L épandage des boues d épuration sur prairies en élevage laitier. Guide pratique

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1 L épandage des boues d épuration sur prairies en élevage laitier Guide pratique

2 cette brochure a été rédigée par l (Jean-Baptiste dollé, Fatah Bendali, Valérie david, Philippe dumonthier, André Le Gall, Jacques Lucbert, Sabrina Raynaud), en partenariat avec le cniel (Sabine Picard et Nadine Ballot) et les professionnels de la FNcL, la FNIL et la FNPL. Nous remercions également les membres de la commission environnement du cniel pour leur contribution à cet ouvrage. Collection : Synthèse Conception graphique : Bêta Pictoris Mise en page, illustrations : Frédéric croix Crédits photos : ets Pichon (couverture),, d.r. Dépôt légal : 1 er trimestre 2010 Tous droits réservés à l'institut de l'élevage 149, rue de Bercy Paris cedex 12 Réf ISSN ISBN

3 Sommaire Introduction 4 1/Les différents types de boues 5 L origine et le devenir des boues en France 5 La gestion des boues à l étranger 5 Les catégories de boues selon les systèmes d épuration des eaux usées utilisés 6 Le traitement des boues 6 La désignation des différents types de boues 6 2/Le contexte réglementaire 8 Les modalités techniques fixées par la réglementation 8 Le fonds de garantie épandage des boues 11 3/Analyse des risques pour chacun des dangers 13 Les éléments traces métalliques (ETM) 13 Les composés traces organiques (CTO) 15 Les organismes pathogènes 18 Analyse d autres sources de risque liées aux pratiques de l éleveur sur les surfaces agricoles 23 4/Recommandations techniques pour l épandage d effluents sur prairies 25 Recommandations relatives aux effluents épandables sur prairies 25 Recommandations relatives aux modalités de gestion 26 Conclusion 29 1

4 Introduction Les stations d épuration collectives françaises produisent tonnes de matière sèche de boues auxquelles s ajoutent les boues provenant des stations d épuration du secteur industriel. L élimination par épandage sur les terres agricoles concerne 60 % des boues produites, la mise en décharge 20 % et l incinération 20 %. L épandage agricole des boues est une pratique ancienne réglementée par la législation française et européenne. Considérés comme une pratique économique et écologique, les épandages de boues couvrent au maximum 2 % de la SAU. Économiquement intéressante pour la collectivité, cette filière permet la restitution au sol de matières fertilisantes. Néanmoins, les boues issues du traitement des effluents urbains et industriels concentrent un certain nombre de contaminants (éléments traces métalliques, composés traces organiques et pathogènes) qui peuvent en cas d accumulation poser problème. Aussi l utilisation des boues, bien qu encadrée par un contexte législatif, suscite parfois quelques interrogations liées aux risques potentiels sanitaires et environnementaux. C est dans ce cadre que l interprofession laitière a confié à l une expertise sur l épandage des boues dans toutes les zones de production laitière en lien avec les objectifs de qualité du lait. L objet de ce travail n est pas de remettre en cause la valorisation agronomique des boues mais d en préciser les modalités techniques lors d un épandage en élevage laitier et plus précisément sur prairie. Les résultats ont permis aussi de proposer des recommandations techniques pour chercher à répondre aux interrogations des éleveurs, des industriels laitiers, des techniciens,... Après un rappel des principaux éléments du contexte (types de boues, réglementation, ), ce guide pratique présente les résultats des investigations conduites sur : l analyse des risques sanitaires et environnementaux, les recommandations techniques de l épandage des boues d épuration sur prairies en élevage laitier. 3

5 Première partie/ Les différents types de boues L origine et le devenir des boues en France Les boues produites en France sont à comparer aux productions des autres déchets. Le volume de boues urbaines et industrielles augmente depuis quelques années, du fait de la meilleure efficacité d épuration des eaux usées et de l augmentation de l assainissement collectif. STEPurbaineàbouesactivées. Le flux d engrais de ferme (ensemble des déjections animales) est 13 fois plus élevé que la production de boues urbaines cumulée à la production de boues industrielles. Il représente t/an de matière sèche. Rappelons que la terminologie de "déchet" ne convient pas aux déjections animales valorisées à plus de 95 % au sein des exploitations. Tableau 1/Productiondedéchets(ent/an)enFranceen2001 Type de déchets Matière fraîche Matière sèche Déchets de table Déchets verts Boues urbaines Boues de l industrie du sucre Boues de l industrie du papier Boues de l industrie laitière * Boues de l industrie de la viande Boues de l industrie chimique *Boueà4 %desiccité. Source :ADEME,2006&SMATI,2002 En France, il existe trois filières d élimination des boues d épuration urbaines : 20 % des boues urbaines sont mises en décharge, 20 % sont incinérées et 60 % font l objet d un retour au sol. Ces proportions sont variables d une région à l autre et d une année sur l autre. Les industries privilégient également la filière d épandage pour l élimination de leurs boues : en moyenne 63 % des boues industrielles sont épandues. Tableau 2/ Tonnage(entMS/an)debouesurbaines etindustriellesproduitesetépanduesen2002 Lesdéjectionsbovinessontstockées etvaloriséessurlesexploitations. Production de boues Quantité épandue Boues urbaines Boues industrielles Environ Environ Source :ADEME,2006 5

