Gestion du fumier

Capacité de stockage du fumier

La capacité de stockage du fumier est le facteur limitant de l'expansion du troupeau et un élément majeur à prendre en compte pour l'emplacement et l'autorisation d'une nouvelle installation laitière. 

Aux États-Unis, les plans généraux de gestion des nutriments sont basés sur des limites de 1 à 1,5 acres (0,4 à 0,6 hectare) par vache pour l'azote et de 2,5 à 4 acres (1 à 1,6 hectare) par vache pour le phosphore, mais des normes d'autorisation régionales spécifiques doivent être respectées.

Pour l'Amérique du Nord, suggéré minimum Les capacités de stockage de fumier pour une durée de stockage de 12 mois sont les suivantes :

1 million de gallons pour 100 vaches par an

3,8 millions de litres pour 100 vaches par an

Par exemple, 1 000 vaches nécessiteraient 1000/100*1 = 10 millions de gallons.

(1000/100*3,8 = 38 millions de litres)

En se basant sur le poids corporel moyen, le calcul suivant peut être utilisé :

# vaches x ((poids moyen des vaches lb/1000) x (2 ou 2,1 pi³ par jour) x 365) x 7,48

Par exemple, des vaches de 1 000 à 1 500 livres nécessiteraient 1 000 x (1 500/1 000) x 2 x 365 x 7,48 = 8,2 millions de gallons (31 millions de litres).

Utilisez 2 pieds³/jour pour 1000 lb (57 litres cubes/jour pour 454 kg) de poids vif pour la litière organique en stabulation libre et 2,1 pi³/jour (59 litres/jour) pour la litière de sable. Pour les logements sur litière meuble, utiliser 2,2 pi³ (litière hachée) ou 2,3 pi³.³/jour (62 ou 65 litres cubes/jour) pour la litière de paille longue.

Installations de stockage des déchets

Il existe six types de bassins et de structures de stockage temporaire des déchets, mais le type de bassin ou de structure choisi dépendra de l'emplacement de la laiterie.

1. Argile en place
2. Revêtement en argile
3. Revêtement géomembrane
4. Revêtement en argile géosynthétique
5. Revêtement en béton
6. Revêtement structurel

Parmi ces six types de fosses, les fosses en argile coulée en place, revêtues d'argile, revêtues de géomembrane et revêtues d'argile géosynthétique peuvent être utilisées avec la plupart des types de litière, à l'exception du sable, sauf si elles sont combinées à une fosse revêtue de béton pour retenir le lisier chargé de sable. Cependant, dans le cas des fosses revêtues d'argile géosynthétique, le sable doit être complètement éliminé des déchets avant leur introduction dans la fosse. La pose d'une couverture sur les structures de stockage peut être envisagée afin de limiter l'accumulation de déchets supplémentaires, tels que les eaux pluviales.

Vous trouverez ci-dessous un aperçu général des options de stockage des déchets et de leurs coûts respectifs, selon Drew Zelle et Matt Woodrow, ingénieurs chez DATCP, et Ryan Rice du LWCD du comté de Fond du Lac. Pour plus d'informations, veuillez consulter la norme de pratique de conservation du Service de conservation des ressources naturelles (Code 313) relative aux installations de stockage des déchets. Les tableaux sont extraits du Code 313.

1. Carrières d'argile in situ

Les fosses à lisier en argile coulée en place sont les plus économiques à construire, à condition que l'argile soit facilement disponible et que les déblais excédentaires puissent être évacués sur place. Les coûts sont liés à l'enlèvement et à l'excavation de l'argile. Des points d'agitation en béton sont nécessaires, avec des talus latéraux de 2,5:1.

2. Fosses revêtues d'argile

Les fosses revêtues d'argile peuvent atteindre une profondeur maximale de 7,6 m (25 pieds) avec une épaisseur de revêtement de 1,7 m (5,7 pieds). Ce revêtement doit être protégé de l'abrasion par le sable. Par temps humide, l'entretien de ces fosses est très difficile. L'excavation, l'acheminement et le compactage de l'argile augmentent les coûts.

