Modélisation de la stabilisation de la matière organique et des émissions gazeuses au cours du compostage d'effluents d'élevage

Le compostage est un procede aerobie de stabilisation de la matiere organique (MO). Les transformations de la MO conduisent a des emissions gazeuses (NH3, N2O, CH4, CO2) et une perte d'azote utile pour la fertilisation. La variete des pratiques et les differences de nature des substrats modifient la vitesse de degradation de la MO, la qualite finale du compost produit et la part d'emissions sous forme de polluants gazeux. L'optimisation du procede necessite la prediction de ces transformations ou la realisation d'essais empiriques. Cette these analyse les interactions entre les processus biologiques, biochimiques, physico-chimiques et thermodynamiques majeurs a l'origine de la stabilisation de la MO et des emissions gazeuses de CO2, H2O, NH3, N2O. Elle se focalise sur le compostage par aeration passive en andain d'effluents d'elevage. La methode s'appuie sur la modelisation dynamique, semi-empirique, du procede et sur des experimentations sur des andains de petite taille. Dans un premier temps, l'impact des interactions entre les facteurs cles du compostage, soit la biodegradabilite du carbone, la disponibilite de l'azote, l'humidite et la porosite, sur la cinetique et la stœchiometrie des emissions gazeuses est analyse a partir de donnees acquises en conditions controlees et sur une plateforme de compostage a la Reunion sur des periodes allant de 20 a 80 jours. Les facteurs ont ete hierarchises : l'effet de la porosite couple a l'effet de l'humidite joue le role majeur dans la regulation des transformations de la MO et des emissions gazeuses. Les effets de la porosite, de l'humidite et du type de structurant sur les transformations de la MO, observes en conditions commerciales, confirment les observations en conditions controlees. Alors que les ecarts de repetabilite en conditions controlees sont faibles sur les temperatures et bilans de masse, ces ecarts deviennent eleves en conditions de reproductibilite sur le terrain. Dans un deuxieme temps, un modele dynamique de compostage a ete developpe simulant la stabilisation du carbone et de l'azote ainsi que les emissions gazeuses de CO2, H2O, NH3 et N2O. Ce modele est compose de quatre modules couples. Le premier simule les cinetiques d'oxydation de la MO par une population microbienne heterotrophe produisant du CO2 et de la chaleur. Le deuxieme decrit les echanges thermiques se deroulant lors du compostage, a l'origine de l'aeration passive de l'andain et des cinetiques de temperature interne et d'evaporation d'H2O. Le troisieme module decrit le transfert d'oxygene au sein de l'andain module par la porosite et l'humidite. Le quatrieme module simule les transformations et la stabilisation de l'azote ainsi que les cinetiques d'emissions d'NH3 et de N2O. Le systeme global representant un andain de compostage en aeration naturelle est considere comme homogene en termes de composition et de caracteristiques thermiques. Lors de la phase thermophile, le facteur limitant le plus rapidement l'organisation de la MO est la disponibilite de l'azote. L'abaissement de la porosite entraine une diminution des pertes gazeuses par l'augmentation de l'organisation de la MO. Le fractionnement initial de la MO ainsi que la teneur initiale en biomasse microbienne sont les facteurs cles pour predire les cinetiques d'organisation du carbone et de l'azote. Les parametres specifiques des emissions d'NH3, d'H2O et de N2O sont initialises en fonction de la nature du substrat et des caracteristiques physiques de l'andain. La calibration du modele reste a ameliorer, et par la suite le modele devra etre valide en condition industrielles. Les effets modelises de la porosite, de l'humidite et du type de structurant sur les transformations de la MO permettent d'envisager l'usage du modele pour optimiser le compostage d'effluents d'elevage.