Compostage - Définition

Le compostage peut être défini comme un procédé biologique contrôlé de conversion et de valorisation des matières organiques (sous-produits de la biomasse, déchets organiques d'origine biologique...) en un produit stabilisé, hygiénique, semblable à un terreau, riche en composés humiques, le compost.

Composition du compost

Les organismes responsables du compostage ont besoin de 3 paramètres pour vivre :

• de la nourriture équilibrée composée d'un mélange de matières carbonées (brunes-dures-sèches) et de matières azotées (vertes-molles-humides)
• d'humidité qui viendra des matières azotées (humides)
• d'air qui viendra par les matières carbonées structurantes (dures)

Les résidus organiques compostables sont :

• des déchets azotés : des déchets végétaux, de jardinage (tailles de haies, tontes de pelouse...), des feuilles vertes, des déchets ménagers périssables (déchets des légumes et de fruits). Il est ainsi possible de diminuer de 30-40 % sa quantité d'ordures ménagères et de diminuer d'autant la taille des décharges et les volumes de déchets transportés vers les incinérateurs ;
• des déchets carbonés : des branches broyées, les feuilles mortes, la paille (on stockera précieusement ces matières pour toujours en avoir à sa disposition pour les mélanger avec les matières azotées) ;
• les coquilles d'œuf, coquilles de noix ;
• les litières biodégradables des animaux herbivores ;
• du papier en évitant ceux qui sont imprimés, le carton (il sert de refuge aux vers de terre) ;
• des morceaux de tissus 100% naturels (laine, coton), etc.
• les déchets de maison (mouchoirs en papier, essuie-tout, cendre de bois, sciures, copeaux, plantes d'intérieur non malades).

Attention : les marcs de café avec le filtre ne sont pas compostables car ceux-ci possèdent une décomposition très lente.

Description du procédé

Le compostage est une opération qui consiste à faire fermenter, dans des conditions contrôlées, des déchets organiques en présence de l'oxygène de l'air.

Deux phénomènes se succèdent dans un processus de compostage. Le premier, amenant les résidus à l'état de compost frais, est une fermentation aérobie intense : il s'agit essentiellement de la décomposition de la matière organique fraîche à haute température (50-70 °C) sous l'action de bactéries ; le deuxième, par une fermentation moins soutenue, va transformer le compost frais en un compost mûr, riche en humus. Ce phénomène de maturation, qui se passe à température plus basse (35-45 °C), conduit à la biosynthèse de composés humiques par des champignons.

Fermentation

L'évolution de la température durant le processus de fermentation s'effectue en trois phases:

• la température monte rapidement à 40-45°C suite à la respiration des micro-organismes mésophiles aérobies. Les composés les plus fermentescibles tels les sucres et l'amidon sont d'abord consommés.

Une phase préliminaire à cette première phase est parfois décrite. Au cours de cette phase on note, après une courte latence, une légère augmentation de la température. Elle résulte de l'activité respiratoire endogène de cellules vivantes présentes dans la masse à composter. Cette phase est donc très courte et ne s'observe qu'en laboratoire lorsque le mélange à composter contient une forte proportion de tissus frais.

• la respiration élève alors progressivement la température jusqu'à 60-70 °C, conduisant au remplacement des micro-organismes mésophiles par des thermophiles et des thermo-tolérants.
• par leur respiration, les micro-organismes vont épuiser l'oxygène de la masse en compostage et rendre le milieu anaérobie. Des germes anaérobies se développent alors, conduisant à un abaissement de la température car leur métabolisme est moins thermogène. Ils sont de plus responsables de la libération de composés volatils nauséabonds (méthane, ammoniac, hydrogène sulfuré...).