3. Fosses revêtues de géomembrane

Les fosses revêtues de géomembrane sont utilisées lorsque l'argile de bonne qualité est indisponible ou trop éloignée pour être transportée par camion. Elles nécessitent une membrane de 0,6 cm d'épaisseur munie d'un système de ventilation pour évacuer les gaz. La réussite de ces systèmes repose sur une préparation minutieuse. La surface lisse facilite l'agitation et la fosse peut être facilement agrandie. Cependant, les réparations du revêtement peuvent s'avérer coûteuses.

4. Fosses revêtues d'argile géosynthétique

En raison des importants travaux de préparation du sous-sol nécessaires à la pose de la membrane d'étanchéité, les intempéries peuvent considérablement entraver le processus. La membrane est composée d'un produit à base d'argile bentonitique, cousu entre deux géosynthétiques et placé au contact direct du sol sous-jacent. Les travaux d'excavation, de préparation et de réparation de la membrane augmentent les coûts.

5. Revêtement en béton

Les regards revêtus de béton peuvent être conçus avec du béton étanche ou du béton composite. Le béton étanche est plus onéreux, mais pour des coulées limitées, sa qualité est supérieure et les joints de dilatation spécifiques, conçus pour limiter la fissuration, sont mieux protégés par des joints en PVC. Le coût du béton étanche dans le Wisconsin est actuellement de 1 403 $ US par pied carré (2015), mais il est susceptible d'augmenter. Les coûts d'installation des joints d'étanchéité s'ajoutent à ce coût.

Le béton composite est 10 à 15 fois moins cher que le béton étanche aux liquides et peut être coulé toute la journée, mais sa qualité en souffre car le sol en dessous est utilisé pour aider à la protection contre les fuites sans joints.

Ces fosses ont généralement une épaisseur de 13 à 15 cm. Les deux options conviennent parfaitement au sable et permettent un accès illimité aux engins.

6. Béton structurel

Le stockage hors sol en béton est une solution adaptée aux espaces restreints ou intégré à une installation globale. Les murs verticaux ne doivent pas dépasser 3 mètres de hauteur, mais les structures circulaires peuvent être plus hautes. Le coût moyen d'un mur de 2,4 mètres de haut est d'environ 140 000 USD par mètre linéaire (2015). Ce type de structure est difficilement extensible, mais peut être utilisé dans des systèmes à plusieurs niveaux.

Évacuation du fumier hors de la grange

Les vaches laitières produisent environ 150 livres (68 kg) ou environ 18 gallons (68 litres) de fumier par jour ou plus, et celui-ci doit être stocké et manipulé en toute sécurité conformément aux réglementations des gouvernements étatiques et fédéraux.

Literie biologique

Avec une litière organique, le transfert et le stockage du fumier sont relativement simples. Des canaux d'écoulement par gravité et une simple lagune revêtue d'argile, correctement dimensionnée, suffisent souvent.

Litière inorganique (sable)

Les canaux à écoulement gravitaire sont souvent défaillants avec le fumier chargé de sable et ne sont donc pas recommandés.

Il existe quatre options viables pour évacuer le fumier chargé de sable de l'étable :

1. Vide
2. Grattoir
3. Tarière
4. Buse

Réservoirs à vide

Dans les grands troupeaux, des camions-citernes à vide ont été utilisés pour collecter le fumier directement dans les allées et le déverser dans un système centralisé de traitement du fumier.

Cette option nécessite un béton de qualité supérieure dans les allées des enclos pour compenser le poids du camion et évite le risque d'obstruction dans les canaux de transfert.

Grattoir

Ce procédé consiste à racler le sol dans un canal, puis à utiliser un racleur à fil métallique pour évacuer le fumier vers une fosse de collecte. Ces racleurs s'étendent généralement sur toute la largeur de la grange (environ 30,5 à 36,6 m).

Des obstructions peuvent survenir avec ces systèmes, et des ruptures du fil racleur ont été signalées. La fosse de réception est également un lieu où le sable peut se déposer, ce qui nécessite l'utilisation et l'entretien réguliers d'un agitateur au fond de la fosse.

 Tarière

Le raclage dans une auge équipée d'une vis sans fin horizontale est une option courante. Des vis sans fin simples sont désormais disponibles d'une longueur de 51,2 m (168 pieds), et plusieurs vis peuvent être combinées pour obtenir le tracé d'écoulement souhaité.

Les tarières peuvent présenter des défaillances, notamment au niveau des joints, mais beaucoup ont été installées sans problème.

