Brevet FR3118031A1 — publié le 20220624

La présente invention concerne le secteur technique du compostage et plus particulièrement du compostage aérobie, à savoir, en présence d’une grande quantité d’oxygène. L’utilisation d’un polymère superabsorbant de l’invention permet tout à la fois d’accélérer l’activité métabolique des micro-organismes présents dans le compost et de limiter les apports nécessaires en eau, évitant ainsi tout stress hydrique. Selon l’invention, le polymère superabsorbant accélérateur de compostage est mélangé au compost, de préférence immédiatement avant ou pendant le compostage, à un dosage de 2 à 30 kg par tonne, de préférence de 5 à 20 kg et est caractérisé en ce qu’il est biodégradable conformément à la Norme européenne NF EN 14995. L’invention concerne également le procédé de mise en œuvre du polymère superabsorbant biodégradable et les composts issus du procédé. Accélérateur de compostage La présente invention concerne le secteur technique du compostage et plus particulièrement du compostage aérobie, à savoir, en présence d’une grande quantité d’oxygène. L’utilisation d’un polymère superabsorbant de l’invention permet tout à la fois d’accélérer l’activité métabolique des micro-organismes présents dans le compost et de limiter les apports nécessaires en eaux, évitant ainsi tout stress hydrique. Selon l’invention, le polymère superabsorbant est mélangé au compost, de préférence immédiatement avant ou pendant le compostage, à un dosage de 2 à 30 kg par tonne, de préférence de 5 à 20 kg et est caractérisé en ce qu’il est biodégradable conformément à la Norme européenne NF EN 14995. L’invention concerne également le procédé de mise en œuvre du polymère superabsorbant biodégradable et les composts issus du procédé. Domaine technique de l’invention Le compost est une source importante de matière organique qui peut être appliquée aux sols en tant que fertilisant, une fois le processus de compostage terminé. Le compostage est un processus naturel de dégradation de la matière organique par les micro-organismes. Il consiste en la décomposition par des microorganismes d’un mélange de déchets verts et bruns, tels que les résidus de culture, les déchets animaux, les restes alimentaires, certains déchets urbains et les déchets industriels appropriés. Le recyclage de ces déchets organiques permet l’obtention d’une matière riche pour toutes les cultures. Le compostage peut être divisé en deux catégories selon la nature du processus de décomposition. Lors du compostage anaérobie, la décomposition se produit, par définition, en absence d’oxygène et à basse température. Ce processus présente toutefois plusieurs inconvénients. Les microorganismes anaérobies dominent et produisent des composés comme du méthane, des acides organiques, du sulfure d’hydrogène etc… qui vont s’accumuler en générant des odeurs fortes voire, pour certains, présenter une phytotoxicité. De plus, la basse température augmente le temps de compostage et ne permet pas d’affecter de manière efficace les graines d’adventices ni les pathogènes présents (virus, bactéries…). Lors du compostage aérobie, les déchets organiques entrent en contact avec de l’eau et de l’oxygène et vont fermenter pour générer un compost prêt en environ 5 à 9 mois. Au cours de ce processus, appelé compostage aérobie, les micro-organismes aérobies décomposent la matière organique en un mélange de dioxyde de carbone (CO2), d’ammoniac, d’eau, de chaleur et d’humus (= matière organique stabilisée). Le compost ainsi obtenu ne présente pas de risque de phytotoxicité. De plus, la chaleur générée accélère la décomposition des protéines, des graisses et des sucres complexes tels que la cellulose et l’hémicellulose et détruit également les micro-organismes pathogènes ainsi que les graines d’adventices. Le compostage aérobie nécessite d’importantes quantités d’oxygène nécessaire à la croissance des micro-organismes aérobies. Par conséquent, une bonne aération est indispensable pour un compostage optimal. Les microorganismes se nourrissent, entre autres, d’un mélange de sources de carbone (C) et d’azote (N). En règle générale, au début du processus de compostage, le rapport C/N doit se situer dans un rapport entre 20:1 et 40:1, l’optimal se situant entre 25:1 et 30:1. Bien qu’une partie de ces éléments soient perdus en quantité non négligeable sous forme de gaz lors du compostage aérobie, celui-ci est malgré tout considéré comme plus efficace et plus sûr pour la production agricole. Beaucoup moins nutritif que l’engrais, la composition du compost varie toutefois en fonction des matières premières (déchets) compostés. Arrière-plan technique Le processus