Étude du compost et du lixiviat obtenus par cocompostage
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Étude du compost et du lixiviat obtenus par cocompostage des résidus agroalimentaires à la ferme
Mémoire
Papa Malick Sall
Maîtrise en biologie végétale
Maître ès sciences (M. Sc.)
Québec, Canada
© Papa Malick Sall, 2014
iii
Résumé
Le compostage permet de valoriser des résidus organiques frais en une matière organique
stabilisée, soit l’humus. Cette étude a optimisé le cocompostage des résidus de ferme et
agroalimentaires, avec de la paille de soya ou des écorces et en a étudié les produits; le
compost et le lixiviat. L’évolution du compost a été suivie dans le temps, et après tamisage.
Le lixiviat à des teneurs en NEPE1KLou NEPL3KL (avec E = engrais minéral; L = engrais du
lixiviat) a été comparé à la dose optimale d’engrais minéraux en NEPEKE, ou en absence de
fertilisation pour le maïs sucré. Les composts tamisés étaient de qualité. Le plastique
provenant des emballages et étiquetages a été mesuré en quantité. La paille de soya a
produit un bon compost. Pour un sol amendé en compost à l’automne, les traitements de
lixiviat ont donné le même rendement que les traitements non fertilisé ou fertilisé avec des
engrais minéraux.
v
Table des matières
Résumé ................................................................................................................................ iii
Table des matières ............................................................................................................... v
Liste des tableaux ............................................................................................................... ix
Listes des figures ................................................................................................................. xi
Remerciements .................................................................................................................. xiii
1- Introduction ..................................................................................................................... 1
2- Revue bibliographique .................................................................................................... 3
2.1- Caractéristiques physico-chimiques importantes des fruits et légumes lors du
compostage .................................................................................................................................... 4
2.1.1- Paramètres physiques ....................................................................................................... 4
2.1.1.1- Température ............................................................................................................................ 4
2.1.1.2- Teneur en eau et capacité d’absorption hydrique .................................................................... 6
2.1.1.3- Masse volumique apparente .................................................................................................... 7
2.1.1.4- Aération .................................................................................................................................. 7
2.1.1.5- Absorbant/structurant .............................................................................................................. 8
2.1.2- Paramètres chimiques ...................................................................................................... 9
2.1.2.1- pH ........................................................................................................................................... 9
2.1.2.2- Matière organique ................................................................................................................... 9
2.1.2.2.1- Carbone ........................................................................................................................... 9
2.1.2.3- Azote, phosphore et potassium ............................................................................................. 10
2.1.2.3.1- Azote ............................................................................................................................. 10
2.1.2.3.2- Phosphore ...................................................................................................................... 11
2.1.2.3.3- Potassium ...................................................................................................................... 12
2.1.2.4- Rapport C/N .......................................................................................................................... 12
2.1.2.5- Conductivité électrique ......................................................................................................... 13
2.1.2.6- Éléments traces ..................................................................................................................... 14
2.2- Maturité du compost ........................................................................................................... 15
2.3- Élaboration d’une recette de compostage ......................................................................... 17
2.4- Lixiviat ................................................................................................................................. 17
2.5- Plante modèle : le maïs ....................................................................................................... 18
2.5.1- Importance de la culture au Québec .............................................................................. 18
vi
2.5.2 - Pratiques culturales ....................................................................................................... 19
3- Hypothèses et objectifs .................................................................................................. 21
3.1- Hypothèses ........................................................................................................................... 21
3.2- Objectifs ............................................................................................................................... 21
4- Matériel et méthodes ..................................................................................................... 23
4.1 Le compostage et l’évolution du compost pendant le processus ....................................... 23
4.1.1- Site de compostage ........................................................................................................ 23
4.1.2- Inventaire et caractérisation ........................................................................................... 24
4.1.2.1- Échantillonnage des principaux intrants seuls ou en mélange ............................................. 24
4.1.2.1.1- Fruits et légumes .......................................................................................................... 24
4.1.2.1.2- Absorbants/structurants ................................................................................................ 25
4.1.2.2- Échantillonnage des mélanges ............................................................................................. 25
4.1.3- Élaboration de recettes de compostage .......................................................................... 25
4.1.4- Suivi des paramètres pendant les six premières semaines de compostage avec des
additions de fruits et de légumes aux deux/trois semaines ....................................................... 26
4.1.4.1- Paramètres physiques ........................................................................................................... 27
4.1.4.1.1- Température ................................................................................................................. 27
4.1.4.1.2- Granulométrie ............................................................................................................... 27
4.1.4.1.3- Teneur en eau, masse volumique apparente, matière organique, absorption hydrique . 27
4.1.4.2- Paramètres chimiques........................................................................................................... 28
4.1.4.3- Analyses statistiques ............................................................................................................ 29
4.1.5- Maturité du compost à 12 semaines ............................................................................... 30
4.1.5.1- Échelle de Kraeutler et Levasseur ........................................................................................ 30
4.1.5.2- Essais d’autoréchauffement et de dégagement des gaz carbonique et d’ammoniac ............. 31
4.1.5.3- Test de phytotoxicité ............................................................................................................ 31
4.1.5.4- Analyses statistiques ............................................................................................................ 32
4.2- Lixiviat du compostage ....................................................................................................... 33
4.2.1- Description du site de valorisation du lixiviat au champ ............................................... 34
4.2.2- Paramètres observés et mesures ..................................................................................... 40
4.2.2.1- Observation des paramètres climatiques .............................................................................. 40
4.2.2.2- Mesure de l’état hydrique du sol : méthode gravimétrique .................................................. 41
4.2.2.3- Mesures agronomiques......................................................................................................... 42
4.2.2.3.1- Nombre de feuilles et hauteurs des plantes .................................................................. 42
4.2.2.3.2- Contenu relatif en eau foliaire ...................................................................................... 42
4.2.2.3.3- Composantes du rendement et analyses chimiques du maïs sucré ............................... 42
vii
4.2.2.3.4- Analyses chimiques du sol ............................................................................................ 43
4.2.3- Analyses statistiques ...................................................................................................... 43
5- Résultats et discussion................................................................................................... 45
5.1- Intrants ................................................................................................................................. 45
5.1.1- Livraison des résidus périmés de fruits et légumes ....................................................... 45
5.1.2- Masse volumique apparente, teneur en eau, absorption hydrique et capacité de rétention
en eau des intrants .................................................................................................................... 46
5.1.3- pH et conductivité électrique des absorbant/structurant ................................................ 47
5.1.4- Matière organique, carbone, et éléments minéraux ....................................................... 47
5.1.4.1- Teneurs en matière organique et carbone ............................................................................. 47
5.1.4.2 Teneurs en éléments minéraux majeurs et traces ................................................................... 48
5.2- Évolution du compost pendant les semaines de compostage intensif avec des additions
de fruits et de légumes aux deux/trois semaines ...................................................................... 49
5.2.1 Température .................................................................................................................... 49
5.2.2- Absorption hydrique, masse volumique et teneur en eau .............................................. 51
5.2.3- Matière organique, carbone, et éléments minéraux majeurs .......................................... 55
5.2.3.1- Matière organique et carbone organique ............................................................................... 55
5.2.3.2- Azote, rapport carbone/azote (C/N), phosphore et potassium............................................... 56
5.2.4- pH et conductivité électrique ......................................................................................... 58
5.2.5- Granulométrie à 19, 9, 6, 4 et 2 mm .............................................................................. 61
5.2.6- Analyse en composantes principales ............................................................................. 64
5.3- Compost en stabilisation/maturation ................................................................................ 69
5.3.1 Qualité des composts ...................................................................................................... 69
5.3.1.1 Quantification des rejets ......................................................................................................... 69
5.3.1.2 Taux de germination, d’élongation racinaire et indice de germination .................................. 70
5.3.1.3 Porosité et espaces lacunaires des composts tamisés ............................................................. 70
5.3.1.4 Paramètres physico-chimiques et échelle de maturité ............................................................ 71
5.3.1.5 Essais d’autoréchauffement, de respiration et de libération de l’ammoniac des composts
tamisés ............................................................................................................................................... 72
5.3.1.6 Analyses chimiques des composts tamisés ............................................................................ 73
5.4-Essai au champ ..................................................................................................................... 75
5.4.1- Conditions d’alimentation en eau et état hydrique de la culture .................................... 75
5.4.1.1- État hydrique du sol .............................................................................................................. 75
5.4.1.2- Contenu relatif en eau du maïs sucré .................................................................................... 76
5.4.2- Effets des traitements fertilisants sur le développement du maïs sucré ......................... 77
viii
