Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les activités d'élevage sont responsables de la dissémination dans l'environnement d'un grand nombre de polluants, dont les perturbateurs endocriniens (PE) qui affectent le système endocrinien des organismes vivants. La disruption endocrinienne se fait par la liaison des PE sur des récepteurs nucléaires spécifiques dont le récepteur aux strogènes ERα, le récepteur à la dioxine AhR, le récepteur X aux pregnanes PXR, le récepteur aux androgènes AR et le récepteur régulant la prolifération des peroxysomes, PPARγ. Les hormones stéroïdes sont particulièrement actives sur le récepteur ERα. Elles sont naturellement produites par les animaux et concentrées dans les effluents d'élevage épandus sur les sols agricoles. Ce travail de thèse s'est focalisé sur l'étude du devenir des hormones dans des systèmes de gestion des lisiers porcins, à échelle réelle ou contrôliée, en conditions anaérobies ou aérobies. Au préalable, la méthodologie pour l'analyse des hormones dans le lisier a été validée. Les résultats montrent que les hormones sont principalement contenues dans la fraction solide; dans cette fraction les mesures d'activité strogénique (ERα) ont révélé une activité non explicable par les concentrations en hormones, suggérant la présence d'autres composés ayant une activité sur ERα. La quantification des nonylphénols, actifs sur ERα n'a pas permis d'expliquer cette activité. L'étude d'autres voies de perturbation endocrinienne via l'activation des récepteurs AhR, PXR, PPARγ et AR a permis de détecter une forte activité sur le récepteur AhR. L'analyse chimique de cette fraction a montré l'absence de dioxines et d'hydrocarbures aromatiques polycycliques, suggérant l'implication d'autres PE qui restent à être identifiés. Dans les systèmes de traitement sous conditions réelles ou contrôlées, les conditions aérobies sont plus efficaces pour éliminer les hormones et les activités strogéniques et « dioxin-like » associées, bien que cette dernière semble plus récalcitrante. / Livestock activities are responsible for the release of a wide range of pollutants in the environment. Among these pollutants, the endocrine disruptors (ED) can affect the endocrine functions of living organism. The endocrine disruption occurs via the binding of ED to specific nuclear receptors such as the estrogen receptor ERα, dioxin receptor AhR, pregnane-X-receptor (xenobiotics), androgen receptor AR and peroxysome proliferator-activated receptor γ, PPARγ. Steroid hormones are particularly active on ERα receptor. Animals naturally produce high amounts of hormones which are concentrated in manure used for land spreading. This study deals with the fate of hormones in swine waste management facilities at full or pilot scale, under both anaerobic and aerobic conditions. Firstly, the analysis of hormones in such a complex matrix was validated. Hormones are mainly present in the solid fraction of the manure. At the same time, estrogenic activity measurements showed that in this solid fraction, the estrogenic activity cannot be explained by hormones; which suggest the presence of other compounds active on ERα. Nonylphenols concentrations cannot explain this additional activity. The study of the other pathways of endocrine disruption through the activation of AhR, PXR, PPARγ, and AR allowed to measure high AhR activity in the solid fraction of manure. The chemical analysis of this fraction did not show the presence of dioxins and polycyclic aromatic hydrocarbons traditionally involved in such kind of activity; it suggests the presence of other AhR ligands that remain to be identified. In swine manure treatment systems, aerobic conditions were more efficient to remove hormones and the associated estrogenic and AhR activities, even if this last seemed to be more recalcitrant.

