Evaluation environnementale des systèmes de production porcine – Intérêt d’une approche combinant modélisation et analyse du cycle de vie

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Evaluation environnementale des systèmes de

production porcine – Intérêt d’une approche combinant

modélisation et analyse du cycle de vie

Bertrand Méda

To cite this version:

Bertrand Méda. Evaluation environnementale des systèmes de production porcine – Intérêt d’une approche combinant modélisation et analyse du cycle de vie. Sciences du Vivant [q-bio]. 2008. �hal-02819051�

Mémoire de Fin d'Etudes

DIPLOME D’AGRONOMIE APPROFONDIE

Evaluation environnementale des systèmes de

production porcine – Intérêt d’une approche combinant

modélisation et Analyse du Cycle de Vie

Par : M. Bertrand MEDA

Soutenu le : 16 septembre 2008

Sous la présidence de : Catherine DISENHAUS

Maîtres de stage : Jean-Yves DOURMAD – Cyrille RIGOLOT Enseignant responsable : Catherine DISENHAUS

Tuteur scientifique : Lucile MONTAGNE

"Les analyses et les conclusions de ce travail d'étudiant n'engagent que la responsabilité de son auteur et non celle d’AGROCAMPUS OUEST." AGROCAMPUS OUEST

65 rue de Saint Brieuc CS 84215

REMERCIEMENTS

Ce travail a été réalisé à l’Unité Mixte de Recherche Systèmes d’Elevage, Nutrition Animale et Humaine de Saint-Gilles du centre INRA de Rennes. Je tiens à remercier Jean Noblet, directeur de l’UMR SENAH, pour m’avoir accueilli au sein de son unité.

Je tiens ensuite à remercier sincèrement mes deux maîtres de stage Jean-Yves Dourmad et Cyrille Rigolot pour leur encadrement tout au long de ce stage. Un grand merci pour votre disponibilité, votre patience ainsi que vos précieux conseils !

Le projet MELODIE est un peu comme un vaste chantier où tout le monde apporte sa pierre à l’édifice, et je tiens ici à remercier quelques uns de mes collaborateurs durant ce stage. Merci à Xavier pour sa patience malgré son timing (très) serré, Christine Baratte pour son temps passé à chercher les bugs, Sandrine Espagnol notamment pour nos heures passées à apprivoiser le modèle, l’équipe FIELDS de l’UMR SAS (Hayo van der Werf, Michael Corson, Thierry Trochet) pour leur expérience sur l’Analyse de Cycle de Vie.

Mention spéciale à mes deux SAS User’s Guide préférés : Gilles et Ludo…

Je remercie également l’ensemble du personnel (chercheurs, techniciens, administratifs) de l’INRA de Saint-Gilles pour leur accueil et leur convivialité. Une pensée notamment à l’équipe de la table du fond de la cantine : Ludo, Gilles, Etienne, Jean-Philippe et les autres, ce fut un plaisir de vous avoir pour compagnons de tablée !

Et puis, une petite pensée pour une autre équipe, celle du volley, et même si nous n’avons pas gagné la coupe (ce n’est que partie remise ☺), je garde d’excellents souvenirs de mes lundis soirs… Papy, Gillou, Monzy, Fonzy et les autres, vous avez gagné un central ! (désolé… )

TABLE DES MATIERES

INTRODUCTION 1

1. BIBLIOGRAPHIE 2

1.1. L’Analyse de Cycle de Vie parmi les méthodes d’évaluation environnementale 2

1.2. Analyse de Cycle de Vie : cadre méthodologique 2

1.3. Questions méthodologiques 3

1.3.1. Origine et qualité des données 3

1.3.2. Allocations et extension de système 4

2. METHODOLOGIE 4

2.1. Objectifs et spécificités du modèle MELODIE 4

2.1.1. Module Troupeau / Bâtiments-Stockage-Traitement (T-BST) 5

2.1.2. Entrées / Sorties 6

2.2. Simulations 6

2.2.1. Définition des systèmes-types de production 6 2.2.2. Caractéristiques spécifiques des systèmes-types 8

2.2.3. Simulations 8

2.2.4. Influence des pratiques intra-systèmes 8

2.3. Couplage avec l’Analyse de Cycle de Vie 9

2.3.1. Limites du système étudié 9

2.3.2. Références utilisées pour les émissions et consommations indirectes 10

2.3.3. Indicateurs environnementaux 11

3. RESULTATS 11

3.1. Sorties du modèle T-BST 11

3.1.1. Données d’inventaire pour l’Analyse de Cycle de Vie 11

3.1.2. Perspectives : Approche dynamique 12

3.2. Résultats d’Analyse de Cycle de Vie 13

3.2.1. Influence du système sur les impacts environnementaux 13 3.2.2. Influence des hypothèses méthodologiques 13

3.2.3. Influence des pratiques 14

4. DISCUSSION 15

4.1. Analyse de Cycle de Vie de systèmes de production contrastés 15

4.1.1. Comparaison des systèmes 15

4.1.2. Points critiques et marges d’amélioration 16

4.2. Questions méthodologiques 17

4.2.1. Origine des données 17

4.2.2. Règles d’allocation et limites du système 17

GLOSSAIRE

ACV – Analyse du Cycle de Vie

CEMAGREF - Institut de recherche pour l'ingénierie de l'agriculture et de l'environnement CORPEN – Comité d’Orientation pour des Pratiques respectueuses de l’Environnement CO2 - dioxyde de carbone

CH4 – méthane Cu – cuivre

DCB – 1,4-dichlorobenzène GES – Gaz à Effet de Serre ha – hectare

IFIP – Institut de la Filière Porcine

INRA – Institut National de la Recherche Agronomique IPCC – Intergovernmental Panel on Climate Change ISO - International Organization for Standardization K – potassium

MELODIE - Modélisation des Elevages en Langage Objet pour la Détermination de leur Impact Environnemental MJ – mégajoule N – azote NH3 – ammoniac N2O – protoxyde d’azote P- phosphore T-BST – Troupeau/Bâtiments-Stockage-Traitement UML – Unified Modeling Language

LISTE DES FIGURES

Figure 1 : Cadre méthodologique de l’ACV

Figure 2 : Inventaire environnemental du système de produits. Agrégation spatio-temporelle des données et expression par unité fonctionnelle

Figure 3 : Classification des données d’inventaire par catégorie d’impact

Figure 4 : Structure générale de MELODIE basée sur l’ontologie des systèmes pilotés Figure 5 : Schéma général du module T-BST en représentation simplifiée UML

Figure 6 : Schéma général des limites du système de base (0 effluents) et du système étendu (prise en charge des impacts positifs et/ou négatifs des effluents) pour deux origines d’aliments (Importé ou Local) Figure 7 : Répartition par système-type des émissions de NH3 entre bâtiments, stockage des effluents et traitement

Figure 8 : Répartition par système-type des émissions de gaz à effet de serre entre bâtiments, stockage des effluents et traitement

Figure 9 : Evolution journalière de la masse d’effluents stockée pour les systèmes-types _″Lisier_″ et ″Lisier + Fumier_″ sur deux années

Figure 10 : Emissions journalières de NH3 et CH4 sur deux années (système ″Lisier″)

Figure 11 : Influence du système de production sur les différents impacts environnementaux étudiés (méthodologie 2 : AL) en % du système "Lisier"

Figure 12 : Impacts environnementaux par kg de porc produit calculés selon huit méthodologies. Réchauffement climatique, Acidification, Eutrophisation, Consommation d’énergie, Ecotoxicité terrestre et Utilisation de surface

