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Copper and zinc are heavy metals that may have short- or long-term environmental risk for agricultural soils on which pig manure is spread. Copper and zinc are essential for pigs and farm performance, and they are added as supplements to the feed. Because of their low retention rate by animals, however, most of the amounts ingested are excreted in manure. Moreover, they are limited natural mineral resources. It is thus essential to characterize their flows better through the continuum of feed - manure - treatment - soils to manage their use better. A literature review of these flows indicates that adapting pig feed is the main mechanism available to decrease the release of copper and zinc into the environment. European Union regulations set maximum dietary concentrations of copper and zinc (e.g. 25 and 120 mg.kg-1 DM for fattening pigs, respectively). Treating farm waste is another way to derive added value from these wastes and better control the transfer of copper and zinc to soils, by concentrating these elements in products that can be exported from pig farms to regions that need them. Thus, improved knowledge of their distribution through the production chain is necessary to manage their fate and evaluate their environmental risks better. To go even further in managing and reducing environmental risk, more research is thus needed to refine feeding strategies that include copper and zinc, while maintaining animal performance and health and considering strategies of manure management and treatment, as part of the circular bioeconomy., Le cuivre et le zinc sont des éléments-traces métalliques (ETM) qui peuvent présenter à plus ou moins long terme un risque environnemental pour les sols agricoles sur lesquels sont valorisées les déjections porcines. Le cuivre et le zinc sont essentiels pour la croissance et la santé des porcs en élevage, ils sont donc ajoutés dans l’aliment sous forme de supplémentation. Cependant, du fait de leur faible taux de rétention par le porc, ils se retrouvent très majoritairement excrétés dans les déjections. De plus, ce sont des ressources minérales naturelles limitées. Il est alors essentiel de caractériser leurs flux tout au long du continuum aliments-déjections-traitements-sols afin de maîtriser au mieux leur utilisation. Un état des lieux des connaissances existantes sur ces flux montre que l’alimentation est le principal levier pour limiter les rejets de cuivre et de zinc vers l’environnement. La réglementation européenne fixe actuellement des teneurs limites des aliments en cuivre et en zinc (e.g. pour un porc en engraissement 25 et 120 mg.kg-1 MS respectivement). Le traitement des déjections est un second levier pour optimiser la valorisation de ces effluents d’élevage et mieux gérer la redistribution du cuivre et du zinc sur les sols, en les concentrant dans certains produits plus facilement exportables vers des zones en déficit. Une meilleure connaissance de leur spéciation tout au long de la filière est aussi nécessaire pour mieux maîtriser leur devenir et préciser les risques pour l’environnement. Pour aller encore plus loin dans la maîtrise et la réduction du risque environnemental, des recherches restent nécessaires pour affiner les stratégies d’apport dans les aliments, tout en conservant les performances et la santé des animaux et en prenant en compte les différentes modalités de gestion des effluents dans le cadre d’une bioéconomie circulaire.