L’objectif de la thèse était de développer un procédé de traitement des lisiers de porc par zone humide artificielle (ZHA) adapté aux contraintes du climat méditerranéen ainsi qu’à celles des éleveurs porcins. Le lisier de porc présentant des teneurs en ammonium (NH4+) toxiques pour les espèces végétales, il a été nécessaire de prétraiter le lisier. Des expérimentations sur le prétraitement du lisier de porc par aération continue (30 jours) à petite (12 litres) et moyenne échelles (300 litres) ont donc été conduites, et ont permis une diminution des concentrations en NH4+ en dessous des seuils de tolérance végétale. Cependant, la volatilisation de l’ammoniac semble avoir été le processus majoritairement à l’origine des abattements observés (phénomène d'ihnibition). Afin d’améliorer la diminution du NH4+, des produits d’ensemencement microbiens commerciaux ont été utilisés sans que leur effet n'ait pu être mis en évidence. Lors des expérimentations à moyenne échelle, le lisier prétraité a été amendé en ZHA (mésocosmes constitués d’un filtre à écoulement vertical suivi d’un filtre à écoulement horizontal). La forte variabilité phénotypique en système expérimental des macrophytes sélectionnés et prélevés dans le milieu naturel environnant (Carex hispida, Typha latifolia, Carex cuprina, Iris pseudacorus, Alisma lanceolatum et Juncus effusus), a été illustrée. Lors des apports en lisier dans la ZHA, les espèces végétales ont répondu différement, soulignant l’intérêt des cortèges multi-spécifiques. Les premiers résultats épuratoires ont été probants. Cependant l’étude des processus épuratoires a mis en lumière la problématique de leur durabilité. / The aim of the thesis was to develop a treatment process of pig manure by constructed wetland (CW) and designed in order to be adapted to the Mediterranean climate constraints and those of pig farmers. However hog manure has concentrations above 2 g.l-1 of ammonium (NH4+), toxic to the plants. It is therefore necessary to establish a slurry pre-treatment step. The thesis has included experiments including pre-treatment of pig slurry by continuous aeration (30 days) to small (12 liters) and medium scale (300 liters). Commercial products for microbial seeding were also used. The results showed that the aeration of pig manure did allow lower concentrations of NH4+ below plant tolerance threshold. However, the ammonia volatilization process appears to be the leading cause behind the observed reductions (inhibition phenomenom). No effect could be demonstrated for microbial treatments. During meso-scale experiments, the CW was amended with the pre-treated slurry (mesocosms made of a vertical flow filter followed by a horizontal flow filter). As a first step, the high phenotypic variability of macrophytes (taken from the natural environment) in experimental system was illustrated and discussed. After manure application, the selected plant species (Carex hispida, Typha latifolia, Carex cuprina Iris pseudacorus, Alisma lanceolatum and Juncus effusus) have presented different responses, emphasizing the importance of multi-species selection for the CW. Finally, the first purifying results were conclusive. However the study of the underlying purifying processes has highlighted the issue of sustainability of these phenomena.

Dans un contexte de société où le développement durable est mis de l'avant, la gestion de lisiers provenant de la production d'animaux d'élevage est de plus en plus difficile. En effet, l'épandage de lisiers est soumis à des lois gouvernementales plus strictes afin de prévenir les problèmes environnementaux pouvant y être associés. Une solution envisagée est de traiter le lisier avant de l'épandre afin d'en réduire la charge polluante. L'objet de la présente étude consiste donc à optimiser l'élimination de l'azote contenu dans un lisier de porc synthétique (affluent) à l'aide d'un procédé biologique. Plus spécifiquement, l'étude comprend le démarrage, le développement et l'opération d'un biofiltre percolateur où le lixiviat (l'effluent traité) est recirculé dans le but d'éliminer la charge azotée sous forme d'ammonium (NH 4+ ) de l'affluent. Deux biofiltres percolateurs ont été opérés en étant alimentés en continu en lisier synthétique. La première étape du traitement consiste à un procédé biochimique de nitrification effectué par des bactéries autotrophes dans un environnement en aérobiose. Cette étape est combinée à un procédé de bio-oxydation de la matière organique du