L épandage des produits organiques De la caractérisation des produits à la qualité d épandage M. Rousselet E. Piron F. Thirion Les 7 es rencontres de la fertilisation raisonnée et de l analyse de terre FERTILISATION ET SOCIETE 15 et 16 Novembre 25
L épandage agricole des organiques Effluents d élevage, industriels, composts de déchet et ordures ménagères, boues de station. Production des effluents d élevage (Source M.E.E.D. 22) 3 millions de tonnes 5% des tonnages épandus 21.5 Produits oganiques épandus ( e n m i l l i o n s d e t o n n e s / a n ) 2.8.85 3 Effluent s d'élevage Efluent indust riels Compost s de déche t s ve rt s et OM Boue s de st a t ion d'épurat ion (M.S.) Source M.E.E.D. 22 Composts d ordures ménagères et de déchets verts en développement 6% en déchets verts 17% en ordure ménagères 3 25 2 15 1 5 Production de d échets verts Déchets verts compostés Production d'ordures ménagères Ord ures ménag ères compostées
Les catégories de produits Produits solides Structure fibreuse avec éléments de liaison gras Tiennent facilement en tas Produits liquides Produits qui s écoulent bien Nécessitent d être stockés dans une fosse Produits pâteux Ne s écoulent pas Ne peuvent tenir en tas
Les caractéristiques des produits % M.S. Fumier Lisier Compost Boues Porc <8% Liquides <1% Bovins >12% Pâteux 1%< < 3% Bovins >2% Bovins 3%< <35% Solides >3 % Urbains >35% Volailles >5% Granulées >9% Boues granulées Fumier de volailles %M.S. Compost urbains Boues solides Compost bovins Boues pâteuses Lisier bovins Boues liquides Lisier porc 2 4 6 8 1
Teneur en matière sèche Sécher 4 échantillons d environ 1g Étuve stabilisée à 15 C durant 15h (EN 1346) Pour les boues: 6 C durant 72h (ASAE Standards, 1999) D m md (%) = 1 m w m d m w Masse de l échantillon séché (en g) Masse initiale de l échantillon (en g)
µ M V Masse volumique Masse du produit pour un volume connu Norme En 138 préconise une caisse de 1m 3 Autres méthodes µ = M V : masse volumique (kg/m 3 ) : Masse (kg) : Volume (m 3 ) Méthode du seau facile à utiliser (1 l) Masse volumique chargée (mesurée lors des essais)
Cohésion et frottement interne τ = tan( ϕ1) σ σ : contrainte normale τ : contrainte de cisaillement n +C Charge Fn Variable Couvercle Fn Frottement interne τ C tan( ϕ1) = σn ϕ 1 : Angle de friction interne C : Cohésion Boîte mobile τ τ Boîte mobile Cohésion - Frottement 8 Cisaillement 6 4 2 5 1 15 Effort Normal
Résultats caractéristiques Masse volumique (kg/m3) Teneur en M.S (%) 8 Matière sèche de s produits Fumier de bovins 645 3 7 6 Compost de bovins 72 32 % de M.S. 5 4 3 Fumier de volailles 25-44 6-7 2 1 Fumier Compost Cocompost 8 Contrai nte m axi = f (co ntrai nte no rm al e) Co m po st - cô té de tas Cohésion (kpa) Fumier : 23 Compost : 7.8 Masse volumique chargée des produits 7 Cocompost : 8.8 12 Contrainte de cisaillement [kpa] 6 5 4 3 2 1 y =.38x + 2.8974 R 2 =.8789 Frottement interne Fumier: Compost:.35 Masse volumique (kg/m3) 1 8 6 4 2 2 4 6 8 1 Contrainte normale [k Pa] Cocompost:.9 Fumier Compost Co-Compost
Fluidité - Rhéologie Fluidité Viscosité Sur produits liquides (lisier et boues liquides Mesure du temps d écoulement dans un fluidimètre 25 ±.5 64 H Etalonnage eau Hauteur H Temps =6.6 s Fluidité lisier T<7.2s 4 ±.5 Rhéologie Sur produits pâteux Mesure de la contrainte de cisaillement, fonction du gradient de vitesse «Slump test» «Slump test» (mesure de terrain) Rhéomètre
La norme d épandage EN 138 EN 138 Épandeurs de fumier Protection de l environnement Prescriptions et méthodes d essai (a) Longitudinale Pesée statique enregistrée pendant l épandage Poids total = f (temps) Débit = f (temps) Transversale Passage au dessus d une rangée de bacs Poids/bac = f (largeur)
La norme d épandage EN 1346 EN 1346 Épandeurs de lisier Protection de l environnement Prescriptions et méthodes d essai (b) Equipement buses palettes, buses de précision (1) rampes,enfouisseurs, rampes,enfouisseurs,pendillardspendillards (2) Répartition transversale en nappe (1) en ligne (2) Répartition longitudinale pesée continue débitmètre à ultra son Pesée continue Débitmètre à ultra son
La régularité transversale L W Largeur de travail (m) Quantité (kg) Passage n 1 Passage n 2 Somme des 2 passages Largeur (m) L T Coef. Var. transversal: C.V.(t) < 3% - Largeur de travail > 1/2 de la largeur de projection - Largeur de travail > largeur de la machine
