Mesurer la maturité d'un compost

Le compostage a été relancé en France par la circulaire du 28 avril 1998, qui précisait la politique du ministère en matière de gestion des déchets. La qualité des composts est actuellement estimée d’après son origine, par les utilisateurs. On constate beaucoup d’imprécisions sur l'appréciation de la valeur agronomique du compost. La norme actuelle NF U 44-051 est imprécise sur ce point. La qualité d’un compost est liée à trois critères :

• - la valeur agronomique ;
• - l'innocuité ;
• - la régularité des caractéristiques.

La valeur agronomique d’un compost est appréciée par deux effets agronomiques :

• - sa valeur d'engrais (ou valeur fertilisante) par apport de minéraux disponibles en quelques semaines pour la plante ;
• - sa valeur d’amendement humique ; modification à moyen terme de la fertilité du sol.

Maturité : un compost bien mûr sera transformé en bon amendement de type “humus” et n’aura pas d’effet phytotoxique. Un lot de compost qui n’aurait pas assez mûri, aurait sa valeur agronomique et son innocuité amoindries.

Objectif et principe de l'expérimentation

Objectifs

L’objet de ces travaux menés par l’auteur en collaboration avec les Stés Bioressources Technologies et Océne ID’O, au laboratoire de l’EME à Rennes puis sur plusieurs sites, concerne la mesure de la maturité d'un compost. Notre expérimentation visait établir un test de maturité utilisable sur une plateforme de compostage à l'aide d'un matériel sommaire.

Principe expérimental

Nous avons procédé en deux phases :

• - Phase I (préliminaire) : elle consistait en une série de comparaisons en laboratoire de plusieurs tests inégalement corrélés avec la maturité d’un compost ; l'objectif étant de retenir les critères les mieux corrélés entre

Mots clefs : Compost, maturité, valeur agronomique, respirométrie. Rendue obligatoire par arrêté du 15 sept 2003.

Phase II (confirmation) : la confirmation sur le terrain des critères retenus comme les plus efficaces fut réalisée sur différentes unités de compostage de Bretagne.

Phase préliminaire (2001-2002)

Il s'agissait de sélectionner les critères d'appréciation de la maturité les plus pertinents parmi ceux issus de la bibliographie spécialisée.

Nous avons comparé la corrélation de sept critères simples à mesurer, avec l'âge d'un compost d'ordures ménagères :

1. 1 – appréciation organoleptique
2. 2 – pH
3. 3 – CEC
4. 4 – analyse du lixiviat
5. 5 – indice gazeux « SOLVITA »
6. 6 – test respirométrique 15 jours
7. 7 – test cresson

Une sélection des critères les mieux corrélés avec l'âge du compost en a découlé.

Phase de confirmation (2003)

Les critères les plus pertinents ont été ensuite vérifiés sur plusieurs types de composts : déchets verts, fumiers agricoles, ordures ménagères. Une analyse des données a ensuite permis d'aboutir à une notation synthétique de la qualité du compost.

Phase I : essais préliminaires en laboratoire

Critère 1 : Test organoleptique

Les exploitants de plateformes de compostage déclarent couramment savoir reconnaître visuellement un compost bien mûr. Nous avons mis au point et testé un protocole objectif d'appréciation visuelle.

Protocole

L'échantillonnage a été réalisé par prélèvement de lots de 20 kg de compost d'ordures ménagères brutes (+ algues environ 20 %) de la plate-forme de Launay-Lantic (22) :

• – andain en fermentation, moins d'un mois (frais) ;
• – andain mûr, 4 mois (âgé) ;
• – andain intermédiaire, 70 jours (jeune).

Les échantillons ont été réduits par quartage, pour observation visuelle de leurs composants.

Résultats

Ce test organoleptique simple est améliorable, par exemple en supprimant les critères « Humidité » et « Indésirables observables », qui sont parfois contradictoires. Il permet toutefois à un opérateur brièvement formé de reconnaître un compost mûr sur sa plate-forme de compostage.

Critère 2 : pH et C/N

Le C/N est censé baisser au cours de la maturation du compost.

Concernant le pH, l'acidification du produit au cours d'un bon compostage est normale ; une fermentation mal conduite (anaérobie) libérant quant à elle des bases (ammoniaque). Le pH a donc été également suivi sur notre compost test (O.M.).

