Besoins de recherches et d'études complémentaires

L'ESCo a fait le point sur les effets agronomiques et l'apport de contaminants dans l'environnement induits par l'épandage des Mafor. Elle met également en évidence des besoins de recherches complémentaires qui permettraient de préciser et d'agréger ces effets dans des évaluations multi-critères de la pratique. En particulier, des pistes de recherche sur les contaminants sont proposées dans cette section. Il semble impossible de développer des recherches sur tous les contaminants. Une hiérarchisation de ces contaminants est indispensable. Pour cela, une évaluation des risques sanitaires de cette pratique est nécessaire, agrégeant les données concernant la présence de contaminants, les déterminants de leur évolution après apport avec les connaissances sur les voies d’exposition et de transfert des contaminants et leurs impacts sanitaires sur les animaux et sur l’homme. Cette évaluation des risques aidera à mettre en évidence les points de recherche prioritaires et à hiérarchiser le choix des contaminants à étudier.

• Une meilleure connaissance des ressources en Mafor, et des caractéristiques des matières

pour évaluer la substituabilité des engrais minéraux par des Mafor

- Afin d’assurer une bonne gestion des Mafor et d'évaluer le potentiel de substitution des engrais minéraux par les Mafor, il est nécessaire d’avoir une meilleure connaissance des gisements potentiels. L'absence de centralisation des données relatives aux quantités de matières disponibles et à leurs voies de valorisation (y compris hors épandage), et l'hétérogénéité des unités employées rendent actuellement difficile voire impossible le suivi des pratiques d'usage des matières et les tendances d'évolution des ressources en Mafor. L'enquête "Pratiques Culturales" menée par le SSP du ministère de l'Agriculture est actuellement le seul outil de suivi des pratiques de fertilisation avec des Mafor, mais manque de finesse pour appréhender précisément la diversité des matières épandues et des pratiques liées à ces apports. Dans les cas où l'épandage en forêt est autorisé, les pratiques ne font l'objet d'aucun recensement à l'échelle nationale.

- L'ESCo a montré l'importance des caractéristiques (physiques et chimiques) des matières « primaires » qui entrent dans la composition des Mafor, ainsi que des modalités des traitements qui leur sont appliquées, ces paramètres influant sur les caractéristiques des Mafor "prêtes à épandre".

En premier lieu, les caractéristiques des matières "primaires" peuvent être modulées à la source. Par exemple, les recommandations actuelles concernant l'alimentation porcine ont conduit à une diminution des teneurs en cuivre et en zinc dans les effluents. L’importance du tri des matières "primaires" avant traitement avec la mise en place des collectes sélectives tend également à diminuer les concentrations en ETM dans les composts de déchets ménagers. Une réduction des contaminants organiques et minéraux à la source peut également être envisagée, notamment pour les Mafor d'origine animale (via la réduction de l'utilisation des antibiotiques en élevage), et d'origine urbaine (via le changement d’habitude des foyers, environ 0.4 g de micropolluants sont en effet rejetés par jour et par équivalent habitant dans les eaux usées avant d’être traités par les STEU).

De la même façon, les traitements conditionnent fortement les caractéristiques des Mafor, en agissant simultanément sur la valeur agronomique des Mafor et sur leur innocuité, parfois de façon contradictoire. Ils constituent un levier important pour optimiser leur usage.

Il serait donc nécessaire de construire une typologie des Mafor analysant les effets croisés de ces deux facteurs (matières primaires entrant dans leur composition et traitement appliqué) sur les caractéristiques des Mafor, et permettant de prédire les effets potentiels sous certaines conditions d’utilisation.

- Du fait de l’origine des Mafor, celles-ci sont la plupart du temps caractérisées par la présence conjointe de N, P, K, S , MO… en proportions variables. La présence conjointe des éléments ayant des disponibilités variables rend difficile leur intégration dans le raisonnement de la fertilisation des cultures sans entrainer des excès en certains éléments. De plus, la disponibilité de certains éléments comme le soufre reste très peu connue et devrait être caractérisée, pour optimiser l'usage de Mafor en réponse aux carences en cet élément qui apparaissent actuellement dans les sols cultivés. La mise au point de procédés de traitement des matières se développent pour en extraire spécifiquement le N ou le P ainsi que des travaux sur la constitution de mélanges adaptés aux besoins des cultures et des sols sur le plan de la composition en éléments fertilisants et en MO. Une analyse de la faisabilité économique de tels développements devra être réalisée.