5.4.3- Effet des traitements de fertilisation sur le rendement frais du maïs sucré .................... 78
5.4.4- Effet des traitements fertilisants sur la composition minérale du maïs sucré ................ 78
5.4.4- Effet traitements fertilisants sur des paramètres physiques et chimiques du sol ........... 80
6- Discussion générale ........................................................................................................ 89
Conclusion .......................................................................................................................... 93
Références bibliographiques ............................................................................................. 95
Annexe 1 : Images montrant les livraisons hebdomadaires de fruits et légumes....... 105
Annexe 2 : Corps étrangers non dégradables dans le compost. .................................. 107
Annexe 3 : Données brutes de la porosité, de l’indice de compaction, de la matière
organique, de la conductivité électrique, de la salinité, d’argile, de sable, de limon et
de la texture du sol échantillonnés entre 0-20 cm au printemps et avant l’application
des traitements, et à l’automne et après l’application des traitements ....................... 109
Annexe 4 : Dispositif expérimental ................................................................................. 111
ix
Liste des tableaux
Tableau 1 : Capacité d’absorption hydrique de divers matériaux comme structurants
............................................................................................................................................... 7
Tableau 2 : Teneur maximale en éléments traces dans les composts de type A et B
selon la norme CAN/BNQ 0413-200 ................................................................................ 15
Tableau 3 : Qualification de la maturité d’un compost en fonction de la température
atteinte dans un vase thermos après 10 jours. ................................................................ 16
Tableau 4 : Caractérisations physique et chimiques sélectionnées du lixiviat............. 34
Tableau 5 : Caractéristique du compost épandu à l'automne 2011 .............................. 36
Tableau 6 : Masse volumique apparente, indice de compaction et les pourcentages
d’argile, de limon et de sable du sol de chacune des parcelles et présentés selon le
numéro de la parcelle (P) du champ ................................................................................ 38
Tableau 7 : Capacité d’absorption hydrique de divers matériaux absorbant ou
structurant à inclure dans une recette de compost ........................................................ 47
Tableau 8 : Composition en éléments traces des intrants inclus dans les recettes de
compostage ......................................................................................................................... 48
Tableau 9 : Composition chimique sur une base de poids sec, en azote, phosphore,
potassium, calcium, magnésium, sodium, fer, cuivre, zinc et bore des fruits et des
légumes analysés séparément ........................................................................................... 49
Tableau 10 : Valeur propre de la matrice de corrélation .............................................. 66
Tableau 11 : Facteurs physiques et chimiques des classes de variables expliquant le
processus de compostage ................................................................................................... 67
Tableau 12 : Caractéristiques des facteurs après rotation ............................................ 68
Tableau 13 : Évolution du taux de germination et d’élongation des racines de cresson,
et indice de germination .................................................................................................... 70
Tableau 14 : Résumé des critères de l’échelle de Kraeutler et Levasseur et les cotes
obtenus pour les composts à base de paille et d’écorces tamisés ................................... 72
Tableau 15 : Composition chimique sur une base sèche des composts tamisés et non
tamisés produits à partir de paille et d’écorces de bouleau blanc, et des écorces utilisés
et non utilisées .................................................................................................................... 74
x
Tableau 16 : Éléments traces dans le compost produit comparativement à la norme
BNQ ..................................................................................................................................... 75
Tableau 17 : Effet des traitements non fertilisé (PF), fertilisé avec un engrais minéral
N-P-K (NEPEKE) ou avec du lixiviat du compostage limité par le K (NEPE1KL) ou le P
(NEPL3KL) sur les rendements frais du maïs sucré ......................................................... 78
Tableau 18 : Teneur moyenne en N, P, K, Ca, Mg et Zn des grains secs de maïs sucré
non fertilisé, fertilisé avec un engrais minéral N-P-K ou avec du lixiviat du
compostage limité par le K ou le P ................................................................................... 79
Tableau 19 : Teneur moyenne en N, P, K, Ca, Mg et Zn des tiges sèches de maïs sucré
non fertilisé, fertilisé avec un engrais minéral N-P-K ou avec du lixiviat du
compostage limité par le K ou le P ................................................................................... 80
Tableau 20 : Analyse en fonction de la fertilisation de la texture, de la porosité, de
l’indice de compaction, du pH, de la conductivité électrique et de la salinité du sol du
débutz à la finy de la saison de culture du maïs sucré ..................................................... 84
Tableau 21 : Teneurs en matière organique (% MO), en azote (N), et du rapport C/N
du sol à la profondeur d’échantillonnage, 0-20 cm, au début de la culture du maïs
sucré et avant l’application de la fertilisation, et aux profondeurs 0-20 et 20-40 cm à
la fin de la culture et après l’application de la fertilisation ............................................ 85
Tableau 22 : Composition minérale du sol en début de culture de maïs sucré à la
profondeur 0-20 cm, et à la fin de la culture aux profondeurs 0-20 et 20-40 cm après
l’application de la fertilisation .......................................................................................... 86
Tableau 23 : Indice de saturation en P (%) du sol en début de culture de maïs sucré
pour la profondeur 0-20, et à la fin de la culture aux profondeurs 0-20 et 20-40 cm, et
après l’application des fertilisants .................................................................................... 88
xi
Listes des figures
Figure 1 : Schéma de la structure et de l’hydraulique de l’installation de plateforme
de compostage (B. S. Vallet; communication personnelle 2011) ................................... 23
Figure 2 : Localisation de la plateforme de compostage à Neuville .............................. 24
Figure 3 : Représentation des points d’échantillonnage sur la pile en compostage .... 27
Figure 4 : Localisation du site de l’essai au champ à Neuville ...................................... 35
Figure 5 : Répartition spatiale du pH au site d’expérimentation ................................ 37
Figure 6 : Répartition spatiale de la conductivité électrique au site expérimentale ... 37
Figure 7 : a, b, c, d, e, f Conditions climatiques de la région expérimentale en 2012
comparativement à une normale ...................................................................................... 41
Figure 8 : Quantités des fruits et légumes livrées à la plate-forme de compostage ..... 45
Figure 9: Évolution dans le temps des températures des recettes de compost à base de
paille et celle à base d’écorces........................................................................................... 50
Figure 10: Évolution dans le temps du pourcentage d’absorption hydrique des
recettes de compost à base de paille et celle à base d’écorces ........................................ 51
Figure 11: Évolution dans le temps de la masse volumique des recettes de compost à
base de paille et celle à base d’écorces ............................................................................. 52
Figure 12: Évolution dans le temps de la teneur en eau des recettes de compost à base
de paille et celle à base d’écorces ...................................................................................... 53
Figure 13: Évolution dans le temps du pourcentage en carbone organique des recettes
de compost à base de paille et celle à base d’écorces ...................................................... 55
Figure 14 a, b, c, d: Évolution dans le temps des pourcentages en azote, phosphore et
potassium, et du rapport C/N des recettes de compost à base de paille et celle à base
d’écorces ............................................................................................................................. 57
Figure 15 a, b: Évolution dans le temps du pH et de la conductivité des recettes de
compost à base de paille et celle à base d’écorces ........................................................... 59
Figure 16: Évolution dans le temps du pourcentage des particules de 19 à 2 mm, ou de
la granulométrie, des recettes de compost à base de paille et celle à base d’écorces ... 62
Figure 17 : Évolution de la température (°C) des composts en stabilisation/maturation
avec paille ou écorces......................................................................................................... 69
xii
Figure 18 : Évolution de l’humidité volumique du sol en fonction du temps ............... 76
Figure 19 : Évolution du pourcentage du contenu relatif en eau du maïs sucré dans le
temps et en fonction des traitements fertilisants ............................................................. 77
xiii
Remerciements
Je remercie ma directrice de recherche et de mémoire de maîtrise, Dre Chantal Beauchamp,
sans qui cette étude n’aurait pu être faite. Je la remercie de m’avoir accueilli sur ce projet,
pour la qualité de son encadrement et son soutien. Sa participation active, ses
connaissances dans le domaine et son expertise scientifique m’ont été d’un grand secours.
Mes remerciements vont aussi à l’endroit de mon codirecteur de mémoire, Dr Hani Antoun
de par ses conseils et commentaires aidants. Mes discussions avec lui ont été d’un grand
réconfort et m’ont permis de grandir. Je profite de l’occasion pour remercier Dr Steeve
Pepin qui a bien voulu mettre du matériel de mesure à ma disposition en plus de sa
disponibilité à m’accueillir tout le temps pour des séances de travail et d’explication.
Je remercie le programme de soutien à l’innovation en agroalimentaire (PSIA) et le Fonds
de recherche du Québec – Nature et technologie (FQRNT – projet SÈVE) pour le soutien
financier.
Aussi, je remercie Jean Martin du laboratoire Daishowa pour les analyses chimiques; à M.
Dufour d’AZN2 pour avoir fourni les résidus agroalimentaires et sa visite à la plate-forme
de compostage au début de ce projet, et M. Francis Fiset des Serres Giguère Inc. 1990, de
Neuville, qui a contrôlé les mélanges des intrants à la plate-forme en fournissant le carbone
organique, le bon fonctionnement et l’entretien des facilités de compostage, et qui a fait les
travaux d’épandage du compost, les semis et les traitements phytosanitaires pour le maïs.
Ils n’ont ménagé aucun effort pour la réussite de ces travaux de recherche.
Pour terminer, je tiens à remercier mes amis du génie des eaux, Vincent et Félix pour l’aide
qu’ils m’ont apportée lors des épandages du lixiviat ou des mesures de croissance du maïs
pendant l’été 2012, ainsi qu’à leur professeur Dr Paul Lessard.
1
1- Introduction
Les matières organiques sont putrescibles ou compostables sous l’action des
microorganismes. Le Québec produit annuellement 1,3 million de tonnes de résidus verts
et agroalimentaires, dont seulement 155 000 tonnes sont recyclées (Recyc-Québec, 2013).
Ces déchets organiques sont enfouis pour 1,0 million de tonnes, ou incinérés pour 103 000
tonnes. Ils peuvent avoir des impacts négatifs sur l’environnement. Traditionnellement, les
épiceries se sont tournées dans leur cadre de l’élimination, vers les centres d’enfouissement
ou d’incinération. Seulement, ces structures créent des charges financières supplémentaires
pour les industries agroalimentaires. Une des avenues pour celles-ci restait le
cocompostage à la ferme, qui est :
«un mode de gestion de proximité des déchets organiques d’une collectivité. En France, c’est un procédé de compostage effectué par les agriculteurs-éleveurs, avec un mélange d’effluents d’élevage et de résidus de culture. Cette technique présenterait des avantages pour toutes les parties prenantes. Elle permet aux épiceries de valoriser les déchets végétaux de manière durable, sécuritaire et économique tandis que les agriculteurs bénéficieront de l’apport d’un fertilisant et de structurants naturels, réduisant du coup l’utilisation des intrants chimiques» (ADEME, s.d.).
Seulement, le compostage de ce matériau présente une problématique liée à sa forte teneur
en eau. Ce mémoire consiste à étudier les résidus de fruits et de légumes périmés des
épiceries afin d’en évaluer les produits du cocompostage; le compost et le lixiviat, et ce,
dans une optique d’optimisation du compostage à la ferme.
3
2- Revue bibliographique
Le Québec et Terre-Neuve sont les provinces canadiennes où le compostage est le moins
pratiqué. Ainsi, seulement 42 % des ménages québécois pratiquent ou ont accès à un
service municipalisé pour la gestion de leurs matières résiduelles fermentescibles
(Statistique Canada, 2013). La province s’est donnée depuis 1998 un plan d’action qui
privilégiait la valorisation des matières fermentescibles à la place de leur élimination. Sa
nouvelle politique de gestion des matières résiduelles et plans d’action 2011-2015 a pour
objectif de recycler 60 % des matières organiques d’ici 2015. Dans ce sens, la
transformation des résidus agroalimentaires en matière organique par le biais du
compostage est une solution intéressante.
Le compostage est défini comme un procédé biologique contrôlé de conversion et de valorisation des substrats organiques (sous-produits de la biomasse, déchets organiques d’origine biologique…) en un produit stabilisé, hygiénique, semblable à un terreau, riche en composés humiques (Mustin, 1987).
