Le compostage en andain consiste à placer un mélange de matières premières dans de longs tas étroits appelés andains (photographie 7) qui sont remués ou tournés de façon régulière (NRAES, 1992). L’opération de retournement mélange les composants du compost et améliore l’aération passive. De manière générale, les andains ont une hauteur qui varie de 90 cm pour les matières denses telles que le fumier, à 360 cm de haut pour les matières légères, volumineuses telles que les feuilles. Leur largeur varie de 300 à 600 cm. L’équipement utilisé pour retourner les andains est déterminé par leur taille et leur espacement. Les chargeuses/pelleteuses, dotées d’une longue portée, peuvent construire des andains hauts. Les retourneuses produisent des andains larges et bas.
Les andains sont aérés essentiellement par un mouvement passif ou naturel de l’air (convection et diffusion gazeuse). Le taux d’échange avec l’air dépend de la porosité de l’andain. Ainsi, la taille de l’andain qui peut être effectivement aéré de cette manière est déterminée par sa porosité. Un andain composé de feuilles peut être bien plus grand qu’un andain humide contenant du fumier. Quand l’andain est trop grand, des zones anaérobies apparaissent à proximité du centre. Des odeurs sont libérées quand l’andain est retourné. Par contre, les petits andains perdent rapidement de la chaleur et risquent de ne pas réussir à atteindre une température suffisamment élevée pour permettre l’évaporation de l’eau et l’élimination des pathogènes et des graines d’adventices.
Pour les compostages à petites et moyennes échelles, le retournement peut être effectué à l’aide d’un chargeur frontal ou d’une pelle portée par un tracteur ou un tractopelle. Le chargeur soulève les matériaux de l’andain et les déverse à nouveau, mélangeant ainsi les matières et remettant le mélange sous forme d’un andain plus aéré. Le chargeur peut mélanger les matières se trouvant à la base de l’andain avec celles du haut, formant ainsi un nouvel andain à proximité de l’ancien. Afin de minimiser la compaction, l’opération doit s’effectuer sans rouler sur l’andain. Les andains, retournés avec un chargeur, sont souvent construits par paires assez serrées et sont ensuite rassemblés une fois que les andains auront diminué de volume. Si les matières doivent être de nouveau mélangées, un chargeur peut être utilisé en combinaison avec un épandeur de fumier.
Photographie 7
Andains dans une exploitation
agricole
NRAES-114, 1999/R. RYNK
Il existe un certain nombre de machines spécialisées pour retourner les andains, qui réduisent considérablement la durée des interventions et le travail demandé, mélangent parfaitement les matériaux, et produisent un compost plus homogène. Certaines de ces machines s’attachent à un tracteur agricole ou à un chargeur, d’autres sont autopropulsées. Quelques-unes peuvent aussi charger des camions et des remorques à partir de l’andain.
Il est très important de suivre un programme de retournement. La fréquence de retournement est fonction du taux de décomposition, du taux d’humidité et de la porosité des matériaux, ainsi que de la durée désirée de compostage. Comme le taux de décomposition est plus important au début du processus, la fréquence de retournement diminue au fur et à mesure que les andains mûrissent. Des mélanges de composés facilement dégradables ou avec de fortes teneurs azotées pourront nécessiter des retournements quotidiens au début du processus. Au fur et à mesure du déroulement du compostage, la fréquence de retournement pourra être réduite à un seul par semaine.
Lors de la première semaine de compostage, la hauteur de l’andain diminue sensiblement et à la fin de la deuxième semaine, elle pourrait être de 60 cm. A ce stade, le rassemblement de deux andains semble être une option prudente tout en continuant le programme de retournement des andains. La combinaison des andains est une bonne pratique hivernale pour retenir la chaleur générée durant le compostage. Ceci est un des avantages du compostage en andain, qui est un système polyvalent pouvant être ajusté selon les changements saisonniers.
