Recyclage des déchets organiques en engrais :
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Le recyclage des déchets organiques en engrais est un processus essentiel qui transforme les matières biodégradables en précieux nutriments pour le sol. Cette méthode de gestion des déchets offre des avantages environnementaux considérables, notamment une réduction des émissions de gaz à effet de serre, une meilleure santé des sols et des circuits fermés de ressources.

Avec plus de 2,3 milliards de tonnes de déchets solides municipaux générés chaque année dans le monde, le recyclage de la fraction organique devient essentiel pour atteindre les objectifs de développement durable.

Les déchets organiques représentent une part importante du total des déchets produits. Dans l’Union européenne, les matières organiques représentent plus de 51 % des déchets solides municipaux mis en décharge, notamment les restes alimentaires, les résidus de jardin, le bois et le papier. À l’échelle mondiale, la production de déchets organiques devrait atteindre 3,4 milliards de tonnes au cours des prochaines décennies, ce qui souligne l’urgence de trouver des méthodes de recyclage efficaces.

Méthodes de traitement des déchets organiques

Compostage

Le compostage est un processus biologique contrôlé de décomposition de matières organiques, impliquant des micro-organismes et en présence d’oxygène. Ce processus comprend les phases d’hydrolyse, d’acidogénèse, d’acétogénèse et de maturation, aboutissant à la formation d’une matière stable semblable à de l’humus. Le compostage traditionnel peut prendre de 3 à 6 mois, tandis que les méthodes optimisées peuvent réduire cette période à 2 à 3 mois.

Le compostage s’effectue en conditions aérobies, ce qui le distingue fondamentalement de la décomposition anaérobie en décharge. Grâce à une gestion appropriée du processus, une température de 55 à 65 °C est atteinte en phase thermophile, ce qui assure la destruction des agents pathogènes et des graines de mauvaises herbes. L’activité microbiologique du compost peut augmenter de 82 % par rapport à celle d’un sol non traité, contribuant ainsi à la formation d’un écosystème sain.

Le compost fini contient 40 à 50 % de matière organique et libère lentement les nutriments, ce qui assure une nutrition stable aux plantes sur une longue période. La teneur en carbone du compost varie de 10 % à 28,5 % pour les déchets de jardin et de 19,1 % à 47 % pour les déchets alimentaires.

Fermentation anaérobie

La digestion anaérobie est un processus biologique de décomposition des matières organiques en l’absence d’oxygène, aboutissant à la formation de biogaz et de digestat. Ce processus se déroule en quatre étapes : hydrolyse, acidogénèse, acétogénèse et méthanogénèse. Dans des réacteurs spécialisés, une température de 35 à 55 °C et un pH optimal sont maintenus pour une efficacité maximale du procédé.

Le biogaz est composé de 50 à 75 % de méthane et de 25 à 50 % de dioxyde de carbone, avec de faibles quantités de sulfure d’hydrogène et de vapeur d’eau. Un kilogramme de déchets alimentaires peut produire 300 à 600 mètres cubes de biogaz, soit l’équivalent de 1 800 à 3 600 kWh d’énergie. Les systèmes modernes de digestion anaérobie peuvent capter plus de 85 % du méthane qui serait autrement rejeté dans l’atmosphère.

Le digestat obtenu après digestion anaérobie est riche en nutriments et peut être utilisé comme engrais liquide ou soumis à un compostage ultérieur. Sa teneur en matière organique reste élevée, ce qui contribue à améliorer la structure du sol et sa capacité de rétention d’eau.

Lombricompostage

Le lombricompostage est un procédé de recyclage des déchets organiques à l’aide de vers de terre, généralement Eisenia fetida ou Lumbricus rubellus. Les vers consomment la matière organique et la rejettent sous forme de coprolithes (turricules de vers), un engrais organique de haute qualité. Le lombricompostage dure de 2 à 3 mois et peut être réalisé à des températures allant de 15 °C à 30 °C.

Le lombricompost contient des concentrations plus élevées d’azote, de phosphore, de potassium, de calcium et de magnésium que le compost traditionnel. Il est également riche en micro-organismes bénéfiques, notamment des bactéries, des champignons et des actinomycètes, qui contribuent à améliorer l’activité biologique du sol. Des études ont montré que l’utilisation du lombricompost peut augmenter les rendements commerciaux de 26 %, la biomasse totale de 13 %, la biomasse des pousses de 78 % et la biomasse racinaire de 57 %.

Les processus digestifs des vers sont capables d’éliminer jusqu’à 96 % des taxons bactériens ingérés, y compris les bactéries nocives telles qu’Escherichia coli et Salmonella spp., ce qui fait du lombricompost une option plus sûre pour l’enrichissement du sol.