Figure 13 : Impacts environnementaux par hectare utilisé calculés selon huit méthodologies. Réchauffement climatique, Acidification, Eutrophisation, Consommation d’énergie, Ecotoxicité terrestre Figure 14 : Influence des pratiques sur les impacts environnementaux (méthodologie 2 : AL) pour les systèmes _″Lisier_″ et _″Lisier + Fumier_″ (en % des pratiques « références »)

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1 : Principaux types d’entrées/sorties du modèle MELODIE (simulation d’un atelier porcin) Tableau 2 : Données communes aux systèmes-types utilisées pour le paramétrage du module T-BST Tableau 3 : Caractéristiques spécifiques des systèmes-types retenus : type de sol en bâtiment, traitements, effluents produits et périodes d’épandage

Tableau 4 : Combinaisons de pratiques testées pour les systèmes-types _″Lisier_″ et _″Lisier + Fumier_″

Tableau 5 : Récapitulatifs des méthodologies de calcul d’Analyse de Cycle de Vie étudiées

Tableau 6 : Consommation d’électricité en bâtiment (par porc produit) et par les unités de traitement (par m3 de lisier traité)

Tableau 7 : Distance moyenne des parcelles épandables destinées à recevoir les effluents de l’élevage Tableau 8 : Facteurs d’émissions gazeuses à l’épandage des effluents d’élevage

Tableau 9 : Facteurs de caractérisation retenus pour les catégories d’impacts : Réchauffement Climatique, Acidification, Eutrophisation, Consommation d’énergies non-renouvelables et Ecotoxicité terrestre

Tableau 10 : Données moyennes annuelles issues de MELODIE et retenues pour l’analyse de l’inventaire

Tableau 11 : Influence du système-type sur les bilans Entrées/Sorties des principaux éléments à risque pour l’environnement

Tableau 12 : Influence du système de production sur les différents impacts environnementaux étudiés (méthodologie 2 : AL)

Tableau 13 : Effet du système-type, de l’origine de l’aliment et de la prise en compte des impacts des effluents sur les indicateurs d’ACV

Tableau 14 : Influence des pratiques sur les impacts environnementaux pour les systèmes ″Lisier″ et ″Lisier + Fumier″

Tableau 15 : Comparaison des indicateurs environnementaux (par kg de porc produit) estimés par Basset-Mens et van der Werf (2005), Cederberg (2002), Blonk et al. (1997), Carlsson-Kanyama (1998) avec les systèmes-types _″Lisier_″ et _″Lisier + Fumier_″ (méthodologie 2 : AL)

1 INTRODUCTION

Face aux enjeux du développement durable, l’agriculture doit repenser ses systèmes de production. En élevage, la production porcine est critiquée pour ses retombées négatives sur l’environnement (Petit et van der Werf, 2003). Les changements stratégiques ou techniques visant à rendre les systèmes de production plus performants sur le plan environnemental ont été conduits depuis plusieurs années de façon principalement sectorielle : alimentation, traitement des effluents, choix des bâtiments… Ceci a notamment permis de réduire considérablement les émissions polluantes vers l’environnement ou de mieux maîtriser les dépenses énergétiques. Cependant, ces approches sectorielles présentent certaines limites, et de nouvelles approches plus intégrées au niveau de l’exploitation ou du système de production commencent à se développer.

L’étude des systèmes de production et de leurs effets sur l’environnement doit permettre de déterminer les points forts et faibles de chaque système, à différentes échelles, de façon à améliorer leur bilan environnemental. A ce titre, la modélisation présente un réel avantage puisqu’elle permet de comparer rapidement et à moindre coût, différents systèmes de production existants ou innovants. Dans cette optique, l’Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), l’Institut de l’Elevage et l’Institut de la Filière Porcine (IFIP) développent depuis trois ans le modèle MELODIE (Modélisation des Elevages en Langage Objet pour la Détermination de leur Impact Environnemental). Ce modèle simule le fonctionnement dynamique d’un élevage porcin et/ou laitier (cultures + élevage) à long terme pour prédire les flux de matières entre cette exploitation et l'environnement. Par ailleurs, la méthode d’Analyse de Cycle de Vie (ACV) intègre, en plus des impacts directs au niveau de l’exploitation ou de l’atelier, les émissions et consommations de ressources associées à la production des intrants. De plus, elle permet de regrouper les effets environnementaux d’une production en un nombre limité d’indicateurs synthétiques. Elle se base généralement sur des données moyennes issues de la bibliographie, de modèles ou de données d’enquêtes. Cette approche a été testée pour l’étude des systèmes porcins (Cederberg, 2002 ; Basset-Mens, 2005), essentiellement à partir de données moyennes.

Le premier but de cette étude est d’initier le couplage de ces deux approches, sur la base de l’étude de systèmes porcins types, en intégrant les données produites par MELODIE à la méthodologie d’ACV. Ceci présente l’intérêt :

- pour le modèle MELODIE, d’intégrer les impacts indirects et de disposer d’indicateurs environnementaux synthétiques. De plus, cette étude doit permettre de contribuer au développement et à l’amélioration de la conception et de l’implémentation informatique du modèle.

- pour l’ACV des systèmes porcins, de se baser sur des données de simulations sensibles aux pratiques et aux conditions climatiques plutôt que sur des données moyennes rigides. Un second objectif concernant plus spécifiquement l’ACV vise à tester l’incidence de différentes hypothèses méthodologiques faites lors de l’analyse.

Dans une première partie bibliographique nous présenterons la méthode d’ACV, en la situant parmi les différentes méthodes d’évaluation environnementale disponibles et en rappelant les principales questions méthodologiques qu'elle soulève. Nous présenterons ensuite la méthodologie retenue pour réaliser la simulation des différents systèmes-types à l’aide de MELODIE. Les résultats des simulations seront ensuite détaillés et discutés de façon à mettre en évidence les apports, limites et perspectives de ce travail.

Figure 1 : Cadre méthodologique de l’ACV (d’après ISO, 1997)

Figure 2 : Inventaire environnemental (R : consommation de ressources ; E : émissions) du système de produits. Agrégation spatio-temporelle des données

et expression par unité fonctionnelle (d’après Basset-Mens, 2005) Définition du champ et des objectifs Analyse de l’inventaire APPLICATIONS DIRECTES I N T E R P R E T A T I O N Evaluation d’impacts

2 1. BIBLIOGRAPHIE

1.1. L’Analyse de Cycle de Vie parmi les méthodes d’évaluation environnementale

La nécessité d’acquérir des références environnementales sur les processus de productions (agricoles, industriels) a donné lieu à la mise au point d’un grand nombre de méthodes d’évaluation environnementale. En particulier, deux types d'approches peuvent être considérées : (i) l’approche « orientée processus » tenant compte uniquement d’un site de fabrication et (ii) l’approche « orientée produit ». La première regroupe les méthodes d’analyse et de gestion des situations à risque. La seconde, plus globale, permet de tenir compte de nombreux facteurs (ressources consommées, émissions directes et indirectes) et d’étudier l’ensemble des problèmes environnementaux. C’est ce type d’approche que met en application le concept de cycle de vie. (Basset-Mens, 2005).

Les différentes méthodes se différencient également par le nombre d’objectifs environnementaux. Les méthodes existantes ne sont pas toujours très explicites à ce sujet et peuvent prendre en compte un nombre faible ou élevé de problèmes environnementaux (van der Werf et Petit, 2002). Ces problèmes peuvent se situer à échelle locale (eutrophisation) ou globale (réchauffement climatique). L’Analyse de Cycle de Vie (ACV) présente l’avantage d'évaluer les effets à ces deux échelles. Les différents travaux visant à analyser les différentes méthodes d’évaluation environnementale (van der Werf et Petit, 2002 ; Halberg et al., 2005 ; Payraudeau et van der Werf, 2005) ont permis d’établir des recommandations pour mettre en adéquation méthode d’évaluation et objectifs. En suivant ces recommandations, van der Werf et Petit (2002) retiennent donc la méthode d’ACV comme étant l’une des mieux adaptées à l’évaluation des systèmes de production agricole. Ceci lui permet notamment d’être reconnue et préconisée par des instances de normalisation environnementale (International Organization for Standardization (ISO)), qui déterminent les procédures d’applications dans le cadre de certifications.