6 L épandage des boues d épuration sur prairies en élevage laitier La gestion des boues à l étranger Pour l épandage agricole des boues, les États- Unis, la France, le Danemark, le Luxembourg et la Belgique wallonne se situent dans la fourchette haute (entre 55 et 70 % de boues d épuration épandues, 90 % en Belgique wallonne). À l inverse, la part de l épandage est inférieure à 20 % dans des pays comme l Italie, la Grèce, le Portugal, la Belgique flamande ou les Pays-Bas. Enfin, d autres pays comme la Suisse ont supprimé l épandage des boues et ont retenu l incinération de toutes les boues produites. Les catégories de boues selon les systèmes d épuration des eaux usées utilisés Selon le type de traitement des eaux usées, une STEP (STation d EPuration) peut produire trois grandes catégories de boues (ADEME, 2001) : > les boues primaires produites par simple décantation des Matières En Suspension (MES) contenues dans les eaux usées. 70 % des MES peuvent ainsi être retenues. > les boues physico-chimiques dont les MES sont agglomérées par addition d un réactif coagulant. 90 % des MES peuvent ainsi être captées. Le traitement des boues Quel que soit le mode d'épuration des eaux usées, les boues sont constituées d eau (99 %), de matières organiques fraîches très fermentescibles et de matières minérales dissoutes ou insolubles. Selon l utilisation qui doit en être faite, des traitements complémentaires leur sont appliqués. On distingue trois grands types de traitements : des traitements de stabilisation dont l objectif est de réduire la fermentescibilité des boues pour atténuer ou supprimer les mauvaises odeurs. Les traitements sont de type biologique (aérobie ou anaérobie, compostage), chimique, thermique ; des traitements de réduction de la teneur en eau des boues visant à diminuer la quantité de boues à stocker et à épandre ou visant à améliorer leurs caractéristiques physiques (tenue en tas notamment) ; des traitements d hygiénisation qui visent à détruire les microorganismes pathogènes. Les procédés d hygiénisation des boues ne s imposent que dans certains contextes d utilisation agronomique : la plupart des boues épandues en France ne sont pas hygiénisées. Le traitement d hygiénisation est défini précisément au niveau français et européen (voir chapitre II). Plusieurs techniques permettent la mise en œuvre de ces différents niveaux de traitement (Tableau 3). Les procédés les plus rencontrés concernent le compostage, le chaulage et l épaississement. > les boues biologiques essentiellement formées par les résidus de bactéries «cultivées» dans les ouvrages d épuration par voie aérobie ou anaérobie. Tableau 3/ Lesmodesdetraitementdesboues. Traitements Objectifs de traitement Stabilisation Réduction de la teneur en eau Hygiénisation Compostage X X Chaulage X X Séchage thermique X X X Épaississement Déshydratation X X Pasteurisation X Lecompostageassureunestabilisationet unehygiénisationdesboues. Digestion anaérobie thermophile X X 6

7 1/ Les différents types de boues La désignation des différents types de boues L'appellation des différents types de boues résulte de la combinaison de plusieurs critères : nature de l'effluent (urbain, laiterie, abattoir, papeterie, etc.), caractéristique du traitement des eaux (primaire, physico-chimique, biologique), procédé de stabilisation (aérobie, anaérobie, chaulage, compostage), état physique des boues (liquide, pâteux, solide, pulvérulent, granulé), type de matériel de déshydratation (filtrepresse, centrifugeuse, table d'égouttage, etc.). L'ensemble des combinaisons possibles montre qu'il existe en théorie un grand nombre de types de boues. Toutefois, en résumant les situations les plus fréquemment rencontrées en station d épuration urbaine en France, les principaux types de boues proposés au recyclage en agriculture se limitent aux six types présentés dans le tableau 4. Tableau 4/ Lesdifférentstypesdebouesproduitsparles stationsd épurationurbaines Type de boues produit Proportion des boues générées en France (en % MS) Boues liquides 13 Boues pâteuses non chaulées Boues solides non chaulées Boues chaulées solides ou pâteuses Type de station d épuration Petites STEP rurales et péri-urbaines (environ 80 % du parc français) 35 STEP moyennes 15 Grandes STEP 30 Boues séchées 2 Boues compostées 5 STEP moyennes et grandes (200 STEP soit 2 % du parc français en 2001) Grandes STEP (une quinzaine de STEP en France en 2001) STEP moyennes et grandes (environ 30 STEP en France en 2001) Source :INERIS,2005 Les boues industrielles peuvent être également traitées, mais pas obligatoirement. Ainsi, les boues de laiterie peuvent être brutes ou subir un épaississement sur table d égouttage ou une déshydratation par centrifugation ou filtre-presse (SMATI, 2004 ; INERIS, 2005). Certaines boues de laiterie, provenant de sites de grande taille, sont également chaulées ou compostées (SMATI, 2004). Pour traiter des recommandations techniques intéressant la filière laitière, nous distinguerons dans la suite du document trois grandes familles de boues : Latabled égouttagepermetunépaississement desboues. les boues de laiterie, les boues urbaines non hygiénisées, les boues urbaines hygiénisées. Ces trois grandes familles de boues représentent environ 50 % des boues produites en France. 7

8 Deuxième partie/ Le contexte réglementaire Du fait de la présence de contaminants chimiques et métalliques et éventuellement d organismes pathogènes dans les boues de stations urbaines et industrielles, les précautions prises vis-à-vis des pratiques d épandage, pour garantir la santé des animaux, la sécurité alimentaire et le maintien des fonctions agronomiques des sols, sont encadrées réglementairement au plan national et européen. Le cadre légal précisant les modalités de valorisation des boues est fixé principalement dans les règlements suivants : la directive européenne du Conseil n 86/278 du 12 juin 1986 relative à la protection de l environnement et notamment des sols lors de l utilisation des boues d épuration en agriculture, la loi sur l eau n 92-3 du 3 janvier 1992, le Code de l environnement Livre II Art. R à R : Épandage des boues issues du traitement des eaux usées, l arrêté du 22 novembre 1993 relatif au Code de bonnes pratiques agricoles, l arrêté du 8 janvier 1998 fixant les prescriptions techniques applicables aux épandages de boues sur les sols agricoles, la section IV de l arrêté du 2 février 1998 relatif aux prélèvements et à la consommation d eau ainsi qu aux émissions de toute nature des installations classées pour la protection de l environnement soumises à autorisation (JO du 3 mars 1998), la circulaire DE/GE n 357 du 16 mars 1999 relative à l épandage des boues de STEP, le décret n du 18 mai 2009 relatif à l indemnisation des risques liés à l épandage agricole des boues d épuration urbaines ou industrielles. Les modalités techniques fixées par la réglementation Les modalités techniques fixées par la réglementation et applicables aux épandages de boues sur les sols agricoles concernent notamment : - l aptitude des sols à l épandage de boues, - les périodes et les doses d apport, - l aptitude des boues à l épandage, - les modalités d épandage, - les délais à respecter après épandage. L aptitude des sols à l épandage de boues Elle est caractérisée au travers de la teneur du sol en ETM (Éléments Traces Métalliques) et de sa capacité d absorption. Ainsi les boues d épuration ne peuvent être épandues sur les sols dont les teneurs en ETM dépassent l une des valeurs limites (Tableau 5). Tableau 5/ TeneurslimitesdanslessolsenETM Contaminants Teneurs limites dans les sols (mg/kg MS) Cadmium 2 Chrome 150 Cuivre 100 Mercure 1 Nickel 50 Plomb 100 Sélénium - Zinc 300 Cr + Cu + Ni + Zn - Source :Arrêtédu8 janvier1998 9