Pour éviter cette putréfaction, il est nécessaire de restaurer les conditions aérobies du milieu (voir aération ci-dessous). Ainsi il sera possible de prolonger la fermentation à haute température. Les pathogènes, parasites et semences de mauvaises herbes seront détruits par la température élevée, les mauvaises odeurs seront évitées, la décomposition sera plus rapide. Dès que la température n'augmente plus après aération, on peut considérer que la fermentation est terminée

Maturation

À ce moment, la quantité de matière facilement utilisable par la microflore se raréfie et la biosynthèse de composés humiques devient prédominante. On assiste à la disparition des micro-organismes thermophiles au profit d'espèces plus communes et de nouvelles espèces mésophiles au fur et à mesure que la température décroît au cours d'une longue période de mûrissement pour se stabiliser au niveau de la température ambiante.

Il faut encore signaler que la transition entre chacune des phases citées précédemment résulte d'une évolution continue : il n'y a pas de frontière marquée entre les espèces mésophiles et thermophiles. Chaque espèce possède une gamme de températures vitales avec, au milieu, un optimum écologique.

Influence de l'environnement

La progression du matériel de départ vers le stade final, l'humus, dépend d'un grand nombre de facteurs externes comme la dimension des particules, la nature des nutriments, leur structure, le taux d'humidité, l'aération, le pH… D'autre part, en se multipliant, les micro-organismes changent constamment leur environnement et le rendent souvent impropre à leur développement.

Conditions physiques

Aération

Ce facteur est essentiel puisque le compostage est un processus aérobie. On estime que l'air devrait occuper au moins 50% du volume du tas. L'anaérobiose commence lorsque le taux d'oxygène du tas est inférieur à 10%; elle prédomine au dessous de 5% d'O₂ (air = 21% O₂). Diverses techniques permettent de rétablir l'aérobiose, elles seront décrites ci-dessous.

Humidité

Comme pour un substrat de culture, l'aération et l'humidité du compost sont liées : un excès d'eau diminue la quantité d'air disponible dans le volume de compost. Un système d'aération plus efficace sera alors nécessaire.

La chaleur libérée par la fermentation provoque l'évaporation d'une grande quantité d'eau. On arrosera la masse en fermentation si nécessaire de manière à maintenir un taux d'humidité de 50 à 70% de la masse fraîche (c’est-à-dire l'équivalent de la capacité au champ pour un sol). D'autre part, on veillera à la protéger des pluies battantes et de l'évaporation excessive par le soleil (surtout en régions intertropicales). Une toiture sera alors la bienvenue.

Dimension des particules

Outre son rôle sur la porosité à l'air et la rétention en eau du milieu, un des effets de la dilacération préalable (broyage) est d'augmenter la surface de contact entre les déchets et la microflore. Une réduction de la taille des particules entraîne donc un accroissement du taux de décomposition mais aussi une circulation d'air plus faible (risque d'anaérobiose).

Température

Par leur respiration les micro-organismes dégagent une chaleur telle que les températures atteintes (80 et même plus de 90 °C dans un tas bien isolé) peuvent devenir létales pour les cellules. On veillera à ne pas dépasser une température de 70 °C.

Conditions chimiques

pH

Généralement, les matières à composter présentent un pH compris entre 5 et 7, c’est-à-dire dans des limites acceptables. Le pH s'abaisse pendant les premiers jours et remonte ensuite pour devenir neutre ou légèrement alcalin. Certains auteurs recommandent cependant l'adjonction d'un tampon ou d'une base faible (calcaires ou dolomie broyés, marne, craie phosphatée...), d'autres s'y refusent car cela peut provoquer un ralentissement du processus. Sans adjonction de tampon, le pH final du compost est au alentour de 8.

Forme du carbone

Elle influence beaucoup la vitesse de décomposition du compost. Certaines des molécules, tels les glucides simples, l'amidon, les hémicelluloses, les pectines et les acides aminés, sont aisément dégradables. La cellulose, polymère plus volumineux, est plus résistante. La lignine et les autres polymères aromatiques, extrêmement solides, seront dégradés plus tardivement, plus lentement et incomplètement (conduisant à la formation d'humus).

Rapport C/N

Un rapport trop faible (inférieur à 15) conduit à des pertes d'azote ; un C/N trop élevé ralentit la décomposition. La quantité d'azote à ajouter est difficile à estimer car il faut tenir compte du taux de fermentescibilité du carbone.