Avantages environnementaux

Réduire les émissions de gaz à effet de serre

Le recyclage des déchets organiques en engrais permet de réduire considérablement les émissions de gaz à effet de serre. Lorsque les matières organiques se décomposent dans des conditions anaérobies dans les décharges, elles produisent du méthane, un gaz à effet de serre 25 à 28 fois plus puissant que le dioxyde de carbone en termes de réchauffement climatique sur une période de 100 ans.

Le gaspillage alimentaire est responsable de 58 % des émissions de méthane des décharges municipales et de 24 % de l’ensemble des matières qui y sont mises en décharge. Globalement, le gaspillage et les pertes alimentaires représentent 8 à 10 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre, soit près de cinq fois les émissions totales du secteur aérien.

Le compostage des déchets organiques présente la plus faible empreinte carbone, avec jusqu’à -41 kg d’équivalent CO2 par tonne de déchets organiques. La digestion anaérobie avec production de gaz naturel renouvelable peut permettre une réduction de -36 kg d’équivalent CO2 par tonne de déchets si le biogaz remplace le diesel. En comparaison, la mise en décharge des déchets organiques émet près de 400 kg d’équivalent CO2 par tonne de déchets.

Le recyclage de toutes les matières organiques permet d’éviter 40 à 60 % des pertes de carbone dans l’atmosphère par rapport au compostage traditionnel. Correctement mis en œuvre, les systèmes de biogaz peuvent réduire les émissions mondiales de gaz à effet de serre de 10 % et atteindre 50 % des objectifs de l’Engagement mondial sur le méthane d’ici 2030.

Séquestration du carbone dans le sol

L’utilisation d’engrais organiques issus de déchets recyclés contribue à la séquestration durable du carbone dans le sol. Le compost contient des composés organiques stables qui se décomposent lentement dans le sol, assurant ainsi l’accumulation de carbone organique. Lors du compostage, environ 50 % du carbone des matières d’origine est perdu sous forme de CO2, les 50 % restants étant principalement stockés dans des composés organiques récalcitrants.

Des recherches montrent que 45 % du carbone ajouté par le compost est retenu dans le sol pendant 20 ans, 35 % pendant 50 ans et 10 % pendant 100 ans. Lorsque du compost de jardin mature est utilisé comme amendement du sol à raison de 10 tonnes de matière sèche par hectare, la séquestration du carbone peut équivaloir à une réduction de 5 046 kg d’équivalent CO2 sur 20 ans.

En améliorant la teneur en matière organique du sol de 1 %, on retient 16 500 gallons supplémentaires d’eau assimilable par les plantes par acre de sol à une profondeur de 30 cm. Un sol contenant 4 % de matière organique retient plus de deux fois plus d’eau qu’un sol contenant 1 % de matière organique.

Améliorer la santé des sols

Les engrais organiques améliorent considérablement les propriétés physiques, chimiques et biologiques du sol. Ils augmentent sa capacité d’échange cationique, améliorent sa structure et son agrégation, augmentent sa capacité de rétention d’eau et assurent une libération lente des nutriments.

L’activité microbiologique du sol est un indicateur clé de sa santé. L’utilisation de biocompost augmente significativement la richesse bactérienne et fongique, de respectivement 7,11 % et 5,71 %. L’utilisation à long terme d’engrais organiques contribue à l’enrichissement en micro-organismes bénéfiques tels que Sphingomonas, Acidibacter et Streptomyces, et à la réduction des micro-organismes nuisibles, notamment Stachybotrys et Aspergillus.

La matière organique peut retenir jusqu’à dix fois sa masse en eau, car ses particules ont une surface chargée qui attire l’eau. Pour chaque augmentation de 1 % de la matière organique du sol, les terres cultivées américaines pourraient stocker une quantité d’eau équivalente au débit des chutes du Niagara pendant 150 jours.

Biodiversité et suppression des maladies

Les engrais organiques favorisent le développement d’une communauté microbienne diversifiée dans le sol, ce qui supprime naturellement les pathogènes. Les micro-organismes bénéfiques du compost entrent en compétition avec les pathogènes nocifs pour les ressources et l’espace, contrôlant ainsi efficacement leur développement.

Des recherches ont montré que le lombricompost peut lutter contre les maladies causées par des agents pathogènes tels que Pythium, Rhizoctonia et Verticillium, des pathogènes courants responsables de maladies racinaires chez les plantes. Les engrais bio-organiques stimulent les populations indigènes de Pseudomonas dans le sol afin de favoriser la lutte contre les maladies des plantes.

