Axe 3 : Evolution et valorisation de la matière organique

 

Diverses techniques de valorisation de la matière organique seront étudiées, en particulier les procédés de valorisation de la biomasse par compostage et les traitements d’effluents à forte charge organique par des systèmes biologiques. Les recherches sur ces traitements et la valorisation des produits dérivés s'articulent autour de la compréhension de l'évolution de la matière organique au cours du procédé et après intégration au sol et dans la biomasse végétale.

 

Valorisation de la biomasse par compostage

 

La politique française de gestion des déchets privilégie leur valorisation, notamment en terme de recyclage de la matière organique. Le compostage fait partie du traitement biologique possible des déchets. Actuellement, une très faible partie (7% environ) des déchets organiques municipaux (ordures ménagères strictes, déchets verts, boues d’épuration) est traitée par compostage, mais cette filière est en plein essor. Les agro-industries génèrent, elles aussi, une quantité très importante de déchets.

 

L’équipe d’écologie microbienne est impliquée dans un programme qui a pour objectif la mise au point et le développement d’un nouveau procédé de Compostage En Silo Aérateur Mélangeur (CESAM) proposé par le Syndicat Intercommunal pour la Valorisation et l’Elimination des Déchets (SIVED) du centre ouest Var pour valoriser des biodéchets (boues de stations d’épuration et déchets verts). Nous étudions les processus microbiologiques impliqués dans la décomposition de la matière organique (activités enzymatiques, activité respiratoire, groupes fonctionnels bactériens et fongiques) en prenant comme référence le procédé classique de compostage en andains.

 

Pour comprendre l’évolution de la matière organique dans les litières ou les composts d’un point de vue quantitatif, mais surtout qualitatif, notre équipe utilisera trois techniques spectroscopiques :

-            la RMN solide du ¹³ C

-            la spectroscopie dans le proche infra-rouge (NIRS)

-            la spectrométrie de masse

Ces techniques sont onéreuses, mais très performantes pour analyser la complexité chimique de la matière organique sans étape d’extraction très déstructurante. La NIRS a notamment permis de prédire des paramètres de la maturité du compost (Albrecht et al., 2006 ; Albrecht et al., soumis). Les techniques ¹³C RMN et NIRS ont chacune leurs limites, mais elles accroissent chaque année leur potentiel de réponse que nous devons exploiter au maximum et, en outre, peuvent s’avérer complémentaires comme nous l’avons montré dans le cas des litières forestières méditerranéennes (Nèble, 2005).

 

Dans un premier temps, notre projet est d’étudier les points innovants au cœur de la technologie CESAM, à savoir, la composition du mélange d’entrée, le mélange au sein du réacteur, la circulation de la phase liquide (jus de fermentation) et leur recyclage, la circulation de la phase gazeuse (conditions d’oxydation) et les conditions de température et d’humidité au sein du réacteur, qui déterminent les évolutions de la transformation de la matière.

 

Ce projet apportera des connaissances inédites sur :

-          la mise en œuvre des technologies envisagées en réacteur fermé quant à la fermentation des biodéchets ;

-          les paramètres qui interviennent dans les phénomènes de maturation et d’humification ;

-          la gamme de mélanges de déchets capables d’être traités de manière simultanée.

 

Les retombées attendues sont les suivantes 

- traitement et valorisation des boues d’épuration dans des conditions économiques, écologiques et sanitaires avantageuses

- traitement et valorisation d’une fraction importante de déchets verts.

 

Dans un second temps, pour comprendre et pour comparer les effets des apports de deux types de composts (compost CESAM et compost en andains) aux sols, nous envisageons :

 

(1)     de mettre en évidence la part de l’influence des déchets compostés, du procédé de compostage et de la durée de compostage sur les caractéristiques de la matière organique des composts

(2)     d’étudier l’évolution des caractéristiques de cette matière organique par ¹³C RMN et NIRS pour comprendre les processus microbiologiques de dégradation

(3)     de poursuivre la validation des indicateurs de maturité permettant d’évaluer le degré de stabilité des composts et ainsi de mieux contrôler la qualité du compost

(4)     de faire une étude des paramètres agronomiques de la qualité des composts

(5) d’étudier l’impact environnemental par la réponse des communautés microbiennes des sols aux amendements en composts (dénombrements microbiens, respirométrie, activités enzymatiques, biodiversité fonctionnelle bactérienne et fongique, biodiversité génétique) utilisés comme apport en agriculture ou sylviculture.

 

Résidus végétaux et agro-industriels

 

Les équipes du département collaborent depuis de nombreuses années avec des équipes françaises, européennes et des équipes des pays du sud sur la valorisation biotechnologique de sous produits agro-industriels afin de bio-remédier, pour un développement durable, une biomasse actuellement non valorisée, saisonnière et souvent polluante. L’originalité des recherches est centrée autour de la transformation des composés récalcitrants présents dans ces sous-produits. Les recherches seront développées autour de deux biotopes méditerranéens et tropicaux. Ainsi, les déchets solides et les effluents liquides de l’agro-industrie de l’olive (méditerranéen) et du café (tropical) sont choisis comme substrats à bio-remédier. Les recherches seront focalisées autour de la biotransformation microbienne de ces biomasses (mise au point de compost, détoxification des polyphénols des sous produits du café et de l’olive). D’une part, les zones fragilisées pourront être fertilisées par le retour au sol d’une biomasse organique biodépolluée. D’autre part, le traitement des effluents liquides et semi-liquides aura un effet préventif sur la pollution des nappes phréatiques qu’ils alimentent. Enfin, certains substrats décontaminés seront testés en alimentation animale.