1.2. Analyse de Cycle de Vie : cadre méthodologique

Selon la norme ISO 14040 (1997), l’ACV est une technique évaluant les impacts environnementaux potentiels associés à un « système de produits ». Ce dernier est défini par la norme ISO 14041 (1998) comme un ensemble de processus élémentaires liés par des flux intermédiaires, qui remplissent une ou plusieurs fonctions définies. Les impacts potentiels du produit sont étudiés tout au long de sa « vie » (utilisation de matières premières, fabrication, utilisation, destruction…). Un cadre méthodologique (Figure 1) pour la réalisation d’ACV a été formalisé et comprend quatre étapes :

Définition du champ et des objectifs : Les objectifs de l’étude ainsi que les limites du système étudié sont tout d’abord précisés (limites entre le système de produits et l’environnement, limites entre procédés importants et négligeables…). Les unités fonctionnelles (unités permettant d’exprimer les impacts : dans le cas de la production porcine, le kg de porc et l’hectare de surface agricole seront généralement retenus) sont alors définies. Par ailleurs, en fonction de ses objectifs, l’utilisateur sélectionne les problèmes environnementaux qu’il souhaite étudier.

L’analyse de l’inventaire : (Figure 2) Les ressources consommées et les émissions vers l’environnement au cours de chaque étape du cycle de vie du produit sont ici estimées puis agrégées .Il existe en outre des règles d’allocations pour répartir les flux entre plusieurs produits issus du même système de produits.

Figure 3 : Classification des données d’inventaire par catégorie d’impact (d’après Owens, 1999) Ressources utilisées Ressources énergétiques non-renouvelables Pétrole Charbon Gaz naturel Changement climatique CH4 N2O CO2 Acidification SO2 NH3 Eutrophisation NH3 NO3 PO4 SYSTEME DE PRODUITS Emissions de polluants

3

L’évaluation des impacts : Pour chaque « catégorie d’impact » retenue, un indicateur et un « modèle de caractérisation » sont définis. Ce modèle doit permettre d’établir une relation quantitative entre les données de l’inventaire et l’indicateur choisi. Chaque donnée d’inventaire est assignée à une ou plusieurs catégories d’impact (Figure 3) à l’aide du modèle de caractérisation construit de la manière suivante :

I

=

∑

E

×

FC

x

x

L’interprétation : Les résultats issus de l’ACV sont analysés et confrontés aux objectifs initiaux. L’utilisateur dresse alors ses conclusions et peut proposer des recommandations adaptées.

1.3. Questions méthodologiques

Payraudeau et van der Werf (2005) soulignent l’importance de prendre en compte les différentes fonctions de l’agriculture dans l’expression des résultats. Ainsi, les résultats d’ACV de systèmes agricoles peuvent être exprimés par rapport à la fonction de production de denrées (impact par kg de produit) ou par rapport à la fonction d’aménagement du territoire (impact par ha de surface utilisé). Les résultats ainsi obtenus permettent d’apporter des informations complémentaires et mènent parfois à des conclusions nuancées, voire contradictoires. Les résultats de Basset-Mens et van der Werf (2005) montrent ainsi que la production conventionnelle de porc contribue moins que la production biologique au réchauffement climatique lorsque cet impact est exprimé en kg de porc produit. Les conclusions sont inversées lorsque l’impact est ramené à l’hectare. D'autres questions méthodologiques relatives à l'ACV restent posées et seront en partie abordées dans le cadre de notre étude.

1.3.1. Origine et qualité des données

La méthodologie d’ACV est aujourd’hui appliquée aux systèmes de productions agricoles depuis plus d’une dizaine d’années. Les productions animales ont été étudiées, notamment la production laitière (Cederberg et Mattson, 2000 ; Thomassen et al., 2008a) et porcine (Cederberg, 2002 ; Basset-Mens et van der Werf, 2005 ; Dalgaard et Halberg, 2005 ; Strid Eriksson et al., 2005). Ces ACV avaient pour double objectif de comparer les performances environnementales de différents systèmes de production produisant le même produit, et également d’identifier des points « critiques » pour chaque système. La phase d’analyse de l’inventaire, à partir de données bibliographiques, d’enquêtes sur le terrain ou de systèmes virtuels, est une étape cruciale puisque la détermination des ressources consommées et des émissions va conditionner les résultats finaux. Basset-Mens (2005) souligne que cette phase est souvent très difficile à réaliser notamment lors de l’utilisation de données bibliographiques globales (données de l’Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) par exemple) parfois mal adaptées au contexte de l’étude. Elle précise que les données issues de modèles complexes peuvent être intéressantes. Cependant, encore peu de travaux cherchent à étudier les flux environnementaux et leur variabilité. Le modèle MELODIE présenté par la suite semble pouvoir répondre à ces recommandations puisqu’il permet de simuler les flux environnementaux d’éléments d’exploitations laitières et/ou porcines en tenant compte d’un grand nombre de paramètres influant sur leur variabilité (Chardon et al., 2007a, Rigolot et al., 2008a, b).

4 1.3.2. Allocations et extension de système

Dans la plupart des études, le système étudié génère un produit principal et un ou plusieurs coproduits. Ainsi, dans le cas d’une exploitation laitière, on peut considérer que l’exploitation produit principalement du lait mais également de la viande (par la vente de veaux et d’animaux de réforme) et des effluents. Dans le cas d’un atelier porcin, des porcs sont produits mais aussi des effluents qui peuvent être considérés soit comme des coproduits, soit comme des déchets. La question de l’attribution des impacts liés à l’ensemble de ces coproduits est alors posée. L’allocation des impacts peut être réalisée de différentes manières, les deux plus fréquentes étant l’allocation de masse qui répartit les impacts au prorata des masses des coproduits et l’allocation économique qui se base sur la valeur marchande des coproduits. (ISO, 1998). Lorsque l’allocation n’est pas envisageable ou difficile à réaliser (quelle valeur pour un effluent d’élevage par exemple ?), l’utilisateur peut envisager de contourner l’allocation en réalisant une extension de système qui élargit les limites du système de façon à prendre en compte les effets indirects des coproduits (Thomassen et al., 2008b). La décision d’étendre le système peut avoir des conséquences sur les résultats d’ACV (modification de la hiérarchie des scénarios testés pour un indicateur donné) comme l’ont montré Björklund et al. (1998) lors de l’étude de systèmes de gestion des déchets municipaux. De plus, si les résultats dépendent de la taille du système, les différentes limites d’un système demeurent à redéfinir en fonction du contexte et des objectifs de chaque étude. Enfin, dans le cas du « recyclage » d’un coproduit (un effluent utilisé comme engrais par exemple), Ekvall et Weidema (2004) recommandent d’élargir le système aux processus pouvant utiliser ce produit recyclé.

Nous venons de voir que la méthodologie d’ACV est très prometteuse pour étudier les systèmes de production agricole. Toutefois, des questions méthodologiques, parmi lesquelles la qualité des données et les problèmes d’allocation des impacts évoqués ci dessus, en limitent encore l'utilisation.

2. METHODOLOGIE

Nous allons ici décrire les méthodes et les références employées pour définir et évaluer les différents systèmes de production. Après avoir présenté le modèle MELODIE qui sera utilisé pour simuler les systèmes, nous détaillerons les caractéristiques des systèmes-types retenus. Enfin, les différentes hypothèses méthodologiques testées lors de l’évaluation environnementale des systèmes seront présentées.

