Optimisation des stratégies alimentaires des porcs en vue de la maîtrise des émissions gazeuses (NH3 et CH4) via l’incorporation de coproduits des biocarburants
Résumé
The price increase of cereals, the shortfall in plant protein production and the increasingly strong environmental pressure relating to livestock wastes, together constitute a new situation which could be favourable to the use of new animal feed ingredients such as the biofuel by‐products. This could affect the growth performance of animals as well as the composition of their excreta, since such byproducts are known for their lower digestibility of energy, organic matter and protein. The first objective of this thesis was thus to evaluate the impact of pig diets that included certain by‐products (wheat dried distiller's grain with solubles (DDGS), sugar beet pulp, rapeseed meal) on the total N and C excreted and on the subsequent level of atmospheric pollutants (NH3 and CH4) emitted from the waste during storage or anaerobic treatment. The second objective was a better understanding of the processes involved and those factors influencing the emissions regarding animal feeding and effluent management strategies (separation of phase, fresh slurry, and stored slurry). The diets tested were given to pigs housed in metabolic cages (exp. 1, 2 and 3) which allowed separate collection of urine and faeces. The ammonia emissions from the effluents (urine and/or slurry) were measured over 16 days in the laboratory using a volatilization test rig (exp. 1 and 3). The production of methane was measured (a) from batch assays over a period of 100 days to enable the determination of the ultimate methane potential (B0) and for storage simulations (exp. 1 and 3), and (b) from a continuous anaerobic digester with 38 days average retention time (exp. 3). The incorporation of by‐products in animal diets reduced the digestibility of organic matter, of nitrogen, of carbon and of energy. The same diet change increased the amount of faeces excreted per pig per day and shifted the partition of nitrogen excreted from urine to faeces. The pH of the faeces and of the slurry decreased, concurrent with an increase in the volatile fatty acid (VFA) content and a reduction of the ammoniacal N. The inclusion of by‐products reduced the ammonia volatilization from the stored waste by between 19 and 33%. The B0 for the effluent produced tended to decrease for the diets rich in fibre, especially in the case of certain types of DDGS (‐10%), but the quantity of methane produced by pig was greatly increased (+50 to 66%), due to the increased amount of organic matter excreted per pig per day. The effluent management, as well as the feeding strategies (in terms of protein or fibre content) affected the dynamics of methane production during manure storage. These results made it possible to calculate the methane conversion factors (MCFs) representing the part of B0 actually produced during storage. The MCF values are lower for the diets rich in protein and greater for the diets rich in fibre. The results of this thesis show clearly that the addition of by‐products in feed regimes decreased ammonia volatilization but increased methane production. In conclusion, the composition of animal feed and its effect on the amount and the characteristics of the wastes produced should be better taken into account as part of the optimization of the slurry management, in order to minimize unwanted methane and ammonia emissions.
L'augmentation du prix des céréales, le déficit en protéines végétales et la pression environnementale de plus en plus forte qui impose de limiter les rejets animaux constituent un contexte nouveau qui pourrait être favorable à l'utilisation de nouvelles matières premières comme les co‐produits des biocarburants. Ceci pourrait affecter les performances des animaux mais aussi la composition de leurs déjections, puisque ces coproduits sont connus pour leur moindre digestibilité de l'énergie, de la matière organique et des protéines. Dans ce contexte, le premier objectif de la thèse était d'évaluer chez le porc l'impact de régimes enrichis en co‐produits (drêches de blé, pulpe de betterave, tourteau de colza) sur le bilan global des éléments excrétés (N et C) et sur le niveau de polluants atmosphériques (NH3 et CH4) émis au cours du stockage ou du traitement par méthanisation des effluents. Le second objectif était de contribuer à une meilleure connaissance des processus responsables et des facteurs influençant les émissions en fonction de l'alimentation et du mode de gestion des effluents (séparation de phase, lisiers frais, lisiers stockés). Les aliments testés étaient distribués à des porcs placés en cage de digestibilité (expé. 1, 2 et 3) de manière à collecter séparément urine et fèces. Les émissions d'ammoniac des effluents (urine et/ou lisier) étaient mesurées au laboratoire sur un banc de volatilisation sur une durée de 16 jours (expé. 1 et 3). La production de méthane était mesurée dans des essais de type "batch", pour la détermination du potentiel maximal de production de méthane (B0) et pour des simulations de stockage (expé. 1 et 3), et dans un digesteur pilote en continu sur une durée de 38 jours (expé. 3). 'incorporation de coproduits s'accompagne d'une diminution de la digestibilité de la matière organique, de l'azote, du carbone et de l'énergie. Ceci s'accompagne d'une forte augmentation de la quantité de fèces excrétées par porc et par jour et d'une réorientation de l'excrétion de l'azote vers les fèces au détriment de l'urine. Le pH des fèces et des lisiers est diminué, conjointement à l'accroissement de la teneur en acides gras volatils (AGV) et à la réduction de la teneur en N ammoniacal. L'incorporation des co‐produits s'accompagne d'une réduction importante de la volatilisation d'ammoniac de 19 à 33%. Le potentiel maximum d'émissions de méthane par kg MO tend à diminuer pour les régimes enrichis en fibres, surtout dans le cas de certains types de drêches (‐10%), mais la quantité de méthane produit par porc est fortement augmentée (+50 à 66%), compte tenu de l'augmentation de la quantité de MO excrétée. Le mode de gestion des effluents ainsi que le type de régime (teneur en protéines ou en fibres) affectent la dynamique de production de méthane lors du stockage. Ces résultats ont permis de calculer les facteurs de conversion en méthane (FCM) représentant la part de B0 réellement produite lors du stockage. Les valeurs de FCM sont plus faibles pour les régimes riches en protéines et plus fortes pour les régimes riches en fibres. Les résultats de cette thèse indiquent clairement que l'ajout de co‐produits dans l'alimentation permet de diminuer la volatilisation de l'ammoniac mais augmente la production de méthane. La composition des aliments et son effet sur la quantité et les caractéristiques des effluents devrait donc être mieux prise en compte dans le cadre de l'optimisation des filières de collecte et de traitement des effluents, afin de minimiser les émissions non contrôlées d'ammoniac et de méthane.