Le compostage des ordures ménagères : une filière de traitement anti pollution ?

Et cependant, malgré ce tableau volontairement noirci, cette filière de traitement présente aujourd’hui un regain d’intérêt évident, si on en juge par le nombre d’appels d’offres portant sur la filière « compostage ».

Devant la difficulté croissante de trouver des sites de décharges aptes à recevoir des ordures brutes, et devant l’intérêt économique de l’incinération avec récupération de chaleur, remis en cause par un coût de l’énergie très bas, le compostage est une autre voie de traitement et de valorisation des déchets ménagers qui peut apporter toute satisfaction aux collectivités à condition d’en exploiter au mieux les principes de fonctionnement.

LES PRINCIPES GÉNÉRAUX DU COMPOSTAGE

Le compostage est un processus biologique qui concerne les matériaux organiques : il s’applique donc aussi bien aux déchets organiques d’origine ménagère (ordures, boues de station d’épuration) qu’aux autres déchets organiques, tels que les déchets d’espaces verts, déchets de bois, d’abattoirs, etc… Rappelons-en les principes de base.

Le compostage est « une décomposition aérobie, thermophile, de déchets organiques, par des populations mélangées de micro-organismes indigènes sous condition contrôlée, qui conduit à un résidu organique partiellement stabilisé qui se décompose lentement quand les conditions redeviennent favorables » (Parr et Wilson).

La dégradation biologique des matières compostées recouvre de nombreuses réactions mises en œuvre par des micro-organismes très divers : bactéries essentiellement, mais aussi levures, actinomycètes et champignons. Leurs actions combinées aboutissent à une réaction globale d’oxydation libératrice d’énergie, dissipée sous forme d’échauffement et utilisée pour la synthèse de biomasse.

Le processus est résumé de la façon suivante :  
matières organiques + micro-organismes + O₂ → CO₂ + H₂O + produits oxydés + chaleur.

Les effets du compostage sont donc de quatre ordres : diminution du volume de matières organiques (diminution de la fraction volatile) ; augmentation de la teneur en matières sèches ; hygiénisation par la chaleur ; obtention d’un résidu stabilisé riche en matières humifiables, sels minéraux et micro-organismes.

Les conditions requises pour le compostage

Un substrat destiné au compostage peut être perçu de deux manières, physiquement et chimiquement :

• - les caractéristiques physiques déterminent l’accessibilité des composés chimiques (eau, oxygène, carbone, azote, etc.) pour les micro-organismes ;
• - la composition chimique détermine le type et la quantité de nutriments disponibles pour les micro-organismes.

Deux paramètres physiques clés

© L’oxygène et l’aération

L’oxygène est indispensable pour que la réaction chimique se déroule en évitant la genèse de produits indésirables (nauséabonds, phytotoxiques…). L’air constitue la source privilégiée d’apport en oxygène ; il joue plusieurs rôles en permettant l’activité biologique, la déshydratation, le déplacement de la chaleur et du CO₂ (anhydride carbonique) formés au cours des réactions d’oxydation. L’aération du substrat est directement liée à sa porosité. C’est ce dernier facteur qui s’avère le plus important à contrôler pour un bon déroulement du compostage. La méthode d’aération distingue les différents procédés de compostage : l’aération sera naturelle ou forcée selon le cas.

© L’eau et l’humidité

L’eau présente dans le produit, dont la quantité est exprimée par l’humidité, est nécessaire pour permettre l’hydrolyse des composants avant toute absorption par les cellules. Une humidité réduite limite la prolifération des micro-organismes, et par conséquent la vitesse du processus, tandis qu’une valeur élevée gênera l’aération (anaérobiose avec absence de thermogenèses, dégradation lente, dégagement de mauvaises odeurs) : 50 à 60 % d’humidité constitue un optimum. L’humidité est, avec l’aération, le deuxième paramètre qu’il faut suivre de très près pour assurer un bon déroulement du processus de compostage. Il est donc nécessaire de mettre en œuvre des techniques qui permettent de le maîtriser. Dans le cas d’un compostage à l’extérieur, les conditions climatologiques peuvent influer sur le choix de la technique.

La composition chimique : le carbone et l’azote ; le rapport C/N

La décomposition de la matière organique conduit à une diminution considérable de la teneur en carbone (C), mais faible de celle en azote (N). Globalement, cette décomposition se traduit par une diminution du rapport C/N. Si la teneur en azote est faible, les micro-organismes doivent recycler l’azote à travers de nombreuses générations pour utiliser le carbone (lenteur du processus), ce qui arrive avec un C/N élevé (supérieur à 35). Lorsque le C/N diminue, en raison du dégagement de CO₂, il arrive que tout l’azote ne soit pas utilisé pour construire les cellules. L’excès est alors éliminé sous forme d’ammoniac (NH₃).