Les principales méthodes utilisées pour faire du compostage et ayant un potentiel sous les
conditions climatiques du Québec sont : le compostage en bioréacteurs horizontaux fermés
où l’aération est créée par diffusion de l’air par le plancher ou brassage par roue avec des
palmes. L’autre méthode est le compostage en andain ou en pile en compostage allongé
utilisant une aération passive (naturelle), une aération mécanique (pelle de tracteur utilisée)
ou une aération forcée (utilisation de ventilateurs pour ventiler) (Beauchamp, 2011). Les
méthodes sont différentes en termes de coût d’installation, de fonctionnement et d’entretien
pour utiliser de façons optimales les équipements. Pendant le compostage, la
décomposition des matières organiques s’effectue par l’action des organismes vivants,
surtout les microorganismes, et suivant la chaîne alimentaire de la décomposition des
matières organiques. Il y a un certain nombre de paramètres qui agissent sur cette
décomposition. Les principaux paramètres sont capables d’influencer les conditions de vie
des microorganismes. Ils doivent donc être contrôlés; ce sont les teneurs en carbone (C),
azote (N), leur rapport C/N, l’aération pour optimiser le taux d’oxygène et le taux de CO2,
la teneur en eau (TEE) et l’absorption hydrique influençant la température, le pH, la
conductivité électrique et les autres nutriments contenus dans les produits mis en
4
compostage (Mustin, 1987). Ces paramètres varient en fonction des matériaux utilisés et de
leurs proportions (Mustin, 1987). Dans ce sens, l’utilisation des fruits et légumes comme
intrants pose un problème lié à leur forte teneur en eau comprise entre 70 à 90 %
(Agriculture, Alimentation et Initiatives rurales Manitoba, s.d.). En effet, le substrat en
décomposition est composé de particules solides et de pores (vides) souvent remplis d’air
ou d’eau. Une fois saturée, les pores remplis d’eau créent des conditions en anaérobies
(Mustin, 1987). La solution à ce problème réside dans l’utilisation
d’absorbants/structurants qui peuvent être de différentes natures : bois raméaux fragmentés
(BRF), pailles, brans de scie, écorces, etc. Une fois réussie, l’opération de compostage
produit du compost. Ce dernier peut être défini comme un produit issu :
d’«un processus aérobie géré avec soin et par lequel des micro-organismes digèrent des matières non synthétiques. Les matières organiques servant à la fabrication du compost doivent être gérées de façon à atteindre certaines températures assez longtemps pour stabiliser efficacement les nutriments et tuer les agents pathogènes de l’humain» (ONCG, 2006).
Le compost présente plusieurs avantages agronomiques dont, l’augmentation de la fertilité
du sol, une quasi-absence de pollution sur l’environnement, et la lutte biologique à
certaines maladies des plantes (Sylvia et coll, 2005).
2.1- Caractéristiques physico-chimiques importantes des fruits et légumes lors du
compostage
2.1.1- Paramètres physiques
2.1.1.1- Température
Le processus de compostage se déroule sous deux grandes phases : la phase de
biooxydation et la phase d’humification (Mustin, 1987). La phase de bioxydation
correspond à une dégradation intensive de la matière organique par les microorganismes. À
ces phases s’associent des augmentations ou diminutions de la température de la pile en
compostage. Ainsi, à la formation d’une pile, les températures sont dans la zone mésophile,
c.-à-d. aux températures ambiantes. C’est à cette étape mésophile qu’il y a une
augmentation rapide de la température causée par l’activité microbienne liée à la
dégradation des matières organiques facilement dégradables (sucres simples, amidon,
5
protéines) par les microorganismes (Calvet et coll., 2011). Pendant cette phase, la pile en
compostage s’acidifie vers un pH de 5,5 (Mustin, 1987). L’acidité du milieu s’explique par
une forte présence d’acides organiques, notamment les acides lactique, acétique et gras (
Friis et coll, 2001). Cette phase est caractérisée par une population mixte d’organismes
(bactéries, champignons, vers, etc.). Les microorganismes génèrent de la chaleur par leur
activité de décomposition intensive.
Plus l’activité microbienne est élevée et en condition aérobie, plus la température progresse
pour atteindre des températures supérieures à 45 °C, dites thermophiles. C’est à cette étape
thermophile que les températures augmentent au-delà de 45 °C pendant une longue durée
(Mustin, 1987). Ainsi, les intrants peu fermentescibles atteignent une température limite de
45 °C tandis que ceux qui sont fortement fermentescibles peuvent se réchauffer jusqu’à 65
°C ou plus. Les fortes températures sont tolérées uniquement par les microorganismes
thermorésistants, particulièrement les bactéries sporulantes, comme certains actinomycètes.
Ces dernières cessent de se développer à des températures trop élevées; ce qui induit une
diminution de l’activité microbienne au sein de la pile en compostage (Petit, 1983). À la
phase thermophile, l’évaporation de l’eau demeure importante de même que la
décomposition de la matière organique (gras, cellulose, hémicellulose) qui passe au stade
de jeune compost stable. Les semences de mauvaises herbes et la charge en agents
pathogènes sont réduites. Selon Kuhad et coll. (2011), il faut une température supérieure à
55 °C pour favoriser la réduction des agents pathogènes. La biodégradation optimale est
remarquée à partir de valeurs de températures supérieures à la gamme 45-55 °C, tandis que
la diversité microbienne commence à être observée à partir des valeurs de températures
supérieures à 35-45 °C (Kuhad et coll., 2011).
Finalement, les éléments facilement décomposables diminuent provoquant une diminution
de l’activité des microorganismes; c’est la stabilisation microbienne. C’est l’étape du
refroidissement où seules les matières pouvant nourrir les microorganismes continuent à
être lentement décomposées et réorganisées en humus (Beauchamp, 2011). La température
baisse progressivement en lien avec la diminution de l’activité microbienne. C’est le retour
des microorganismes mésophiles et des températures dans la zone mésophile. Cette phase
6
de maturation varie, suivant les conditions climatiques, la nature des intrants de départ ou
la dimension de la pile de compost; elle peut être courte ou prolongée (Francou, 2003).
2.1.1.2- Teneur en eau et capacité d’absorption hydrique
La teneur en eau (TEE) dépend de plusieurs facteurs, dont le type de système de
compostage utilisé, l’état physique des résidus, ou la porosité du mélange (Sharma et coll.,
1997). Elle facilite le déplacement des microorganismes, la décomposition de la matière
organique et la diffusion à travers un film d’eau des produits intermédiaires formés dans le
compost solide. Une variation de la teneur en eau affecte la température, les concentrations
en NH4+-N et [NO3
- + NO2-]-N, la concentration en oxygène, le C/N, la capacité d’échange
cationique (CEC), le pH et le potassium soluble de la matrice (Mustin, 1987). En somme,
elle influence le métabolisme microbien et les réactions physico-chimiques produites dans
la pile en compostage (Kuhad et coll., 2011). La TEE est considérée comme optimale pour
des valeurs comprises entre 40 et 60 % (Mustin, 1987). Quand elle est élevée, il y a une
saturation en eau de l’espace poral et une diminution du taux d’oxygène (Mustin, 1987).
Une sécheresse ralentit, voire empêche, les réactions biochimiques et microbiologiques
dans la matrice (Sylvia et coll., 2005).
Hormis les propriétés thermiques, une propriété physique non moins importante peut
affecter l’efficacité des structurants; il s’agit de la capacité d’absorption hydrique qui
influence la vitesse de décomposition du substrat (Chang et Chen 2010). La capacité
d’absorption hydrique des matériaux les plus utilisés en compostage varie entre 1,0 à 4,4
kg d’eau absorbée/kg de matériau (tableau 1, copié de Rynk et coll., 1992).
7
Tableau 1 : Capacité d’absorption hydrique de divers matériaux comme structurants
Matériau kg d'eau absorbée/kg de matériau
Compost (30-50 % d’humidité) 1,5 - 2,49
Sciures, copeaux, morceaux de bois 1,5
Feuilles 1,0 - 2,0
Coques d'arachide 2,0 - 2,5
Sciures, morceaux de pins 2.6 - 2,9
Copeaux de bois 1,7 - 2,6
Paille ou foin haché 2,9 - 4,4
Paille ou foin non haché 2,0 - 3,8
Copié de Rynk et coll., 1992
2.1.1.3- Masse volumique apparente
La masse volumique apparente (MVA) est la masse de l'unité du volume total du matériau
après qu’il a été manipulé. Elle dépend de la quantité d’eau contenue dans les vides. Elle se
situe entre 475 et 712 kg/m3 pour un matériau donné (Dougherty, 1999 cité par
Beauchamp, 2011)
2.1.1.4- Aération
Pour une biooxydation efficace, l’aération fournit l’oxygène essentiel à la respiration des
microorganismes actifs consommant le carbone, et déplace le CO2, produit par la
respiration des microorganismes oxydant les composés carbonés, hors de la pile en
compostage (Mustin, 1987). D’ailleurs, il faut une concentration minimale entre 1 et 5 %
d’oxygène dans les espaces lacunaires pour éviter les conditions anaérobies. Les espaces
lacunaires permettent aussi la diffusion des gaz à l’extérieur de la masse en compostage.
8
L’aération peut être améliorée temporairement par des opérations de retournement. Elle
peut aussi être produite de manière forcée par l’utilisation de ventilateurs (Mustin, 1987).
L’aération est mesurée dans la pile en compostage par la porosité. Celle-ci est reliée à la
capacité d’air qui représente le volume de pores grossiers remplis d’air après drainage. Ces
pores sont remplis d’eau en cas de saturation; ce qui entraîne une humidification de la pile
(Allaire, 2007).Une surabondance de particules fines augmente la rétention dans la matrice
tandis que celle de particules grossières la diminue (Boudreault, 2010). Dans les cas où le
substrat est compacté, l’eau est retenue (Boudreault, 2010). Une compaction trop
importante réduit la teneur en air et la conductivité hydraulique reliée à la diffusivité des
gaz (Chow et coll., 1992, cité par Boudreault, 2010). La circulation de l’air dans le
compost dépend d’une structure poreuse et perméable (Gobat et coll., 2010).
Dans les situations évoquées ci-dessus, où la pile est compacte ou saturée d’eau, à l’image
du compostage des fruits et légumes, il est nécessaire de la mélanger à un structurant pour
assurer son aération, l’évacuation de la vapeur d’eau excédentaire et la disponibilité du
carbone aux microorganismes. Pour un développement durable à la ferme, l’aération est
surtout assurée par l’utilisation d’absorbant/structurant.
2.1.1.5- Absorbant/structurant
Selon Mustin (1987), les agents structurants sont composés de particules solides et sèches,
organiques ou inorganiques, capables de se soutenir par elles-mêmes dans le but de créer,
avec un produit à composter, un mélange de porosité et de composition favorable aux
fermentations aérobies. En d’autres termes, il doit fournir à la pile en compostage, les
espaces d’air pour permettre les échanges gazeux. Pour ce faire, les caractéristiques à
considérer pour son choix sont : un matériau organique biodégradable et sec, une faible
masse volumique, une résistance à la compression, une absence de toxicité, un matériau
très facilement disponible et, à faible coût (Mustin, 1987).
