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PCT/EP2022/056884
PROCEDE DE TRAITEMENT DE L'URINE HUMAINE OU ANIMALE PAR DILUTION
ET FERMENTATION ET UTILISATIONS DE L'URINE OBTENUE EN PARTICULIER
COMME MATIERE FERTILISANTE
Domaine technique
L'invention concerne le traitement et la valorisation de l'urine humaine ou
animale. En
particulier l'invention a pour objet un procédé de traitement de l'urine et
l'utilisation de
l'urine transformée obtenue, ainsi que des coproduits du procédé, en
particulier comme
matières premières utilisées pour la fabrication de fertilisants.
Art antérieur
L'urine est considérée comme un déchet qu'il faut éliminer. Son mode
d'élimination actuel,
en majorité via le tout-à-l'égout, est problématique pour les stations
d'épuration et concerne
plus généralement la gestion durable de la ressource en eau. La teneur en
azote et micro-
polluants de l'urine pose en effet des problèmes de développement d'algues et
de
féminisation des poissons.
L'art antérieur décrit plusieurs procédés de traitement des eaux noires
comprenant un
mélange d'urines et d'excréments pour obtenir des matières fertilisantes ou de
l'engrais. On
retrouve notamment le document FR2371399 décrivant un procédé de traitement
des
déchets d'origine animale, en particulier pour leurs utilisations dans
l'alimentation d'animaux
ou sur les sols.
Le document KR20040062918 décrit une méthode de compostage de fumier.
Le document US6379546 décrit un procédé de traitement des eaux usées à des
fins de
recyclage.
Le document CN111377759 décrit un procédé de preparation d'engrais liquid à
partir
d'excréments d'animaux.
Les procédés décrit dans l'art antérieur ne sont pas adaptés au traitement de
l'urine seule. A
partir des procédés décrit dans l'art antérieur, il n'est pas possible
d'obtenir une matière
fertilisante stable, riche en microorganismes, riche en NPK et répondant aux
critères
d'innocuité des réglementations en vigueur.
L'urine humaine est connue pour avoir un potentiel de fertilisation avéré en
agriculture, au
même titre que les urines animales qui sont déjà utilisées par les
exploitants. En effet, l'urine
est riche en azote (N), phosphore (P) et potassium(K), qui sont les éléments
essentiels pour la
fertilisation des sols et des cultures.
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Toutefois, l'urine n'est pas stable lorsqu'elle est collectée. Elle perd
rapidement ses
caractéristiques et sa teneur en NPK, notamment via l'hydrolyse de l'urée en
ammoniaque,
ce qui rend son utilisation industrielle inadaptée et impossible actuellement.
Il existe donc un besoin en une urine stable, répondant aux critères
d'innocuité des
règlementations en vigueur, en particulier sur la teneur en éléments traces
métalliques et en
organismes pathogènes, et qui présente des caractéristiques lui permettant une
utilisation
comme matière fertilisante adaptée à un usage agricole.
Résumé de l'invention
En travaillant sur le traitement de l'urine, les inventeurs ont mis au point
un procédé
biologique qui permet de stabiliser, dépolluer et enrichir en micro-organismes
l'urine
humaine ou animale par fermentation. Toutefois, l'urine peut être trop chargée
en éléments
nutritifs pour certains micro-organismes. Notamment l'urine peut être trop
chargée en sel
(NaCI) qui peut avoir un impact osmotique négatif sur les micro-organismes,
notamment sur
les bactéries et en azote qui peut être en concentrations toxiques.
Ainsi les inventeurs proposent un procédé de traitement de l'urine comprenant
au moins une
étape de dilution de façon à avoir des concentrations optimales en éléments
minéraux pour
la fermentation microbienne.
En particulier l'invention a pour objet un procédé de traitement de l'urine
humaine ou
animale comprenant au moins une étape de fermentation de l'urine par des micro-
organismes, préférentiellement des bactéries, précédé par au moins une étape
de dilution de
l'urine dans une solution, préférentiellement dans l'eau, préférentiellement à
un facteur
compris entre 1/2 et 1/100.
Selon un mode de réalisation particulièrement adapté, le procédé selon
l'invention est un
procédé de traitement de l'urine humaine ou animale, préférentiellement de
l'urine fraiche,
comprenant au moins les étapes suivantes :
- une étape d'acidification ou de basification de l'urine,
- une étape de filtration de l'urine,
- une étape de dilution de l'urine dans une solution, préférentiellement
dans l'eau ou dans
une solution nutritive,
- préférentiellement une étape de stabilisation du pH à une valeur désirée
(acide, basique ou
neutre),
- une étape de transformation de l'urine par fermentation.
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La mise en oeuvre de la dilution de l'urine, préférentiellement suivie ou
précédée par une
étape de stabilisation du pH, permet de réaliser la fermentation avec tout
type de
microorganismes, car l'urine acidifiée ou basifiée non diluée comprend des
éléments nutritifs,
tels que le sel et l'azote, en concentrations toxiques pour certains
microorganismes, ainsi
qu'un pH limitant la croissance de certains microorganismes.
Le procédé peut comprendre d'autres étapes et notamment une étape optionnelle
préalable
aux autres étapes, qui consiste à récupérer dans l'urine au moins un minéral
sous forme de
précipité, notamment au moins un minéral choisi parmi l'azote, le potassium ou
le phosphore.
L'invention a également pour objet l'urine transformée, susceptible d'être
obtenue par la
mise en oeuvre du procédé, et qui présente au moins l'une des caractéristiques
suivantes :
une concentration en sel (NaCI) inférieure à 0,15 % en poids / volume (1,5g/L)
et une
concentration en azote total inférieure à 0,5% en poids! volume (5g/L) (les
pourcentages sont
donnés en poids de sel ou d'azote par rapport au volume d'urine transformée).
Sans la
dilution, l'urine pourrait contenir des concentrations en sel et en azote trop
importantes pour
son utilisation, en particulier pour la fermentation de certains
microorganismes.
L'invention concerne aussi l'utilisation d'une telle urine transformée, en
particulier comme
matière fertilisante, notamment comme matière première fertilisante à base
d'inoculum de
micro-organismes, préférentiellement à base d'inoculum bactérien, notamment
pour les
cultures en plein champs, le maraîchage et l'horticulture. L'invention a donc
pour objet
également un fertilisant.
L'invention vise aussi l'utilisation des coproduits obtenus éventuellement
lors de l'étape de
fermentation de l'urine (en particulier le biofilm formé lors de cette étape),
notamment
comme matière fertilisante, comme produit phytosanitaire ou comme produit de
biocontrôle
à usage agricole.
Brève description des Figures
- Figure la représente, sous forme de courbe, les résultats obtenus pour la
dilution
d'une urine fraiche (récoltée depuis moins de 2 heures) avec de l'eau
déminéralisée.
-Figure lb représente, sous forme de courbe, les résultats obtenus pour la
dilution
d'une urine stockée (stockée depuis 5 jours) avec de l'eau déminéralisée.
- Figure 2a représente, sous forme de courbe, les résultats obtenus pour la
dilution
d'une urine fraiche acidifiée (récoltée depuis moins de 2 heures, acidifiée à
pH 3) avec de
l'eau déminéralisée.
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- Figure 2b représente, sous forme de courbe, les résultats obtenus pour la
dilution
d'une urine fraiche basifiée (récoltée depuis moins de 2 heures, basifiée à pH
11) avec de l'eau
déminéralisée.
- Figure 3 représente, sous forme d'histogramme, les concentrations de E.
meliloti
(UFC/mL) observées après 72, 96, 120, 144 et 168 heures de croissance sur
urine pure, urine
diluée au 1/2 et au 1/5. Les * représentent les différences significatives
entre les différents
niveaux de dilution.
- Figure 4a représente, sous forme d'histogramme, les mesures comparatives
du
nombre de gousses de soja obtenues près inoculation avec les produits
commerciaux (FORCE
48 et RHIZOFLO contenant un adhésif comme l'invention) et avec un produit
selon l'invention
(RHIZOPI + adhésif).
-Figure 4b représente, sous forme d'histogramme, les mesures comparatives du
ratio
grains / nombre de gousses de soja obtenues après inoculation avec les
produits
commerciaux (FORCE 48 et RHIZOFLO contenant un adhésif comme l'invention) et
avec un
produit selon l'invention (RHIZOPI + adhésif).
-Figure 5 représente, sous forme d'histogramme, les mesures comparatives du
rendement après inoculation avec les produits commerciaux (FORCE 48 et
RHIZOFLO
contenant un adhésif comme l'invention) et avec un produit selon l'invention
(RHIZOPI +
adhésif).
Description détaillée de l'invention
Définitions
Par urine au sens de l'invention, on entend de l'urine exempte de matière
fécale et très
préférentiellement récoltée de manière séparée.
Par urine acidifiée au sens de l'invention, on entend une urine dont la
valeur de pH a été
diminuée par rapport à la valeur de pH de l'urine initiale. Le pH de l'urine
acidifiée est un pH
acide.
Par urine basifiée au sens de l'invention, on entend une urine dont la
valeur de pH a été
augmentée par rapport à la valeur de pH de l'urine initiale. Le pH de l'urine
basifiée est un pH
basique.