2.1. Objectifs et spécificités du modèle MELODIE

Développé par l’INRA, le modèle biotechnique / décisionnel MELODIE a pour but d’évaluer les impacts environnementaux des élevages bovins laitiers et/ou porcins sur plusieurs dizaines d’années. Ces impacts sont mesurés par la simulation dynamique des principaux flux d’éléments échangés avec l’environnement (C, N, P, K, Cu, Zn) en vue d’évaluer les cinétiques d’émissions et les risques de pollutions de l’air, de l’eau et du sol. Ce modèle tient également compte des aléas climatiques et des effets d’accumulations au travers de simulations pluriannuelles réalisées à un pas de temps journalier (Chardon et al., 2007a).

MELODIE est basé sur l’ontologie des systèmes pilotés développée par l’INRA (Martin-Clouaire et Rellier, 2003). Un système de production agricole est représenté par un sous-système décisionnel (plan

Figure 4 : Structure générale de MELODIE basée sur l’ontologie des systèmes pilotés (d’après Chardon et al., 2007a)

Figure 5 : Schéma général du module T-BST en représentation simplifiée UML (d’après Rigolot, comm. pers. 2008)

5

d’activités, règles de décision…), un système biotechnique (cultures, animaux…) et un sous-système opérant (ensemble des ressources pour réaliser les opérations planifiées). La Figure 4 résume la structure générale du modèle. Le modèle MELODIE a principalement été construit à partir de sous-modèles INRA préexistants et validés. Dans cette étude nous nous limiterons à l’utilisation du module Troupeau / Bâtiments-Stockage-Traitement (T-BST) construit à partir de la bibliographie en collaboration avec différents experts (INRA, CEMAGREF, IFIP, Institut de l’Elevage…). Cette limitation est principalement justifiée par le fait que notre étude concerne le seul atelier porcin, l'autre raison étant que la liaison avec les autres modules n'était pas encore complètement opérationnelle. Un travail à l’échelle de l’exploitation, utilisant toutes les potentialités de MELODIE pourra toutefois être envisagé dans l’avenir. Dans ce sens, d’autres modules permettant de générer un assolement annuel (TOURNESOL : Garcia et al., 2005), un plan de fumure prévisionnel (FUMIGENE : Chardon et al., 2007b) et de simuler des cultures sur l’exploitation (STICS : Brisson et al., 2003) ont été testés et validés partiellement pour les systèmes porcins durant ce stage mais ne seront pas présentés dans ce rapport.

2.1.1. Module Troupeau / Bâtiments-Stockage-Traitement (T-BST)

Le module T-BST est un modèle dynamique de prédiction des effluents produits (masse, volume, composition) et des émissions gazeuses intégrant des notions de pilotage et conçu selon la méthode « orientée objet ». Le système biotechnique est structuré par des entités (objets) placées à des niveaux d’intégration successifs. Les ensembles de plus haut niveau sont le troupeau et les ensembles de bâtiments et d’installations de stockage et de traitement des effluents. Le système de pilotage est constitué de l’éleveur, de sa stratégie et de son plan d’action pour gérer le système biotechnique. En cohérence avec les choix effectués pour le modèle global MELODIE, le système opérant n’est pas représenté, le pas de temps est journalier et les durées de simulations correspondent à du long terme (dizaines d’années).

Système biotechnique : Le diagramme UML (Unified Modeling Language) du système biophysique est une représentation des différentes entités en niveaux successifs et communicants d'intégration (Figure 5). Les ensembles d’unités d’hébergement, de traitement et de stockage contiennent un ou plusieurs effluents caractérisés par leur composition (matière sèche et organique, eau et éléments nutritifs : N, P, K, Cu, Zn). Le troupeau est composé de lots d'animaux, définis comme la base de gestion du troupeau par l'éleveur. Le lot est caractérisé par un effectif et un animal représentatif, tous les animaux d'un lot donné étant supposés identiques (même état physiologique, même aliment et logés dans la même unité de logement). Les lots d’animaux sont spécialisés en bandes de truies et cohortes de porcs en croissance. L’animal représentatif d’un lot peut être une truie en gestation ou en lactation, ou un porc en croissance. Selon l’animal correspondant au lot, un processus d'excrétion calcule la composition de l’effluent à partir des caractéristiques des aliments et de l’animal, selon des équations décrites par Rigolot et al. (2008a). L'entité bâtiment possède quatre spécialisations correspondant aux différents stades physiologiques : truies gestantes, maternité, post sevrage et engraissement. L'entité salle de bâtiment est spécialisée suivant quelques critères qui sont des entrées du modèle : le type de sol (caillebotis ou litière avec paille et / ou sciure de bois), le type de ventilation, le type de gestion des effluents (quantité de litière apportée, fréquence d’évacuation). Les unités de traitement sont caractérisées par une capacité de traitement et une ou plusieurs unités de stockage-destination, chacune d'elles étant associée à un vecteur de répartition des éléments de l’effluent traité (en

Tableau 1 : Principaux types d’entrées/sorties du modèle MELODIE (simulation d’un atelier porcin)

Animaux Bâtiments Effluents Autres

paramètres Stratégie ENTREES

Nb. truies Nb. salles Type effluent Climat Durée de stockage

des effluents

Nb. bandes Type sol Unités de stockage … …

Aliments Fréquence évacuation Unités de traitement IC GMQ Fréquence raclage/paillage … Nb. sevrés Mortalité … SORTIES

Conso. aliment Emissions

gazeuses Volume/Masse Activités réalisées

Excrétion … Eléments (masse) …

Poids vif Matière Organique

… Matière Sèche

Emissions gazeuses

6

pourcentage de chaque élément transféré). Les unités de traitement sont également associées à des facteurs d’émissions pour les différents gaz (NH3, CH4…). Les procédés de traitement représentés sont trois filières de nitrification / dénitrification, le compostage du lisier sur paille et le compostage du fumier solide. Les unités de stockage contiennent un effluent dont les caractéristiques évoluent en fonction de leur gestion dans les bâtiments ou lors du traitement, et des conditions météorologiques.. Les équations correspondant aux processus de traitement et à l’évolution des effluents sont décrites par Rigolot et al. (2008b).

Système de pilotage : La conduite des animaux, l’alimentation du troupeau et la gestion des effluents ont été représentées dans le langage DIESE (Martin-Clouaire et Rellier, 2003). Ce cadre de modélisation permet de définir ces éléments de conduite sous la forme de plans d’activité construits à partir d’activités de base, dites primitives. Par exemple, pour la conduite des bandes de truies, les activités primitives sont la mise bas, le sevrage, et le changement de bâtiment (de gestantes à maternité). Un plan d’activité spécifie à l’aide d’opérateurs, la nature cyclique et séquentielle des événements affectant une bande de truie dans le cadre de sa conduite.

L’initialisation du système est réalisée en différentes étapes. D‘abord, l’utilisateur spécifie dans des fichiers d’entrées les caractéristiques principales du système qu’il veut étudier. Le module génère ensuite de façon automatique une structure cohérente de l’atelier et de son pilotage à partir de paramètres clés, comme le nombre de bandes ou les choix de gestion des effluents.

En résumé, le module T-BST intègre en dynamique et avec des notions de pilotages à la fois des règles de conduite en élevage (conduite en bandes), et des équations établies précédemment sur l’excrétion (Rigolot et al., 2008a) et les émissions gazeuses (Rigolot et al., 2008b). Ces équations avaient été établies de façon statique et sectorielle au niveau d’un animal ou d’un type d’effluent, ce qui peut poser des problèmes de validité lors du passage en dynamique. Dans le cadre de ce stage, le fonctionnement et la validité du modèle T-BST ont été éprouvés et améliorés, via de nombreux allers-retours entre les simulations et les corrections/développements.