Protocole

Les échantillons sont issus, par quartage, du prélèvement décrit ci-avant.

Le carbone a été analysé en laboratoire COFRAC, par la méthode Anne, et l'azote total selon la norme XP U 44-165. Le pH est mesuré sur l'eau issue d'une lixiviation 1 h, selon la norme NF X 31-100, utilisée pour les sols ou les déchets solides. Le pH a été mesuré au pH-mètre, après agitation deux heures dans 100 ml.

Résultats

Peu fiable et peu sensible, le critère « pH » ne sera donc pas retenu pour un test de maturité.

maturité sur le terrain. Le C/N reflète bien l'évolution théorique attendue, pour un compost de composition régulière, mais il est trop sujet à la composition des intrants pour comparer la maturité d’un lot à l'autre.

Critère 3 : la CEC

Durant son évolution, un déchet composté devrait théoriquement s'approcher des caractéristiques de l'humus du sol. Parmi les qualités agronomiques que l’humus confère à un sol, on retient la forte capacité d’échange cationique qui, selon la bibliographie, peut dépasser 300 mEq/100 g de MVS d'humus.

Protocole

La CEC a été mesurée selon la NF X 31-130 (laboratoire SGS), sur les trois échantillons préparés.

Résultats

On s'étonne de la valeur constante des trois échantillons, alors que l’humification qui s’opère en théorie durant le compostage devrait faire baisser d’environ 40 % le taux de MVS.

Les mesures de MVS sont la moyenne de deux prises d'essais par échantillon. Mais il aurait été utile de préciser le taux de MVS biodégradable, en déduisant les matières plastiques incluses dans la mesure effectuée ici par calcination à 550 °C.

Peu sensible, le critère « C.E.C. » ne sera donc pas retenu pour un test de maturité sur le terrain.

Critère 4 : azote minéral

La proportion de composés ammoniacaux devrait baisser au cours d'un compostage, s'il est suffisamment aérobie, au profit des formes oxydées de l'azote.

Protocole

Le test mis en œuvre est une mesure de deux formes d’azote dans le lixiviat de compost. Les mesures furent prises sur une suspension de 20 g de compost broyé à 20 mm, agitée 1 h dans 200 ml d'eau distillée (selon NF X 31-100), puis filtrée ; trois répétitions par mesure.

Les NO₃⁻ et NH₄⁺ furent mesurés au réflectomètre Rqflex Merck.

Résultats

Le rapport nitrates/ammonium, conformément à la théorie, augmente au cours du compostage.

Les résultats de nos travaux nous ont permis d'établir que le seuil de maturité pour le ratio (N-NO₃⁻/N-NH₄⁺) se trouvait au-dessus de 4.

Critère 5 : indice gazeux SOLVITA®

Vendu aux USA comme un test rapide de terrain (4 heures), ce test sur bandelettes réactives aux émanations ammoniacales et carboniques est un double test respirométrique.

Il caractérise à la fois le niveau d’activité respiratoire de l’échantillon (qui baisse d'un facteur cinq après maturation) et la teneur en azote ammoniacal, qui caractérise un produit frais, peu oxydé. Nous avons voulu le comparer aux deux tests Azote lessivable et Respirométrie.

Protocole

On utilise le kit commercial Solvita, en suivant le mode opératoire prescrit par le fabri-

Les échantillons sont réduits par quartage, pour introduction dans les flacons (plastique) de 250 ml, à moitié (soit approx. 60 g). L'humidité du compost est ajustée à la limite de la capacité de rétention sous forte pression de la main.

Une période “d’équilibrage” de deux jours doit être respectée avant mesure : maintien 2 jours des échantillons de compost à l’air libre et température ambiante dans le laboratoire. Des languettes sensibles à NH3 et à CO2 sont ensuite introduites dans chaque flacon, fermé, étanche. La lecture se fait visuellement (appréciation du virage coloré) après 4 heures.

Résultats

Les mesures (moyennes de deux répétitions) semblent indiquer une reprise de respiration pour l’échantillon mûr. Peut-être l'insuffisance de repos d’équilibrage a-t-il nui au test ? Par ailleurs, l’extrême petitesse des prises d’essai (40 g) rend le test Solvita sensible à l'hétérogénéité du compost.