Par urine diluée au sens de l'invention, on entend une urine fraiche ou
stockée, acidifiée
ou non, basifiée ou non, qui a été diluée dans une solution,
préférentiellement dans l'eau ou
dans une solution nutritive, à un certain facteur.
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Par urine fraiche au sens de l'invention, on entend une urine qui a été
récoltée depuis
moins de 10 heures, préférentiellement depuis moins de 5 heures, encore plus
préférentiellement depuis moins de 2 heures, et en particulier depuis moins
d'1 heure.
Par urine transformée au sens de l'invention, on entend une urine qui a
subi un procédé
qui a transformé au moins une caractéristique de l'urine naturelle, si bien
qu'il ne s'agit plus
d'un produit naturel mais d'un produit transformé obtenu à partir d'un produit
naturel.
Préférentiellement l'urine transformée est une urine transformée selon
l'invention au moins
par dilution et fermentation.
Procédé de traitement de l'urine
L'invention a donc pour objet un procédé de traitement de l'urine humaine ou
animale,
comprenant au moins une étape de fermentation de l'urine précédée par au moins
une étape
de dilution de l'urine dans une solution, préférentiellement dans de l'eau ou
dans une
solution nutritive.
Ainsi l'invention a pour objet un procédé de l'urine humaine ou animale,
comprenant au
moins les étapes suivantes :
- dilution de l'urine dans l'eau ou solution nutritive, préférentiellement
à un facteur compris
entre 1/2 et 1/100 et
- transformation de l'urine par fermentation.
Selon un mode de réalisation particulier, l'invention a pour objet un procédé
de traitement
de l'urine humaine ou animale, préférentiellement de l'urine fraiche,
comprenant au moins
la mise en uvre des étapes suivantes :
- une étape de basification ou d'acidification de l'urine, permettant un
stockage jusqu'à 6
mois,
- une étape de dilution de l'urine dans l'eau ou solution nutritive,
- une étape de filtration de l'urine,
- une étape de transformation de l'urine par fermentation.
L'étape de dilution peut être réalisée avant ou après la filtration.
Selon une variante la dilution peut être réalisée en plusieurs fois, et le
procédé selon
l'invention peut comprendre plusieurs étapes de dilution successives ou
entrecoupées
d'autres étapes.
L'urine humaine ou animale est collectée par tout procédé adapté pour la mise
en oeuvre du
procédé selon l'invention.
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Pour l'urine humaine, elle peut en particulier être collectée auprès de
différentes sources
comme les loueurs de toilettes, les festivals, les laboratoires d'analyses
médicales, et les
collectivités.
Pour l'urine animale, elle peut en particulier être collectée auprès de
différentes sources
comme les éleveurs et les laboratoires d'analyses vétérinaires.
L'urine humaine ou animale est collectée dans des contenants comme des bidons,
des fûts
ou des cuves par exemple. Selon un mode de réalisation, les contenants peuvent
contenir une
ou plusieurs bases pour la mise en oeuvre de l'étape de basification ou un ou
plusieurs acides
pour la mise en oeuvre de l'étape d'acidification.
De façon optionnelle, le procédé selon l'invention peut éventuellement
comprendre une
étape complémentaire, qui consiste à précipiter des co-produits générés lors
de l'étape de
stockage avant dilution et/ou basification et/ou acidification. Ces co-
produits sont
préférentiellement des minéraux, en particulier des minéraux choisis parmi
l'azote, le
potassium et le phosphore (struvite). Dans le cas particulier de la
récupération de la struvite
présente dans l'urine, le procédé consiste à ajouter des sels de magnésium en
solution afin
de précipiter le phosphore présent dans de l'urine stockée sans stabilisant,
préférentiellement à un ratio volumétrique de 1 : 1 (Mg : P). Ce précipité
peut être récupéré
par filtration sur un filtre de maille comprise entre 10 et 301.J.m. Le
précipité peut par la suite
subir différents traitements, comme un lavement, une mise en solution, un
pressage et/ou
séchage à l'air libre afin d'obtenir un matériau sous forme liquide ou solide.
La première étape du procédé selon l'invention est préférentiellement réalisée
sur une urine
fraiche qui a été récoltée moins de 10 heures avant la mise en oeuvre de la
première étape
du procédé selon l'invention, préférentiellement moins de 5 heures, encore
plus
préférentiellement moins de deux heures et idéalement moins d'une heure.
L'étape de dilution de l'urine est réalisée avec de l'eau ou dans une solution
nutritive.
L'eau utilisée pour la dilution est préférentiellement de l'eau déminéralisée.
La solution nutritive est préférentiellement de l'eau, de façon préférée de
l'eau
déminéralisée, à laquelle il a été ajouté une source de carbone (sucre) et/ou
tout autre facteur
de croissance adapté à tout micro-organismes, préférentiellement adapté aux
bactéries (tels
que des extraits de levure et/ou du sang séché et/ou des éléments minéraux,
etc.), en
particulier des facteurs de croissance bactérienne absents de l'urine, de
telle manière que la
solution de dilution puisse apporter des éléments nutritifs complémentaires à
ceux de l'urine.
De façon préférée l'étape de dilution est mise en oeuvre avant l'étape de
fermentation de
façon à ce que l'urine présente une constitution en éléments nutritifs, en
particulier en sel et
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azote, adaptée à tout micro-organisme, préférentiellement une concentration en
sel (NaCI)
inférieure à 0,15% en poids et une concentration en azote inférieure à 0,5% en
poids. Selon
un mode de réalisation particulièrement adapté, la dilution est réalisée dans
l'eau ou solution
nutritive à un facteur compris entre 1/2 et 1/100.
L'étape de basification de l'urine, lorsqu'elle est mise en oeuvre, est
préférentiellement
réalisée de façon à ce que l'urine présente un pH supérieur ou égal à 9,
préférentiellement
compris entre 9 et 12, préférentiellement supérieur ou égal à 10 et selon un
mode de
réalisation compris entre 10 et 12. La basification de l'urine à un pH
supérieur à 9 permet
d'inhiber la croissance des pathogènes et empêche la réaction spontanée
d'hydrolyse de
l'urée en ammoniaque, donc l'urine conserve sa concentration en azote. La
basification
notamment peut permettre également à l'urine de présenter le pH nécessaire à
la
fermentation de l'urine par certains micro-organismes notamment certaines
bactéries.
L'étape de basification peut être réalisée partout moyen permettant d'obtenir
une urine avec
le pH basique désiré. En particulier, l'étape de basification peut être
réalisée en ajoutant à
l'urine au moins un ajusteur de pH basique, préférentiellement au moins une
base, et encore
plus préférentiellement au moins une base choisie parmi l'hydroxyde de
calcium, l'hydroxyde
de potassium, l'hydroxyde de sodium et leurs mélanges, ainsi que les oxydes
associés et leurs
mélanges.
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, la base (ou les bases)
utilisée pour
basifier l'urine est ajoutée à l'urine à une concentration comprise entre 0,1
et 10% en poids
du poids total du mélange constitué par l'urine et la base, préférentiellement
entre 0,5 et
2,5%.
Lorsque l'étape de basification est réalisée en ajoutant au moins de
l'hydroxyde de calcium à
l'urine, préférentiellement l'étape de basification est réalisée en ajoutant à
l'urine entre 1 et
5 % d'hydroxyde de calcium en poids du poids total du mélange urine et
hydroxyde de
calcium, encore plus préférentiellement entre 2 et 3 %.
Lorsque l'étape de basification est réalisée en ajoutant au moins de
l'hydroxyde de potassium
à l'urine, préférentiellement l'étape de basification est réalisée en ajoutant
à l'urine entre 1
et 5% d'hydroxyde de potassium en poids du poids total du mélange urine et
hydroxyde de
potassium, encore plus préférentiellement entre 1,5 et 2%.
Lorsque l'étape de basification est réalisée en ajoutant au moins de
l'hydroxyde de sodium à
l'urine, préférentiellement l'étape de basification est réalisée en ajoutant à
l'urine entre 0,5
et 5 % d'hydroxyde de sodium en poids du poids total du mélange urine et
hydroxyde de
sodium, encore plus préférentiellement entre 0,5 et 1 %.
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L'étape de basification est préférentiellement réalisée au moment de la
collecte de l'urine
pour éviter la réaction d'hydrolyse de l'urée en ammoniaque. Afin de limiter
au maximum la
perte d'azote, l'étape de basification selon l'invention est réalisée par
ajout d'au moins une
base dans le contenant dans lequel les urines sont réceptionnées ou versées,
en amont de la
réception des urines, préférentiellement en fond de contenant avant que les
urines n'y soient
versées. Le contenant une fois rempli est préférentiellement fermé
hermétiquement pour le
transport afin de limiter les échanges gazeux à l'air libre, et le contenant
est
préférentiellement en matière plastique ou métal résistant à la corrosion par
la base.