2.1.2. Entrées / Sorties

Compte tenu de la taille du modèle, l’ensemble des données d’entrée et de sorties ne sera pas détaillé ici. Les principales entrées et sorties (simulation d’un élevage porcin uniquement) sont donc résumées dans le Tableau 1. Les données brutes disponibles en sortie du modèle sont difficilement utilisables en l’état. Aussi, à l'aide du logiciel SAS, elles ont été agrégées par année puis moyennées pour obtenir des données utilisables pour la réalisation d’ACV.

2.2. Simulations

2.2.1. Définition des systèmes-types de production

Le premier objectif de cette étude est d’évaluer l’impact environnemental de différents systèmes de production porcine simulés grâce à MELODIE. Le chargement animal sur l’exploitation (défini ici comme le nombre d’animaux produits par unité de Surface Agricole Utile) apparait comme un paramètre intéressant à étudier puisqu’il conditionne beaucoup de décisions concernant notamment le mode de gestion des effluents, le choix des cultures… Ainsi, cinq systèmes-types avec des chargements croissants pour une même production de porcs ont été définis. La Surface Agricole Utile de l’exploitation

Tableau 2 : Données communes aux systèmes-types utilisées pour le paramétrage du module T-BST

Effectif Truies présentes/productives 200 / 170

Nombre de bandes 7

Porcelets sevrés par portée 11,2

Mortalité Post-Sevrage (%) 2,2

Mortalité Engraissement (%) 4,1

Durée Allaitement (j) 28

GMQ Post-Sevrage (kg/j) 0,440

GMQ Engraissement (kg/j) 0,860

Quantité aliment Truies gestantes (kg/j) 2,85

Quantité aliment Truies allaitantes (kg/j) 5,5

IC Post-Sevrage (kg/kg) 1,69

IC Engraissement (kg/kg) 2,85

Age à l’abattage (j) 182

Poids à l’abattage (kg) 116

Besoin en paille pour l'engraissement (kg/porc) 60

7

n’intervient pas directement comme paramètre du modèle utilisé dans cette étude, mais nous considérons que les systèmes de gestion des effluents reflètent les différents niveaux de chargement. Nous faisons l'hypothèse que tous les élevages types ont les mêmes performances techniques. Ils se différencient donc par :

le type de sol en bâtiments : Conventionnel (caillebotis béton) ou sur litière (paille/sciure de bois accumulée ou raclée). Le modèle MELODIE ne le permettant pas pour le moment, il ne nous a pas été possible d’étudier des modes de production en plein air (Label Rouge, Agriculture Biologique) comme cela a été envisagé par Basset-Mens et van der Werf (2005).

les effluents produits et leur mode de gestion : Selon les scenarios, les exploitations simulées produisent un ou plusieurs types d’effluents (lisier, fumier) et ont la possibilité ou non de traiter une partie des effluents afin de réduire leur teneur en azote (et donc la pression azotée sur l’exploitation). Ceci génère d'autres effluents comme des composts, des boues ou des liquides peu chargés. Les procédés de traitement suivants sont retenus : le compostage du lisier d’engraissement sur paille (méthode Guernévez) et le traitement biologique avec séparation de phase par vis compacteuse ou par centrifugeuse.

Les systèmes-types ont été choisis sur la base des travaux d’Ilari et al. (2003) qui présentent une typologie des exploitations porcines françaises à partir des données des recensements agricoles du SCEES (Service Central des Enquêtes et Etudes Statistiques) et à partir des discussions avec des experts de l’INRA, de l’IFIP et des chambres d’agriculture. Les systèmes retenus sont donc construits de façon à illustrer la diversité des systèmes de productions (i.e. différentes cohérences entre élevage, cultures et gestion des effluents) plutôt que pour être représentatifs de la production porcine française. La cohérence globale de chaque système étudié a également été recherchée dans un souci de crédibilité des résultats. Ainsi, le choix de la filière de gestion des effluents s’est fait au regard de la surface épandable disponible ; les cultures choisies tiennent compte des effluents à gérer mais également des besoins éventuels en paille de l’élevage…

Le paramétrage du modèle a été réalisé à partir de la bibliographie et de discussions avec des experts. Les valeurs retenues pour paramétrer le module T-BST sont données dans le Tableau 2 :
Localisation : Pour faciliter l’interprétation des résultats, toutes les exploitations simulées sont situées en Ille-et-Vilaine (données climatiques de la station expérimentale INRA du Rheu).

Animaux : L’atelier porcin simulé est de taille moyenne (200 truies présentes / 170 productives). Les données techniques du troupeau sont issues des résultats de gestion technico-économique et de gestion technique des troupeaux de truies disponibles pour la région Bretagne (IFIP, 2007a, b). Les aliments retenus sont de type biphase et les formules ont été calculées à l'aide du logiciel InraPorc à partir des compositions retenues par Basset-Mens et van der Werf (2005) (Annexe 1).

Effluents : Les quantités de paille nécessaires pour l’élevage sur paille et pour le compostage du lisier d’engraissement ont été estimées respectivement à partir des travaux du CORPEN (2003) et de Paillat et al. (2005). La composition moyenne de la paille est tirée des tables INRA-AFZ (2002).

Tableau 3 : Caractéristiques spécifiques des systèmes-types retenus : type de sol en bâtiment, traitements, effluents produits et périodes d’épandage

Système-type 1 Système-type 2 Système-type 3 Système-type 4 Système-type 5

Type de sol 100 %

Caillebotis

Caillebotis + Engraissement

sur paille

100 % Caillebotis 100 % Caillebotis 100 % Caillebotis

Traitement - - Compostage du lisier d’engraissement sur paille Séparation de phase (vis) + Traitement biologique Séparation de phase (centrifugeuse) + Traitement biologique Effluents

produits Lisier Lisier / Fumier Lisier / Compost

Refus / Boues / Surnageant Refus / Boues / Surnageant Période d’épandage Printemps /

Automne Printemps Printemps

Printemps / Automne

Printemps / Automne

8

2.2.2. Caractéristiques spécifiques des systèmes-types

Afin d’illustrer leur cohérence, les systèmes sont décrits de façon détaillée en Annexe 2, avec notamment des indications sur la surface et les cultures présentes, bien que ces paramètres ne soient pas directement pris en compte dans notre étude. Le Tableau 3 présente les caractéristiques des cinq systèmes-types utilisées dans nos simulations par le module T-BST de MELODIE :

Système-type 1 : « Grand céréalier / Naisseur-Engraisseur / Filière 100 % lisier ». Ce système est utilisé comme scénario de référence. Il correspond en effet à la situation la moins limitante pour la gestion des effluents produits sur l’exploitation (grande surface d’épandage disponible).

Système-type 2 : «Moyen céréalier / Naisseur-Engraisseur / Engraissement sur paille ». Ce second scénario met en situation une exploitation de plus petite surface. La charge azotée de l'exploitation est diminuée grâce à l’engraissement des porcs sur paille accumulée (fumier).

Système-type 3 : « Petit céréalier / Naisseur-Engraisseur / Compostage du lisier d’engraissement sur paille méthode Guernévez ». Nous nous intéressons ici à une méthode d’abattement d’azote qui consiste à composter le lisier d’engraissement en y ajoutant de la paille. Le produit final est aisément exportable, permettant une réduction de la pression en azote et en phosphore de l’exploitation.

Système-type 4 : « Naisseur-Engraisseur spécialisé / Traitement biologique avec séparation de phase (vis compacteuse) ». L’exploitation utilise un procédé de traitement biologique (nitrification- dénitrification) permettant d’abattre une grande partie de l’azote du lisier (sous forme de N2 principalement). La séparation de phase permet d’obtenir un refus de séparation solide et concentré en phosphore et facilement exportable. Le liquide est ensuite traité et deux coproduits sont obtenus : une boue d’épuration et un surnageant. Nous supposons que la totalité du lisier produit est traitée.

