Co-compostage : Etude du procédé et de ses impacts environnementaux

Contexte

Pour autant qu'ils soient issus de processus d'élaboration ou de tri clairement tracés, une part des déchets organiques, d'origine industrielle et/ou urbaine, peut être considérée comme non dangereuse. Ceci autorise à envisager des formes de valorisation telles que le compostage ou la biométhanisation. Les matières organiques ne sont cependant pas toutes compostables dans leur état originel. On va dès lors tenter de les associer afin de stimuler leur co-compostage : le co-compostage consiste à réunir des matières organiques d'origine diverse au sein desquelles l'équilibre initial des constituants n'est pas optimum et à les associer en proportions adaptées de manière à réaliser une biofermentation optimale. Si le procédé est de mieux en mieux cerné, certaines questions persistent. C’est notamment le cas en ce qui concerne les règles d’association des matières en vue d’optimiser le processus tout en assurant son innocuité environnementale (émission de gaz à effet de serre (GES) ou acidifiant, effet auto-épurateur vis-à-vis des micropolluants organiques, impacts sur la biodisponibilité des éléments traces métalliques(ETM)), sanitaire (effet auto-épurateur vis-à-vis des pathogènes) et enfin, son intérêt agronomique (valeur fertilisante et amendante). Ce dernier point étant évidemment l’objectif principal de ce type de valorisation.

Objectifs

L’objectif de ce projet est de développer des outils de suivi et d’optimisation du processus de compostage couplé à une évaluation de ses impacts environnementaux.Les approches réalisées visent à :* définir, sur base de la composition des matières premières (teneurs et formes du C, de l’N, …), les associations à promouvoir en vue d’optimiser le processus de co-compostage. Les potentialités de la Spectrométrie dans le Proche Infra-Rouge (SPIR), en vue de suivre le process et de caractériser le produit final (composition, valeur fertilisante, maturité, …), sont explorées; * déterminer (1) les flux de gaz à effet de serre émanant des matières en compostage, (2) l’effet auto-épurateur du co-compostage vis-à-vis des micropolluants organiques (MPO) et des micro-organismes pathogènes ainsi que (3) l’influence du traitement sur la biodisponibilité des éléments traces métalliques (ETM). A terme, le but est de mettre au point un code « de bonnes pratiques de co-compostage » permettant d’optimiser le rapport qualité du produit/pression environnementale du procédé.

