Présentation
EnglishRÉSUMÉ
Les traitements biologiques sont des procédés efficaces dans leurs domaines d'application. Ils n'exigent pas de technologies sophistiquées, sont simples de mise en œuvre et relativement peu onéreux. Cependant, un bon savoir-faire est nécessaire pour une mise en œuvre efficace et pérenne. L’article décrit dans un premier temps les principaux types de déchets organiques biodégradables solides et boueux concernés. Puis, il présente les types de métabolismes microbiens afin de définir les familles de traitement qui en découlent. Les procédés aérobies et anaérobies sont alors décrits dans leurs objectifs, leurs paramètres puis leur mode de mise en œuvre, avant d’être illustrés par des exemples d’application.
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Rémy BAYARD : Maître de conférences à l’Institut National des Sciences Appliquées (INSA) de Lyon - Chercheur au laboratoire Déchets, Eaux, Environnement et Pollutions (DEEP), France
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Rémy GOURDON : Professeur à l’Institut National des Sciences Appliquées (INSA) de Lyon - Chercheur au laboratoire Déchets, Eaux, Environnement et Pollutions (DEEP), France
INTRODUCTION
Quel que soit le milieu ou le matériau auquel il s’applique, un traitement biologique consiste dans la très grande majorité des cas à utiliser des microorganismes dans des conditions physicochimiques contrôlées, dans le but de les amener à réaliser les réactions ou processus souhaités par l’opérateur mettant en œuvre le traitement. Il existe des traitements utilisant des organismes supérieurs (par exemple, la phytoremédiation des sols pollués exploite des plantes). D’autres utilisent des enzymes (catalyseurs des réactions biochimiques) ou des fractions ou des extraits de cellules. Mais les traitements utilisant des microorganismes sont de loin les plus répandus en pratique. Cet article se focalisera donc sur ce type de traitements.
L’ensemble des microorganismes constitue ce que les biologistes appellent le règne des protistes. Ils sont souvent qualifiés d’organismes inférieurs, car ce sont des organismes unicellulaires et leur niveau d’organisation est donc moins complexe que celui des organismes supérieurs végétaux ou animaux. Cependant, ils sont d’une très grande diversité et versatilité, et possèdent des capacités d’adaptation étonnantes. Ces caractéristiques les rendent très intéressants dans le traitement des déchets, car elles confèrent aux microorganismes la capacité de développer des activités multiples dans des conditions variables telles que celles rencontrées dans des milieux aussi complexes et hétérogènes que les déchets solides.
Un traitement biologique cherche donc dans son principe à stimuler et à orienter l’activité de microorganismes pour qu’ils se multiplient au sein du déchet et interagissent avec la matière qui le constitue, afin de la transformer comme attendu par l’opérateur. Selon les objectifs du traitement, ces transformations pourront être la dégradation (minéralisation) des constituants les plus évolutifs du déchet. La matière résiduelle obtenue après le traitement est alors plus stable (moins évolutive) que le déchet de départ. Elle peut donc être stockée ou utilisée en maîtrisant les nuisances (odeurs, etc.) ou les risques sanitaires ou environnementaux que le déchet non traité aurait pu générer. Mais dans d’autres conditions opératoires, les biotransformations de la matière pourront conduire à la formation de produits finaux à forte valeur ajoutée (par exemple du méthane), ou donner à la matière traitée des propriétés nouvelles (valeur agronomique du compost par exemple). Les traitements biologiques peuvent donc viser des objectifs à la fois « réactifs » (le déchet est considéré comme une source potentielle de nuisances et d’impacts négatifs que le traitement vise à réduire) et « pro-actifs » (le déchet est considéré comme une ressource dont le traitement vise à valoriser la matière et/ou le potentiel énergétique).
Les microorganismes impliqués sont en règle générale indigènes aux déchets, c’est-à-dire présents au départ dans les déchets considérés. Les conditions de mise en œuvre des procédés biologiques des déchets organiques de biomasse relèvent donc d’une approche dite de « biostimulation ». La biostimulation consiste à sélectionner des paramètres installant des conditions qui soient les plus favorables à la croissance des microorganismes indigènes (notamment par la température et le contrôle d’autres facteurs physicochimiques tels que le pH ou l’oxygénation). En se multipliant dans le déchet, les microorganismes consomment et transforment la matière du déchet.