Système-type 5 : « Naisseur-Engraisseur spécialisé / Traitement biologique avec séparation de phase (centrifugation) ». Le même procédé de traitement biologique est utilisé pour abattre l’azote. La séparation de phase est ici beaucoup plus efficace, et permet donc d’obtenir un refus plus concentré. L’exportation de ce dernier réduit la pression azotée et autorise donc un chargement plus élevé.

Pour les cinq systèmes, les salles sont vidées de leurs effluents en fin de bande et la fosse à lisier n’est pas couverte. Les procédés de compostage et de traitement biologique étudiés sont décrits plus en détail dans les Annexes 3 à 5.

2.2.3. Simulations

Les simulations ont été réalisées sur une durée de 40 ans en utilisant uniquement le module T-BST du modèle MELODIE. Les données ont ensuite été agrégées en base de données à l’aide du logiciel de traitement statistique SAS afin d’obtenir des valeurs annuelles moyennes. Pour la comparaison des cinq systèmes les pratiques « intra-systèmes » correspondant à des paramètres fins (surface par animal en bâtiment, fréquence d’évacuation du lisier) ont été calées sur des valeurs « standards » ou moyennes.

2.2.4. Influence des pratiques intra-systèmes

Pour les systèmes-types 1 et 2, nous avons aussi testé l’effet de quelques pratiques sur les impacts environnementaux des exploitations simulées. Ces pratiques concernent la gestion des effluents :

Tableau 4 : Combinaisons de pratiques testées pour les systèmes-types _″Lisier_″ et _″Lisier + Fumier_″

Lisier

Vidange préfosses Couverture fosse

Combinaison 1 fin de bande non

Combinaison 2 hebdomadaire non

Combinaison 3 fin de bande oui

Combinaison 4 hebdomadaire oui

Lisier + Fumier

Quantité litière (kg/porc) Surface / animal (m²) Entretien

Combinaison 1 60 1,2 normal Combinaison 2 50 1,0 mauvais Combinaison 3 80 1,2 normal Combinaison 4 80 2,0 bon PRODUCTION DE PORC Collecte, stockage, traitement des effluents PORC PRODUCTION D’ENERGIE PRODUCTION D’ALIMENTS Production engrais chimiques EFFLUENTS (épandage) 0 effluents

Prise en charge des impacts et/ou des effluents Aliment Importé AI Aliment Local AL + – PRODUCTION DE PORC Collecte, stockage, traitement des effluents PORC PRODUCTION D’ENERGIE PRODUCTION D’ALIMENTS Production engrais chimiques EFFLUENTS (épandage) 0 effluents

Prise en charge des impacts et/ou des effluents Aliment Importé AI

Aliment Local AL

+

+ ––

Figure 6 : Schéma général des limites du système de base (0 effluents) et du système étendu (prise en charge des impacts positifs et/ou négatifs des effluents) pour deux origines d’aliments (Importé ou Local)

9

fréquence de vidange des pré-fosses (hebdomadaire ou en fin de bande), gestion de la litière (quantité de paille, surface par animal, entretien de la litière), couverture de la fosse à lisier… Certaines pratiques ont été combinées de sorte qu'elles soient plus ou moins favorables à l’environnement. Cette méthode a aussi été utilisée par Basset-Mens et van der Werf (2005) pour estimer la variabilité intra-système. Les ACV relative à l'effet des pratiques ont été réalisées avec la méthodologie 2 (AL) décrite en 2.3.1 et classiquement utilisée dans les études portant sur le porc. Le Tableau 4 résume les pratiques retenues et étudiées.

2.3. Couplage avec l’Analyse de Cycle de Vie

L’évaluation environnementale des systèmes-types définis ci-dessus a été réalisée à l'aide de la méthode d’Analyse de Cycle de Vie présentée précédemment. Concrètement, pour réaliser le couplage, nous avons du prendre connaissance et nous approprier la base de données disponible à l’INRA-UMR SAS et utilisée notamment par Basset-Mens (2005). Les données pertinentes pour nos hypothèses ont été sélectionnées et exportées sous format Excel pour faciliter les calculs. Ces données concernent à la fois les « données d’inventaires » qui correspondent aux émissions et consommations de ressources indirectes (non simulées par MELODIE), et les facteurs de caractérisations nécessaires au calcul des indicateurs environnementaux retenus. Les impacts environnementaux ont été exprimés selon deux unités fonctionnelles correspondant à deux fonctions de l’agriculture : la fonction de production (impacts exprimés par kg de porc produit) et la fonction d'utilisation d'espace et de fourniture de services non marchands (impacts exprimés par hectare).

2.3.1. Limites du système étudié

Afin d'étudier l’influence des limites du système sur les résultats de l'ACV nous avons envisagé différentes hypothèses méthodologiques relatives à la prise en compte des impacts associés aux aliments et aux effluents. Les hypothèses envisagées sont présentées dans la Figure 6.

les aliments :

- hypothèse « Aliment Importé » (AI) : Nous supposons ici que les matières premières entrant dans la composition des aliments sont importées depuis des zones « classiques » de production (par exemple du bassin parisien pour le blé et l’orge). Nous supposons de plus que ces cultures ont été fertilisées avec des engrais minéraux issus de l’industrie.

- hypothèse « Aliment Local » (AL) : Dans cette seconde hypothèse, nous supposons que la majorité des matières premières sont produites dans la région proche de l’exploitation (à l'exception du soja notamment). La fertilisation des cultures est alors réalisée au moyen d’effluents organiques issus d’élevages porcins similaires à celui étudié.

les effluents : Les émissions liées à la collecte, au stockage et au traitement des effluents sont toujours prises en compte. En revanche, différentes hypothèses sont envisagées pour le devenir de ces effluents :

- hypothèse « 0 effluents » : Dans cette première hypothèse, nous considérons que les effluents produits sont exportés et utilisés pour une autre production. Les impacts associés à leur gestion ne sont pas donc pas pris en compte dans l’évaluation environnementale de la production porcine mais

Tableau 5 : Récapitulatif des méthodologies de calcul d’Analyse de Cycle de Vie étudiées Hypothèses Aliments Hypothèses Effluents

Aliment Importé Aliment Local Effets négatifs Effets positifs Méthodologie 1 (AI) X Méthodologie 2 (AL) X Méthodologie 3 (AI–) X X Méthodologie 4 (AL–-) X X Méthodologie 5 (AI +) X X Méthodologie 6 (AL +) X X Méthodologie 7 (AI – +) X X X Méthodologie 8 (AL– +) X X X

Tableau 6 : Consommation d’électricité en bâtiment (par porc produit) et par les unités de traitement (par m3 de lisier traité)

Energie Bâtiments (kWh/porc produit) *

Gestantes/Maternité 13,2

Post-Sevrage 15,5

Engraissement Caillebotis 11,5

Engraissement Paille 0

Energie Traitement Effluent (kWh/m3 lisier traité) ** Séparation de phase - Vis Compacteuse 2

Séparation de phase - Centrifugeuse 5

Traitement Lisier 11

Compostage Lisier 5,75

* Bartolomeu et al., 2007 ; ** Loyon et al., 2005 ; Bartolomeu et al., 2007

Tableau 7 : Distance moyenne des parcelles épandables destinées à recevoir les effluents de l’élevage Effluent Distance des parcelles (km)

Lisier 10 Fumier 10 Compost 30 Refus 30 Boue 10 Surnageant 0

10

dans celle de l'exploitation receveuse. Cette méthodologie est celle la plus fréquemment retenue dans la bibliographie pour l'ACV du porc (Cederberg, 2002 ; Basset-Mens et van der Werf, 2005). - hypothèse « Effluents négatifs » (-) : Les effluents sont ici considérés comme des engrais organiques qui entrainent, comparativement à l'utilisation d'engrais minéraux, des effets négatifs spécifiques liés à leur gestion (transport vers la parcelle, émissions gazeuses à l’épandage). Ces effets sont alors pris en compte. Le lessivage d’azote et de phosphore associé à cette utilisation est supposé le même que dans le cas de l'utilisation d'un engrais minéral. En revanche, les excès d'épandage de Cu et de Zn sont pris en compte.

