Evolution de la matière organique des composts au cours du compostage

9.4.1. Stabilisation de la matière organique des composts au cours du compostage

Au cours du compostage, la phase thermophile est suivie d’une diminution de la température due au ralentissement de l’activité microbienne. Ce ralentissement est lié à la stabilisation de la matière organique du compost qui peut être définie comme l’augmentation de sa résistance à la biodégradation. La mesure de cette biodégradabilité est la méthode de référence pour évaluer la stabilité d’un compost. Elle consiste à mesurer l’activité respiratoire d’un sol auquel le compost est incorporé. Cette biodégradabilité est généralement estimée par le dégagement de CO2 au cours d’incubations à 25-30°C de composts préalablement séchés et homogénéisés (Hadas et Portnoy, 1997 ; Bernal et al, 1998b). Les quantités de carbone minéralisées au cours des incubations dépendent de l’origine des composts (procédé et déchets) et de l’âge du compost (Francou, 2003 ; Garcia-Gomez et al, 2003). Ainsi sur des composts qui ont été compostés durant 3 mois, Francou (2003) mesure un taux de carbone minéralisé après 108 jours d’incubation, de 6% pour un compost de déchets verts additionné de boue, de 11% pour un compost de déchets verts et de 28% pour un compost d’ordures ménagères. Garcia-Gomez et al (2003) ont observé qu’au terme de 71 jours d’incubation d’un compost de déchets verts, 25% du carbone du compost échantillonné à 0 jour de compostage est minéralisé, contre seulement 10% pour un compost échantillonné à un mois, durant la phase thermophile ; après 25 semaines de compostage, la quantité de carbone minéralisé est inférieure à 5%

du carbone initial.

9.4.2. Evolution de la composition biochimique de la matière organique des composts au cours du compostage

En fractionnant la matière organique en quatre familles biochimiquement différentes selon le protocole de Van Soest (1967) (fraction soluble, cellulose, hémicellulose et lignine), Chefetz (1996) et Francou (2003) ont observé une diminution de la cellulose au cours du compostage et une concentration de la fraction assimilée aux lignines. Ainsi pour un composts à base d’ordures ménagères, Francou (2003) observe une diminution de la proportion de matière organique présente sous forme cellulosique, passant de 39% de la matière organique à 26% en trois mois de compostage. Comme la cellulose, la part de l’hémicellulose a diminué de 11% de la matière organique à 2%. En revanche les proportions de fraction soluble et lignine ont augmenté, la fraction soluble passant de 33 à 45% de la matière organique du compost et la teneur en lignine de 17% à 27% de la matière organique du compost.

Le compostage est classiquement associé au processus naturel d’humification observé pour la matière organique du sol. Ainsi, le fractionnement dit humique de la matière organique des composts en trois classes de solubilité différente en milieu acide et basique (acides humiques, acides fulviques et humines) est souvent utilisé pour évaluer l’évolution de la matière organique au cours du compostage

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(Roletto et al, 1985a ; Foster et al, 1993). Souvent ces fractions fulviques et humiques ne désignent pas des substances humiques senso stricto, mais il s’agit d’un ensemble de composés, incluant substances humiques et biomolécules, solubles en solution alcaline. Au début du compostage, généralement, la fraction fulviques prédomine sur la fraction humique et représente 24% du carbone organique total dans un compost d’ordures ménagères à 0 jour de compostage (Sugahara et Ionoko, 1981). Durant le compostage, la fraction humique devient progressivement prédominante par rapport à la fraction fulvique et passe par exemple dans l’étude de Sugahara et Ionoko (1981) de 2% du carbone organique total d’un compost d’ordures ménagères à 0 jour de compostage à 24% du carbone organique total après 3 mois de compostage.

