Brevet FR2874845A1 — publié le 20060310

DISPOSITIF DE COMPOSTAGE L'invention se rapporte au domaine technique du compostage. Le terme compost recouvre une grande variété de réalités, dans le cadre de la présente invention : a) les déchets urbains compostés ou composts urbains (figure 3), élaborés à partir d'une gamme hétérogène de matériaux : - déchets verts ; - ordures ménagères, - ordures ménagères résiduelles dites ordures ménagères grises du fait de la couleur de la poubelle utilisée par les collectivités qui pratiquent ce type de collecte sélective ; - fraction fermentescible (putrescible) des ordures ménagères et déchets de marchés ; - boues de stations d'épuration urbaines mélangées à un structurant pour être compostées, ce structurant est constitué de déchets verts, ou de palettes de bois. b) les composts d'effluents d'élevage c) les composts de déchets industriels et agricoles :déchets de sucreries de la filière betteravière pour les industries agro-alimentaires, et des déchets de papeteries pour l'industrie hors agro-alimentaire. Le compostage est un processus contrôlé de dégradation des constituants organiques d'origine végétale et animale, par une succession de communautés microbiennes évoluant en condition aérobies, entraînant une montée en température, et conduisant à l'élaboration d'une matière organique humifiée et stabilisée. Le produit ainsi obtenu est appelé compost. Le compostage des déchets organiques reproduit le processus naturel de transformation dans le sol, des matières organiques fraîches, d'origine animale et végétale, en matière organique humifiée, communément appelée humus. C'est une pratique très ancienne. Les déchets du passé qui étaient essentiellement organiques (effluents d'élevages, déchets alimentaires, résidus végétaux...) renferment aujourd'hui une gamme très hétérogène de produits (déchets verts, déchets alimentaires, effluents d'élevages et industriels, papiers, emballages plastiques et métalliques,...). Le compostage est accompagné de production de chaleur, essentiellement d'origine biologique, c'est à dire due à l'activité microbienne. Des oxydations chimiques exothermiques peuvent également prendre part à l'échauffement du compost. L'évolution schématique de la température au sein du compost permet de définir quatre phases au cours du compostage : - phase mésophile : forte activité microbienne (bactéries et champignons) générant une forte production de chaleur et une montée rapide de la température au c u̇r du compost ; - phase thermophile : seuls les micro-organismes thermorésistants (essentiellement des bactéries) peuvent survivre aux températures de 75[deg]C environ régnant dans le compost. Au cours de cette phase, une part importante de matière organique est perdue sous forme de CO2, et un assèchement du compost lié à l'évaporation de l'eau est souvent observé ; - phase de refroidissement : la diminution de la quantité de matières organiques facilement dégradables provoque un ralentissement de l'activité microbienne.La chaleur générée par la dégradation microbienne est alors inférieure aux pertes dues aux échanges surfaciques et à l'évaporation, entraînant un refroidissement du compost ; - phase de maturation : les processus d'humification prédominent, ainsi que la dégradation lente des composés résistants. Cette phase de maturation dure jusqu'à l'utilisation des composts. Présenter le compostage en quatre phases ne donne qu'une idée très approximative du comportement réel : un tas de compost est un milieu hétérogène, qui a des surfaces d'échange avec le milieu extérieur, des zones de tassement, et des gradients de température et d'humidité. De plus, un travail du compost est souvent réalisé, généralement durant la phase de dégradation (retournement, arrosage et criblage), ce travail entraînant fréquemment une reprise de l'activité microbienne, traduite par des remontées de la température. En France, il existe plus de quatre cent cinquante installations de compostage, tous déchets confondus, ces installations allant des simples plates-formes constituées uniquement d'une surface à l'air libre pour placer les andains et de quelques engins (broyeurs, tracto-pelles), aux plates-formes constituées d'espaces abrités, d'appareils de contrôle continu de la température, de la teneur en oxygène, de systèmes de ventilation. Ces