du compostage est similaire à celui de l’humification naturelle des résidus organiques en substances humiques dans les sols. L’humification est un processus de réorganisation des matières organiques : un ensemble de réactions enzymatiques à partir de matières organiques « fraiches » aboutissant à la formation d’édifices moléculaires très complexes et de compositions très variables. Ces derniers sont communément appelés acides fulviques et humiques. Ces réactions nécessitent de l’oxygène et dégagent de la chaleur. Plus le tas de compost est volumineux, plus la montée en température sera importante et le compostage rapide. Il peut être mûr au bout de 5 à 6 mois au printemps/été ou 9 à 12 mois en automne/hiver s’il est bien isolé et retourné régulièrement. Deux phases se succèdent dans un processus de compostage : – la phase de dégradation aérobie intense : il s’agit essentiellement de la décomposition de la matière organique fraîche à haute température (50 à 70 °C) sous l’action de bactéries et en présence d’oxygène. – la phase de maturation : elle va transformer le compost frais en un compost mûr, riche en humus. Celui-ci se passe à température plus basse (35 à 45 °C) et conduit à la biosynthèse de composés humiques par des champignons et des macro-organismes (ver de terres, etc.). Lorsque la température du compost ne s’élève plus à plus de 10°C au-dessus de celle de l’air ambiant, on considère que le tas est sec ou arrivé à maturité Parmi les facteurs qui influencent le compostage aérobie, l’humidité joue un rôle prépondérant. L’humidité est nécessaire pour assurer l’activité métabolique des micro-organismes. Si le tas de compost est trop sec, le processus de compostage est plus lent, alors qu’au-dessus de 65 pour cent d’humidité, des conditions anaérobies se rencontrent. La teneur en humidité optimale afin de produire du compost se situe entre 40 et 65%, et de préférence entre 50 et 60%. Selon les matières premières employées, il arrive fréquemment qu’il faille ajouter de l’eau au cours de la phase de dégradation intense si le compostage est effectué durant une période chaude. Il convient donc de vérifier régulièrement la température en utilisant un thermomètre à compost pouvant s’enfoncer jusqu’à 60 cm voire même 90cm dans le tas. Une fois que le tas a atteint les températures thermophiles pendant deux à trois semaines, le compost devrait progressivement commencer à se refroidir. C’est ce qu’on appelle la phase de séchage. De même, au cours des mois humides, il est important d’éliminer l’excès d’humidité dans le compost. On utilise alors des bâches pour empêcher les infiltrations d’eau, tout en permettant au compost de respirer. Si le taux d’humidité dépasse 65%, le processus de compostage tend à devenir anaérobie qui se caractérise par le dégagement d’odeurs désagréables et ralentit le processus de compostage L’homme de métier comprendra que le maintien d’un taux d’humidité optimal est un problème technique majeur. Présentation de l’invention L'invention a pour objet l’utilisation d’un polymère superabsorbant biodégradable qui permet, à des dosages très faibles, tout à la fois d’accélérer l’activité métabolique des micro-organismes présents dans le compost et de limiter les apports nécessaires en eaux, évitant ainsi tout de stress hydrique. La déposante a procédé à de nombreux essais et mis en évidence que lorsqu’un polymère superabsorbant très spécifique est mélangé à de la matière organique, il joue, de façon surprenante, un rôle d’accélérateur de compostage. Selon l’invention, le polymère superabsorbant accélérateur de compostage est mélangé au compost, de préférence immédiatement avant ou pendant le compostage, à un dosage de 2 à 30 kg par tonne, de préférence de 5 à 20 kg et est caractérisé en ce qu’il est biodégradable conformément à la Norme européenne NF EN 14995. L’invention concerne également le procédé de mise en œuvre du polymère superabsorbant biodégradable et les composts issus du procédé. Description détaillée de l’invention Un but de l'invention est de proposer un nouvel additif de compostage aérobie présentant des propriétés optimisées pour accélérer le processus de décomposition de la matière organique par des micro-organismes et générer un compost prêt plus rapidement. Les polymères superabsobants biodégradables, selon l’invention, ajoutées aux composts pour le conditionner éliminent, de plus, tous les inconvénients de l’art antérieur. Les inventeurs ont découvert que l’ajout, soit immédiatement avant ou pendant le compostage, d’au moins un polymère superabsorbant biodégradable, ajouté sec ou hydraté, à très faible dose, permet : de s’affranchir d’un problème