IntroductionEn période d’estivage, les ruisseaux demontagne peuvent être souillés par lesdéversements (illicites) des résidus dela production fromagère des alpages.Le lactosérum, dont la valorisation surplace est difficile, ne peut être traité parles techniques d’épuration tradition-nelles, qui ne conviennent ni aux condi-tions climatiques, ni à la compositiondu petit lait, ni aux modes d’exploita-tion requis par ce type de production.Le Service des eaux, sols et assainisse-ment du canton de Vaud (SESA) a dé-veloppé un système de traitement inno-vateur, par passage du lactosérum àtravers un filtre de compost, au seinduquel il subit une oxydation rapide.Deux unités pilotes ont été testées enconditions réelles, l’une implantée dansles Préalpes vaudoises, l’autre dans leJura. Une troisième unité à vocationexpérimentale, installée en plaine, a étéutilisée pour optimiser la conception etles rendements.Le développement a permis d’optimiserle procédé, dont les performances sontexceptionnelles. Les matières organi-ques sont réduites de plus de 99% aprèsquelques heures de temps de passage.

Présentation des essais

La transformation de 1000 kg de lait en100 kg de fromage produit 900 litres delactosérum (petit-lait). Ce sous-produitcontient encore environ 50 g/l de ma-tière organique (DBO) facilement bio-dégradable, constituée de sucres et deprotéines dans une solution saline. Unlitre de petit-lait correspond pratique-ment à la charge polluante rejetée parun habitant (un équivalent-habitant ouEH = 60 g/l). En d’autres termes, latransformation de 1000 kg de lait enfromage produit une charge polluanteéquivalente à celle d’une communed’environ 750 habitants.Le lactosérum possède encore une va-leur alimentaire intéressante. Toutefois,les alpages fromagers, éloignés desvoies de communication, n’ont pasd’accès facile et rapide en plaine pourl’évacuer aisément. Lorsque le lactosé-rum n’est pas consommé sur place(pour l’affouragement des porcs et des

bovins), il est éliminé soit par déverse-ment dans la fosse à purin, soit directe-ment dans le milieu naturel par épan-dage ou encore par déversement dansun cours d’eau.Durant l’été, ces pratiques sont à l’ori-gine d’une pollution organique chro-nique de petits cours d’eau de mon-tagne. Cette pollution, qui perturbefortement l’écosystème du ruisseau,peut par ailleurs affecter les réservesd’eaux souterraines captées plus baspour la consommation humaine.Ces circonstances ont incité le SESA àentreprendre le développement d’unsystème adapté aux conditions technico-économiques de l’économie pastorale:un dispositif qui puisse allier rusticité,efficacité et économie de moyens.Le projet a été conduit sur trois sites.Une première unité pilote a été instal-lée au printemps 2001 dans un alpagede la commune de Château-d’Œx, situéà 1646 m d’altitude, dans les Préalpesvaudoises, à «Pra Cornet». Une deuxiè-me unité, quatre fois plus grande etprenant en compte les premiers ensei-gnements, a été installée au printemps2002 dans le pâturage jurassien de lacommune du Chenit à 1270 m d’alti-tude, aux «Grands Plats-de-Bise». Untroisième système, composé de quatremodules destinés à des études d’opti-malisation, a encore été créé en 2002 surle site de compostage de «La Coulette»à Belmont-sur-Lausanne.Comme il s’agissait de développer unsystème d’épuration pour répondre àune demande pressante, l’accent a étéprincipalement mis sur la réalisation etl’optimisation des performances duprocédé, au détriment peut-être d’unsuivi analytique élaboré à caractère trèsscientifique. Par ailleurs, l’absence fré-quente de rejets (due aux performancesélevées du procédé) a souvent empêchéla prise d’échantillons. Cela explique lefaible nombre d’analyses.Les échantillons ont été analysés selonles protocoles utilisés dans l’analyse desprélèvements de stations d’épuration.Des essais, inspirés de ce système, ontégalement été entrepris durant cette pé-riode en Savoie (LAPLANCHE, 2004).Le Laboratoire cantonal vaudois, l’Ecolede fromagerie de Moudon et la Stationfédérale de recherches animales et lai-tières Agroscope ALP Liebefeld-Po-

sieux ont collaboré au projet. Celui-ci aencore bénéficié du soutien actif de lacompostière de «La Coulette».