Rapport C/P

Le phosphore est essentiel aux réactions énergétiques des micro-organismes (Adénosine Tri-Phosphate). Il entre aussi dans la composition de nombreuses autres macro-molécules. Un rapport C/P de la matière à composter voisin de celui de la microflore (75 à 150) conduit à une dégradation plus rapide de la matière organique et à une plus grande production d'humus.

Autres éléments minéraux

Les matières à composter doivent être considérées comme un milieu de culture pour microbes, où le facteur limitant ne peut être que le carbone assimilable et non un autre constituant du milieu. Ces éléments sont en général présents en quantité suffisante dans la matière organique à composter.

Conditions biologiques

Comme nous l'avons expliqué au début de ce chapitre, le compostage est réalisé par des micro-organismes. La vitesse et l'efficacité du compostage sont donc liées à la présence d'une population microbienne adéquate. Si la présence de ces milliards de bactéries et champignons est indispensable, leur ensemencement ('activateurs' ou 'stimulateurs' de compostage) semble peu, voire pas utile. Les spores de ces micro-organismes existent en effet en quantités suffisantes dans la nature et il est beaucoup plus important de veiller à créer un milieu (pH, humidité, aération, C/N, ...) favorable à leur développement.

L'inoculation des composts par des micro-organismes fixateurs d'azote atmosphérique, tels que Azotobacter ne semble pas non plus intéressante pour le compostage, la dépense d'énergie de ces organismes pour fixer l'azote étant trop importante. Le seul intérêt de ce type d'inoculation pourrait provenir d'une éventuelle fixation d'azote, postérieure au compostage, pendant la culture des plantes sur les composts ainsi inoculés. Des expériences devraient être menées afin de démontrer la crédibilité‚ d'une telle hypothèse.

Aptitude au compostage (CNFP)

L'aptitude au compostage est un paramètre formé d'un code de quatre lettres, majuscules ou minuscules, il représente les quatre aspects fondamentaux à réunir pour réaliser un bon compost : 'C' ou 'c' pour carbone, 'N' ou 'n' pour azote, 'F' ou 'f' pour le degré de fermentescibilité (c.-à-d. l'aptitude à fermenter du produit), et 'P' ou 'p' pour la porosité totale. Une lettre minuscule indique un apport correct pour cet aspect, une lettre majuscule indiquant des propriétés améliorantes. L'absence d'une lettre ('—') signifie un manque, à complémenter par un produit ayant des propriétés améliorantes pour le même facteur. La réalisation du compost se fera donc en combinant deux sous-produits (trois à la rigueur) ayant des propriétés complémentaires de telle manière que les quatre lettres du code soient présentes dans le mélange réalisé.

'c' ou 'C'

'c' indique un produit possédant un rapport C/N correct (15 à 30). 'C' indique un produit à forte teneur en carbone, c’est-à-dire ayant un C/N supérieur à 75. Un tel produit devra être mélangé à un produit de type 'N' ou recevra un supplément d'azote sous forme d'engrais minéral (urée par exemple).

'n' ou 'N'

Complémentaire du facteur précédant, 'n' indique un C/N correct ; 'N' indique un C/N faible (inférieur à 10) nécessitant un mélange avec un produit de type 'C' ; un matériau à C/N élevé sera de type '—' pour ce facteur.

'f' ou 'F'

Donne une indication sur la forme du carbone présent: 'f' représente un équilibre convenable entre les molécules à fermentation rapide (sucres) et les molécules à dégradation lente (lignines). Les molécules à dégradation rapide sont nécessaires au démarrage de la fermentation et à l'obtention d'une température élevée dans la masse de compost ('pasteurisation' du compost). Un matériau riche en ces molécules sera de type 'F', un matériau pauvre de type '—'. Les molécules à dégradation lente quant à elles serviront de base à la biosynthèse des composés humiques.