L’article propose dans un premier temps une description des types de déchets particulièrement bien adaptés aux traitements biologiques, afin de cerner les domaines d’application privilégiés de ces traitements. Il développe ensuite des considérations biochimiques sur les grands types de métabolismes microbiens dans le but d’apporter au lecteur une bonne compréhension des réactions microbiennes sur lesquelles les traitements biologiques sont basés. Les traitements sont alors présentés en détail, et de nombreux exemples d’application sont donnés pour illustrer la présentation.
Le lecteur trouvera en fin d’article un glossaire et un tableau des sigles utilisés.
MOTS-CLÉS
recyclage digestion anaérobie valorisation énergétique compostage micro-organisme traitement aérobie déchet organique
VERSIONS
- Version archivée 1 de janv. 2001 par Rémy GOURDON
- Version archivée 2 de janv. 2010 par Rémy BAYARD, Rémy GOURDON
DOI (Digital Object Identifier)
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4. 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 2 étapes comme l’illustre la figure 7.
La première étape constitue en 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 2 à 6 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 est 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.
Le traitement conduit à produire un digestat constitué par la matière résiduelle obtenue après l’étape de digestion anaérobie du déchet, c’est-à-dire celle du déchet initial débarrassé de sa fraction organique la plus biodégradable.
Le digestat peut être stocké ou utilisé tel quel, mais il doit en général subir un certain nombre de post-traitements dans une seconde étape pour être rendu stockable ou valorisable parmi lesquels une stabilisation aérobie est envisageable pour obtenir in fine un matériau similaire au compost, généralement appelé affinat (figure 7).
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Méthanisation
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ADEME - MODECOM™ 2017 – MODECOM 2017 – Campagne nationale de caractérisation des déchets ménagers et assimilés – Analyse des résultats - (2020a). https://librairie.ademe.fr/
-
(2) - ADEME - Gestion domestique des déchets organiques – Synthèse des résultats - (2020b), https://librairie.ademe.fr/
-
(3) - FranceAgriMer - Rapport annuel 2020 de l’Observatoire National des Ressources en Biomasse (ONRB) sur les gisements et disponibilités de biomasse issue de l’agriculture et des industries agroalimentaires - (2020). https://www.franceagrimer.fr/
-
(4) - EEA - Bio-waste in Europe — turning challenges into opportunities, - European Environment Agency report N° 04/2020 (2020). https://www.eea.europa.eu/publications/bio-waste-in-europe
-
(5) - AMORCE - Enquête sur la valorisation des boues d’épuration. - Réf AMORCE EAT05b (2019). https://amorce.asso.fr/publications/enquete-sur-la-valorisation-des-boues-d-epuration-eat05b
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Amendements organiques – Composts contenant des matières d’intérêt agronomique, issues du traitement des eaux. - NF U44-095 - (05-2002)
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Amendements organiques – Dénominations, spécifications et marquage. - NF U44-051 - (04-2006)
ANNEXES
Article L541-1-1 du Code de l’environnement https://www.legifrance.gouv.fr/codes/article_lc/LEGIARTI000042176087/
Article L541-1 du Code de l’environnement https://www.legifrance.gouv.fr/codes/article_lc/LEGIARTI000042176062/
Décret n° 97-1133 du 8 décembre 1997 relatif à l’épandage des boues issues du traitement des eaux usées. https://www.legifrance.gouv.fr/loda/id/JORFTEXT000000739355/2022-03-09/
HAUT DE PAGE
Unité Leledy Compost SAS de traitement de déchets verts et de boues de station de traitement des eaux usées
https://www.leledy-compost.com/
Unité RACINE de traitement de déchets de déchets verts de Vaulx-en-Velin, Décines-Charpieu, Rhône
https://www.sm4.fr/dechets-des-menages/biodechets.htm
Unité de traitement de déchets de Launay Lantic, Côte d’Armor
https://www.kerval-centre-armor.fr
Organismes – Associations – FédérationsADEME (Agence de la transition écologique). https://www.ademe.fr/
AMORCE (Le réseau national des territoires...
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