Avec la méthode de compostage en andain, l’étape de compostage actif dure généralement entre trois et neuf semaines selon la nature des composants et la fréquence de retournement. Huit semaines sont nécessaires pour les opérations de compostage du fumier. Si la durée désirée de compostage est de trois semaines, il faudra retourner l’andain de une à deux fois par jour pendant la première semaine, et tous les trois à cinq jours par la suite.
Avec la méthode des andains aérés passivement, de l’air est fourni au compost grâce à des tuyaux perforés enfoncés dans l’andain, ce qui élimine la nécessité du retournement. Les extrémités des tuyaux sont ouvertes. L’air circule dans les tuyaux et à travers l’andain en raison de l’effet de tirage créé par les gaz chauds qui s’élèvent hors de l’andain.
Les andains devraient avoir une hauteur de 90 à 120 cm, être bâtis sur une base de paille, de tourbe ou de compost prêt à l’emploi afin d’absorber l’humidité et isoler l’andain. Une couverture composée de tourbe ou de compost isole également l’andain, éloigne les mouches, et permet de conserver l’humidité, les odeurs et l’ammoniac.
Le tuyau en plastique est similaire à celui utilisé pour le système des champs d’épandage de fosse septique avec deux rangées de trous de 1,27 cm de diamètre. Dans beaucoup de tas aérés, les trous des tuyaux sont orientés vers le bas afin de minimiser le colmatage et de permettre au condensat d’être évacué. Cependant, certains chercheurs recommandent que les trous soient orientés vers le haut.
Les andains sont généralement formés selon les procédures décrites pour la méthode des tas statiques aérés. Comme les matières premières ne sont pas retournées quand les andains sont achevés, celles-ci doivent être parfaitement mélangées préalablement à leur mise en andain. Il est crucial d’éviter le compactage des matières lors de la préparation des andains. Des tuyaux d’aération sont placés au-dessus de la base de compost/tourbe. Une fois la période de compostage achevée, les tuyaux sont retirés, et les composants de la base sont alors mélangés avec le compost.
Cette méthode a été étudiée et utilisée au Canada pour composter des déchets de fruits de mer avec de la tourbe, du lisier avec de la tourbe, et du fumier solide avec de la paille ou des copeaux de bois. Du fumier de bovin, de porc et de mouton a été utilisé.
La méthode du tas statique aéré utilise le système d’aération par tuyau mais est plus avancée, car elle utilise un ventilateur pour fournir de l’air au compost. Le ventilateur offre un contrôle direct du processus et permet de travailler avec des tas de taille plus importante, sans retournement après le début du compostage. Une fois le tas correctement formé et dans la mesure où l’air est fourni en quantité suffisante et est réparti de façon uniforme, la période de compostage actif est achevée en trois à cinq semaines.
Selon la technique du tas statique aéré, le mélange de matériaux bruts est empilé sur une base de copeaux de bois, de paille hachée ou toute autre matière poreuse (figure 3). Cette base poreuse comporte un tuyau d’aération perforé. Ce tuyau est connecté au ventilateur, qui aspire ou souffle de l’air à travers le tas.
La hauteur initiale des tas devrait être d’environ 150 à 245 cm, selon la porosité des matériaux, les conditions climatiques et la portée de la machine utilisée pour former le tas. Il peut être avantageux d’avoir un tas plus grand en période hivernale car la chaleur sera mieux conservée. Le tas peut être couvert par une couche de 15 cm de compost prêt à l’emploi ou d’un agent de foisonnement. La couche de compost protège la surface du tas de la déshydratation, l’isole des pertes de chaleur, éloigne les mouches, et filtre l’ammoniac et les odeurs potentielles générées par le mélange.