'p' ou 'P'

La porosité à l'air du matériau est importante pour son rôle sur l'aération du compost et sur la rétention en eau (la porosité à l'eau, exprimée en pourcent de la porosité totale, est le complément à 100 de la porosité à l'air). Elle est influencée principalement par la dimension des particules. Un matériau dont la porosité à l'air est élevée ('P', matériau de structuration) permettra par exemple de réaliser des tas de composts de volume plus important sans risquer un tassement qui empêcherait la circulation de l'air. Il pourra aussi servir de matériau de base à mélanger avec des matériaux sans structure ('—': boues de stations d'épuration ou eaux de process industriel par exemple). 'p' représente un matériau présentant un bon équilibre entre la porosité à l'air et la porosité à l'eau.

Il faut remarquer que le compostage, en soi, ne nécessite pas un structurant d'origine organique. Des copeaux de caoutchouc (issus de vieux pneus) peuvent être utilisés, par exemple pour le compostage de boues de stations d'épuration.

Les différentes méthodes de compostage

Les méthodes décrites ci-dessous ne concernent que la phase de fermentation active. La phase de maturation quant à elle se déroule habituellement à l'air libre en tas de grande dimension.

À l'air libre

On construira cependant un auvent au dessus des composts en fermentation afin de les protéger des pluies excessives ou de la dessication par le vent et le soleil.

En fosse

La méthode de compostage en fosse est la pratique la plus anciennement employée mais conduit rapidement à des conditions anaérobies. La fosse est creusée dans un endroit abrité et bien isolé. Les déchets organiques y sont disposés en couches d'une vingtaine de centimètres d'épaisseur, alternant les produits riches en azote (type 'N') et ceux riche en carbone (type 'C'). Ils sont ensuite recouverts d'une épaisse couche de paille (isolation) puis d'une couche de terre d'environ 10 cm d'épaisseur. Cette méthode est très lente et partiellement anaérobie car aucun apport ultérieur d'eau ou d'air n'est effectué. Elle est réservée à l'amateurisme et aux climats frais (meilleure isolation) ou secs (réduction des pertes en eau). Sous un climat tempéré, cette méthode provoque l'apparition de mauvaises odeurs (décomposition anaérobique).

En tas

C'est la méthode de compostage la plus commune. Les déchets sont rassemblés en andains de longueur indéfinie et dont la hauteur dépend à la fois de la porosité à l'air du compost (plus elle est élevée, type 'P', plus le tas peut être haut) ainsi que de la fréquence et de la méthode d'aération choisie (une fréquence élevée et/ou une aération par ventilation forcée autorisent des tas plus importants).

En couloir

Cette méthode est fort semblable à la précédente, mais les andains sont ici compris entre deux murets latéraux. Elle permet parfois une installation plus aisée des dispositifs d'aération mais nécessite un investissement plus important. On dispose également de moins de flexibilité pour l'organisation ou la modification du chantier de compostage.

En enceinte close ou 'digesteur'

Le principe commun des procédés de fermentation dite 'accélérée' est basé‚ sur le séjour plus ou moins rapide des déchets dans des dispositifs appelés digesteurs. Un digesteur est une enceinte fermée à l'intérieur de laquelle il est possible de contrôler le déroulement de la fermentation en agissant essentiellement sur l'aération. Les déchets entrent en général par une extrémité du dispositif et ressortent, en fin de fermentation, à l'autre extrémité. Le brassage et l'aération des matériaux sont le plus souvent réalisés en continu.

Silo vertical (tour)

De nombreux dispositifs existent, plus ou moins complexes, mais leur principe reste le même. Les déchets sont acheminés, via une bande transporteuse, au sommet de la tour de digestion. Ils descendront soit au moyen de vis sans fin ou de racleurs en suivant une succession de plateaux, soit par gravité. À chaque niveau, ou dans la masse du compost, sont installés des tuyaux d'aération permettant d'oxygéner le milieu. En fin de fermentation, le compost est récupéré à la base de la tour.