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, la ou les bases
peuvent être
remplacées par un mélange de micro-organismes en milieu basique,
préférentiellement un
mélange de bactéries, de telle sorte que la basification est associée à une
inoculation de
micro-organismes, préférentiellement au moins de bactéries. Ainsi, dans ce
mode de
réalisation, l'étape de basification du procédé selon l'invention est réalisée
en ajoutant à
l'urine au moins un mélange de bactéries en milieu basique, de telle sorte que
la basification
est associée à une inoculation de bactéries. Lorsque l'étape de basification
est réalisée en
ajoutant au moins des bactéries en milieu basique, préférentiellement l'étape
de basification
est réalisée en ajoutant à l'urine entre 1 et 10 % d'un mélange de bactéries
en milieu basique
en poids du poids total du mélange urine et mélange de bactéries en milieu
basique, encore
plus préférentiellement entre 2,5 et 5%.
Préférentiellement, en fin d'étape de basification:
- le ratio NH4/N-total de l'urine est inférieur ou égal à 30%, et/ou
- le ratio N-uréique/N-total de l'urine est supérieur ou égal à 50%, et/ou
- le ratio C/N est supérieur ou égal à 2; il peut être supérieur ou égal à
10.
Dans un mode de réalisation de l'invention, l'étape de basification a une
durée inférieure à
12 jours, encore plus préférentiellement inférieure à 7 jours, et en
particulier entre 12 heures
et 7 jours.
L'étape d'acidification de l'urine est préférentiellement réalisée de façon à
ce que l'urine
présente un pH inférieur à 6, préférentiellement inférieur ou égal à 5,5 et
selon un mode de
réalisation inférieur ou égal à 4. L'acidification de l'urine à un pH
inférieur à 6 permet d'inhiber
la croissance des pathogènes et empêche la réaction spontanée d'hydrolyse de
l'urée en
ammoniaque, donc l'urine conserve sa concentration en azote. L'acidification
permet
également à l'urine de présenter le pH nécessaire à la fermentation, notamment
à la
fermentation lactique.
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L'étape d'acidification peut être réalisée par tout moyen permettant d'obtenir
une urine avec
le pH acide désiré. En particulier, l'étape d'acidification peut être réalisée
en ajoutant à l'urine
au moins un ajusteur de pH acide, préférentiellement au moins un acide, et
encore plus
préférentiellement au moins un acide choisi parmi l'acide sulfurique, l'acide
acétique, l'acide
chlorhydrique, l'acide phosphorique, l'acide nitrique et l'acide lactique.
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, l'acide utilisé pour
acidifier l'urine est
ajouté à l'urine à une concentration comprise entre 0,1 et 10% en poids du
poids total du
mélange constitué par l'urine et l'acide, préférentiellement entre 0,5 et
2,5%.
Lorsque l'étape d'acidification est réalisée en ajoutant au moins de l'acide
lactique à l'urine,
préférentiellement l'étape d'acidification est réalisée en ajoutant à l'urine
entre 0,5 et 5%
d'acide lactique en poids du poids total du mélange urine et acide, encore
plus
préférentiellement entre 1 et 2%.
Lorsque l'étape d'acidification est réalisée en ajoutant au moins des micro-
organismes en
milieu acide, préférentiellement des bactéries en milieu acide, l'étape
d'acidification est de
façon préférée réalisée en ajoutant à l'urine entre 1 et 10% du mélange de
micro-organismes
en milieu acide en poids du poids total du mélange urine et acidifiant, encore
plus
préférentiellement entre 3 et 5%.
L'étape d'acidification est préférentiellement réalisée au moment de la
collecte de l'urine
pour éviter la réaction d'hydrolyse de l'urée en ammoniaque. Afin de limiter
au maximum la
perte d'azote, l'étape d'acidification est réalisée par ajout d'au moins un
acide dans le
contenant dans lequel les urines sont réceptionnées ou versées, en amont de la
réception des
urines, préférentiellement en fond de contenant avant que les urines n'y
soient versées. Le
contenant une fois rempli est préférentiellement fermé hermétiquement pour le
transport
afin de limiter les échanges gazeux à l'air libre, et le contenant est
préférentiellement en
matière plastique ou métal résistant à la corrosion par l'acide.
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, le ou les acides
peuvent être remplacés
par un mélange de micro-organismes en milieu acide, préférentiellement par un
mélange de
bactéries en milieu acide, de telle sorte que l'acidification est associée à
une inoculation de
bactéries. Ainsi, dans ce mode de réalisation, l'étape d'acidification du
procédé selon
l'invention est réalisée en ajoutant à l'urine au moins un mélange de
bactéries en milieu acide,
de telle sorte que l'acidification est associée à une inoculation de
bactéries.
Préférentiellement, en fin d'étape d'acidification :
- le ratio NH4/N-total de l'urine est inférieur ou égal à 30%, et/ou
- le ratio N-uréique/N-total de l'urine est supérieur ou égal à 50%, et/ou
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- le ratio C/N est supérieur ou égal à 2; il peut être supérieur ou égal à 10.
Dans un mode de réalisation de l'invention, l'étape d'acidification a une
durée inférieure à 12
jours, encore plus préférentiellement inférieure à 7 jours, et en particulier
entre 12 heures et
7 jours.
Le procédé selon l'invention peut comprendre une étape supplémentaire de
stockage de
l'urine. L'urine peut être stockée à tout moment du procédé,
préférentiellement à tout
moment après l'étape de basification ou acidification et avant l'étape de
fermentation, et
selon un mode de réalisation adapté, juste après l'étape de basification ou
acidification de
l'urine. Selon une variante, le procédé peut comprendre plusieurs étapes de
stockage à
différents moments du procédé.
L'urine peut être stockée pendant une durée indéterminée, préférentiellement
pendant une
durée inférieure ou égale à 6 mois. En effet, au-delà de 6 mois l'urée se
dégrade fortement
en ammoniaque ce qui rend le milieu défavorable à la croissance microbienne.
Le stockage peut être réalisé dans tout contenant adapté. Il peut s'agir du
contenant dans
lequel a été collecté l'urine ou de tout autre contenant en plastique ou en
métal résistant à
la corrosion par une base. Préférentiellement, le stockage est effectué à
l'abri de la lumière
afin d'éviter l'effet des UV sur la composition des urines et à température
ambiante (environ
C). Les températures extrêmes, soit inférieures à 0 C ou soit supérieures à 40
C sont
défavorables au stockage car pouvant modifier la composition de l'urine.
20 Le procédé selon l'invention, avant ou après stockage éventuel,
préférentiellement juste
avant l'étape de transformation par fermentation, comprend préférentiellement
une étape
de filtration.
Cette étape de filtration doit permettre d'enlever les particules indésirables
contenues dans
l'urine, telles que notamment des poils, des cheveux, des polluants sous forme
chélatée, des
sels résiduels et toutes autres particules pouvant être présentes (feuilles
mortes, gravier,
etc...).
L'étape de filtration est préférentiellement réalisée au moins par filtration
sur un filtre de
mailles comprises entre 0,1 et 801im. Particulièrement, la filtration est
effectuée à 251im. Ceci
permet d'éliminer les particules indésirables, en fonction de la qualité de
l'urine stockée.
La filtration peut être effectuée sur un filtre absorbant des composés
organiques, tel qu'un
filtre à charbon actif, à chabazite, à zéolithe, ou tout autre système de
filtration.
Le procédé selon l'invention comprend une étape de fermentation, c'est-à-dire
de
transformation de l'urine sous l'influence de micro-organismes.
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Les microorganismes utilisés pour l'étape de fermentation peuvent être choisis
parmi les
bactéries et les champignons notamment les levures et les moisissures.
Lorsque que les micro-organismes utilisés pour l'étape de fermentation sont
des
champignons, ils sont préférentiellement choisis parmi les champignons de
l'ordre des
Eurotiales, les Hypocreales, les Saccharomycetales, les Glomerales et leurs
mélanges.
Préférentiellement les micro-organismes utilisés pour l'étape de fermentation
sont des
bactéries. Ces bactéries peuvent être des bactéries lactiques (dans ce cas
pour la
fermentation on parle spécifiquement de fermentation lactique ou lacto-
fermentation) ou
des bactéries non lactiques. Une ou plusieurs bactéries peuvent être utilisées
pour la
fermentation. La fermentation peut donc être réalisée avec au moins deux
bactéries
différentes. Il peut s'agir d'au moins deux bactéries lactiques différentes
dans le cas où la
fermentation est une fermentation lactique.
Si la fermentation est réalisée avec une ou plusieurs bactéries non lactiques,
celles-ci sont
préférentiellement choisies parmi les bactéries appartenant à au moins un des
ordres
suivants : Rhizobiales (en particulier les familles des Bradyrhizobiaceae,
Rhizobiaceae, et
Phyllobacteriaceae), Bacillales (en particulier les familles des Bacillaceae
et Paenibacillaceae),
Rhodospirillales (en particulier la famille des Rhodospirillaceae),
Actinomycetales (en
particulier la famille des Corynebacteriaceae), Frankiales (en particulier la
famille des
Frankiaceae), Burkholderiales (en particulier la famille des
Burkholderiaceae),
Flavobacteriales (en particulier la famille des Flavobactericeae),
Pseudomonadales (en
particulier la famille des Pseudomonadaceae), Eubacteriales (en particulier la
famille des
Micrococcaceae), Xanthomonada les (en particulier la famille des
Xanthomonadaceae),
Hyphomicrobiales, Cytophagales, Chroococcales, Gloeobacterales, des
Nostocales,
Oscillatoriales, Pleurocapsales, Stigonematales.