installations de compostage produisent en France près de deux millions de tonnes de compost chaque année. Ces installations ne sont pas réparties de manière uniforme sur le territoire : soixante installations sont référencées en Bretagne contre seulement onze en Basse Normandie, vingt huit en Rhône-Alpes et cinq en Limousin. Pour faire face aux flux importants des déchets urbains produits, notamment les ordures ménagères, et afin de limiter le temps de séjour des produits sur les plates-formes, les usines de compostage utilisent des procédés visant à fournir des conditions optimales pour la biodégradation en intervenant essentiellement sur deux paramètres : la taille des composés organiques et l'aération. Réduire la taille des particules organiques par broyage et criblage permet d'augmenter les surfaces d'échanges et d'accélérer ainsi leur biodégradation : dilacération (procédé BRS par exemple), criblage, broyage en début de procédé de compostage. L'oxygénation des composts est assurée soit par des retournements réguliers, soit par ventilation, soit par la combinaison de ces deux actions. Outre l'avantage de permettre une bonne oxygénation, les retournements réguliers, ou mélanges mécaniques, permettent d'exposer de nouvelles surfaces à la biodégradation et de réduire ainsi les hétérogénéités de la matrice du compost. La ventilation des composts, appelée également aération forcée, consiste à insuffler ou à aspirer de l'air à la base du compost sur toute la longueur de l'andain. La ventilation est considérée comme plus efficace que les mélanges mécaniques.Certaines techniques, comme la technique Siloda par exemple, combinent ces deux méthodes : le compost suit un parcours composé de plusieurs silos parallèles pourvus d'une aération au sol; après quelques jours dans un silo, le compost est transféré au silo voisin grâce à une roue de type moulin à eau entraînée mécaniquement, assurant ainsi un mélange du compost. Le compostage présente de nombreux avantages : - il est généralement admis que les composts contribuent à l'entretien de la matière organique des sols, améliorant ainsi leurs propriétés physiques, chimiques et biologiques, et qu'ils apportent des éléments fertilisant aux cultures ; - l'utilisation des composts en agriculture pourrait également participer à la lutte contre l'effet de serre additionnel, en séquestrant du carbone dans les sols ; - le compostage permet le réduction des masses et volumes d'environ 50% par rapport aux déchets initiaux, par minéralisation des composés organiques, perte d'eau et modification de la porosité du milieu ; - le compostage induit une perte en matière organique entraînant une concentration des éléments minéraux au sein du compost ; - l'augmentation de la température permet la destruction des agents pathogènes. ;- l'action combinée de l'élévation de température et de la libération d'agents inhibiteurs permettant la destruction de graines d'adventices. En France, la loi Lalonde de 1992 qui prévoyait l'interdiction de mise en décharge des déchets dits non-ultimes (c'est à dire pouvant être traités par recyclage, valorisation biologique, ou incinération), renforcée par les circulaires d'avril 1998 et de juin 2001 du ministère de l'environnement et de l'aménagement du territoire, ont mis en avant le compostage dans le traitement des déchets urbains. En dépit des nombreux avantages du compostage et de la volonté politique affichée, force est de constater que, en France, sur les 47 millions de tonnes collectées et traitées par les communes (ordures ménagères strictes, déchets verts, boues de station d'épuration), 24 millions de tonnes sont des déchets organiques et seulement 7% environ des tonnages traités le sont par compostage. La demanderesse a cherché à déterminer les causes de cet état de fait. Le développement du compostage de déchets urbains est dépendant des débouchés qu'ont les composts, en particulier en agriculture. L'obtention de composts de qualité (valeur agronomique avérée et inoccuité) est donc nécessaire. Pour pouvoir être utilisés, les composts doivent faire l'objet d'une procédure d'homologation, ou répondre aux critères de spécification définis dans la norme 44051 définissant les amendements organiques. Cette norme, actuellement en cours de révision, est d'application obligatoire pour l'utilisation