Techniques de mesure de la production de méthane

1.4.2.1 Chambres respiratoires

Le CH4 émis par l’animal par éructation et par flatulence est mesuré par les chambres

respiratoires. Cette technique consiste à installer un animal dans une chambre avec une circulation d’air contrôlée. Dans ce cas, l’air extérieur pénètre dans la chambre et circule autour de l’animal, comme le montre la figure 1.6. L’air de la chambre est pompé à travers un débitmètre et différents analyseurs de gaz. L’émission de CH4 est alors calculée à partir

du débit d’air et de la concentration du gaz, en l’occurrence le CH4 présent dans l’air à l’entrée

et à la sortie (Bhatta et al., 2007). Les concentrations en O2 et en CO2 à l’entrée et à la sortie

de la chambre peuvent également être mesurées. Les mesures sont effectuées normalement sur une durée de 3 à 5 journées pour diminuer les variations entre les jours. Plus le nombre d’animaux requis est important, moins la variation entre les groupes de vaches sera importante. Ce type de mesures nécessite l’adaptation des animaux durant plusieurs jours à cet environnement. Celui-ci peut en effet affecter le comportement de l’animal, notamment la prise alimentaire. Or, les émissions de CH4 dépendent de la MS consommée (Storm et al.,

2012).

19 1.4.2.2 Les traceurs

La méthode au traçage à l’hexafluorure de soufre (SF6) est apparue dans les années 1990

(Johnson et al., 1994). Elle est basée sur le fait que si l’on connaît le taux d’émission d’un gaz provenant du rumen, ayant le même comportement que le CH4, alors il est possible de

mesurer le taux de CH4 émis par la vache. Ceci suppose également de connaître les

concentrations de ces deux gaz à la fois dans l’air expiré et dans l’air atmosphérique ou ambiant (Storm et al., 2012; Brouček, 2014). La méthode consiste à placer un tube de perméation libérant du SF6 à un taux constant dans le rumen. La vitesse de libération du SF6

du tube est connue avant sa mise en place dans le rumen. Les gaz éructés sont récoltés à l’aide d’un dispositif d'échantillonnage relié à un tube capillaire dont l’extrémité libre est positionnée au-dessus des naseaux (Figure 1.7). Le but est d’obtenir une aspiration constante sur 24 heures.

Figure 1.7. Matériel nécessaire à la mise en œuvre de la méthode au traçage à l’hexafluorure de soufre (SF6) (Hassouna et Eglin, 2015).

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Les émissions de CH4 sont calculées à partir du rapport CH4/SF6 et de la vitesse de libération

de SF6 spécifique au tube de perméation.

Les émissions de CH4 (FCH4 en g/j) seront ensuite calculées à partir du flux de SF6 (FSF6 en

g/jour) de la manière suivante (Storm et al., 2012):

FCH4= F SF6 × [(CCH4 animal – CCH4 atm) ÷ (CSF6 animal – CSF6 atm)]

CCH4 animal et CSF6 animal (en ppm) sont les concentrations de CH4 et SF6 mesurées dans le

dispositif de collecte (Figure 1.7). CCH4 atm et CSF6 atm sont les concentrations de CH4 et SF6

dans l’air ambiant.

Le SF6 est choisi comme gaz traceur car il possède les caractéristiques suivantes: il est non-

toxique et physiologiquement inerte, stable, il se mélange avec la phase gazeuse du rumen de la même façon que le méthane. Il n’est pas cher, sa limite de détection est très faible et il est simple à analyser (Storm et al., 2012).

La technique du traceur SF6 peut être utilisée pour étudier tous les aspects de nutrition et

d’alimentation. Il permet à l’animal de bouger. Cette technique présente l'avantage d'être beaucoup moins lourde et onéreuse que celle des chambres mais elle est moins précise. Cependant, des problèmes avec cette technique ont été notés. En fait, les résultats obtenus sont souvent inférieurs à ceux collectés avec la méthode des chambres (Johnson et al., 1994). Cette sous-estimation de la production de CH4 a également été notée par Liang et al. (1989)

et a été estimée à 9 %. De plus, le SF6 est un gaz à effets de serre avec un pouvoir de

réchauffement global 22 200 plus puissant que celui du CO2 (Houghton et al., 2001). Des

résidus de SF6 peuvent être retrouvés dans la viande et le lait sur les animaux en

expérimentation. Cette méthode nécessite également l’adaptation de l’animal au port du masque; de plus, les émissions de CH4 par le gros intestin ne peuvent être mesurées (Bhatta

et al., 2007).

1.4.2.3 Système GreenFeed (GF)

Le système GreenfeedTM a été proposé en 2011 (U.S. Patent 7966971) par l’entreprise CLock Inc. (South Dakota, États-Unis d’Amérique) afin de mesurer les émissions de CH4 chez les

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des mesures en bâtiments ou au pâturage (Waghorn et al., 2013). Ce système permet d’obtenir des mesures ponctuelles en continu sur un grand nombre d’animaux (e.g., 20 animaux par système) et sur une durée suffisamment longue pour obtenir un nombre de visites permettant de calculer une valeur moyenne représentative des émissions de l’animal. Selon Renand et al. (2013), avec une cinquantaine de visites au total (c'est-à-dire, 3 à 4 visites par jour sur 2 semaines), la répétabilité de la moyenne des émissions mesurées dépasse 70%.

Les mesures de CH4 et CO2 sont réalisées à chaque fois que l’animal visite le système

GreenfeedTM. L’auge intégrée dans le Greenfeed™ est utilisé pour déposer des aliments qui attireront l’animal, mais aussi comme système qui permettra la collecte des gaz éructés. Lorsque l’animal insère sa tête dans l’auge, sa boucle électronique permet de déclencher la distribution alimentaire (i.e., l’appât) et de contrôler la fréquence et le nombre de ses visites. Les gaz émis au niveau des naseaux sont échantillonnés par une aspiration à débit contrôlé et entraînés vers un analyseur infrarouge pour déterminer les concentrations en CH4 et CO2

(Figure 1.8). On peut calculer les émissions de CH4 à partir des concentrations en CH4 et CO2

(corrigées par les concentrations respectives dans l’air ambiant), le débit d’air, et le taux de récupération:

CH4 volume = Fc ×CR ×Σ tp [Δt × (CH4_avg - CH4_bkgrnd) ×Qair]

CR = Taux de récupération des gaz, déterminé à l’aide d’un traceur (%)

Δt = Période de mesure des émissions (1 seconde)

CH4_avg = Moyenne des concentrations en CH4 pendant la période de mesure (%)

CH4_bkgrnd = Concentration de fond en CH4 (%)

Qair = Débit d’air du ventilateur pendant la période de mesure (flux par unité de temps)

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Figure 1.8. Système « GreenfeedTM » avec ses principales composantes (d’après C-Lock Inc).