pendant et suite aux activités d'épandage) en aval du tunnel de vent à l'aide d'échantillonneurs d'air à haut débit et de compteurs de particules. Les bactéries totales, les bactéries servant d'indicateurs fécaux et les GRAs ont par la suite été quantifiés par PCR dans les échantillons d'air et de fumiers/lisiers. Les plus importants taux d'émission dans l'air pour les bactéries totales (10¹⁰ copies du gène d'ARNr16S/kg de déjection épandue), les Archaea (10⁶ copies [du gène d'ARNr] 16S/kg de déjection épandue), Enterococcus (10⁴ copies 16S /kg de déjection épandue), et E. coli (10³ copies 16S /kg de déjection épandue) ont été observés lors de l'épandage de fumiers de poulets, comparativement à ceux mesurés lors de l'épandage de fumiers de bovins ou de lisiers de porcs à l'aide d'un déflecteur ou de barres d'aspersion. Alors que les gènes de résistance aux aminoglycosides ont été retrouvés en concentrations plus importantes dans les fumiers bovins et de poulets (10⁶ copies 16S/kg, 10⁴ copies/kg dans les lisiers de porcs), les taux d'émission dans l'air pour ces GRAs ont été plus élevés lors de l'épandage des fumiers de bovins et des lisiers de porcs à l'aide de barres d'aspersion (10⁷ copies 16S/kg de déjection épandue). Pour la plupart des fractions de particules, aucune différence significative n'a été observée entre les concentrations de particules de poussières mesurées avant, pendant et suite aux activités d'épandage de fumiers ou de lisiers. L'épandage de fumiers et lisiers est une source significative de bioaérosols, incluant des gènes de résistance aux antibiotiques. Différents fumiers/lisiers d'animaux d'élevage et épandeurs ont eu un impact significatif sur les taux d'émission dans l'air de bactéries totales, des indicateurs fécaux (Enterococcus, E. coli, and Archaea) et de GRAs. Il est donc nécessaire de développer des technologies et des stratégies pour limiter de possibles effets de l'épandage des fumiers/lisiers sur la santé humaine et d'étudier l'impact de ces activités dans le risque d'exposition humaine et animale. / Animal manure can contain several pathogenic or non-pathogenic microorganisms (including bacteria and their antibiotic resistance genes) that can be emitted to the air (bioaerosols) during manure spreading on the ground. The objectives of the project were to quantify bioaerosols emission rates during manure spreading and to examine the impact of various forms of manure and methods of spreading (splash plate, dribble bar and horizon beater) on bacterial emissions and associated antibiotic resistance genes. Further, emission of dust particles, and the presence of fecal indicators such as E. coli, Enterococcus sp., Archaea, and Aerococcus phage were also monitored. In this study, a greenhouse was used to spread manure in a confined environment allowing to control air velocity. Three types of manure (solid beef cow manure, poultry litter, and liquid pig slurry) were spread using different types of spreaders. Air samples were collected in the down wind of the greenhouse, in different temporal (before, during, and after spreading) scales using high-volume air samplers. Total bacteria concentration, bacterial fecal indicators, and ARGs content in sampled air and in manure were then estimated by qPCR. Overall, the highest emission rates of total bacteria (10¹⁰ 16S [rRNA gene] copies/kg manure), Archaea (10⁶ 16S [rRNA gene] copies/kg manure), Enterococcus (10⁴ 16S [rRNA gene] copies/kg manure), and E. coli (16S [rRNA gene] copies/kg manure) emissions were observed in poultry manure, with cow manure, pig slurry with splash plate, and pig slurry with dribble bar following closely behind. The emission rates of airborne aminoglycoside resistance genes were higher during cow manure (10⁶ gene copies/kg manure spread) spreading, and pig slurry w/dribble bar (10⁷ gene copies/kg manure spread) spreading. Further, aminoglycoside was the most abundant for cow and poultry (10⁶ gene copies/kg) followed by pig slurry (10⁴ gene copies/kg). Additionally, there were significant differences in particulate matter concentrations before, during, and after the spreading of manure for most particle sizes. Manure spreading represents a significant source of bioaerosols, including antibiotic resistance genes. Different types of manure and spreaders significantly varied in their emission rates of airborne total bacteria, Enterococcus, E. coli, and Archaea. Moreover, manure application is essential to minimize particulate matter emissions and reduce potential health risks and study the impact of spreading activities on human and animal exposure risk.