Il existe deux formes courantes de tas statiques aérés: les tas individuels et les tas étendus. Les tas individuels sont de longs andains triangulaires dont la largeur (environ 300 à 490 cm, sans la couverture) est égale à environ le double de la hauteur du tas. Le tuyau d’aération passe très en dessous de l’arête de l’andain. Les tas individuels contiennent une seule grande masse de matières ou quelques composants ayant plus ou moins la même nature et maturité (par exemple dans une période de trois jours). Les tas individuels sont pratiques dans la mesure où les matières premières sont disponibles pour le compostage de temps en temps plutôt que de façon continue.
Comme le tas ne sera pas retourné par la suite, la sélection et le mélange initial des matières premières sont cruciaux afin d’éviter une mauvaise répartition de l’air et un compostage irrégulier. Le mélange a également besoin d’une bonne structure afin de conserver sa porosité tout au long de la période de compostage. Ceci nécessite souvent un agent de foisonnement puissant comme de la paille ou des copeaux de bois. Les copeaux de bois sont souvent utilisés pour composter les boues de station d’épuration par cette méthode. En raison de leur grande taille, les copeaux de bois sont seulement partiellement compostés lors de ce processus. Ils sont souvent sortis du compost obtenu et réutilisés comme agents de foisonnement pour deux ou trois autres cycles. Compte tenu de la décomposition de la paille au cours de la période de compostage, un tas ayant de la paille comme agent de foisonnement peut perdre progressivement de sa structure. Ceci est partiellement compensé par le séchage qui a lieu au fur et à mesure du compostage. D’autres agents de foisonnement et amendements possibles pour le compostage statique en tas sont les suivants: compost recyclé, tourbe, rafles de maïs, résidus de culture, écorces, feuilles, coquilles de crustacés, vieux papiers, et morceaux de pneus. Les matières non compostées telles que les morceaux de pneus et les coquilles de mollusques doivent être criblées et retirées du compost afin d’être réutilisées. Afin d’obtenir une bonne répartition de l’air, le fumier ou le lisier doivent être mélangés minutieusement avec l’agent de foisonnement préalablement à la formation du tas.
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FIGURE 3
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Source: NRAES-114, 1999.
Les débits de circulation d’air et le choix des ventilateurs et des tuyaux d’aération dépendent de la façon dont est gérée l’aération, c’est-à-dire comment le ventilateur est contrôlé. Le ventilateur peut fonctionner sans interruption ou par intermittence. Dans ce dernier cas, le contrôle peut s’effectuer grâce à une minuterie programmée ou à un détecteur de température.
Les débits d’air sont basés sur le poids sec des matériaux bruts, tel que les boues ou le fumier. Ceux-ci doivent prendre en compte la présence d’agents de foisonnement classiques tels que les copeaux de bois, la paille et le compost. En pratique, il pourra être nécessaire d’ajuster le cycle du minuteur, la taille du tas, et le ventilateur afin de s’adapter le mieux possible aux conditions spécifiques et aux matériaux.
Pour le compostage statique en tas, l’air peut être fourni de deux façons: un système d’aspiration avec l’air aspiré à travers le tas; ou un système de soufflage grâce au ventilateur injectant de l’air dans le tas. L’aspiration tire l’air de la surface extérieure à travers le tas et le récupère dans les tuyaux d’aération. L’air évacué se trouve dans le tuyau d’aspiration, et peut donc facilement être filtré si des odeurs apparaissent au cours du processus de compostage.
Avec l’aération positive avec soufflage, l’air évacué quitte le tas de compost sur toute la surface du tas. Par conséquent, il est difficile de récupérer l’air afin de traiter les odeurs. Si un contrôle des odeurs est nécessaire, une couche extérieure épaisse de compost doit être utilisée. L’aération par soufflage donne un meilleur débit d’air que l’aspiration, du fait de la non-filtration des odeurs. La perte de pression plus faible donne un meilleur débit avec une même puissance de ventilateur. Par conséquent, les systèmes de soufflage peuvent être plus efficaces pour refroidir le tas et sont préférés si le contrôle de la température est la préoccupation principale.