9 L épandage des boues d épuration sur prairies en élevage laitier De même, la capacité d absorption des sols ne doit pas être dépassée, compte tenu des autres apports de substances épandues et des besoins des cultures. Il ne doit pas pouvoir se produire de stagnation prolongée sur les sols, de ruissellement en dehors des parcelles d épandage, ni de percolation rapide. En conséquence, il est interdit d épandre des boues de stations d épuration : dans les zones d infiltration en communication reconnue avec des ressources en eau utilisées pour l alimentation en eau potable, en dehors des terres régulièrement travaillées et des prairies normalement exploitées, sur des sols déjà riches en métaux lourds, sur les sols de ph inférieur à 5, pendant les périodes où le sol est pris en masse par le gel ou abondamment enneigé, sauf pour les boues solides, pendant les périodes de forte pluviosité, sur les terrains en forte pente, dans des conditions qui entraîneraient leur ruissellement hors du champ d épandage. Les périodes et les doses d apport En zone vulnérable, l épandage doit également respecter le Code de Bonnes Pratique Agricoles (CBPA) défini par l arrêté du 22 novembre Celui-ci fixe des périodes d épandage interdites en zones vulnérables. Les périodes interdites pour l épandage varient en fonction du type de fertilisant et des types de culture. Ainsi des capacités de stockage doivent être prévues pour tenir compte des différentes périodes où l épandage est, soit interdit, soit rendu impossible. Enfin, la dose d apport doit être raisonnée en fonction : du type de culture et de l objectif réaliste de rendement ; des besoins des cultures en éléments fertilisants disponibles majeurs, secondaires et oligoéléments, tous apports confondus ; des teneurs en éléments fertilisants dans le sol, dans le déchet et dans les autres apports ; des teneurs en éléments ou substances indésirables des déchets à épandre ; de l état hydrique du sol ; de la fréquence des apports sur une même année ou à l échelle d une succession de cultures sur plusieurs années. L aptitude des boues à l épandage Les boues doivent répondre à plusieurs exigences de composition. Elles ne peuvent être épandues : dès lors que l une des teneurs en éléments ou composés indésirables contenus dans le déchet excède les valeurs limites; dès lors que le flux, cumulé sur une durée de 10 ans, apporté par les déchets sur l un de ces éléments ou composés excède les valeurs limites. Les valeurs seuils des boues brutes concernent uniquement les ETM et les CTO (Composés Traces Organiques). Les éléments traces métalliques pris en compte dans la réglementation française sur les boues de station d épuration sont les suivants : cadmium, chrome, cuivre, mercure, nickel, plomb, sélénium et zinc. Les teneurs limites figurent dans le Tableau 6. les modalités de surveillance des boues (analyses agronomiques, analyses des substances, périodicités d analyses,...) sont précisées dans l article 14 de l arrêté du 8 janvier Lacapacitédestockagedesbouesdoitêtre adaptéeauxpériodesd épandage. 10

10 2/ Le contexte réglementaire Tableau 6/ Teneurslimitesdanslesboues enetmetcto. Contaminants Teneurs limites dans les boues (mg/kg MS) Apports maximaux cumulés sur 10 ans (g/ha/an) Terres labourables et ph > 6 Prairies ou sols ph < 6 ETM Cadmium Chrome Cuivre Mercure Nickel Plomb Sélénium 200 * * Zinc Cr + Cu + Ni + Zn PCB indicateurs (somme des 7) CTO 0, Fluoranthène 5 ** Benzo(b) fluoranthène 2, Benzo(a) 2 ** pyrène Source :Arrêtédu8 janvier1998 *Seuilenséléniumsiépandagesurprairies pasdevaleur limitedanslesautrescas. **4 mg/kgdefluoranthèneet1,5 mg/kgdebenzo(a)pyrène siépandagesurprairies. Les composés traces organiques sont pris en compte par le biais des paramètres suivants : la somme des sept principaux PCB indicateurs (composés polychlorobiphénylés numéros 28, 52, 101, 118, 138, 153 et 180), le fluoranthène, le benzo(b)fluoranthène et le benzo(a)pyrène. Aucune obligation de suivi des microorganismes pathogènes ne figure dans la réglementation. Néanmoins, si certains micro-organismes pathogènes peuvent, du fait de la nature particulière des effluents traités, être présents en quantité significative dans les boues, alors ils doivent être analysés. Les boues ayant fait l objet d un traitement d hygiénisation doivent également respecter les valeurs seuils en ETM et CTO des boues brutes. L hygiénisation étant définie comme un traitement qui réduit à un niveau non détectable les agents pathogènes présents dans les boues, celles-ci doivent aussi respecter des valeurs limites en pathogènes. Une boue est considérée comme hygiénisée quant à la suite d un traitement, elle satisfait aux exigences définies par l arrêté du 8 janvier 1998 (Tableau 7). Tableau 7/ Seuilsenmicro-organismespathogènes pourlesboueshygiénisées. Salmonelles Entérovirus Œufs d helminthes pathogènes viables < 8 NPP / 10 g MS < 3 NPPUC / 10 g MS < 3 / 10 g MS Source :Arrêtédu8 janvier1998 NPP :NombrelePlusProbable NPPUC :NombrelePlusProbabled UnitésCytopathiques En routine, les traitements d hygiénisation font l objet d une seule surveillance des coliformes thermotolérants (INERIS, 2005). La Commission européenne a proposé en 2001 (tableau 8) une définition précise des traitements avancés (hygiénisants) garantissant la réduction des quantités de pathogènes à des niveaux entraînant un risque minimal. L efficacité des traitements repose sur une mise en œuvre rigoureuse. Tableau 8/ Traitementsavancéspourlaréduction durisquepathogène. Procédés Compostage en andain Compostage en andain et en tunnel Séchage thermique Digestion thermophile (aérobie et anaérobie) Traitement thermique suivi d une digestion Chaulage Paramètres 55 C, 4 heures entre chacun des 3 retournements, suivi d une maturation 40 C, 5 jours dont 4 heures à 55 C suivi d une maturation 80 C, 10 min et réduction de l humidité en-dessous de 10 % 55 C, 4 heures avec un temps de séjour suffisant pour stabiliser la boue 70 C, 30 min suivi d une digestion anaérobie mésophile à 35 C avec un temps de séjour de 12 jours ph 12, 55 C pendant 2 heures après mélange Source :INERIS,

