Soutenance mémoire
Le compost existe certainement depuis que l’Homme s’est mis à l’agriculture et l’élevage à l’époque du Néolithique. Comme en forêt, un tas de feuilles devient « terre » ou humus après dégradation lente. Dès l’Antiquité, les Romains mais aussi les Grecs prévoient l’évacuation des déchets et des excréments hors des villes dans des fosses. Un traité d’agronomie, parlant du compost, le livre d’agriculture nabatéenne de Qûtâmä, a été écrit au III-IVème siècle (El Faïz, 1995). Le tas de fumier couramment observé dans les cours de ferme ou les tas de déchets verts au fond des jardins sont des composts en préparation. Jean Pain, à Villecroze (Var) invente le compost de broussailles en 1970 et édite un livre sur « les méthodes Jean Pain » (Pain et Pain, 1979). De nos jours, avec l’importance, de plus en plus grande accordée à l’agriculture biologique et au développement durable, de nombreux sites et associations sont apparus pour prôner les avantages du compost et surtout comment le réussir. Le compostage est de plus valorisé depuis la COP21 en France et l’émergence de l’action 4 pour 1000 (http://4p1000.org/) qui encourage le retour du carbone dans les sols à des fins d’amélioration de la soutenabilité agricole et pour la lutte contre le réchauffement climatique. Ainsi, certaines communes mettent gratuitement à la disposition des particuliers des composteurs individuels et incitent aussi les particuliers à amener leurs déchets verts en déchèterie ou mettent en place des collectes. Des plates-formes de compostage se sont aussi développées un peu partout. Malgré cet engouement, il faut rappeler qu’une démarche scientifique rigoureuse est nécessaire pour bien comprendre le processus de compostage afin d’obtenir un compost de qualité qui ne sera pas nocif pour les cultures, l’environnement et aussi les êtres vivants.
Le compost est réalisé à partir de déchets organiques. Il est clair que la lutte contre l’envahissement des « déchets » est une action importante pour le bien-être de notre société. Les déchets sont sources de plusieurs facteurs négatifs comme les odeurs et l’insalubrité. En effet, le manque ou la mauvaise gestion des déchets peuvent donner lieu à l’accumulation de déchets à un endroit donné ce qui, au bout d’un moment, sera nuisible pour la santé des populations en contact avec ces déchets. Selon la loi n°75-633 du 15 juillet 1975, le déchet est « le résidu d’un processus de production, de transformation ou d’utilisation » au sens large du terme, c’est aussi « toute substance, matériau, produit ou tout bien meuble abandonné ou que son détenteur destine à l’abandon ». Cette définition est toujours dans le code de l’environnement (article L541-1) dont la dernière version en vigueur date du 19 août 2015. La directive du 2008/98/CE du 19 novembre 2008 définit le « déchet » comme « toute substance ou tout objet dont le détenteur se défait ou dont il a l’intention ou l’obligation de se défaire ». Cette directive insiste également sur la valorisation et le recyclage des déchets organiques. Ainsi, le déchet organique en particulier est appelé à devenir une richesse potentielle.
Quelques définitions
Les supports de culture, engrais et amendements
Les supports de culture sont des produits destinés à servir de milieu de culture pour les végétaux. Ils ont une porosité en air et en eau permettant la culture des plantes. Dans ces supports de culture, il y a les tourbes blondes, noires ou de sphaignes, mais aussi le terreau, les écorces, les fibres de coco ou la perlite entre autres (Norme-NFU44-551, mai 2002). Les engrais servent à amener des éléments nutritifs (phosphore, potassium, azote…) aux plantes. Les engrais sont, selon la réglementation française, des produits contenant au moins 3 % d’un élément nutritif majeur (P, N ou K) tandis que les amendements ont, en plus, pour but d’améliorer les propriétés du sol en apportant, entre autres, du calcaire ou des matières organiques. Pour les amendements organiques, la somme P + N + K ne doit pas dépasser 7 % de la matière brute (Norme-NF U 44-051, avril 2006). Les amendements organiques sont des « matières fertilisantes composées principalement de combinaison carbonées d’origine végétale ou animale en mélange, destinées à l’entretien ou à la reconstitution du stock de matière organique du sol et à l’amélioration de ses propriétés physiques et/ou chimiques et/ou biologiques ».