lisier. Durant le procédé de nitrification, le NH 4 + est oxydé en nitrite (NO2- ) puis en nitrate (NO3- ). La deuxième étape du traitement est d'associer la nitrification et la bio-oxydation de la matière organique à un procédé de dénitrification où le NO3- obtenu de la nitrification est réduit en azote atmosphérique (N2 ), acceptable pour l'environnement. Différents paramètres ont été variés afin d'optimiser le procédé. Trois méthodes de purge (sans purge, purge en discontinu et purge en continu), deux types de garnissage (sphères de polypropylène et billes de céramiques), quatre débits de recirculation (0, 0.5, 1 et 1.5 L min -1 ) et trois charges du lisier en carbone (137, 275 et 550 g C m-3 h-1 ) et en azote (60, 120 et 240 g N m-3 h -1 ) ont été testés. Principalement, les résultats indiquent que la purge en continu a un effet positif sur la production de biomasse et la production de CO 2 . L'augmentation du débit de recirculation a eu pour effet de diminuer la conversion du NH4+ pour les deux types de garnissages. L'effet a par contre été différent en ce qui concerne la production de CO2 : cette dernière a augmenté dans le biofiltre garni de sphères de polypropylène et diminué dans le biofiltre garni de billes de céramique. Lorsque les biofiltres étaient opérés sans recirculation, des taux de conversion de plus de 99% ont été obtenus. L'augmentation du débit de recirculation a également favorisé la production de NO 2- dans le lixiviat. Pour les deux types de garnissage, le fait d'augmenter la charge azotée de l'affluent a auFenté la production de CO2 pour les deux débits de recirculation testés (0 et 0.5 Lmin-1 ) et des conversions de plus de 99% ont été obtenues sans recirculation du lixiviat. Lorsque le lixiviat était recirculé (débit de 0.5 Lmin -1 testé) avec le biofiltre garni avec des billes de céramique, l'augmentation de la charge azotée a eu pour effet d'augmenter la conversion de NH4+ de 90% à 99%. Par contre, l'augmentation de la charge azotée semble n'avoir aucun effet sur la conversion du NH4+ lorsque les biofiltres sont opérés sans recirculation. [symboles non conformes]

Abstract: The piggery industry is very important in Canada, but localized production of large quantities of swine slurry causes severe environmental problems such as aquatic pollution and emissions of methane, a potent greenhouse gas. There are many technologies that can reduce the impact of these issues, but biofiltration is the only viable process that can treat both pollutants. The main objectives of this thesis are to study the biofiltration of methane at concentrations representative of the piggery industry and to achieve the simultaneous treatment of methane and swine slurry with a single biofilter. Laboratory-scale experiments were used to better understand the biofiltration of methane from the piggery industry. Using an inorganic filter bed, it was possible to reach a maximum elimination capacity of 14.5 ± 0.6 g·m -3 ·h-1 for an inlet load of 38 ± 1 g·m -3 ·h-1 . The removal efficiency was relatively stable with the methane concentration and the biofilter satisfied first order kinetics. By decreasing the nitrate concentration in the nutrient solution, a concentration of 0.1 gN·L-1 proved to be sufficient for proper biofilter operation. Furthermore, once all inorganic sources of nitrogen were removed, the presence of microorganisms capable of fixing atmospheric nitrogen was established. Carbon and nitrogen mass balances suggested that the carbon accumulated within the biofilter was probably used for the production of storage compounds rather than for cell synthesis. The viability of simultaneously treating methane and swine slurry was demonstrated by using an innovative biofilter design to overcome the inhibition of methane biodegradation by swine slurry. Although generally less efficient than the biofiltration of methane alone, an elimination capacity for methane of 18.8 ± 1.0 g·m -3 ·h-1 was obtained with this system at an inlet load of 46.7 ± 0.9 g·m -3 ·h-1 . Pure fungal strains were used in an attempt to improve performance, but no significant increase in the methane removal efficiency was observed. For swine slurry treatment, average removal efficiencies of 67 ± 10 % for total organic carbon and 70 ± 7 % for ammonium were achieved. The influence of the slurry supply was analyzed and the ideal supply method found in this study was 6 doses of 50 ml per day. Pilot-scale tests carried out directly on a pig farm were used