Il est important de préciser qu’il n’existe pas un rapport C/N optimal pour toutes les matières carbonées. Cela dépend de l’accessibilité du carbone qui est différente selon qu’il s’agit de sucre, de cellulose ou de lignine. Il faut noter que, contrairement aux idées qui avaient cours naguère, le rapport C/N n’est pas le facteur principal à maîtriser pour un bon compostage.

Deux indicateurs du suivi du compostage

* La température

Ce sont les variations de température, manifestation de l’activité microbienne, qui témoignent le mieux de l’évolution du compostage et qui sont le plus facilement contrôlables.

Schématiquement, le compostage aérobie comprend quatre phases de durée variable suivant la technique mise en œuvre :

• — phase de latence : elle correspond au temps nécessaire à la colonisation du milieu par les micro-organismes (+/- 1 jour) ;
• — phase mésophile : la température est portée progressivement à 45 °C, par suite de l’activité et de la croissance des microbes mésophiles aérobies et de la dégradation des matières organiques (oxydation biologique) ;
• — phase thermophile : au fur et à mesure que la température augmente, les thermophiles et les thermo-tolérants remplacent les mésophiles ; leur activité respiratoire porte la température à 60-70 °C ;
• — phase de refroidissement : à partir de 70-75 °C, seules les enzymes secrétées dans les phases précédentes concourent encore à la dégradation. Le processus n’est plus performant, les réactions se ralentissent, d’où une baisse de la température ; à ce stade une partie de la matière organique a été consommée.

Après la phase de refroidissement, la température se stabilise : c’est la maturation qui s’amorce. Sa durée est en partie liée à l’utilisation finale qui est faite du produit composté. C’est principalement au cours de cette phase que l’humification du produit s’opère. Elle se poursuivra après épandage également.

* Le pH

Théoriquement, le pH légèrement acide au départ, diminue pendant la phase mésophile qui libère des acides organiques (hydrolyse des glucides) puis remonte pendant la phase thermophile (utilisation des acides et production d’ammoniac). En fin de compostage le pH se stabilise à une valeur proche de la neutralité (entre pH 6 et pH 8).

Les résultats du compostage

Parmi les effets du compostage mentionnés plus haut, notons-en deux essentiels :

La destruction des micro-organismes pathogènes ou parasites

Les produits à composter peuvent contenir, en fonction de leur origine, différents micro-organismes qui peuvent présenter des risques sanitaires ou des gênes à l’utilisation du produit final.

Il s’agit notamment de :

• — microbes pathogènes et parasites de l’homme,
• — germes dangereux pour les animaux,
• — parasites dangereux pour les végétaux,
• — graines de plantes parasites.

Les risques de présence de ces germes et parasites sont d’autant plus élevés que les produits à traiter sont d’origine ménagère : ordures, boues de station d’épuration, matières de vidange.

L’hygiénisation du compost est assurée par les différentes phases successives du compostage. C’est l’association de cinq phénomènes qui assure la destruction des micro-organismes ; ce sont, par ordre d’efficacité décroissante :

• — l’action de température élevée,
• — la durée d’exposition,
• — la destruction des éléments nutritifs,
• — la sécrétion de substances antibiotiques par les actinomycètes et champignons, par exemple,
• — la modification des caractéristiques physiques et chimiques dans la masse en cours de compostage.

L’effet « hygiénisation » du compostage peut se résumer ainsi :

• — « si le compostage final est correctement effectué, en d’autres termes si une température de 70 °C pendant 30 mn ou de 65 °C pendant plusieurs heures est atteinte à travers toute la masse du produit, on obtient une hygiénisation suffisante du produit final » ;
• — « pour un usage en toute sécurité du compost, il est également important de se prémunir contre les recolonisations par les pathogènes ».

Sur le plan de l’exploitation, ces deux remarques entraînent des contraintes très précises conduisant à s’assurer :

• — que la technique de compostage retenue remplit les conditions de température requises pour la totalité du produit traité,
• — que le mode d’exploitation permette effectivement d’éviter une contamination du produit final hygiénisé par du produit frais non encore traité.

La stabilisation du substrat organique

Le compostage des matériaux organiques dans les conditions d’aération et d’humidité précisées plus haut aboutit à un produit stabilisé — appelé compost —, et cela en l’absence de nuisances pour l’environnement : absence d’odeurs, absence de pollution organique. La maîtrise de la dégradation des matériaux organiques et fermentescibles pour aboutir à un produit à valeur agronomique est un des atouts de cette filière.

La valeur du produit final tient à ses caractéristiques physico-chimiques : maturité, granulométrie, teneur en matières organiques et en matières humiques, teneurs en éléments fertilisants.

La conduite du compostage influe sur les caractéristiques du produit final, c’est la raison pour laquelle il est nécessaire de connaître le débouché du compost pour adapter la technique de fabrication aux caractéristiques requises pour le produit.