Résultats obtenus

Le développement de la méthode de caractérisation des composts par SPIR permet actuellement de doser plusieurs paramètres tels que la matière sèche, l’azote organique, le carbone total et le taux de matière organique. La principale difficulté rencontrée est le manque d’homogénéité des échantillons frais. La technique permet donc de mesurer en 72h (temps de séchage inclus) des paramètres essentiels pour la caractérisation des produits. Les essais concernant la valeur agronomique des composts mettent en évidence la difficulté de déterminer avec précision la quantité d’azote organique minéralisé suite à l’application des composts. Le processus est en effet fortement tributaire des conditions pédo-climatiques. En moyenne, on peut estimer que 20% de l’azote total du produit est rendu disponible pour la plante l’année d’application. Au niveau de l’impact environnemental du processus de compostage, différents points peuvent être mis en avant. (1) En ce qui concerne l’émission de GES, les résultats obtenus concernent le bilan matière réalisé lors du co-compostage de matières organiques diverses. Ce bilan met en évidence une diminution de l’ordre de 50% de la masse de matière initiale. Dans le cadre de cet essai réalisé sur une dalle de béton, sous abri, les pertes encourues se présentent uniquement sous forme gazeuse. Il s’agit pour 75%, de vapeur d’eau. Le reste est constitué de 15% de gaz carbonés dont principalement du dioxyde de carbone et du méthane. Le solde se compose de différents composés dont l’azote à raison de 1 %. Les résultats d’autres essais sont actuellement analysés. (2) Pour ce qui est des ETM, exception faite du Cadmium, on observe en cours de co-compostage, une re-concentration des éléments suite aux pertes de masses notamment carbonées. Cependant différents groupes d’éléments peuvent être identifiés. Ainsi, en moyenne, les teneurs sont presque doublées, pour l’Arsenic et, d’une manière beaucoup plus variable, pour le Cobalt. Elles augmentent, en moyenne, de 70 % pour le Chrome et le Mercure, de plus de 30 % pour le Cuivre, le Nickel et le Plomb et de près de 20 % pour le Zinc. A nouveau, ces moyennes cachent de larges variations entre les 4 andains suivis. D’une manière générale, on observe un accroisement des teneurs jusqu’à cette période de 50-60 jours avant d’observer une certaine stabilisation. Qu’en est-il de l’impact du co-compostage sur l’évolution des fractions en ETM échangeables susceptibles d’être mobilisées par les cultures qui recevront cet amendement. A nouveau, différents groupes d’ETM peuvent être distingués sur base de leur fraction échangeable dans les mélanges initiaux. Cette fraction est, en moyenne :* inférieure à 5 % [1,5 à 4,3 %] pour le Cr ;* inférieure à 20 % pour l’As [7 à 26 %] ; le Co [9 – 36 %], le Cu [14 à 26 %], le Hg [0 à 36 %] et le Ni [7 à 30 %] ;* inférieure à 50 % pour les 3 autres éléments que sont le Cd [22 à 70 %], le Pb [36 à 64 %] et le Zn [33 à 58 %].Le processus de co-compostage ne va pas modifier fondamentalement ce classement. Il entraine cependant :* une augmentation des teneurs en Cd et en Zn échangeables ;* une réduction des teneurs en Co, Cr et Ni échangeables, ces éléments pouvant être immobilisés au sein de molécules d’humus plus ou moins complexes et stabilisées ;* un statut quo avec une tendance à la baisse ou à la hausse pour l’As, le Cu, le Hg et le Pb.Vu ce phénomène de reconcentration des ETM durant le co-compostage et vu les faibles évolutions des fractions échangeables il y aura lieu d’être particulièrement attentif à la qualité des matières entrantes, sur les dalles de co-compostage, de ce point de vue. (3) L’effet auto-épurateur du co-compostage vis-à-vis des micropolluants organiques a été évalué au sein de deux andains qui présentaient des teneurs totales initiales de, respectivement, près de 2,5 et 5 mg/kg de MS. Afin de prendre en compte la diversité des molécules rencontrées dans cette famille, les groupes suivants ont été analysés : le Fluoranthène (pour sa faible biodégradabilité), les 6 de Borneff et les HAP totaux. Les 6 de Borneff regroupent des HAP utilisés dans des compilations d’inventaires d’émission et se composent des molécules suivantes : Benzo(a)pyrène, Benzo(b)fluoranthène, Benzo(ghi)pérylène, Benzo(k)fluoranthène, Fluoranthène et Indéno(1,2,3-cd)pyrène.Sur base de ces résultats nous pouvons souligner l’effet auto-épurateur du co-compostage. Ainsi les bilans de masse soulignent une dégradation de 19,3, 42,1 et 35,9 % des quantités initialement présentes, respectivement, pour les six de Borneff, le Fluoranthène et les HAP totaux, dans le premier essai. Dans le 2^ème essai ces réductions ont été plus marquées encore avec des dégradations de, respectivement, 39,0, 66,2 et 45,1% des quantités initialement présentes. (4) L’effet auto-épurateur du co-compostage vis-à-vis des micro-organismes pathogènes a également été suivi dans deux mélanges. Les familles de micro-organismes considérées furent au nombre de 5 : les coliformes totaux, les entérocoques, Escherichia coli, les spores de clostridium sulfito-réducteurs et les salmonelles. La réduction des populations présentes est plus ou moins nette pour tous les micro-organismes étudiés. L’effet auto-épurateur du co-compostage est particulièrement bien marqué pour E. coli et pour les spores de Clostridium sulfito-réducteurs.Cette réduction est due principalement aux stress environnementaux (élévation importante de la température durant des périodes relativement longues, manque d’humidité, variation de pH) et à la concurrence qui s’exerce entre les différents groupes de micro-organismes. La toxicité de certains composés formés durant la décomposition des matériaux organiques joue également un rôle.Si l’effet épurateur du procédé de co-compostage est relativement important, une contamination subsiste néanmoins en fin de process.Soulignons cependant que le travail d’épuration se poursuit après épandage, par la concurrence imposée par les micro-organismes du sol parfaitement adaptés à ce milieu de vie.

Contribution

La Section Systèmes agricoles assure le développement des méthodes de mesure des flux de gaz à effet de serre ainsi que la mise en place et le suivi des essais.

Partenaires

DGARNE : Financement

s.c.r.l. AGRICOMPOST : Financement et mise à disposition du personnel, des installations, du matériel et des matières organiques nécessaires à la mise en place des différents essais.