Le développement du compostage des déchets organiques en France est subordonné à l'existence de débouchés pour le sous-produit. Le compost doit pour cela répondre parfaitement aux exigences de qualité des utilisateurs. Nous avons donc réalisé des essais semi-industriels pour étudier les effets de la qualité du mélange de départ (qualité des déchets et ratio de mélange matières fermentescibles/structurant), sur celle du compost. La qualité du compost a été jugée sur deux types de paramètres : ses teneurs en métaux lourds (As, Cd, Cr, Cu, Hg, Mo, Ni, Pb, Se, Zn) et ses teneurs en carbone organique et éléments fertilisants (N, P, K, Mg, Ca).
Les gisements de déchets organiques sont très importants mais encore peu valorisés à l’échelle européenne alors que les techniques de traitement par compostage offrent des perspectives très intéressantes pour leur recyclage et leur valorisation. Le développement des techniques de compostage est conditionné par la maîtrise et le contrôle de la qualité des composts qui, jusqu’alors, avaient été peu considérés dans la mise en place des projets de compostage. Il est cependant indispensable, comme l’histoire du compostage d’OM brutes en France nous l’a montré, d’assurer un débouché au produit, si l'on veut garantir la pérennité des filières de valorisation mises en place.
Assurer ce débouché implique de connaître les marchés de valorisation du compost et leurs exigences afin d’adapter la production aux marchés possibles à un moment donné, sachant que le déchet doit être de toute façon traité. La composition des déchets de départ et leur mélange influe sur la qualité des composts et donc sur leurs débouchés. Des études de caractérisation précises des déchets verts et fractions organiques des ménages ont été réalisées et les conséquences sur la teneur en métaux des composts ont été simulées (I. Coulomb, 1996). Par ailleurs, de nombreux travaux visant à décrire la qualité des composts ont été publiés par le passé et ont fait l’objet de compilations diverses (Biocycle, 1994). Cependant les conditions opératoires n’étaient souvent pas bien précisées ou trop spécifiques si bien qu’il était difficile d’en déduire des règles pour une exploitation pratique.
Il est donc nécessaire de mieux préciser la qualité des composts (efficacité, innocuité) en fonction des différents types de déchets dans des conditions bien contrôlées. Ceci permettra de mieux prévoir, pour ces déchets organiques, les filières de valorisation envisageables pour le compost résultant ou bien de choisir d'autres filières de traitement, s'il est prévisible que toute valorisation sera impossible.
L’objet de cet article est donc d’analyser à l’échelle pilote, pour des déchets verts, des boues de station d’épuration et des fractions organiques des ménages de composition
bien définie, la valeur agronomique des composts en fonction de leur origine. On en déduira les conditions de leur utilisation.
MÉTHODE
Choix des paramètres à analyser en fonction des cahiers des charges utilisateurs
Deux types de paramètres déterminent la qualité du compost. La première catégorie regroupe les éléments qui, d'un point de vue réglementaire, doivent toujours se trouver en deçà d'une valeur seuil. Nous avons retenu les métaux lourds (As, Cd, Cr, Cu, Hg, Mo, Ni, Pb, Se, Zn) qui peuvent présenter un risque pour l'homme, la flore, la faune et l'environnement. La deuxième catégorie comprend les paramètres spécifiques liés à l'utilisation que l'on réserve au produit (amendement organique, engrais, support de culture). Il s'agit de la teneur en eau, en carbone organique, en éléments fertilisants N, P, K, Mg, Ca, sous leur forme totale et leur fraction soluble.
Présentation des essais réalisés
Procédé de compostage
Le site pilote était constitué, pour la phase de fermentation, de trois réacteurs cylindriques d’environ 3,3 m³, avec un système de ventilation au centre de chacun. Le soutirage d’air était contrôlé par un variateur de débit électronique. Une fois la fermentation terminée (après environ 3 semaines), une partie du mélange était placée en maturation dans un bac en plastique aéré.
Description des mélanges réalisés
Trois types de mélanges ont été réalisés :
• boue de STEP/Élagages,
• boue de STEP/Gazon/Élagages,
• déchets de cuisine/Élagages.
Deux boues de STEP ont été utilisées. Elles ont toutes les deux subi un traitement par aération prolongée puis déshydratation sur filtre à bandes presseuses. Cependant, la boue n° 2 a subi un stockage intermédiaire en silo, entre clarificateur et filtre à bande presseuse. La fraction organique des ménages provient d’une collecte sélective et contient des déchets de cuisine en mélange avec des déchets verts. Les élagages sont constitués de peupliers broyés.
