Systèmes d'évacuation du fumier par gravité dans les étables laitières


Fiche technique - ISSN 1198-7138  -  Imprimeur de la Reine pour l'Ontario
Agdex : 440/743
Date de publication : mai 2004
Commande no. 04-040
Dernière révision : mai 2004
Situation : En remplacement de la fiche technique du MAAARO no 89-181 qui porte le même titre
Rédacteur : Harold House - ingénieur, structures et matériel des fermes de boucherie et laitières/MAAARO; Harold  Cuthbertson - ingénieur, environnement rural/MAAARO

Table des matières

  1. Introduction
  2. Exigences de base
  3. Pertinence d'un système d'évacuation par gravité
  4. Système à écoulement continu, pour pente faible
  5. Système de chasse périodique, pour pente prononcée
  6. Recommandations générales
  7. Conclusion

Introduction

L'écoulement par gravité est un moyen non mécanique d'évacuer le fumier de l'étable vers la structure d'entreposage à court ou à long terme. La popularité de ce système tient au fait qu'il est simple, qu'il est moins coûteux que les systèmes de transfert mécanique et qu'il est tout aussi efficace que ceux-ci pour peu que l'installation et la gestion soient bien faites.

Un certain nombre de fermes laitières de l'Ontario ont adopté les systèmes d'évacuation du fumier par gravité (figure 1). Ces systèmes sont installés dans les nouvelles étables ou servent à remplacer les montées de nettoyeur d'étable ou les pompes à fumier quand celles-ci arrivent au bout de leur vie utile. La présente fiche technique décrit les expériences des producteurs qui les ont adoptés, les facteurs de gestion et les paramètres physiques garants de leur bon fonctionnement et les points à considérer au moment d'envisager l'installation d'un de ces systèmes.

Photo d’une structure d’entreposage de fumier en terre et d’une étable à toit à comble en croupe à l’arrière-plan.

Figure 1. Le système typique d'évacuation du fumier par gravité comprend une structure d'entreposage de fumier liquide et une canalisation d'évacuation souterraine.

Exigences de base

La première exigence est liée à la consistance du fumier et non à la pente entre l'étable et la structure d'entreposage. Les systèmes d'évacuation par gravité nécessitent un fumier qui s'écoule de lui-même. Il faut donc un fumier ayant une forte teneur en eau et renfermant peu de litière grossière ou peu de litière de paille à tige longue. Ces systèmes ne fonctionnent pas si du sable est utilisé comme litière.

L'expérience montre qu'il faut maintenir le fumier sous forme liquide dans la structure d'entreposage, c.-à-d. que le fumier doit être suffisamment liquide pour qu'on puisse l'agiter, le pomper et le transporter au champ comme un fumier liquide. En pratique, un fumier qui s'écoule lentement à sa sortie de l'étable devient habituellement plus liquide durant le stockage, dans la mesure où la structure de stockage retient la fraction liquide du fumier et les précipitations (pluie et neige).

Pertinence d'un système d'évacuation par gravité

De nombreux producteurs laitiers de l'Ontario ont installé un système d'évacuation par gravité. La plupart d'entre eux étaient sur le point de remplacer de l'équipement usé (montée, p. ex.) ou planifiaient l'aménagement d'une nouvelle structure d'entreposage du fumier pour des raisons d'économie, de main-d'œuvre ou d'environnement. Alors que l'installation d'un nouvel évacuateur, qu'il soit hydraulique ou pneumatique, ou d'une nouvelle montée de nettoyeur, est toujours coûteuse, les systèmes d'évacuation par gravité coûtent beaucoup moins cher. Il revient toutefois à chaque producteur de déterminer si ces systèmes conviennent à leur situation.