de ces produits et les composts n'entrant pas dans le cadre de cette norme (composts de boues de station d'épuration par exemple) doivent être utilisés dans le cadre d'un plan d'épandage. Lorsque leur teneur en métaux est faible, les composts peuvent être utilisés en agriculture biologique, lorsque le besoin est reconnu par l'organisme de contrôle. Les composts d'effluents d'élevage (sauf l'élevage hors-sol), les composts de déchets verts et les composts de biodéchets peuvent être utilisés en agriculture biologique. Les sites de compostage peuvent provoquer des odeurs, par exemple par la décomposition anaérobie lorsque les andins ne sont pas retournés assez souvent, ou bien encore par la production de biogaz, par l'écoulement non contrôlé des lixiviats. Les seuils de perception olfactifs varient d'une personne à l'autre et la nuisance olfactive est fortement marquée de subjectivité, de sorte que la question des odeurs est de grande importance. La demanderesse a découvert que l'un des freins majeurs au développement du compostage découle de la structure de la chaîne de traitement des déchets. La demanderesse a constaté que les filières mises en u̇vre pour le traitement des déchets qui pourraient être compostés sont très variables, en fonction des installations existantes et des partenaires locaux. Il est fréquent que les boues de stations d'épuration soient épandues directement. De même, les déchets de bois (plaquettes de bois, sciures, écorces et copeaux) sont souvent employés en tant que combustibles pour chaufferies collectives, de même que la fraction ligneuse des déchets verts. Le compostage met en oeuvre des sites de tailles très variables : - sites de compostage de quartier (réacteurs, composteurs individuels en batterie) - compostage traditionnel en andins, avec location de broyeur et de crible ; - réseaux de compostage entre deux à quinze sites organisés autour d'un prestataire de service ou d'un regroupement de collectivités, avec un seuil minimal de rentabilité de 200 à 300 tonnes par an. Les centres de traitement centralisés des déchets se sont développés pour tenir compte des coûts importants de transport. Des bassins de productions de déchets sont ainsi définis en référence aux centres de traitement. La demanderesse a constaté que ces bassins de production de déchets sont parfois très éloignés des sites qui pourraient exploiter les composts. La demanderesse s'est donc attachée à pallier les inconvénients mentionnés ci-dessus des installations de compostage de l'art antérieur, afin d'assurer un meilleur développement de cette technique. A cette fin, l'invention se rapporte, selon un premier aspect, à un dispositif de compostage comprenant au moins une alvéole et des moyens d'injection de gaz dans l'alvéole pour la ventilation forcée de l'andain, caractérisé en ce que l'alvéole est définie par une coque d'une barge. Le dispositif présente les caractères suivants, selon diverses réalisations, ces caractères étant éventuellement combinés : - ladite coque est pourvue d'un plancher perforé, des grilles du plancher permettant l'évacuation des lixiviats et la ventilation forcée ; - il est pourvu d'un réservoir de récupération des lixiviats et de moyens d'arrosage de l'andain contenu dans l'alvéole avec lesdits lixiviats ; - l'alvéole est pourvue de moyens de fermeture sensiblement étanche aux gaz, des moyens de ventilation assurant la mise en dépression du volume défini par l'alvéole fermée ; - les moyens de mise en dépression envoient l'air vers un biofiltre avant rejet vers l'extérieur de la barge ; - le biofiltre est chargé de produits naturels de traitement de l'air tel qu'écorces de pin ;- la coque définissant l'alvéole est indépendante de la coque de flottaison de la barge ; - il comprend un groupe de puissance tel que groupe électrogène, assurant une alimentation autonome en énergie ; - un automate programmable assure la commande des moyens de ventilation de l'andain logé dans l'alvéole et des moyens d'arrosage de cet andain en lixiviats, en fonction des données de température issues de sondes logées dans cet andain. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante de modes de réalisation, description qui va être effectuée en se référant aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif selon un mode de réalisation de l'invention : - la figure 2 est une vue en coupe transversale du dispositif de la figure 1. Le dispositif selon l'invention assure le traitement en temps masqué, par compostage, lors du transport fluvial en barge, le compostage étant assuré en ventilation pilotée et milieu confiné. La fermentation des bio-déchets s'effectue ainsi sur la barge qu'elle soit à quai ou en navigation. Le terme barge employé ici désigne aussi bien une barge poussée qu'un chaland tracté ou un automoteur tel qu'une péniche ou un bac assurant une traversée de voie navigable. Ladite barge circule donc aussi bien sur un fleuve que sur un canal ou un bief, notamment un bief fluvio-maritime. Ladite barge peut par exemple marcher à couple avec un ou plusieurs bateaux ou être tirée ou remorquée. Les automoteurs conventionnels sont de petit gabarit (longueur : 38,25 mètres, largeur : 5,05 mètres) ou de grand gabarit (jusqu'à 95 mètres de long et 11,4 mètres de large pour 3500 tonnes). Les barges poussées sont conventionnellement en convoi propulsé par des bateaux pousseurs, un convoi pouvant aller jusqu'à 25.000 tonnes. Le transport par voie fluviale présente a priori de nombreux avantages. Un convoi fluvial de 3800 tonnes équivaut à 66 wagons de chemins de fer de 58 tonnes ou 127 camions semi-remorques de 30 tonnes, équivalent à six kilomètres de convoi sur autoroute. Le transport fluvial consomme cinq fois moins de carburant que le transport routier à tonnage identique. Pourtant, suite au plan de déchirage européen, 70% des péniches françaises ont été détruites. Pourtant, sur les 8500 kilomètres de voies navigables que compte la France, seulement 1700 kilomètres sont accessibles à des convois de plus de deux grandes barges. La France ne représente que 3% du trafic fluvial européen contre 50% pour les Pays-Bas et 20% pour l'Allemagne. L'essentiel des marchandises conventionnellement transportables par voies d'eau sont des matières minérales brutes, des matériaux de construction, des produits agricoles et notamment céréales, des combustibles minéraux et notamment charbon, des combustibles pétroliers et des produits métallurgiques. Dans la quasi-totalité des cas, les transports par voies d'eau concernent des produits inertes et en vrac. La demanderesse a imaginé de modifier la structure d'une barge pour y incorporer un système de compostage embarqué, avantageusement autonome en énergie. Les déchets sont amenés sur un quai de chargement, broyés ou non, un broyage étant réalisé lorsque ces déchets sont fortement ligneux. Le chargement des déchets dans la barge est effectué avantageusement en brassant des déchets fermentescibles et des déchets ligneux, par exemple avec une pelle mécanique. Le mélange tombe dans des alvéoles de compostage 1 formées par des coques métalliques 2 indépendantes de la coque de flottaison 3. Dans le mode de réalisation représenté, la barge ne comporte qu'une seule alvéole, par exemple d'une longueur de 25 mètres et d'une largeur de 4 mètres. Le plancher 4 des alvéoles comprend des caillebotis ou grilles 5 permettant l'écoulement des lixiviats et la ventilation forcée, ainsi qui! apparaîtra par la suite. Par exemple, quatre grilles 5 équidistantes s'étendent sur toute la longueur de l'alvéole 1, sensiblement parallèlement les unes aux autres. Une fois remplie, l'alvéole est bâchée, la bâche étanche 6 étant montée rétractable sur rails longitudinaux. Les lixiviats sont repris par une pompe immergée et aspergés sur l'andain par le biais de tuyaux perforés 7 courant longitudinalement le long des parois latérales de l'alvéole 1. Ces tuyaux sont connectés au réservoir 8 de récupération des lixiviats. Un ventilateur 9 assure une ventilation forcée de l'andain 10 placé dans l'alvéole 1. L'air est insufflé au travers des grilles 5. Un automate commande ce ventilateur 9 en fonction des données de température fournies par des sondes placées dans l'andain 10. A titre indicatif, la demanderesse a pu vérifier que trois sondes équidistantes logées dans un andain de 25 x 4 mètres connectées à un ventilateur 9 d'une puissance de 5,5 kW permettaient, dans les conditions précitées, une bonne ventilation forcée. Avec un tel dimensionnement, le réservoir 8 de récupération des lixiviats pourra présenter une contenance de 2 m , la pompe de relevage ayant un débit de 500 litres/heure, le réservoir étant par