Canaux fluviaux

Les canaux d'amenée utilisent une conduite inclinée pour acheminer l'eau à grande vitesse vers l'étable. Le fumier est raclé ou évacué de l'allée, manuellement ou à l'aide d'un racleur automatique ou d'un système de rinçage, vers le canal, puis transporté hors de l'étable. Les canaux d'amenée sont généralement utilisés en complément d'un système de décantation sur sable.

La construction du canal doit respecter les directives suivantes :

1. Le tuyau d'évacuation doit avoir un diamètre de 46 à 91 cm (18 à 36 pouces). Un tuyau plus large est nécessaire pour les couloirs de chasse d'eau ; un tuyau plus étroit convient aux systèmes de raclage. Renforcez les ouvertures où le fumier est raclé/évacué afin d'éviter tout affaissement du tuyau.
2. Le tuyau de canalisation doit toujours présenter une pente descendante depuis la grange d'au moins 0,5 à 0,75% (une pente de 0,25% peut être suffisante pour les matières solides du fumier).
3. Pour les systèmes à couloir de décantation, l'eau du canal doit initialement contenir moins de 2% de matières solides organiques, L'eau provient généralement d'une pompe flottante située à 60 cm sous la surface du lagon. Plusieurs lagons successifs fournissent l'eau la plus propre dans le dernier lagon, et les parois de drainage intermédiaires peuvent retenir jusqu'à 601 tonnes de matières organiques solides provenant du lagon précédent. L'eau ainsi purifiée est moins odorante !
4. L'eau du canal doit entrer dans le canal à >5 pieds par seconde (1,5 m/s), de préférence de 7 à 8 pi/s (2,1 à 2,4 m/s), nécessitant la livraison de plus de 600 gallons par minute (2 271 litres par minute) à la sortie du canal.

Le fonctionnement des canaux d'écoulement dépend de l'approvisionnement en eau propre. Ils sont donc très sensibles aux inversions de lagunage (où les matières organiques remontent à la surface), ce qui entraîne une diminution du débit d'eau de rinçage. L'utilisation de polymères organiques peut contribuer à prévenir ces inversions et à les résoudre lorsqu'elles se produisent (par exemple). Unité d'hydratation de polymère BEI de Trident Separators).

Systèmes de chasse d'eau d'allée

Les couloirs de drainage réduisent considérablement la main-d'œuvre et peuvent être utilisés avec un système de canal et de décantation du sable pour recycler ce dernier. De tels systèmes sont utilisés dans des troupeaux d'à peine 120 vaches.

Les allées coulées doivent présenter une pente minimale de 2% afin d'éviter l'accumulation de sable. L'allée d'alimentation doit avoir une pente de 2 cm (3/4 pouce) entre la barre d'alimentation et le bord de l'enclos pour assurer un bon écoulement de l'eau et éviter la formation de tas de sable. Le bord de l'enclos peut être entaillé avec une planche de 5 cm (2 pouces) pour permettre à l'eau de rinçage de s'écouler directement contre le bord.

Un réservoir de chasse d'eau est nécessaire pour stocker suffisamment d'eau sous pression, grâce à un mécanisme de chasse d'eau équipé d'un frein pneumatique. Lorsque l'air est relâché, le mécanisme s'ouvre et l'eau se déverse dans la canalisation.

Planchers à lattes

Les systèmes de plancher à caillebotis ne sont pas compatibles avec les installations sur litière de sable. Les caillebotis, larges et traumatisants pour les sabots des vaches, sont déconseillés pour les élevages bovins.

Systèmes de récupération du sable

Le sable est retenu par la structure gélatineuse (collante) du fumier et sa densité est environ 2,5 fois supérieure à celle du fumier. Tous les systèmes de séparation nécessitent un mélange de fumier sableux et d'eau à parts égales (1:1). À ce volume, la viscosité du fumier diminue et le sable commence à se déposer. Les systèmes à chasse d'eau permettent d'obtenir des dilutions à 5:1.

Les systèmes de séparation se répartissent généralement en deux catégories : les systèmes à décantation et les systèmes mécaniques. Cependant, les systèmes hybrides, qui combinent les deux, sont courants.

Les deux systèmes doivent viser à séparer plus de 90 à 95 % du sable du fumier, avec moins de 4 % de matières organiques. Cet objectif est atteignable avec les deux types de systèmes. Il convient d'éviter les sables fins, difficiles à séparer ; un sable de type maçonnerie ou béton est généralement recommandé.