  • Voici, sous forme de questions, les conditions nécessaires au fonctionnement d'un système d'évacuation par gravité.
  • Sert-on aux animaux une ration totale mélangée (RTM)?
  • Sert-on peu ou pas de foin sec?
  • A-t-on un troupeau laitier bien nourri et constitué de hautes productrices? Du bétail nourri avec des aliments de première qualité et en abondance a tendance à produire un fumier plus liquide.
  • Fournit-on aux vaches des matelas ou des tapis de caoutchouc pour réduire la quantité de litière?
  • Hache-t-on la litière?
  • Les caniveaux sont-ils protégés par des garde-litière ou des grilles qui limitent la quantité de litière qui s'y accumule?
  • Doit-on ajouter beaucoup de litière dans les caniveaux pour faciliter l'ascension du fumier dans la montée du nettoyeur?
  • Est-il difficile de contenir le fumier dans l'aire d'entreposage?
  • Le tas de fumier s'affaisse-t-il, s'évase-t-il ou tend-il à s'écouler hors de la structure au moment du dégel?
  • Utilise-t-on de la litière organique, c.-à-d. autre que du sable?
  • Peut-on construire un réservoir ou une fosse de 3-3,7 m (10-12 pi) de profondeur sans se heurter à la roche-mère ou à la nappe phréatique? (Voir le tableau 1 pour connaître les exigences du Règlement de l'Ontario 267/03 adopté en vertu de la Loi sur la gestion des éléments nutritifs [LGEN], tel qu'il a été modifié.)
  • Y a-t-il une pente naturelle entre l'étable et le lieu d'entreposage du fumier? Idéalement, cette pente doit être de 1,5-1,8 m (5-6 pi) parce qu'elle permet alors de construire une structure partiellement enfouie. Certains entrepreneurs recommandent une pente minimale de 10 % qui correspond à une différence d'élévation de 0,3 m (1 pi) pour 3 m (10 pi) à l'horizontale.
Tableau 1. Profondeur du sol par rapport à la roche-mère ou à l'aquifère, sous le plancher de la structure d'entreposage des éléments nutritifs
Élément nutritif Type de plancher Sans revêtement Avec revêtement
Fumier
liquide
Béton
armé
1 m d'argile 10 % ou
0,5 m (1,6 pi) de SSCH1
ou l'équivalent
0,5 m (1,6 pi) d'un matériau de l'endroit non remanié ou d'un matériau granulaire compacté
Béton
non armé
1 m d'argile 15 % ou 1 m (3,3 pi) de SSCH ou l'équivalent 1,0 m (3,3 pi) de sol non remanié ou d'un matériau granulaire compacté
Autres matières liquides de source agricole En terre Liquide contaminé2
2 m (6,6 pi) de SSCH
ou l'équivalentProfond. max.
3 m (10 pi)Capacité max.
2 500 m3 (88 286 pi3)
Structure d'entreposage d'éléments nutritifs3
2,0 m SSCH ou l'équivalent

1 SSCH = Sol sûr en termes de conductivité hydraulique. Le Règlement exige que les types de sol soient identifiés jusqu'à une profondeur d'au moins 1,5 m sous le plancher d'une structure de béton ou d'acier, ou 2,5 m sous le plancher d'une structure en terre.

2 Pour l'entreposage de liquide contaminé (eaux de ruissellement, eaux de lavage, p.ex.).

3 Pour l'entreposage de fumier liquide.

1 m = 3,3 pi


Si le terrain est un tant soit peu en pente et si le fumier est suffisamment liquide (si l'on a répondu oui aux questions précédentes), l'installation d'un système d'évacuation par gravité est envisageable.

La pente est importante pour déterminer quel type de système d'évacuation choisir. Il en existe deux types : le système à écoulement continu, pour pente faible, et le système de chasse périodique, pour pente prononcée.

Dans les deux cas, il faut creuser 3-3,7 m (10-12 pi) sous le niveau du sol. Cette opération peut être extrêmement dangereuse pour les travailleurs qui travaillent le fond de la tranchée et mettent en place les tuyaux. Le bon sens et le Code du bâtiment exigent le recours à l'étaiement ou à d'autres méthodes pour soutenir la paroi jusqu'à ce que les tuyaux soient posés, alignés, étanchéisés et prêts à être remblayés. Un entrepreneur en excavation sera outillé pour respecter toutes les exigences de sécurité voulues.

1. Système à écoulement continu, pour pente faible

Dans ce système, le fumier est évacué par un nettoyeur d'étable, un tracteur muni d'une gratte ou des caniveaux à écoulement continu vers un tuyau de descente vertical (figure 2). Sous l'effet de la charge, qui augmente au fur et à mesure que le tuyau de descente se remplit, le fumier franchit le coude et s'écoule dans le tuyau d'évacuation horizontal jusque dans la structure d'entreposage (figure 3).  

Photo d’un tuyau de descente vertical au fond d’un caniveau.

