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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Autres traitements4. Méthanisation
4.1 Objectifs et principe
La méthanisation est un processus de digestion anaérobie poursuivant en général un double objectif de valorisation énergétique par récupération de méthane (CH4) et de stabilisation des déchets organiques en vue d’une valorisation matière par sa restitution partielle au sol. La filière globale de traitement comporte souvent au moins deux étapes comme l’illustre la figure 9.
La première étape constitue la digestion méthanique proprement dite et se déroule en anaérobiose, c’est-à-dire en l’absence totale d’oxygène. Elle consiste en la biodégradation d’une fraction de la matière organique du déchet conduisant à la libération d’un biogaz formé des métabolites gazeux de biodégradation. Notons que, dans certains procédés, la digestion méthanique peut en fait se dérouler en deux étapes biologiques successives. Le biogaz contient de 50 à 70 % de méthane environ. La durée globale de la digestion méthanique est généralement de l’ordre de deux à six semaines en fonction de la nature du déchet, des conditions opératoires (température notamment) et des objectifs visés (taux de biodégradation et productivité volumique de méthane recherchés). Le temps de séjour sera réduit pour favoriser une forte production de biogaz par unité de temps et de volume de digesteur, et augmenté si l’objectif recherché est plutôt d’accroître le taux de biodégradation.
À l’issue de l’étape de traitement anaérobie, on obtient le digestat qui est constitué par le déchet initial débarrassé de sa fraction organique la plus biodégradable (si la durée de cette étape a été suffisante).
Le digestat peut être stocké ou utilisé tel quel, mais il doit en général subir un certain nombre de posttraitements dans une seconde étape pour être rendu stockable ou valorisable (voir § 4.5.2) parmi lesquels une stabilisation aérobie est envisageable pour obtenir in fine un matériau similaire au compost, généralement appelé affinat (figure 9).
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