Evaluation environnementale de la substitution du tourteau de colza au tourteau de soja en élevage bovin laitier Application de l Analyse de Cycle de Vie
Le contexte + de traçabilité Evolution de l alimentation animale - de dépendance protéique + de sécurité sanitaire des aliments + d environnement Source protéique = Soja importé Mise en place de filières courtes en système coopératif dans les Pays de la Loire
Les partenaires Cetiom/Unip Tecaliman Etude Technique: Mise au point de procédés artisanaux de fabrication de tourteaux de Colza Etude Zootechnique: Essais sur vaches laitières Institut de l élevage Etude Economique: Rentabilité Modèle global INRA Economie publique INRA UMR EGC Evaluation environnementale: Analyse de cycle de vie
Début Janvier 2003 Le projet Piloté par le CETIOM Fin Décembre 2005 Résultats TECHNOLOGIQUES Résultats ZOOTECHNIQUES Résultats ECONOMIQUES Fabrication des Tourteaux de COLZA (objectifs: MG<10% et solubilité soude<35%) -ACP: Aplatissage-Cuisson-Pression -PEP: Pré-pression-Extrusion-Pression Essai de 3 rations hivernales ACP et PEP vs SOJA Ingestion totale: + Production: + TB: = TP: + -Gain de la filière -Coût de trituration et de transport
Le bilan environnemental 1- Evaluer la substitution du tourteau de Colza au tourteau de Soja 2- Comparer deux procédés artisanaux de fabrication de tourteaux de colza: -Le procédé A.C.P (Aplatissage-Cuisson-Pression) -Le procédé P.E.P (Pré Pression-Extrusion-Pression)
L Analyse de Cycle de Vie (ACV) Définition des objectifs et du champ de l étude -4 étapes: Série de normes ISO 14 040 Analyse de l inventaire Evaluation des impacts Interprétation Les quatre phases d une ACV R R R R Extraction des ressources et des matières premières Production des composants du produit Production du produit Utilisation Fin de vie E E E E
L Analyse de Cycle de Vie Inventaire des données Etape n-1 Produit x Intrants Procédé Etape n Sortants Agrégation des données de l inventaire Etape n+1 Produit y Co-produit y Par rapport à une unité fonctionnelle Evaluation de l impact Classification Flux Bauxite Cd CH 4 CO 2 NH 3 NOx Catégories d impact Effet de serre Acidification Eutrophisation Ressources Caractérisation Affecter une valeur aux flux élémentaires CO2 1 kg eq CO 2 Méthane 21 kg eqco 2 N 2 O 310 kg eqco 2
L Analyse de Cycle de Vie Epuisement des ressources Effet de serre (kg Sb eq) (kg CO2 eq) Les catégories d impact: Diminution de la couche d ozone (kg CFC-11 eq) Toxicité humaine (kg 1,4-DB eq) Méthode CML 2000 Ecotoxicité (3 indicateurs) Pollution photochimique Acidification Eutrophisation (kg 1,4-DB eq) (kg C2H2 eq) (kg SO2 eq) (kg PO4 eq)
La démarche 1- Construction des scénarios 2- Définition du système et de l unité fonctionnelle 3- Inventaire des données et calcul des émissions directes au champ 4- Quantification des impacts
1- Construction des scénarios: Clé d entrée = la ration journalière Scénarios alternatifs Scénario de référence RATION SOJA = 16.6 kg Ensilage de maïs + 2.8 kg Tourteau de SOJA + Compléments vs RATION COLZA ACP = 16.4 kg Ensilage de maïs + 5 kg Tourteau de COLZA + Compléments RATION COLZA PEP = 16.6 kg Ensilage de maïs + 5 kg Tourteau de COLZA + Compléments
2- Champ de l étude Filière courte Colza Intrants Culture de COLZA Pays de Loire, Centre Transport Transport Technologie ACP Technologie PEP Transport Transport Ration COLZA ACP Ration COLZA PEP 33.7 kg lait/j 33.3 kg lait/j Production Végétale Transformation Production Animale Intrants Culture de SOJA BRESIL Transport Trituration industrielle Transport Ration SOJA 29.6 kg lait/j Filière longue Soja Unité fonctionnelle =Kg Lait Standard Sert de référence à partir de laquelle sont mathématiquement normalisés les données d entrée et de sorties (ISO 14 041)