to validate the results obtained in the laboratory for the treatment of methane from swine house ventilation air. After a start-up period of 30 days, removal efficiencies up to 83% were observed for a methane inlet load of 1.6 ± 0.8 g·m -3 ·h-1 . Treated swine slurry was tested as a replacement for the synthetic nutrient solution, but due to inhibitory compounds in the treated slurry, the results were not satisfactory. For the simultaneous treatment, the methane removal efficiency only dropped from 58 ± 5% to 53 ± 8% when slurry was supplied to the biofilter. By integrating the results obtained in this study with modern farming techniques, the piggery industry could reduce its greenhouse gas emissions and treat part of the nutrients in swine slurry.||Résumé: L'industrie porcine est très importante au Canada, mais les conditions d'entreposage et l'épandage excessif du lisier de porc contribuent respectivement aux émissions de méthane, un puissant gaz à effet de serre, et à la pollution de l'eau. II existe de nombreuses techniques pour atténuer ces problématiques, mais le procédé de biofiltration s'impose comme étant capable de traiter le méthane et le lisier. Les objectifs principaux de cette thèse sont d'étudier la biofiltration du méthane à des concentrations représentatives de l'industrie porcine et d'effectuer le traitement simultané du méthane et du lisier de porc dans un même biofiltre. Des essais expérimentaux à l'échelle laboratoire ont permis de mieux comprendre la biofiltration du méthane issu de l'industrie porcine. En utilisant un lit filtrant inorganique, il a été possible d'atteindre une capacité d'élimination maximale de 14,5 ± 0.6 g[indice supérieur .]m[indices supérieurs -3.]h[indices supérieurs -1] pour une charge à l'entrée de 38 ± 1 g[indice supérieur .]m[indices supérieurs -3.]h[indices supérieurs -1]. L'efficacité d'enlèvement était relativement stable en fonction de la concentration de méthane et le biofiltre présentait une cinétique de premier ordre. En diminuant la concentration de nitrate dans la solution nutritive, une concentration de 0,1 gN[indice supérieur .]L[indice supérieur -1] s'est avérée suffisante pour assurer l'opération adéquate du biofiltre. De plus, en éliminant tout apport d'azote inorganique, la présence de microorganismes capables de fixer l'azote atmosphérique a été établie. Des bilans de masse sur le carbone et l'azote ont illustré que le carbone accumulé dans le biofiltre était utilisé pour la production de matières de stockage plutôt que pour la synthèse cellulaire. La viabilité de traiter simultanément le méthane et le lisier a été démontrée en utilisant un design innovateur de biofiltre pour éviter l'inhibition de la biodégradation du méthane par le lisier. Quoique généralement moins performant que la biofiltration du méthane seul, ce système a permis d'obtenir une capacité d'élimination de méthane de 18.8 ± 1.0 g[indice supérieur 1]m[indices supérieurs -3.]h[indices supérieurs -1] pour une charge de 46.7 ± 0.9 g[indice supérieur .]m[indices supérieurs -3.]h[indices supérieurs -1]. Des souches pures de champignons ont été utilisées afin d'améliorer la performance, mais aucun effet significatif n'a été observé. Pour le traitement du lisier de porc, des taux d'enlèvement moyens de 67 ± 10 % pour le carbone organique total et de 70 ± 7 % pour l'ammonium ont été obtenus. L'influence de l'alimentation en lisier a été analysée et le mode d'alimentation idéal fut de 6 doses de 50 ml par jour. Des essais à l'échelle pilote effectués directement sur une ferme porcine ont permis de valider les résultats obtenus au laboratoire pour le traitement du méthane dans l'air de ventilation d'un bâtiment d'élevage. Après une phase de démarrage de 30 jours, des efficacités d'épuration jusqu'à 83% ont été observées pour une charge de méthane à l'entrée de 1.6 ± 0.8 g[indice supérieur .]m[indices supérieurs -3.]h[indices supérieurs -1]. Du lisier de porc traité a été testé pour remplacer la solution nutritive synthétique, mais dû à la présence de composés inhibiteurs dans le lisier traité, les résultats obtenus n'étaient pas satisfaisants. Pour le traitement simultané, l'efficacité d'épuration du méthane a seulement diminué de 58 ± 5% a 53 ± 8 % lorsque le lisier a été alimenté au biofiltre. En intégrant les résultats de cette étude aux techniques agricoles modernes, l'industrie porcine pourrait réduire ses émissions de gaz à effet de serre et traiter une partie des nutriments du lisier de porc.