9.4.3. Evolution de la composition chimique de la matière organique des composts au cours du compostage : mise en évidence par analyses spectrales

L’utilisation de méthodes spectrales pour analyser les constituants organiques des composts s’est développée ces dernières années. Les principales techniques utilisées aujourd’hui pour étudier la stabilisation des composts au cours du compostage sont la spectrométrie infrarouge (IR) (Chen, 2003 ; Francou, 2003), la résonance magnétique nucléaire (RMN) (Chen, 2003), et la pyrolyse couplée à un Chromatographie en phase gazeuse et à un spectromètre de masse (Dignac et al, sous presse). Ainsi, par analyse IR, Chen (2003) a montré que la dégradation de la matière organique au cours du compostage s’accompagne d’une augmentation de la proportion de composés aromatiques, réfractaires à la biodégradation, par rapport aux courtes chaînes aliphatiques, aux polysaccharides et aux alcools, facilement dégradables. Ouatmane et al (2000) constate que cette augmentation est forte dans le cas d’un compostage d’ordures ménagères alors qu’elle est pratiquement insignifiante dans le cas d’un compostage à base de sciure de bois.

9.4.4. Notion de maturité des composts

Le degré de maturité des composts est un critère important à déterminer, afin de répondre aux préoccupations des fabricants et utilisateurs de composts. La maturité (ou stabilité) d’un compost est reliée au degré de décomposition et d’humification de sa matière organique. La maturité d’un compost est un paramètre à considérer avant toute utilisation. En effet, le degré de maturité des composts influence les effets des composts après apport au sol et doit être connu. Plusieurs critères ont été élaborés pour estimer cette maturité :

- Stabilité biologique de la matière organique du compost : La biodégradabilité résiduelle de la matière organique des composts diminue avec l’augmentation de la maturité des composts (Kirchmann et Bernal, 1997 ; Francou, 2003). La méthode de référence pour évaluer la biodégradabilité de la matière organique d’un compost est le suivi de l’activité respiratoire d’un sol auquel le compost est incorporé. Un compost mûr est un compost qui a une matière organique dont la biodégradabilité est

Chapitre I : Synthèse Bibliographique____________________________________________________________

55 similaire à celle de la matière organique d’un sol. Francou (2003) a établi une gamme de stabilité des matières organiques des composts suivant le taux de minéralisation du carbone organique en conditions contrôlées (28°C durant 108 jours) (tableau I-14). Plusieurs tests, sont proposés pour une évaluation rapide de la biodégradabilité de la matière organique des composts. Ces tests sont en premier lieu destinés à être utilisés sur plate-forme de compostage.

Tableau I-14 : Définition des classes de maturité des composts à partir de la proportion du carbone organique total des compost minéralisé après 108 jours d’incubation à 28°C (C-CO2 108 jours) (Francou, 2003).

Niveau de stabilité du compost C-CO2 108 jours (%COT) Degré de maturité du compost

Compost très stable [0 ;10] Maturité très élevée

Compost stable ]10 ; 15] Maturité élevée

Compost moyennement stable ]15 ; 20] Maturité moyenne

Compost instable ]20 ;30] Maturité faible

Compost très instable >30 Maturité très faible

- Suivi du rapport d’humification (CAH/CAF) : Le fractionnement chimique de la matière organique (en acides fulviques, humiques et humine) a conduit certains auteurs à calculer des indicateurs de maturité à partir de ces différentes fractions. Le plus courant est le rapport de la fraction humique sur la fraction fulvique (CAH/CAF). Les études montrent une augmentation significative de ce rapport au cours du compostage (Saviozzi et al, 1988 ; Francou, 2003). Des rapports inférieurs à 1 sont caractéristiques des composts immatures (Roletto et al, 1985a ; Francou, 2003), et les valeurs doivent être supérieures à 1,7 ou 3 pour les composts mûrs respectivement selon Foster et al (1993) et Francou (2003).