Pour être mis sur le marché, les supports de culture, les engrais et les amendements doivent être évalués par l’Anses (Agence nationale de sécurité sanitaire de l’alimentation, de l’environnement et du travail) de façon à vérifier leur innocuité vis-à-vis des personnes amenées à être en contact avec ces produits (travailleurs et consommateurs) mais aussi des animaux et de l’environnement. L’Anses vérifie également l’efficacité agronomique des produits et la qualité de la production végétale obtenue en utilisant ces produits.
Les normes
Les normes nationales sont régies par l’Association Française de NORmalisation (AFNOR) qui propose et/ou modifie des textes existant auparavant. Il existe plusieurs normes applicables en France concernant le compost produit à partir des déchets organiques et d’origine anthropique (agricoles, agro-alimentaires, boues,…). Les Normes Françaises NFU sont essentiellement regroupées par catégorie de matières fertilisantes respectant ainsi le cadre réglementaire sur la valorisation agronomique des déchets organiques .
Le compost
Selon Mustin (1987), le compost est aussi défini comme « le résultat de la décomposition des constituants organiques des sous-produits et déchets organiques en un produit organique stable riche en composés humiques : le compost ». C’est le résultat du recyclage des déchets organiques. Leege et Thompson (1997) ont également défini le compost comme « le produit résultant de la décomposition biologique contrôlée des déchets organiques qui ont été désinfectés et stabilisés à un degré qui est potentiellement indispensable pour la croissance des plantes lorsqu’il est utilisé comme amendement pour le sol ». Toutes ces définitions font ressortir que le compost est obtenu après décomposition de la matière organique par des micro-organismes en condition aérobie, que le produit obtenu est stable et hygiénisé et qu’il peut être utilisé pour améliorer le développement des cultures et les propriétés biologiques, chimiques et physiques des sols.
Le compostage
Le compostage est la décomposition de la matière organique par des procédés biologiques qui se fait par une voie naturelle de recyclage avec minéralisation et condensation qui a continuellement lieu dans la nature. Ainsi, il existe plusieurs définitions assez voisines du processus de compostage qui permettent de le définir (Mustin, 1987), parmi lesquelles « le compostage est la décomposition de résidus de plantes et d’autres biomatériaux par des processus biologiques en milieu aérobie » (Vergnoux et al., 2009). Il est également défini comme un processus contrôlé de dégradation des constituants organiques d’origine végétale et animale, par une succession de communautés microbiennes évoluant en conditions aérobies, entraînant ainsi une montée en température, et conduisant à l’élaboration d’une matière organique humifiée et stabilisée. Le produit ainsi obtenu est appelé compost (Blaise, 2001 ; de Bertoldi et al., 1983). C’est aussi un processus naturel par lequel un biodéchet est oxydé par des micro-organismes à l’aide de l’oxygène atmosphérique dans des conditions contrôlées (Sanchez Arias et al., 2012). Parmi ces définitions, nous retiendrons que le compostage est un processus biologique contrôlé de dégradation de la matière organique en condition aérobie.
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Table des matières
INTRODUCTION
Chapitre I : ETAT DE L’ART
I- Quelques définitions
I-1- Les supports de culture, engrais et amendements
I-2- Les normes
I-3- Le compost
I-4- Le compostage
II- Le processus aérobie de compostage
III- Différents types de déchets organiques
III-1- Les déchets verts (DV)
III-2- Les biodéchets (BD)
III-2-1- Les déchets fermentescibles
III-2-2- Exemples de biodéchets particuliers
III-3- Les boues de station d’épuration (STEP)
III-4- Le co-compostage
IV- Qu’est-ce que la maturité d’un compost ?