La première partie de ce travail de thèse s'est intéressée à l'impact des régimes alimentaires des porcs sur la quantité de soufre présente dans les déjections. La charge en soufre apportée par chacun des ingrédients qui composent la formulation a été analysée. La rétention et l'excrétion du soufre ingéré par les animaux (porcs) ont été évaluées par une étude in-vivo. Le soufre absorbé par les animaux est faiblement retenu, au-delà des besoins nutritionnels, il est excrété principalement sous la forme de sulfates, par la voie urinaire. La dynamique des sulfates dans le lisier a été évaluée par une simulation de stockage anaérobie, ils sont consommés et transformé en sulfure d'hydrogène, lequel est, soit transféré vers la phase gazeuse, soit stocké dans la phase liquide. La principale voie de production étant la réduction dissimilatrice des sulfates. La deuxième partie de ce travail de thèse est consacrée au devenir du soufre dans les unités de méthanisation agricoles où la production d'hydrogène sulfuré est sous la dépendance des mélanges de co-substrats digérés. Un inventaire des différents substrats utilisables par les unités de méthanisation à la ferme a donc été réalisé. Les teneurs en soufre total ainsi que les potentiels méthanogènes pour chacun de ces substrats ont été déterminés et un potentiel sulfurogène (concentration maximale d'hydrogène sulfuré du biogaz pour un substrat donné) a été défini. Grâce à ces données, un ratio C/S a pu être défini, lequel a permis de classer les différents substrats quant à leur potentialité à produire de l'hydrogène sulfuré. Les algues vertes d'échouage, substrat à faible ratio C/S, ont été testées sur des pilotes de digestion anaérobie en co-digestion avec des lisiers de porcs. Pour ces algues, le faible potentiel de production de biogaz couplé aux fortes teneurs en hydrogène sulfuré du biogaz mesuré avec nos essais limite fortement l'intérêt de leur utilisation dans les filières de méthanisation à la ferme.

Le phosphore est un élément crucial pour la vie sur Terre, de par son implication dans les processus bioénergétiques, le stockage et le traitement de l'information génétique. C'est également l'un des nutriments limitants en agriculture, aux côtés de l'azote et du potassium. Depuis la révolution verte au milieu du 20ième siècle, le monde agricole est dépendant des engrais phosphorés à bas coûts, fabriqués à partir d'une ressource fossile et nécessaires à l'amélioration des rendements des cultures à même de répondre aux besoins en nourriture d'une population en forte croissance. Cependant cette ressource, la roche phosphatée, s'épuise progressivement. De plus, son utilisation est très peu efficiente : moins de 20% du phosphore extrait se retrouve effectivement dans la nourriture consommée. L'une des raisons de cette faible efficience est la spécialisation de régions entières dans des productions agricoles spécifiques. Ainsi, les régions spécialisées dans les cultures à hauts rendements ont besoin de grandes quantités d'engrais minéraux alors que les régions d'élevage intensif ont des excédents de lisier sans terres agricoles suffisamment grandes et proches pour servir de zones d'épandage. L'épandage excessif de lisier en Bretagne est la cause première d'eutrophisation des cours d'eau. Le phosphore contenu dans le lisier porcin pourrait être recyclé sous forme de struvite (MgNH4PO4,6H2O), un engrais phosphaté à dissolution lente, très concentré et facilement transportable vers les régions de cultures végétales nécessitant une fertilisation phosphatée importante. Le phosphore du lisier porcin étant initialement présent sous une forme minérale solide, il est nécessaire de le dissoudre avant de le précipiter en struvite. Parce-que la dissolution par acidification chimique est trop chère et implique un mauvais bilan environnemental, le procédé développé lors de cette thèse utilise l'acidogénèse, un procédé biologique au cours duquel la matière organique est convertie en acides organiques en absence d'oxygène, acidifiant naturellement le lisier porcin. Différents déchets organiques ont été testés en tant que co-substrats dans du lisier porcin brut ou digéré, provoquant une fermentation de type lactique lorsque le co-substrat possédait une forte teneur en glucides facilement biodégradables, et une fermentation avec de nombreux acides organiques produits lorsque la teneur en glucides facilement biodégradables était faible. Il a pu être démontré que la fermentation lactique était le fait de bactéries appartenant au genre Lactobacillus, alors que divers Clostridiales dominaient lors des autres fermentations avec la production d'acétate, propionate, butyrate et valérate. Un réacteur en semi continu alimenté d'un mélange de lisier brut de petit pois et de carottes a permis la dissolution de 50% du phosphore total soit 750 mg-P/L. Après centrifugation, 3.4 g d'hydroxyde de magnésium par litre de surnageant a été ajouté afin d'élever le pH à 8 et ainsi précipiter la struvite. 