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Des traitements basés sur des phénomènes naturels

Le traitement biologique des déchets par compostage et méthanisation Actu-Environnement.com - Publié le 23/11/2009
Le traitement biologique des déchets...  |    |  Chapitre 2 / 9
Les traitements biologiques des déchets reposent sur des phénomènes de dégradation de matières organiques observés à l’état naturel. Cette dégradation peut se faire en présence d’oxygène (aérobie) c'est le compostage ou en son absence (anaérobie), on parle alors de méthanisation. Dans les deux cas, elle met en action des micro-organismes.

Le compostage

Principe très ancien, le compostage aboutit à la transformation des déchets organiques en compost, une matière humide, assainie, riche en matière organique et non nauséabonde. Le compostage a plusieurs objectifs : stabiliser le déchet, diminuer sa masse et produire un amendement organique utilisable sur les sols agricoles.

La réaction chimique en cause provoque la libération de dioxyde de carbone (CO2), d’eau et de chaleur. Une première phase qui va de quelques jours à quelques semaines permet d’entamer la biodégradation. Des bactéries et champignons déjà présents dans les déchets minéralisent les sucres, lipides et protéines en consommant de l’oxygène et en dégageant de la chaleur.
La seconde phase peut durer plusieurs mois et permet de finaliser la transformation de la matière organique en humus. Cette maturation confère à la matière organique les propriétés de la matière humique rencontrées naturellement dans les sols.

Dans le cas du compostage, l’aération est primordiale pour apporter l’oxygène nécessaire à l’activité microbienne. Le compostage est donc souvent réservé à des déchets solides pas trop humide même si un minimum d’humidité est nécessaire au traitement.
Le paramètre température évolue au cours du traitement. Les réactions biologiques provoquent la montée en température qui peut atteindre 65°C et permet par conséquent d’éliminer la plupart des germes pathogènes. Au cours du traitement, le pH évolue également pour se stabiliser à hauteur de la neutralité pendant la phase de maturation.

La proportion de carbone et d’azote disponible dans les déchets est aussi un facteur de suivi. Au départ, il dépend de la caractéristique des déchets et diminue au cours du traitement. Le compostage est jugé optimal lorsque le rapport carbone/azote est compris entre 40 et 70. Le mélange de plusieurs déchets permet d’obtenir un rapport C/N optimum.

La méthanisation

La méthanisation est un processus de digestion anaérobie de la matière organique très répandue dans la nature et notamment dans les marais ou encore les intestins des animaux. Elle peut répondre à un double objectif car elle permet à la fois de produire de l’énergie et de stabiliser les déchets. En effet, ce processus aboutit à la production d’un produit humide riche en matière organique partiellement stabilisée appelé digestat et d’un biogaz, mélange gazeux composé d’environ 50 à 70% de méthane (CH4), de 20 à 50% de gaz carbonique (CO2) et de quelques gaz traces (ammoniac, azote, sulfure d'hydrogène). Ce biogaz peut être valorisé énergétiquement par combustion sachant qu'un m3 de biogaz équivaut à 6 kWh (contre 10 kWh pour un litre de fioul).

De la même manière que pour le compostage, la biodégradation de la matière organique est due à l’activité de micro-organismes. L’écosystème microbien est complexe et fonctionne en l’absence d’oxygène. La méthanisation doit donc s’effectuer en système fermé (digesteurs). Contrairement au compostage, la digestion méthanique nécessite une la maîtrise d'une processus complexe. Trois groupes bactériens spécifiques sont nécessaires à la réalisation des quatre étapes biochimiques que sont l’hydrolyse, l’acidification, l’acétogénèse et la méthanogénèse.

Pour que la dégradation ait bien lieu, il est nécessaire de maintenir une température de 30 à 35°C dans les digesteurs car contrairement au compostage les réactions ne sont pas exothermiques. Le pH doit être maintenu au alentour de la neutralité, tandis que l’oxygène est banni. Il faut donc éviter les entrées d’air et travailler par exemple en conditions noyées. La méthanisation est donc un procédé particulièrement adapté aux déchets fortement humides. Une agitation est toutefois nécessaire pour éviter la flottation ou la décantation d’une partie des déchets. À la fin du traitement, le digestat est le plus souvent composté pour terminer sa maturation.
La digestion anaérobie se déroulant dans des réacteurs fermés, les émissions dans l'air sont nettement inférieures et plus simples à contrôler que celles qui proviennent du compostage. Selon les données de la Commission européenne, chaque tonne de biodéchets qui subit un traitement biologique peut produire entre 100 et 200 m3 de biogaz.

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