11 L épandage des boues d épuration sur prairies en élevage laitier Les modalités d épandage D après le décret du 8 décembre 1997 et l arrêté du 8 janvier 1998 relatifs à l épandage des boues issues du traitement des eaux usées, des distances minimales doivent être respectées par rapport : aux berges des cours d eau, aux lieux de baignade, aux piscicultures et zones conchylicoles, aux points de prélèvements d eau et aux terrains affectés par des phénomènes karstiques, de manière à préserver la qualité des eaux souterraines et superficielles, aux habitations et établissements recevant du public, de manière à protéger la salubrité publique et limiter les nuisances olfactives. L épandage par aérodispersion est interdit pour les boues liquides s il y a un risque de produire des brouillards fins. Les délais d exploitation à respecter après épandage Les délais à respecter après épandage, mentionnés dans l arrêté du 8 janvier 1998, visent à réduire les risques de contamination des animaux et des végétaux élevés sur des parcelles réceptrices. Les délais recommandés sont les suivants : 18 mois avant la récolte, et pendant la récolte elle-même, de produits en contact avec le sol et susceptibles d être consommés crus, après épandage de boues non hygiénisées, 10 mois avant la récolte, et pendant la récolte elle-même, de produits en contact avec le sol et susceptibles d être consommés crus, après épandage de boues hygiénisées, 6 semaines pour le pâturage ou la récolte de fourrages après épandage de boues non-hygiénisées, 3 semaines pour le pâturage ou la récolte de fourrages après épandage de boues hygiénisées. Le fond de garantie pour l épandage des boues Le décret du 18 mai 2009 relatif à l indemnisation des risques liés à l épandage agricole des boues d épuration urbaines ou industrielles vient préciser les conditions d'application du système d'indemnisation des risques liés à l'épandage agricole des boues d'épuration prévu par la loi sur l'eau et les milieux aquatiques. Un fonds de garantie est chargé d'indemniser les préjudices subis par les exploitants agricoles et les propriétaires des terres agricoles dans les cas où ces terres, ayant reçu des épandages de boues d'épuration urbaines ou industrielles, deviendraient totalement ou partiellement impropres à la culture en raison de la survenance d'un risque sanitaire ou d'un dommage écologique lié à l'épandage. Cette indemnisation ne peut être mise en œuvre que si ce risque ou ce dommage ne pouvait être connu au moment de l'épandage, en l'état des connaissances scientifiques et techniques du moment. En outre, ce risque ou ce dommage ne doit pas être assurable par les contrats d'assurance de responsabilité civile du producteur de boues ou par les contrats d'assurance relatifs à la production et à l'élimination des boues. Enfin, le fonds n'assure l'indemnisation des dommages constatés que si l'épandage a été effectué dans des conditions conformes à la réglementation en vigueur. Les boues qui peuvent donner lieu à indemnisation sont celles issues des stations d'épuration urbaines ou celles issues du traitement des effluents de l'industrie alimentaire ou de l'industrie du papier et du carton. Le montant de l'indemnisation est fonction du préjudice subi et ne peut excéder, pour le propriétaire des terres, la valeur de celles-ci. Le fonds est financé en majeure partie par une taxe annuelle due par les producteurs de boues, dont l'assiette est la quantité de matière sèche de boue produite. Son montant est fixé à 0,50 euros par tonne de matière sèche produite. Les producteurs de boues sont d'ailleurs désormais tenus d'indiquer les quantités de matière sèche produites dans le registre que le Code de l'environnement leur impose de tenir. 12

12 Troisième partie/ Analyse des risques pour chacun des dangers Cette partie a pour objectif d évaluer les risques liés à l épandage des boues d épuration en élevage laitier. Sont considérés d une part les risques environnementaux et d autre part les risques sanitaires de contamination des bovins et de dégradation de la qualité du lait. Trois évaluations de risques présentées ci-dessous, se rapportent aux trois grands types de contaminants des boues : les éléments traces métalliques, les composés traces organiques et les organismes pathogènes. Pour les éléments traces métalliques et les pathogènes, nous intégrons également les données relatives aux déjections animales. Les éléments traces métalliques (ETM) Définition Ce sont des "éléments" chimiques au sens de la classification périodique des éléments. Les éléments traces métalliques les plus répandus sont le cadmium, le chrome, le cuivre, le mercure, le nickel, le plomb et le zinc. Certains sont indispensables, pour d autres cela n a jamais été démontré. Néanmoins, quelquefois ils peuvent devenir toxiques dès que leur concentration dans l organisme dépasse un certain seuil (notamment plomb, cadmium, mercure, cuivre). Les éléments traces métalliques dans les boues et les déjections animales La charge en ETM des boues urbaines est liée à la taille et au type de population raccordée au réseau d assainissement. D une manière générale, les boues ont des teneurs en ETM nettement inférieures aux limites énoncées par la réglementation (Tableau 9). Tableau 9/ Teneurseng/tMSenETMdesbouesurbaineset desbouesdelaiterie. ETM Teneur moyenne boues urbaines Fourchette de teneurs boues de laiterie Teneur moyenne lisiers de bovins Valeur limite réglementaire* Cadmium 2, ,3 1,5 10 Chrome Cuivre Mercure 2, ,1 0,6 10 Nickel Plomb Zinc *arrêtédu8 janvier1998 Source :ADEME,2001 ;ANRED,1986 Les boues agroalimentaires et notamment les boues de laiterie présentent des teneurs en ETM beaucoup plus faibles que les boues urbaines. Selon le régime alimentaire, les déjections animales possèdent une concentration en ETM plus ou moins importante. En élevage bovin, les lisiers ont des teneurs en ETM inférieures ou proches des boues urbaines selon l élément considéré. Letraitementdesbouesn aaucuneffetsurlateneurenetm. 13