99% du phosphore dissous a alors été abattu. Le solide obtenu contenait 70% de struvite, un léger excès de phosphore et de magnésium, ainsi que de la matière organique. L'acidogénèse permet l'hydrolyse de la matière organique complexe et la formation d'acides organiques. De ce fait, ce procédé de recyclage du phosphore contenu dans le lisier porcin pourrait être implémenté dans les nombreuses unités de méthanisation présentes en Bretagne et qui traitent des effluents animaux ainsi que des déchets organiques d'origine agricole, industrielle et municipale. La struvite obtenue pourrait être vendue dans les régions ayant besoin de fertilisation phosphatée alors que la matière organique du digestat pourrait être maintenue en Bretagne. Un tel procédé réduirait significativement l'eutrophisation due à l'épandage excessif du lisier tout en diminuant les besoins en fertilisants minéraux fossiles grâce à une source alternative aux performances fertilisantes équivalentes. / Phosphorus is a crucial nutrient for life, implicated in cellular bioenergetics as well as storage and processing of genetic information. It is also one of the limiting nutrients in agriculture with nitrogen and potassium. Since the green revolution in the middle of the 20th century, agriculture has relied on increasing amounts of cheap mineral P-fertilizers produced from a fossil resource to improve crop yields and sustain population growth. However, the resource is depleting and its use efficiency is poor: less than 20% of extracted P is actually consumed in food. One of the reasons for this is the specialization of entire regions into on type of agricultural production or another. Thus, regions focusing on high yield crops require large applications of fossil mineral fertilizers while intensive livestock breeding areas cannot find an output for their P-rich manure due to the distance with crop fields in need of P fertilization. Over application of animal manure in Brittany is the main cause of eutrophication in the region. Phosphorus could be recovered from pig manure as struvite, a concentrated, slow-release mineral fertilizer easily transported to crop-oriented regions in need of P fertilization. P in pig slurry is mostly under a solid inorganic form, requiring dissolution prior to precipitation as struvite. Because chemical acidification is too expensive and harmful to the environment, the process developed in this PhD relied on acidogenesis, a biological process in which organic matter is converted to organic acids under anaerobic conditions, thus naturally acidifying the swine slurry. Various organic wastes were tested as organic co-substrates on raw and digested pig slurry, leading to lactic acid fermentation when the co-substrate had a high content in easily biodegradable carbohydrates and a fermentation with diverse organic acids produced at low content in easily biodegradable carbohydrates. Lactobacillus was the genus responsible for lactic acid fermentation and various Clostridiales dominated otherwise, producing acetate, propionate, butyrate and valerate. A reactor was operated with semi-continuous feeding of raw swine slurry and carrot/pea, leading to the dissolution of 50% total-phosphorus or 750 mg-P/L. After centrifugation, struvite was precipitated in the supernatant by adding magnesium hydroxide to increase the pH to 8. 99% of dissolved P precipitated. The solid recovered contained 70% of struvite, a slight excess of P and Mg as well as organic matter. Because hydrolysis of organic matter and production of organic acids occurs during acidogenesis, the process could be implemented in the many anaerobic digestion units installed in Brittany treating animal manure and agricultural, industrial and municipal organic waste. The struvite recovered could be sold to regions in need while the digestate impoverished in P and rich in organic matter could be kept locally. Such process would reduce eutrophication due to over application of pig manure and also reduce the reliance on fossil P fertilizer by offering an alternative source with equivalent fertilizing performances.