technique majeur en réduisant les risques de stress hydrique, mais aussi, et de de façon inattendue, d'augmenter efficacement et très simplement la dégradation de la matière organique présente dans le compost, réduisant ainsi son temps de séjour. L’invention permet ainsi aux exploitants non seulement de réduire le temps de compostage mais aussi de limiter leur consommation en eau. La présente invention concerne donc l’utilisation d’un polymère superabsorbant spécifique comme accélérateur de compostage caractérisé en ce qu’il est : mélangé au compost, de préférence immédiatement avant ou pendant le compostage, à un dosage de 2 à 30 kg par tonne, de préférence de 5 à 20 kg, et est biodégradable conformément à la Norme européenne NF EN 14995 En pratique, le polymère superabsorbant utilisé est un agent hydro rétenteur d'origine naturelle ou synthétique qui présente une capacité de rétention d'eau supérieure ou égale à 30 fois son poids en eau déminéralisée, de préférence supérieure ou égale à 50 fois, avantageusement supérieure ou égale à 100 fois. Ce type de polymère est généralement connu sous l'abréviation : SAP ("superabsorbent polymer"). Il se présente généralement sous la forme de poudre, agglomérée ou non. Leur structure basée sur un réseau tridimensionnel assimilable à une multitude de petites cavités ayant chacune d'elles la capacité de se déformer et d'absorber de l'eau leur confère la propriété d'absorber de très grandes quantités d'eau et donc de gonfler. Les polymères superabsorbants d'origine naturelle, utilisables dans le cadre de la présente invention, sont par exemple ceux décrits dans les brevets US358364, US1693890, US3846404, US3935099 ou US3661815…On citera de façon non limitative : la gomme guar, les alginates, la carboxyméthyle cellulose, le dextran, la gomme xanthane… Les SAPs d'origine synthétique utilisables dans le cadre de la présente invention, sont par exemple, des polymères hydrosolubles réticulés à base de sels d’acide acrylique. Il en existe de nombreux types. De tels polymères sont par exemple décrits dans le brevet FR 2559158 dans lequel il est décrit des polymères réticulés de l'acide acrylique ou méthacrylique, des copolymères greffés réticulés du type polysaccharide / acide acrylique ou méthacrylique, des terpolymères réticulés du type acide acrylique ou méthacrylique / acrylamide / acrylamide sulfoné et leurs sels de métaux alcalino -terreux ou alcalins. Le SAP peut être obtenu par toutes les techniques de polymérisation bien connues par l’homme de métier : polymérisation en gel, polymérisation par précipitation, polymérisation en émulsion (aqueuse ou inverse) suivie ou non d’une étape distillation, polymérisation en suspension, polymérisation en solution, ces polymérisations étant suivies ou non d’une étape permettant d’isoler une forme sèche du (co)polymère par tous types de moyens bien connus de l’homme de métier. Selon l’invention, le polymère superabsorbant pourra être post-réticulé en surface à savoir qu’il : - résulte de la polymérisation avec réticulation partielle de monomères éthyléniquement insaturés hydrosolubles comportant au moins une fonction carboxylique, en particulier les acides acryliques et méthacryliques et leurs sels alcalins, qu'ils soient obtenus par un procédé de polymérisation en solution, en masse ou en suspension inverse, tels que décrits par exemple dans les demandes de brevets EP312952, EP441507 ou EP742231… - et présente une réticulation l'extérieur des grains de polymères. Cette réticulation de surface est dénommée post-réticulation car elle se fait sur la poudre de SAP lorsque la polymérisation est terminée et le SAP partiellement déshydraté, pendant le séchage. La post-réticulation permet de former une coquille fortement réticulée autour des particules de SAP. Les particules de SAP sont présentes alors une structure "coeur-coquille". Dans le cadre de la présente invention, il a été trouvé de façon tout à fait contre-intuitive que, pour être efficace comme accélérateur de compostage, le polymère superabsorbant doit, lui-même, être biodégradable et pour ce faire être conforme aux attentes de la Norme européenne NF EN 14995 de février 2007 qui spécifie les exigences et les méthodes permettant de déterminer sa biodégradabilité. L’homme du métier saura parfaitement déterminer si un polymère superabsorbant est conforme ou pas à cette norme. Selon l’invention, on préférera, pour des raisons de coût, l’utilisation de polymères superabsorbants réticulés d'origine synthétique, majoritairement, et avantageusement exclusivement, à base d’acide acrylique et de ses sels tel qu’un polyacrylate de sodium réticulé. L'invention sera, de