L’application d’engrais organiques augmente l’abondance relative de bactéries potentiellement bénéfiques telles que Luteolibacter, Glycomyces, Flavobacterium et Flavihumibacter, qui sont significativement corrélées négativement avec l’incidence des agents pathogènes foliaires.

Cycles des nutriments

Cycle de l’azote

Les engrais organiques jouent un rôle essentiel dans le cycle de l’azote, assurant une libération lente et contrôlée de l’azote aux plantes. Contrairement aux engrais minéraux, qui peuvent entraîner le lessivage des nitrates et l’eutrophisation des plans d’eau, les engrais organiques minéralisent l’azote progressivement en fonction des besoins des plantes.

Les communautés uréolytiques du sol, responsables de l’hydrolyse de l’urée en ammoniac, sont considérablement modifiées par les engrais organiques. Le fumier frais a un effet plus marqué sur la composition de la communauté uréolytique que le compost, associé à une plus grande disponibilité de l’azote et à une activité uréasique plus élevée.

Les engrais organiques contiennent de l’azote sous diverses formes : azote protéique, acides aminés, urée et nitrates. Grâce aux engrais organiques, 5 à 15 % de l’azote est assimilable par les plantes chaque année, à condition d’être appliqués régulièrement pendant quatre ans ou plus. Ainsi, 20 à 35 % de l’azote apporté avec le compost favorisera la croissance des plantes sur un cycle de culture de trois ans.

Cycle du phosphore

Le phosphore présent dans les engrais organiques se trouve principalement sous forme organique, progressivement minéralisée par les micro-organismes du sol. La disponibilité du phosphore provenant des matières organiques compostées et fraîches est généralement similaire, les réponses étant généralement proportionnelles à la quantité totale de phosphore appliquée.

Le biocompost enrichi de fientes de canard présente une teneur élevée en phosphore, ce qui en fait un biofertilisant enrichi en phosphore efficace. L’application d’engrais organiques peut augmenter la disponibilité des phosphates dans le sol de 143,26 % par rapport au sol témoin et de 7,23 % par rapport au traitement chimique.

Cycle du potassium

Le potassium présent dans les déchets organiques est généralement aussi disponible que dans les engrais minéraux, ce qui signifie qu’il risque d’être lessivé lors du compostage. Si le potassium est conservé grâce à une gestion rigoureuse du processus, le matériau obtenu peut apporter des quantités utiles de potassium au sol. Le compost d’herbe et de paille peut contenir environ deux fois plus de potassium que le fumier de poule.

Aspects économiques

Réduire les coûts des engrais

L’utilisation d’engrais organiques peut réduire considérablement le coût des engrais minéraux. L’avantage économique de l’utilisation d’engrais organiques à la place du nitroammophoska varie de 12,61 à 17,43 UAH par kilogramme de NPK dans le scénario pessimiste, ou de 37,83 à 113,30 UAH par tonne d’engrais organique.

Selon le scénario optimiste, les économies réalisées sont de 17,00 à 19,45 UAH par kilogramme de NPK, ou de 51,00 à 126,43 UAH par tonne d’engrais organique. Le coût des nutriments contenus dans les engrais organiques est 4,5 à 8,2 fois inférieur à celui des nutriments contenus dans les engrais minéraux.

Coûts de production

Le coût de production des engrais organiques, selon la méthode, varie de 13,69 à 26,85 UAH par tonne. Le coût d’un kg de NPK dans des échantillons d’engrais organiques provenant de différentes exploitations agricoles varie de 4,13 à 8,95 UAH selon l’hypothèse pessimiste, et de 2,11 à 4,56 UAH selon l’hypothèse optimiste.

Il a été démontré que l’agriculture biologique réduit les coûts des intrants de 30 à 40 % et augmente les rendements des cultures de 15 à 25 % dans divers systèmes agricoles. En Inde, les agriculteurs ayant adopté le lombricompostage ont constaté une réduction de 30 à 40 % des coûts des intrants et une augmentation de 15 à 25 % des rendements des cultures.

Prime de marché

Les produits biologiques bénéficient généralement d’un surcoût important, ce qui profite aux producteurs. Cette hausse des prix s’explique par des coûts de production plus élevés, notamment en matière de certification, de main-d’œuvre et de méthodes alternatives de lutte contre les ravageurs et les maladies. Cependant, cette prime est compensée par la baisse des coûts des engrais et pesticides de synthèse.