Le compostage en récipient fait référence à un ensemble de méthodes qui confinent les matières à composter dans un bâtiment, un container ou un récipient (NRAES, 1992). Ces méthodes sont basées sur l’aération forcée et des techniques de retournement mécanique qui visent à accélérer le processus de compostage. Beaucoup de méthodes combinent les techniques des andains et des tas aérés dans le but de surmonter les faiblesses et exploiter les avantages de chaque méthode.
Il existe une gamme de méthodes de compostage en containers utilisant différentes combinaisons de récipients, de systèmes d’aération et de mécanismes de retournement. Les méthodes examinées ci-après ont été utilisées ou proposées pour le compostage au niveau de l’exploitation agricole.
Le compostage en casier est peut être la méthode de compostage en récipient la plus simple. Les matières sont contenues par des murs avec le plus souvent un toit. Le casier peut simplement être un ensemble de lattes de bois (avec ou sans toit), un silo à grain, ou un bâtiment de stockage en vrac. Les bâtiments ou les silos permettent de stocker des quantités plus importantes de matériaux et d’utiliser l’espace au sol de manière plus efficace que ne le font les tas indépendants. Les casiers permettent aussi d’éliminer les problèmes climatiques, de maîtriser les odeurs et d’offrir un meilleur contrôle de la température.
Photographie 8
Compostage en
casier
NRAES-114, 1999/R. RYNK
Les méthodes de compostage en casier fonctionnent de la même façon que la méthode du tas statique aéré. Elles comprennent des procédés d’aération forcée à la base du casier et un petit nombre, voire aucun retournement des matériaux. Un mélange occasionnel des matières dans les casiers peut faire redémarrer le processus. Si plusieurs casiers sont utilisés, les matières à composter peuvent être déplacées d’un casier à l’autre. La plupart des principes et des conseils suggérés pour le tas aéré s’appliquent également au compostage en casier. Une exception se situe au niveau des casiers de hauteur relativement élevée. Dans ce cas, il existe un degré plus important de compaction et une épaisseur plus importante des matières limitant le passage de l’air au travers du tas. Ces deux facteurs augmentent la résistance à la circulation de l’air (perte de pression). Une matière première avec une structure plus grossière et/ou un ventilateur plus puissant peuvent être nécessaires, par rapport à la méthode du tas statique aéré.
Les insuffisances des services de gestion des déchets provoquent des problèmes environnementaux et sanitaires. Ceci est d’ailleurs un problème majeur dans les villes des pays en voie de développement. Il existe de nombreux projets, pour la plupart développés par les organisations non gouvernementales locales (ONGs), ayant pour objectif d’implanter des installations de gestion des déchets à l’échelle des communautés. Le Centre de développement du recyclage des déchets est dirigé par l’Organisation communautaire des installations sanitaires et de recyclage (site Web: http://www.bigpond.com.kh/users/csaro/), une ONG locale de Phnom Penh au Cambodge. Celle-ci est dotée d’une unité de compostage en casier aéré passivement de petite capacité. Bien que ceci ne soit pas un compostage au «niveau d’une exploitation agricole» au sens strict du terme, les techniques sont valables et économiquement abordables pour la production sur l’exploitation, et, plus important encore, ceci représente un bon exemple de compostage des déchets applicable à l’agriculture périurbaine.
Les matières pouvant être compostées, telles que les déchets de cuisine, les feuilles d’arbres et les bourres de noix de coco sont récupérées et triées pour obtenir un rapport C/N et une teneur en eau efficaces. Ces matériaux sont alors hachés grâce à une machine fabriquée localement afin d’accélérer le compostage préalablement à l’entassement dans un casier de 2 m (largeur) × 2 m (longueur) × 1 m (hauteur). Chaque casier est entouré par des murs sur trois côtés. Les murs sont en béton percé de trous. La surface du sol est recouverte de coques de noix de coco afin d’améliorer l’aération dans la partie inférieure du tas. Il y a également deux séries de tuyaux en plastique perforés, chacun consistant en un tube horizontal connecté à deux tubes verticaux. Le tas accumule rapidement de la chaleur et la température augmente jusqu’à 70°C. De l’eau est ajoutée afin de conserver une humidité adéquate. Le tas est normalement retourné un mois plus tard. Il peut aussi être retourné si la température devient inférieure à 48°C afin de stimuler la décomposition aérobie. Le compostage est achevé en environ deux mois, quand le tas a atteint une température inférieure à 27°C. Finalement, le compost est tamisé, emballé dans des sacs de 30 kg et vendu.