exemple en polyéthylène haute densité. L'air extrait régulièrement de l'alvéole passe au travers d'une gaine de biofiltre 11. Dans une réalisation, ce biofiltre comprend un caisson 12 remplit d'écorces de pin. A titre indicatif, le biofiltre pourra être formé d'un caisson d'un volume de 35 m . Alimenté en partie basse par le ventilateur de mise en dépression, le biofiltre 12 rejette l'air traité dans le milieu naturel, en parte haute. Avantageusement, un groupe électrogène 13 permet l'alimentation des moyens présentés auparavant. A titre indicatif, pour les dimensions présentées auparavant, un groupe électrogène d'une puissance de 20 kWh suffit. Lorsque le chargement de l'andain 10 est effectué dans l'alvéole 1, la bâche 6 est mise en place, le système de ventilation piloté 14 et le ventilateur 15 de dépression sont mis en route. La demanderesse a constaté que le temps de traitement dans la barge est au minimum de trois semaines pour des bio-déchets conventionnels. Ces trois semaines permettent de réaliser la phase dite de fermentation, source principale des nuisances olfactives. Ainsi qu'il était dit précédemment, la barge peut être prise en charge par un pousseur ou bien rester à quai le temps nécessaire. Après le temps de traitement par fermentation, la bâche 6 est retirée, les ventilations stoppées et les déchets organiques fermentés déchargés, par exemple à l'aide d'une grue. Ces déchets devront avantageusement encore subir une maturation de huit semaines et un affinage, ainsi qu'il est connu en soi dans le domaine du compostage. Une fois le chargement retiré, le réservoir contenant les lixiviats résiduels est pompé. Le caisson du biofiltre 12 est éventuellement changé. Le dispositif selon l'invention présente de nombreux avantages. Il est possible de prendre en charge les déchets organiques dans les grandes villes desservies par des voies fluviales pour les emmener dans des régions agricoles consommatrices de compost et desservies par la voie fluviale. La fermentation ayant été assurée durant la phase de transport, une simple plateforme de maturation et un crible sont suffisants à la réception des déchets. L'installation de traitement par fermentation étant mobile, aucune déclaration ni autorisation ne sont nécessaires au titre des installations classées. La plateforme de réception est soumise, quant à elle, à une simple déclaration. REVENDICATIONS 1. Dispositif de compostage comprenant au moins une alvéole (1) et des moyens d'injection de gaz dans l'alvéole pour la ventilation forcée de l'andain (10), CARACTERISE en ce que l'alvéole est définie par une coque (2) d'une barge. 2. Dispositif de compostage selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite coque (2) est pourvue d'un plancher perforé, des grilles (5) du plancher (4) permettant l'évacuation des lixiviats et la ventilation forcée. 3. Dispositif de compostage selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est pourvu d'un réservoir de récupération des lixiviats et de moyens d'arrosage de l'andain contenu dans l'alvéole (1) avec lesdits lixiviats. 4. Dispositif de compostage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'alvéole (1) est pourvue de moyens de fermeture sensiblement étanche aux gaz, des moyens de ventilation assurant la mise en dépression du volume défini par l'alvéole fermée. 5. Dispositif de compostage selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de mise en dépression envoient l'air vers un biofiltre (12) avant rejet vers l'extérieur de la barge. 6. Dispositif de compostage selon la revendication 5, caractérisé en ce que le biofiltre est chargé de produits naturels de traitement de l'air tel qu'écorces de pain. 7. Dispositif de compostage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la coque (2) définissant l'alvéole est indépendante de la coque de flottaison de la barge. 8. Dispositif de compostage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend un groupe de puissance tel que groupe électrogène, assurant une alimentation autonome en énergie. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'un automate programmable assure la commande des moyens de ventilation de l'andain logé dans l'alvéole et des moyens d'arrosage de cet andain en lixiviats, en fonction des données de température issues de sondes logées dans cet andain (10).