Procédé de traitement

Principede fonctionnement

Le système est basé sur le principed’épuration dit de la «biologie fixée»,le support étant constitué par du com-post horticole traditionnel (SHOW etTAY, 1999; THOMAS, 1996).Le compost associe d’excellentes pro-priétés biologiques et physico-chimi-ques, qui lui confèrent les qualités né-cessaires au bon fonctionnement duprocédé et l’ont fait choisir comme sup-port idéal de la biologie fixée, parmid’autres supports notoirement moinsefficaces (MENORET, 2001; SEGURET,1998). Le compost héberge naturelle-ment une biomasse variée et adaptéequi s’est développée au cours de samaturation (bactéries, champignons,micro-invertébrés, etc.). Le mécanismede compostage, qui décompose notam-ment la matière cellulosique et ligneuse,possède d’autres propriétés très utilesau processus: une grande porosité, unesurface spécifique considérable et descaractéristiques hydrophiles élevées.Ces caractéristiques favorisent la réten-tion de l’eau et l’adhésion du bio-film se-crété par les bactéries, ce qui amélioreleur accrochage au support1 (d’où l’ex-pression «cultures fixées»). On peut en-core y introduire des vers rouges (Eisenafetida), bien adaptés au milieu, qui vontcontribuer au brassage, à l’aération et àl’homogénéisation des couches super-ficielles. Les températures atteintes aucœur de la masse sont toutefois exces-sives pour la survie des vers.La biomasse, nourrie par la matière or-ganique facilement dégradable, digèrecelle-ci en produisant une forte exo-thermie. L’intense activité des bactériesthermophiles fait monter la températureau cœur de l’installation à plus de 60 °C,provoquant l’évaporation d’une fraction

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Chronique

Système d’épuration du lactosérum d’alpage par culture fixée sur lit de compost

1Un compost «idéal» doit être de type hor-ticole, criblé à 25 mm, avec un rapport azotéNO3

-/NH3 supérieur à 2. Il doit être de typeligneux et bien stabilisé.

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importante, voire de la totalité de l’eau,lorsque la charge spécifique en petit-lait n’est pas excessive. L’évaporationconcentre la solution, ce qui amélioreson pouvoir de déposition.L’introduction du petit lait par chargespériodiques est nécessaire pour mainte-nir des conditions aérobies strictes dansle milieu, en évitant de noyer le fonddu filtre dans du liquide2. L’épaisseuret la granulométrie de la couche bio-active ont été optimisées pour assurerun temps de contact suffisant ainsiqu’une aération appropriée.

Construction du dispositif

L’infrastructure du système est cons-truite avec du matériel simple et peucoûteux, disponible sans difficulté dansle commerce spécialisé. La structure debase (carrée ou circulaire) est faite depieux solidement enfoncés dans le sol.Un grillage en treillis est solidarisé àces derniers, pour contenir la masse decompost. Une feuille de géotextile po-reuse, appliquée sur l’intérieur dutreillis, permet d’éviter la perte de ma-tériel tout en maintenant une aérationsuffisante.Le filtre est construit en sandwich. Lefond peut être constitué de galets ou degravier grossier3. On dispose ensuiteune première couche, faite de refus detamisage de compost à 30 mm ou debois trituré. Cette première couche dematière grossière favorise une bonneventilation du fond tout en permettantune évacuation appropriée des jus. Ledispositif est ensuite rempli d’une cou-che de 100 cm de compost horticole.Le dispositif d’arrosage (fig.1) est dis-posé sur cette couche. L’ensemble doitencore être recouvert par une nouvellecouche de 30 cm de refus de tamisagede compost. Cette dernière épaisseurassure une circulation de l’air suffisanteà travers tout le système, l’évaporationde la vapeur d’eau produite dans lefiltre et la réduction des odeurs (effetbio-filtre). Une feuille de géotextile po-reuse doit impérativement recouvrir letumulus pour le protéger contre le vent,

limiter l’infiltration des eaux de pluie,prévenir les invasions de mouches à lasurface du compost et maintenir la ca-pacité de ventilation (fig. 2).Le dispositif d’arrosage est constituéd’un tuyau d’arrosage souple de 13 mmde diamètre, percé de trous de 2 mmespacés de 50 cm. Le tuyau est encoregainé par un tuyau de drainage de10 cm de diamètre, pour améliorer ladistribution du liquide sur le compost.Le tout repose sur un gabarit en bois.La production journalière de lactosé-rum, stockée dans une cuve tampon, estpériodiquement pompée et déverséesur le filtre par charges (typiquement12 charges par 24 h). La pompe peutêtre asservie à une minuterie ou com-mandée manuellement4.