Figure 2. Détail d'un système à écoulement continu pour pente faible assurant l'évacuation du fumier par gravité dans une étable à stabulation libre à logettes.

Croquis en coupe d’un système d’évacuation du fumier à écoulement continu, pour pente faible.

Figure 3. Un nettoyeur d'étable évacue le fumier vers le tuyau de descente raccordé au tuyau d'évacuation horizontal qui achemine le fumier vers la structure d'entreposage.

Agitation

L'agitation normale du fumier par les racloirs du nettoyeur d'étable ou la gratte du tracteur est suffisante. Avec le système à écoulement continu, éviter toute agitation excessive. Les parties solide et liquide devraient s'écouler ensemble. Certains producteurs ont installé une roue à aubes qui est fixée sous la transmission du nettoyeur d'étable et qui descend dans le tuyau de descente. Cette roue, tournant lentement durant le fonctionnement du nettoyeur d'étable, semble procurer l'agitation nécessaire.

Pente du tuyau d'évacuation

Afin que le fumier s'écoule comme une masse, sans séparation du liquide et du solide, installer le tuyau d'écoulement avec peu ou pas de pente; on recommande une pente de 0 à 1 %. Un léger revers est également acceptable.

Dimension du tuyau de descente et du tuyau d'évacuation

Le diamètre du tuyau d'évacuation est généralement de l'ordre de 60-90 cm (24-36 po), le diamètre le plus courant, et celui qui est recommandé pour l'un et l'autre tuyaux, étant de 76 cm (30 po).

Coude

Le coude entre le tuyau de descente et le tuyau d'évacuation horizontal est l'une des parties les plus importantes du système. Comme le niveau du fumier dans le tuyau de descente se stabilise, en général après quelques minutes, à la même hauteur que dans la structure d'entreposage, il n'est pas nécessaire que le tuyau de descente soit plus gros que le tuyau d'évacuation horizontal. L'utilisation de tuyaux de même diamètre sur toute la longueur donne un coude plus lisse, ce qui facilite l'écoulement entre le tuyau de descente et le tuyau d'évacuation horizontal. Deux coudes de 45 degrés assurent un meilleur écoulement qu'un seul coude de 90 degrés.

Par conséquent, dans un système d'évacuation par gravité à écoulement continu, pour pente faible, le mieux est d'utiliser un tuyau de descente, un coude et un tuyau d'évacuation de 76 cm (30 po) de diamètre. Par contre, lorsque plusieurs nettoyeurs d'étable ou qu'un caniveau large situé sous un plancher latté se jettent dans un tuyau de descente, le tuyau de descente doit être de plus grand diamètre ou doit former un entonnoir à son sommet.

Les protocoles intégrés à la LGEN précisent que les tuyaux utilisés dans les systèmes à écoulement par gravité doivent être faits de PVC (polychlorure de vinyle) avec joints d'étanchéité et être conformes aux normes CSA B182.2 et ASTM D3034, et que seuls des raccords avec joints d'étanchéité spécialement conçus peuvent servir à raccorder les canalisations. Les trous grossièrement sciés et scellés avec du béton ne sont pas acceptables.

Si des problèmes d'écoulement sont à craindre, installer un tuyau de 7,6 cm (3 po) de diamètre le long du gros tuyau pour réintroduire dans le système d'évacuation par gravité du liquide prélevé dans la structure d'entreposage qui aidera à la dilution du fumier.

2. Système de chasse périodique, pour pente prononcée

Dans ce système, le fumier est accumulé dans un réservoir de retenue, aussi appelé préfosse, beaucoup plus haut que la structure d'entreposage. Lorsque la préfosse est pleine, on ouvre un robinet-vanne pour chasser le fumier vers la structure d'entreposage (figure 4). Le fond de la préfosse devrait être au moins aussi élevé que le rebord de la fosse.

Préfosse, vanne et tuyau d'évacuation

Pour des raisons pratiques, la préfosse devrait pouvoir contenir le fumier de toute une semaine. Elle devrait avoir 2,4-3 m (8-10 pi) de profondeur afin de procurer une pression suffisante pour initier la chasse dans le tuyau lorsque le robinet-vanne est ouvert. Les robinets-vannes à action rapide, du type à guillotine, sont préférables. La vanne à guillotine doit être assez forte pour supporter la pression du fumier liquide. Elle doit se mouvoir librement dans sa glissière, être bien ajustée pour éviter les fuites et être solidement jointe au dispositif d'ouverture. Une épaisse plaque d'acier avec des glissières en « L » ou en « V » et un dispositif d'ouverture actionné hydrauliquement sont recommandés (figure 5).

