Nos résultats de simulation ont permis de mettre en évidence que l’aération pouvait provoquer d’importantes pertes thermiques dues à des phénomènes endothermiques d’évaporation de l’eau mais également à des températures extérieures faibles en conditions hivernales.
La campagne expérimentale réalisée sur site industriel, nous a conduit à constater qu’une température initiale de l’andain trop faible (<10°C) gêne l’établissement des phases mésophile et thermophile. La température initiale faible de l’andain composté est bien évidemment conditionnée par la température extérieure lors de la formation de l’andain concerné.
L’andain 1 est celui qui a été soumis aux températures extérieures les plus faibles en début de fermentation, ces températures variant entre -1°C et 4°C. D’autre part, compte tenu du fait que la vitesse d’aération de cet andain a été maintenue à une valeur constante pendant toute la phase de fermentation (𝑣𝑟(𝑟 = 0) = 0,05 𝑚. 𝑠−1, égale à la vitesse d’aération théorique ce qui laisse à penser que la gaine d’aération était totalement libre pour le passage du gaz), il est intéressant d’analyser l’impact des conditions météorologiques sur le comportement cet andain. On s’intéressera ici à ce qui se passe au niveau de la perche B.
L’andain 4 a été réalisé sous des conditions météorologiques estivales (température moyenne de 22°C, cf. Annexe B), qui ont servi de données météorologiques d’entrées dans le cadre de cette étude. Dans le modèle, les conditions météorologiques extérieures modifient la température initiale de l’andain, la température initiale du sol, les conditions limites de température (𝑇𝑎𝑚𝑏𝑖𝑎𝑛𝑡) et l’humidité relative (𝐻𝑅𝑎𝑚𝑏𝑖𝑎𝑛𝑡). Néanmoins comme nous venons de l’indiquer, de tous les paramètres d’entrée modifiés par les conditions météorologiques, la température extérieure (CL) et la température initiale de l’andain (CI) semblent être les paramètres les plus influents, les variations d’humidité relative étant globalement similaires d’un andain à l’autre (cf. Chapitre 2). Pour étudier l’impact des conditions météorologiques au niveau de la perche B de l’andain 1, nous avons maintenu les valeurs précédentes de la fraction massique de MS contenue dans le substrat composté (𝑥𝑀𝑆,𝑠𝑢𝑏𝑠0 = 0,38), de la durée de la phase de fermentation et de la vitesse d’aération (𝑣𝑟(𝑟 = 0) = 0,05 𝑚. 𝑠−1). Pour les paramètres liés aux conditions météorologiques, trois simulations numériques ont été réalisées suivant des conditions indiquées dans le Tableau 73. Pour l’essai 1, toutes les données d’entrées concernant les conditions météorologiques ont été remplacées par celle de l’andain 4. Pour l’essai 2, seules les conditions météorologiques (𝑇𝑎𝑚𝑏𝑖𝑎𝑛𝑡 et 𝐻𝑅𝑎𝑚𝑏𝑖𝑎𝑛𝑡) de l’andain 1 ont été remplacées par celles de l’andain 4. Pour l’essai 3, seule la température initiale de l’andain 1 a été remplacée par celle de l’andain 4. Pour l’essai 0 les paramètres dépendants des conditions météorologiques n’ont pas été modifiés, il s’agit donc des résultats de simulation présentés au §0.