Les normes ASTM pour l'analyse granulométrique du sable de maçonnerie et de béton sont les suivantes (l'une de ces tailles, ou une taille intermédiaire, est acceptable pour les systèmes de séparation mécanique) :

Une comparaison des deux grandes catégories de systèmes de séparation du sable est présentée ci-dessous :

Systèmes mécaniques

Les systèmes mécaniques reposent sur le mélange de lisier chargé de sable avec de l'eau dans une cuve de collecte. Le sable se dépose au fond de la cuve, d'où il peut être extrait par une vis sans fin pour former un tas. La phase liquide du lisier subit une séparation des matières organiques solides, puis est pompée vers la lagune. Il est de plus en plus fréquent que le sable séparé soit soumis à un cycle de déshydratation mécanique avant d'être mis en tas.

Plusieurs systèmes mécaniques commerciaux sont disponibles, notamment :

• Société McLanahan
• Séparateurs Trident
• Daritech

Les canaux de dérivation peuvent être utilisés avec des systèmes de séparation mécanique en les déversant dans une tranchée forée. Cette tranchée mesure généralement 18,3 mètres de long, 1,2 mètre de large et sa profondeur est variable. Une vis sans fin inversée située au fond de la tranchée tire le sable vers le séparateur mécanique, dans le sens inverse du flux de lisier.

Voies de stabilisation

Les clés d'une construction et d'une exploitation réussies des voies de décantation du sable sont les suivantes :

• Déplacez le fumier chargé de sable dans un canal à une vitesse supérieure à 1,5 m/s et déversez-le dans un tube de mélange de 12,2 à 18,3 m de long avant de l'acheminer vers la zone de sablage. Évitez de pomper à partir d'une fosse de collecte, car le sable finira par se déposer au fond.
• Couler des voies en béton, généralement deux côte à côte, de 10 à 12 pieds (3 à 3,7 m) de large (selon la largeur de l'équipement utilisé) et de 150 à 300 pieds (7 à 91,4 m) de long (plus long est mieux).
• Versez avec une pente de 0,25% et évitez les coudes en épingle à cheveux sauf si nécessaire.
• Créer une couche de drainage de chaque côté des voies où le sable peut être empilé avec un système de drainage vers la voie et une capacité de 6 à 8 semaines.
• Profondeur minimale de 25 cm (10 pouces), pouvant atteindre 1,2 m (4 pieds). Les voies plus profondes peuvent être utilisées à des températures plus basses en hiver.
• Débit d'évacuation supérieur à 600 gallons par minute (2 271 litres par minute) avec une vanne pour modérer la vitesse d'évacuation. Une évacuation perpendiculaire à la voie est préférable ; élargissez initialement la voie 30 à 50% afin que le flux de lisier se disperse rapidement.
• Visez une vitesse de 0,5 m/s (1,5 pi/s) au début de la voie et maintenez une vitesse supérieure à 0,3 m/s (1 pi/s) à la fin de la voie afin d'éviter le dépôt de matières organiques. Dans une voie correctement conçue, la majeure partie du sable se déposera sur les premiers 24,4 m (80 pieds) environ.
• Enlever le sable de la voie pour maintenir les vitesses nécessaires.

Exemple de double voie de décantation avec zone de déshydratation

Options sans remise en état du sable

Si la laiterie décide de ne pas recycler le sable, tenez compte des points suivants :

1. Réduire la quantité de sable utilisée

En règle générale, l'utilisation d'un système de tapis de couchage permet de réduire de moitié la quantité de sable utilisée par jour, soit environ 20 livres (9,1 kg) de sable par box et par jour.

2. S'assurer que le sable puisse être retiré du lagon

On peut construire un bassin à deux niveaux : le sable se dépose dans le premier niveau tandis que le lisier s’infiltre par-dessus un mur de drainage vers le second niveau. Le premier niveau doit avoir un fond en béton avec une rampe d’accès en pente pour permettre aux engins d’évacuer le sable.

L'utilisation d'un bateau agitateur ou d'une salamandre pour remuer les matières solides au fond de la lagune constitue également une amélioration récente du processus d'élimination du sable des systèmes lagunaires.