9
2.1.2- Paramètres chimiques
2.1.2.1- pH
Le pH reflète l’activité biologique en lien avec les différentes phases du processus de
compostage (Mustin, 1987). La gamme optimale des pH pour le compostage est encore une
fois celle des conditions optimales de vie des microorganismes; elle est située autour de 7
(Mustin, 1987). Au début, les résidus subissent une phase d’acidification (pH diminue de
6,5 à 5,5) due à une production d’acides organiques, suite à la décomposition des hydrates
de carbone et des lipides, et à l’immobilisation de l’ammonium dans la pile microbienne
(Sylvia et coll., 2005). Pendant la phase thermophile, les acides organiques sont dégradés
entraînant une alcanisation du compost (pH augmente de 5,5 à 8), processus accentué par
la minéralisation de l’azote (Sylvia et coll., 2005). La volatilisation de l’ammoniac est
fréquente au-dessus de pH 8. Au cours de la maturation du compost, le pH est stable et
proche de la neutralité (Mustin, 1987). Cette stabilité est due aux réactions lentes de
maturation et au pouvoir tampon de l’humus (Mustin, 1987).
2.1.2.2- Matière organique
La matière organique désigne tous les composés organiques pouvant être dégradés durant
le processus de compostage. La matière organique contient 58 % de carbone organique
(Mustin, 1987). Ainsi, lors de sa décomposition la matière organique subit une diminution
de 20 à 40 % causée par l’activité des microorganismes (Calvet et coll., 2011). Ces
derniers utilisent les substances organiques nécessaires à leur métabolisme. Par
conséquent, le contenu en substances non humiques diminue dans la pile en compostage
tandis que celui en substances humiques (acides humiques et fulviques) augmente (Nyle et
Weil, 2004). Les substances humiques sont surtout produites pendant la phase thermophile
où les conditions d’alcalinité sont propices à leur formation (Fourti et coll., 2010).
2.1.2.2.1- Carbone
Le carbone total est la résultante du carbone organique et du carbone inorganique
(Francou, 2003). Le carbone organique est le principal constituant de la matière organique.
Le carbone organique représente individuellement plus de 90 % du carbone total du
10
compost. Selon Kaiser (1983), deux tiers du carbone sont dégagés sous forme de CO2 ou
humifiés, tandis qu’un tiers est assimilé par les microorganismes pour leur métabolisme.
Ce carbone humifié produit le compost, soit un humus qui crée des complexes avec les
autres éléments minéralisés, comme l’ammonium, et les retire de la suspension du
compost. Le carbone inorganique inclut le dioxyde de carbone, l’acide carbonique et les
carbonates. La décomposition de la matière organique des fruits et légumes par les
microbes s’accompagne aussi de la minéralisation des autres éléments, dont les plus
importants sont l’azote (N), le phosphore (P) et le potassium (K). Pour réussir un bon
compostage, un certain équilibre est recherché entre le carbone et l’azote, principalement,
et le P, K et S dans une moindre mesure; des constituants essentiels à la vie.
2.1.2.3- Azote, phosphore et potassium
2.1.2.3.1- Azote
L’azote total est la sommation de l’azote organique et de l’azote inorganique. L’évolution
des formes d’azote dépend de la teneur des résidus en cet élément et du rythme de
décomposition de la matière organique (Sànchez-Monedero et coll., 2001). Pendant le
compostage, la teneur en carbone diminue, ainsi que le rapport C/N. L’azote peut être
conservé, s’il est sous forme organique ou perdu s’il est volatilisé sous forme d’ammoniac,
des produits de la dénitrification et des composés volatils azotés organiques ou s’il est
lessivé sous forme de nitrates. L’azote organique est minéralisé par l’action des
microorganismes, des protéines à l’ammonium aux nitrites et aux nitrates. L’azote
inorganique est hydrolysable à 85 % (Gonzàlez et coll., 1993). Une partie de l’azote
inorganique est réutilisée dans les microorganismes, une autre partie est polymérisée par la
matière organique des composts en phase d’humification et une dernière fraction est
libérée dans la pile en compostage (Mustin, 1987). La concentration maximale en
ammonium est observée lors de la dégradation intensive de la matière organique (Sànchez-
Monedero et coll., 2001; Paillat et coll., 2005). Le compost en maturation est marqué par
une augmentation de la concentration en nitrate (Mustin, 1987).
11
2.1.2.3.2- Phosphore
La concentration en phosphore total augmente graduellement durant le processus de
compostage (Cantin, 1998). La concentration en carbone diminue ce qui entraine une
réduction du rapport C/P (Khalil et coll., 2008). Le phosphore n’est pas volatil et est
beaucoup moins sujet au lessivage que l’azote à cause de son caractère peu mobile. Par
ailleurs, Fortin (1982) a montré que l’application de paille peut transformer les phosphates
peu actifs en une forme disponible. La transformation résulte de l’acidité des produits
découlant de la décomposition de la cellulose et par les composés humiques qui ont des
propriétés chélatantes. Le phosphore serait chélaté aux composés humiques du compost.
D’autre part, certains microorganismes « solubilisateurs de phosphore » peuvent
transformer le phosphore minéral insoluble en phosphore soluble et en phosphate
organique après assimilation dans leurs cellules. Cependant, une partie du phosphore
soluble peut rester dans le milieu (Mustin, 1987).
Dans le sol, l’équilibre du phosphore dépend de plusieurs réservoirs, du P organique, au
PO4 dans la solution du sol, au P labile, celui mesurable par l’extractant Melich-3, au P fixé
ou précipité à la réserve minérale phosphatée (CRAAQ, 2010). Au Québec, il y a eu un
enrichissement des sols en P. Il faut aujourd’hui vérifier la teneur en P du sol et suivre le
plan de fertilisation d’une ferme donnée. Le phosphore inorganique, dans un sol acide à
neutre, se lie aux minéraux argileux, à l’aluminium, au fer, au magnésium, au calcium et
dans les oxy-hydroxydes. Sous forme colloïdale, le phosphore s’associe aussi aux argiles
ou la matière organique. C’est à un pH de 6,2 à 7 qu’il est biodisponible.
Suite à une application de compost, le P devrait être principalement sous forme organique,
un autre réservoir à mieux comprendre dans la dynamique du P dans le sol. Ainsi, les
composés organiques anioniques, comme les acides carboxyliques, peuvent se lier au fer et
à l’aluminium et libérer le P fixé. Par exemple, après un amendement en fumier, le P
biodisponible est souvent plus élevé qu’après une fertilisation avec un engrais minéral
(superphosphate).
12
2.1.2.3.3- Potassium
Le potassium est un élément soluble et son évolution dans le compost et l’environnement
est peu suivi. Pourtant, les végétaux sont généralement riches en K. En effet, dans la
plante, le potassium est l’élément le plus absorbé après l’azote (Sparks et Huang, 1985) où
sa concentration varie entre 0,5 et 6 %. Ainsi, dans le cas présent, K étant un élément
majeur, il est important de développer des connaissances sur son devenir dans le compost
et son lixiviat.
Le sol contient entre 0,04 et 3 % de potassium, soit une teneur de 0,4 à 30 g.kg-1 (Girard et
coll., 2011). La distribution du potassium dans le sol se manifeste sous différentes formes
qui dépendent du type de sol. En réalité, ces formes découlent des types de minéraux de la
roche mère et du stade d’évolution des sols (McLean et Watson, 1985). Elles sont de quatre
types : le potassium soluble, le potassium échangeable, le potassium fixé, le potassium
structural ou minéral (Sparks et Huang, 1985). Le K soluble et le K échangeable sont les
formes facilement disponibles pour les plantes. Dans le sol, ils représentent 0,1 à 2 % du K
total (Tisdale et coll., 1985). Bien que 90 % du K disponible est sous forme échangeable
(extrait avec un acide faible), le K soluble (extrait à l’eau) est plus facilement absorbable
par la plupart des plantes. Le K est facilement sujet à un lessivage considérable (Nyle et
Weil, 2004). Les sols du Québec contiennent de grandes teneurs en K, dont la disponibilité
dépend de la teneur en argile des sols (Simard et coll., 1989). Les pertes par lessivage du K
sont importantes dans les sols sableux surtout avec ceux qui ont un faible taux en bases
saturées (Tisdale et coll., 1985).
Le pH influence la fixation du K dans le sol. À pH 2,5 et moins, il n’y a pas de fixation.
Celle-ci augmente rapidement entre des pH compris entre 2,5 et 5,5. Enfin à pH 5,5 et plus,
la fixation est faible. En réalité, à pH faible, l’aluminium et certains ions, dont le K+ du
complexe d’échange, deviennent très solubles. Ils sont alors lessivés (CRAAQ, 2010).
2.1.2.4- Rapport C/N
La vitesse de compostage dépend de la vitesse de la minéralisation de la matière organique,
et dépend de l’équilibre entre les éléments minéraux. Le rapport entre l’azote et le carbone,
communément appelé le rapport C/N est un des paramètres les plus considérés pour
13
faciliter le compostage. Le taux de décomposition dépend des quantités, en excès ou
insuffisance, de carbone ou d’azote (Rynk et coll., 1992). Les microorganismes utilisent
souvent le carbone pour générer de l’énergie et leur croissance, tandis que l’azote est
destiné à l’ADN, aux protéines et à la reproduction. Ils ont besoin de plus de carbone que
d’azote; d’où l’intérêt de trouver le meilleur équilibre entre les deux composés (Rynk et
coll., 1992). Selon le type de microorganismes présent, le rapport C/N optimal n’est pas le
même. Cependant, un rapport de C/N de départ d’environ 25-30 est considéré comme
optimal (Mustin, 1987). Cependant, s’il est supérieur à 30, les microorganismes
immobilisent l’azote disponible dans leur contenu cellulaire. À leur mort, il y a libération
de ce contenu cellulaire et l’azote devient disponible pour la prochaine génération de
microorganismes. Dans ce cas, l’azote limite la croissance microbienne et il faut plusieurs
cycles de microorganismes pour que la matière organique soit décomposée. Par contre,
lorsque le rapport est de 30 et moins, la croissance des microorganismes n’est pas limitée
et la matière organique est rapidement décomposée.
Des cas d’exception existent. Par exemple, Charest et Beauchamp (2002) ont démontré
qu’un rapport C/N de 65 était adéquat pour composter un résidu riche en cellulose et en
lignine avec une faible augmentation de la température et une longue phase thermophile,
tout en prévenant les pertes en azote dans l’environnement. À l’opposé, Huang et coll.
(2004) ont démontré qu’un rapport C/N de 15 donne un compost dont le pH et la
conductivité électrique sont élevés, avec une faible augmentation de la température, une
phase thermophile courte, et un contenu élevé en NH4-N et en solides volatiles (Huang et
coll., 2004).