Innovations technologiques

Systèmes de compostage modernes

Les technologies modernes de compostage comprennent des systèmes automatisés de contrôle de la température, de l’humidité et de l’aération. Les systèmes d’aération forcée et de retournement offrent des conditions optimales pour les processus microbiologiques et réduisent le temps de compostage.

La technologie BTSys est un système industriel de traitement et de recyclage des déchets organiques qui produit des engrais durables et efficaces. Ce procédé en boucle fermée recycle intégralement les macronutriments et le carbone, transformant les déchets en engrais organo-minéraux sans impact environnemental ni pollution.

Installations de biogaz

Les installations de biogaz modernes peuvent traiter jusqu’à 250 kg de déchets alimentaires organiques par jour, produisant ainsi un gaz propre pour la cuisson ou le chauffage. Les installations HBG 20 sont équipées d’un système de broyage automatique des déchets, qui sont ensuite transférés automatiquement vers un digesteur anaérobie pour être transformés en biogaz.

Un mélange bactérien anaérobie spécial, non issu du fumier animal, est introduit sous forme de comprimés pour activer l’unité. Un système informatique industriel contrôle l’unité et utilise des capteurs spécialisés pour surveiller la température, la pression et le niveau de gaz.

Technologies numériques

Les technologies numériques sont de plus en plus utilisées pour surveiller et optimiser les processus de recyclage des déchets organiques. Les systèmes de surveillance à distance permettent de suivre en temps réel les paramètres clés du processus, notamment la température, le pH, la teneur en oxygène et l’humidité.

L’intelligence artificielle et l’apprentissage automatique permettent de prédire les conditions optimales des procédés et d’ajuster automatiquement les paramètres. Les technologies blockchain permettent de suivre l’origine des déchets organiques et de certifier la qualité des engrais produits.

Politique et réglementation

Union européenne

L’Union européenne a adopté un cadre législatif complet pour la gestion des déchets organiques dans le cadre du paquet économie circulaire de 2018. Les principaux objectifs comprennent un objectif global de recyclage de 65 % des déchets municipaux d’ici 2035, la collecte séparée obligatoire des biodéchets d’ici 2023 et une réduction de la mise en décharge des déchets solides municipaux à 10 % d’ici 2035.

La directive-cadre révisée sur les déchets autorise la collecte des emballages biodégradables et compostables avec les biodéchets et leur recyclage par compostage industriel et digestion anaérobie. La directive interdit également l’incinération et la mise en décharge des déchets collectés séparément à compter de juillet 2020.

Le règlement délégué (UE) 2023/1605 définit un point final dans la chaîne de production du compost et du digestat, après lequel ils ne sont plus soumis au règlement sur les sous-produits animaux, à condition qu’ils soient utilisés comme matières premières dans les produits fertilisants de l’UE.

Stratégies nationales

La Californie a adopté la loi SB 1383, qui exige une réduction des émissions de méthane provenant des fermes laitières, du bétail, des déchets organiques et des décharges. La loi prévoit des objectifs de réduction drastiques de la mise en décharge des déchets organiques : une réduction de 50 % par rapport aux niveaux de 2014 d’ici 2020 et de 75 % d’ici 2025.

L’Italie a fixé un objectif minimum de 65 % pour la collecte sélective des déchets au niveau municipal. En cas de non-respect de cet objectif minimum, les municipalités se verront facturer 20 % supplémentaires de taxe de mise en décharge.

La France met en œuvre la loi AGEC (Loi pour la maîtrise des déchets et l’économie circulaire), qui introduit l’obligation de séparer la collecte des biodéchets à la source à compter du 1er janvier 2024. La loi prévoit que chaque citoyen doit avoir «à sa disposition une solution lui permettant de ne pas jeter ses biodéchets» afin qu’ils puissent être recyclés.

Objectifs de développement durable

Le recyclage des déchets organiques est directement lié à plusieurs Objectifs de développement durable des Nations Unies. L’Objectif 12 (consommation et production responsables) comprend la cible 12.5 : d’ici 2030, réduire considérablement la production de déchets par la prévention, la réduction, le recyclage et la réutilisation.

L’Objectif 11 (Villes et communautés durables) et l’Objectif 14 (Vie aquatique) sont également étroitement liés à la gestion des déchets organiques. Une gestion adéquate des déchets organiques peut contribuer à atteindre l’objectif zéro déchet et zéro émission de gaz à effet de serre dans le secteur des déchets.

Différences régionales et adaptation

Pays en développement

Dans les pays en développement d’Asie, les pratiques actuelles de gestion des déchets urbains constituent une menace pour la santé humaine et l’environnement. Les méthodes de traitement biologique des déchets organiques, notamment le compostage, la digestion anaérobie et le traitement mécano-biologique, présentent de nombreux avantages bien documentés par rapport aux pratiques actuelles et traditionnelles de gestion des déchets.

