LE TRAITEMENT BIOLOGIQUE DES DECHETS ORGANIQUES

LES PRINCIPES DU TRAITEMENT BIOLOGIQUE     PARTIE V

1    La dégradation de la matière organique

La matière organique présente un caractère spécifique qu'est la biodégradabilité. La dégradation peut se dérouler en présence (aérobie) ou en absence (anaérobie) d'air. En fonction de la voie, les micro-organismes responsables de la dégradation sont différents et de nombreux paramètres varient.

La mise à disposition d'air par retournement de la matière ou par insufflation d'air induit une réaction de fermentation aérobie : c'est le principe du compostage. Dans ce cas, la flore bactérienne est spécifique et la dégradation se divise en deux phases principales :

  • la dégradation dominante : les bactéries dégradent les composés facilement biodégradables tels que les glucides, lipides et protides. L'activité biologique engendre une montée de température jusque 70°C.
  • la maturation dominante : l'activité est réduite. Les champignons et les actinomycètes attaquent des polymères tels que la cellulose et la lignine. Ensuite, il y a durant la phase d'humification une compétition et une inhibition des organismes due à la réduction de matière à digérer.

Le produit issu de cette dégradation est un composé solide et stable proche des humus naturels que l'on appelle le compost. Les émanations gazeuses sont moindres et le produit solide n'a pas la même valeur agronomique que lors d'une dégradation anaérobie. Enfin, la réduction de volume et de poids est de 50 %.

Sans apport d'air, artificiel ou non, la fermentation est anaérobie. Elle est le résultat d'une forte activité microbienne qui a pour effet une réduction considérable de la charge de matière organique allant jusque 70 % et est à l'origine de l'émission de biogaz : c'est le principe de la méthanisation. Quel que soit le lieu, les étapes de fermentation anaérobie dont résulte le biogaz sont au nombre de quatre :

  • l'hydrolyse : le déchet solide est liquéfié, les macromolécules organiques sont décomposées en éléments plus simples.
  • l'acidogénèse : les bactéries transforment les molécules simples en acides et alcools de faible poids moléculaire.
  • l'acétogénèse : les produits non transformés lors de l'étape précédente subissent une transformation avant de pouvoir produire du méthane.
  • la méthanogénèse : les bactéries méthanogènes réduisent les composés en méthane.

Cette réaction naturelle peut être mise en évidence en remuant le fond d'un marais duquel s'échapperont des bulles de gaz. Le biogaz est un gaz combustible, mélange de méthane (CH4) et de gaz carbonique (CO2) de composition variable. Ce phénomène peut être optimisé en envoyant la fraction fermentescible dans un milieu confiné, le digesteur, afin d'accélérer la vitesse de dégradation.Ce qui peut se traduire par exemple par la rédaction d'un plan d'épandage. Une autre solution est de faire appel à un prestataire privé qui prend en charge l'élimination des déchets produits.

2    Le procédé de compostage

2.1    Le principe

Le procédé de compostage peut être défini comme le changement d'état de la matière organique en un produit stable, hygiénisé et riche en humus. La décomposition est aérobie.

Le compost est le résultat d'une activité microbiologique complexe. La technique doit permettre un développement des micro-organismes suffisant pour digérer le substrat. Cette vie bactérienne est conditionnée par la quantité d'oxygène, l'humidité, la température et les caractères physico-chimiques des matériaux à composter.

Le principe de compostage de déchets organiques se divise en 2 phases principales schématisées de la façon suivante :

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La phase de fermentation se caractérise par la dégradation aérobie de la matière organique fraîche par les micro-organismes, ce qui donne lieu à une élévation de température pouvant atteindre aisément 70°C. Cette montée en température permet l'hygiénisation du compost. Afin d'assurer cette étape, un maintien minimal de la température à 60°C pendant 4 jours est préconisé afin d'éliminer les germes pathogènes contenus dans le flux de matière organique. L'activité bactérienne et l'élévation de température qui s'en suit entraînent une consommation importante d'oxygène et d'eau. Il faut donc, pour satisfaire les besoins microbiens, effectuer un arrosage et une aération de la matière à traiter.

La phase de maturation est quant à elle une phase d'évolution plus lente du compost ne nécessitant ni arrosage, ni aération. Elle se traduit par la synthèse de l'humus et donnera un produit stable : le compost.

