Comment bien dimensionner et optimiser son laveur d’air en élevage de porcs

Le laveur d’air est un échangeur de matière ayant pour objectif de transférer un composé soluble (l’ammoniac) depuis la phase gazeuse (l’air extrait des bâtiments) en direction de la phase liquide (l’eau de lavage). Le principe consiste à mettre en contact ces deux phases en utilisant un maillage. L’ammoniac se solubilise dans l’eau qui se charge alors progressivement en ions ammonium. Ces derniers sont ensuite oxydés en nitrites puis en nitrates, solubles dans l’eau. Pour obtenir un transfert maximal de l’ammoniac dans l’eau, il faut donc savoir comment bien dimensionner un projet de laveur d’air ou optimiser un laveur d’air en place afin de remplir les objectifs de réduction de rejets d’ammoniac imposés notamment dans le cadre des élevages IED (voir page 19). C’est l’objectif de l’outil Tara, réalisé par les Chambres d’agriculture de Bretagne, l’Ifip et l’IMT Atlantique, une école d’ingénieur basée à Nantes. Cet outil propose aux éleveurs et aux techniciens un modèle pour concevoir au mieux les laveurs d’air, optimiser la réduction des émissions d’ammoniac et prédire la caractérisation des eaux de lavage. Il a été réalisé sous tableur Excel à partir des lois sur l’absorption physique de l’eau ainsi que des données issues de la bibliographie et de mesures réalisées en conditions contrôlées et sur le terrain.

Dans le cadre d’un projet d’installation de laveur et à partir d’un taux d’abattement d’ammoniac souhaité, un premier module permet de dimensionner les différentes parties du laveur. Le tableur permet de calculer tout d’abord le débit d’arrosage qui va influencer le facteur d’absorption. Il est déterminé à l’aide des lois sur l’absorption physique de l’eau. Plus il est élevé, meilleur sera le transfert de l’ammoniac dans l’eau. Un facteur d’absorption de 1,5 à 2 est recommandé. Une fois ce débit déterminé, il faudra calculer la section du maillage permettant d’assurer le temps de contact optimum entre la phase gazeuse et la phase liquide. Cette section est déterminée au moyen d’un « diagramme d’engorgement ». Elle influencera la vitesse de l’air à travers le maillage. L’objectif et de ne pas dépasser 1 m/s. Puis, il s’agira d’estimer la hauteur de maillage qui doit être suffisante afin de garantir un temps de séjour du gaz dans le maillage, de l’ordre d’une à deux secondes. Enfin, l’outil permet de définir une fréquence de renouvellement des eaux de lavage. Celle-ci doit être suffisante pour éviter d’avoir une concentration trop importante en azote ammoniacal dans les eaux de lavage qui réduiraient l’efficacité du laveur.

Un second module permet d’évaluer l’efficacité d’un laveur existant à partir de ses caractéristiques (débit d’air maximum à traiter, surface et volume de maillage, charge d’ammoniac de l’air entrant). Il calcule les quantités d’ammoniac et de protoxyde d’azote rejetées dans l’air après traitement et évalue la quantité d’eau nécessaire au fonctionnement annuel du laveur. Les calculs sont basés sur l’hypothèse que l’eau de lavage est propre (c’est-à-dire non chargée en ions ammonium, nitrites et nitrates). Cependant, l’accumulation d’azote dans l’eau de lavage sous différentes formes ioniques (NH₄ ⁺, NO₂^- et NO₃^-) réduit la force motrice de transfert entre l’air et l’eau. La concentration en azote doit donc être la plus faible possible pour assurer une efficacité optimale du laveur d’air sur la réduction des émissions d’ammoniac. Pour cela, un conductimètre peut être mis en place car il existe une forte corrélation entre la conductivité de l’eau de lavage et sa concentration en azote ammoniacale. La mesure de la conductivité est donc une méthode robuste et peu onéreuse pour indiquer à l’éleveur que l’eau de son laveur doit être renouvelée. L’éleveur a également la possibilité d’augmenter la hauteur de maillage pour améliorer le temps de contact ou d’augmenter son débit d’arrosage pour améliorer le facteur d’absorption. Par exemple un éleveur qui a un laveur de 42 m² pour traiter l’air d’un bâtiment de 3 000 places d’engraissement verra son efficacité augmenter de 39 % à 53 % s’il passe d’une hauteur de maillage de 45 à 90 cm et d’un débit d’arrosage de 39 à 55 m³/h. Tara permet aussi de calculer les quantités annuelles d’ammoniac et de protoxyde d’azote émises ainsi que les quantités d’azote des eaux en sortie de laveur, tant pour des projets que pour des unités en fonctionnement.