Essai de «Pra Cornet»

L’alpage de «Pra Cornet», d’une super-ficie de 50 ha, exploite un cheptel de70 vaches laitières et produit annuelle-ment environ 10 tonnes de fromage la-bellisé «L’Etivaz». Il est situé à 1646 md’altitude. Le filtre contient 25 m3 decompost, pour une surface de 23 m2.L’essai a duré trois saisons, de 2001 à2003 (fig. 3).

2001: un premier essai a eu lieu du 2 juinà fin août, avec une charge journalière de500 litres, répartie à raison de 12 apportspar 24 heures. Un total de 24 000 litresde lactosérum a ainsi été traité. Duranttoute la durée de l’essai, les drains defond sont restés secs.2002: à la suite de mesures correctiveset d’adaptation, seuls 12 500 litres ontpu être traités en 2002; ils ont néan-moins confirmé les résultats de 2001,tout en démontrant la pertinence des

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2Si le filtre est noyé par des excès de liquide,le contact avec l’air est empêché. Le milieupeut alors rapidement passer en conditionsanaérobies, avec le développement d’odeursfétides typiques des conditions de réductionet un traitement insuffisant.3Lorsque l’infiltration du percolat est auto-risée dans le sous-sol, le fond pourra êtreconstitué d’un lit de galets ou de graviergrossier (1-2 cm). L’infiltration sera facilitéeet le sous-sol assurera un traitement finaldes éventuels jus. Si les règles de protectiondes eaux souterraines interdisent l’infiltra-tion, le percolat devra être récolté sur unemembrane de fond étanche (bâche) et con-duit par écoulement gravitationnel dans unréservoir d’où il pourra être repompé.4Un écoulement gravitaire, sans pompage,n’est pas recommandé, l’introduction sanssurpression cause le colmatage des trous dutuyau d’aspersion par la coagulation des ré-sidus de lactosérum.

Fig. 1. Détail du système d’arrosage par as-persion de «Pra Cornet».

Fig. 2. Plan de construction d’un tumulus circulaire, avec description du système de pompagedu petit-lait; type «Pra Cornet».

Légende

ElectrovanneMinuterie PompeFlotteurà contact

Raccord facile

Raccords

Biofiltre : module circulaire

Vue de dessus

Geotextile et grillage

C

Systèmed’arrosage

réservoir à petit-lait

230/400 VAC

biofiltrecirculaire, plan

sans échelle

Refus de compost

Compostmature

Gravier (cas 1)

Galets (cas 2)

Coupe A - B

bâche de fond (cas 1)

grillage

géotextile

système d’arrosage

biofiltrecirculaire, coupe

sans échelle

Refus de compost

B

A

CC

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modifications introduites. Le jus de fondétait également absent durant toute lapériode d’essai.2003: essai du 4 juin au 7 août: initia-lement, 1100 litres de lactosérum ontété traités journellement. Par la suite,une partie, puis la totalité de la produc-tion a été absorbée pour l’alimentationporcine. 47 000 litres ont été traités entrois mois. Seules quelques traces de li-quide ont été constatées dans les drainsde fond, ce qui a encore une fois péna-lisé la collecte d’échantillons.

Discussion

Durant les trois années de l’essai, l’ab-sence de jus de fond a montré que ledispositif était largement dimensionnéet fonctionnait avec toute l’efficacitésouhaitée. La chaleur produite suffisaità faire évaporer toute l’eau et témoi-gnait de la dégradation intense subiepar la matière organique. Les quelquesrares échantillons qui ont pu être préle-vés sous le tumulus ont montré une trèsfaible valeur de DBO5, une conducti-vité (salinité) conforme à celle attendued’un résidu de petit-lait, une bonnetransformation de l’azote protéiniqueen ammoniac et une absence de conta-mination fécale.Au début d’août 2001, le dispositif aété la proie d’une invasion de coloniesde larves, suivie peu après d’une in-festation de mouches. Des problèmespersistants d’odeurs se sont égalementmanifestés.En 2002, le dispositif a donc été modi-fié. Le système d’arrosage a été recou-vert par une couche supplémentaire de30 cm de refus de tamisage et le com-post isolé du milieu ambiant par unecouche de géotextile. Ces mesures sesont montrées efficaces, puisqu’en 2002et en 2003, plus aucune prolifération demouches n’a été constatée. Les odeursavaient également disparu (la couche