13 L épandage des boues d épuration sur prairies en élevage laitier Comment réduire les teneurs en ETM des boues? Aucune référence bibliographique n indique un effet des différents types de traitements et du stockage des boues d épuration (température, durée, ) sur la teneur en ETM des boues. Quel est le devenir des ETM après épandage? Aucun facteur biologique ou climatique n a d effet sur le maintien des ETM dans le sol. Ces derniers s accumulent dans les différents horizons de sols plus ou moins profondément selon leur mobilité. Cette mobilité des ETM est soumise à un certain nombre de facteurs et de conditions du milieu : le ph, le potentiel d oxydoréduction, la température et l humidité du sol, l apport de matière organique. La concentration en ETM varie aussi avec la profondeur. Y a-t-il un transfert des ETM du sol à la plante? Le transfert du sol à la plante peut se faire par deux voies : la voie aérienne et la voie racinaire. Le transfert par voie aérienne est limité aux ETM volatils des boues, comme le mercure ou le sélénium. Un transfert par voie aérienne intervient par projection directe sur les parties végétatives lors de l épandage ou lors d un phénomène de «splash», c est-à-dire par projection de particules de sol ou de boues sur les parties aériennes des plantes lors d un épisode pluvieux. Le transfert racinaire des ETM dépend de leur biodisponibilité : libération dans l eau du sol, faculté d assimilation et de stockage par la plante et interactions entre le sol et la plante. Le zincet le cadmium sont des éléments fortement biodisponibles. Outre les facteurs physico-chimiques, l absorption des ETM par la plante dépend aussi de l espèce et de la variété (plantes légumières fortes accumulatrices contrairement aux céréales et aux maïs), de l organe de la plante (essentiellement les racines), de l âge (plus fortes concentrations dans les jeunes pousses). En quantité, l exportation des ETM des boues par les produits de récolte est très faible, elle n excède jamais 1 % de l apport cumulé par les boues sur la période considérée (ADEME). Aucune différence significative n a été observée sur la composition de récoltes avec ou sans apport de boues de qualité réglementaire et à dose normale (ADEME). Y a-t-il un transfert des ETM du sol à l animal? Le transfert des ETM à l animal intervient essentiellement par ingestion ou inhalation. Les principales voies d exposition sont donc l ingestion de terre et d herbe amendée par des boues (Schéma 1). Boue Cultures Sol Herbe Air Eaux superficielles Ingestion de fourrages souillés Ingestion de terre souillée Abreuvement eau souillée Broutage d'herbe souillée Inhalation air! Risque! Risque Schéma1/ Différentesvoiesd expositiondesbovinsauxetm. Un ruminant ingère en moyenne 270 g de terre par jour. L accumulation à la surface du sol des ETM, qui résulte par exemple de l application de boues résiduaires, peut représenter un risque de contamination directe de la chaîne alimentaire si les animaux absorbent de la terre en broutant l herbe. De même, l herbe souillée suite à un épandage ou par phénomène de splash peut représenter un risque de contamination de la chaîne alimentaire lors du pâturage. Les risques de transfert vers les vaches laitières par ingestion d herbe ou de terre constituent le risque principal au pâturage après un épandage de boues. 14

14 3/ Analyse des risques pour chacun des dangers Même si l épandage des boues d épuration, réalisé conformément à la réglementation, ne peut pas conduire à ces effets néfastes, il convient toutefois d éviter les situations à risque liées à l ingestion de fourrage souillé, d herbe souillée ou de terre suite à un épandage. Les composés traces organiques (CTO) Définition Les composés traces organiques (CTO) sont toutes les substances xénobiotiques (étrangères à l organisme vivant) synthétisées par l homme à l aide de procédés industriels transformant les substances carbonées. Les principaux squelettes et fonctions rencontrés dans les substances organiques toxiques les plus répandues sont présentés dans le tableau 10. Limiterlesurpâturageréduitl ingestiondeterre. Enfin, le taux d absorption est différent suivant les ETM (plomb > cadmium > mercure), suivant l âge ou suivant la quantité ingérée. Une toxicité particulière est notée pour le cadmium, le mercure, le cuivre et le plomb et les organes cibles dans l organisme des bovins sont le foie, les reins, les os et les muscles. Y a-t-il un transfert des ETM vers le lait? Il a été constaté une excrétion possible dans le lait mais faible, elle serait plus forte en début de lactation (colostrum). De nombreux oligoéléments sont potentiellement présents dans le lait à l état d infimes traces ou à de très faibles concentrations. Il faut noter la toxicité du cadmium et du plomb en cas de fortes teneurs. De même, il a été observé des effets néfastes du cuivre et du fer sur la qualité organoleptique des produits de la transformation du lait. Néanmoins, des vaches nourries avec de l ensilage récolté sur des terres amendées avec des boues ne permettent pas d obtenir ces effets néfastes, les teneurs retrouvées dans le lait étant trop faibles. Tableau 10/ Substancesorganiquestoxiqueslesplus répandues. Hydrocarbures aliphatiques Hydrocarbures monocycliques aromatiques Hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) Hydrocarbures aliphatiques halogènes Chlorobenzènes et chlorophénols Hydrocarbures polycycliques aromatiques chlorés (dont PCB, PCDD/F) Substances organochlorées (pesticides) Autres substances organiques (pesticides) Autres substances : esters de phtalates, nitrosamines, organostanniques, détergents, polyélectrolytes, cyanures Source:ADEME,1995 Les CTO proviennent de plusieurs origines et peuvent être des : Composés de produits pétroliers utilisés comme source énergétique ou comme lubrifiants, Produits ou sous-produits de transformation du pétrole et du charbon (retombées atmosphériques polluées, déchets), Substances volatiles ou semi-volatiles utilisées comme solvants, Substances huileuses ou solides utilisées par certains transformateurs, Plastifiants, résines, fluides hydrauliques, Pesticides, herbicides. 15