2.1.2.5- Conductivité électrique
La mesure de conductivité (CÉ) est une mesure de la capacité d’une solution à laisser
passer le courant électrique à une température donnée, généralement 25 °C. Elle est
d’autant plus élevée que la concentration ionique des électrolytes l’est (Girard et coll.,
2011). La CÉ est directement liée à la salinité, donc à une phytotoxicité (Hirai et coll.,
1986). Les nitrates, le potassium, le magnésium, le calcium, le sodium et les sulfates
représentent des ions qui influencent la conductivité électrique (Beauchamp, 2011). Dans
le cas de la salinité, c’est une estimation de la concentration des sels solubles. Les sels,
14
comme le sodium, nuisent à la croissance de la plante et détruisent la structure du sol. La
teneur en NaCl dans le compost doit être comprise entre 0,1 et 0,3 % (Mustin, 1987). La
conductivité électrique et la salinité sont fortement corrélées et il existe une simple formule
mathématique pour passer de la conductivité électrique à la salinité.
2.1.2.6- Éléments traces
Au cours du compostage, il y a libération concomitante d’éléments traces dans le compost.
La pollution environnementale passe par des excès. Certains éléments traces comme
l’arsenic (As), le cadmium (Cd), le cobalt (Co), le chrome (Cr), le cuivre (Cu), le mercure
(Hg), le molybdène (Mo), le nickel (Ni), le plomb (Pb), le sélénium (Se) et le zinc (Zn)
peuvent contaminer la chaîne alimentaire humaine et animale (Bliefert et Perraud, 2001).
Par rapport au sol, l’une des voies reconnues de contamination est le compost. Or, selon
Gobat et coll., (2010), la qualité et l’usage du compost final sont influencés directement par
le degré de contamination des substrats de départ par des substances toxiques. Les
éléments traces s’accumulent dans le compost pendant la minéralisation de la matière
organique et ne sont pas dégradés (Woodbury, 1992). Leur solubilité dépend de nombreux
facteurs environnants, tels que le pH, la présence d’ions, de chélatants, etc. (Gobat et coll.,
2010).
La teneur en éléments traces fait partie des paramètres à contrôler pour assurer la qualité du
compost. Pour prévenir la pollution des sols, le Guide des matières résiduelles fertilisantes
(MRF) du Ministère du développement durable, de l’environnement et des parcs propose
des teneurs maximales pour différents usages des MRF (MDDEP, 2012). Aussi, le Bureau
de Normalisation du Québec (BNQ, 2004) a établi des normes de qualité concernant les
teneurs maximales en éléments traces des composts (tableau 2).
15
Tableau 2 : Teneur maximale en éléments traces dans les composts de type A et B selon la norme CAN/BNQ 0413-200
Élément trace Teneur maximale Teneur maximale
Compost des types AA et A
mg/kg (base sèche)
Compost de type B
mg/kg (base sèche)
Arsenic (As) 13,0 75
Cadmium (Cd) 3,0 20
Cobalt (Co) 34,0 150
Chrome (Cr) 210 -
Cuivre (Cu) 400 -
Mercure (Hg) 0,80 5
Molybdène (Mo) 5,0 20
Nickel (Ni) 62 180
Plomb (Pb) 150 500
Sélénium (Se) 2,0 14
Zinc (Zn) 700 1850
BNQ, 2004.
2.2- Maturité du compost
Une série de techniques simples est utilisée pour mesurer la maturité des composts et
statuer, à l’aide d’une cote sur leur potentiel d’utilisation ou leur degré d’évolution. Deux
méthodes sont généralement pratiquées, soit l’essai de l’autoréchauffement développé en
Europe et utilisé sur une base normative en Allemagne (WERLI, 2009, Bidlingmaier,
1993), et les essais de dégagement des gaz carbonique et d’ammoniac (WERLI, 2006 a, b).
L’essai de l’autoréchauffement permet de qualifier le degré de maturité du compost en
utilisant l’échelle de référence Dewar (tableau 3) basée sur la température du compost
comparativement à la température ambiante après une incubation de plusieurs jours
(WERLI, 2009). Les essais des gaz sont basés d’une part sur la respiration des
microorganismes et la libération du CO2, et d’autre part sur la volatilisation de l’ammoniac.
Ainsi, dans un jeune compost, les microorganismes sont très actifs et respirent fortement,
16
dégageant beaucoup de CO2. Ainsi, un compost jeune est plus riche en ammoniac et a un
pH plus acide alors qu’un compost mûr est pauvre en ammoniac, riche en nitrate et a un pH
neutre (Mustin, 1987). De plus, l’ammoniac est phytotoxique (Jimenez et Garcia, 1989).
Des indicateurs colorimétriques indiquent la minéralisation du carbone et la volatilisation
de l’ammoniac. Un indice supérieur à 5,5; sur une échelle de 1 (20 % CO2) à 8 (moins de
0,5 % CO2), caractérise un compost mûr. L’indice de 5,5 indique alors un dégagement en
CO2 de l’ordre de 3 %. Le compost est considéré comme mature lorsque l’indice indique 7
(0,5 % CO2) ou 8 (moins de 0,5 % CO2), soit celui de l’air ambiant. La volatilisation de
l’ammoniac a été évaluée par l’autre indicateur, dont l’échelle varie de 1 à 5, ou 3 à 0,02
mg NH3-N. Le compost mature présente des indices de 4 à 5.
Tableau 3 : Qualification de la maturité d’un compost en fonction de la température atteinte dans un vase thermos après 10 jours.
Température maximale mesurée
Degré gagné au-dessus de la température
ambiante (22 ± 3 °C)
Classe de stabilité
État du compost
0 – 25 °C 0 – 5 °C A En période de maturation; mature
25,1 – 45 °C 5 – 25 °C B En phase mésophile; active
45,1 – 65 °C 25 – 50 °C C En phase thermophile; très active
(WERLI, 2009.)
La norme canadienne sur les amendements organiques stipule qu’un compost est jugé
mature, s’il respecte deux des trois exigences suivantes : un taux de respiration égal ou
inférieur à 400 mg d’oxygène/kg de solides volatils par heure; un taux d’évolution du CO2
égal ou inférieur à 4 mg de carbone sous forme de CO2 par gramme de matière organique
par jour; ou, une augmentation de la température du compost au-dessus de la température
ambiante inférieure à 8 °C (BNQ, 2004).
17
2.3- Élaboration d’une recette de compostage
Une recette équilibrée en intrants suppose d’équilibrer les paramètres suivants : C/N,
teneur en eau, porosité, etc. (Rynk et coll., 1992). Il existe trois principales méthodes pour
élaborer une recette de compostage : l’approche empirique basée sur l’essai et l’erreur qui
est imprécise, mais ne permet pas toujours d’atteindre les conditions optimales de
compostage; l’approche basée sur l’expérience de compostage de matériaux connus qui est
commune pour le compostage et à la ferme, car les caractéristiques des matériaux sont peu
variables; l’approche basée sur le calcul des pourcentages d’ingrédients en fonction des
résultats d’analyses au laboratoire, des matières premières (teneur en eau, rapport C/N et
masse volumique apparente). Cette dernière approche est la plus facile à optimiser. Divers
chiffriers sont disponibles sur Internet et permettent de mettre au point des recettes
équilibrées avec plusieurs intrants.
2.4- Lixiviat
Le lixiviat est un liquide qui s’écoule du haut du compost vers le bas, entrainant les
éléments dans une suspension. La quantité de lixiviat dépend de la dimension de la pile en
compostage, et des intrants. Une addition de 10 % de copeaux suffirait à retenir les liquides
du compostage des résidus verts (Vallini et coll. 1993, cité par Lafrance et coll. 1996).
Les composteurs industriels utilisent différents traitements des eaux de lixiviation. Par
exemple, les eaux sont collectées dans des bassins aérés pour bio-oxyder le C du lixiviat,
suivi d’une clarification avec une précipitation des sels solubles, puis d’un rejet des eaux
au cours d’eau, quand elles sont de qualité (observations non publiées). Lafrance et coll.
(1996) ont démontré que les lixiviats de compost de résidus verts sont riches en carbone et
ont une DBO élevée, ils peuvent être difficilement traités par une filtration pour réduire sa
charge sur l’environnement. Le traitement du lixiviat à la ferme est inconnu et doit être
caractérisé, puis évalué en laboratoire pour estimer les méthodes de traitement d’intérêt
pour une ferme maraichère où les légumes sont destinés à la consommation humaine.
Entretemps et pour la période estivale, la valorisation par épandage doit aussi être évaluée.
18
Certains appellent ce lixiviat du thé de compost; cette expression est fausse et n’a aucun
lien avec la définition du thé de compost (Scheuerell et Mahaffee, 2002). Sur Internet,
certains qualifient ce lixiviat de toxique. Cependant, d’autres mentionnent que le lixivat de
compost serait une riche source d’éléments nutritifs. Dans les faits, il existe peu de
références et d’informations scientifiques sur les lixiviats du compostage. Le E & A
Environmental Consultants, Inc, 19110, Bothell Way N. E. (WA, É.-U.) a démontré la
valeur nutritive des lixivats de compost
(http://cwc.org/organics/organic_htms/cm002rpt.htm). L’étude a aussi démontré la
présence de coliformes en grande quantité ce qui limite son usage aux États-Unis. Par
contre, après pasteurisation, ce lixiviat est vendu aux visiteurs d’un parc en tant que
fertilisants liquides pour les plantes.
Des analyses préliminaires sur ce lixiviat ont permis d’identifier une richesse en
potassium, ammonium, phosphate, etc. (Beauchamp, données non publiées). Il y a donc
intérêt à évaluer la valeur fertilisant de ce produit pour simplement éviter les coûts d’un
traitement à l’année des lixiviats. Ainsi, la fertilisation de ce liquide pour fertiliser une
culture modèle devrait être évaluée.
2.5- Plante modèle : le maïs
2.5.1- Importance de la culture au Québec
Le maïs, Zea mays, est une espèce cultivée depuis fort longtemps et provient de
l’Amérique du Sud ou Centrale. C’est une plante qui aime la chaleur, exigeante en eau et
en éléments fertilisants pour supporter son développement de grande taille. Du maïs grain
ou fourrager traditionnel, il y a eu la sélection du maïs sucré qui contient le gène su (sucré
normal) qui empêche la conversion des sucres en amidon dans les grains (Anonyme, s.d.
dans Wikipedia). Le maïs sucré est au troisième rang des cultures légumières en champ au
Canada. Au Québec, la culture du maïs sucré est cultivée sur 9 500 hectares, avec une
production annuelle québécoise moyenne de 72 988 tonnes (Statistique Canada, 2011) ou 7
700 kg/ha. Il est destiné à l’industrie de la transformation agroalimentaire et aux
consommateurs de légumes frais (Anonyme, 2006). Les épis cueillis sont vite distribués ou
congelés pour éviter leur murissement et le chargement de leur sucre en amidon.