essai paramètres d’entrée indépendants des conditions météorologiques température initiale de l’andain 𝑻𝒂𝒎𝒃𝒊𝒂𝒏𝒕 (CL) 𝑯𝑹𝒂𝒎𝒃𝒊𝒂𝒏𝒕 (CL)
0 andain 1 andain 1 andain 1 andain 1
1 andain 1 andain 4 andain 4 andain 4
2 andain 1 andain 1 andain 4 andain 4
3 andain 1 andain 4 andain 1 andain 1
Tableau 73 : detail des simulations numériques pour l'étude de l’impact des conditions météorologiques
La Figure 76 présente les résultats de simulation des essais 0, 1, 2, et 3. Les résultats présentés sur cette figure confirment le fort impact des conditions météorologiques sur le comportement de l’andain. En effet, si tous les paramètres d’entrée liés aux conditions météorologiques correspondent à des conditions météorologiques en conditions estivales, les températures Thaut, Tmilieu et Tbas dépassent 55°C pendant plus de 3 jours consécutifs (essai 1, Figure 76). En outre, seulement 2,5 jours de fermentation (essai 1, Figure 76) ont été nécessaires pour que les températures Tbas atteignent et dépassent 55°C. En comparaison, les températures mesurées Thaut, Tmilieu et Tbas de l’andain (perche B) n’avaient pas dépassé 35°C pendant toute la phase de fermentation en conditions météorologiques
hivernales (essai 0, Figure 76). Ces résultats confirment l’impact important des conditions météorologiques sur cet andain 1 qui n’a pas connu d’élévation de température lors de l’étape de fermentation en raison des températures extérieures très faibles (conditions hivernales).
Pour analyser l’effet de la température initiale sur l’étape de fermentation, il faut comparer les essais 0 et 3. La Figure 76 indique qu’une température initiale de l’andain 1 dont la valeur est proche de 25°C facilite l’élévation des températures au début de l’étape de fermentation même lorsque les températures extérieures sont hivernales. Néanmoins, si les température Tbas et Tmilieu atteignent et dépassent 55°C pendant plus de 3 jours consécutifs, les températures Thaut n’atteignent jamais la température d’hygiénisation de 55°C (contrairement à l’essai 1). Par ailleurs, les températures ont tendance à diminuer en fin d’étape de fermentation. Ainsi, une augmentation de la durée de l’étape de fermentation ne permettrait pas d’atteindre l’hygiénisation pour les zones de l’andain qui sont proches du milieu extérieur. Par conséquent, même si une température initiale plus élevée améliore le comportement de l’andain, cela ne suffit pas à garantir l’hygiénisation et la stabilisation de la totalité de l’andain. Dans cette situation, on peut penser qu’un retournement de l’andain, lorsque celui-ci est encore chaud, accompagné d’une augmentation de la durée de fermentation pourrait conduire à l’hygiénisation sur la totalité de l’andain.
Figure 76 : impact des conditions météorologiques sur l'andain 1 perche B, (a) conditions météorologiques réelles, (b) conditions météorologiques de l’andain 4 imposées à l’andain 1 (perche B)
Une comparaison des essais 0 et 2 permet d’analyser l’impact des températures extérieures sur l’étape de fermentation. Pour rappel, les autres paramètres telles que la température du sols et la température initiale n’ont pas été modifiés, seules 𝑇 et 𝐻𝑅 ont été modifiées entre les
extérieures plus élevées (essai 2), les trois températures Thaut, Tmilieu et Tbas atteignent et dépassent 55°C (température d’hygiénisation). Néanmoins, la montée en température de l’andain 1 est bien plus lente que pour les essais pour lesquels la température initiale de l’andain est plus élevée (essais 1 et 3). En effet, 7,5 jours ont été nécessaires pour que la température Tbas atteigne 55°C (essai 2) contre seulement 2,5 jours environ pour les essais 1 et 3. Nous pouvons en outre constater sur l’essai 2 que l’élévation des températures est bien plus lente entre 6°C et 36°C (soit environ 6,5 jours de fermentation) qu’entre 36°C et 80°C (soit 2,5 jours de fermentation pour Tbas). Cela indique bien que la cinétique utilisée dans le modèle, prend en compte la diminution de l’activité microbienne lorsque les températures sont trop faibles. Par ailleurs, nous observons lors des derniers jours de l’essai 2 que les températures ont tendance à augmenter. Par conséquent, lors de conditions hivernales, l’étape de fermentation pourrait être correctement menée si l’air alimentant l’andain était plus chaud (20°C) et si la durée de l’étape de fermentation était plus longue.