15 L épandage des boues d épuration sur prairies en élevage laitier Les composés traces organiques dans les boues La charge en CTO des eaux usées urbaines et donc des boues est très variable. Elle est fonction des effluents collectés et des activités locales : domestique, artisanale et/ou industrielle. Seuls les détergents et leurs dérivés atteignent individuellement et en moyenne des teneurs supérieures à g/t MS. Pour l essentiel des substances, les teneurs observées sont inférieures à 10 g/t MS et même à 1 g/t MS pour 35 % d entre elles. En tout état de cause, la concentration en CTO rencontrée dans les boues est inférieure aux seuils réglementaires (Tableau 11). Peu de données sur les concentrations en CTO des boues de laiterie sont disponibles dans la bibliographie. Il apparaît néanmoins que ces boues ont des teneurs en HAP inférieures aux limites de détection et que les teneurs en PCB retrouvées dans ces boues sont également très faibles (inférieures à 0,01 mg/kg MS), bien inférieures aux valeurs limites réglementaires (SCHNEPP et al., à paraître). Pour les lisiers de bovins, peu de données sur les concentrations en CTO sont disponibles dans la bibliographie. Tableau 11/ TeneursmoyennesenCTO (enmg/kgms)desbouesd épurationurbaines etdesbouesdelaiterie. CTO Teneur moyenne boue urbaine Teneur moyenne boue de laiterie Valeur limite réglementaire* Fluoranthène 0,53 < 0,05 5 Benzo(b) fluoranthène 0,39 < 0,05 2,5 Comment réduire les teneurs en CTO des boues? L effet du traitement des boues d épuration sur les teneurs en CTO est mal connu. On sait cependant que les HAP (Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques) peuvent être dégradés pendant le compostage ou la méthanisation, mais les substances peu dégradables telles que les PCB (PolyChloroBiphényls) ou les PCDD/F (Furanes) restent plutôt inchangées. Quel est le devenir des CTO après épandage? Suivant les propriétés physico-chimiques des CTO (solubilité dans l eau, période de demi-vie, capacité de volatilisation, etc.) et les propriétés du sol (ph, teneur en eau et en matière organique, etc.), le comportement des CTO est différent (LAURENT et al., 2005). La plupart des CTO sont décomposés très rapidement après épandage par les micro-organismes des sols cultivés. En outre, les CTO peuvent s adsorber à la matrice du sol, ce qui limite leur biodisponibilité. Ainsi, certains CTO peuvent résister à la biodégradation et s accumuler au cours des années par adsorption à la matière organique. C est par exemple le cas des HAP et des PCB. La durée de vie des CTO est fortement liée à de nombreux facteurs biotiques et abiotiques (conditions climatiques, propriétés du sol et de la boue, etc.). Ainsi, la période de demivie (temps nécessaire à la dégradation de la moitié de la quantité initiale) est plus longue dans des conditions anaérobies, pauvres en nutriments, et froides alors que, dans des conditions microbiennes très actives, telles que les boues résiduaires, les processus métaboliques peuvent être plus performants (FEIX et WIART, 1995). Elle peut aller d une semaine (phénols, benzènes, esters de phtalates) à plus de 10 ans (PCB et DDT DichloroDiphénylTrichloroéthane). La demi-vie des CTO est plus courte sur des sols nus que sur des sols recouverts d une couche végétale. Ainsi, la demi-vie des dioxines dans les sols en surface (couche de 1 à 2 cm d épaisseur maximum) est de l ordre de 10 ans et de 100 ans sur un sol non nu. Benzo(a) pyrène Total 7 PCB (28, 52, 101, 118, 138, 153, 180) 0,31 < 0,05 2 0, ,8 *Arrêtédu8 janvier1998 Source:ADEME,2001 ;JARDE,

16 3/ Analyse des risques pour chacun des dangers Y a-t-il un transfert des CTO du sol à la plante? Le transfert sol-plante peut se faire par voie aérienne ou racinaire. L effet de "splash", la volatilisation des CTO des boues ou encore le passage dans la plante à partir des racines sont les entrées possibles de molécules sur les végétaux. Environ 30 % de la teneur en HAP des végétaux résultent d une souillure de la plante par du sol contaminé (projection, "splash", volatilisation). Par ailleurs, les HAP et les PCB apportés par les boues sont faiblement absorbés par le système racinaire, le transfert est inférieur à 4,4 %. Y a-t-il un transfert des CTO du sol à l animal? Au même titre que les ETM, les principales voies d exposition concernent l ingestion de terre et d herbe amendée par des boues (Schéma 2). Vu les quantités de terre ingérées, l ingestion de CTO au pâturage par les bovins est possible et dans des quantités parfois non négligeables. C est le risque prépondérant de transfert de CTO vers les vaches laitières. Le deuxième risque de transfert est lié au broutage de l herbe lors du pâturage ou à la consommation de végétaux récoltés sur des parcelles fertilisées avec des boues d épuration. Les transformations des substances chimiques absorbées ont majoritairement lieu dans le foie. Ensuite, la molécule mère peut être dégradée dans l organisme en un métabolite plus toxique, ou au contraire inactif, ou encore doté de propriétés pharmacologiques différentes. L élimination se produit par des voies multiples et peut conduire à la contamination des produits (lait ou viande). Y a-t-il un transfert des CTO vers le lait? Les HAP, les hydrocarbures polycycliques aromatiques chlorés (dioxines, furanes, PCB), les chlorobenzènes (hexachlorobenzène), les phtalates et les substances chlorées pesticides (heptachlore, chlordane, DDT, heptachlore, dieldrine, aldrine, etc.) sont caractérisés par leur faible solubilité dans l eau et leur solubilité élevée dans les lipides. Vu leur persistance dans l environnement, leur longue demi-vie et leur capacité de bioaccumulation, ces molécules sont capables de passer dans le lait, après ingestion par les vaches laitières. Il est notamment démontré par des données chiffrées que le pâturage des vaches laitières peut conduire dans certains cas à un transfert des CTO dans le lait à des concentrations dépassant les LMR. C est pourquoi, il convient d éviter les situations à risque liées à l ingestion de fourrage, d herbe souillée ou de terre suite à un épandage. Boue Cultures Sol Herbe Air Eaux superficielles Ingestion de fourrages souillés Ingestion de terre souillée Abreuvement eau souillée Broutage d'herbe souillée Inhalation air! Risque! Risque Schéma2/ Différentesvoiesd expositiondesbovinsauxcto. 17