2.2    Le produit fini

Pour la plupart des procédés de traitement présentés ci-après, la qualité du compost produit dépend de la qualité du flux entrant dans l'unité. Cependant, des collectivités choisissent de travailler sur ordures ménagères résiduelles. En effet, certains constructeurs proposent des procédés qui permettent d'extraire du flux de déchets entrant la fraction fermentescible. La condition primordiale est de mettre en place en amont du procédé de traitement une filière de collecte des déchets toxiques. Lorsque la volonté est de produire un compost de qualité, il peut être envisagé d'installer une collecte sélective des déchets organiques des ménages parallèlement à une collecte sélective des déchets d'emballages ménagers.

L'apport de compost permet de corriger le déficit des sols en matière organique. Ce problème se rencontre sur beaucoup de terres agricoles ne réapprovisionnant pas leurs stocks et où seuls des engrais chimiques nécessaires au développement de la plante sont apportés. Un déficit en matière organique peut avoir plusieurs types de répercussions telles qu'une dégradation des propriétés physiques et / ou chimiques du sol.

L'apport de matière organique permet de nourrir le sol avant de nourrir la plante. Maintenir une bonne structure du sol est une priorité et la matière organique y tient un rôle essentiel. L'apport de compost à un sol a plusieurs conséquences :

physiques :    

  • la couleur foncée de l'humus modifie le comportement thermique du sol et le rend plus absorbant à la lumière, ce qui conditionne la croissance végétale ;
  • la stabilité structurale et une meilleure porosité facilitent la croissance des racines ainsi que le développement de la vie biologique ;
  • la meilleure rétention en eau du sol permet de limiter l'érosion due au ruissellement ;

chimiques :    

  • une meilleure régulation des stocks en éléments nutritifs pour la plante ;
  • un pouvoir tampon élevé ;

biologiques :    

  • une source de nourriture pour la faune et la flore du sol ;
  • la nutrition " organique " des plantes.


L'ensemble de ces points implique de façon indirecte une hausse du rendement d'un sol.

3    Le procédé de méthanisation

3.1    Le principe

La méthanisation est un procédé de dégradation de la matière organique par les micro-organismes en milieu anaérobie. Le procédé se divise de façon très simplifiée en deux étapes principales :

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La digestion anaérobie de la matière organique par les micro-organismes s'inspire du processus naturel. Elle est réalisée en milieux confinés que sont les digesteurs afin d'optimiser les réactions. La digestion donne lieu à une production de biogaz ainsi qu'à un digestat (phase solide). Ce sont la siccité du flux à traiter et la température dans le digesteur qui conditionnent le bon déroulement des réactions.

Le traitement et la maturation du digestat préalablement déshydraté a pour objectif de stabiliser et hygiéniser le produit en vue de son écoulement, que ce soit vers le monde agricole ou autre. La dégradation est ici finalisée et, parallèlement, cette phase permet l'oxydation de l'ammoniac.

Un traitement du biogaz implique des installations plus ou moins importantes selon le débouché réservé au biogaz. Le degré d'épuration exigé est en effet fonction de l'utilisation qui en sera faite. Désulfuration, déshydratation, élimination des éléments traces métalliques sont les différentes étapes d'épuration.

Brûler le biogaz en chaudière pour produire de la vapeur nécessite une épuration moins poussée que pour la filière du biogaz carburant. Les brûleurs de chaudières sont moins exigeants qu'un moteur de véhicule.

3.2    Le produit fini

Le procédé de méthanisation donne lieu à trois fractions distinctes :

  • 30 à 60 % de la masse initiale du déchet est transformé en compost ;
  • 11 à 15 % de la masse initiale du déchets est transformé en biogaz ;
  • 20 à 40 % de la masse initiale du déchet se compose d'eaux excédentaires.

Une fois encore, la qualité de ces flux ainsi que la quantité de biogaz produite sont fonction de la qualité des déchets entrants dans le digesteur et conditionnent, plus que le process utilisé, l'aval de la filière. La qualité du biogaz est principalement déterminée par sa teneur en méthane. Ainsi, l'insertion de biogaz dans le réseau de gaz de ville, son utilisation comme carburant ou sa combustion pour l'alimentation d'un moteur électrique exigent des qualités de biogaz différentes. Les étapes d'épuration du gaz permettent d'obtenir des teneurs plus élevées en méthane.

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