Chapitre 2 : Hiérarchie des facteurs déterminant les émissions
2.3. Répétabilité du dispositif expérimental et du procédé de compostage
2.3.1 Démarche expérimentale
2.3. Répétabilité du dispositif expérimental et du procédé de
compostage
2.3.1 Démarche expérimentale
En comparant les transformations chimiques et biochimiques de la matière organique, via les
bilans massiques, Lashermes et al. (2012) montrent que le procédé de compostage est
reproductible. Néanmoins, cette étude a été réalisée sur un dispositif de compostage à
l’échelle du réacteur (4 L), avec des températures et flux d’air régulés. La répétabilité du
procédé de compostage est étudiée ici à l’échelle du demi-andain d’environ 1 m
3, dans des
conditions climatiques contrôlées mais avec un renouvellement d’air statique. Elle est étudiée
par la comparaison des bilans massiques ainsi que des cinétiques d’émissions gazeuses pour
trois tas conduits à l’identique.
Le mélange a été choisi afin de produire des conditions de transformation de la matière
organique intense générant de forts flux d’émissions gazeuses. En effet, l’appréciation de
l’incertitude est d’autant plus précise que les émissions gazeuses sont importantes.
Finalement, les proportions des différents constituants dans le mélange ont été choisies afin de
se situer au centre du plan d’expérience des précédentes expérimentations de compostage
(Figure 15). Les rapports (SH-VS)/MS et N
sol/N
tk étaient voisins respectivement de 0,57 et
0,70 (cf. Figure 11).
0
1
2
3
4
5
0,08 0,13 0,18 0,23 0,28 0,33
H2
O
/M
S
(
k
g
H2
O
/k
g
M
S
)
dMS (t MS m-3)
20%
28%
36%
44%
52%
60%
25% 40% 55% 70% 85% 100%
SV
S
/M
S
(
%
M
S
)
SN/NTK(%N)
Figure 15. Positionnement de l’expérimentation de répétabilité du compostage dans le plan
global des essais menés à la Halle expérimentale de Rennes
2.3.2 Matériels et méthodes
2.3.2.1Matériaux utilisés et mise en tas
Trois tas d’un même mélange de 880 kg de paille de blé et de 3 t de lisier de porc (proportions
massiques respectives de 21 et 79% de la masse totale) ont été mis en place dans trois
enceintes isolées.
Pour préparer le mélange de lisier/paille, toute la paille de blé a été étalée sur une plateforme
bétonnée (INRA Saint Gilles) sur une épaisseur de 80 cm environ. Le lisier de porc a ensuite
été épandu en trois fois à partir d’une tonne à lisier. Entre chaque aspersion, le tout a été
homogénéisé avec un cultivateur rotatif à axe horizontal et à la fourche. Une fois le mélange
effectué, la matière a été mise en sac de 20 kg pour être ensuite acheminée à la halle
expérimentale de Rennes. Le mélange lisier/paille a ensuite été réparti dans trois des cellules
du dispositif expérimental. Les tas ont été construits simultanément afin de maîtriser la masse
de chacun. La mise en tas a duré 24 h, sur deux jours consécutifs. Le compostage a donc
démarré un peu avant la fin de la mise en tas. Les 3 tas ont été construits avec les mêmes
caractéristiques de masse (517,4 ±0,4 kg de masse brute par tas), de volume (1,37 m
3), de
teneur en matière sèche (29,8%) et de porosité libre à l’air (66,4%). Le compostage a été suivi
pendant 20 jours dans le dispositif expérimental décrit précédemment (cf. § 2.2.2.3).
2.3.2.2Echantillonnage et analyses
Des échantillons ont été prélevés lors de la mise en tas, lors du retournement et à la fin du
compostage. A chaque fois, le tas a été pesé et échantillonné suivant le protocole de l’Agence
de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie (Ademe, Angers, France) : une vingtaine
d’échantillons de 300 à 500 g ont été prélevés par tas puis homogénéisés ensemble
manuellement. Cet échantillon global a ensuite été divisé en 2 plusieurs fois jusqu’à obtenir
un échantillon moyen d’1 kg environ. Pour chaque tas et à chaque étape du compostage, deux
échantillons moyens ont été prélevés ainsi. Ces échantillons ont été immédiatement congelés
à -18°C. Chaque échantillon a ensuite été broyé sous son état congelé par un mixeur
(Robotcoupe Blixer 5+ d’Ecotel, Vezin le Coquet, France), puis divisé en 4 sous-échantillons
destinés aux analyses biochimiques. Ces sous échantillons ont été immédiatement de nouveau
congelés afin d’éviter les pertes d’éléments par émissions gazeuses. Un des sous échantillons
a été séché à l’étuve à 60°C jusqu’à obtenir un poids constant, afin de mesurer la teneur en
matière sèche. Un des sous échantillons a été utilisé pour effectuer les analyses sur la matière
fraîche, un autre a permis d’acquérir un spectre en spectrométrie proche infrarouge, tandis que
le dernier a été conservé au congélateur.
L’échantillon séché et broyé a été utilisé pour effectuer l’analyse Van Soest (Van Soest, 1963)
(XPU 44-162 ; AFNOR, 2009). Cet échantillon ainsi que les fractions ADF et NDF de
l’analyse Van Soest ont été utilisés pour déterminer leurs teneurs en carbone total par la
méthode d’oxydation Dumas (ISO10694-1995). La teneur en matière organique a été calculée
après calcination à 480°C (NF U144-160 ; AFNOR, 1985). La teneur en phosphore a été
déterminée après minéralisation par voie sèche à 550°C avec un dosage par colorimétrie en
flux continu, le potassium par spectrométrie d’émission et le calcium, le magnésium et les
oligo-éléments ont été dosés en spectrométrie d’absorption atomique.
La teneur en azote a été déterminée sur un échantillon frais par une distillation de type Büchi
après minéralisation par la méthode Kjeldahl (ISO 5663-1994). Cet échantillon frais est
également utilisé pour déterminer les teneurs en azote ammoniacal par distillation de type
Büchi et nitrique par colorimétrie sur un analyseur à flux continu (ISO 14256-2). Afin de
mesurer la teneur en azote soluble (N
sol), l’échantillon frais et broyé a été macéré pendant 24 h
à 5°C. Ce mélange a ensuite été centrifugé puis filtré (0,45 µm). N
sol a ensuite été déterminé
par la méthode Kjeldahl sur le jus d’extraction (Dulphy et Demarquilly, 1981).
2.3.2.3Mesure des émissions gazeuses
Les émissions gazeuses ont été mesurées de la même manière que pour les expérimentations
du jeu de données initial, à partir des concentrations en gaz observées à l'intérieur et à
l'extérieur des enceintes, des températures et humidité de l'air et des vitesses d'air observées
en sortie des enceintes (cf. § 2.2.2.3 et 2.2.2.4).
2.3.2.4Evaluation de la répétabilité du dispositif expérimental
Afin d’analyser la répétabilité du dispositif expérimental et la répétabilité des processus
intervenant au cours du compostage, la déviation standard (moyenne ±écart-type) et les
coefficients de variation (CV) ont été calculés pour les émissions gazeuses cumulées (CO
2,
H
2O, NH
3 et CH
4), les températures, les caractéristiques massiques (masse brute, masse
caractéristiques physiques (volume et porosité) des trois tas répétés, à l’état initial et après 20
jours de compostage.