Si la fermentation est réalisée avec une ou plusieurs bactéries lactiques, la
fermentation est
réalisée avec au moins une bactérie choisie parmi les bactéries de l'ordre des
Lactobacillales,
en particulier au moins une bactérie dont la famille est choisie parmi les
Lactobacillaceae,
Streptococcaceae, Enterococcaceae, Leuconostocaceae, Bifidobacteriaceae.
Ainsi les bactéries utilisées pour la fermentation sont préférentiellement
choisies parmi les
bactéries de la famille des Bradyrhizobiaceae, Rhizobiaceae,
Phyllobacteriaceae, Bacillaceae,
Paenibacillaceae, Rhodospirillaceae, Corynebacteriaceae, Frankiaceae,
Burkholderiaceae,
Flavobactericeae, Pseudomonaceae, Micrococcaceae, Xanthomonadaceae,
Lactobacillaceae,
Streptococcaceae, Enterococcaceae, Leuconostocaceae, Bifidobacteriaceae, et
leurs
mélanges.
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Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, l'étape de transformation
de l'urine par
fermentation consiste à ajouter dans l'urine au moins une source de carbone et
au moins un
inoculum de micro-organismes, préférentiellement un inoculum de bactéries.
La source de carbone est préférentiellement ajoutée à raison de 1 à 40g.L-1
par rapport au
volume d'urine basifiée et filtrée ou acidifiée et filtrée à transformer par
fermentation. La
source de carbone peut être diverse. Elle est préférentiellement choisie parmi
le fructose, le
glucose, le lactose, le maltose, le saccharose, le sirop de glucose, sirop de
malte ainsi que les
polyols tels que le mannitol ou le sorbitol et leurs mélanges.
L'inoculum de micro-organismes, préférentiellement l'inoculum bactérien est de
façon
préférée ajouté à raison de 0,1 à 10% en volume par rapport au volume du
mélange d'urine
basifiée et filtrée ou acidifiée et filtrée et de la source de carbone.
L'inoculum de micro-organismes peut être obtenu à partir d'une solution mère
comprenant
au moins une source de carbone, une bactérie ou un mélange d'au moins deux
bactéries, et
une urine basifiée ou acidifiée présentant un pH adapté à la fermentation de
ladite bactérie
ou dudit mélange de bactéries.
Par exemple, l'inoculum peut être obtenu notamment à partir d'une solution
mère
constituée au moins par:
- de l'urine basifiée présentant un pH supérieur ou égal à 9,
préférentiellement supérieur ou
égal à 10, et en particulier de façon préféré un pH identique ou proche de
celui de l'urine que
l'on veut transformer par fermentation,
- une source de carbone,
- et au moins une bactérie.
Selon un autre exemple, l'inoculum peut être obtenu notamment à partir d'une
solution mère
constituée au moins par:
- de l'urine acidifiée présentant un pH inférieur ou égal à 6,
préférentiellement un pH
identique ou proche de celui de l'urine que l'on veut transformer par
fermentation,
- une source de carbone,
- et au moins une bactérie.
L'étape de fermentation peut être réalisée en particulier à une température
comprise entre
25 et 35 C. Elle est préférentiellement réalisée à une température
correspondant à la
température de croissance optimale du ou des micro-organismes utilisés pour la
fermentation.
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Dans un mode de réalisation de l'invention, l'étape de fermentation est
réalisée pendant une
durée d'au moins 12 heures, préférentiellement pendant une durée comprise
entre 3 et 12
jours. Cette durée varie en fonction des micro-organismes et des conditions
mises en oeuvre
pour la fermentation.
Différentes variantes de mise en oeuvre de l'étape de fermentation du procédé
selon
l'invention peuvent être par exemple :
- l'utilisation d'une ou plusieurs bactéries de la famille des Bacillaceae,
à une température
comprise entre 20 et 40 C, préférentiellement 35 C, pendant là 4 jours,
préférentiellement
2 jours, sur une urine à pH compris entre 9 et 11, préférentiellement 9,5,
avec ajout de sucre,
préférentiellement de saccharose, entre 5 et 20 g.L1, préférentiellement à 10
g.L1,
- l'utilisation d'une ou plusieurs bactéries de la famille des
Paenibacillaceae, à une
température comprise entre 25 et 40 C, préférentiellement 30 C, pendant 1 à 4
jours,
préférentiellement 2 jours, sur une urine à pH compris entre 9 et 12,
préférentiellement 10,
avec ajout de sucre, préférentiellement de glucose, entre 10 et 50 g.L1,
préférentiellement à
40 g.L1,
- l'utilisation d'une ou plusieurs bactéries de la famille des
Pseudomonadaceae, à une
température comprise entre 20 et 40 C, préférentiellement 35 C, pendant 1 à 7
jours,
préférentiellement 3 jours, sur une urine à pH compris entre 9 et 10,
préférentiellement 9,5,
avec ajout de sucre, préférentiellement du glucose, entre 5 et 30 g.L-1,
préférentiellement à
15 g.L-1,
- l'utilisation d'une ou plusieurs bactéries de la famille des
Burkholderiaceae, à une
température comprise entre 20 et 40 C, préférentiellement 30 C, pendant 1 à 5
jours,
préférentiellement 4 jours, sur une urine à pH compris entre 9 et 10,
préférentiellement 9,
avec ajout de sucre, préférentiellement de fructose, entre 5 et 20 g.L1,
préférentiellement à
10 g.L1,
- l'utilisation d'une ou plusieurs bactéries de la famille des
Micrococcacea, à une température
comprise entre 25 et 40 C, préférentiellement 30 C, pendant là 7 jours,
préférentiellement
4 jours, sur une urine à pH compris entre 20 et 40 C, préférentiellement 25 C,
avec ajout de
sucre, préférentiellement de maltose, entre 5 et 40 g.L1, préférentiellement à
15 g.L1
- l'utilisation d'une ou plusieurs bactéries de la famille des Rhizobiaceae, à
une température
comprise entre 20 et 35 C, préférentiellement 30 C, pendant 2 à 5 jours,
préférentiellement
3 jours, sur une urine à pH compris entre 6 et 8, préférentiellement 7, avec
ajout de sucre,
préférentiellement de glucose, entre 10 et 30g.L-1, préférentiellement à 20g.L-
1,
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- l'utilisation d'une ou plusieurs bactéries de la famille des
Lactobacillaceae, à une
température comprise entre 30 et 35 C, préférentiellement 35 C, pendant 2 à 5
jours,
préférentiellement 3 jours, sur une urine à pH compris entre 4,5 et 5,5,
préférentiellement
5,0, avec ajout de sucre, préférentiellement de lactose, entre 30 et 45g.L-1,
préférentiellement
à 40g.L-1,
- l'utilisation d'une ou plusieurs bactéries de la famille des
Streptococcaceae, à une
température comprise entre 20 et 30 C, préférentiellement 25 C, pendant entre
5 et 10 jours,
préférentiellement 8 jours, sur une urine à pH compris entre 5,0 et 6,0,
préférentiellement
5,5 avec ajout de sucre, préférentiellement de glucose, entre 15 et 30 g.L-1,
préférentiellement à 20g.L-1
- l'utilisation d'une ou plusieurs bactéries de la famille des
Enterococcaceae, à une
température comprise entre 25 et 35 C, préférentiellement à 30 C, pendant 3 à
8 jours,
préférentiellement 5 jours, sur une urine à pH compris entre 5,0 et 6,0,
préférentiellement
6,0, avec ajout de sucre, préférentiellement de fructose, entre 25 et 35 g.L-
1,
préférentiellement à 30g.L-1.
- l'utilisation d'une ou plusieurs bactéries de la famille des
Leuconostocaceae, à une
température comprise entre 20 et 30 C, préférentiellement à 25 C, pendant 8 à
12 jours,
préférentiellement 10 jours, sur une urine à pH compris entre 3,5 et 5,0,
préférentiellement
4,5, avec ajout de sucre, préférentiellement de maltose, entre 3 et 10g.L-1,
préférentiellement
à 5g.L-1,
- l'utilisation d'une ou plusieurs bactéries de la famille des
Bifidobacteriaceae, à une
température comprise entre 30 et 40 C, préférentiellement à 35 C, pendant
entre 2 et 6 jou rs,
préférentiellement 4 jours, sur une urine à pH compris entre 5,0 et 6,0,
préférentiellement
6,0, avec ajout de sucre, préférentiellement de saccharose, entre 5 et 15g.L-
1,
préférentiellement à 10g.L-1.
Le procédé selon l'invention peut comprendre également une ou plusieurs étapes
supplémentaires.
En particulier, le procédé selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs
étape(s) qui
consiste(nt) à ajouter à l'urine des constituants supplémentaires, tels que
notamment des
sources d'azote (sous forme uréique, nitrate/nitrite ou ammonium), de
phosphore et/ou de
potassium, d'éléments secondaires (calcium et/ou magnésium) ou d'oligo-
éléments (cobalt,
cuivre, fer, manganèse et/ou zinc). L'ajout de constituants supplémentaires
peut être réalisé
à tout moment de la mise en oeuvre du procédé. Préférentiellement il est
réalisé avant l'étape
de fermentation.
