L’urine humaine comme engrais azoté : une expérimentation en serre

Une nouvelle expérimentation a été lancée au printemps 2018 dans le cadre du programme OCAPI par Tristan Martin et Léa Tordera. Pendant que le ray-grass finit sa croissance en serre au laboratoire Ecosys d’AgroParisTech, voici les retours des travaux menés par Tristan Martin lors de son stage de M2 SAGE en 2017. Il s’agissait d’évaluer l’efficacité de l’utilisation de l’azote de différents engrais dérivés de l’urine, en les comparant avec des engrais conventionnels.

Introduction

Au XIXe siècle, les filières de gestion des urines et des excréments humains étaient très souvent déconnectées des systèmes de gestion de l’eau et suivaient celles des autres déchets organiques urbains (Barles, 2005). Aujourd’hui, les nutriments provenant des eaux usées sont traités dans les stations d’épuration et leur taux de recyclage sur les cultures est faible, entraînant une pollution des eaux de surface. Seuls 4% de l’azote et 41% du phosphore présents dans les eaux usées de la zone urbaine de Paris sont actuellement recyclés (Esculier et al., 2018). D’autre part, l’azote injecté dans les systèmes agricoles provient principalement de processus chimiques très consommateurs d’énergie et le phosphore est une ressource fossile dont le pic de production risque d’être atteint dans les prochaines décennies (Cordell et al., 2009). La consommation d’engrais azotés et la quasi-totalité de la consommation de phosphore en Ile-de-France pourraient être couvertes par les excrétions des habitants de l’agglomération parisienne (Esculier et al., 2018). Cette valorisation est notamment possible via les urines, qui contiennent la plupart de ces nutriments dans un volume réduit (environ les trois quarts de l’azote et la moitié du phosphore des eaux usées domestiques selon Eme et Boutin, 2015). Il n’existe que peu d’études sur les engrais à base d’urine, bien que certains auteurs aient trouvé un potentiel de fertilisation plus élevé que les engrais organiques (lisier, fumier…) et similaires aux engrais chimiques (Kirchmann et Pettersson, 1995). Le but de ce travail était de caractériser l’efficacité d’utilisation de l’azote de tels produits.

Matériel et méthode

Une expérimentation en serre a été réalisée pendant 56 jours avec du ray-grass anglais (Lolium Perenne). L’expérience comprenait 7 traitements correspondant à un traitement témoin, 5 produits organiques et un engrais chimique : compost, lisier bovin, compost mélangé à de l’urine humaine, urine humaine, urine nitrifiée et concentrée (Aurin), et solution d’engrais chimique azoté (nitrate d’ammonium). Le lisier bovin a été utilisé comme référence pour les engrais organiques classiques utilisés par les agriculteurs. Nous avons testé l’utilisation potentielle du compost comme support pour l’application d’urine. Les produits ont été mélangés à 1,3 kg de sol dans des pots juste avant le semis du ray-grass. La température et l’humidité de la serre étaient contrôlées. La biomasse aérienne a été récoltée à plusieurs reprises au cours de l’expérimentation.

Le coefficient apparent d’utilisation de l’azote (CAU) qui permet de comparer l’efficacité d’utilisation de l’azote par les plantes entre les différents produits a été calculé avec l’équation suivante :

CAU = (Azote exporté par la plante - Azote exporté par la plante témoin) / (Azote apporté par le traitement)

Résultats et discussion

Dans les conditions de l’expérience, la production de biomasse aérienne (Figure 1.) et les CAU (Figure 2.) de l’urine humaine ou de l’urine nitrifiée et concentrée étaient proche, voire supérieure à celle de l’engrais chimique.

Figure 1. Biomasse aérienne lors de la deuxième coupe pour les traitements urine (A), Aurin (B) et engrais chimique azoté (C).

La plus grande proportion d’azote sous forme minérale dans ces produits (83% pour l’urine, 100% pour l’urine nitrifiée et concentrée) par rapport au lisier (23%) a permis une assimilation plus élevée de l’azote qu’avec cet engrais organique conventionnel. Les CAU plus élevés pour l’urine et l’Aurin que pour l’engrais minéral pourraient s’expliquer par l’apport d’autres nutriments avec ces produits (phosphore, potassium…). Il est aussi possible que l’apport de certains éléments (carbonates, matière organique) ait augmenté la capacité tampon du sol et ainsi maintenu un pH plus élevé du sol et plus propice à la culture. Appliquée avec du compost, le CAU de l’urine était légèrement réduit en raison d’une possible organisation de l’azote minéral de l’urine, mais restait bon (environ 85% de celui de l’urine seule) en plus d’être un amendement.

Figure 2. Efficacité comparée de différents produits en tant qu’engrais azotés - Coefficient apparent d’utilisation de l’azote (CAU). Les valeurs suivies par la même lettre ne sont pas significativement différentes à p <0,05.

Conclusion

Les produits à base d’urine constituent une nouvelle source prometteuse de fertilisation azotée en agriculture. La mise en œuvre de systèmes d’assainissement alternatifs peut également générer de grands avantages environnementaux et sociaux : baisse de la consommation d’énergie, réduction des émissions de gaz à effet de serre, amélioration de la qualité des eaux de surface, source durable de nutriments, reconnexion des territoires urbains et ruraux, etc. Des expériences complémentaires pour étudier l’innocuité de cette nouvelle source d’azote et les impacts environnementaux potentiels à travers les émissions de gaz après application vont prochainement être lancées.

Rapport de stage : Martin, T., 2017. Valorisation des urines humaines comme source d’azote pour les plantes : une expérimentation en serre. Rapport de Master 2 Systèmes Aquatiques et Gestion de l’Eau. Institut National de la Recherche Agronomique & École Nationale des Ponts et Chaussées. (Résumé du rapport de stage)

Bibliographie

• Barles, S. 2005. L’invention des déchets urbains : France 1790-1970. Seyssel (Ain) : Champ Vallon.
• Cordell, D., Drangert, J.-O., and White, S., 2009. The story of phosphorus : Global food security and food for thought. Glob. Environ. Change 19, 292–305.
• Eme, C. and Boutin, C., 2015. Composition des eaux usées domestiques par source d’émission à l’échelle de l’habitation. IRSTEA, ONEMA, CréaPure Éd.
• Esculier, F., Le Noë, J., Barles, S et al., in press. The biogeochemical imprint of human metabolism in Paris Megacity : a regionalized analysis of a water-agro-food system. Journal of Hydrology.
• Kirchmann, H., and Pettersson, S., 1995. Human urine-chemical composition and fertilizer use efficiency. Fertil. Res. 40, 149–154.