• Un besoin d'acquérir des données nouvelles concernant la présence de contaminants

dans les Mafor et leur devenir après épandage

Une liste limitée de contaminants existe actuellement dans les réglementations entourant l’usage des Mafor, ces critères n’étant pas en vigueur pour l’ensemble des Mafor. Les teneurs en certains contaminants ne sont pas mesurées dans toutes les Mafor, comme en témoigne par exemple le fort déséquilibre observé dans la littérature sur les contaminants organiques, celle-ci étant essentiellement centrée sur les boues d'épuration (et dans une moindre mesure sur les effluents d'élevage). En particulier, les Mafor d'origine industrielle et de nombreuses Mafor commercialisées sont mal caractérisées. A l'inverse, notons que les boues d'épuration urbaines sont actuellement les Mafor les mieux connues, étudiées et renseignées sur le plan de leurs teneurs en contaminants.

- Les éléments traces minéraux (ETM) existent en nombre limité (moins de 100), et de l'ordre de 10% d'entre eux sont déjà étudiés dans les Mafor. Des méthodes de dosage multi-élémentaires existent et permettraient, appliquées aux Mafor, de quantifier presque tous les éléments du tableau périodique en un nombre limité d'analyses. Pour prioriser les recherches sur le devenir des ETM pas ou très peu étudiés, l'accent pourrait être mis sur ceux qui sont largement utilisés dans la vie courante, et susceptible d'être présents dans de nombreuses Mafor : par exemple l’étain, l’argent ou le titane, employés comme biocide (Sn, Ag) ou sous formes de nanoparticules (Ag, Ti), les terres rares, pour lesquels les données actuelles sont encore très fragmentaires et nécessitent d'être complétées. Les méthodes de quantification des nanoparticules dans les Mafor ne sont pas encore au point, et constituent la première étape avant l'étude de leur devenir après épandage.

- Les composés traces organiques (CTO) sont beaucoup plus nombreux que les ETM (plusieurs milliers de molécules), et leur nombre augmente encore si l'on tient compte des métabolites issus de leur dégradation. Etant donnée cette diversité, une étude exhaustive de tous les CTO semble impossible et peu stratégique. La recherche de typologies de contaminants et la détermination de contaminants "modèles" dont le comportement est représentatif des autres (approches QSAR « relation quantitative structure-activité ») serait préférable. Un moyen complémentaire d’évaluer les effets potentiels des apports de Mafor serait de développer les tests écotoxiques pour identifier les effets potentiels des contaminants "modèles" dont la présence dans l'environnement représente le plus de risque pour le consommateur final (Homme et animal).

Pour les perturbateurs endocriniens, ceux interférant avec la fonction de reproduction sont les plus étudiés, mais leurs effets ne se limitent pas à cette seule fonction et plus d'investigations sont requises pour d'autres systèmes endocriniens. Les travaux sur des CTO restent prioritaires. Couramment utilisés en médecine vétérinaire et humaine, les glucocorticoïdes à visées anti- inflammatoires, perturbateurs potentiels de la fonction surrénalienne, sont susceptibles d'être présents dans les boues d'épuration urbaines et les effluents d'élevage, il est nécessaire de mieux les étudier. De plus, les Mafor sont susceptibles de

contenir des phytoestrogènes naturels potentiellement capables d'interférer avec les fonctions endocriniennes, et actuellement peu étudiés. Des tests sont couramment utilisés pour évaluer le potentiel perturbateur endocrinien, notamment sur la fonction thyroïdienne, ainsi que des tests de génotoxicité et tératogénicité, ils pourraient être utilisés pour évaluer les Mafor et/ou les sols traités, en recherchant le lien de leur réponse avec les caractéristiques chimiques des molécules étudiées pour mettre en place une démarche de prévision des effets.

- L'appréciation de la forme chimique et de la mobilité des contaminants chimiques constitue un enjeu important. La spéciation et la mobilité des ETM est centrale dans l'évaluation du devenir des contaminants dans l'environnement, les végétaux et les animaux. La littérature fait état de l'absence de consensus sur la méthode à appliquer pour les quantifier, ce qui rend la comparaison entre les études délicate. Concernant les CTO, la méconnaissance des divers mécanismes à l'origine du processus de "dissipation" des CTO constitue une difficulté spécifique, qui pourrait être levée par des méthodes plus précises d'extraction chimique de ces contaminants dans les diverses matrices (Mafor, sol).

