Aspects
physico-chimiques
Processus aérobie, anaérobie et production de
chaleur
Structure
du substrat et aération
Evolution quantitative et qualitative
Les substrats organiques présentent des caractéristiques communes de diversité et de nature à dominante organique. Ils présentent en effet des variations de quantité et de qualité alors qu’ils constituent la seule source de nourriture des microorganismes. La disponibilité en éléments majeurs conditionne donc l’installation d’équilibres dynamiques en fonction des facteurs limitant. Nous allons étudier dans un premier temps l’importance du rapport entre ces éléments majeurs.
Processus aérobie, anaérobie et production de chaleur
Lorsque le volume de substrat est suffisant, une forte augmentation de température se produit : L’activité bactérienne est un processus exothermique (la production de chaleur est proportionnelle au volume à composter).
En condition anaérobie, la quantité d’énergie qu’un microorganisme tire de la dégradation de la matière organique est très faible ; la chaleur dégagée est moindre qu’en milieu anaérobie (elle ne dépasse guère 30 à 40 degrés).
Une masse de substrat soumise au processus de compostage manifeste un cycle thermique : tout d’abord, la température s’élève sous l’effet de la chaleur produite (phase thermogène).
Deux facteurs peuvent alors limiter la production de chaleur :
une aération insuffisante
Au fur et à mesure que la température augmente, la solubilité de l’oxygène diminue alors que sa consommation aérobie augmente. Si la ventilation du compost est insuffisante, des zones anoxiques apparaissent (des activités anaérobies beaucoup moins thermogènes).
Une température maximale permettant
l’activité des microorganismes présents.
L’atteinte de la température maximale d’activité inhibe la respiration et la croissance du microorganisme : il ne produit plus de chaleur.
D’autres microorganismes plus thermotolérants ou thermophiles prennent le relais.
La vitesse d’échauffement est limitée par le potentiel de la microflore du substrat à mettre en œuvre une succession de population de plus en plus thermophile. La température maximale atteinte est celle supportée par les microorganismes les plus thermophiles.
La production de chaleur décroît avec la diminution des substrats métabolisables. Lorsque la température devient proche de la température ambiante, la phase importante de maturation est terminée.
Structure du substrat et aération
La circulation de l’air dépend de la porosité de la structure du substrat et de sa perméabilité. La circulation de l’air dans le compost intervient passivement par un phénomène de thermosiphon engendré par l’échauffement de la masse.
Pour pouvoir composter des boues d’épuration (riches en eau et peu perméables à l’air) des composés ligneux peuvent y être incorporés.
Evolution quantitative et qualitative
On observe une importante baise générale du volume et de la matière sèche totale pendant le phénomène de compostage. On observe en plus un certain tassement et des pertes respectives de 22%, 65% et 85% en protéines, glucides et lipides.
La densité finale est fonction de la teneur en eau des composts, de leur fermentescibilité et de la taille des particules.
La perte globale de matière organique est de l’ordre de 30% à 35% de matière sèche.
Au fil du compostage, certains éléments se concentrent :
La concentration est plus élevée en phosphore, soufre, potassium, calcium, magnésium et autres oligo-éléments
D’autres au contraire diminuent :
La perte de carbone (avec le
dégagement de CO2), d’hydrogène, d’oxygène (sous forme d’eau)
D’une moindre mesure, la perte de
l’azote sous forme d’ammoniaque et par dénitrification sous forme d’azote
élémentaire.