Fertilisants testés

Une grande partie des urinofertilisants étudiés correspond à ceux testés dans l’expérimentation en serre (chapitre 2). Cependant, les mesures de volatilisation n’ont pas été réalisées en même temps, les échantillons utilisés n’étaient pas les mêmes et les procédures de préparation étaient légèrement différentes. Les caractéristiques des 11 fertilisants utilisés pour la volatilisation sont présentées dans le Tableau 5-1.

Deux séries de mesure ont été faites pour l’urine stockée (université), avec de l’urine collectée en

2017 et 2019 dans un bâtiment de l’université à l'aide d'un urinoir masculin sec. Elles ont été stockées pendant au moins six mois dans un réservoir étanche. Pour l'urine stockée acidifiée, 17 ml d'acide

sulfurique (pur à 96%) ont été ajoutés par litre d'urine stockée (urine collectée en 2019) pour abaisser le pH à 6,3 afin de réduire les pertes par volatilisation (pKa NH3/NH4⁺ = 9,2). L'urine stockée (festival) a été collectée par une entreprise privée lors d'un festival de musique en août 2018 en

Pour l'urine fraîche acidifiée et l’urine fraîche alcalinisée, l'urine a été recueillie auprès d’une

vingtaine de donneurs de l’université. Les mélanges ont été effectués dans les trois heures après collecte et les fertilisants produits ont été stockés à 4 °C entre une à cinq semaines avant le début de l’expérimentation. L'acidification de l'urine fraîche à un pH inférieur à 4 ou l'alcalinisation à un pH supérieur à 11 ont pour objectif d'empêcher l'hydrolyse de l'urée et donc de stabiliser l’azote sous forme uréique qui ne devrait pas se volatiliser avant apport au sol. Pour l'urine fraîche acidifiée, 60 mmol H+ ont été ajoutées par litre d'urine fraîche (1,61 mL/L d'acide sulfurique à 96%, Hellström et al. 1999), l’amenant à un pH de 2,1. Pour l'urine fraîche alcalinisée, 10 g de Ca(OH)2 ont été ajoutés par litre d’urine fraîche (Randall et al. 2016), l’amenant à un pH de 12,3.

L'urine est parfois mélangée à des matières organiques, par exemple dans les toilettes sèches. Pour simuler cette utilisation, un mélange d'urine fraîche et de copeaux de bois a été produit une semaine

avant le début de l'expérience. La même urine fraîche que dans le cas précédent a été utilisée et 1 kg de copeaux de bois (morceaux avec une taille inférieure à 1 cm) ont été mélangés à 286 g d'urine fraîche, quantité maximale que les copeaux de bois pouvaient absorber. Un autre mélange urine + matière organique a été utilisé pour les mesures de volatilisation. Ce mélange d’urine stockée et de compost de déchets verts n’a pas été étudié lors de l’expérimentation en serre présentée au chapitre 3,

mais au cours d’une précédente expérimentation (Martin 2018). Avec ce produit, nous souhaitions étudier une possible gestion de l’urine en la mélangeant avec des matières organiques courantes. Le compost de déchets verts a été récupéré sur une plateforme de compostage. Afin de garder le mélange sous forme solide et d’obtenir un produit facilement applicable, ces deux matières ont été mélangées selon un rapport de 16,7 g d’urine stockée (collectée en 2017) pour 20 g de compost.

Le traitement de l'urine fermentée consistait en une acidification de l'urine fraîche suivie d'une

fermentation lactique. Le traitement est similaire à celui de Andreev et al. (2017). Cet urinofertilisant a été produit par la société TOOPI Organics (www.toopi-organics.com).

Pour l'urine nitrifiée, la moitié de l'azote ammoniacal dans l'urine stockée a été nitrifiée

(nitrification biologique). La solution a ensuite été concentrée par distillation (Fumasoli et al. 2016). Cet urinofertilisant a été produit par la société VUNA (www.vuna.ch).

Comme pour l’expérimentation en serre, les urinofertilisants ont été comparés au nitrate d’ammonium (sous forme liquide) et au lisier bovin. La solution de nitrate d'ammonium a été obtenue

en mélangeant 63,7 g de NH4⁺NO3^- dans 100 ml d'eau.

Le lisier bovin a été collecté dans une pré-fosse à lisier sous la stabulation d'une ferme laitière

Tableau 5-1. Caractéristiques des fertilisants testés. Les résultats sont exprimés par rapport à la

masse de produit frais non séché. MB est pour matière brute et DV pour déchets verts. Le pH du mélange urine fraîche + copeaux n’a pas pu être mesuré.