19
L’importance de la commercialisation du maïs frais a permis la création d’autres hybrides
(Anonyme, s.d. dans Wikipedia). Le gène sh2 (shrunken-2 ou supersucré ou ratatiné-2) a
été sélectionné pour réduire la production de l’enzyme qui convertit les sucres en amidon.
Le gène se ralentit encore plus la production d’amidon ce qui maintient les sucres (sucré
renforcé). Les hybrides ayant différentes combinaisons de ces gènes dans des proportions
de 25 % sh2, 25 % se et 50 % su ont donné les hybrides sy. Leur différence réside dans le
goût, la tendreté, et la vitesse à laquelle l’amidon est transformé en sucre.
2.5.2 - Pratiques culturales
Le maïs se cultive sur plusieurs types de sol, des sables aux argiles lorsqu’ils sont bien
drainés. Le pH du sol optimal est de 6 à 6,5. Le maïs est souvent semé après une culture
appartenant à la famille des légumineuses, car elles enrichissent le sol en azote. Le maïs est
une culture exigeante en fertilisants (CRAAQ, 2010), mais qui est sensible à la toxicité des
engrais (OMAFRA, s.d.). Il a besoin de 95 à 140 kg N/ha, et de 0 à 80 kg de P2O5 ou de
K2O selon les analyses Melhich III du sol (CRAAQ, 2010). Les doses sont souvent
fractionnées pour répondre aux besoins du maïs et éviter la toxicité des engrais. C’est aussi
une plante dont les carences sont facilement reconnaissables avec un jaunissement lors
d’une carence azotée, pourpre lors d’une carence en phosphore et des nécroses à la marge
des feuilles pour le potassium. Le maïs est exigeant en potassium; un élément riche dans le
lixiviat. Le maïs est une plante de choix pour cette étude.
21
3- Hypothèses et objectifs
3.1- Hypothèses
Les hypothèses de recherche qui sous-tendent ce travail sont :
il est possible de valoriser des résidus agroalimentaires par le compostage;
et de produire un compost de qualité;
en utilisant des structurants/absorbants à base de paille de soya ou d’écorces;
et, il est possible de valoriser le lixiviat de compost et d’avoir de bons rendements
pour le maïs sucré lorsqu’il est utilisé en respectant le plan agroenvironnemental de
fertilisation.
3.2- Objectifs
Les objectifs généraux sont d’étudier :
des recettes de compostage avec l’ajout répétitif de résidus de végétaux périmés des
épiceries et d’absorbant/structurant.
le lixiviat produit par ce compostage.
Les objectifs spécifiques sont de :
déterminer la capacité d’absorption de différents structurants (écorce, paille de
soya) et leurs effets sur le compostage des résidus agroalimentaires.
suivre l’évolution de divers paramètres physico-chimiques lors du compostage.
évaluer la qualité chimique du compost.
déterminer l’effet du lixiviat de compost épandu à l’été sur la croissance et le
rendement du maïs lorsque le sol a été amendé avec un compost à l’automne.
23
4- Matériel et méthodes
4.1 Le compostage et l’évolution du compost pendant le processus
4.1.1- Site de compostage
La plateforme est constituée de trois cellules dont chacune mesure 414 cm de long, 365,7
cm de profondeur et 213,3 cm de hauteur soit un volume utile par cellule de 32,18 m3
(figure 1). Chaque cellule est dotée d’un plancher perforé à l’arrière pour recueillir le
lixiviat. Tous les liquides sont acheminés dans deux fosses situées à l’arrière des cellules.
Figure 1 : Schéma de la structure et de l’hydraulique de l’installation de plateforme
de compostage (B. S. Vallet; communication personnelle 2011)
La plateforme de compostage se trouve à Neuville (Québec, Canada) avec les coordonnées
spatiales suivantes : 46° 42’09.79’’N; 71°37’53.64’’O; altitude 61 m (figure 2).
fosse (7.35 m3)
fosse (7.35 m3)
Cellule 1 Cellule 2 Cellule 3
caniveaufossecaniveau
Zone de déchargement
rampe d'aspersion
Échantillonnages possibles
24
Figure 2 : Localisation de la plateforme de compostage à Neuville
4.1.2- Inventaire et caractérisation
4.1.2.1- Échantillonnage des principaux intrants seuls ou en mélange
4.1.2.1.1- Fruits et légumes
Les résidus de ferme sont composés de légumes invendables et invendus de cette ferme
maraîchère, ainsi que des plantes et leurs substrats invendus des serres. Ils sont simplement
placés dans les cellules au fur et à mesure de leur déclassement.
D’autre part, aux épiceries, les fruits et les légumes périmés et impropres à la vente sont
placés dans des bacs. De plus, certains magasins préparent des plateaux de fruits et de
légumes. Dans ces cas, un sac compostable est rempli avec les épluchures et retailles
impropres à la vente. Le sac compostable est aussi ajouté dans le bac. Selon le magasin,
chaque semaine ou à toutes les deux semaines, un camion à benne à ordures ménagères
collecte les résidus de fruits et les légumes et décharge les résidus de fruits et de légumes.
Le jour de cette livraison, des échantillons ont été prélevés au hasard afin de remplir trois
pots de quatre litres.
Au laboratoire, le poids du volume de quatre litres a été mesuré ainsi que la teneur en eau,
la masse volumique apparente (McKeague, 1978), l’absorption hydrique et la porosité
(Gasser, 2007), la matière organique totale selon la méthode TMEC (Thompson et coll.
25
2001), l’azote, le phosphate et le potassium. La procédure a été reprise aux semaines. La
teneur en éléments traces du compost a été déterminée en fin de compostage.
4.1.2.1.2- Absorbants/structurants
Parmi les intrants de ce projet, les résidus de ferme sont soit des substrats de serre à base de
tourbe qui peuvent absorbés le liquide; le minimum de carbone possible sous forme
d’écorces, de paille, de fumier ou de foin qui peuvent aussi absorbés le liquide; ou des
résidus des épiceries invendus et invendables.
Les divers absorbants présents à la ferme (compost, écorces, paille de soya, fumier de
cheval, foin) ont été échantillonnés selon la méthode du BNQ (2004). Sur place, les
échantillons ont été réduits et trois pots de quatre litres ont été rapportés pour évaluer les
paramètres physico-chimiques cités à la section précédente. Les absorbants/structurants ont
été soumis à un test d’absorption hydrique. Pour simplifier la rédaction, l’expression
absorbant, plutôt qu’absorbant/structurant, sera simplement utilisée pour la suite de ce
mémoire.
4.1.2.2- Échantillonnage des mélanges
Pour limiter la variabilité, les échantillons ont été prélevés une semaine après le mélange
des intrants, soit sept jours plus tard. En hiver, les analyses physico-chimiques ont été
faites aux trois semaines pour le compost avec paille. Dans ce cas, le froid hivernal a
représenté une contrainte et a requis un ajustement. Au printemps, ces analyses ont été
faites aux deux semaines pour le compost à base d’écorces. Les échantillons ont été
prélevés aux trois ou deux semaines pour une période de neuf (hiver) à six (printemps)
semaines.
4.1.3- Élaboration de recettes de compostage
Le chiffrier, développé par l’université de Cornell (Cornell Waste Management Institute.
1996) a été utilisé pour déterminer la recette optimale; une TEE de moins de 65 % avec un
C/N autour de 30 ont été visés. La recette à base de paille a été composée de 51 m3 de
résidus de fruits et de légumes, 10 m3 de paille, 4,5 m3 d’écorces, 4,5 m3 de résidus de
ferme, 1 m3 de copeaux de bois d’érable et 24 m3 de compost. La recette à base d’écorces a
26
été composée de 92 m3 de résidus de fruits et de légumes, 89 m3 d’écorces, 16 m3 de
résidus de ferme, et 32 m3 de compost.
4.1.4- Suivi des paramètres pendant les six premières semaines de compostage avec
des additions de fruits et de légumes aux deux/trois semaines
Le jour de la livraison des fruits et des légumes des épiceries, tous les intrants ont été
mélangés à de la paille ou aux écorces, et au compost. Dans les premières semaines de ce
projet, des échantillons ont été pris à la livraison, mais étaient fort variables. En effet, le
hasard donnait des échantillons avec une fève verte, une pomme ou une citrouille. Par
contre, l’échantillonnage après l’affaissement des tissus végétaux limitait cette variabilité.
Ainsi, après deux semaines, les mesures ont été prises en respectant un plan
d’échantillonnage systématique et ponctuel. La pile en compostage a été coupée en deux et
une partie a été évacuée hors de la cellule. L’autre moitié restante a été divisée en trois
hauteurs (haut, milieu et bas). Pour chaque couche, un échantillon a été pris à trois
profondeurs (à l’avant, au milieu et près du mur). Finalement, il y a eu au total neuf points
d’échantillonnage (figure 3). Le compost prélevé à chaque point a été analysé au
laboratoire Daishowa. Les mesures ont été effectuées dans le temps.
À partir de la sixième semaine de compostage, le compost a été transféré dans la cellule de
stabilisation microbienne. Après six nouvelles semaines consécutives, il a été déplacé à
l’air libre sur le sol pour le laisser maturer. Des échantillons de compost ont aussi été
prélevés et tamisés, puis sa qualité a été déterminée.
Profondeur 1; arrière Profondeur 2; centre Profondeur 3; avant
Hauteur 1; sommet
Hauteur 2; milieu
Hauteur 3; bas
27
Figure 3 : Représentation des points d’échantillonnage sur la pile en compostage
4.1.4.1- Paramètres physiques
4.1.4.1.1- Température
La température du compost a été mesurée in situ à toutes les deux semaines ou trois
semaines avec un thermomètre manuel (modèle YSI, 42SC, SIMPSON ELECTRIC CO,
Chicago Il). Les neuf points d’échantillonnage ont été utilisés.
4.1.4.1.2- Granulométrie
Elle a été faite avec du matériau sec pour éviter le phénomène de colmatage des tamis.
Ainsi, une masse de 250 g de matière organique fraîche ou de compost frais a été séchée à
65 °C jusqu’à l’obtention d’un poids constant. Ensuite, les échantillons séchés ont été
tamisés à l’aide d’une série de tamis de diamètres 19,0; 9.0 ; 6,0; 4,0 et 2,0 mm. La masse
de chaque fraction granulométrique a été notée et ramenée en pourcentage de la masse
totale. Ensuite, les échantillons séchés ont été divisés en deux; une partie a servi à produire
des cendres, et l’autre partie a été utilisée pour les analyses chimiques après broyage à 2
mm.