17 L épandage des boues d épuration sur prairies en élevage laitier Les organismes pathogènes Définition Les organismes pathogènes présents dans les boues d épuration et déjections animales appartiennent à trois grands types : virus, bactéries et parasites. Les organismes pathogènes présents dans les boues La charge en agents pathogènes dans les boues urbaines dépend de plusieurs facteurs : la nature des activités, la population raccordée, le réseau d assainissement, Les procédés de traitement des eaux usées concentrent dans les boues la charge microbiologique contenue initialement dans les effluents bruts collectés en station d épuration. Les boues d épuration contiennent ainsi une très grande variété d organismes, mais la plupart d entre eux sont non pathogènes. La présence des organismes pathogènes dans les boues d épuration est liée à leur capacité d adsorption sur les matières particulaires. Les traitements usuels appliqués aux eaux et aux boues de station d épuration urbaine permettent un abattement important mais non total de la charge microbienne (Tableau 12). Aussi, un certain nombre de micro-organismes, dont certains pathogènes, seront encore potentiellement présents dans ces milieux même après traitement (CSHPF, 1998). Lachargeenagentspathogènesdépendde l originedesboues. Tableau 12/ Chargeenmicro-organismespathogènesdans lesbouesd épuration urbaines. Organismes pathogènes Parasites Œufs d helminthes kystesdeprotozoaires Giardia Type de boues Boues primaires Boues biologiques digérées Boues semidéshydratées Boues primaires Boues biologiques digérées Boues déshydratées Teneur (en matière brute) /kg /kg /kg 7, /kg /kg /kg Entérovirus Boues primaires Nd 10 3 NPPUC/10 g Bactéries Salmonella Coliformes fécaux Boues biologiques activées Boues épaissies Boues primaires Boues secondaires Boues primaires Boues secondaires Boues biologiques digérées Nd 270 NPPUC/10 g Nd 72 NPPUC/10 g CFU/g CFU/g CFU/g 10 6 CFU/g CFU/g ADEME,1994 ;CSHPF,1998. Nd :nondétecté/nppuc :NombrelePlusProbabled Unités Cytopathiques/CFU :ColonyFormingUnit(UnitéFormantColonie) Les quelques données disponibles sur les teneurs des "boues de laiterie" en organismes pathogènes indiquent l absence d entérovirus (Tableau 13) et d œufs d helminthes viables et une faible contamination en salmonelles, en Listeriaspp. et en Staphylococcusaureus, bien inférieure à la charge des boues urbaines ou des boues issues d abattoirs (INERIS, 2005). La plupart des boues de laiterie ont une qualité microbiologique satisfaisante correspondant à celle exigée pour les boues hygiénisées (absence d œufs d helminthes viables, d entérovirus et de Salmonella dans 10 grammes de matière sèche de boues) (SCHNEPP et al., à paraître). En comparaison des boues de laiterie, les déjections animales constituées d un mélange de fèces et d urine et additionnées à des quantités plus ou moins importantes de litière renferment de nombreux germes potentiellement pathogènes. Les risques sanitaires rencontrés concernent essentiellement les 18

18 3/ Analyse des risques pour chacun des dangers infections par les salmonelles, les listerias, les STEC, la paratuberculose et certaines infections parasitaires. Les lisiers de bovins, ainsi que les fumiers peu pailleux (fumiers mous), ont la caractéristique d avoir une température basse (20 à 30 C), qui est favorable à une survie des agents pathogènes. Les agents des l ESST (Encephalopathie Spongiforme Subaigüe Transmissible) peuvent également se retrouver dans les boues d abattoir et sont dégradés très lentement dans l environnement. Cependant, l abattage en abattoir des animaux malades, porteurs d ESB est réglementé et régi par la DDSV depuis juin 2000 ; ce qui limite les risques de retrouver des agents ESST dans les boues d épuration. Comment réduire les teneurs en organismes pathogènes des boues? Les traitements de type physique (température, irradiation, dessication, froid, stockage), de type biologique (compostage) et de type chimique (chaulage essentiellement) ont une efficacité différente sur la réduction de la teneur des boues en organismes pathogènes. Tableau 13/ Listedesorganismespathogènes etprésencepotentielle(+/-)danslesboues etlisiers. Boues Boues de Lisiers de urbaines laiterie bovins Bactéries Escherichiacoli + +/- + Salmonella Listeria Coxiellaburnetti + - +/- Virus Entérovirus Rotavirus Parasites Helminthes (œufs d ascaris) Giardiaintestinalis Source:ADEME1994,CSHPF1998,Institutdel Élevage2001 L efficacité d un traitement sur les germes pathogènes se mesure non seulement par le taux de réduction de la contamination lors du traitement mais aussi par la capacité de blocage des reprises de croissance ultérieures des populations pathogènes. Ces reprises de croissance sont notamment favorisées par une stabilisation insuffisante des boues, c est-à-dire une dégradation trop faible des matières organiques les plus mobilisables. L inactivation des agents pathogènes par les différents types de traitement appliqués aux boues dépend de la contamination initiale et de l efficacité du couple température/durée appliqué (Tableau 14). Tableau 14/ Facteursprincipauxintervenantaucoursdes différentstraitementsetleurefficacitésurlesgermespathogènes. Traitements Traitements physiques Digestion froide (décanteurs-digesteurs) Stabilisation froide (aération à température ambiante) Digestion thermophile Stabilisation thermophile Pasteurisation Facteurs intervenant Température, temps Température, temps Température, temps Température, temps Température, temps Conditions pour être efficace Efficacité 20 C, 30 jours Faible 20 C, 30 jours Faible 55 C, 10 jours Excellente 55 C, 10 jours 70 C, 3 heures Excellente (sauf Ascaris > faible) Excellente (sauftænia) Irradiation Temps, dose Excellente Traitements biologiques Compostage à faible température Compostage "bien conduit" Traitements chimiques Conditionnement chimique + déshydratation mécanique Chaulage fort Chaux vive Chaux éteinte Température, temps Temps, dose Température, temps, ph Temps, ph 40 C, jours C, jours ph 12, 20 jours Faible à moyenne Bonne à excellente Faible Excellente (sauf Ascarismoyenne) Source :FEIX&WIART,