Le test Solvita présente l'intérêt de mesurer à la fois la stabilité du compost (respirométrie assez bien corrélée à l’âge) et sa teneur en ammoniac, liée à une mauvaise aération en cours de maturation. Ici on voit que le résultat contradictoire n’est pas dû à l’ammoniac mais à une respiration nettement plus forte dans l’échantillon âgé. Ceci peut s’expliquer par la grande sensibilité de ce test au mode d’échantillonnage.

Critère 6 : Indice C.B.M

La composition biochimique : Depuis 1988, la littérature scientifique montre la mauvaise corrélation entre le C/N et la propension à se transformer en “matières humiques”. Par contre, le potentiel humique serait bien corrélé avec la composition biochimique de la matière organique (indice “CBM”) du déchet à composter. L'objet de l'analyse CBM pourrait donc aussi être de mesurer le degré d'humification du compost, c’est-à-dire de bonne maturité. Nous l'avons testé sur deux lots de compost (frais et supposé mûr).

Protocole

Deux prélèvements humides de 500 g environ ont été transmis au laboratoire Sadef à Aspach (68) pour analyse biochimique. Lot 1 = “frais” ; lot 2 = “mûr”. Les caractéristiques brutes des deux lots sont :

Résultats et interprétation

On constate que l’analyse C.B.M ne différencie pas les deux lots. Ils se situent tous deux, avec 40 % de solubles + hémicelluloses, à un degré intermédiaire entre un fumier type (c’est-à-dire de maturation inachevée) et un compost.

Critère 7 : respirométrie

Les auteurs s'accordent à considérer que la consommation d’oxygène se stabilise au-dessous de 40 mg O2/kg MS compost par heure. Le test respirométrique a donc été mis en œuvre sur différentes durées, afin de connaître la durée optimale de mesure.

Protocole

Dans un flacon étanche de deux litres, à température constante de 35 °C, environ 200 g de MS compost à 50 % d’humidité est enfermé en présence d'une coupelle contenant 30 ml de soude (2 N) et de chlorure de baryum en excès. La soude piège stœchiométriquement le CO2 émis :

NaOH + CO2 → NaHCO3

Le bicarbonate de sodium est précipité par le chlorure de baryum :

NaHCO3 + BaCl2 → BaCO3 + NaHCl

Puis, la soude en excès est titrée par HCl (2 N). On peut maintenant remplacer cette mesure de laboratoire par un banc respiromètre à DCO avec capsule de potasse et lecture manométrique.

Résultats

Les valeurs représentées (mL CO2/jour pour 100 g de compost) montrent que la respiration est très bien corrélée avec l’âge du compost, surtout sur les premiers jours du test. La ségrégation décroît, pour des durées croissantes de test respirométrique de 2 ou 4 jours à 10 ou 15 jours.

Le critère respirométrique est un bon indicateur de maturité, surtout sur un test 3 jours.

Critère 8 : Test de phytotoxicité

L'effet “phyto-toxique” d’un compost insuffisamment mûr provient de l’acidité potentielle au cours de fermentation, d’une éven-

*Soit de l'ordre de 50 mL de CO2/100 g MS jour.

**Un banc respirométrique OxiTop, conçu pour la mesure de DBO d’échantillons solides, peut être utilisé. Il permet de suivre en continu la courbe d’émission de CO2 et transférer les données sur Excel par liaison IR.

telle compétition nutritive par la biomasse fermentaire et de la présence d’ammoniac en concentration trop forte.

Le test choisi est un test de germination + croissance (plus adapté que l'un ou l'autre séparément) : le test Cresson¹.

Protocole

Un mélange 10 g compost + 20 g tourbe blonde (secs) est humidifié à 40 % (eau de ville).

Trois répétitions sont ensemencées de 20 graines de cresson Alénois pour chacun des trois échantillons de compost.

Le témoin est constitué d’un ensemencement sur papier mouillé.

¹ Selon NF U13-202.

L’indice IG mesure la non-phytotoxicité.