Douze mélanges de Boue (B1 ou B2) / Élagages (E), six mélanges de Boue (B1 ou B2) / Gazon (G) / Élagages (E) et trois mélanges de Fraction Organique des Ménages (FOM) / Élagages (E) ont été réalisés. Les ratios volumiques testés pour chaque mélange sont détaillés dans le tableau 1. À titre de comparaison, nous avons aussi présenté des résultats d’analyses de composts de déchets verts purs produits sur des plates-formes industrielles.
Analyse des produits
Après analyse chimique des constituants de chaque mélange, la fraction fine des produits matures a été analysée (criblage diamètre 10 mm).
Méthodes d’analyse :
= % H₂O : détermination des matières sèches par la norme NF U 44-171,
= % NTK : détermination de l’azote Kjeldahl par la norme NF EN 25663,
= % C organique : dosage par la méthode Anne, norme NF U 44-161,
les autres éléments ont été dosés par ICP,
la fraction soluble des nutriments (Azote, Phosphore, Potassium, Magnésium) est obtenue après extraction dans des solutions acides. On considère qu'elle correspond à celle immédiatement disponible et assimilable par les cultures.
RÉSULTATS
Caractéristiques agronomiques des composts obtenus (cf tableau 1)
Tableau 1 : Composition des composts obtenus à partir de différents mélanges de déchets organiques (analyses en % de la MF pour H₂O, en % de la MS pour N, P, K, Mg, Ca, C organique, les solubilités sont rapportées à la masse totale de l’élément concerné)
| B1E (1) | 1/2,5 | 52,5 | 2,2 | 0,24 | 30 | 23 | 25 | 43 | 0,08 | 87 | 5,3 | 33,2 |
| B1E (2) | 1/3 | 51,9 | 2,1 | 0,23 | 27 | 23 | 43 | 0,88 | 81 | 5,4 | 29,1 | |
| B1E (3) | 1/3 | 42,5 | 1,6 | 0,24 | 33 | 27 | 22 | 53 | 0,08 | 85 | 5,3 | 25,9 |
| B1E (4) | 1/3 | 48,6 | 2,6 | 0,27 | 20 | 33 | 21 | 54 | 0,13 | 88 | 5,4 | 34,9 |
| B1E (5) | 1/3,7 | 39,2 | 1,9 | 0,16 | 24 | 32 | 23 | 49 | — | 81 | 4,7 | 25,2 |
| B1E (6) | 1/3,8 | 33,2 | 1,7 | 0,22 | 28 | — | — | — | 0,06 | 81 | 4,5 | 27,8 |
| B2E (1) | 1/2 | 66,1 | 2,5 | 1,7 | 7 | 4 | 28 | 27 | 0,05 | 94 | 5,2 | 32,5 |
| B2E (2) | 1/2,5 | 63,5 | 2,5 | 0,3 | 8 | 3 | 27 | 22 | 0,11 | 92 | 6,7 | 32,0 |
| B2E (3) | 1/3 | 59,3 | 2,1 | 0,3 | 8 | 2 | 27 | 22 | 0,06 | 94 | 7,6 | 32,0 |
| B2E (4) | 1/3 | 59,4 | 2,3 | 0,7 | 8 | 3 | 22 | 21 | 0,06 | 90 | 7,4 | 28,2 |
| B2E (5) | 1/3 | 58,0 | 2,2 | 2,4 | 8 | 2 | 21 | 20 | 0,04 | 78 | 7,0 | 35,6 |
| B2E (6) | 1/3 | 53,3 | 2,3 | 0,3 | 19 | 25 | 29 | 24 | 0,44 | 71 | 7,0 | 34,7 |
| FOM (1) | 1/0,5 | 44,2 | 1,1 | 0,8 | 0,2 | 25 | 0,01 | 39 | 0,06 | 94 | 5,6 | 48,7 |
| FOM (2) | 1/1,8 | 26,1 | 1,5 | 0,2 | 25 | 21 | 0,4* | 69 | 0,5 | 46 | 2,0 | 29,7 |
| FOM (3) | 1/2 | 40,8 | 1,6 | 0,2 | 29 | 25 | 21 | 57 | 0,2 | 48 | 7,2 | 40,9 |
| B1GE (1) | 0,9/0,5 | 47,8 | 2,0 | 0,2 | 27 | 16 | 55 | 0,1 | 88 | 4,9 | 30,0 | |
| B1GE (2) | 0,5/0,5 | 48,1 | 1,8 | 2,0 | 28 | 17 | 16 | 56 | 0,08 | 85 | 6,6 | 30,8 |
| B1GE (3) | 0,5/0,4 | 42,5 | 1,7 | 0,3 | 24 | 13 | 33 | 51 | 0,08 | 83 | 4,6 | 33,2 |