supérieure fonctionnant vraisemblable-ment comme bio-filtre).Un échantillon de compost ayant «servi»durant trois ans a été soumis pour ana-lyse au Laboratoire d’écologie végétalede l’Université de Neuchâtel. Le rap-port mentionne que le compost a visi-blement digéré la matière organique etqu’il possédait toujours les caractéris-tiques typiques de ce produit.

Essai aux «Grands Plats-de-Bise»

L’alpage des «Grands Plats-de-Bise»,d’une superficie de 100 ha, exploite uncheptel de 130 vaches laitières et pro-duit annuellement environ 25 tonnes defromage labellisé «fromage d’alpage».Il est situé à 1270 m d’altitude. Le tu-mulus est composé de deux modules,chacun d’une surface de 50 m2, soit100 m2 (fig. 4, 5 et 6). Installé en sec-teur S3 de protection des eaux qui in-terdit l’infiltration, un système de col-lecte des jus a été installé. Il a étéexploité en 2002 et en 2003.2002: de mi-mai à mi-septembre, l’ins-tallation a traité avec succès plus de100 000 litres de lactosérum. Une par-tie des jus de fond a été collectée5.

222

Fig. 3. «Pra Cornet», module de traitement et porcherie.

Fig. 4. Les deux tertres des «Grands Plats-de-Bise» d’une surface totale de 100 m2 suffisantpour 130 vaches.

5Des effets d’échelle non anticipés à l’ori-gine ainsi que des modifications inoppor-tunes ont causé des problèmes d’exploitationen 2002. Ceux-ci ont trouvé des solutionssatisfaisantes lors des essais de 2003. Laqualité du suivi technique a souffert de cesproblèmes.

Fig. 5. Plan de construction du réseau de distribution pour un tumulus rectangulaire, avecdétail de construction des raccords, de type «Grands Plats-de-Bise».

100cm

50 cm

tuyau dedistribution

trous espacés de 50 cm

raccords en croix

Raccords en T

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2003: l’essai a duré 90 jours, au coursdesquels plus de 123 000 litres de lac-tosérum ont été traités. Sur ces 123 m3,48,5 m3 de jus ont été collectés dans lefond, soit environ 40% du volume in-troduit.

DiscussionLes résultats obtenus aux «Grands Plats-de-Bise» confirment ceux obtenus à«Pra Cornet». A la suite de mesurescorrectives prises en 2003, les pro-blèmes rencontrés en 2002 (développe-ment d’odeurs et invasion de mouches,noyage du fond, blocage de l’évapora-tion par une bâche étanche, etc.) ont puêtre résolus à satisfaction.En 2003, les quantités de jus récoltées ontété plus importantes, elles ont été causéespar une charge spécifique volontairementplus élevée, qui a pu atteindre jusqu’à45 l/m2 et par jour6, sans pour autant ré-duire les performances de l’installation.Les analyses effectuées sur les résidus de2003 (tabl. 1 et 2) ont permis les constatset conclusions suivants: après une pausehivernale, le système redémarre sponta-nément avec l’introduction des premièrescharges de lactosérum. La matière orga-nique est dégradée par un facteur pouvantatteindre plus de 99,5%, déjà quelquesjours après le redémarrage et sans autreforme d’intervention. Le pH des jus subitune importante correction de l’aciditévers la neutralité. Le phosphore est ab-sorbé en grande partie dans le compost,l’azote protéinique est partiellement re-converti dans la masse, partiellement éva-cué sous forme de sels d’ammonium dansles jus. La conductivité causée par la sa-linité de la solution reste très élevée.Une présence de bactéries fécales quali-fiée d’insignifiante (vraisemblablementdue aux matières fécales déposées lo-calement par le bétail) démontre l’inno-cuité bactériologique des résidus pourles eaux superficielles et souterraines.