IG = T × E

où « T » = taux de germination (%) « E » = élongation racinaire (mm)

Résultats

Le test reconnaît très bien les trois lots, en donnant un indice positif pour le compost.

Les composts étudiés en phase II – Essais de confirmation

* Fermentation en silo bâché, asservie à la température : déclenchement pour T < 55 °C et arrêt pour T > 75 °C

Âge (semaines)

• Ordures ménagères (OM)
• Déchets verts (DV)
• Fumier veaux (FB)
• Lisier de porcs (LP)
• Fumier de poulets (PC)
• Fumier de dindes (DC)

mûr (pas d’effet phytotoxique, au contraire) et négatif pour le frais (nuit à la plante). On constate que le lot « intermédiaire » est à peine au niveau de phyto-innocuité du témoin.

Mieux encore que le test respirométrique, qui distingue bien les lots mûrs des frais, le test Cresson permet de positionner leur degré d’évolution sur une échelle. On constate que le lot bien mûr a un effet positif.

Phase II : essais de confirmation

Principe et déroulement

La caractérisation de cinq composts différents fut faite grâce aux tests les plus opérationnels, retenus en phase préliminaire :

• l’appréciation visuelle ;
• une mesure respirométrique ;
• le test azote.

Une échelle synthétique de qualité finalisera ce travail, afin de classer les composts de différentes natures entre eux.

Ratio azote

Critère Azote

Le ratio nitrates/ammonium ne confirme son pouvoir discriminant que pour le fumier de dindes et celui de bovins. Pour les autres composts, il traduit un excès d’ammoniaque. Les autres composts sont considérés non mûrs à l’aune de cet indicateur (sauf celui de poulets, dont la valeur relevée par les opérateurs a été jugée non fiable).

Concernant le compost de lisier de porc, à fort taux d’ammoniac, il est en effet difficile de parvenir à une aération suffisante de ce substrat pour oxyder tout l’azote. Concernant les composts d’ordures ou de déchets verts, l’absence de suivi rigoureux des andains (mélanges possibles) et les retournements très rares en phase de « maturation » expliquent ce résultat.

Les résultats de nos travaux nous ont permis d’établir l’échelle suivante :

Appréciation organoleptique

En retenant un test à cinq critères seulement (aspect, couleur, granulométrie, odeur, compacité) on a noté sur une échelle de 1 à 10 la maturité des lots de compost, 7 étant le seuil de maturité.

On constate ci-dessous que les composts de fumier de porc et celui d’ordures ménagères ne sont pas estimés mûrs, au terme du process. Ceci traduit leurs mauvaises conditions de maturation et stockage, en andains non retournés, à l’air libre en période pluvieuse.

(9) Ratio < 1 : fort excès d’ammoniac ; test non viable

Variabilité

• Jeune : 22 %
• Inter : 32 %
• Mûr : 24 %

Respiration du compost

OM – St Malo

DV – Orgères

Bov – Voutré (49)

Porc – Etrelles

Poul – Parigné

Dind – St Martin des N.

d’ordures n’atteignent pas une note favorable.

Les lots ainsi évalués montrent globalement une évolution cohérente, à l’exception de celui d’ordures, dont l’appréciation est biaisée par le taux d’indésirables visibles.

Ce test, bien que subjectif, s’avère robuste et peut être pratiqué par différents opérateurs ayant reçu une formation sommaire de 1 à 2 heures.

Respirométrie

Trois composts apparaissent bien mûrs, avec une respirométrie horaire inférieure à 100 mg CO₂/kg.

Le compost de porcs (le plus bas avec 2 mg CO₂/kg h à 12 semaines) et celui de déchets verts (45 mg CO₂) ont atteint une bonne stabilité ; celui de dindes est encore juste.

Les autres sont trop évolutifs pour être mis en terre, sans crainte de fermentations parasites les premières semaines.

Conclusion

Nous retenons que les mesures analytiques sont des critères médiocres d’évaluation de la maturité du compost. Les meilleurs indicateurs sont la respirométrie et le test Cresson. Mais ce dernier, le plus sensible, est trop lourd pour une pratique de terrain. L’appréciation organoleptique est également intéressante pour sa robustesse, et le test de l’azote minéral lessivable pour sa simplicité, mais limité à des composts sans excès d’azote.