Présentation
Auteur(s)
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Rémy BAYARD : Maître de conférences à l’ Institut national des sciences appliquées (INSA) de Lyon - Chercheur au laboratoire de génie civil et d’ingénierie environnementale (LGCIE)
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Rémy GOURDON : Professeur à l’INSA de Lyon - Chercheur au LGCIE
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le principe général du traitement biologique est d’exploiter certaines activités microbiennes en les stimulant de manière contrôlée afin soit de réduire les nuisances potentielles des déchets (odeurs, risques sanitaires, caractère polluant au sens large du terme), soit de les valoriser sous forme énergétique ou sous forme matière. De ce fait, les procédés biologiques sont en pratique généralement utilisés pour le traitement de déchets essentiellement organiques présentant un caractère biodégradable Traitement biologique des déchets[1], à savoir notamment les déchets associés à l’exploitation ou à la consommation de la biomasse (sous-produits d’élevage, de cultures, d’industries agroalimentaires ; fraction organique des ordures ménagères). Cependant, la versatilité et la diversité des micro-organismes est telle que ce domaine d’application principal n’est pas exclusif d’autres applications à des déchets industriels organiques, voire minéraux (boues d’hydrocarbures, résidus miniers, etc.), bien que le recours à des techniques physico-chimiques ou thermiques soit alors complémentaire ou concurrent d’un traitement biologique éventuel.
Cet article aborde uniquement le traitement des déchets solides ou boueux, que nous définirons ici comme possédant un taux de matières sèches respectivement supérieur à 15 % de la masse brute pour les déchets dits « solides », et compris entre environ 3 et 15 % en masse pour les déchets dits « boueux ». Le cas des effluents liquides (eaux usées, effluents de procédés) (voir [J3940], [J 3942], [C5220], ) ou gazeux (voir [J3921], [J 3922], [J 3924], [3928], [J 3935], ), dont les traitements sont présentés par ailleurs n’est donc pas discuté ici.
Le document propose, dans un premier temps, un rapide tour d’horizon des principaux types de déchets ou sous-produits susceptibles d’être traités par voie biologique, puis présente les différentes activités microbiennes (métabolismes) qu’il est envisageable de stimuler pour traiter ces déchets, c’est-à-dire pour réduire leur caractère polluant ou les valoriser. La présentation des différents types de métabolismes microbiens permet de mieux comprendre les incidences pratiques de ces aspects fondamentaux et, notamment, les intérêts et inconvénients respectifs des traitements biologiques aérobies et anaérobies, ainsi que les paramètres généraux de fonctionnement. Ainsi, le compostage (traitement aérobie) est un traitement relativement rapide visant à une stabilisation du déchet et à sa valorisation matière, alors que les traitements anaérobies (méthanisation ou fermentations alcooliques), souvent plus longs, permettent une valorisation énergétique.
Les procédés de traitement biologique des déchets organiques sont des techniques robustes bien éprouvées en pratique dans leurs domaines d’application privilégiés. Ils n’exigent pas de technologies sophistiquées et sont donc relativement peu onéreux à mettre en œuvre. Cependant, un certain savoir-faire est nécessaire pour une mise en œuvre efficace et pérenne, notamment concernant la bonne adéquation entre les matériels techniques utilisés, les conditions opératoires, le ou les déchets traités, le contexte socio-économique et technique, et les objectifs fixés au traitement.
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Méthanisation3. Compostage
3.1 Objectifs et principe
Le compostage est un traitement biologique de déchets organiques permettant de poursuivre un ou plusieurs des objectifs suivants :
-
stabilisation du déchet pour réduire les pollutions ou nuisances associées à son évolution biologique ;
-
réduction de la masse du déchet ;
-
production d’un compost valorisable comme amendement organique des sols.
La mise en œuvre du compostage comporte généralement deux étapes biologiques (figure ), auxquelles s’ajoutent des prétraitements et posttraitements éventuellement nécessaires (broyages, mélange avec d’autres produits, tris, etc.).
La première étape biologique, dite de fermentation chaude, répond aux deux premiers objectifs de stabilisation du déchet et de réduction de sa masse. Sa dénomination est en fait un abus de langage puisque le terme « fermentation » désigne en toute rigueur un processus microbiologique anaérobie comme indiqué au paragraphe . Au cours de cette étape, la matière organique la plus facilement biodégradable du déchet est oxydée par des micro-organismes aérobies qui consomment de l’oxygène et libèrent de la chaleur. On assiste donc, si le déchet est suffisamment biodégradable et aéré et que les pertes thermiques sont réduites (§ ), à une élévation de la température qui peut atteindre 70 oC, voire davantage. Pour de nombreux déchets de biomasse, on enregistre une dégradation d’environ 30 à 40 % de la masse qui s’accompagne d’une réduction d’environ 50 % du volume. La durée de cette première étape varie de quelques jours à quelques semaines en fonction de la nature du déchet, des conditions opératoires (aération, etc.) et de contraintes diverses (dimensionnement de l’installation, objectifs fixés...).
À l’issue de cette étape, le déchet est beaucoup moins bioévolutif qu’avant traitement puisque sa fraction la plus biodégradable a été éliminée, et, en outre, les cellules indésirables (micro-organismes pathogènes, graines végétales) ont pu être détruites par effet thermique si la température dépasse 60 oC pendant au moins 5 à 24 heures. On obtient donc un déchet relativement stabilisé pouvant être stocké ou valorisé dans des...
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