Le but de cette étude est de mieux comprendre l’effet d’une fertilisation en lisier de porc sur la productivité d’une plantation de saule tout en évaluant les risques d’impact négatif sur l’environnement. Nous avons évalué la réponse des plants à des quantités croissantes de lisiers en plus de la comparer à celle d’une fertilisation minérale. Nous avons aussi vérifié l’impact du lisier sur les teneurs nutritionnelles du sol ainsi que sur les concentrations en nitrates et phosphore de la solution du sol. Bien que l’azote du lisier soit moins efficace que celui des engrais minéraux, les résultats de notre étude montrent que le lisier est un bon engrais pour les plantations de saules. En effet, les rendements sur deux ans des parcelles ayant reçu les quantités croissantes de lisier étaient de l’ordre de 30,3 à 32,9 t/ha. Nous avons observé l’augmentation des teneurs en nitrate, cuivre et zinc dans le sol en fonction des apports croissants de lisier. Ces teneurs ont d’ailleurs diminué lors de la deuxième saison de croissance, ce qui pourrait être dû au prélèvement par les saules. Les concentrations printanières des eaux de lysimètres indiquent que la quantité maximale de lisier telle que testée lors de nos essais comporte un certain facteur de risque de lessivage des nitrates. Nous n’avons pas analysé la solution du sol des parcelles fertilisées avec des quantités plus faibles de lisier, mais nous pouvons croire qu’elles auraient induit des concentrations en nitrate comportant moins de risque de lessivage tout en assurant une productivité considérable. / The aim of this study is to investigate the effect of the use of pig slurry as fertilizer on the productivity of a willow plantation, while evaluating the risk of a negative impact on the environment. We evaluated plant response to increasing slurry amounts and compared this response to the effect of mineral fertilization. We also verified the impact of slurry on soil nutritional content as well as on nitrate and phosphorus concentrations in the soil. Although slurry nitrogen was less efficient than mineral fertilizer, the results of our study show that slurry constitutes an effective fertilizer for willow plantations. In fact, yields over two years on plots that received increasing amounts of slurry were on the order of 30.0 to 32.9 t/ha. We observed an increase in soil levels of nitrates, copper and zinc as a function of increasing slurry amounts. These levels actually decreased during the second growing season, possibly due to uptake by the willows. Springtime concentrations of water in lysimeters indicated that the maximum amount of slurry tested in our experiments was accompanied by a certain risk of nitrates leaching into the soil. We did not analyze the soil solution of plots fertilized with lower amounts of slurry, but it seems likely that these nitrate concentrations would have had a lower risk of leaching while still ensuring considerable productivity.