Le système de lit remué est une combinaison des méthodes d’aération contrôlée et de retournement périodique. Le compostage a lieu entre des murs qui forment de longs et étroits couloirs appelés lits (figure 4). Un rail ou une saignée en haut de chaque mur supporte et guide la machine retournant le compost.
Un chargeur place les matières premières à l’extrémité frontale du lit. Au fur et à mesure que la machine retournant les matières avance sur les rails, elle mélange le compost et le repose derrière elle. A chaque retournement, la machine déplace le compost à une distance bien déterminée, en direction de l’extrémité du lit. Les machines retournant le compost fonctionnent de façon similaire aux retourneurs d’andains. En effet, elles utilisent des pales ou fléaux rotatifs qui permettent de remuer les matières, de casser les mottes et de conserver la porosité. Certaines machines sont aussi dotées d’un tapis roulant qui déplace le compost. Les machines fonctionnent automatiquement sans opérateur et sont contrôlées grâce à des interrupteurs à l’extrémité du couloir.
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FIGURE 4
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Source: NRAES-54, 1992.
La plupart des systèmes commerciaux comprennent des tuyaux d’aération ou une chambre de diffusion d’air encastrés dans le fond du lit, lui-même recouvert par un revêtement et/ou des graviers. Entre les retournements, l’aération est fournie par des ventilateurs afin d’aérer et de refroidir le compost. Comme les matières se trouvant le long du lit sont à différentes étapes de compostage, le lit est divisé en différentes zones d’aération. Plusieurs ventilateurs sont utilisés pour chaque lit. Chaque ventilateur fournit de l’air à une zone du lit et est contrôlé individuellement par un détecteur de température ou une minuterie.
La capacité du système dépend du nombre et de la taille des lits. La largeur des lits des systèmes disponibles dans le commerce varie de 180 à 600 cm, et les profondeurs de lit oscillent entre 90 et 300 cm. Les lits doivent être adaptés à la taille des machines retournant le compost, et les murs doivent être particulièrement droits. Afin de protéger l’équipement et contrôler les conditions de compostage, les lits sont abrités dans des bâtiments ou des serres, ou peuvent être recouverts par un toit dans les climats chauds.
La longueur d’un lit et la fréquence de retournement déterminent la période de compostage. Quand la machine déplace les matières de 3 m à chaque retournement et si le lit est long de 30 m, la période de compostage est de 10 jours avec des retournements quotidiens. Celle-ci passe à 20 jours si le retournement ne se fait qu’un jour sur deux. Les périodes de compostage recommandées pour les systèmes commerciaux de lits remués varient de deux à quatre semaines, bien qu’une longue période de maturation puisse être nécessaire par la suite.
Une autre technique de compostage en récipient clos ressemble à un silo à déchargement par le bas. Chaque jour, une vis transporteuse retire les matières compostées se trouvant en bas du silo, et un mélange de matières premières est chargé à son sommet. Le système d’aération à la base du silo souffle de l’air à travers les matières à composter. L’air évacué peut être recueilli au sommet du silo de façon à traiter les odeurs. Généralement, la durée de compostage est d’environ 14 jours, et 1/14ième du volume du silo est alors retiré et remplacé quotidiennement. Une fois que le compost a quitté le silo, il est conservé pour maturation, le plus souvent dans un second silo aéré. Ce système minimise la surface de compostage car les matières sont empilées verticalement. Cependant, l’empilement présente des problèmes au niveau de la compaction, du contrôle de la température et de la circulation de l’air. Comme les matières ne sont que très peu mélangées dans le silo, les matières premières doivent être mélangées préalablement à leur chargement dans le silo.