LE COMPOSTAGE APPLIQUE AUX ORDURES MENAGERES

Avant de construire une usine de compostage des déchets ménagers, il est impératif de connaître la réponse aux deux questions suivantes :

• — y a-t-il un débouché pour le compost que l’on va produire, et sous quelle forme ?
• — les ordures ménagères à traiter sont-elles compostables ?

Les débouchés et la commercialisation du compost

Ces aspects ont trop souvent été négligés et expliquent bon nombre de difficultés rencontrées par certaines usines de compostage dans la mévente de leur produit. Une implantation d’une telle usine devrait systématiquement être précédée d’une étude de marché qui doit définir :

• — les débouchés potentiels existant à proximité de l’usine,
• — les qualités du produit à fabriquer pour satisfaire les utilisateurs,
• — les modes de commercialisation à mettre en œuvre.

En effet, le débouché détermine l’opportunité d’une usine de compostage, selon le tonnage annuellement vendable, conditionne le choix de la technique de traitement par la qualité à fabriquer, et définit les moyens à mettre en œuvre pour commercialiser le produit.

Les ordures sont-elles compostables ?

La deuxième question à se poser est de connaître l’aptitude des ordures ménagères au compostage, compte tenu de leur composition, et d’apprécier l’importance de la fraction « compostable ». Une première approche de cette connaissance réside au minimum dans l’examen détaillé des circuits et fréquence de collecte, des habitudes locales (caractère saisonnier, …)

camping...). D’autre part, certaines fractions des ordures peuvent présenter différentes possibilités de valorisation. C'est le cas des papiers et cartons qui peuvent être considérés comme matières organiques fermentescibles ou comme combustibles.

Quelle technique choisir ?

La fraction organique et fermentescible contenue dans les ordures peut, en l'absence de contrôle de sa dégradation, être source de nuisances importantes pour l'environnement : dégagement de méthane et gaz sulfuré, émission de dérivés nauséabonds, production de jus fortement chargés en polluants, prolifération de rongeurs et insectes. La définition du compostage donnée par R. T. Haug — « le compostage constitue un des procédés de valorisation de la biomasse par voie humide : c'est la décomposition aérobie et la stabilisation de substrats organiques dans des conditions thermiques résultant d'une chaleur produite par les réactions biologiques. Il en résulte un matériau stable pour le stockage et pour l'application au sol sans effets néfastes pour l'environnement » — appliquée aux ordures ménagères définit en quelque sorte les objectifs que doit atteindre cette filière :

• - traiter les ordures ménagères à éliminer :
  • — en séparant les matières organiques fermentescibles (papiers, cartons, matières végétales et animales) et les matériaux inertes (textiles, plastiques, verre, métaux),
  • — en stabilisant les matières organiques fermentescibles grâce au compostage ; le produit obtenu est appelé compost ;
• - valoriser et commercialiser le compost en agriculture ;
• - éliminer ou valoriser les matériaux inertes ou refus de compostage ;
• - faciliter l'élimination des produits non valorisables en limitant les problèmes de pollution dus à la fraction organique contenue dans les ordures ménagères.

On devra donc juger l’efficacité globale d'une installation de compostage non pas sur le rendement final en compost mais sur le taux de récupération de la fraction organique des ordures brutes dans le produit final et sur la qualité des produits issus du traitement, le compost et les refus.

La matière première à composter que sont les ordures brutes présente des caractéristiques très spécifiques qui entraînent des contraintes particulières dans l'exploitation et la mise en œuvre du procédé. Ces caractéristiques spécifiques sont les suivantes :

• — une très grande hétérogénéité de composition,
• — la présence simultanée de produits fermentescibles à composter et de produits non fermentescibles à éliminer,
• — une granulométrie initiale grossière inadaptée au démarrage du compostage dans de bonnes conditions,
• — une humidité initiale insuffisante.

Sur le plan technique, l'opération la plus difficile à réaliser est la séparation entre la matière organique compostable et les éléments inertes ou indésirables. Cette séparation peut s'appuyer sur deux principes :

• — une différence des caractéristiques physiques des éléments entre eux (dimension, densité...),
• — une différence de sensibilité de ces éléments aux phénomènes biologiques : éléments compostables biodégradables (ou fermentescibles) et éléments inertes très peu sensibles par définition.

Les systèmes de tri mettant en œuvre des traitements mécaniques tels que le broyage, la dilacération, le tri dimensionnel (criblage) et le tri balistique ne permettent pas de faire une séparation optimale entre la fraction organique et les autres éléments. Seule la phase de compostage, par son processus de fonctionnement, effectue une action sélective entre les éléments fermentescibles et les autres éléments inertes. C'est donc avant tout son efficacité qui déterminera l'efficacité de la séparation entre ces deux fractions.