Le tuyau d'évacuation peut être plus petit que celui du système précédent. Utiliser un tuyau d'évacuation de 40-76 cm (16-30 po); un tuyau de 60 cm (24 po) est un bon compromis. Le tuyau de 40 cm (16 po) ne convient qu'au fumier très liquide dépourvu de mottes d'aliments ou de litière. Installer une vanne à guillotine entre le réservoir de retenue et le tuyau d'évacuation à la hauteur du plancher du réservoir.

Croquis en coupe d’un système de chasse périodique, pour pente prononcée. 

Figure 4. Système de chasse périodique, pour pente prononcée, assurant l'évacuation par gravité du fumier évacué de l'étable au moyen de deux systèmes de manutention différents.

Photo d’un robinet-vanne à commande hydraulique destiné à un système d’évacuation par gravité, avec une étable laitière à l’arrière-plan.

Figure 5. Robinet-vanne à commande hydraulique.

À l'autre extrémité, le tuyau d'évacuation arrive sous le plancher de la structure d'entreposage, ou à tout le moins vers le fond de la structure. La sortie est ainsi submergée le plus tôt possible après la vidange, ce qui réduit le risque de gel. De même, la partie submergée du tuyau agit comme un siphon efficace qui prévient le retour des gaz vers l'étable. Le raccordement à la structure d'entreposage à long terme doit se faire au moyen d'un joint ou d'une membrane flexible et étanche jouant le rôle de collier anti-suintement.

Il n'est pas nécessaire que le tuyau horizontal se prolonge jusqu'au centre de la fosse. Si le fumier est suffisamment liquide pour s'écouler vers la fosse, il s'écoulera sans problème à l'intérieur de celle-ci. Il est possible de faire arriver le tuyau d'évacuation dans le haut de la structure d'entreposage, mais seulement si l'on est certain qu'il se videra rapidement et facilement après chaque chasse. Ce type d'installation risque de provoquer l'accumulation de fumier gelé dans le tuyau d'évacuation. La sortie du fumier hors du tuyau d'évacuation risque aussi de se faire plus difficilement du fait de la croûte qui se forme à la surface du fumier.

Recommandations générales

Type de stabulation

Ces systèmes d'évacuation par gravité fonctionnent très bien dans les étables à stabulation entravée de génisses lorsque des nettoyeurs d'étable ou des caniveaux à écoulement continu se trouvent sous des planchers lattés. Ils évacuent aussi efficacement le fumier des caniveaux à écoulement continu situés sous les allées ou des allées grattées au tracteur dans les étables à logettes. La dénivellation totale entre le plancher de l'étable et la structure d'entreposage doit être plus grande en présence de caniveaux à écoulement continu.

Le fumier des étables à logettes froides pose un problème si du fumier gelé est jeté par gros morceaux dans le tuyau de descente ou la préfosse. Ajouter les eaux de lavage de la laiterie au tuyau de descente de manière à ce que celles-ci se mêlent au fumier. Ne pas utiliser de systèmes à écoulement par gravité si du sable sert de litière. Le fumier chargé de litière ne s'écoule pas bien par gravité.

Litière

Utiliser le moins de litière possible tout en veillant au confort des vaches. La plupart des producteurs apprennent rapidement comment éviter l'obstruction du tuyau d'évacuation. Le fumier des enclos peut être ajouté lentement à une grande quantité de fumier liquide, mais il est plus sage de le manipuler comme du fumier solide et de le stocker séparément. Les systèmes à écoulement par gravité ne fonctionnent pas quand du sable est utilisé comme matériau de litière.

Dans les étables à stabulation entravée pourvues de nettoyeurs d'étable traditionnels, on doit autant que possible éviter de mettre de la litière dans les caniveaux. Avec des stalles assez grandes, un garde-litière et de la paille hachée ou des copeaux, la plus grande partie de la litière peut être gardée dans les stalles.