Cette thèse porte sur l'étude des mécanismes physiques mis en jeu lors de l'interaction d'un milieu granulaire avec une paroi en rotation. Cette situation s'inspire du procédé d'épandage centrifuge de particules d'engrais en agroenvironnement dont la maîtrise est encore mal assurée dans la pratique. Dans la première partie de cette thèse, un flux dilué de particules a été considéré. On étudie expérimentalement et théoriquemement la nature des trajectoires impliquant frottement, roulement, choc, pour trois types de particules de formes bien caractérisées et une modélisation de ces trajectoires est proposée en introduisant un frottement de roulement à partir des expériences. Dans la seconde partie de cette thèse, on étudie par la méthode des éléments discrets, le cas d'un écoulement dense le long de la paroi en rotation. L'écoulement consiste en une première phase de choc suivie d'une élongation sous l'action combinée des forces d'inertie (centrifuge, Coriolis) et enfin d'un mouvement de particules indépendantes. On montre que le flux de particules est soumis à une sollicitation complexe qui associe des taux de déformation essentiellement de type traction, compression et dans une moindre mesure de cisaillement. On détermine par la modélisation un coefficient de frottement effectif de l'écoulement granulaire le long de la paroi en fonction du degré de liberté de rotation des particules de l'écoulement ainsi que de leurs propriétés mécaniques. On termine en précisant les questions qui restent en suspens concernant la tribologie de contact entre particules en vue d'une caractérisation quantitative de ces écoulements pour différents types de granulés.

Une méthode d'application des lisiers qui réduit la volatilisation de l'ammoniac est nécessaire pour augmenter la valeur fertilisante des lisiers et réduire leur impact environnemental. La présente étude vise à mesurer la volatilisation de l'ammoniac suivant l'application de lisier de porc sur une prairie de graminées, à évaluer la performance de diverses rampes d'épandage et à identifier celles qui minimisent les émissions d'ammoniac. Durant les saisons de croissance 2004 et 2005, la volatilisation de l'ammoniac a été mesurée à l'aide de tunnels ventilés. Trois types de rampe d'épandage ont été comparés en 2004 et quatre en 2005 soit : l'assiette déflectrice, le pendillard, le patin glissant et le passage d'un aérateur « Aerway » suivi d'un pendillard (seulement en 2005). L'utilisation de rampes basses qui déposent le lisier en bande sous le feuillage (pendillards, patins glissants) a significativement (p < 0,05) réduit les émissions d'ammoniac par rapport à un épandage en pleine surface sur le feuillage (assiette déflectrice) (réduction d'environ 45 %). Les applications en bande entraînent moins de volatilisation qu'une application en pleine surface, car elles réduisent le contact entre le lisier et l'atmosphère et permettent une meilleure infiltration du lisier dans le sol. Lors de deux épandages sur trois, l'utilisation de la rampe munie de pendillards a réduit davantage les émissions d'ammoniac (35 %) comparativement à un épandage à l'aide des patins glissants (p < 0,05). Le patin glissant a eu tendance à retarder l'infiltration du lisier possiblement par un lissage de la surface du sol, augmentant ainsi l'exposition du lisier à l'atmosphère. L'utilisation de l'aérateur avant l'application du lisier n'a pas réduit les émissions d'ammoniac comparativement à l'utilisation de pendillards seuls (résultats d'un seul essai). Cette étude fournit aux agriculteurs des informations utiles quant au choix du type de rampe à utiliser pour l'épandage. C'est la rampe à pendillards qui a le plus contribué à diminuer les émissions d'ammoniac dans l'atmosphère.