Le sol est un réacteur biogéochimique où les cycles du carbone, de l'azote et la dynamique des métaux sont étroitement liés. les sols hydromorphes sont le siège de processus très particuliers. En effet, lorsqu'ils sont saturés en eau, la microflore consomme l'oxygène dissous, puis réduit les nitrates et les oxydes de fer. les micropolluants cuivre et zinc, associés à ces oxydes sont alors susceptibles d'être mobilisés. Cette étude a été réalisée en Bretagne, dans une région d'agriculture intensive, dans une zone humide, à l'interface d'un versant intensément cultivé et d'un cours d'eau. le suivi simultané de la dynamique du Fe(II), du carbone organique dissous, des nitrates,et des micropolluànts métalliques Cu et Zn permet de mettre en évidence : le bruit de fond géochimique, l'impact des épandages, la dynamique saisonnière du sol en fonction des conditions de saturation et d'oxydation, particulièrement suivant que le milieu est en conditions aérobies ou anaérobies. Des méthodes d'échantillonnage et d'analyse ont été développées afin de préserver au maximum les caractéristiques de la solution du sol. les résultats montrent qu'il existe une dynamique temporelle constituée de plusieurs cycles de réduction/réoxydation et que saturation en eau n'est pas synonyme de milieu réducteur. la réalisation de conditions réductrices dépend de la recharge en oxygène dissous par les pluies. On n'observe pas d'effet limitant de la température sur la réduction du milieu. les épandages apportent du carbone organique soluble de tous poids moléculaires et des métaux Cu, Zn. Un processus de chromatographie sépare le long du versant les différents composés. En conditions anaérobies, la microflore reste active et semble même stimulée par l'apport de matière organique facilement biodégradable du lisier. la dénitrification s'observe lorsque la zone humide passe pour la première fois en conditions anoxiques à la fin de la période sèche. Mais lors des cycles d'oxydation/réduction ultérieurs, on observe la coexistence de Fe(ll) et de nitrates en solution. le Fe(lI) est alors contrôlé par l'équilibre avec un hydroxyde mixte de Fe(lI) et de Fe(III), qui est situé plus haut dans l'échelle de réduction que le couple nitrate/nitrite. Il peut donc exister un facteur d'ordre biogéochimique limitant la dénitrification. les micropolluants métalliques cuivre et zinc sont mobilisés dans le paysage lors de la réduction des oxydes de fer et peuvent migrer vers le réseau hydrographique.

Le but de cette étude est de mieux comprendre l’effet d’une fertilisation en lisier de porc sur la productivité d’une plantation de saule tout en évaluant les risques d’impact négatif sur l’environnement. Nous avons évalué la réponse des plants à des quantités croissantes de lisiers en plus de la comparer à celle d’une fertilisation minérale. Nous avons aussi vérifié l’impact du lisier sur les teneurs nutritionnelles du sol ainsi que sur les concentrations en nitrates et phosphore de la solution du sol. Bien que l’azote du lisier soit moins efficace que celui des engrais minéraux, les résultats de notre étude montrent que le lisier est un bon engrais pour les plantations de saules. En effet, les rendements sur deux ans des parcelles ayant reçu les quantités croissantes de lisier étaient de l’ordre de 30,3 à 32,9 t/ha. Nous avons observé l’augmentation des teneurs en nitrate, cuivre et zinc dans le sol en fonction des apports croissants de lisier. Ces teneurs ont d’ailleurs diminué lors de la deuxième saison de croissance, ce qui pourrait être dû au prélèvement par les saules. Les concentrations printanières des eaux de lysimètres indiquent que la quantité maximale de lisier telle que testée lors de nos essais comporte un certain facteur de risque de lessivage des nitrates. Nous n’avons pas analysé la solution du sol des parcelles fertilisées avec des quantités plus faibles de lisier, mais nous pouvons croire qu’elles auraient induit des concentrations en nitrate comportant moins de risque de lessivage tout en assurant une productivité considérable. / The aim of this study is to investigate the effect of the use of pig slurry as fertilizer on the productivity of a willow plantation, while evaluating the risk of a negative impact on the environment. We evaluated plant response to increasing slurry amounts and compared this response to the effect of mineral fertilization. We also verified the impact of slurry on soil nutritional content as well as on nitrate and phosphorus concentrations in the soil. Although slurry nitrogen was less efficient than mineral fertilizer, the results of our study show that slurry constitutes an effective fertilizer for willow plantations. In fact, yields over two years on plots that received increasing amounts of slurry were on the order of 30.0 to 32.9 t/ha. We observed an increase in soil levels of nitrates, copper and zinc as a function of increasing slurry amounts. These levels actually decreased during the second growing season, possibly due to uptake by the willows. Springtime concentrations of water in lysimeters indicated that the maximum amount of slurry tested in our experiments was accompanied by a certain risk of nitrates leaching into the soil. We did not analyze the soil solution of plots fertilized with lower amounts of slurry, but it seems likely that these nitrate concentrations would have had a lower risk of leaching while still ensuring considerable productivity.