Ce système utilise un tambour horizontal rotatif pour mélanger, aérer et déplacer les matières à travers le système. Le tambour est monté sur de larges paliers et est retourné grâce à une couronne d’entraînement dentée. Un tambour d’environ 3,35 m de diamètre et de 36,58 m de long a une capacité quotidienne de 50 tonnes avec un temps de séjour de trois jours. Dans le tambour, le processus de compostage démarre rapidement, et les matières très dégradables et demandeuses d’oxygène sont décomposées. Les matières doivent cependant être décomposées davantage grâce à un second processus de compostage, le plus souvent un compostage en andain ou dans des tas statiques aérés. Dans certains systèmes commerciaux, les matières à composter restent moins d’une journée dans le tambour. Dans ce cas de figure, le tambour sert essentiellement de dispositif permettant de mélanger les matières entre elles.
De l’air est fourni à partir de l’extrémité de déchargement et est intégré aux matières alors que celles-ci sont remuées. L’air circule dans la direction opposée à celle des matières. Le compost arrivant à proximité du déchargement se refroidit grâce à l’air frais entrant. Au centre, les matériaux reçoivent de l’air réchauffé, ce qui stimule le processus; et les matières à peine introduites reçoivent l’air le plus chaud afin de débuter le processus.
Le tambour peut être ouvert ou cloisonné. Un tambour ouvert fait circuler toutes les matières sans interruption dans l’ordre dans lequel elles sont entrées. La vitesse de rotation du tambour et l’inclinaison de l’axe de rotation déterminent le temps de séjour des matières. Un tambour cloisonné peut être utilisé pour gérer le processus de compostage plus finement qu’avec un tambour ouvert. Le tambour est divisé en deux ou trois chambres par des cloisons. Chaque cloison contient une boite de transfert équipée d’une porte commandée à distance. A la fin de chaque journée, la porte de transfert à l’extrémité de déchargement du tambour est ouverte et le compartiment est ainsi vidé de son contenu. Les autres compartiments sont alors ouverts et transférés dans le compartiment suivant, et finalement un nouveau lot est introduit dans le premier compartiment. Un rebord, placé à chacune des portes de transfert, retient 15 pour cent de la quantité évacuée pour faire office d’inoculum pour le lot à venir. Lors du déchargement, le compost peut être directement criblé afin d’éliminer les morceaux trop grands. Ceux-ci peuvent alors être renvoyés dans le tambour et être ainsi de nouveau compostés.
A une échelle plus petite, les tambours de compostage peuvent être adaptés à partir d’un équipement existant tel que des bétonnières, des mélangeurs d’aliments, et des fours à ciment. Bien que moins sophistiqués que les modèles commerciaux, les fonctions restent les mêmes: mélanger, aérer, et s’assurer que le processus de compostage débute rapidement.
Un autre type de système en récipient clos est basé sur un conteneur transportable et une installation centrale de compostage. Un certain nombre d’agriculteurs locaux participent en fournissant le fumier comme matière première. Chaque exploitation agricole reçoit un conteneur transportable, qui ressemble à un conteneur à déchets solides sur roulettes. A sa base, le conteneur est doté de tuyaux d’aération qui sont connectés à un ventilateur. Au niveau de l’exploitation agricole, le fumier et les amendements secs sont chargés quotidiennement dans le conteneur et sont aérés pendant plusieurs jours jusqu’à ce que le conteneur soit récupéré par l’installation centrale qui se charge d’achever le compostage. Quand le conteneur est récupéré, un autre conteneur est fourni à l’exploitation agricole, qui peut ainsi continuer le cycle de compostage. L’exploitation agricole donne le fumier et reçoit en échange un agent de foisonnement, du compost et/ou des revenus.