- hypothèse « Effluents positifs » (+) : Les effluents sont toujours considérés comme des engrais organiques. L’utilisation de ces effluents vient donc en substitution d’engrais minéraux dont le coût environnemental est connu. Ces effets négatifs « évités » sont donc déduits de l’évaluation environnementale, en particulier l'utilisation d'énergie nécessaire à la production des engrais.

- hypothèse « Effluents négatifs et positifs » (- +) : Cette hypothèse tient compte à la fois des effets négatifs et positifs des effluents organiques.

La combinaison des hypothèses sur les aliments et sur les effluents conduit à 8 méthodologies de calcul d’ACV testées dans la suite de l’étude et résumées dans le Tableau 5.

2.3.2. Références utilisées pour les émissions et consommations indirectes

Les impacts associés à la production de ressources utilisées par l’exploitation (culture des matières premières puis fabrication et transport des aliments, production d’électricité) ainsi que les impacts liés à la gestion des effluents (transport et épandage des effluents, impacts des engrais minéraux économisés) ont été calculés à partir de la méthode SimaPro 2.0 (CML, 2001). Ces données sont issues des bases de données ACV créées et utilisées par Basset-Mens (2005) pour la réalisation d’ACV de systèmes de production porcine.

Par ailleurs, lorsque certaines données nécessaires à la réalisation des ACV non fournies par MELODIE pouvaient être décrites de façon plus précise que dans les bases de données existantes, nous les avons prises en compte :

Consommation énergétique : Pour les consommations en énergie électrique, des données plus récentes ont été retenues pour les bâtiments (Bartolomeu et al., 2007) et le traitement des effluents (Loyon et al., 2005 ; Bartolomeu et al., 2007) et sont résumées dans le Tableau 6.

Distance des parcelles : Pour chaque type d’effluents, des hypothèses sur la distance moyenne des parcelles destinées à le recevoir les différents types d’effluents ont été faites. Ces distances sont résumées dans le Tableau 7. Le compost et le refus de séparation de phase sont supposés transportables sur de plus grandes distances en raison de leur plus grande « stabilité ». Enfin, nous supposons que le surnageant n’est pas épandu comme les autres effluents, mais qu’il est utilisé pour l’irrigation des cultures (pratique courante).

Facteurs d’émissions à l’épandage : A l’épandage des effluents, un facteur moyen d’émission de NH3, N2O et CH4 a été défini à partir de la bibliographie (CORPEN, 2003 ; IPCC, 1996 ; Gac et al., 2006). Nous supposons que les épandages sont effectués dans le respect des Bonnes Pratiques Agricoles. Du fait de l’absence de données bibliographiques, les émissions à l’épandage pour le refus de

Tableau 8 : Facteurs d’émissions gazeuses à l’épandage des effluents d’élevage (kg/kg de N ou C épandu)

Gaz lisier fumier compost refus boue surnageant

N-NH3 0,2 * 0,1 * 0 0,1 0,1 0

N-N20 0,0125 ** 0,0125 ** 0 0,0125 0,0125 0

C-CH4 0,04 *** 0,04 *** 0 0,04 0,04 0

* CORPEN, 2003 ; ** IPCC, 1996 ; *** Gac et al., 2006

Tableau 9 : Facteurs de caractérisation retenus pour les catégories d’impacts : réchauffement climatique, acidification, eutrophisation, consommation

d’énergies non-renouvelables et écotoxicité terrestre Réchauffement climatique (kg éq. CO2) * Acidification (kg éq. SO2) ** Eutrophisation (kg éq. PO4) ** Consommation d’énergies non-renouvelables (MJ/unité) *** Ecotoxicité Terrestre (kg éq. DCB) ** CO2 : 1 NH3 : 1,6 NH3 : 0,35 pétrole brut : 42,6 MJ,kg-1 Cd : 170 CH4 : 23 NO2 : 0,5 NO3 : 0,1 gaz naturel : 35 MJ,m-3 Cu : 14 N2O : 296 NOx : 0,5 NO2 : 0,13 uranium (minerai) : 451000 MJ,kg-1 Ni : 240 SO2 : 1,2 NOx : 0,13 charbon : 18 MJ,kg-1 Pb : 33 PO4 : 1 lignite : 8 MJ,kg-1 Zn : 25

gaz (production pétrolière) :

40,9 MJ,m-3

Tableau 10 : Données moyennes annuelles issues de MELODIE et retenues pour l’analyse de l’inventaire

Lisier Lisier + Fumier Lisier +

Compost

Traitement bio. (vis)

Traitement bio. (centrif.) Consommation d'aliments (tonnes / an)

Truies Gestantes 157,9 (0,5) 157,9 (0,5) 157,9 (0,5) 157,9 (0,5) 157,9 (0,5) Truies Allaitantes 81,6 (0,4) 81,6 (0,4) 81,6 (0,4) 81,6 (0,4) 81,6 (0,4) Post-Sevrage 1 22,8 (0,4) 22,8 (0,4) 22,8 (0,4) 22,8 (0,4) 22,8 (0,4) Post-Sevrage 2 177,5 (0,6) 177,5 (0,6) 177,5 (0,6) 177,5 (0,6) 177,5 (0,6) Croissance 459,5 (1,2) 459,5 (1,2) 459,5 (1,2) 459,5 (1,2) 459,5 (1,2) Finition 670,9 (2,2) 670,9 (2,2) 670,9 (2,2) 670,9 (2,2) 670,9 (2,2)

Emissions gazeuses totales (tonnes)

NH3 8,7 (0,2) 7,1 (0,03) 9,3 (0,1) 7,5 (0,02) 7,7 (0,02)

N2O 0,007 (0,000) 2,4 (0,01) 1,5 (0,04) 0,2 (0,004) 0,2 (0,004)

N2 0,016 (0,000) 7,4 (0,04) 6,9 (0,2) 11,0 (0,2) 8,7 (0,2)

CH4 13,8 (0,6) 9,4 (0,6) 29,8 (0,7) 14,4 (0,1) 15,1 (0,2)

CO2 16,8 (0,7) 37,8 (0,6) 464,9 (12,7) 61,4 (1,1) 76,3 (1,4)

Masse d'effluents produits (tonnes)

Total 4 286 (63,5) 4 088 (148,2) 3 193 (145,1) 4 755 (69,4) 4 755 (69,4) dont Lisier 100% 71% 90% - - dont Fumier - 29% - - - dont Compost - - 10% - - dont Refus - - - 5% 5% dont Boues - - - 45% 45% dont Surnageant - - - 50% 50%

Quantité totale d'éléments dans les effluents

N (tonnes) 16,4 (0,4) 11,2 (0,3) 9,8 (0,2) 6,2 (0,2) 8,3 (0,3)

P2O5 (tonnes) 11,3 (0,3) 12,2 (0,6) 12,0 (0,5) 11,3 (0,5) 11,3 (0,6)

K2O (tonnes) 13,9 (0,3) 17,6 (0,4) 16,5 (0,4) 13,9 (0,3) 13,9 (0,3)

Cu (kg) 128 (2,6) 139 (3,5) 139 (3,0) 128 (2,6) 128 (2,6)

Zn (kg) 170 (3,1) 196 (5,4) 194 (4,6) 170 (3,1) 170 (3,1) Les écarts-type entre années sont donnés entre parenthèses.