| B2GE (1) | 1/3 | 37,4 | 1,7 | 4,0 | 0,3 | 27 | 10 | 59 | 0,1 | 69 | 8,3 | 21,8 |
| B2GE (2) | 1/3 | 31,3 | 1,3 | 3,0 | 0,4 | 17 | 9 | 29 | 0,3 | 65 | 8,4 | 21,6 |
| B2GE (3) | 1/3 | 24,2 | 1,2 | 1,7 | 3 | 4 | 11 | 33 | 0,3 | 55 | 7,8 | 20,3 |
| DEV*** | — | — | 1,6 ± 2,6 | 0,4 ± 0,8 | 0,6 ± 1,0 | 1,2 ± 2,8 | — | 2,5 ± 5,5 | 16 ± 30 |
* B/G = 0,2 en masse
** Cette valeur semble aberrante et provient peut-être d'une erreur d’analyse ou d’échantillonnage
*** Valeurs extrêmes sur 18 analyses de composts de déchets verts produits sur sites industriels
Tableau II - Teneurs en métaux lourds des composts issus de mélanges de déchets organiques (en mg/kg de MS)
| B1E (1) | 1/2 | 15 | 100 | 0,5 | 7,1 | 10 | 75 | 290 |
| B1E (2) | 1/3 | 15 | 100 | 0,6 | 7,1 | 12 | 75 | 290 |
| B1E (3) | 1/3 | 22 | 115 | 0,4 | 7,7 | 13 | 68 | 300 |
| B1E (4) | 1/3 | 15 | 85 | 0,5 | 8,9 | 11 | 40 | 250 |
| B1E (5) | 1/3 | 32 | 100 | 1,6 | 57,4 | 16 | 82 | 1240 |
| B2E (1) | 1/2 | 20 | 240 | 2,2 | 65,6 | 14 | 57 | 530 |
| B2E (2) | 1/3 | 14 | 215 | 2,2 | 70,6 | 12 | 54 | 500 |
| B2E (3) | 1/3 | 14 | 170 | 1,7 | 71,0 | 12 | 45 | 420 |
| B2E (4) | 1/3 | 18 | 190 | 2,7 | 68,0 | 9 | 85 | 430 |
| B2E (5) | 1/3 | 20 | 220 | 2,3 | 65,0 | 10 | 50 | 430 |
| B2E (6) | 1/3 | 16 | 200 | 2,5 | 68,0 | 10 | 50 | 455 |
| FOME (1) | 1/10 | 4 | 36 | 0,5 | 7,0 | 14 | 45 | 230 |
| FOME (2) | 1/18 | 38 | 54 | <0,5 | 6,0 | 18 | 20 | 220 |
| BIGE (1) | 0,5/0,5/3 | 2 | 40 | <0,5 | <2 | 2 | 29 | 160 |
| BIGE (2) | 0,5/0,5/4 | 2 | 24 | <0,5 | <2 | 2 | 19 | 165 |
| B2GE (1) | 1/3 | 16 | 83 | <0,5 | 2 | 19 | 33 | 150 |
| B2GE (2) | 1/3 | 19 | 108 | <0,5 | 2 | 24 | 34 | 150 |
| B2GE (3) | 1/3 | 11 | 26 | <0,5 | < 2 | 10 | 24 | 155 |
| DEEV (**) | 1/3 | 1252 | 41-58 | <0,5 | 10,5 | 1924 | 3991 | 127-188 |
As < 10, Cd < 2, Se < 10* Composts de déchets verts : valeurs extrêmes observées sur 5 échantillons
Les teneurs en eau des composts produits varient de 21 à 66 %. Elles augmentent quand le ratio de mélange (fraction fermentescible / structurant) augmente. Ces composts contiennent en moyenne 30 % de carbone organique. Les teneurs en phosphore et azote sont assez voisines et varient de 1 à 2,5 % (moyenne : 1,8 %) sauf pour les composts de déchets verts et les composts de fraction organique des ménages pour lesquels les teneurs en P₂O₅ sont plus faibles (< 1 %). Leur solubilité est par contre différente : moins de 10 % de l’azote total est soluble, alors que 35 % en moyenne du P₂O₅ est soluble. Il semble d’autre part que ces solubilités varient en fonction de la nature de la boue utilisée. Les produits étudiés contiennent moins de 1 % de K₂O, mais une grande partie de cet élément est soluble (moyenne : 77 %). Le magnésium est présent en très faible quantité dans ces composts (< 0,3 %), et en moyenne 20 % de cet élément est soluble. Les teneurs en calcium sont assez importantes (moyenne : 6 %).