La régularité longitudinale (Q) débit caractéristique, (E) étendue dans la zone de tolérance Débit (kg/s) 23/6/1999 5 Débit caractéristique : 39,8 kg/s 4 + 15 % - 15 % 3 2 E1 E= E1+E2 E2 Etendue dans la zone de tolérance : 42,7 % CV : 53 % débit kg/s débit caractéristique débit + 15 % débit - 15 % 1-2% % 2% 4% 6% 8% 1% 12% Temps de vidange (%) -1
Exigences des normes Filtrage des données Calcul Débit caractéristique ( moyen durant 3% du temps) Zone de tolérance (+ 15%, - 15% du débit caractéristique) tolérance) Étendue ( % de temps où le débit est dans la zone de Prescriptions Coef.. de var.: C.V (l) et C.V.(t), écart moyen Étendue dans la zone de tolérance: E% Epandeurs -de fumier (a), -de lisier (b) (a) E>35% C.V.(l)< 4% C.V.(t)< 3% (Lw (b) E>9% C.V.(t)< 2% (1) Ecart moyen< 15%(2) (1) en nappe (2) en ligne Lw<1/2Lt)
Le respect de la dose la dose dépend de : La vitesse d avancement Du débit De la largeur de travail Avec des produits à forte cohésion, le débit dépend de: La masse volumique La vitesse du fumier / du tapis D = Q L V 6 Ou: D est la dose en t/ha Q est le débit en kg/s L est la largeur en m V est la vitesse d avancement en km/h Avec les produits a faible cohésion, il faut tenir compte en plus de L éboulement et de la hauteur au passage des hérissons La vitesse réelle du fumier, le glissement sur le tapis en cas d utilisation de la porte. La dose est atteinte dans 6% des cas en fumier et 4% des cas en compost
La répartition longitudinale Avec les produits cohésifs (fumiers), la régularité longitudinale est satisfaisante E>35%, C.V.< 4% Débit (kg/s) 4 35 3 25 2 15 1 5 sur un même épandeur Les produits à faible cohésion s éboulent facilement(compost) La durée de vidange est plus importante et le débit n est pas constant E< 35%, C.V.< 4% 2 4 6 8 1 N 1-11/5/24 - ROCK SILEX 2 HVB 813 - Fumier Débit (kg/s) 2 15 1 5 Temps de déchargement (%) Débit carac : 35.2 kg/s Etendue : 5.8 % CV : 38.2 % 2 4 6 8 1 N 1-12/5/24 - ROCK SILEX 2 HVB 813 - Compost Temps de déchargement (% ) Débit carac : 14.8 kg/s Etendue : 29.3 % CV : 38.1 %
Utilisation d un tablier accompagnateur L utilisation d un tablier accompagnateur améliore la régularité longitudinale en fumier et en compost. L étendue dans la zone de tolérance passe de 25% à 6% en compost, et de 4 à 6% en fumier. L utilisation de la porte arrière en régulation ne peut être préconisée dans ce cas. Seule, elle améliore aussi la régularité longitudinale Débit massique (kg/s) Comparaison courbes de débit massique Cocompost - Avec et sans tablier 16 14 12 1 8 6 4 2 Théorique Avec tablier Sans tablier -2 2 6 1 14 Temps de vidange (% du temps théorique)
Répartition transversale La régularité de l épandage est généralement meilleure avec un produit homogène, (compost). La régularité de la répartition transversale peut être affectée sur la largeur avec des produits à forte cohésion(compost humides très collants) La largeur d épandage est augmentée avec les produits à forte densité. A l inverse elle reste faible avec les produits à basse densité (volailles) N 2-11/5/24 ROCK - SILEX 2 HVB 813 Fumier Dose (%) 15 1 5 Répartition transversale -15-1 -5 5 1 15 N 1-4/6/24 ROCK - S ILEX 2 HVB 813 Compost 2 15 1 5 Largeur d'épandage (m) CV : 8.4 % Dose épandue : 29 T/ha Larg. travail : 14 m Type Ep.: Va et vient % Pesées moy. des 2 rangées % Recouvrement moy. des 2 rangées Répartition transversale CV : 28.6 % Dose épandue : 15 T/ ha Larg. t rava il : 11 m Type Ep.: Va et vient -15-1 -5 5 1 15 La rg e u r d 'ép a n d a g e ( m ) % P esées moy. des 2 rangées % Recouvrement moy. des 2 rangées
Conclusion La qualité d épandage dépend des produits épandus: f (masse volumique, %M.S., cohésion, frottement interne). La masse volumique influence la dose et la largeur d épandage. La cohésion et le frottement interne influencent les répartitions longitudinales et transversales. La M.S. % et la masse volumique influencent la largeur d épandage. La dose est atteinte dans 6% des cas en fumier et 4% des cas en compost Les répartitions longitudinales, en compost, ne sont pas conformes aux exigences de la norme.
Perspectives Affiner les méthodes et outils pour caractériser les produits et leurs effets sur l épandage. Améliorer la compréhension des phénomènes dans l interaction «matériau-matériel. Rechercher des solutions utiles et simples, pour contribuer au progrès technique des épandeurs. Le Cemagref investit dans des moyens de recherche et d essais adaptés aux épandages organiques. Merci de votre ATTENTION.