Allocation massique Filière courte Colza 377 kg Huile de colza 1000 kg Graines de COLZA Transport Technologie ACP Technologie PEP 561 kg Tourteau de Colza Transformation 1000 kg Graines de SOJA Filière longue Soja Transport Trituration industrielle 800kg Tourteau de soja 170kg Huile de soja
3- Inventaire Recueil des données pour quantifier les entrants et les sortants Les intrants agricoles CULTURE Les opérations culturales Les itinéraires techniques TRANSFORMATION Trituration artisanale ACP-PEP Trituration industrielle TRANSPORT Intrants agricoles Colza Soja
Calcul des émissions directes NH 3 N 2 O NO x Facteurs d émissions et modèles simples de calcul des émissions directes Méthode Ecoinvent (Nemecek et al, 2003) NO 3- PO 4---
Les émissions directes Epandage de lisier sur colza kg N/ha 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 16.3 Emissions vers l'air 1.6 0.2 1.8 Ammoniac NH3 Oxyde nitreux N2O Oxydes d'azote NOx Colza Soja Pertes vers l'eau Prise en compte de l interculture précédente Soja en SCV kg NO3-N 70 60 50 40 30 20 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 kg PO4-P Nitrates NO3 Phosphates PO4 10 0,2 0 0 Colza Soja
4- Résultats et discussion Exprimer les résultats par kg de tourteau Ingestion différente selon les rations 1 kg soja vs 1.7 kg colza Exprimer les résultats par unité «ration journalière» Production laitière différente selon les rations 29.6 kg lait SOJA vs 33.7 kg lait COLZA-ACP vs 33.3 kg lait COLZA-PEP Exprimer les résultats par kg lait standard
Contribution des différents ingrédients de la ration aux catégories d impacts 100% 80% 60% 40% 20% 0% CACO3 A.M.V. 7/21/5 Urée Tourteau Tanné Tourteau Soja Mais ensilage RATION SOJA abiotic depletion global warming ozone layer depletion human toxicity fresh water aquatic ecotox. marine aquatic ecotoxicity terrestrial ecotoxicity photochemical oxidation acidification eutrophication Contribution majeure du concentré pour les différents impacts à l échelle de la ration
100 80 60 40 20 0 Comparaison des catégories d impact pour les différentes rations (pour un kg lait) Effet de serre Couche d'ozone Tox. Humaine Ecotox. Aquatiq. Ecotox. Aqua. Marine Ecotox. Terrestre Pollution photochimique Acidification Eutrophisation Ressources % kg lait SOJA kg lait COLZA-ACP kg lait COLZA-PEP
Analyse de contribution: des étapes, des émissions % 100 80 60 40 20 kg lait SOJA kg lait COLZA-ACP kg lait COLZA-PEP 0 Ressources Effet de serre Couche d'ozone Tox. Humaine Ecotox. Aquatiq. Ecotox. Aqua. Marine Ecotox. Terrestre Pollution photochimique Acidification Eutrophisation Fabrication de métaux, Production Production engrais Pétrole: N2O: 58-64% transport océanique, 70-75% Soja: Transport Colza: NO3- > NH3 carburants et Combustion Gaz: 23-31% et et Trituration Colza: NH3 (65%) combustibles Mise en déchets Charbon: CO2: 25-30% 9-11% Mécanisation agricole Epandage Soja: lisier NO3- > PO4
Contribution (en %) des différentes étapes à l indicateur Effet de Serre pour 1 kg lait standard Refaire 100 les graphs avec une échelle De kg CO2 80 60 40 20 % 0 kg lait SOJA kg lait COLZA- ACP kg lait COLZA- PEP Autre Transport par mer Transport par route Mécanisation agricole Production engrais Culture Contribution importante des émissions directes de N2O. Potentiel de réchauffement global important (310 kg CO2-eq/ kg N2O) Emissions liées aux apports d engrais azotés et à la fixation symbiotique de N2