- L’évolution de certaines caractéristiques physico-chimiques classiques : Plusieurs travaux ont montré l’évolution des caractéristiques physico-chimiques classiques des composts au cours du compostage. Les caractéristiques pouvant être utilisées comme indicateurs de maturité sont le pH, la CEC (en liaison directe avec le pH), le rapport C/N et le rapport N-N-NO3-/N- NH4+.

En effet, les pH acides sont caractéristiques des composts immatures alors que les composts mûrs sont caractérisés par des pH compris entre 7 et 9 (Forster et al, 1993).

Selon Iglesias-Jimenez et Perez-Garcia (1989) une CEC supérieure à 60meq/100g de la matière organique est nécessaire pour pouvoir considérer le compost comme mûr. Mais Saharinen (1998) rapporte que la CEC ne peut pas être utilisée comme indicateur de maturité des produits d’origine et de composition variées.

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Le rapport C/N est un indicateur très utilisé dans l’étude des composts. Le C/N diminue au cours du compostage et Roletto et al (1985b) considère qu’une valeur inférieure à 25 caractérise un compost mûr, alors que Iglesias-Jimenez et Perez-Garcia (1989) considère qu’un rapport inférieur à 20 et même 15 est préférable. Mais beaucoup d’auteurs considèrent que la valeurs du C/N d’un compost n’est pas suffisante pour déterminer sa maturité (Morel et al, 1986 ; Serra-Wittling, 1995).

Le rapport N-NO3-/N- NH4+ est utilisé par certains auteurs comme indicateur de maturité qui augmente pendant le compostage. En effet, la présence de nitrates n’est observée que dans les composts mûrs.

Une microflore nitrifiante active dans un compost est donc synonyme de maturité (Kaiser, 1981 ; Annabi, 2004). Le rapport N-NO3-/N- NH4+ est cependant peu utilisé comme indicateur de maturité des composts car les résultats trouvés sont différents (Francou, 2003).

- Autres critères relevés dans la littérature: Il existe des tests simples pour déterminer la maturité des composts. La stabilisation de la température du compost traduit la fin de phase de dégradation intensive (Harada et al, 1981). L’absence d’odeurs déplaisantes générées par l’émission de composés organiques volatiles lors de la phase de dégradation intensive peut également être utilisée (Iglesias- Jimenez et Perez-Garcia, 1989). Le changement de couleur au cours du compostage a conduit certains auteurs à mettre en place des tests colorimétriques (Morel, 1982). Mais ces tests ne s’appliquent généralement que sur un produit donné et nécessite le suivi de tout le procédé de compostage.

L’ensemble de ces tests simples apparaissent trop peu généralisables et trop peu précis pour constituer des indicateurs standards et fiables de maturité.

Il existe aussi des méthodes plus complexes et peu utilisées en pratique comme l’estimation des lipides extractibles (Dinel et al, 1996) et le suivi de l’évolution de la biodiversité microbienne, de l’activité enzymatique au cours du compostage (Forster et al, 1993 ; Insam et al, 1996).

Les teneurs en lipides totaux diminuent au cours du compostage de plusieurs effluents d’élevage (Dinel et al, 1996). Cette diminution est due à la dégradation des lipides par les microorganismes.

Dinel et al (1996) ont établi des seuils de maturité sur la base de l’évolution des lipides au cours du compostage. Ainsi un rapport entre les lipides extractibles au diethylether qui permet l’extraction des lipides à courte chaîne moléculaire, des alcanes, des alcènes et des acides alcanoloiques et les lipides extractibles au chloroforme inférieur à 2,5 est caractéristique des composts mûrs. Un ratio entre les lipides à grand poids moléculaire extractibles au chloroforme et les lipides totaux (somme des lipides extractibles au diethylether et au chloroforme) supérieur à 0,25 est aussi caractéristique des composts mûrs.

La stabilité de la biodiversité des populations microbiennes des composts au cours du compostage est un critère de maturité (Insam et al, 1996 ; Annabi, 2004).

Chapitre I : Démarche et Objectifs_______________________________________________________________

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