Les extractions séquentielles de contaminants chimiques ont clairement montré leurs limites. Il semble nécessaire de développer des modèles liant les propriétés des contaminants avec celles de la Mafor et du sol pour prédire leur mobilité après épandage.

- Pour l'ensemble des agents biologiques susceptibles d'être véhiculés par les Mafor, le portage digestif et l'excrétion fécale influencent fortement le niveau de présence de ces contaminants dans les déjections. Mieux connaître le taux de portage et d'excrétion selon les espèces animales considérées et les modes d'élevage permettrait d'optimiser l'application de traitements appropriés aux Mafor, dont certains sont réputés efficaces pour maîtriser la dissémination de la plupart des agents pathogènes. Deux classes de contaminants biologiques sont moins étudiées : i) les gènes de résistance aux antibiotiques présents dans les Mafor, dont le devenir dans le sol et le transfert potentiel aux microorganismes du sol et des végétaux sont encore mal caractérisés ; ii) les prions sont très peu étudiés, les résultats actuellement disponibles montrant la grande complexité et la grande variabilité de leur comportement notamment au cours des traitements capables d'abattre efficacement les autres pathogènes.

- Les études des effets synergiques, additifs ou antagonistes des mélanges de contaminants (effets cocktails) notamment en faibles doses doivent être développées.

- Les effets des traitements sur les concentrations, la mobilité et la spéciation des contaminants chimiques sont mal connus. Des travaux se développent (notamment sur l'efficacité de divers types de traitement des eaux usées urbaines pour abaisser les teneurs en contaminants dans les boues d'épuration), mais devraient être étendus à l'ensemble des configurations "Matière première X traitement". Par ailleurs, l’impact des traitements des Mafor (tels que le compostage ou la digestion anaérobie), à la fois sur les molécules antibiotiques et les bactéries résistantes aux antibiotiques est peu documenté. De même, il existe très peu de données sur l’effet hygiénisant de la digestion anaérobie, filière en qui est en plein essor.

• Le développement nécessaire de méthodes d'évaluation des impacts écotoxiques des Mafor

- La littérature scientifique concernant l’évaluation des impacts écotoxicologiques de l’épandage de Mafor sur les sols révèle des lacunes de connaissance, plutôt que des conclusions fermes. Les études disponibles concernent essentiellement les boues de STEU, les composts, les déjections animales et les biochars ; elles apparaissent comme autant de cas particuliers. Seules quelques rares publications s’appliquent au contexte national français. Dans ces conditions, il apparait impossible de trancher sur l’écotoxicité des Mafor. De façon générale, l’évaluation des impacts des Mafor considère les microorganismes des sols et les végétaux cultivés. La macrofaune, les approches multi-spécifiques, les relations entre niveaux d’organisation biologique (de l’individu aux communautés) ou les impacts au sein de réseaux trophiques ne sont que très peu étudiés. L’analyse bibliographique ne fait pas ressortir d'étude concernant l’impact de l’épandage des Mafor sur les insectes pollinisateurs (abeilles), les oiseaux ou la mégafaune terrestre (rongeurs…).

- Des méthodologies d’Evaluation des Risques Ecotoxicologiques (ERE) se sont développées au niveau national et international afin de mieux démontrer l’innocuité de matières fertilisantes, incluant des Mafor, lors de leur apport au sol. Ces méthodologies constituent des outils importants d’aide à la décision quant aux conditions d’usage des fertilisants, qu’il faut encourager.

• Amélioration de l’évaluation des risques de transfert des contaminants vers la chaîne alimentaire

- Il reste primordial de mieux connaître l’exposition des organismes aux contaminants, élément nécessaire à l’évaluation des risques associés à la pratique d’épandage de Mafor. Dans ce but, il faut améliorer les méthodes d'estimation de la biodisponi- bilité et préciser les connaissances sur le transfert des contaminants des sols amendés par les Mafor vers les organismes.