Bien des éleveurs mettent beaucoup de litière dans le caniveau pour garder les queues des vaches propres. Des stalles bien dimensionnées aideront, mais certains producteurs utilisent maintenant des attache-queues, qui tiennent les queues hors du caniveau, sans entraver la liberté des vaches. Les attache-queues sont dotées d'un dispositif de sécurité pour le cas où une vache se détacherait. Une autre solution consiste à recouvrir les caniveaux de grilles, mais cette solution est plus coûteuse (figure 6).

Photo montrant un caniveau à écoulement par gravité recouvert d’une grille derrière des vaches Holstein.

Figure 6. Étable à stabulation entravée avec évacuation du fumier par gravité et grilles recouvrant les caniveaux.

Étables avec caniveaux à écoulement continu

Les caniveaux à écoulement continu nécessitent un plancher de niveau et un rebord de 10-15 cm (4-6 po) à la sortie pour maintenir une base de liquide. Les principes qui assurent l'écoulement du fumier dans les systèmes d'évacuation par gravité s'appliquent également à l'écoulement dans les caniveaux. Si l'écoulement se fait bien dans le caniveau, le système d'évacuation ne devrait pas poser de problèmes. Le type d'aliment servi aux animaux semble être très important, particulièrement chez les génisses et les vaches taries. Le fumier de ces animaux est assez sec et s'écoule mal dans un système à écoulement par gravité, à moins qu'on n'y ajoute de l'eau.

Eau de dilution

L'eau de dilution favorise l'évacuation. De nombreux producteurs jettent leurs eaux usées de laiterie dans le système d'évacuation du fumier liquide. Habituellement, ces eaux sont pompées directement de la laiterie vers le tuyau de descente ou la préfosse.

Structure d'entreposage à long terme

Pour la plupart des systèmes de gestion de fumier liquide, la structure d'entreposage doit avoir au moins 3-3,6 m (10-12 pi) de profondeur. La structure accumule moins de précipitations et le matériel d'agitation semble mieux fonctionner à ces profondeurs. Dans le cas d'un système à écoulement continu, pour pente faible, le rebord de la structure doit arriver à 0,3-0,6 m (1-2 pi) sous le fond du caniveau le plus profond de l'étable. On obtient ainsi une charge correspondant à au moins 0,3 cm (1 pi) qui engendre une pression suffisante pour assurer l'écoulement du fumier, même lorsque la structure d'entreposage est pleine. Pour éviter des débordements désastreux, il vaut mieux dimensionner cette structure de façon qu'elle puisse recevoir tout le fumier produit durant la plus longue période d'élevage, en plus des précipitations. Prévoir un dégagement de 0,3 cm (1 pi).

Les tuyaux d'évacuation allant jusqu'à 30 m (100 pi) de long ne devraient pas poser de problème. La friction des matières dans le tuyau est faible parce que la vitesse d'écoulement est elle-même faible. Tel qu'il est mentionné précédemment, l'expérience se limite aux structures d'entreposage de fumier liquide.

Sécurité

Comme c'est le cas de bien des systèmes à la ferme, certains endroits dangereux nécessitent une protection spéciale. Installer une clôture autour de la structure d'entreposage, afin de protéger les jeunes enfants et le bétail. Installer au-dessus du tuyau de descente une grille de protection faite de barres d'armature soudées ayant des ouvertures carrées de 13 cm (8 po). Une autre solution consiste à ériger autour du tuyau de descente ou de la préfosse une clôture à mailles serrées comme un grillage de coffre à maïs (figure 7). Munir la barrière d'une serrure ou d'un loquet que les jeunes enfants ne peuvent pas ouvrir.

Tel qu'il est mentionné plus haut, il faut toujours garder en tête les risques inhérents aux excavations profondes.

Photo d’un nettoyeur d’étable protégé par une clôture de sécurité.

Figure 7. Nettoyeur d'étable se déversant dans le tuyau de descente et entouré d'une clôture de sécurité.

Conclusion

Les producteurs laitiers ont construit plusieurs variantes des systèmes d'évacuation par gravité abordés dans cette fiche. Certains systèmes ont été installés avec des pentes et des diamètres différents de ceux qui sont recommandés ici. Tous les systèmes fonctionnent de façon très satisfaisante. Chaque producteur a adapté ses pratiques de gestion à son système particulier.


Pour plus de renseignements :
Sans frais : 1 877 424-1300
Local : 519 826-4047
Courriel : ag.info.omafra@ontario.ca