Influences du dispositifsur la qualité des fromagesA la fin de la première saison, la produc-tion fromagère de Pra Cornet a dû êtredéclassée, victime d’une contaminationbutyrique, affectant les qualités gustativesdes fromages. La «rumeur» a très viteincriminé l’installation et les mouchescomme étant la source du mal, bienqu’aucune relation de cause à effet n’aitpu être établie et que cette hypothèsereste peu crédible aux yeux des experts.

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Tableau 1. Analyses des jus avant et après passage sur le tumulus des «GrandsPlats-de-Bise». Le phosphore est donné en valeur élémentaire P.

Analyse DBO5 DCO COD pH Cond. Ptotal Portho NH4+

Date mg O2/l mg C/l µS cm-1 mg P/l mg N/l

Avant traitement (entrée)

04.08.03 42 509 78 850 4,26 6870 323

08.08.03 58 320 108 000 3,89 6770 337

Après traitement (sortie)

25.07.03 1932 3128 662 7,56 9920 30,2 3,23 242

25.07.03 1977 3153 612 7,6 9920 31,1 2,16 243

04.08.03 136 868 224 7,44 7490 22,8 7,49 106

08.08.03 83 828 220 7,73 7590 21,7 2,99 107

11.08.03 665 1736 439 7,12 8550 27,9 3,98 172

19.08.03 82 1150 223 8,16 7550 13,5 7,03 114

01.09.03 46 744 280 7,57 7360 22,3 10,2 111

29.09.03 61 1200 176 7,34 8100 29,2 14,9 213

Tableau 2. Rendements mesurés et calculés sur l’installation des «Grands Plats-de-Bise».

*Les charges en entrée n’ont pas été mesurées dans ces cas, elles sont estimées à 50 400 mg O2/l de DBO5 (soit lamoyenne des deux mesures du tableau 1). Un équivalent-habitant = 60 g de DBO5, soit une charge d’entréecorrespondant à celle de 833 habitants.

Analyse Charge en entrée Charge en sortie Charge sortie en EH RendementDBO5 épuratoire estimé

Date EH à 60 g mg O2/l EH à 60 g %

25.07.03 833* 1932 32,2 96,2

25.07.03 833* 1977 33,0 96,1

04.08.03 700 135 2,3 99,7

08.08.03 966 83 1,4 99,8

11.08.03 833* 665 11,1 98,7

19.08.03 833* 82 1,4 99,8

01.09.03 833* 46 0,8 99,9

29.09.03 833* 61 1,0 99,9

Fig. 6. Vue détaillée; coupe selon C (voir fig. 1), détail du drain entourant le tuyau de distri-bution du petit-lait.

Support en bois

Drains en plastique diam. 80 -100 mm

Tuyau plastique diam. 19 mm Trous de diam. 2-3 mm

Raccords plastiques

6Les bases de dimensionnement recomman-dent une charge spécifique de 14 l/m2 et parjour.

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En 2003, la production de «Pra Cornet»a obtenu le label «L’Etivaz», avec lanote de 19,5/20, alors que celle des«Grands Plats-de-Bise» a été classée encatégorie «premier choix» avec unenote de 19/20. Ces deux excellents ré-sultats démontrent, s’il le fallait, l’ab-sence d’influence du dispositif sur laqualité des fromages ou, en tout cas,l’efficacité des mesures prises.

Coûts, bases de dimensionnement,plans de construction et durée de vieUne unité de 2 × 35 m2, pouvant traiter1000 litres de lactosérum par jour (ou800 équivalents-habitants), coûte entre8000 et 12 000 fr. Les coûts d’exploita-tion et d’entretien sont réduits. Calculésur une durée d’amortissement de cinqans, le prix de revient est de l’ordre de20-30 cts/kg de fromage produit.Après trois années de fonctionnement,aucune indication d’épuisement du com-post n’est pour le moment apparue, ce quilaisse augurer une durée de vie probabletrès acceptable (5-10 ans?). Le composten fin de vie, n’ayant reçu que du petit-lait, est propre et peut être épandu sansautre comme amendement des sols (in-tégré bien sûr à un bilan de fumure).Le SESA maintiendra un suivi analy-tique afin d’observer le comportementdu système après plusieurs années defonctionnement. Dans l’état actuel destravaux, le procédé ne permet pas l’oxy-dation de l’ammoniac en nitrates, maisdes études complémentaires vont sepoursuivre dans ce sens.Un rapport technique décrivant plus endétail les bases de dimensionnement etles principes de construction peut êtretéléchargé à l’adresse:http://www.dse.vd.ch/eaux/eaux/qualite/pdf/rapport_petits_laits.pdf

MENORET C., 2001. Traitement d’effluents con-centrés par cultures fixées sur gravier oupouzzolane. Thèse de Sciences de l’eau et del’environnement continental. Université deMontpellier II.