Tableau 11 : Influence du système-type sur les bilans Entrées/Sorties des principaux éléments à risque pour l’environnement

Lisier Lisier + Fumier Lisier + Compost Traitement bio. (vis) Traitement bio. (centrif.) N (kg/porc vendu) ingéré 9,59 9,59 9,59 9,59 9,59 retenu 4,09 4,09 4,09 4,09 4,09 excrété 5,50 5,50 5,50 5,50 5,50 émissions gazeuses 1,68 3,46 3,64 4,05 3,56 dont N-NH3 1,67 1,36 1,79 1,45 1,49 dont N-N2O 0,001 0,36 0,22 0,03 0,03 dont N-N2 0,004 1,73 1,62 2,57 2,04 apport paille - 0,58 0,43 - - effluents 3,82 2,62 2,29 1,45 1,94 P2O5 (kg/porc vendu) ingéré 4,52 4,52 4,52 4,52 4,52 retenu 1,87 1,87 1,87 1,87 1,87 excrété 2,65 2,65 2,65 2,65 2,65 apport paille - 0,19 0,16 - - effluents 2,65 2,84 2,81 2,65 2,65 K2O (kg/porc vendu) ingéré 3,73 3,73 3,73 3,73 3,73 retenu 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 excrété 3,23 3,23 3,23 3,23 3,23 apport paille - 0,87 0,63 - - effluents 3,24 4,10 3,86 3,24 3,24 Cu (g/porc vendu) ingéré 30,19 30,19 30,19 30,19 30,19 retenu 0,28 0,28 0,28 0,28 0,28 excrété 29,90 29,90 29,90 29,90 29,90 apport paille - 2,58 2,52 - - effluents 29,90 32,49 32,42 29,90 29,90 Zn (g/porc vendu) ingéré 44,15 44,15 44,15 44,15 44,15 retenu 4,40 4,40 4,40 4,40 4,40 excrété 39,75 39,75 39,75 39,75 39,75 apport paille - 5,99 5,60 - - effluents 39,75 45,74 45,35 39,77 39,75

11

séparation et les boues issus du traitement biologique du lisier ont été considérées équivalentes à celle du fumier. Les émissions associées au compost ont été supposées nulles du fait de la stabilité de l’effluent. Les valeurs retenues sont résumées dans le Tableau 8.

2.3.3. Indicateurs environnementaux

Les différentes catégories d’impacts suivantes sont considérées : contribution au changement climatique, acidification des milieux, eutrophisation, utilisation d’énergies non-renouvelables, écotoxicité terrestre et utilisation de surface. Les facteurs de caractérisation retenus pour chaque substance et chaque impact sont basés sur les recommandations de Guinée et al. (2002) et sont résumés dans le Tableau 9.

Le changement climatique est défini ici comme la contribution des différentes émissions au Pouvoir de Réchauffement Global de l’atmosphère à l’horizon 100 ans (PRG100). Cet indicateur a été calculé en prenant les facteurs de PRG100 (en kg-équivalent CO2) donnés par l’IPPC en 2006. Pour l’acidification, les facteurs retenus sont basés sur les facteurs européens moyens de Potentiel d’Acidification en kg-équivalent SO2. L’eutrophisation tient compte principalement de l’effet de N et de P sur l’environnement. Les facteurs retenus sont les facteurs moyens de Potentiel d’Eutrophisation en kg-équivalent PO4. L’utilisation d’énergie reflète la consommation d’énergies non-renouvelables. Elle a été calculée à partir des valeurs de pouvoir calorifique proposées par la méthode SimaPro 2.0 (CML, 2001). L’écotoxicité terrestre regroupe les impacts liés à des substances toxiques sur les écosystèmes terrestres. Le Potentiel d’EcoToxicité Terrestre a été calculé en utilisant des facteurs exprimés en kg-équivalent 1,4-dichlorobenzène (DCB). L’utilisation de surface traduit le fait qu’une surface utilisée lors de la production de cultures ou d’animaux ne sera pas disponible pour un autre usage. Elle est exprimée en m².

3. RESULTATS

Dans un premier temps, nous présenterons quelques résultats issus des simulations. Nous illustrerons ainsi l’aspect dynamique du modèle MELODIE à travers le suivi pluriannuel de quelques variables et nous présenterons les résultats bruts qui une fois moyennés constitueront les données d’inventaire nécessaires à la réalisation des ACV. Nous présenterons ensuite les résultats liés à l’effet du système, des pratiques et des hypothèses méthodologiques sur l'impact environnemental.

3.1. Sorties du modèle T-BST

3.1.1. Données d’inventaire pour l’Analyse de Cycle de Vie

Ces données correspondent à des données issues du modèle après traitement (agrégation, moyenne) des quarante années de simulations. Elles sont présentées dans le Tableau 10. Le Tableau 11 présente un bilan Entrées/Sorties pour les éléments N, P, K, Cu et Zn. Ces tableaux illustrent ainsi la grande diversité de données que peut fournir le modèle MELODIE. Ces valeurs reflètent une année moyenne et constituent l’inventaire des aliments consommés et des émissions directes liées à la production de porc. Les ACV que nous décrirons par la suite reposent donc pour une part importante sur ces données. Les résultats de simulations correspondant au test des pratiques intra-système ne sont pas détaillés ici, mais plus loin lors de l’analyse des résultats d’ACV.

0 1 000 2 000 3 000 4 000 5 000 6 000 7 000 8 000 9 000 10 000

Lisier Lisier + Fumier Lisier + Compost Traitement bio. (vis) Traitement bio.

(centrif.) N H 3 ( k g ) Traitement Stockage Bâtiments

Figure 7 : Répartition par système-type des émissions de NH3 entre bâtiments, stockage des effluents et traitement

0 100 200 300 400 500 600 700 800

N2O CH4 N2O CH4 N2O CH4 N2O CH4 N2O CH4

Lisier Lisier + Fumier Lisier + Compost Traitement bio. (vis) Traitement bio. (centrif.)

E q . C O 2 ( to n n e s ) Traitement Stockage Bâtiments

Figure 8 : Répartition par système-type des émissions de gaz à effet de serre (tonnes de CO2-équivalent) entre bâtiments, stockage des effluents et traitement

0 500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000 av r.-86 mai -86 juin -86 juil. -86 août -86 sept .-86 oc t.-86 nov. -86 déc. -86 janv .-87 févr .-87 mar s-87 av r.-87 mai -87 juin -87 juil. -87 août -87 sept .-87 oc t.-87 nov. -87 déc. -87 janv .-88 févr .-88 mar s-88 av r.-88 M a s s e d 'e ff lu e n ts s to c k é e ( to n n e s ) Lisier (Système-type 1) Lisier (Système-type 2) Fumier (Système-type 2)

Figure 9 : Evolution journalière de la masse (tonnes) d’effluents stockée pour les systèmes-type _″Lisier_″ et _″Lisier + Fumier_″ sur deux années

0 5 10 15 20 25 30 35 40 mar s-86 av r.-86 mai -86 juin -86 juil. -86 août -86 sept .-86 oc t.-86 nov. -86 déc. -86 janv .-87 févr .-87 mar s-87 av r.-87 mai -87 juil. -87 juil. -87 août -87 sept .-87 oc t.-87 déc. -87 déc. -87 janv .-88 mar s-88 av r.-88 E m is s io n s N H 3 ( k g /j ) 0 12,5 25 37,5 50 62,5 75 87,5 100 E m is s io n s C H 4 ( k g /j ) NH3 total (Système-type 1) CH4 total (Système-type 1)