- Pour étudier le transfert des contaminants chimiques au sein des plantes après épandage, des travaux seraient nécessaires sur l'écophysiologie des cultures vis-à-vis des contaminants afin de mieux appréhender leur localisation dans les organes végétaux, et les modalités d'accumulation préférentielles en fonction du génotype (par exemple l'affinité propre des Cucurbitacées aux organochlorées), du stade de croissance, et des conditions environnementales (incluant le type de Mafor et la dose épandue). Etablir une typologie des végétaux plus fine que celle actuellement basée sur leur anatomie et le type de partie consommable (racine/feuille/tige) serait également nécessaire.

- Il semble nécessaire de s’intéresser aux différents facteurs susceptibles d'influencer les étapes du transfert des

molécules organiques vers les animaux suite à l’épandage de Mafor en situation réelle de présence des animaux sur des

parcelles ayant reçu des Mafor. L’approfondissement des connaissances sur la variabilité dans et entre les systèmes d’élevage sur l’ingestion de sol, et dans une moindre mesure, de pédofaune, est un aspect important à développer.

• Les essais longue durée nécessaires pour développer des modèles prédictifs des effets

d'apports de Mafor en fonction des modalités de leur usage

- Prédire les effets de l'épandage de Mafor nécessite de compléter les connaissances sur l'influence des pratiques

d'épandage, la maîtrise des systèmes de culture et les modalités d'usage des parcelles qui, comme les traitements,

peuvent agir à la fois sur la valeur agronomique et les risques sanitaires de façon contradictoire. Par exemple, l'enfouissement des Mafor semble déterminant pour l’efficacité agronomique et la réduction des volatilisations. L’homogénéité de la répartition et la régularité des quantités épandues, questions non documentées dans la littérature, sont pourtant déterminantes dans la présence éventuelle de dépôts localisés de Mafor qui pourraient générer des excès de N ou des concentrations élevées en contaminants. La texture du sol, le système de culture et le climat modulent les effets de l'épandage, mais ce rôle du contexte pédoclimatique dans lequel la Mafor est épandue est encore mal connu.

- Les essais de plein champ sur des durées longues tels que ceux du SOERE-PRO26 _{ont pour vocation d'évaluer les} effets d'apports répétés de Mafor sur les teneurs en éléments nutritifs, MO et contaminants dans les sols, leur biodisponibilité pour les cultures et les animaux, et leur mobilité dans les sols ainsi que sur les émissions à long terme associées (émissions de N2O, CH4, NO3, NH3…) et les facteurs de variabilité associés. De tels essais permettent de développer et paramétrer des modèles décrivant le fonctionnement couplé des cycles biogéochimiques majeurs (C, N, P, K, S…) dans les agrosystèmes soumis à épandage et son évolution dans le temps au fur et à mesure des épandages. Ces essais pourraient également permettre de calibrer des modèles de prédiction du devenir des contaminants sur le long terme en fonction des concentrations dans le sol, des apports, leur disponibilité pour les cultures et les animaux ainsi que leur mobilité dans les sols et les émissions générées après épandage.

Il reste à intégrer, dans les modèles décrivant les cycles des éléments majeurs (C, N, P) dans les agrosystèmes, l’ensemble des flux associés à ces éléments. Les émissions gazeuses associées aux apports de Mafor restent mal comprises et modélisées. C’est pourtant un passage obligé pour évaluer la balance entre certains services écosystémiques rendus par l'épandage de mafor (augmentation de matière organique dans les sols, substitution aux engrais minéraux) et des trade-off tels que l'émission de GES, la volatilisation d’ammoniac, la lixiviation de nitrates…

Ces modèles développés à l’échelle d’une parcelle et correspondant à un itinéraire technique et système de culture donnés devront être ensuite être étendus à des échelles spatiales plus larges ou pour d’autres Mafor ou d’autres itinéraires techniques et culturaux. Les résultats de l’approche typologique des Mafor mentionnée précédemment pourront être utilisés pour paramétrer les modèles pour d’autres Mafor. Le couplage avec des connaissances spatialisées des sols et des successions de culture permettrait d’évaluer les effets des apports de Mafor à des échelles plus larges en fonction de scenario d’usage (incluant les situations de mélanges de Mafor, ou de succession d'apport de Mafor de caractéristiques différentes).