SÉGURET F., 1998. Etude de l’hydrodynamiquedes procédés de traitement d’eaux usées àbiomasse fixée, application aux lits bactérienset aux biofiltres. Thèse de Mécanique. Uni-versité de Bordeaux I.

SHOW K., TAY J., 1999. Influence of supportmedia on biomass growth and retention inanaerobic filters.

THOMAS N., 1996. Etude du fonctionnement de lastation d’épuration à lit bactérien du Pradel.Rapport de stage, ENIL de Besançon-Mami-rolle.

RemerciementsL’auteur tient à adresser ses plus sincèresremerciements aux personnes et institu-tions suivantes: MM. Philippe et Marc-Etienne Favre, propriétaires et exploitantsde la Compostière de «La Coulette» à Bel-mont-sur-Lausanne, M. et Mme OlivierRossier, MM. Marcel Aubert, Lionel Ber-ney et Jean-François Pittet, exploitants desalpages de «Pra Cornet» et des «GrandsPlats-de-Bise», les autorités des commu-nes de Château-d’Œx et du Chenit, M.Philippe Berthoud, directeur de l’Ecolede fromagerie de Moudon, le professeurJean-Michel Gobat, du Laboratoire d’éco-logie végétale de l’Université de Neuchâ-tel, le Service cantonal vaudois de l’agri-culture, le Laboratoire cantonal du cantonde Vaud, la Station fédérale AgroscopeALP Liebefeld-Posieux, EPFL SIE, Mme

Chantal Seignez et ses étudiants, M. PierreHenchoz, préfet du Pays-d’Enhaut, M.Paul Rochat-Malherbe, préfet de la Vallée,la Cave de «L’Etivaz» à L’Etivaz, ainsi queM. Jean-Michel Zellweger, du SESA,pour sa contribution à la rédaction.

Jean-Jacques FIAUX, Laboratoire du Service des eaux, solset assainissement du canton de Vaud,

chemin des Boveresses, CH-1066 Epalinges,

tél. +41 21 316 71 85, e-mail: jean-jacques.fiaux@sesa.vd.ch

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Conclusions

❏ Les rejets de petit-lait provenantde la production fromagère d’al-pages peuvent porter atteinte auxcours d’eau de montagne et auxréserves d’eaux souterraines queceux-ci alimentent. Ils sont diffi-ciles à traiter par des moyens clas-siques. La production moyenned’un alpage correspond à la pollu-tion produite par une communautéde plusieurs centaines d’habitants.

❏ Un procédé de traitement du lac-tosérum par cultures fixées sur litde compost associé à des versrouges a été développé pour ré-pondre au problème posé par cesrejets. Trois années d’expériencesur deux sites pilotes placés dansdes alpages en conditions réelles,ainsi que sur une batterie expéri-mentale en plaine, ont démontréla faisabilité, l’efficacité, la sim-plicité et l’économie du procédé.

❏ Les études ont permis d’optimiserla conception de l’installation etde son mode d’exploitation. Ledispositif réduit régulièrement lamatière organique biodégradabled’un facteur supérieur à 99,5%. Ilrépond ainsi parfaitement au ca-hier des charges exprimé. En débutde saison, il se réactive spontané-ment avec l’arrivée du petit-lait etreste opérationnel tel quel durantplusieurs années.

BibliographieLAPLANCHE J., 2004. Expérimentation d’un trai-

tement de lactosérum par biologie fixée. Pro-jet de Plan Pichu; travail effectué par le «Syn-dicat alpagiste de Savoie» en collaborationavec l’Agence de l’Eau Rhône MéditerranéeCorse, le Conseil général de Savoie et le Con-seil régional Rhône-Alpes.

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