100 Contribution (en %) des différentes étapes à l indicateur Acidification pour 1 kg lait standard % Autre 80 60 40 20 Mécanisation agricole Transport route Production engrais Transport par mer Culture 0 Soja Colza ACP Colza PEP Contribution de NH3 pour la phase de culture: épandage de lisier
Contribution (en %) des différentes étapes à l indicateur Eutrophisation pour 1 kg lait standard % 100 80 60 40 20 Autre Transport par mer Transport route Mécanisation agricole Production engrais Culture 0 Soja Colza ACP Colza PEP Contribution de NO3- et PO4---
Conclusion + Système à peu d intrants Plus de lait Soja Colza Quantité de tourteau supérieure / kg lait Long transport Engrais azoté, effluents organiques -
Perspectives Simulations des émissions directes au champ avec le modèle CERES: Données pédoclimatiques locales Itinéraires techniques représentatifs Raisonnement à l échelle de la rotation Etude de sensibilité Déterminer les facteurs clés Etudier les marges de manoeuvre Expansion du système Devenir de l huile
Fin
ACV de produits agricoles ou transformés ACV de produits agricoles transformés (fromage, lait embouteillé ) (Berlin 2002, Hospido et al, 2003, Eide, 2002) Contribution majeure de l étape de production agricole aux différents impacts ACV de produits agricoles bruts (lait, viande) (Cederberg et al, 2004, Van der Werf et al, 2005) Contribution majeure de l étape de production des aliments concentrés aux différents impacts
Limite du champ d étude Production de carburants et d électricité Transport Production et transport d engrais, machines agricoles et pesticides Transport Champ d étude Production des machines de transformation Production végétale des pays tiers: Soja Transport Transport Transformation des produits de récolte en tourteaux Production végétale locale : fourrages, céréales, colza Transport Transport Effluents organiques Transport Production de minéraux et vitamines Fabrication de la ration Production animale : Lait / Viande Lait Viande
Ingestion journalière en kg MS Soja (kg MS) ACP (kg MS) PEP (kg MS) Ensilage de maïs 16,58 16,44 16,57 Tourteau de soja 2,77 Tourteau de colza ACP 4,97 Tourteau de colza PEP 4,97 Tourteau de soja tanné 0,40 0,67 0,54 Urée 0,02 A.M.V 7/21/5 0,20 A.M.V 0/28/3 0,18 0,18 Carbonate de calcium 0,12 0,04 0,04 Total 20,10 22,30 22,30
Exemple: Processus de labour Nemecek et al, 2003 NH 3 CO 2 N 2 O Tillage, ploughing/ch U 1 ha Materials/fuels Units Shed/CH/I U 0,00801 m2 Agricultural machinery, tillage, production/ch/i U 2,16 kg Tractor, production/ch/i U 1,55 kg Diesel, at regional storage/ch U 26,1 kg Emissions to air Location Units Ammonia low. pop. 0,000522 kg Benzene low. pop. 0,000191 kg Benzo(a)pyrene low. pop. 7,83E-07 kg Cadmium low. pop. 2,61E-07 kg Carbon dioxide, fossil low. pop. 81,2 kg Carbon monoxide, fossil low. pop. 0,208 kg Chromium low. pop. 1,31E-06 kg Copper low. pop. 0,0000444 kg Dinitrogen monoxide low. pop. 0,00313 kg Heat, waste low. pop. 1190 MJ Methane, fossil low. pop. 0,00337 kg Nickel low. pop. 1,83E-06 kg Nitrogen oxides low. pop. 1,03 kg NMVOC, non-methane volatile organic low. pop. 0,051 kg compounds, unspecified origin PAH, polycyclic aromatic hydrocarbons low. pop. 0,0000859 kg Particulates, < 2.5 um low. pop. 0,138 kg Selenium low. pop. 2,61E-07 kg Sulfur dioxide low. pop. 0,0263 kg Zinc low. pop. 0,0000261 kg Emissions to soil Cadmium agricultural 7,42E-07 kg Lead agricultural 3,25E-06 kg Zinc agricultural 0,00196 kg