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Selon une variante du procédé, celui-ci peut comprendre une étape
supplémentaire
d'ajustement du pH, dans l'objectif d'obtenir un pH optimal pour la croissance
des micro-
organismes, préférentiellement des bactéries, utilisées lors de l'étape de
fermentation.
Le procédé selon l'invention peut donc comprendre une étape d'ajout d'au moins
un acide
ou d'une base dans l'urine préférentiellement préalablement basifiée ou
acidifiée. L'ajout de
l'acide est réalisé de façon à ce que l'urine présente un pH moins élevé que
celui obtenu après
l'étape de basification ou d'acidification. L'ajout de la base est réalisé de
façon à ce que l'urine
présente un pH plus élevé que celui obtenu après l'étape de basification ou
d'acidification. Le
pH est ajusté de façon à ce que l'urine présente un pH adapté à la croissance
des micro-
organismes utilisés pour la fermentation de l'urine. L'ajustement du pH peut
également être
effectué lorsque l'urine acidifiée ou basifiée est diluée. L'ajustement du pH
à la valeur désirée
est réalisé en modifiant la concentration de l'acide ou de la base dans
l'urine en fonction du
pH de l'urine avant cet ajout, du pH désiré, et de l'acide ou de la base
utilisé.
Préférentiellement, l'acide utilisé pour l'étape d'ajout d'un acide dans
l'urine pour ajustement
du pH peut être notamment choisie parmi l'acide sulfurique, l'acide acétique,
l'acide
chlorhydrique, l'acide phosphorique, l'acide nitrique, l'acide lactique et
leurs mélanges.
Préférentiellement, la base utilisée pour l'étape d'ajout d'une base dans
l'urine pour
ajustement du pH peut être notamment choisie parmi l'hydroxyde de calcium,
l'hydroxyde
de potassium, l'hydroxyde de sodium et leurs mélanges, ainsi que leurs oxydes
respectifs.
Cette variante du procédé comprenant au moins une étape d'ajustement ou
stabilisation du
pH, au lieu d'atteindre le pH désiré uniquement par basification ou
acidification de l'urine
après récolte, permet d'atteindre le pH désiré en plusieurs fois (au moins
deux étapes) :
basification de l'urine selon l'invention puis ajout d'au moins un acide ou
une base, ou
acidification de l'urine selon l'invention puis ajout d'au moins une base ou
un acide. Ainsi,
quelle que soit la variante, avec ou sans ajout d'acide ou de base, le procédé
selon l'invention
permet que le pH de l'urine avant transformation par fermentation ait un pH
adapté à la
croissance des micro-organismes utilisés pour la fermentation de l'urine.
Ainsi une variante
du procédé selon l'invention est caractérisée en ce que le pH de l'urine avant
et/ou pendant
transformation par fermentation est adapté à la croissance des micro-
organismes utilisés
pour la fermentation de l'urine. Le pH de l'urine est en outre à adapter aux
conditions de
fermentation des micro-organismes utilisés pour la fermentation. Il peut être
basique
(supérieur à 7, à 8, à 9, à 10, à 11, à 12 ou 13), ou acide (inférieur à 7, à
6, à 5, à 4, à 3 ou à 2)
ou il peut être neutre (pH = 7).
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L'étape d'ajout d'un acide ou d'une base dans l'urine basifiée ou acidifiée
peut être réalisée
à tout moment du procédé après l'étape de basification ou d'acidification et
avant l'étape de
transformation de l'urine par fermentation, notamment après l'étape de
dilution.
Lors de la fermentation, il peut également être nécessaire de stabiliser ou
ajuster le pH de
l'urine, soit par l'ajout d'une base pour augmenter le pH, préférentiellement
choisie parmi
l'hydroxyde de calcium, l'hydroxyde de potassium, l'hydroxyde de sodium et
leurs mélanges ;
soit par l'ajout d'un acide pour diminuer le pH, préférentiellement choisi
parmi l'acide
sulfurique, l'acide acétique, l'acide chlorhydrique, l'acide phosphorique,
l'acide nitrique,
l'acide lactique et leurs mélanges. Ainsi le procédé selon l'invention peut
comprendre une
étape de stabilisation du pH, par ajout d'au moins une base ou d'au moins un
acide lors de
l'étape de transformation de l'urine par fermentation.
Selon un mode de réalisation, le procédé selon l'invention peut comprendre la
succession
d'au moins les étapes suivantes :
- basification de l'urine (préférentiellement d'une urine fraiche),
préférentiellement de façon
à ce que l'urine présente un pH supérieur à 9, préférentiellement supérieur à
10, ou
acidification de l'urine, préférentiellement de façon à ce que l'urine
présente un pH inférieur
ou égal à 6,
- éventuellement stockage de l'urine basifiée ou acidifiée,
- éventuellement ajustement du pH de l'urine au pH désiré par ajout d'une
base ou d'un acide,
- filtration de l'urine,
- éventuellement stockage, préférentiellement à une température inférieure
à 10 C,
notamment entre 0 et 5 C, et préférentiellement pendant moins de 7 jours,
- dilution de l'urine dans l'eau,
- fermentation, comprenant éventuellement une étape de stabilisation du pH,
par ajout d'au
moins une base ou d'un acide.
L'ordre des étapes de dilution, ajustement du pH et filtration peut être
interverti (ajustement
du pH, dilution, filtration ; ajustement du pH, filtration, dilution ;
filtration, dilution,
ajustement du pH ; filtration, ajustement du pH, dilution ; dilution,
filtration, ajustement du
pH ; dilution ajustement du pH, filtration).
Enfin, le procédé selon l'invention, quel que soit le mode de réalisation,
peut éventuellement
comprendre une ou plusieurs étapes supplémentaires avant l'étape de
basification ou
acidification, entre la basification ou acidification et la fermentation ou
après fermentation,
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notamment la récupération de co-produits tels que de la struvite et des
biofilms provenant
de micro-organismes, notamment des bactéries.
L'urine obtenue après l'étape de fermentation se présente sous forme liquide.
Le procédé
selon l'invention peut comprendre également une étape supplémentaire de
concentration
des micro-organismes, en particulier des bactéries (par tout moyen adapté
notamment
centrifugation, déshydratation et/ou lyophilisation) de façon à obtenir un
produit sous forme
solide.
Avantageusement, le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre à
l'échelle industrielle,
et permet d'obtenir un produit en quelques jours. Le procédé selon l'invention
permet de
façon avantageuse, de valoriser une matière première naturelle considérée
actuellement
comme un déchet, qui nécessite aujourd'hui des traitements importants, coûteux
et non
satisfaisants.
Urine transformée selon l'invention
L'invention a également pour objet une urine transformée, susceptible d'être
obtenue par la
mise en oeuvre du procédé selon l'invention, c'est-à-dire transformée au moins
par dilution
et fermentation.
L'urine transformée selon l'invention présente préférentiellement au moins les
caractéristiques suivantes :
- une concentration en micro-organismes, préférentiellement en bactéries,
d'au moins 106
UFC.mL-1, préférentiellement au moins 10' UFC.mL-1,
- une concentration en sel inférieure à 0,15 % en poids,
- une concentration en azote inférieure à 0,5% en poids.
Le pH de l'urine transformée selon l'invention peut être basique (supérieur à
7, à 8, à 9, à 10,
à 11, à 12 ou 13), ou acide (inférieur à 7, à 6, à 5, à 4, à 3 ou à 2) ou il
peut être neutre (pH =
7).
Dans un mode de réalisation de l'invention, l'urine transformée présente
également au moins
l'une des caractéristiques suivantes, préférentiellement au moins deux, encore
plus
préférentiellement au moins trois ou toutes :
- un taux de matière sèche supérieur ou égal à 0,5%; ceci présente
l'avantage d'avoir une
quantité d'éléments nutritifs particulièrement adaptée ;
- un ratio NH4/N-total inférieur ou égal à 30%; ceci permet d'avoir une
source d'azote
optimale assimilable par les micro-organismes, préférentiellement les
bactéries ;
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- un ratio N-uréique/N-total supérieur ou égal à 50%; cette caractéristique
permet d'avoir
une source d'azote non assimilable par les micro-organismes,
préférentiellement les
bactéries, mais libérant de l'azote pour les végétaux lorsque l'urine
transformée est utilisée
sur des végétaux ;
- un ratio C/N supérieur ou égal à 2; cette caractéristique permet d'avoir une
pousse optimale
des micro-organismes, préférentiellement des bactéries.
L'urine transformée selon l'invention est une matrice complexe qui comprend
notamment de
l'azote, du phosphore et du potassium. Elle contient également des éléments
secondaires,
comme du calcium et du magnésium, ainsi que des oligo-éléments, comme du
cobalt, du
cuivre, du manganèse et du zinc.
L'urine transformée selon l'invention peut se présenter sous forme liquide.
Elle est alors
stockée dans tout contenant adapté tel que des bouteilles, des bidons, des
fûts ou des cuves,
préférentiellement en matière plastique opaque ou en métal résistant à la
corrosion de
produits acides ou de produits basiques.
L'urine transformée peut également se présenter sous forme solide, en
particulier sous forme
de granulé, de pelé ou de poudre. Les granulés et/ou les pelés peuvent être
obtenus à partir
de substrats minéraux, comme de la zéolithe et de la perlite, ainsi qu'à
partir de substrats
organiques, comme du guano de chauves-souris ou d'oiseaux.