4.1.4.1.3- Teneur en eau, masse volumique apparente, matière organique, absorption
hydrique
Une pile de 250 g de matière fraîche a été prélevée aux neuf points d’échantillonnage. Elle
a été séchée à 65 °C jusqu’à l’obtention d’une pile constante (Thompson et coll., 2001). La
teneur en eau (TEE) est déterminée à l’aide de la formule suivante :
TEE (%) = ((masse fraîche – pile sèche) / masse fraîche) * 100.
Après l’obtention d’une pile constante, le matériau a été calciné à 550 °C pendant 16
heures (CPVQ, 1997). La teneur en matière organique (MO) totale a été déterminée à
l’aide de la formule suivante :
MO (%) = ((masse sèche – masse des cendres (sans roche ou cailloux))/masse sèche)*100.
Carbone (%) = MO (%)/1,724
28
La masse volumique apparente (MVA) a été mesurée par pesée (Thompson et coll., 2001).
Un récipient calibré d’un volume de quatre (4) litres est rempli de matériau frais puis pesé.
La MVA humide est calculée avec la formule suivante :
MVA (hum) = (masse du récipient et matière fraîche (g) – masse du récipient (g))/4 litres
L’absorption hydrique est mesurée en l’adaptant à la méthode Gasser (2007). Ainsi, chaque
matériau est déposé dans un contenant de quatre litres. Le contenant a un fond perforé et
est protégé par un filet de moustiquaire pour parer à d’éventuelles pertes de matériau lors
de l’égouttement. Pour ce qui est du compost, un contenant en tuyau PVC (Ø=7,7 cm;
h=17,7 cm soit 823,8 cm3 est utilisé. Il est protégé des deux côtés par un filet de
moustiquaire en nylon. Chaque cylindre est rempli de matériau jusqu’à 1 à 2 cm du bord.
Les volumes ont été homogénéisés en appliquant une légère pression au-dessus. Les
contenants sont couverts par des assiettes pour retenir le matériau lors du trempage. Le
processus de trempage est précédé d’une pesée de chaque échantillon ainsi que la mesure
de son volume en fonction de la hauteur du compost. Ces derniers sont inondés dans des
grands bacs pendant 24 h pour le compost, les structurants et les absorbants. Un
égouttement d’une heure est observé avant les pesées. La capacité d’absorption en eau a été
exprimée sur une base sèche ou humide selon la formule utilisée :
CRE (bh) = (masse d’eau à saturation (kg) – masse d’eau à TEE donnée du matériau frais
(kg))/masse humide du matériau frais à TEE donnée (kg)).
La porosité et les espaces lacunaires ont été calculés à partir des équations établies par
Brouillette (1995) :
Pour la porosité : Y = -0,0263X + 100
Pour les espaces lacunaires : Y = -0,0797X + 99,94326
où X représente la masse volumique fraîche
4.1.4.2- Paramètres chimiques
Le pH a été mesuré par un pH-mètre (Orion PerpHecT® pH meter 310, Fischer Scientific).
Un échantillon de 10 g de compost humide est mélangé avec 20 ml d’eau distillée (1 :2).
29
Le tout est homogénéisé avec un agitateur pendant 30 minutes, puis centrifugé à 180
tours/min (Tompson et coll., 2001). Le pH du filtrat est mesuré.
La conductivité électrique a été déterminée par un conductivimètre (Orion Star A212
Benchtop Conductivity Meters, Thermo Fisher Scientific Inc). Une pile de 10 g de compost
humide a été ajoutée à 50 ml d’eau distillée (1 :5). Le mélange a été agité pendant 30
minutes à 180 tours/min, puis centrifugé durant 10 mn à 8000 tours/min (Rhoades, 1997).
Puis, la conductivité électrique de la solution est mesurée.
L’azote total a été mesuré selon la méthode Kjeldhal sur un échantillon de 0,25 g de
compost sec broyé à 2 mm (Nkonge et Balance, 1982), puis dosé à l’autoanalyseur
Technicon (Model AAII, Technicon Instruments, Tarytown, NY). La digestion a été faite
avec H2SO4-H2SeO3-H2O2 sur un bloc digesteur (Block digesteur systems
KJELDATHERM) à 400 °C pendant 30 mn.
Les autres éléments minéraux du sol (phosphore, potassium, le calcium, le magnésium,
etc.) ont été extraits au Méhlich III (CPVQ, 1997). Les éléments P, S et B ont été dosés par
colorimétrie (CPVQ, 1997) tandis que ceux de K, Ca, Mg, Zn, Cu les ont été par émission
atomique dans la flamme (CPVQ, 1997).
4.1.4.3- Analyses statistiques
Afin de procéder aux analyses statistiques, le nombre de dates de mesures effectuées sur le
compost structuré avec la paille était supérieur à celui effectué sur le compost mélangé
avec les écorces. Aussi, durant les 6 premières semaines, le gel du compost ayant les pieds
dans l’eau avait biaisé les mesures. En effet, à ce moment les fosses n’ont pas été vidées
pour une raison hors de notre contrôle. Ces données ont été éliminées en utilisant le même
nombre de semaines de mesures pour le compost à base de paille et le compost à base
d’écorces. Dans un premier temps, des graphiques décrivant l’évolution des paramètres
dans le temps ont été tracés pour montrer les tendances.
Le dispositif utilisé pendant l’essai était un bloc aléatoire complet avec trois facteurs (la
recette utilisée, la hauteur et la profondeur de la pile en compostage) et deux répétitions. La
recette a deux niveaux : un structurant avec paille et un structurant avec écorces. Les
30
mesures ont été effectuées sur neuf points combinés en hauteur et en profondeur (figure 3).
Les variables mesurées hebdomadairement ou aux deux semaines, étaient la masse
volumique du compost (MVA), la teneur en eau du compost (TEE), la température
(TCEL), le pH, la conductivité électrique (CÉ), la granulométrie aux tamis 19, 9, 6, 4 et 2
mm, et les éléments chimiques C, N, P, K. L’homogénéité de la variance des résidus a été
vérifiée à l’aide du graphique généré par la procédure PLOT du logiciel SAS 9.3 (SAS,
2012). La distribution normale de l’erreur expérimentale a été vérifiée à l’aide des
coefficients Skewness/Kurtosis et de Shapiro-Wilk générés par la procédure UNIVARIATE
de SAS 9.3 (SAS, 2012). Les données ont été analysées avec le logiciel SAS 9.3 (SAS,
2012). Ainsi, le modèle MIXED avec trois facteurs fixes, ainsi que le bloc en effet
aléatoire, ont été analysés. L’ensemble de toutes les semaines de mesures a été analysé. Par
la suite, pour les facteurs significatifs, des comparaisons multiples ont été effectuées.
Ensuite, les variables sur l’ensemble des semaines ont été soumises à une analyse en
composantes principales (ACP) par la procédure FACTOR de SAS 9.3 (SAS, 2012). En
effet, l’ACP permet de réduire le nombre de variables. Elle est une méthode d’analyse
multidimensionnelle qui participe au regroupement des données en sous-ensembles
constitués de variables construites qui expliquent au mieux la variation observée (Schafer
et Ramsey, 2002). Ces variables générées sont appelées composantes ou facteurs. Les
facteurs étant indépendants les uns aux autres, l’ACP a été utilisée avec une rotation
orthogonale. Cette dernière a été produite par la méthode Varimax.
4.1.5- Maturité du compost à 12 semaines
4.1.5.1- Échelle de Kraeutler et Levasseur
L’échelle de Kraeutler et Levasseur permet de qualifier un compost suivant certains
paramètres physico-chimiques et biologiques (Beauchamp, 2011). C’est une échelle simple
qui donne des cotes de 1 à 3 sur l’aspect, la couleur, la taille des particules, les dégradables
reconnaissables, les indésirables comme les plastiques et le verre, la teneur en eau et
l’odeur du compost. Plus la cote est faible, plus le compost est qualifié de mûr.
31
4.1.5.2- Essais d’autoréchauffement et de dégagement des gaz carbonique et d’ammoniac
Des essais d’autoréchauffement et de dégagement des gaz carbonique et d’ammoniac ont
été faits sur le compost à base de paille tamisé âgé de 12 et 28 semaines, et sur le compost
à base d’écorces tamisé âgé de 12 semaines (WERLI, 2009, 2006 a, b).
L’essai d’autoréchauffement consiste à remplir un vase Derwar de 1,5 L de volume et 10
cm de diamètre intérieur. Trois vases à paroi adiabatique ont été remplis de compost.
Auparavant la TEE du compost a été ajustée à environ 62 %, la température dans le
laboratoire était de 22 °C. Une sonde de température a été placée à 15 cm de profondeur
dans le compost. Elle était reliée à un lecteur qui a suivi pendant 10 jours la température
maximale du compost. Les températures maximales ont été comparées à une échelle de
référence qui permet de déterminer l’indice de maturité du compost (tableau 3).
Les essais de dégagement des gaz carbonique et d’ammoniac ont été effectués sur chaque
type de compost. Trois (3) pots de 200 ml ont été remplis et placés à température ambiante
du laboratoire. La TEE du compost était de 33 % pour le compost avec soya et 54 % pour
le compost à base d’écorces; ce sont les teneurs en eau du compost obtenues après
tamisage. La matière organique était égale à 30 % pour le compost avec soya et 50 % pour
le compost à base d’écorces. Deux indicateurs indiquant la minéralisation du carbone et la
volatilisation de l’ammoniac ont été introduits dans chaque pot. Après 4 h, le changement
de couleur a été évalué par rapport à un index de maturité. Hormis la stabilité évaluée par
l’émission de CO2, la volatilisation de l’ammoniac a été évaluée par l’autre indicateur.
4.1.5.3- Test de phytotoxicité
Un bioessai de germination du cresson a été effectué.
« Le taux de germination, d’élongation racinaire et l’indice de germination ont
été déterminés selon la méthode de Zucconi et coll. (1985). Le compost a été
mélangé à l’eau (1 : 10; poids humide : volume) puis placé sur un agitateur
rotatif 30 min à 120 tours/min » (Biron 2010).
La partie liquide a été utilisée. L’évaluation de la germination a été faite sur un témoin
(eau) et les suspensions. Un lot de trois papiers à germination déposés dans chaque boîte de
32
pétri a été imbibé de trois (3) ml de ces suspensions. Ensuite 25 graines de cresson
(Lepidium sativum L.) y ont été placées. Les boîtes ont été transférées dans un incubateur à
27 °C. Après 24 h, la longueur des racines et le nombre de graines germées ont été
déterminés. Ces paramètres ont permis de déterminer
« le taux de germination (G), d’élongation racinaire (ER) et l’indice de
germination (I) ont été calculés :
% G = ((X/compost) / (Y/témoin))*100
où «X» exprime la longueur totale de toutes les racines des graines germées
pour le compost et «Y» désigne la longueur totale de toutes les racines des
graines germées pour le témoin. «compost» et «témoin» représentent le nombre
total de graines ayant reçu le mélange à base de compost ou le témoin.