Teneurs en métaux lourds des composts obtenus (cf. tableau II)
Les teneurs en métaux lourds des composts étudiés se trouvent bien en dessous des seuils de la marque NF Composts urbains et de ceux de la norme boue NF U44-041. As, Cd, Se se trouvent toujours en dessous des seuils de détection analytiques, selon les méthodes utilisées. Les teneurs en chrome, nickel et plomb sont en deçà des normes européennes étudiées (Autriche ÖNORM S 2200 K1.I et K1.II, Pays-Bas « compost » et « clean compost » : ISWA 1995) et ne posent aucun problème. Par contre, les teneurs en cuivre, mercure et zinc des composts B1E et B2E dépassent les seuils des Pays-Bas et de l’Autriche, connus comme étant parmi les plus stricts d’Europe.
DISCUSSION
Influence du mélange sur la composition du compost
Teneurs en éléments fertilisants et solubilité
Les résultats du tableau I ont été analysés en essayant de différencier des classes de produits, afin d’étudier les suppositions faites dans le § II-1. Nous avons considéré que deux groupes de composts sont différents pour un paramètre lorsque leurs intervalles de confiance (IC) avec un risque de première espèce de 5 % sont disjoints. Pour chaque paramètre, nous avons identifié un groupe significativement différent du reste de la population (graphiques 1 et 2, ci-dessous). On voit que les composts produits à partir des mélanges les plus riches en boue (B1E et B2E) contiennent plus de NTK (IC : 2-2,3 % contre 1,3-1,7 %) et de P₂O₅ (IC : 2,2-2,6 % contre 0,7-1,3 %).
Tableau III - Moyenne et IC des teneurs en Cu, Hg des deux groupes de composts contenant de la boue (en ppm de MS), comparés aux teneurs moyennes dans les boues initiales
| Cu | Hg | |
|---|---|---|
| B1E et B1GE | 577/9102 | 0,5/0,8/1 |
| B1 | 344 | 3,8 |
| B2E et B2GE | 1101/5928 | 11,6/12,2 |
| B2 | 547 | 4,3 |
Les composts produits à partir de mélanges de boue se différencient pour leurs teneurs en éléments fertilisants et leur solubilité, suivant l’origine de la boue utilisée et non suivant le ratio de mélange pratiqué :
– les composts contenant la boue n°2 (B2E et B2GE) contiennent moins de K₂O (IC : 0,4-0,5 % contre 0,7-0,9 %) mais plus de CaO que les autres produits (IC : 6,7-7,8 % contre 4,3-5,4 %) ;– l’azote contenu dans les composts issus des mélanges B1E est plus soluble (IC : 6,2-8,1 % contre 1,1-3,1 %) ;– la solubilité du phosphore est plus importante dans les composts contenant la boue n°1 (B1E et B1GE) (IC : 47,5-53,5 % contre 16,1-29,3 %) ;– la solubilité du magnésium est plus importante pour les composts contenant la boue n°1 (B1E et B1GE) et des déchets de cuisine (IC : 20,4-27,6 % contre 9,4-16,4 %).
Les différences de solubilité des nutriments des composts selon l’origine des boues peuvent s’expliquer par le fait que la boue biologique n°2, ayant subi un stockage tampon en silo, a partiellement dégradé ses matières organiques facilement fermentescibles ; les éléments libérés ont ensuite été perdus lors de la déshydratation. Cela explique aussi que les composts issus de la boue n°2 contiennent moins de K₂O, élément très soluble.
La gestion de la filière de traitement de la boue au sein de la station d’épuration semble donc avoir une influence non négligeable sur la disponibilité des nutriments dans le compost. Il est donc important pour l’exploitant de connaître l’origine des boues qu’il reçoit afin de définir à l’avance l’utilisation de ses composts.
Teneurs en métaux lourds
Les teneurs en Cu, Hg et Zn de certains…
Composts dépassant les seuils réglementaires européens les plus stricts, nous les avons étudiés plus précisément. On voit d’après le tableau I que, plus les mélanges sont riches en boue, plus les composts contiennent de fortes teneurs en Cu, Hg et Zn (moyennes respectives de 153,3 ; 1,6 ; 451,3 ppm pour B1E et B2E contre 46,1 ; 0,5 et 182,8 pour le reste de la population). D’autre part, on peut observer une différence de concentration en ces éléments entre les composts produits à partir de la boue 1 et ceux provenant de la boue 2. Les composts produits à partir de la boue 2 semblent contenir plus de Cu et Hg que ceux produits à partir de la boue n° 1 (cf. tableau II). Les teneurs en ces éléments sont liées à leur concentration dans la boue de départ (la boue 1 contenait en moyenne 3,8 ppm de Hg et 344 ppm de Cu contre 4,3 et 547 pour la boue 2). En revanche, le ratio de mélange boue/structurant n’a pas d’influence significative, compte tenu des variations intrinsèques des boues.