- De tels essais permettraient également d'évaluer les effets indirects des épandages, actuellement très peu pris en compte, et qui doivent être caractérisés finement si l'on souhaite réaliser un bilan global des bénéfices agronomiques et des risques environnementaux de chaque type de Mafor (via des Analyses du Cycle de Vie par exemple) :

. les conséquences de la genèse de matière organique dissoute (MOD) après épandage de Mafor, dont le rôle dans la dynamique des contaminants chimiques est connu mais les mécanismes mal élucidés ;

. les conséquences de l’amélioration des teneurs en matière organique (MO) et des modifications du pH des sols par l’apport de Mafor sur la dynamique des contaminants, leur mobilité éventuelle et leur absorption par les végétaux ;

. l’effet de l’augmentation de MO suite à l’apport répété de Mafor pour améliorer des propriétés physiques des sols : résistance des sols au tassement accrue, amélioration de la disponibilité en eau qui pourrait réduire les besoins en irrigation…

26 _{SOERE-PRO : Système d’Observation et d’Expérimentation pour la Recherche en Environnement sur le long terme dédié aux Produits}

Résiduaires Organiques. C’est un réseau de sites expérimentaux au champ de longue durée ayant pour vocation d’être le support de recherches sur les effets des apports de Mafor sur les agrosystèmes.

• Développer des travaux en économie et en sociologie pour améliorer la gestion territoriale

des Mafor

- L’ESCo a mis en évidence le faible nombre de travaux récents sur l’évaluation économique de l’usage des Mafor et son acceptabilité par différents acteurs. Aucune étude économique récente n’a été publiée sur les marchés qui concernent des Mafor. Pourtant des transferts de Mafor entre régions françaises existent déjà, ainsi que des importations depuis d’autres pays européens. Quelques travaux épars sur la balance coût/bénéfice de cette pratique existent ; leur développement apporterait des éléments de réflexion sur l’intérêt de développer de telles filières de traitement, transport et commercialisation entre régions excédentaires et régions déficitaires en ressources.

- Par ailleurs la valorisation des Mafor d’origine urbaine ou industrielle constitue un moyen de substitution des engrais minéraux dans des régions péri-urbaines et/ou déficitaires en élevage. L’acceptabilité des acteurs directement concernés, notamment au niveau local, se joue sur les questions de risque, de nuisance et d’équité. Cet échelon local est très peu étudié par la communauté scientifique et il faudrait très certainement mieux aborder l’aspect sociologique de l’utilisation des Mafor pour pouvoir comprendre les réactions des agriculteurs, des consommateurs et du grand public.

- Enfin, une étude comparative des déterminants sociaux à l'origine des choix de gestion adoptés par les divers pays européens permettrait de mieux comprendre les aspects sociaux qui conditionnent l’acceptation ou le refus de l’usage des Mafor en agriculture.

Annexe. Teneurs seuils et flux maximaux en contaminants

chimiques dans la réglementation

Tableau 1. Valeurs limites et flux maximum en contaminants organiques

Elément ou composé Valeur limite (mg/kg _{de Matière Sèche)} Flux maximal (g/ha)

Boues de STEU non ICPE a

Déchets et effluents issus d'ICPE (sauf élevage) b

3 HAP Benzo(b)fluoranthène Fluoranthène Benzo(a)pyrène

5 (pâturage : 4) 2,5 (pâturage : 2,5)

2 (pâturage : 1,5)

75 (pâturage : 60) sur 10 ans 40 sur 10 ans 30 (pâturage : 20) sur 10 ans 7 PCB 28, 52, 101, 118, 138, 153, 180 somme des 7 : 0,8 somme des 7 : 12 sur 10 ans NF U 44-051 3 HAP Benzo(b)fluoranthène Fluoranthène

Benzo(a)pyrène 4 2,5 1,5 6 par an 4 par an 2 par an NF U 44-095 3 HAP idem NFU 44-051 idem NFU 44-051 idem NFU 44-051

7 PCB 28, 52, 101, 118, 138, 153, 180 somme des 7 : 0,8 somme des 7 : 1,2 par an Projet de NF U 44-003 c 3 HAP idem NFU 44-051 idem NFU 44-051 idem NFU 44-051

7 PCB 28, 52, 101, 118, 138, 153, 180 somme des 7 : 0,8 somme des 7 : 0,9 par an Homologation des

Matières fertilisantes et