Fertilisants ^{Matière sèche ou} résidus sec

(% ou g/100g MB) pH N-total _{(g N/kg)} ^N-NH4 (g N/kg) N-NO3 (g N/kg) N-uréique (g N/kg) N-organique (g N/kg) Urine stockée (université) 2017 ^{2 9,1 6,6 5,5 0 0 1,2} Urine stockée (université) 2019 ^{1 9,1 6,6 6,6 0 0,3 0} Urine stockée (festival) ^{1 7,1 3,8 3,7 0 0,3 0} Urine nitrifiée concentrée ^{-* 3,9 58,1 29,6 28,5 0 0} Urine fraîche acidifiée ^{2 2,1 4,5 0,0 0 3,8 0,7} Urine stockée acidifiée ^{2 6,3 6,6 6,6 0 0,3 0} Urine fermentée ^{1 2,9 2,4 0,5 0 2,0 0} Urine fraîche alcalinisée ^{3 12,3 4,5 0,0 0 4,4 0,1} Urine fraîche + copeaux de bois ^{27 - 3,6 0,4 0 3,4 0} Urine stockée (2017) + compost DV ^{45 9,0 9,8 1,3 0 <1 8,1} Lisier bovin 2017 ^{12 8,0 6,0 1,4 0 <1 4,2} Lisier bovin 2019 ^{7 7,0 3,9 1,6 0 0,5 1,8} Nitrate d'ammonium ^{- 4,7 221,9 107,5 114,4 0 0}

*Non mesurée en raison de la cristallisation.

Les différentes formes de l’azote présentes dans les urinofertilisants sont présentées en Figure 5-1. L'azote est excrété dans l'urine principalement sous forme d'urée (Udert et al. 2006). Cependant, dans l'urine stockée et l'urine stockée acidifiée, la plus grande partie de l'urée est hydrolysée pendant le stockage, et l'azote ammoniacal est la principale forme d'azote. Pour les urines fraîches et l’urine fermentée, stabilisées par acidification ou alcalinisation, l'urée est la principale forme d’azote. Comme pour le nitrate d’ammonium, la forme de l’azote dans l'urine nitrifiée concentrée est pour moitié nitrique et pour moitié ammoniacale (Fumasoli et al. 2016). Le lisier bovin prélevé en 2017 étant «frais » (collecté dans une pré-fosse sous la stabulation). Seul 23% de l’azote est sous forme ammoniacale ce qui est dans la fourchette basse de la concentration attendue (Benoît et al. 2014). Environ 40% de l'azote est sous forme ammoniacale dans le lisier bovin prélevé en 2019. Le taux de matière sèche du lisier de 2017 est aussi plus élevé qu’en 2019.

Pour le mélange d'urine fraîche avec des copeaux de bois, la majeure partie de l'azote était sous forme uréique contrairement au mélange testé en serre, pour lequel la majorité de l’azote était sous forme organique. Les transformations de l’azote après le mélange avec les copeaux de bois nécessitent d’être étudiées plus en détail. La concentration en azote dans les copeaux de bois n'a pas été déterminée, mais, en supposant une teneur en azote de 0,06% comme cela a pu être mesuré dans la sciure de bois (Reichel et al., 2018), la concentration prévue du mélange serait de 4,2 g N/kg au lieu des 3,6 g N/kg mesurés. Cela suggère qu'environ 15% de l'azote urinaire aurait pu être hydrolysé puis volatilisé pendant le stockage avant le début de l’expérimentation. Pour le mélange de l’urine stockée avec du compost de déchets verts, la concentration en azote calculée à partir des teneurs en azote du compost et des urines était de 10,7 g N/kg au lieu des 9,7 g N/kg mesurés indiquant une possible volatilisation d’environ 10% de l’azote avant le début de l’expérimentation.

Le pH de l’urine stockée est alcalin (9,1) excepté pour l’urine provenant de festival pour laquelle il est de 7,1. Cela est peut être dû à une dilution avec de l'eau pendant la collecte (nettoyage des urinoirs et pluie pendant l'événement). L’urine alcalinisée a un pH très basique (12,3). Le pH du mélange avec le compost est aussi alcalin (9,0). Les pH de l’urine nitrifiée, de l’urine fermentée et des urines acidifiées sont acides à très acides (2,1 à 6,3).

Figure 5-1. Répartition des formes de l’azote dans les urinofertilisants testés. DV est pour déchets