Biostabilisateur

Le digesteur est disposé ici, non plus verticalement, mais horizontalement. Il s'agit en fait d'un cylindre rotatif d'une longueur de 25 à 35 mètres et d'un diamètre de 3 à 4 mètres. La rotation continue du cylindre, à l'intérieur duquel sont fixées des plaques déflectrices hélicoïdales, permet d'assurer à la fois le brassage et l'aération du produit ainsi que sa progression vers l'extrémité du dispositif. La durée de séjour des déchets à l'intérieur du biostabilisateur est de l'ordre de 4 à 6 jours, après quoi ils sont transférés sur l'aire de maturation.

Mode d'aération

Comme nous l'avons déjà indiqué, l'aération du mélange en compostage est essentielle durant la phase de fermentation active. Plusieurs méthodes existent, mieux adaptées à l'une ou l'autre méthode de compostage ou à une échelle de travail plus ou moins grande.

Aération passive et méthode chinoise

Dans les systèmes traditionnels de compostage en tas, seule la porosité de celui-ci assure l'aération de la masse. On est donc limité à des tas de faibles dimensions et à des composts à porosit‚ très élevée (type 'P', grosses particules). Les Chinois ont amélioré ce système en installant des faisceaux de bambous lors de la constitution du tas. Ces bambous sont ensuite retirés après 1 ou 2 jours, laissant libres des orifices plongeant jusqu'au milieu du tas et par lesquels l'aération peut se faire plus activement.

Brassage des matériaux

L'oxygénation la plus efficace d'une masse en fermentation chaude est obtenue par son retournement. Le brassage complet permet également d'assurer une fermentation plus homogène de toute la masse, chaque particule évoluant suffisamment de temps au centre du compost, où la température est la plus élevée. Entre les retournements, la partie extérieure du tas évolue en aérobiose par aération passive (voir paragraphe précédent) pendant que le taux d'oxygène au centre du tas diminue rapidement. La fréquence et la qualité des retournements sont donc les paramètres fondamentaux de cette technique.

Selon la dimension du chantier de compostage, le brassage se fera à la fourche (main d'œuvre manuelle), au moyen d'un engin de travaux publics (pelle chargeuse sur pneus), ou au moyen de machines spécialisées.

Aération active par soufflerie

Contrairement aux techniques précédentes, l'apport d'oxygène pendant la fermentation est ici continu. Les andains à aérer recouvrent un réseau de tuyauteries perforées sur toute leur longueur et reliées à un surpresseur. La puissance du surpresseur est fonction du volume et du tassement de la masse à aérer.

Aération active par aspiration (méthode Beltsville)

L'apport d'air frais est réalisé ici par aspiration au travers des andains suivant un schéma identique à celui de la méthode précédente (si ce n'est que le surpresseur est remplacé par un aspirateur). Le dispositif par aspiration est à préférer à celui par soufflerie car l'air aspiré a moins tendance à emprunter des chemins préférentiels, ce qui serait préjudiciable à l'efficacité de l'aération. On prévoira cependant un filtre, qui peut être simplement un tas de compost mature, à la sortie de l'aspirateur afin d'éliminer les odeurs. La ventilation peut être combinée, si on le désire, avec le brassage des matériaux décrit plus haut.

Détermination de la fin du compostage

Un bon compost est un produit dont les constituants organiques ont subi une conversion biologique en des substances moins agressives et plus stables. Les processus de dégradation persistent cependant à un taux plus réduit au delà même de la phase de fermentation. Il faut donc savoir quand et pour quel usage on pourra utiliser un compost sans risque de phytotoxicité.

Un compost frais, c’est-à-dire ayant subi un début de fermentation (de l'ordre de 2 semaines), pourra être utilisé en paillage (mulching) ou en champignonières. En fin de fermentation, le compost est stabilisé et pourra servir comme engrais/amendement organique. Une utilisation comme substrat de culture requiert quant à elle un compost ayant subi une longue période de maturation (d'autant plus longue que les plantes sont sensibles : jeunes semis, laitue, ...).

Évolution de la température

Un moyen simple de suivre le déroulement du processus de compostage consiste, comme mentionné précédemment, à utiliser des sondes thermométriques plongeant dans la masse en fermentation. Cette méthode donne des informations sur le stade de fermentation mais peu sur le niveau de maturité du compost. Elle devra donc être complétée par une ou plusieurs autres méthodes.