plus, avantageusement mise en œuvre avec des particules de polymère superabsorbant de forme sphérique ou non et dont le diamètre moyen non hydraté est compris entre 5 µm et 5000 µm et de préférence entre 100 et 250 µm. Les polymères superabsorbants biodégradables selon l’invention, se présentant sous la forme d’une poudre, sont utilisées à raison de 2 à 30 kg par tonne de compost, de préférence 5 à 20 kg par tonne de compost. L’ajout du polymère superabsorbant biodégradable selon l’invention s’effectue directement dans le compost par mélange mécanique soit immédiatement avant, à savoir in situ et n’impliquant donc pas d’étape de transport routier, soit pendant le compostage. Il peut être ajouté soit sec ou soit hydraté, par exemple lors d’un apport en eau. L’utilisation d’un polymère superabsorbant biodégradable à très faible dose, permet - de s’affranchir d’un problème technique majeur en réduisant les risques de stress hydrique, - mais aussi, et de de façon inattendue, d'augmenter efficacement et très simplement la dégradation de la matière organique présente dans le compost, réduisant ainsi son temps de séjour. L’invention permet ainsi aux exploitants non seulement de réduire le temps de compostage mais aussi de limiter leur consommation en eau. Ce résultat était totalement inattendu dans la mesure où l’homme du métier n’était pas incité à utiliser un additif non rémanent sur la durée du processus pour résoudre le problème présent. Sans que cela puisse s’expliquer, le fait que le polymère superabsorbant soit biodégradable apporte un effet bénéfique sur l’humification. Il y a donc une vraie et inattendue synergie qui se produit lors du processus de compostage entre le polymère superabsorbant biodégradable selon l’invention et l’efficacité métabolique des micro-organismes présents dans le compost, y compris dans le cadre de la fabrication de lombri/vermi compost. L’invention concerne également le procédé de mise en œuvre du polymère superabsorbant biodégradable caractérisé en ce que son addition dans le mélange à composter est effectuée de préférence immédiatement avant ou pendant le compostage, à un dosage de 2 à 30 kg par tonne, de préférence de 5 à 20 kg. La présente invention concerne aussi les composts issus du procédé et toute variante ou adaptation qui apparaîtra clairement à l’homme de métier, au besoin en ayant recours à quelques essais de routine. Exemples Des essais comparatifs ont été réalisés en utilisant les polymères superabsorbants (SAP) tels que décrits dans le tableau 1 ci-après Référence produit (marque commerciale) Type de polymère super absorbant Anionicité Tailles moyennes des particules de SAP Conforme aux attentes de la Norme européenne NF EN 14995 “Apromud” P150 Polyacrylate de sodium réticulé 100 % Anionic 150µm OUI = biodégradable selon l’invention “Apromud” G300 FG Polyacrylate de sodium réticulé et post réticulé 100 % Anionic 150 µm OUI = biodégradable selon l’invention “Aprodev” A03 Copolymère acrylamide-acrylate de potassium réticulé 30 % anionique 150 ym NON = contre-exemple car non biodégradable selon l’invention Essais de compostage : Les essais de compostage ont été réalisés en printemps/été 2020 sous bâche à l’aide d’un même mélange d’incubation de matières organiques issues à 54% en poids de boues de station d’épuration agro-alimentaire et à 46% en poids de déchet vert qui présente les caractéristiques suivantes : rapport C/N : 21,8, pH à 25°C : 8,2, carbone organique sur sec : 31,4%. Chaque exemple réalisé dans le cadre des essais a été aéré de façon strictement identique à l’aide d’une tige d’aération une fois par semaine. Cette dernière a été enfoncée jusqu’au fond de la compostière et tournée d’un quart de tour avant de la relever à 4 endroits différents du tas. Le taux d’humidité du mélange d’incubation + SAP a été mesuré par mise en étuve 24 heures à 80°C puis adapté par ajout d’eau au démarrage des essais. Aucun ajout supplémentaire d’eau n’a été effectué. Pour les exemples présentés dans le tableau 2, les mélanges des polymères superabsorbants avec le mélange d’incubation ont été réalisés de façon mécanique jusqu’à homogénéisation visuelle. Lors des essais de compostages, la température a été vérifiée journalièrement en utilisant un thermomètre à compost. Lorsque cette dernière ne s’élevait plus à plus de 10°C au-dessus de celle de l’air ambiant, nous avons considéré que le compostage était terminé à savoir était arrivé à maturité. Masse totale du mélange d’incubation (en kg) / taux d’humidité (%) Nature du SAP et dosage dans le mélange d’incubation exprimé en Kg par tonne de mélange d’incubation Protocole d’ajout du SAP dans le mélange