En kg/ha Colza (Pays de Loire) Soja (Brésil) Rendements 3500 2500 Intrants N (ammonium nitrate) 70 8 P2O5 (triple superphosphate) 31 K2O (potassium chloride) 57 Lisier bovin (m3) 40 Semences 3 60 Pesticides (matière active) 2,4 1,6 Machines agricoles 8,8 12,4 Transport (km) (graine + tourteau) Les ITK Route 200 920 Train 400 Cargo 9500
Les sources de données Etapes du cycle de vie Sous-système Sources des données Industries d appro -Intrants agricoles (pesticides, engrais, amendements, semences, machines agricoles) -Nemecek et al, 2003 Agriculture Transformation Transport -Colza (Pays de Loire) -Maïs ensilage (PdL). -Colza (région Centre) -Soja (Brésil) -Trituration industrielle du soja -Trituration artisanale (ACP, PEP) du colza -Intrants agricoles -Soja brésilien -Colza -Ferme expérimentale de la Jaillière (44) J-P Gillet -Données moyennes régionales du CETIOM (Charbonnaud J, Arjauré G.) -CIRAD, EMBRAPA, M. Corbeels -Nemecek et al, 2003, CETIOM -CREOL P. Carré. -Nemecek et al, 2003 -Schnepf et al, 2001, Verdonk, 2003, Cederberg, 2004a -INRA Economie (Sourie J-C)
Standardisation du lait (Sjanuja et al, 1991) Kg ECM = kg lait brut *((38.3 * TB (g/kg) + 24.2 * TP (g/kg) + 783.2) / 3140)
Exemple: le parcours du soja Produit Parcours Proportion du produit transporté (en %) Graine Ferme Triturateur Tourteau Tourteau Tourteau Tourteau Tourteau Tourteau Triturateur Port de Paranagua Triturateur Port de Paranagua Triturateur Port de Paranagua Trituration Port de Santos Trituration Port de Santos Trituration - Port de Santos Tourteau Santos / Paranagua - Nantes Tourteau Nantes - Distributeur Tourteau Distributeur - Ferme Mode de transport Distanc e (km) 100 Camion 40 t 25 Source d'informations Cederberg, 2004a 30 Camion 40t 300 Verdonk, 2003 Schnepf et al, 2001 16,5 Train 300 Verdonk, 2003 Schnepf et al, 2001 3,5 Péniche 300 Verdonk, 2003 Schnepf et al, 2001 30 Camion 40t 1500 Verdonk, 2003 Schnepf et al, 2001 16,5 Train 1500 Verdonk, 2003 Schnepf et al, 2001 3,5 Péniche 1500 Verdonk, 2003 Schnepf et al, 2001 100 Cargo 9500 100 Camion 40t 160 20 Camion 25t 140 www.distances.com Estimation Estimation
Catégories d impact où l étape de culture est prépondérante Effet de serre N2O, CO2 Acidification NH3, NOx Eutrophisation NO3, PO4
La suite: Tenir compte de la substitution de culture: Soja? Culture remplaçant le soja? Colza Culture remplacée par le colza Et les effets agronomiques de changement de rotation?
Contribution des différents ingrédients de la ration aux catégories d impacts 100% 80% 60% CaCO3 40% A.M.V. 0/28/3 20% 0% Tourteau Tanné Tourteau Colza ACP Mais ensilage abiotic depletion global warming ozone layer depletion human toxicity fresh water aquatic ecotox. marine aquatic ecotox. terrestrial ecotox. photochemical oxidation acidification eutrophication RATION COLZA ACP Contribution majeure du concentré pour les différents impacts à l échelle de la ration
Comparaison des différentes rations Catégories d'impact Unité kg lait SOJA kg lait Colza ACP kg lait Colza PEP Epuisement des ressources g Sb eq 0,723 0,592 0,553 Effet de serre g CO2 eq 300 284 280 Diminution de la couche d'ozone g CFC-11 eq 0,000013 0,0000106 0,00000988 Toxicité humaine g 1,4-DB eq 136 114 115 Ecotoxicité terrestre g 1,4-DB eq 0,923 1,01 1,04 Pollution photochimique g C2H2 0,0349 0,019 0,0185 Acidification g SO2 eq 1,48 2,52 2,55 Eutrophisation g PO4--- eq 2,9 3,28 3,28
Extraction des ressources et des matières premières Etape de production des fourrages et des concentrés Production du lait Transformation Consommation Fin de vie