Réutilisation des nutriments en hydroponie : quelle méthode pour une réduction maximale des émissions de GES et de l’eutrophisation ?

L’utilisation de systèmes hydroponiques connaît un grand développement en agriculture urbaine. Toutefois, la gestion des nutriments présente un défi pour la réduction de l’impact environnemental des productions, notamment en ce qui a trait aux rejets de phosphore dans l’environnement et aux émissions de carbone lors de la production de ces nutriments. Dans leur article Exploring nutrient recovery from hydroponics in urban agriculture: An environmental assessment, une équipe de recherche dirigée par Xavier Gabarell, de l’Université Autonome de Barcelone, s’est penchée sur trois techniques de récupération et réutilisation des nutriments afin de déterminer laquelle présente l’impact environnemental le moindre.

Les résultats de l’étude montrent que la recirculation directe des lixiviats (RDL) est la méthode la plus écologique en matière de lutte aux changements climatiques, émettant entre 3 et 5 fois moins d’équivalents CO2 que la filtration par membrane (FM) ou la précipitation chimique (PC). De plus, la RDL et la FM évitent entre 44 et 52 % des émissions de GES qui seraient générées par la fabrication de nouveaux fertilisants.

Contexte de l’étude

Diverses méthodes sont utilisées pour réutiliser les nutriments des installations hydroponiques. La RDL est la plus fréquemment utilisée. En ce qui concerne la PC, peu d’installations commerciales l’utilisent, mais elle a démontré son efficacité en laboratoire pour récupérer le phosphate de calcium et d’autres composés de magnésium, azote et phosphore. La FM est avantageuse car elle ne requiert pas d’intrants chimiques. Des filtres sont utilisés pour enlever les particules, puis une purification par osmose inverse concentre les nutriments tels les phosphates dans les eaux de rejets. Jusqu’à présent, la plupart des tentatives de récupération des nutriments se sont concentrées sur la récupération de l’azote et du phosphore. Toutefois, d’autres éléments nutritifs font partie des solutions hydroponiques. En plus de la capacité de récupération du phosphore, l’équipe de recherche a donc étudié la capacité de récupération du potassium, du calcium et du magnésium par les trois méthodes (RDL, PC et FM) et en a évalué l’impact environnemental et les bénéfices par une analyse sur le cycle de vie. L’étude intègre également une comparaison de l’impact des méthodes à un scénario sans récupération (rejet des eaux sans traitement et utilisation de nouveaux nutriments). L’ensemble des tests ont été réalisés dans une serre sur toit de l’université autonome de Barcelone.

Les paramètres d’impacts environnementaux inclus dans l’analyse du cycle de vie sont :

  • Changements climatiques
  • Acidification terrestre
  • Eutrophisation des eaux douces
  • Toxicité humaine (cancérogène et non cancérogène)
  • Diminution des sources d’énergies fossiles

Résultats

La PC est efficace pour récupérer le phosphore. En revanche, la récupération du potassium et du calcium n’est pas efficace, avec respectivement 5% et 15% de ces éléments précipités et récupérés. La FM et la RDL permettent une récupération totale des nutriments, mais nécessitent un ajustement de leurs concentrations avant recirculation dans les cultures.

En ce qui concerne les impacts environnementaux de la récupération des nutriments, la FM est le traitement le plus dommageable à travers toutes les catégories d’impacts analysées. La majorité des impacts de la FM est due à la forte consommation énergétique de cette technique. La PC arrive seconde, avec un impact d’environ la moitié de ceux de la FM dans toutes les catégories. Enfin, la RDL constitue la méthode causant le moins d’impacts, toutes catégories confondues. Toutefois, l’étude montre que ce classement est différent si l’on intègre dans l’analyse l’ajout de nutriments pour équilibrer les concentrations des nutriments récupérés. Dans ce cas, la PC est la méthode la plus dommageable (plus même que le scénario sans aucune récupération pour ce qui est de l’impact sur les changements climatiques et la diminution des ressources fossiles), suivie de la FM, tandis que la RDL demeure la méthode ayant le moins d’impacts.

Enfin, l’étude introduit un autre aspect à l’analyse des méthodes de récupération, celui de leur mise œuvre. En effet, alors que la RDL peut être implantée sur le site, la FM et la PC nécessitent des infrastructures aux coûts élevés et seront probablement implantées hors site sous forme de centre de traitement pour plusieurs fermes afin de bénéficier d’économies d’échelle. Dans ce cas, le transport des eaux à traiter et des nutriments récupérés va accroître les impacts environnementaux réels de ces méthodes.

Figure 1. Pourcentage de réduction/augmentation de l’impact des diverses techniques sur les paramètres environnementaux en comparaison du scénario standard sans récupération. Traduit de l’article.

Conclusion

Il semble que la RDL soit la méthode présentant le moins d’impacts environnementaux. Toutefois, les méthodes de FM et de PC pourraient être améliorées et elles ont comme avantage de permettre un stockage des nutriments récupérés afin de les utiliser à un autre endroit et/ou à un autre moment.

 

Source

Rufí-Salís, M., Calvoa, M. J.,  Petit-Boix, A., Villalba, G., Gabarrell, X. (2020). Exploring nutrient recovery from hydroponics in urban agriculture: An environmental assessment. Resources, Conservation & Recycling, https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2020.104683


OpenEdition vous propose de citer ce billet de la manière suivante :
Olivier Chabal-Dragon (20 août 2022). Réutilisation des nutriments en hydroponie : quelle méthode pour une réduction maximale des émissions de GES et de l’eutrophisation ? AgriUrbain. Consulté le 16 juillet 2024 à l’adresse https://doi.org/10.58079/aujz


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