Le poste alimentaire représente 65 à 95% des impacts environnementaux des élevages de porcs. Formuler des aliments à moindres impacts (écoaliments) semble être une solution innovante pour améliorer la durabilité des systèmes agricoles. Les écoaliments ainsi formulés diffèrent des aliments classiques par une forte proportion de co-produits et de certains protéagineux avec comme conséquence une teneur en fibres plus importante dans ces régimes. Cette teneur en fibres peut modifier la digestibilité des nutriments, les voies d’excrétion de l’azote et du carbone, et donc les émissions gazeuses associées aux effluents. Ces modifications dépendent de la composition de l’aliment mais peuvent aussi être liées au fonctionnement du gros intestin et du microbiote qu’il héberge. De plus, le microbiote va produire des métabolites fermentaires comme le méthane et les acides gras volatils (AGV) pouvant impacter directement ou indirectement l’environnement. Les AGV produits peuvent ainsi modifier le pH des excréta et par conséquent, les émissions gazeuses en particulier celles d’ammoniac. Notre travail s’inscrit dans le prolongement du projet Ecoaliments et Elevage (ECOAE) dont l’objectif était de tester, en condition de terrain, des stratégies alimentaires permettant de réduire l’impact environnemental de l’alimentation des porcs. Dans le présent projet, les questions posées sont les suivantes : dans quelle mesure la composition de l’écoaliment et plus particulièrement sa part de fibres affecte la composition et le métabolisme du microbiote et quelles sont les conséquences sur la composition des effluents et les émissions gazeuses associées ? Nous avons testé deux stratégies alimentaires sur des porcs en croissance (n=6 porcs de 35kg) : un aliment « témoin » représentatif d’un aliment actuellement utilisé sur le terrain et un « écoaliment » formulé avec l’approche multiobjectif (formulation EcoAlim). Les porcs ont reçu l’un des deux aliments expérimentaux pendant 4 semaines (dont deux semaines d’adaptation au dispositif expérimental). Nous avons mesuré les émissions gazeuses à l’échelle de l’animal (CH4, NH3, N2O) en chambre respiratoire pendant 7 jours. Les effluents ont été collectés pendant 7 jours puis caractérisés : matière sèche, matière organique, azote, carbone, demande chimique en oxygène, AGV. En parallèle, des prélèvements de fèces ont été réalisés sur les porcs pendant les 4 semaines d’expérimentation pour analyser la composition du microbiote et son évolution dans le temps. En chambre respiratoire, nous n’avons pas observé de différence significative en terme d’émissions gazeuses (CH4, NH3, N2O) entre les deux régimes expérimentaux. La composition du microbiote des porcs a évolué dans le temps. Dans les prélèvements de fèces effectués au début de l’essai, nous retrouvons les Firmicutes en majorité (60 à 80%) puis les Bacteroidetes (20 à 30%), en accord avec la littérature. Dans les prélèvements effectués à 4 semaines, nous observons une baisse des Firmicutes et une augmentation des Bacteroidetes et Spirochaetes. Ces évolutions ne sont pas différentes en fonction du régime alimentaire reçu concernant les Phylums. Il nous reste à analyser l’évolution des populations au sein de chaque Phylum. Les quantités de matière sèche et de matière organique excrétées par les porcs étaient significativement plus importantes chez ceux recevant l’écoaliment. Cela pourrait contribuer, selon les modalités de gestion du lisier, à des pertes potentielles de méthane plus élevées pendant le stockage ou à une production d'énergie accrue pendant la digestion anaérobie, avec des effets contrastés sur l'impact environnemental. Les mesures sur les émissions gazeuses associées au stockage des effluents (CH4, NH3, N2O) sont en cours de traitement. Une fois ces résultats obtenus, nous pourrons rechercher les corrélations entre la composition des aliments, la composition du microbiote de l’animal et son évolution, la composition des effluents et les émissions gazeuses associées aux effluents.

International audience

International audience; Anammox-based treatment of anaerobically digested sewage sludge dewatering centrate: from inoculum enrichment and culture to process configurations and emissions.

Le GIS APIVALE est construit sur la base des principes de l’agro-écologie et de l’écologie industrielle, deux disciplines qui s’inspirent du fonctionnement des processus écologiques. L’objectif d’APIVALE est de fédérer les compétences et de renforcer les moyens pour une vision renouvelée et plus systémique de la valorisation des effluents organiques sur les territoires.

National audience; Importance du recyclage des éléments dans l'efficience environnementale des systèmes d'élevage

International audience; Livestock waste has a lot of influence on nitrogen contamination in public water body, in Japan, because it is produced as much as 20% of the total amount of industrial waste generated in the country. Commonly, liquid fractions that was produced by solid-liquid fraction of livestock waste, is treated by activated sludge process and then discharged to public water body. According to government sources, 61% of such swine wastewater is aerobically treated. An activated sludge model (ASM)-type model considering BOD and N removal was implemented including nitrite as intermediate, free ammonia and free nitrous acid as potential inhibitors and temperature as process parameter during swine wastewater treatment. Aeration condition is a key factor on nitrogen removal in the activated sludge process. Therefore, simulations were performed with focusing on aeration conditions: continuous and intermittent aeration with various aeration intensity; influent swine wastewater BOD/N ratio of 2, 3 and 4. In the continuous aeration condition, when DO was low, N was mainly removed through the nitrite short cut in simultaneous nitrification-denitrification. In intermittent aeration condition, N was removed at broader DO conditions during aeration than previously assessed for continuous aeration. However, electrical energy consumption to achieve satisfactory N removal was almost same between two aeration conditions. When the BOD/N ratio was set at 4, achieving satisfactory N removal was easier than BOD/N ratio of 3, and 2, at both conditions. When the BOD/N ratio was set at 2, critical DO control was required to achieve satisfactory N removal, therefore in such case, adding post-treatment for nitrogen removal like anammox process, after the activated sludge process would be practical.

International audience; An ASM-type model considering BOD and N removal was implemented including nitrite as intermediate, free ammonia and free nitrous acid as potential inhibitors and temperature as process parameter during swine wastewater treatment. Simulations were performed at various conditions: continuous and intermittent aeration; influent swine wastewater BOD/N ratio of 2, 3 and 4. Under continuous aeration and low DO, N was mainly removed through the nitrite short cut in simultaneous nitrification-denitrification. Under intermittent aeration, N was removed at broader DO conditions during aeration than previously assessed for continuous aeration. In both aeration conditions, critical DO control was required to achieve satisfactory N removal, particularly when the BOD/N ratio of the wastewater was set at 2. This study assesses those conditions needed to meet the N effluent standards in AS swine wastewater treatment plants, and to identify those cases when post-treatment will be needed.