Des bioréacteurs pour digérer nos déchets ménagers ou l’art du compromis

Les centres de stockage confiné sont actuellement un élément indispensable et contrôlé de la filière d’élimination des déchets ménagers. Impliquant des phénomènes naturels de biodégradation, ils sont devenus de véritables bioréacteurs qu’il s’agit de gérer de façon optimale. Au Cemagref, des chercheurs découvrent peu à peu les processus biochimiques mis en jeu et développent l’art du compromis.

En ingénierie du traitement des déchets, on aimerait faire vite et bien. Pourtant, la solution réside peut-être dans un juste équilibre, un compromis à trouver entre rapidité de transformation et qualité des sous-produits générés, en orientant les processus biologiques mis en oeuvre.

Maîtriser le potentiel polluant
Parmi les différentes filières de traitement des déchets ménagers et assimilés (DMA, classe 2), les centres de stockage confi né sont pour l’heure une composante incontournable. En France, 52 % des 46 millions de tonnes de DMA produits chaque année partent dans des centres de stockage, quand seul 10 % du reste fait l’objet de compostage industriel. S’ils pâtissent d’une image négative, héritée des quelque 10 000 décharges sauvages qu’ils ont pourtant permis d’éliminer en France, ces centres sont depuis 1997 des ouvrages contrôlés et techniques dont le nombre, environ 350 actuellement, continue de décroître. Le principe est de ne laisser aux générations futures que des massifs de déchets « stabilisés », qui auront déjà exprimé une grande partie de leur potentiel polluant, confinés et enfouis avec le maximum de précautions.

Des centres de stockage bioactifs
Au moment de leur arrivée en centre, les déchets sont composés de plus de 50 % de matière organique biodégradable. De quoi nourrir les microorganismes naturellement présents dans les déchets et impliqués dans les réactions biochimiques de dégradation. Correctement géré, le centre de stockage devient alors un véritable bioréacteur, une sorte d’estomac géant et immobile… qui commence la lente digestion de son repas. Les chercheurs ont constaté que la phase active de biodégradation dure 5 à 10 ans, pour se ralentir progressivement ensuite. C’est pendant cette phase que les microorganismes produisent l’essentiel du fameux biogaz, de grande valeur énergétique, composé en grande partie de méthane. Une énergie renouvelable, captée et utilisée pour produire de la chaleur ou de l’électricité, ce qui diminue d’autant la consommation carburants fossiles ; un intéressant bénéfice environnemental interfilière.

Un facteur limitant : l’eau
Pour pouvoir accélérer ce processus, les scientifiques ont cherché à savoir quel est le principal paramètre limitant. C’est l’eau : plus on mouille le massif, plus les bactéries sont actives. Or l’eau est présente dans les centres de stockage, sous forme de lixiviats, ces jus de percolation recueillis à la base des massifs de déchets. L’idée est donc de collecter et réintroduire ces lixiviats dans les massifs. Mais, parmi les nombreuses réactions biochimiques à l’œuvre, il en est une qui produit de l’azote ammoniacal, fortement polluant et inhibiteur de la production de méthane. À l’abri de l’air dans les massifs de déchets, il n’est pas digéré et finit par s’accumuler. Les chercheurs du Cemagref ont alors exploré les possibilités de traitement de ces lixiviats avant recirculation. Ils ont mis au point une stratégie en deux étapes : la première consiste à induire par aération un processus de nitrification, transformation de l’azote ammoniacal en nitrate, qui est ensuite lui-même transformé en azote moléculaire par les bactéries dans la seconde étape, la dénitrification, lorsque les lixiviats sont réinjectés dans le massif. L’azote moléculaire, gaz inerte, peut alors être relâché dans l’atmosphère sans risque de pollution : l’air que nous respirons en est constitué à 80 %. Mieux, au cours du processus, le nitrate dope littéralement les bactéries, ce qui a pour effet d’accélérer leur activité de biodégradation !

Vitesse vs. méthane : trouver la bonne stratégie industrielle
Mais voilà, tout n’est pas si simple : les bactéries ainsi nourries cessent en retour leur production de méthane… On gagne du temps d’un côté, mais de l’autre on se prive d’un atout important. Il s’agit de trouver la bonne stratégie, le compromis optimal en termes de coût / bénéfice environnemental, dans la combinaison temporelle – et la maîtrise – des différentes étapes de traitement et de recirculation des lixiviats jusqu’à stabilisation des déchets. Pour l’heure, les chercheurs du Cemagref testent les hypothèses en laboratoire et les valident en grandeur nature sur les centres pilotes de leur partenaire Suez-environnement, avant de pouvoir rédiger de nouvelles préconisations pour les gestionnaires de centres de stockage.