En outre, l'urine transformée selon l'invention, est préférentiellement en
conformité avec les
réglementations en vigueur concernant l'innocuité, notamment sur la teneur en
éléments
traces métalliques et en organismes pathogènes.
Utilisation d'urine transformée selon l'invention
L'invention a également pour objet l'utilisation de l'urine transformée selon
l'invention, en
particulier de l'urine transformée obtenue par la mise en oeuvre du procédé
selon l'invention,
comme matière fertilisante. Ainsi un objet de l'invention est un fertilisant
comprenant au
moins le produit obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon l'invention,
c'est-à-dire un
fertilisant comprenant au moins de l'urine transformée selon l'invention.
En effet, du fait de ses caractéristiques avantageuses, l'urine transformée
selon l'invention
peut être utilisée comme matière fertilisante pour tout type de végétaux, y
compris en
champs, et quels que soient les supports de culture (compost, terreau, fibre
de coco, etc.) en
particulier :
- pour les cultures en plein champs, notamment céréales ou vignes,
- en maraîchage, que ce soit pour des fruits ou des légumes,
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- en horticulture, pour tout type de plantes, notamment à la période des
semis.
L'utilisation selon l'invention est préférentiellement réalisée avant semi ou
dans les premières
semaines de croissance des plantes.
Elle peut être utilisée également en combinaison avec d'autres matières
fertilisantes, comme
des engrais minéraux et/ou organiques ainsi que des amendements comme du
compost, afin
d'améliorer l'absorption des minéraux et/ou d'améliorer la qualité finale de
la matière
fertilisante.
Selon un mode de réalisation particulier, pour certaines utilisations l'urine
transformée selon
l'invention peut être utilisée en combinaison avec des excipients ou additifs
tels que
notamment un ou plusieurs adhésifs connus de l'homme du métier pour fixer les
micro-
organismes sur les parties végétales d'intérêt notamment sur des semences.
Dans un mode de réalisation de l'invention, l'urine transformée est utilisée
pour stimuler la
croissance des végétaux, notamment en stimulant la croissance en phase
végétative par
l'intermédiaire de facteurs de croissance ( Plant Growth Promoting Factors )
produits par
les micro-organismes présents dans l'urine transformée, en particulier par les
bactéries.
Pour son utilisation :
- lorsque l'urine transformée est liquide, elle est préférentiellement
diluée dans l'eau. Pour
les apports au champ, la dose d'utilisation de produit liquide est préconisée
entre 5 à 50L/ha
dilué dans 50 à 500L d'eau. Pour les autres apports, comme pour des plantes en
pots, le
produit liquide est utilisé à raison de 5 à 50mL par litre d'eau,
- lorsque l'urine transformée est solide, elle est préférentiellement
appliquée directement au
sol. Pour les apports au champ, la dose d'utilisation de produit solide est
préconisée entre 0,5
à 5kg/ha. Pour les autres apports, comme pour des plantes en pots, le produit
solide est utilisé
à raison de 0,5 à 5g par plante.
Ainsi, le produit selon l'invention peut être utilisé en faible quantité pour
obtenir un effet sur
la croissance des végétaux important.
Avantageusement, la matière fertilisante selon l'invention est issue d'un
produit naturel. Son
procédé n'implique aucun solvant. Il n'est aucunement dangereux ni pour
l'Homme ni pour
l'environnement.
Utilisation de co-produits du procédé de transformation de l'urine
L'invention a également pour objet l'utilisation de co-produits obtenus au
cours de la mise en
oeuvre d'un procédé selon l'invention.
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En effet, des co-produits sont générés lors de l'étape de stockage avant
basification et
pendant l'étape de fermentation, et en particulier :
- avant acidification ou basification : des minéraux, en particulier des
minéraux choisis parmi
l'azote, le potassium et le phosphore (struvite),
- pendant l'étape de fermentation : le biofilm de micro-organismes,
préférentiellement le
biofilm bactérien de surface. Le biofilm de micro-organismes est produit pas
les micro-
organismes pendant la fermentation. Le biofilm bactérien de surface est
produit par les
bactéries pendant la fermentation. Il est composé d'exopolysaccharides
notamment. Ce film
de surface peut être récupéré grâce à un racloir muni d'un filtre de maille
comprise entre 1
et 101.1m. Le biofilm peut par la suite subir différents traitements, comme un
lavement, une
mise en solution, un pressage et/ou un séchage à l'air libre afin d'obtenir un
matériau sous
forme liquide ou solide.
Ces co-produits présentent des caractéristiques qui permettent avantageusement
leur
utilisation comme matière fertilisante, produit phytosanitaire, de biocontrôle
ou tout autre
usage agricole.
Exemples
L'invention est à présent illustrée par des exemples.
Exemple 1 : Procédé de transformation d'une urine selon l'invention avec
dilution et Frankia
sp.
Un exemple de procédé selon l'invention comprend les étapes suivantes :
- ajouter l'urine fraîche à pH initial (6,5 à 7) dans un contenant en
plastique ;
- diluer l'urine (1 volume d'urine pour 9 volumes d'eau déminéralisée),
- ajouter à l'urine 30 g.L-1 de glucose, et ajouter 1 % en volume d'un
inoculum de Frankia sp.
(1L pour 100L d'urine), à 32 C pendant 5 jours sous agitation continue
(environ 150 tours par
minute) ;
- récupérer l'urine transformée.
¨ la concentration finale en bactérie est de l'ordre de 107 UFC.mL-1.
L'inoculum utilisé a été préalablement obtenu comme suit :
- dilution d'urine (1 volume d'urine pour 9 volumes d'eau déminéralisée),
- filtration avec un filtre de maille 0,211m;
- ajouter 30g.L-1 de glucose ;
- ajouter 100mg de la souche de Frankia sp conservée sous forme liquide
concentrée ;
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- faire fermenter (croissance bactérienne) à 32 C sous agitation continue
(environ 150 tours
par minute) pendant 3 jours ;
- la concentration finale en bactéries obtenue dans l'inoculum est de
l'ordre de 106 UFC.mL-1.
L'urine transformée obtenue présente les caractéristiques suivantes :
- un pH d'environ 7,
- une concentration en bactéries supérieure à 107 UFC.mL-1,
- une concentration en sel inférieure à 0,05% en poids,
- une concentration en azote inférieure à 0,1% en poids,
- un ratio NH4/N-total égal à 10%,
- un ratio N-uréique/N-total égal à 60%,
- un ratio C/N égal à 30.
Exemple 2: Procédé de transformation d'une urine selon l'invention avec
basification au
NaOH, dilution de l'urine acidifiée et Kocuria sp.
Un exemple de procédé selon l'invention comprend les étapes suivantes :
- déposer 0,6% en poids de lessive de soude à 30,5%, dans le fond du contenant
en plastique
(pour 100L de volume total urine + lessive de soude, ajouter 0,6L de lessive
de soude à
30,5%) ;
- ajouter l'urine fraîche à pH initial (6,5 à 7) dans le contenant en
plastique (pour 0,6L de
lessive de soude déjà présente dans le contenant, compléter à 100L avec
l'urine) ;
- le mélange a un pH supérieur égal à 9,0, il peut être stocké dans ces
conditions jusqu'à 6
mois dans un récipient en plastique hermétique, à température ambiante et à
l'abri de la
lumière ;
- diluer l'urine basifiée (1 volume d'urine pour 9 volumes d'eau
déminéralisée),
- filtrer l'urine basifiée avec un filtre en nylon ou en matière plastique
de maille 2511m;
- ajouter à l'urine diluée 20g.L-1 de fructose, et ajouter 1 % en volume d'un
inoculum de
Kocuria sp. (1L pour 100L d'urine diluée), à 30 C pendant 5 jours sous
agitation continue
(environ 150 tours par minute) ;
- récupérer l'urine basifiée, diluée et transformée après récupération des
coproduits et
notamment du biofilm formé.
L'inoculum utilisé a été préalablement obtenu comme suit :
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- basifier 10 L d'urine pour atteindre un pH supérieur ou égal à 9, par
ajout 0,6% en poids de
lessive de soude à 30,5% (60g de lessive de soude pour 10L) ;
- diluer l'urine (1 volume d'urine pour 9 volumes d'eau déminéralisée),
- filtrer l'urine basifiée avec un filtre de maille 0,2i..tm ;
- ajouter 20g.L-1 de fructose ;
- ajouter 100mg de la souche de Kocuria sp. conservée sous forme liquide
concentrée ;
- faire fermenter à 30 C sous agitation continue (environ 150 tours par
minute) pendant 3
jours ;
- la concentration finale en bactéries obtenue dans l'inoculum est de
l'ordre de 106 UFC.mL-1.
L'urine transformée obtenue présente les caractéristiques suivantes :
- un pH égal à 8,
- une concentration en bactéries supérieure à 10' UFC.mL-1,
- une concentration en sel inférieure à 0,1% en poids,
- une concentration en azote inférieure à 0,1% en poids,
- un ratio NI-14/N-total égal à 10%,
- un ratio N-uréique/N-total égal à 60%,
- un ratio C/N égal à 20.
Exemple 3: Procédé de transformation d'une urine selon l'invention avec
basification au
NaOH, dilution, ajustement du pH et Rhizobium sp.