La connaissance des teneurs en métaux lourds de la boue de départ permet donc de prévoir s’il est possible d’obtenir des composts satisfaisant aux normes étudiées et s’il est donc opportun de l’accepter ou non sur une plate-forme de compostage.
Conséquence sur l’utilisation des composts
Les composts peuvent être valorisés soit comme amendements organiques soit comme supports de culture. Certains facteurs étudiés précédemment peuvent cependant limiter l’une ou l’autre utilisation ou bien le tonnage épandu pour une utilisation donnée.
Tous les composts étudiés ont une teneur en carbone organique supérieure à 15 % et donc une matière organique supérieure à 30 %. Ils peuvent donc être valorisés sans problème comme amendements organiques.
La teneur en eau des composts B2E est cependant très élevée (supérieure à 53 % pour une teneur en matière organique de 65 à 70 %) et ceci pourrait, dans le cadre d’une législation allemande (RAL GZ 25 ; teneur en eau < 45 % pour une vente en vrac de composts contenant 40 % de MO), limiter la valorisation en sacs de certains de ces composts. Si nécessaire, ce point pourra être résolu par adaptation du procédé de compostage (temps, aération).
Leur valorisation comme support de culture est plus discutable. Leur commercialisation comme substrat végétal fermenté implique en effet une teneur en matière organique supérieure à 70 % soit une teneur en carbone organique supérieure à environ 35 %, ce qui n’est vérifié que par peu d’échantillons. Leur valorisation comme terreau implique une teneur en matière organique de 15 %. Dans ce cas il faut incorporer au minimum 25 % de masse de compost dans le support de culture, ce qui est trop important pour la plupart des composts (quantité de phosphore soluble trop importante pour les plantes sensibles sauf dans le cas du compost B2EG (1)).
Dans le cas d’une valorisation en agriculture, les facteurs limitant les tonnages épandus seront, selon les normes, les métaux lourds (Cu, Hg, Zn) et le phosphore. Des simulations basées sur le calcul de quantités maximales de produits à appliquer tous les ans pendant 50 ans pour atteindre la moitié des limites de teneur dans les sols montrent que le tonnage limite sera d’environ 10 t/ha pour les composts les plus contraignants.
CONCLUSION
Nous avons pu mettre en évidence que la qualité des composts dépendait essentiellement de la composition des déchets entrant et peu du ratio de mélange fermentescible/structurant dans la mesure où celui-ci se trouve dans un rapport compatible avec la réalisation d’un compostage correct. Il apparaît donc que le contrôle de la qualité des produits à l’entrée des usines de compostage et leur gestion en fonction de la connaissance de leur composition est un des facteurs clés de réussite d’une filière de valorisation des déchets organiques.
Pour les principaux gisements étudiés, les marchés à explorer sont ceux de l’amendement organique. L’utilisation des composts en support de culture ne pourra s’envisager qu’au cas par cas avec une attention très particulière. Il est donc préférable d’organiser les filières de compostage avec un objectif de valorisation comme amendement organique en grande culture ou bien en cultures spéciales. La viticulture, qui nécessite l’apport de quantités importantes de matière organique pour le maintien de la stabilité des sols, est un marché potentiel mais il conviendra toujours d’envisager des débouchés variés afin d’être peu dépendant d’un marché donné.
Les travaux présentés n’ont été réalisés que dans un cadre expérimental contrôlé à une échelle semi-industrielle. Il est donc important de valider, dans le cas concret d’une installation industrielle de compostage multidéchets gérant un gisement régional de déchets, les résultats précédents. Ceci sera réalisé prochainement dans le contexte audois, sachant qu’une unité pilote devrait ouvrir ses portes sur la commune de Castelnaudary.
BIBLIOGRAPHIE
1. Biocycle (1994), Composting Source Separated Organics, Éd. Staff of Biocycle, Journal of Composting and Recycling, JG Press Inc., Pennsylvania.
2. I. Coulomb (1996), Organic Waste Recycling: A New Market with the Farmers, in Management of Urban Biodegradable Wastes, Éd. Prof. J. A. Hansen, ISWA, Copenhagen, Denmark, James and James Publishers Ltd.
3. ISWA (1995), Status and Trends for Biological Treatment of Organic Waste in Europe, ISWA Working Group on Biological Treatment of Waste.
