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Des capteurs infrarouges pour analyser les lisiers des porcs

L’analyse en continu des lisiers par des capteurs infrarouges embarqués sur tonnes à lisier peut contribuer à un épandage de précision. Selon un test réalisé par l’Ifip, la fiabilité des données est très variable selon les critères analysés. La technique semble cependant prometteuse.

L'analyse en continu des lisiers améliore la précision à l'épandage et limite les pertes d'éléments fertilisants.
L'analyse en continu des lisiers améliore la précision à l'épandage et limite les pertes d'éléments fertilisants.
© Ifip

L’utilisation d’un signal lumineux, le proche infrarouge (IR) au moment de l’épandage, permet de déterminer la composition des effluents d’élevage épandus sur les terres en matière sèche, azote, phosphore et potassium.

Le principe repose sur le niveau de transmission ou de réflexion de ce signal sur l’effluent. Pour évaluer la précision de cet outil, l’Ifip-Institut du porc a comparé les valeurs annoncées par un système commercial IR embarqué sur tonne à lisier aux résultats d’analyse chimique de laboratoire d’une vingtaine d’échantillons de lisier de porc. La fiabilité des valeurs d’analyse prédites par le système, exprimée par le coefficient de détermination (R2) (1), est très satisfaisante pour la teneur en matière sèche (R2 = 0,92) et le phosphore (R2 = 0,83). Cependant, la qualité de prédiction est moins élevée pour l’azote total (R2 = 0,51) et très approximative pour l’azote ammoniacal et le potassium (R2 respectivement de 0,11 et 0,16).

Peut mieux faire pour l’azote

Globalement, cette première approche sur les capteurs montre un intérêt certain pour préciser les quantités d’azote et de phosphore épandu. La qualité de la prédiction de l’azote peut vraisemblablement être améliorée car les capteurs IR réagissent généralement bien avec cet élément. Des travaux antérieurs ont montré de bons résultats sur lisier de porc (R2 > 0,85). Mais ces résultats ont été obtenus en conditions de laboratoire plus favorables que sur le terrain : température constante, fréquences d’étalonnage plus élevées, pas d’agressions physiques et chimiques par les flux d’effluents (sable, gravier, ammoniac…). En moyenne, sur l’ensemble des comparaisons réalisées sur le terrain, les valeurs d’azote prédites sont supérieures de 6 % aux valeurs d’analyse de laboratoire.

 

 
Des écarts peu importants s’observent également pour les autres éléments : -4 % pour la matière sèche, +3 % pour le phosphore, -3 % pour l’azote ammoniacal et -2 % pour le potassium. Les différences de fiabilité de prédiction, mentionnées précédemment (les R2), dépendent conjointement de la variabilité individuelle (l’écart-type) et de la gamme de concentration des échantillons. Ainsi, pour l’azote, l’écart-type est de 27 %, c’est-à-dire que pour un résultat d’analyse chimique de 3 kg N/m3 de lisier, 68 % des valeurs sont comprises entre 2,2 et 3,8 kg N/m3, pour une gamme de concentration échantillonnée de 1,4 à 5,5 kg N/m3.

 

Le phosphore corrélé à la matière sèche

Les capteurs IR ne réagissent pas très bien au phosphore. Mais ce dernier, très corrélé à la matière sèche, elle-même réagissant bien avec les capteurs IR. Cette dernière a probablement été intégrée dans les équations de prédiction. Les différences individuelles entre valeurs prédites et analysées pour le phosphore ne sont pas négligeables (écart-type de 32 %). Mais la gamme de concentration du pool d’échantillon est bien plus étendue que pour l’azote. Le rapport est de 1 à 10 entre la teneur minimale et maximale en phosphore contre un rapport de 1 à 4 pour l’azote total.

Les éléments solubles difficilement quantifiables

Concernant les éléments solubles (azote ammoniacal et potassium), l’absence de fiabilité est le fait d’une forte variabilité individuelle de la qualité de prédiction (notamment pour l’azote ammoniacal) au regard d’une gamme de concentration restreinte (notamment pour le potassium). Un potentiel d’amélioration devrait être envisageable pour l’azote ammoniacal où des travaux antérieurs ont montré une meilleure fiabilité. L’amélioration des équations de prédiction par la corrélation avec la matière sèche, à savoir une prise en compte de la dilution des lisiers, sera limitée par la variabilité des matières premières alimentaires, notamment pour le potassium.

 

 
La fiabilité des valeurs d’analyse prédites par le système, exprimée par le coefficient de détermination, est très satisfaisante pour la teneur en matière sèche et le phosphore. © Ifip
Les imprécisions de prédiction sont à relativiser par rapport aux imprécisions d’un épandage uniquement basé sur du volumétrique (un cubage de lisier à l’hectare) et à la nécessité d’améliorer la précision de la fertilisation organique. Ces résultats devront toutefois être confirmés sur un plus grand nombre d’analyses et de situations.

 

(1) Le coefficient de détermination R2 varie entre 0 et 1. Plus il est proche de 1, et plus la fiabilité est bonne.

Protocole mis en œuvre

Une vingtaine d’échantillons de lisier de porc ont été prélevés en cours d’épandage en sortie de pendillard. Dans le même temps, une seconde personne a relevé les valeurs prédites par le capteur IR s’affichant en temps réel sur une console dans la cabine du tracteur. Afin de disposer d’une large gamme de concentration, plusieurs facteurs de variation ont été intégrés dans le plan d’échantillonnage : trois tonnes à lisier équipées de leur propre capteur IR (mais du même constructeur), huit fosses de stockage des lisiers, le tout réparti sur cinq sites d’élevage.

Enquête réalisée dans le cadre du projet Teplis +, cofinancé par le conseil régional des Pays de la Loire.
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