Un exemple de procédé selon l'invention comprend les étapes suivantes :
- déposer 0,6% en poids de lessive de soude à 30,5%, dans le fond du
contenant en plastique
(pour 100L de volume total urine + lessive de soude, ajouter 0,6L de lessive
de soude à
30,5%) ;
- ajouter l'urine fraîche à pH initial (6,5 à 7) dans le contenant en
plastique (pour 0,6L de
lessive de soude déjà présente dans le contenant, compléter à 100L avec
l'urine) ;
- le mélange a un pH supérieur égal à 9,0, il peut être stocké dans ces
conditions jusqu'à 6
mois dans un récipient en plastique hermétique, à température ambiante et à
l'abri de la
lumière ;
- diluer l'urine basifiée (1 volume d'urine pour 9 volumes d'eau
déminéralisée),
- ajuster! stabiliser le pH avec ajout d'acide nitrique et de lessive de soude
pour avoir un pH
=7;
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- filtrer l'urine à pH 7 avec un filtre en nylon ou en matière plastique de
maille 251im ;
- ajouter à l'urine diluée 15g.L-1 de saccharose, et ajouter 1 % en volume
d'un inoculum de
Rhizobium sp. (1L pour 100L d'urine diluée), à 30 C pendant 5 jours sous
agitation continue
(environ 150 tours par minute) ;
- récupérer l'urine basifiée et transformée après récupération des coproduits
et notamment
du biofilm formé.
L'inoculum utilisé a été préalablement obtenu comme suit :
- basifier 10 L d'urine pour atteindre un pH supérieur ou égal à 9, par
ajout 0,6% en poids de
lessive de soude à 30,5% (60g de lessive de soude pour 10L) ;
- diluer l'urine (1 volume d'urine pour 9 volumes d'eau déminéralisée),
- ajuster! stabiliser le pH avec ajout d'acide nitrique et de lessive de
soude pour avoir un pH
= 7 ;
- filtrer l'urine à pH 7 avec un filtre de maille 0,21..tm ;
- ajouter 15g.L-1 de saccharose ;
- ajouter 100mg de la souche de Rhizobium sp. conservée sous forme liquide
concentrée ;
- faire fermenter à 30 C sous agitation continue (environ 150 tours par
minute) pendant 3
jours ;
- la concentration finale en bactéries obtenue dans l'inoculum est de
l'ordre de 106 UFC.mL-1.
L'urine transformée obtenue présente les caractéristiques suivantes :
- un pH neutre à environ 7,
- une concentration en bactéries supérieure à 108 UFC.mL-1,
- une concentration en sel inférieure à 0,1% en poids,
- une concentration en azote inférieure à 0,1% en poids,
- un ratio NI-14/N-total égal à 10%,
- un ratio N-uréique/N-total égal à 60%,
- un ratio C/N égal à 15.
Exemple 4: Procédé de transformation d'une urine selon l'invention avec de
l'acide lactique,
dilution et Lactobacillus sp.
Un exemple de procédé selon l'invention comprend les étapes suivantes :
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- déposer 1% en poids d'acide lactique dans le fond du contenant en
plastique (pour 100L
d'urine, ajouter 1kg d'acide lactique, soit environ 0,83L)
- ajouter l'urine à pH initial (6,5 à 7) dans le contenant en plastique
(pour 0,83L d'acide
lactique, compléter à 100L) ;
- le mélange a un pH égal à 4,0, il peut être stocké dans ces conditions
jusqu'à 6 mois dans un
récipient en plastique hermétique, à température ambiante et à l'abri de la
lumière ;
- diluer l'urine acidifiée (1 volume d'urine pour 1 volume d'eau
déminéralisée),
- filtrer l'urine acidifiée avec un filtre en nylon ou en matière plastique
de maille 2511m;
- ajouter à l'urine acidifiée et filtrée 1 % en volume d'un inoculum de
Lactobacillus sp. (1L pour
100L d'urine acidifiée) et 25g.L-1 de saccharose (sucre blanc), à 34 C pendant
10 jours sous
agitation continue (entre 50 et 100 tours par minute) ;
- récupérer l'urine acidifiée et transformée après récupération des
coproduits et notamment
du biofilm formé.
L'inoculum utilisé a été préalablement obtenu comme suit :
- acidifier 10 L d'urine pour atteindre un pH inférieur ou égal à 4, par ajout
d'acide lactique à
1% en poids (100g d'acide pour 10L) ,
- diluer l'urine acidifiée (1 volume d'urine pour 1 volume d'eau
déminéralisée),
- filtrer l'urine acidifiée avec un filtre de maille 2511m ;
- ajouter 100mg de la souche de Lactobacillus sp. conservée sous forme
liquide concentrée ;
- ajouter 25g.L-1 de saccharose (sucre blanc) ;
- faire fermenter à 30 C pendant 5 jours ;
- la concentration finale en bactéries obtenue est de l'ordre de 106 UFC.mL-
1.
L'urine acidifiée et transformée obtenue présente les caractéristiques
suivantes :
- un pH inférieur ou égal à 5,
- une concentration en Lactobacillus sp. de 106 à 107UFC.mL-1,
- une concentration en sel inférieure à 0,15% en poids,
- une concentration en azote inférieure à 0,5% en poids.
- un ratio NI-14/N-total égal à 10%,
-un ratio N-uréique/N-total égal à 60%,
- un ratio C/N égal à 3.
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Résultats d'essais
Evaluation de facteurs dilution sur des urines
Le but de cet essai est d'évaluer l'effet de la dilution sur le pH d'urines
fraiches.
L'essai a été réalisé sur 1L d'urine fraiche ayant moins de 2 heures de
stockage, ou d'urine
stockée pendant 5 jours, ou d'urine acidifiée avec de l'acide lactique (1% en
poids), ou d'urine
basifiée avec de la lessive de soude (0,6% en poids).
Une gamme de facteurs de dilution avec de l'eau déminéralisée a été testée,
entre 1/2 et
1/20
Les résultats sont présentés sur la Figure la, lb, 2a et 2b et dans le tableau
ci-dessous.
[Tableau 1]
Facteur dilution pH de l'urine pH de l'urine pH de l'urine pH
de l'urine
fraiche (Figure la) stockée acidifiée
basifiée
(Figure lb) (Figure 2a)
(Figure 2b)
0 6,85 9,38 3,03 11,04
1/2 6,27 9,29 3,24 10,63
1/3 6,38 9,26 3,4 10,41
1/4 6,47 9,23 3,51 10,31
1/5 6,51 9,2 3,6 10,17
1/10 6,74 9,15 4,17 9,92
1/20 7,14 9,13 5,57 9,6
On constate que la dilution permet d'atteindre un pH neutre pour l'urine
fraiche. Les effets
de la dilution sur le pH de l'urine stockée, acidifiée et basifiée
n'entrainent en moyenne
qu'une différence de 1 à 2 points de pH.
Exemple 4 : Mesure de la capacité de croissance de Ensifer meliloti dans de
l'urine diluée.
Objectifs
- Évaluer la capacité de l'espèce bactérienne Ensifer meliloti (connue pour
être en symbiose
avec les légumineuses, en particulier la luzerne, en formant des nodules sur
les racines et
facilitant ainsi la fixation d'azote par la plante) à se développer sur urine.
- Caractériser un milieu de culture optimal à base d'urine humaine
permettant la meilleure
croissance de E. meliloti.
Principe du test
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Le principe de ce test se base sur une comparaison de la croissance
bactérienne de plusieurs
cultures de E. meliloti selon différentes modalités (urine pure, urine diluée
au 1/2 et urine
diluée au 1/5) afin de déterminer le niveau de dilution idéal pour la
croissance de la bactérie.
Matériel et méthodes
Souche utilisée
La souche de Ensifer meliloti est utilisée.
Détermination des conditions de culture
Le choix des conditions de croissance de E. meliloti a été réalisé en se
basant sur une
comparaison des concentrations d'azote (N), de phosphore (P) et de potassium
(K) présents
dans le milieu de culture de référence (milieu de Wright) et ceux présents
dans l'urine.
Dans un premier temps, la concentration en azote du milieu de référence choisi
est nulle
contrairement au milieu à base d'urine qui contient 5 g/L de cet élément. En
ce qui concerne
le phosphore, la concentration présente dans l'urine est de 0,5 g/L ce qui est
supérieur à celle
du milieu de référence qui est de 0,09 g/L. De même, la concentration en
potassium est plus
élevée dans l'urine que dans le milieu de référence de respectivement 1,5 g/L
et 0,22 g/L. On
peut donc conclure que l'urine est plus riche en azote, phosphore et potassium
que le milieu
de culture de référence. Se basant sur ces éléments, on peut supposer que le
niveau de
dilution optimale pour la croissance de B. meliloti est de 1/5. Cependant, des
essais ont été
effectuées sur trois milieux de culture différents : urine pure, urine diluée
au 1/2 et urine
diluée au 1/5 afin de vérifier l'hypothèse.
Au niveau des substrats carbonés, le saccharose est le sucre essentiellement
présent dans la
plupart des milieux de culture utilisés pour la croissance de E. meliloti
(Shamala, 2006). Dans
un objectif de croissance optimale de la bactérie, toutes les cultures ont été
réalisées en
utilisant uniquement le saccharose comme substrat carboné et à une
concentration de 10
g/L. Suivant la même réflexion, le pH a été fixé à 7 et la température à 34 C
pour une
fermentation en condition d'aérobie.