V- Les avantages et inconvénients du compost
VI- Evolution du compost
VI-1- Méthodes d’investigation du compost
VI-1-1- Extraction de la matière organique
VI-1-2- La spectrométrie d’absorption UV-Visible
VI-1-3- La spectrométrie de Fluorescence UV-Vis
VI-1-4- Résonnance magnétique nucléaire
VI-2- Les paramètres de suivi d’un compost
VI-2-1- Evolution de la température
VI-2-2- Evolution du rapport C/N
VI-2-2-1- Rapport du carbone organique dissous sur l’azote total de la matière organique extraite à l’eau
VI-2-2-2- Rapport du carbone organique total sur l’azote total dans le solide
VI-2-3- La composition des substances humiques
VI-2-4- Acides gras volatils dans les extraits aqueux
VI-2-5- Les paramètres biologiques
VI-2-5-1- Indice de germination
VI-2-5-2- Indice de respirométrie
VI-2-6- Composants gazeux (CO2, CO, NO2, CH4…)
VI-2-7- Compilation des résultats obtenus dans la littérature
VII- Le fonctionnement d’une plate-forme de compostage
VII-1- Généralités sur les plates-formes
VII-2- Exemple de Biotechna : compostage des boues de STEP
VIII- Objectifs de la démarche
Chapitre II : MATERIEL ET METHODES
I- Présentation des sites et campagnes de prélèvement
I-1- Présentation des sites
I-1-1- Plate-forme de compostage Biotechna
I-1-2- Composteurs sur le site de Biotechna
I-1-3- Composteurs en serre agricole
I-2- La campagne de prélèvements
I-2-1- Protocole de prélèvement
I-2-2- Quartage des échantillons
I-2-3- Conservation des échantillons
II- Extractions et analyses au laboratoire
II-1- Extraction pression à froid
II-2- Filtration des extraits à l’eau
II-3- Caractérisations physique et chimique
II-3-1- Teneur en eau
II-3-2- Mesure du pH au 1/5ème
II-4- Analyses de la matière organique extractible à l’eau (WEOM)
II-4-1- Concentration en carbone organique dissous (CODWEOM)
II-4-2- Azote total extrait à l’eau (NTWEOM)
II-5- Carbone organique total (COT) et azote total Kjeldahl (NTK)
II-5-1- Teneur en carbone organique total (COT) du compost sec
II-5-2- Dosage de la teneur en azote total par la méthode de Kjeldahl(NTK)
II-5-2-1- Minéralisation
II-5-2-2- Distillation de l’ammoniac
II-5-2-3- Titration
II-6- Mesure des acides gras volatils (AGVs) par chromatographie ionique à haute performance (HPIC)
II-7- Teneurs en métaux : concentration pseudo-totale
II-8- Extraction des acides humiques et des acides fulviques : protocole IHSS
II-8-1- Extraction à l’acide chlorhydrique des acides fulviques
II-8-2- Obention du résidu 1 (B1) par l’hydroxyde de sodium
II-8-3- Acidification du surnageant 2 (A2)
II-8-4- Purification du culot B3
II-8-5- Purification des acides fulviques (AF1 et AF2)
II-9- Composition élémentaire des substances humiques
III- Analyses spectrophotométriques
III-1- Spectrophotométrie d’absorbance UV-Visible
III-1-1- Indice SUVA254 (Specific UV Absorbance)
III-1-2- Indice E2/E3
III-1-3- Indice EET/EBZ
III-1-4- Indice E4/E6
III-2- Spectrophotomètrie de fluorescence
III-2-1- Mesure de la fluorescence 2D
III-2-2- Mesure de la fluorescence 3D et traitement PARAFAC
III-2-2-1- Spectre tridimensionnel des differents fluorophores