Rapport C/N

La consommation du carbone organique par la microflore libère une grande quantité de CO₂. La diminution progressive de la teneur en carbone du milieu a pour conséquence une diminution sensible de la valeur du rapport C/N. En effet l'azote, fixé dans les protéines microbiennes, reste dans la masse du compost (sauf pertes éventuelles par dégagement d'ammoniac). Selon le degré de fermentescibilité du carbone composant les résidus, on considèrera comme favorable un rapport C/N de 20 à 40 en fin de maturation.

De nombreux auteurs citent un rapport C/N de 15 à 30 comme idéal. L'expérience pratique montre que, pour des substrats riches en lignines ou autres formes de carbone peu fermentescibles, un rapport de 40 voire même de 50 ne provoque pas de carence par immobilisation de l'azote. La dégradation de ces composés carbonés par les micro-organismes est en effet tellement lente que la faible consommation d'azote qui en résulte ne concurrence pas la culture.

Signalons enfin que le C/N est déterminé chimiquement (méthode d'analyse du C/N). Or, les réactifs chimiques ne correspondent pas au bagage enzymatique de la microflore présente dans le compost. D'autre part, l'analyse chimique dégrade complètement les particules de l'échantillon, c’est-à-dire bien plus que la surface d'attaque immédiatement accessible aux enzymes microbiennes. Le C/N idéal sera donc à déterminer dans chaque cas.

Chromatographie circulaire sur papier

Elle fut mise au point par PFEIFER (Biochemical Research Laboratory, Spring Valley - USA) et testée par HERTELENDY. Son principe est basé sur le fait que des substances différentes, dissoutes dans un même solvant (solution de NaOH à 5%), présentent des affinités variables de migration capillaire sur une surface absorbante (feuille ronde de papier filtre). Cette surface absorbante est prétraitée au nitrate d'argent, qui sert de révélateur. La solution alcaline de compost est apportée goutte à goutte au centre du papier filtre. Après migration de la solution, on laisse le chromatogramme se développer en lumière atténuée. Un compost peu évolué est caractérisé par une image sombre à la périphérie et une tache centrale claire ; un compost mûr montre au contraire une tache centrale sombre avec traînées claires vers la périphérie.

Germination de plantes test

Il s'agit incontestablement de la méthode la plus simple et la plus fiable. Les plantes test les plus couremment utilisées sont le cresson alénois (Lepidium sativum) et la laitue (Lactuca sativa). Des graines de la plante test sont semées sur le compost humidifié en bocal hermétiquement fermé. Après 3 jours, la maturité est évaluée d'après le pourcentage de germination et, éventuellement, la quantité de matière verte obtenue.

Autres méthodes

De nombreuses autres méthodes existent, plus ou moins rapides, plus ou moins fiables, nécessitant un appareillage plus ou moins coùteux et un personnel plus ou moins qualifié. Parmi celles-ci, citons:

• des critères empiriques : couleur plus ou moins sombre, aspect du compost au toucher, à l'odeur, ...
• des méthodes respirométriques : O₂ consommé, CO₂ émis, ...
• des méthodes physico-chimiques : dosage de la Demande Chimique en Oxygène, dosage des formes de l'azote minéral (NH4⁺ et NO3^-), dosage de la S.O.D et de la S.O.R. (Substance Organique Décomposable et Substance Organique Résistante), mesure du pH, ...
• des méthodes biologiques : dosage de l'ATP (Adénosine Tri-Phosphate), croissance de plantes ou de micro-organismes tests, ...

Usages du compost

Le compost peut être utilisé comme engrais sur prairie ou avant labour. Son usage améliore la structure des sols (apport de matière organique), ainsi que la biodisponibilité en éléments nutritifs (azote). Il augmente également la biodiversité de la pédofaune.

Au jardin, il sert à fertiliser les plates-bandes, les arbres fruitiers et le potager. Il peut également être utilisé comme terreau pour les plantes en pot.