Les petits exploitants agricoles des pays du Sud peuvent jouer un rôle important dans les stratégies de réduction des émissions de méthane grâce à des technologies de biodigesteurs abordables. Les systèmes de compostage décentralisés sont particulièrement adaptés aux zones rurales où les coûts de transport peuvent être prohibitifs.

Pays industrialisés

Dans les pays industrialisés, l’accent est mis sur les systèmes de traitement centralisés, hautement automatisés et à grande échelle. Les grandes usines anaérobies des pays industrialisés produisent généralement plus d’électricité qu’elles n’en consomment et sont souvent indépendantes énergétiquement.

L’intégration des systèmes de gestion des déchets organiques aux infrastructures existantes de traitement de l’eau et d’énergie peut créer des synergies et améliorer l’efficacité globale du système.

Défis et limites

Limitations techniques

L’une des principales contraintes techniques réside dans la nécessité de garantir une qualité et une quantité stables de matières premières organiques non contaminées provenant des ménages et des entreprises. La contamination par le plastique, le verre et d’autres matières inorganiques peut réduire considérablement la qualité des engrais produits.

Les restrictions saisonnières sur l’épandage du digestat peuvent nécessiter l’enfouissement, ce qui réduit les avantages environnementaux de la digestion anaérobie. En Californie, l’épandage du digestat solide n’est autorisé qu’une partie de l’année en raison des problèmes de qualité de l’eau et de ruissellement pendant la saison des pluies.

Obstacles économiques

Dans certaines régions où les décharges de déchets organiques ne sont pas interdites, les faibles coûts d’enfouissement constituent des obstacles économiques au développement de méthodes alternatives de recyclage. Des marchés de produits finis limités, sous-développés ou mal compris découragent également l’investissement dans le recyclage des déchets organiques.

La concurrence avec des alternatives telles que les engrais à base de combustibles fossiles crée des défis supplémentaires sur le marché. Les engrais organiques sont généralement moins concentrés que les engrais synthétiques, ce qui nécessite leur utilisation en plus grande quantité.

Obstacles sociaux et réglementaires

L’obtention de permis pour de nouvelles installations de traitement des déchets organiques ou l’agrandissement d’installations existantes est souvent difficile en raison des préoccupations liées aux odeurs, au bruit et à la circulation. Sensibiliser le public et les employés à l’importance du tri des déchets organiques nécessite des investissements importants dans des campagnes d’information.

L’absence de normes harmonisées de qualité et de test pour le compost au niveau fédéral dans certains pays crée une incertitude pour les producteurs et les consommateurs d’engrais organiques.

Perspectives d’avenir

Innovations technologiques

Le développement des biotechnologies ouvre de nouvelles perspectives pour accroître l’efficacité du traitement des déchets organiques. L’utilisation de micro-organismes génétiquement modifiés peut accélérer les processus de décomposition et augmenter le rendement en produits utiles. Les nanotechnologies permettent de créer des catalyseurs et des systèmes de surveillance plus efficaces.

L’intégration de sources d’énergie renouvelables aux systèmes de traitement des déchets organiques peut améliorer l’efficacité énergétique globale du processus. L’énergie solaire peut être utilisée pour maintenir des températures optimales dans les tas de compost, et l’énergie éolienne pour assurer l’aération.

Économie circulaire

La transition vers une économie circulaire crée de nouvelles opportunités pour intégrer le recyclage des déchets organiques dans des systèmes plus larges de gestion des ressources. Les principes de l’économie circulaire – réduire, réutiliser, valoriser et recycler – sont pleinement cohérents avec les objectifs d’une gestion efficace des déchets organiques.

Le développement de réseaux industriels symbiotiques, où les déchets d’une entreprise deviennent matière première pour une autre, peut améliorer considérablement l’efficacité de l’utilisation des ressources. L’intégration des systèmes d’agriculture, de transformation alimentaire et de gestion des déchets peut créer des cycles nutritifs fermés.

Adaptation au climat

Dans le contexte du changement climatique, les systèmes de traitement des déchets organiques doivent s’adapter aux variations de température et d’humidité. Le développement de technologies de traitement résilientes au changement climatique contribuera à garantir un fonctionnement stable des systèmes dans différentes conditions climatiques.

L’intégration des systèmes de recyclage des déchets organiques aux mesures d’adaptation au changement climatique telles que la gestion de l’eau et la protection contre les inondations peut produire des effets synergétiques pour accroître la résilience des communautés.