d’incubation Evaluation visuelle / Temps de compostage (en jours) Contre-exemple 1 200 kg / 50% aucun NA séchage du compost / NA Contre-exemple 2 200 kg / 60% aucun NA Maturité terminée / 195 jours Contre-exemple 3 200 kg / 50% A03 (non biodégradable) / 5kg par tonne SAP ajouté préhydraté (gonflement x 50) immédiatement avant le compostage Maturité terminée / 231 jours Contre-exemple 4 200 kg / 60% A03 (non biodégradable) / 5kg par tonne SAP ajouté préhydraté (gonflement x 50) immédiatement avant le compostage Maturité terminée / 201 jours Exemple 1 200 kg / 50% P150 / 5kg par tonne SAP ajouté préhydraté (gonflement x 50) immédiatement avant le compostage Maturité terminée / 205 jours Exemple 2 200 kg / 60% P150 / 5kg par tonne SAP ajouté préhydraté (gonflement x 50) immédiatement avant le compostage Maturité terminée / 179 jours Exemple 3 200 kg / 50% G300 FG / 5kg par tonne SAP ajouté préhydraté (gonflement x 50) immédiatement avant le compostage Maturité terminée / 210 jours Exemple 4 200 kg / 60% G300 FG / 5kg par tonne SAP ajouté préhydraté (gonflement x 50) immédiatement avant le compostage Maturité terminée / 180 jours Contre-exemple 5 200 kg / 65% aucun NA Odeurs désagréables = compostage anaérobie / NA Exemple 5 200 kg / 65% P150 / 5kg par tonne SAP ajouté préhydraté (gonflement x 50) 5 jours après le début du compostage Maturité terminée / 168 jours Exemple 6 200 kg / 70% P150 / 10kg par tonne SAP ajouté sec immédiatement avant le compostage Maturité terminée / 171 jours Contre-exemple 6 200 kg / 70% P150 / 10kg par tonne SAP ajouté sec au mélange d’incubation puis transporté en camion pendant 1h30 avant d’arriver au site de compostage Odeurs désagréables = compostage anaérobie / NA Comme on peut le voir dans le tableau 2, l’ajout d’un polymère superabsorbant biodégradable, selon l’invention, dans le mélange d’incubation avant le compostage, permet de s’affranchir d’un problème technique majeur en réduisant les risques de stress hydrique (cf exemples 1 et 3 par rapport au contre-exemple 1). De même seul l’utilisation d’un polymère superabsorbant biodégradable, selon l’invention, avant le compostage, permet aussi, et de de façon inattendue, d'augmenter efficacement et très simplement la dégradation de la matière organique présente dans le compost, réduisant ainsi son temps de séjour (cf exemples 1 et 3 par rapport au contre-exemple 3 et exemples 2 et 4 par rapport aux contre-exemples 2 et 4). Selon l’invention, le polymère superabsorbant biodégradable peut être ajouté soit sec (exemple 6) ou soit hydraté (exemples 1-5), cela sans affecter son efficacité. Il peut même permettre le compostage en mode aérobie avec un taux d’humidité supérieur à 65% (cf exemple 6). Toutefois, l’ajout du polymère superabsorbant biodégradable doit être effectué directement dans le compost par mélange mécanique soit immédiatement avant (cf exemple 1-6 / contre-exemple 6) soit pendant (cf exemple 5) le compostage, à savoir in situ et donc n’impliquant pas d’étape de transport routier entre son ajout au mélange d’incubation et sa mise en tas. Utilisation d’un polymère superabsorbant pour accélérer le compostage aérobie de matières organiques caractérisé en ce qu’il est biodégradable et qu’il est mélangé au compost à un dosage de 2 à 30 kg par tonne, de préférence de 5 à 20 kg. Utilisation d’un polymère superabsorbant selon la revendication 1 caractérisé en ce que le polymère superabsorbant présente une capacité de rétention d'eau supérieure ou égale à 30 fois son poids en eau déminéralisée, de préférence supérieure ou égale à 50 fois, avantageusement supérieure ou égale à 100 fois. Utilisation d’un polymère superabsorbant selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce qu’il s’agit d’un polymère réticulé d'origine synthétique majoritairement, avantageusement exclusivement, à base d’acide acrylique et de ses sels. Utilisation d’un polymère superabsorbant selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu’il est utilisé sous la forme d’une poudre. Utilisation d’un polymère superabsorbant selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé que les particules de polymère superabsorbant ont un diamètre moyen non hydraté compris entre 5 µm et 5000 µm et de préférence entre 100 et 250 µm. Procédé pour accélérer le compostage aérobie de matières organiques caractérisé en ce que le polymère superabsorbant selon l’une quelconque des revendications précédentes est ajouté, sec ou hydraté, dans le mélange à composter de préférence immédiatement avant ou pendant le compostage, à un dosage de 2 à 30 kg par tonne, de préférence de 5 à 20 kg. Composts obtenus selon le procédé de la revendication 6.