Concrètement, la première opération à effectuer en usine consiste à ouvrir les sacs fermés et fractionner les éléments organiques les plus gros tout en réduisant le moins possible la granulométrie des éléments inertes ou indésirables. De ce point de vue, un broyage fin en tête est à éviter. Un schéma résume les principales étapes de traitement à mettre en œuvre.

Compostage lent ou accéléré ?

Le choix dépend en partie du débouché. Il faut souligner que les procédés de fermentation accélérée permettent d'excellentes conditions pour le départ en fermentation aérobie thermophile du compost, et donc de mieux assurer son hygiénisation, mais ils nécessitent une maturation ultérieure pour la plupart des utilisations agricoles du compost. Ces procédés sont donc surtout intéressants pour les usines qui ont à traiter des tonnages importants d'ordures ménagères ou qui ont pour débouché certaines cultures exigeant du compost frais (culture du champignon). Pour un débouché nécessitant la production d'un compost mûr, ce sera plus l'efficacité du brassage et de la trituration que la réduction du temps de fermentation qui sera l'élément déterminant du choix du procédé.

Il convient de noter qu'on ne peut tirer argument de la présence d'un dispositif de fermentation accélérée pour réduire la surface de l'ensemble des aires de fermentation et de stockage. En compostage lent, l'utilisation d'un retourneur d'andains à la place d'un chargeur ordinaire pendant cette étape permet d'accélérer le phénomène de fermentation en aérant, humidi-

fiant et fractionnant les ordures ménagères prétraitées.

QUALITÉ DES PRODUITS ISSUS DU TRAITEMENT

On ne peut maintenant parler de compostage d’ordures sans évoquer bien évidemment la qualité du compost fabriqué, mais aussi celle des refus de compostage issus du traitement.

La qualité du compost

Sous la même dénomination de « compost urbain », on trouve des produits de qualité totalement différente ; cela va d’un produit contenant deux fois plus d’impuretés que de matière organique à un produit composé aux trois quarts de matière organique.

Il est bien évident que le problème de l’écoulement du produit ne se posera pas dans les mêmes termes selon que l'on a affaire au premier ou au second compost.

On a coutume de comparer la valeur d’un compost de qualité moyenne à celle d’un fumier de ferme. Un compost de très bonne qualité aura donc une valeur supérieure au fumier, d’autant plus qu’il est en général plus facile à manipuler.

Pour distinguer les composts de qualité des autres, l'ANRED a mis en place avec l'AFNOR des certificats de qualification qui, par l’attribution d’une marque « NF Compost urbain » au produit certifié, garantissent à l'utilisateur une qualité précise. La demande de la marque « NF Compost urbain » constitue une démarche volontaire de la part du producteur et apporte un plus par rapport à la norme AFNOR U 44 051 sur les amendements organiques (voir tableau).

Tableau comparatif : application de la norme U 44.051/NF. Compost urbain.

Les refus de compostage

La composition des refus de compostage est également un critère d’efficacité de la chaîne de compostage : ceux-ci doivent en effet être très pauvres en matières organiques fermentescibles mais composés principalement de plastiques et éléments lourds inertes.

Une telle « qualité » présente deux avantages :

• — le produit est quasiment inerte pour la mise en décharge ;
• — le produit de base trié est potentiellement transformable en produits manufacturés (piquets de vigne...).

Si le compostage, comme les autres filières de traitement d’ailleurs, ne dispense pas de disposer d’une décharge, il en double pratiquement la durée de vie et en réduit d'une manière considérable les risques de nuisances à long terme par la suppression des produits fermentescibles déposés.

CONCLUSION

La figure 2 résume clairement les principales différences de résultats qui peuvent exister entre deux filières distinctes de traitement.

La filière « A » correspond à :

• — un traitement faisant intervenir le criblage après une phase de fermentation-trituration sans broyage préalable ;
• — la filière « B » correspond à la production d'un compost par criblage immédiatement après broyage.

En « A », on récupère dans le compost 80 % des matières fermentescibles contenues dans les ordures, contre seulement 26 % en « B » ; la deuxième constatation, qui découle directement de la précédente, concerne la composition des refus : les refus en « A » contiennent 20 % de matières fermentescibles, contre près de 50 % en « B », soit une composition de ces derniers refus identique sur ce point aux ordures ménagères.

On peut donc dire que, dans le cas « B », les objectifs du compostage sont loin d’être atteints, ce qui peut expliquer bien des problèmes rencontrés par certaines usines de compostage.

Cet exemple illustre parfaitement l’opposition fondamentale de démarche entre le simple fait de « traiter » les ordures sans se soucier de la qualité des produits et celui de « traiter et valoriser » en ayant pour objectifs la production d’un compost de qualité et la suppression des nuisances dues aux déchets.