III-2-2-2- Indice de Kalbitz
III- 2-2-3-Indice de Milori
III-2-2-4- Indice R (a,c)
III-2-2-5- Indice de Zsolnay
III-3- Spectrophotométrie de fluorescence induit par laser
III-4- Analyses statistiques
III-4-1- Les corrélations
III-4-2- Les analyses en composantes principales
III-4-3- La régression des moindres carrés partiels (PLS)
Chapitre III : RESULTATS ET DISCUSSION
I- Les conditions climatiques à Ensuès-la-Redonne
II- Caractérisation chimique des échantillons
II-1- Méthodes quantitatives
II-1-1- Evolution des matières organiques mises à composter du taux d’humidité
II-1-2- Evolution des matières organiques mises à composter : pH WEOM
II-1-3- Variation du carbone et azote organique dissous des extraits à l’eau
II-1-3-1- Evolution du carbone organique dissous (COD) et de l’azote organique dissous (NT) WEOM
II-1-3-2- Evolution du rapport COD/NTWEOM des échantillons frais et secs
II-1-4- Carbone et azote organique total dans le solide
II-1-4-1- Evolution du carbone organique total (COT) et de l’azote total (NTK)
II-1-4-2- Evolution du rapport COT/NTK
II-1-5- Evolution des acides gras volatils des extraits frais et secs
II-2- Caractérisations qualitatives : fractionnement des acides humiques et fulviques
II-2-1- Evolution des teneurs en carbone total et azote total des substances humiques
II-2-2- Evolution du rapport CT/NT des acides humiques et fulviques
II-2-3- Rapport d’humification des acides humiques et fulviques (CAH/CAF)
II-3- Dosage des concentrations pseudo-totales en métaux
III- Spectrométrie d’absorption UV-Visible
III-1- Rapport E2/E3 WEOM
III-2- Rapport E4/E6 WEOM
III-3- Rapport EET/EBZWEOM
III-4- SUVA254 WEOM
IV- Spectrométrie de fluorescence UV-Vis
IV-1- Indice de Kalbitz WEOM
IV-2- Indice de Milori WEOM
IV-3- Indice de Zsolnay WEOM
IV-4- Indice Ra,c WEOM
IV-5- Etude spectrométrique de fluorescence 3D du WEOM
IV-5-1- Matrices d’émission-excitation de fluorescence (MEEF)
IV-5-2- TraitementCP/PARAFACWEOM et composants obtenus
IV-5-3- Evolution des composants CP/PARAFACWEOM
IV-6- Indice d’humification HFil
V- Etude statistique des composts frais et secs
V-1- Corrélations obtenues pour les composts frais et sec à pHN et pH8
V-2- Analyse en Composantes Principales (ACP) : Plan principal 3D pour le compost frais et sec du site CP
V-3- La régression des moindres carrés partiels (PLS)
V-3-1- Vérification du modèle avec l’âge du compost
V-3-1-1- Composts secs
V-3-1-1-1- Composteurs serre
V-3-1-1-2- Composteurs plate-forme
V-3-1-2- Composts frais
V-3-1-2-1- Composteurs serre
V-3-1-2-2- Composteurs plate-forme
V-3-2- Explication du COT, du NTK et du CODWEOM par les indices de fluorescence
V-3-2-1- Le carbone organique total (COT)
V-3-2-1-1- Composteurs serre
V-3-2-1-2- Plate-forme
V-3-2-1-3- Composteurs plate-forme
V-3-2-2- L’azote total Kjeldahl (NTK)
V-3-2-2-1- Composteurs serre
V-3-2-2-2- Plate-forme
V-3-2-2-3- Composteurs plate-forme
V-3-2-3- Le carbone organique dissous (CODWEOM)
V-3-2-4- Comparaison des résultats avec pHN et pH8
CONCLUSION
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