Croissance sur différents milieux de culture
Pour stériliser l'urine utilisée dans ce test, une filtration préalable a été
réalisée à 0,2 [lm et
le pH été mesuré et ajusté à 7 par ajout de soude (NaOH 30%).
Dans un premier temps une pré-culture a été réalisée à partir de colonies
issues du tube de
gélose fournit par l'INRAE. Les colonies ont été inoculées dans un erlenmeyer
de 250 mL
contenant un volume de 100 mL du milieu de culture Rhizobium (10,0g mannitol,
0,5g
hydrogénophosphate de potassium, 0,2g sulfate de magnésium, 0,1g NaCI, 1,0g
extrait de
levure). Cette pré-culture a permis de revivifier les cellules et d'obtenir
une culture liquide
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très concentrée en bactéries. Après 2 jours d'incubation à 34 C, la densité
optique de la pré-
culture a été mesurée et le taux d'inoculation est calculé puis ajusté afin de
garantir une
densité optique de 0,05 dans toutes les cultures. Trois réplicas ont été
réalisés pour chaque
modalité (non dilué, dilué au demie et dilué au Sème).
Ces dernières ont été réalisée dans des volumes de culture de 100mL contenu
dans des
erlenmeyers de 250 mL et incubées à 34 C sous agitation (350 rpm) pendant une
période de
6 jours. E. meliloti étant une bactérie aérobie, les erlenmeyers contenant les
cultures ont été
bouchés avec du coton afin de laisser faire les échanges de gaz.
Comptage des bactéries
Le dénombrement des bactéries cultivables ou UFC (unité formant colonie), a
été réalisé par
comptage des colonies. Pour cela, des dilutions décimales de la culture à
analyser sont
réalisées et déposées (en gouttes de 10 1..1L) sur boîte de milieu gélosé
Rhizobium . Les
boîtes sont incubées à température ambiante pendant quelques jours jusqu'à
l'obtention des
colonies suffisamment visible pour les dénombrer.
Analyse statistique
Afin de savoir si les différences obtenues entre les cultures sont
significatives un test
statistique a été réalisé. Les données quantitatives continues et
indépendantes ne suivent pas
la loi normale. Eta nt donné que 3 groupes ont été étudiés, c'est le test de
Kruskal-Wallis qui
a été choisi pour étudier la significativité de la différence entre les
résultats. Cette différence
est considérée comme significative lorsque p-value 0,05
Résultats obtenus
Les résultats de la croissance de E. meliloti sur urine pure, urine diluée au
1/2 et urine diluée
au 1/5 sont présentés dans la figure 3. Pour chaque modalité, les valeurs
correspondent à la
moyenne de 3 différents comptages effectués sur chaque répliqua et les barres
d'erreurs
correspondent aux écarts types de ces moyennes.
Les résultats de croissance montrent qu'après 96h de culture, on observe une
différence
significative de la concentration bactérienne entre l'urine pure et l'urine
diluée au 1/5. La
concentration bactérienne reste stable jusqu'à 168h dans l'urine diluée au
1/5.
Etant donné que le taux d'inoculation a été ajusté à une concentration
initiale de 2 X 106
UFC/mL, ces résultats indiquent pour la première fois que l'espèce E. meliloti
est capable de
croitre sur urine.
Conclusion
Pour conclure, cet essai a permis de :
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- Mettre en évidence, pour la première fois, la capacité de la souche
bactérienne Ensifer
meliloti à se développer dans un milieu de culture à base d'urine.
- Définir, parmi les modalités testées, le milieu urine diluée au 1/5 pour
son intérêt dans la
culture de la souche bactérienne de l'espèce Ensifer meliloti
Exemple 5 : Mesure de l'efficacité de l'invention utilisé en inoculation de
semence sur soja
L'objectif de ce test est d'évaluer l'efficacité d'une urine transformée selon
l'invention
comprenant des bactéries symbiotiques fixatrices d'azote sur des plants de
soja.
Principe du test
Le principe de ce test se base sur une comparaison de la croissance des
plantes de soja en
plein champ selon différentes modalités d'inoculation avec des produits
commerciaux
contenant la bactérie Bradyrhizobium japonicum (FORCE 48, RHIZOFLO) et le
produit selon
l'invention (noté RHIZOPI sur les figures).
Le produit selon l'invention est utilisé à différentes doses (400nriL/ha ou
5L/ha), avec ou sans
adhésif afin de déterminer le mode d'application le plus efficace.
Matériel et méthodes
Préparation du produit selon l'invention ( RHIZOPI )
Une souche de Bradyrhizbioum japonicum est utilisée.
Le milieu de culture utilisé pour faire croître cette souche est de l'urine
préalablement diluée
au 1/2 avec de l'eau distillée stabilisée par acidification à pH 3.5 (à l'aide
d'acide lactique)
filtré à 0.2p.m puis ajusté à pH 7 a l'aide de l'ajout de NaOH 30%. On ajoute
ensuite du
mannitol comme substrat carboné à une concentration de 30g/L. La culture a été
réalisée
dans un flacon Schott de 100 mL, le milieu urine a été ensemencé à 1% avec une
culture de
B. japonicum sur YMB en phase stationnaire. Les cultures ont ensuite été
misent sous
agitation (150 rpm) et incubées à 34 C pendant une période de 14 jours.
Un adhésif connu de l'homme du métier pour les semences de soja a été ajouté à
l'urine. Un
adhésif est également présent dans les produits du commerce testés dans cet
essai
(RHIZOFLO et FORCE 48).
Description de l'essai
L'essai est réalisé en plein champ, dans la commune de CASTETIS (64300). La
parcelle choisie
possède un sol de limons sablo argileux possédant un pH acide (pH = 6,2) et
n'a jamais été
emblavée en soja afin d'éviter toute présence dans le sol de B. japonicum issu
de précédentes
cultures. La variété de soja utilisée est la variété KONTROLL. L'essai est
mené en
microparcelles en blocs randomisés de Fisher à 4 répétitions.
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[Tableau 2]
Modalité Description
1 Témoin non inoculé
2 Inoculation avec FORCE 48 (contenant un adhésif comme
l'invention)
3 Inoculation au RHIZOFLO (contenant un adhésif comme
l'invention)
4 Inoculation RHIZOPI (109) + adhésif
Paramètres mesurés
Les paramètres mesurés visent à estimer l'impact du type d'inoculation sur la
nodulation des
plantes, et donc sur leur croissance, leur vigueur, leur nutrition et leur
productivité. Les
mesures réalisées sont les suivantes :
- Densité de levée
- Vigueur aux stades 3-4 feuilles (BBCH 13) et 1ères gousses (BBCH 65)
- Nombre de nodosités par plantes aux stades BBCH 13 et 65
- Maladies
- Date de floraison
- Hauteur 1ère gousse
- Nombre de gousse par plante
-Teneur en protéine
Analyse statistique
Les analyses statistiques ont été réalisées à l'aide des logiciels R et R
Studio. Afin de savoir si
les différences obtenues entre les modalités sont significatives (p-value
0,05), des tests
d'analyse de variance de type ANOVA à 1 facteur (Modalité) ont été effectués
pour chaque
paramètre mesuré au cours de l'essai. En amont des ANOVA, les différents jeux
de données
obtenus ont été utilisés afin d'évaluer leur caractère paramétrique ou non
paramétrique.
Pour les données paramétriques, une ANOVA a été réalisée, potentiellement
suivie d'un test
post-hoc de comparaison multiples afin de visualiser les groupes
statistiquement différents
les uns des autres. Pour cela, le test HSD (Honestly Significant Differences)
de Tuckey est
utilisé. Pour les données non paramétriques, les différences significatives
entre modalités ont
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été évaluées à l'aide d'un test de Kruskal-Wallis, potentiellement suivi d'un
test post-hoc de
Dunn. Tous les seuils de risque ont été définis à a = 0,05.
Résultats obtenus
Composantes de rendement :
Les résultats concernant les composantes de rendement sont présentés dans les
Figures 4a
et 4b. Quel que soit le paramètre considéré, on observe que les modalités
inoculées avec les
produits commerciaux et celles inoculées avec l'invention appartiennent au
même groupe
significatif et obtiennent des valeurs significativement plus élevées que le
témoin non inoculé.
Rendement :
Les résultats de rendement présentés dans la Figure 5 montrent que les
modalités inoculées
selon l'invention appartiennent au même groupe significatif que les modalités
de référence
(FORCE 48 et RHIZOFLO).
Humidité et PMG :
L'ensemble des modalités appartiennent au même groupe significatif en ce qui
concerne
l'humidité des grains et le PMG. L'inoculation ne semble donc pas avoir
d'effet sur ces
paramètres.
Conclusion
Pour conclure, cette analyse a permis de montrer :
L'influence positive de l'inoculation selon l'invention sur le nombre de
nodosités, la date de
défoliation, la verse, les composantes de rendement et le rendement.
L'urine transformée selon l'invention permet d'obtenir des résultats
similaires à ceux de la
modalité FORCE 48.
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