19 L épandage des boues d épuration sur prairies en élevage laitier Les méthodes entraînant une augmentation de chaleur à environ 60 C (compostage et séchage thermique) apparaissent être les plus efficaces dans la réduction du nombre de germes. L augmentation du ph, liée à un ajout suffisant de chaux, entraîne également une réduction importante des agents pathogènes. Les doses de chaux doivent néanmoins être suffisantes pour maintenir un ph élevé jusqu à l épandage et ainsi éviter toute reprise de croissance. Des traitements avancés (hygiénisants) garantissant la réduction en pathogènes à des niveaux entraînant un risque minimal sont précisés dans le tableau 8. L efficacité des traitements repose sur une mise en œuvre rigoureuse. Le stockage simple n est pas retenu comme un mode d élimination acceptable des pathogènes (WIART et al., 1999). Quel est le devenir des organismes pathogènes après épandage? Le rythme de décroissance des populations d agents pathogènes dépend des capacités propres des organismes mais aussi de nombreux facteurs abiotiques. Le climat (température, ensoleillement et humidité) semble être le facteur qui influence le plus la survie des pathogènes. Une diminution de la température favorise la survie dans les sols, à l exception des coliformes fécaux. Les périodes de gel intense et prolongé provoquent également d importantes réductions des bactéries. Au niveau du sol, les survies des microorganismes varient considérablement et sont étalées sur une période large, de moins d un mois pour les virus et bactéries coliformes, à plusieurs années pour les œufs d helminthes ou coxiella. Les durées importantes (> 12 mois) sont observées dans les horizons profonds (> 10 cm) et dans les sols présentant un fort degré d humidité (INERIS, 2005). Sur les végétaux et selon les organismes et les conditions de milieu, la survie varie de quelques jours à plusieurs semaines, voire même quelques mois pour certains d entre eux. 90 à 95 % des pathogènes s accumulent dans les premiers centimètres du sol. Cette capacité reste toutefois fonction de la profondeur effective du sol, de sa texture (taux d argile notamment), et de sa richesse en matière organique (INERIS, 2005). Il existe un risque de transfert vers l eau par ruissellement de surface dans le cas de sols nus et pentus et d épisodes pluvieux. Les eaux de ruissellement transportent ainsi des particules de sol auxquels sont adsorbés les microorganismes. Y a-t-il un transfert des organismes pathogènes du sol à la plante? Les organismes pathogènes ne pénètrent en général pas à l intérieur des végétaux ou de façon exceptionnelle à la suite de blessure de la plante. Il n existe pas dans la réalité de transfert sol plante mais uniquement une contamination de surface lors de l épandage ou par phénomène de splash lors de précipitations importantes suite à un épandage. Y a-t-il un transfert des organismes pathogènes du sol à l animal? Les principales voies d exposition concernent l ingestion de fourrage et de terre ainsi que l inhalation (Schéma 3). Boue Cultures Sol Herbe Air Eaux superficielles Ingestion de fourrages contaminés Ingestion de terre contaminée Abreuvement eau contaminée Broutage d'herbe contaminée Inhalation air contaminé Schéma3/ Différentesvoiesd expositiondesbovins auxpathogènes.! Risque! Risque! Risque! Risque 20

20 3/ Analyse des risques pour chacun des dangers les virus et certaines bactéries (par exemple, coxiella burnetii pour la fièvre Q). Certains micro-organismes pathogènes présents dans les boues d épandage peuvent conduire, chez les animaux contaminés, à des maladies parasitaires (Tænia) ou infectieuses (salmonellose par exemple). Le risque de contamination peut être appréhendé par la notion de DMI : Dose Minimale Infectante, correspondant au nombre de germes nécessaires pour rendre un animal ou un homme malade (Tableau 15). Ladigestionthermophilepermetuntraitement efficacedespathogènes. L ingestion de terre par les animaux au pâturage est possible voire fréquente, notamment si l offre alimentaire est insuffisante (surpâturage). L ingestion de terre constitue ainsi un risque de transfert des pathogènes du sol à l animal. Concernant les végétaux cultivés sur des parcelles ayant reçu des boues, le risque réside dans la consommation d herbe ou de fourrage souillé par phénomène de splash. La consommation des parties souterraines de ces végétaux constitue également un risque pour les animaux notamment vis-à-vis des microorganismes possédant une forte résistance dans le sol. Ces situations concernent les animaux consommant des betteraves ou ingérant des racines lors d un surpâturage. Les animaux au pâturage peuvent aussi se contaminer par des écoulements de jus sur les prairies provenant de stockage de boues en tête de parcelle. Cette dernière éventualité n intervient toutefois que dans des conditions particulières (topographique, climatique et de stockage). La contamination peut aussi survenir par inhalation de poussières (aérosols) et par contact direct ou indirect avec la boue. La dispersion aérienne concerne essentiellement Tableau 15/ ComparaisondesDMIaveclesquantitésde micro-organismespathogènesépanduesetleurrésistance danslemilieuextérieur. Micro-organisme Bactéries (Salmonellasp.) Œufs d Helminthes (Ascaris) DMI Densité dans les boues traitées Quantités épandues * 10 2 à /g /m² 1 à à 10 3 /kg 200 à 2000/m 2 Temps de survie sur le sol Plusieurs semaines à plusieurs mois Plusieurs mois à plusieurs années Source :ADEME,1995 * Calculsurlabased unedosedeboueappliquéeà20 tdematièrebrute/ha (donnéespourunebouepâteuse). Par rapport aux quantités de boues épandues sur les sols, les Doses Minimales Infectantes (DMI) semblent pouvoir être atteintes. Néanmoins, depuis que l épandage des boues existe sur les terres agricoles, aucune corrélation univoque entre épandage et évènements pathologiques n a pu être mise en évidence, notamment par la cellule de veille sanitaire, créée spécialement pour recenser les accidents pouvant être liés à une mauvaise utilisation des boues. Toutefois, ceci ne signifie pas une absence de risque liée aux épandages de boues. Ce sont les boues d abattoirs de mammifères qui présentent le danger le plus élevé pour les animaux d élevage. Ce risque tient essentiellement aux pathogènes présents de façon inapparente chez les animaux ou responsables d affection non décelée lors de l examen antemortem à l abattoir. 21

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