% ER = ((A/compost) / (B/témoin))*100
où « A » constitue la longueur totale de toutes les racines des graines germées
pour le compost et « B » décrit la longueur totale de toutes les racines des
graines germées pour le témoin. Les traitements « compost » et « témoin »
représentent le nombre total de graines ayant reçu le compost ou le témoin,
respectivement.
% I = (G x ER) / 100 où «G» exprime le taux de germination et «ER» le taux
d’élongation racinaire » (Biron 2010).
4.1.5.4- Analyses statistiques
Les analyses statistiques ont été faites avec le logiciel SAS, version 9.3 (SAS, 2012).
L’essai a été conduit au laboratoire avec un dispositif en blocs complets randomisés avec
six répétitions, quatre traitements (recette avec paille, recette avec écorces, compost
commercial « forestier », témoin eau). L’unité expérimentale était constituée par une boîte
de pétri avec 25 graines de cresson. Le modèle mixed avec un facteur fixe ainsi que le bloc
en effet aléatoire ont été utilisés. Par la suite, pour les facteurs significatifs, des
comparaisons multiples ont été effectuées.
33
L’homogénéité de la variance des résidus du modèle a été vérifiée à l’aide du graphique
généré par la procédure PLOT du logiciel SAS 9.3 (SAS, 2012). La distribution normale de
l’erreur expérimentale a été vérifiée à l’aide des coefficients d’asymétrie et d’aplatissement
et du test Shapiro-Wilk généré par la procédure UNIVARIATE de SAS (SAS, 2012).
4.2- Lixiviat du compostage
Dans le cas de tous les fruits et les légumes, un jus est généré par compaction ou
écrasement des produits végétaux, et par bioxydation ou fermentation lors du compostage.
De grandes quantités de jus accompagnent la livraison des fruits et des légumes dans le
camion à benne à ordures ménagères. Ce camion a été lavé à l’eau avant la tournée des
épiceries. À la livraison, ces jus sont collectés dans un caniveau devant les cellules de
compostage qui les achemine dans les fosses d’entreposage à l’arrière de la plate-forme de
compostage. Dans les fosses s’ajoute les liquides qui ont percolé dans le compost et qui
s’écoulent à sa base. L’écoulement du liquide est dirigé vers un large caniveau sous le
compost et à l’arrière des cellules. Ce caniveau capte ce liquide et le dirige, par un tuyau,
vers les fosses d’entreposage. Pour simplifier, la solution des fosses est simplement
appelée « lixiviat » dans ce mémoire.
Un échantillonnage de ces liquides y a été fait pour en déterminer les valeurs du Tableau 4.
Ce lixiviat du compostage est évalué comme fertilisant au champ pour voir ses effets sur la
croissance et le rendement du maïs sucré.
Les parcelles de l’expérience ont été fertilisées à trois reprises, au semis (fin juin) et aux
stades 3-4 (mi-juillet) et 6-7 feuilles (fin juillet) avec l’apport du lixiviat comparé à un
témoin non fertilisé et des fertilisants chimiques. Une analyse préliminaire a aussi montré
une teneur élevée en K et une conductivité élevée de ce lixiviat (Beauchamp, données non
publiées). Le lixiviat a une valeur fertilisante en K variant entre 3900 mg/L et 4500 mg/L
(Beauchamp, données non publiées). Des observations très préliminaires ont montré que
les lixiviats ne brûlaient pas le mil, la luzerne ou le trèfle, mais pouvaient augmenter la
conductivité du sol jusqu’à 35 mS/cm (donnée non publiée). De plus, le lixiviat a été
analysé par le laboratoire du génie des eaux de l’Université Laval, et avait les
caractéristiques chimiques présentées au tableau 4 (V. Beaudette et P. Lessard, données
34
non publiées). Ainsi, le lixiviat utilisé pendant l’essai de fertilisation contenait des
coliformes (Beauchamp, données non publiées)
Tableau 4 : Caractérisations physique et chimiques sélectionnées du lixiviat
Paramètres Fertilisation
Semis Stade 3-4 feuilles Stade 6-7 feuilles
MES (mg/L) 517,25 440,13 598,98
MVES (mg/L) 484,95 429,20 576,19
DCO totale (mg/L) 28370 34130 37830
pH 5,56 5,64 5,66
Conductivité (mS/cm) 13,85 14,83 15,34
NH3 (mg N/L) 519,33 578,67 609,00
Nitrates (mg N/L) 11,67 14,13 14,73
PO4 (mg P/L) 180,56 181,10 201,77
MES : matières en suspension; MVES : matière volatile en suspension; DCO : demande chimique en oxygène.
4.2.1- Description du site de valorisation du lixiviat au champ
L’essai a été installé sur un terrain nouvellement défriché à un site différent de la plate-
forme de compostage. Les coordonnées spatiales du site d’expérimentation étaient de 46°
42° 12 51’’ N; 71° 37° 22 82’’ O (figure 4).
35
Figure 4 : Localisation du site de l’essai au champ à Neuville
À l’automne 2011, alors qu’aucun compost n’avait été produit dans le cadre de ce projet de
recherche, une application d’un compost à base de fruits et légumes, et d’écorces produit à
la ferme a été effectuée. Des caractéristiques disponibles de ce type de compost sont
présentées au tableau 5. Les analyses chimiques ont été effectuées dans les laboratoires de
la Coopérative fédérée à Longueuil. Le producteur n’a pas souvenir de la dose de compost
qu’il a appliqué.
Le sol est de texture loameux-sableux, loameux, loameux-argileux avec un pH oscillant
entre 6,1 et 7,6 (figure 5). La conductivité électrique oscillait entre 70 et 250 µS/cm (figure
6). Le pourcentage de matière organique a été faite par la méthode de perte au feu, valable
pour les terres noires et les tourbes, mais qui crée un facteur d’imprécision en sol minéral
(CPVQ, 1997). Une reprise de cette analyse par la méthode de Walkley-Black (CPVQ,
1997) indique des teneurs entre 2,6 à 4,0 % de carbone pour les parcelles du bloc 3. La
masse volumique apparente du sol était comprise entre 1,2 et 1,5 g/cm3. L’indice de
compacité vacillait entre 0,44 et 0,57 cm3 de sol(sec)/cm3 de sol total. Les autres paramètres
physiques du sol sont décrits au tableau 6.
36
Tableau 5 : Caractéristique du compost épandu à l'automne 2011
Paramètre (méthode)
et unités
Résultats Très Pauvre
Pauvre Bon Très
bon
Riche Très riche
CEC est./-meq/100g 17.3
pH eau (1:1) 8.5
pH tampon (estimé) > 7.5
Indice en chaux > 75
P (Mehlich III) 836 kg/ha
Ca (Mehlich III) 4870 kg/ha
Saturation Ca 63.0 %
ISP1(P/Al) > 50.0 %
Al (Mehlich III) 62.4 mg/g
K (Mehlich III) 3040 kg/ha
Saturation K 20.1 %
Mg (Mehlich III) 784 kg/ha
Saturation Mg 16.9 %
Zn (Mehlich III) 10.2 mg/g
Cu (Mehlich III) 0.80 mg/g
Mn (Mehlich III) 20.3 mg/g
B (Mehlich III) 2.55 mg/g
Fe (Mehlich III) 173 mg/g
Mat.organique 50.8 %
Saturation K+Mg+Ca 100 %
Nord
37
Figure 5 : Répartition spatiale du pH au site d’expérimentation
Figure 6 : Répartition spatiale de la conductivité électrique au site expérimentale
Est
38
Tableau 6 : Masse volumique apparente, indice de compaction et les pourcentages d’argile,
de limon et de sable du sol de chacune des parcelles et présentés selon le numéro de la
parcelle (P) du champ
Masse volumique apparente (g/cm)
(P201) 1,16 (P202) 1,27 (P203) 1,21 (P204) 1,32
(P301) 1,19 (P302) 1,31 (P303) 1,50 (P304) 1,22
(P401) 1,27 (P402) 1,20 (P403) 1,45 (P404) 1,22
Indice de compaction (cm3 de sol sec /cm3 de sol total)
(P201) 0,44 (P202) 0,48 (P203) 0,46 (P204) 0,50
(P301) 0,45 (P302) 0,49 (P303) 0,57 (P304) 0,46
(P401) 0,48 (P402) 0,45 (P403) 0,55 (P404) 0,46
Argile (%)
(P201) 18,9 (P 202) 22,1 (P203) 18,7 (P204) 15,7
(P301) 25,6 (P302) 25,0 (P303) 30,2 (P304) 21,1
(P401) 21,0 (P402) 22,6 (P403) 20,4 (P404) 28,2
Limon (%)
(P201) 24,0 (P202) 34,8 (P203) 23,0 (P204) 28,2
(P301) 34,4 (P302) 21,9 (P303) 34,9 (P304) 26,8
(P401) 33,9 (P402) 35,4 (P403) 24,4 (P404) 31,8
Sable (%)
(P201) 57,1 (P202) 43,1 (P203) 58,3 (P204) 56,1
(P301) 40,0 (P302) 53,1 (P303) 34,9 (P304) 52,1
(P401) 45,1 (P402) 42,0 (P403) 55,2 (P404) 40,0
39
Le semis du maïs (variété Serendipity, une variété obtenue de la COOP de Saint-Casimir) a
eu lieu le 25 juin 2012. Un traitement herbicide (Impact, BASF Mississauga, OM, à raison
de 37 ml/ha, matière active Topramezone) a été effectué avant le semis. Vingt-deux jours
après le semis, un autre traitement herbicide a été effectué (AATREX, BASF Ontario,
liquide 480 dans une proportion de 1,60 L/ha, matière active triazines). Le sarclage
mécanique a été utilisé au besoin.
Les traitements sont :
-un traitement sans fertilisation (PF);
-un traitement avec des engrais minéraux (E) azoté, phosphaté et potassique ou
NEngraisPEngraisKEngrais, soit la fertilisation recommandée pour fertiliser le maïs sucré, ou plus
simplement NEPEKE;
-un traitement avec un mélange d’engrais minéraux et organique, et où le potassium
est utilisé pour répondre au besoin du maïs sucré. Le lixiviat est considéré comme un
engrais organique. Ses teneurs en N, P et K sont utilisées pour calculer la teneur à ajouter
pour fertiliser le maïs. Ainsi, la dose de potassium requise pour fertiliser le maïs provient
uniquement du lixiviat (KL). Cependant, le lixiviat n’apporte pas assez d’azote et de
phosphore pour répondre au besoin du maïs, et la fertilisation doit être complétée avec des
engrais minéraux pour l’azote (NEngrais) et le phosphore (PEngrais). La fertilisation
recommandée pour fertiliser le maïs sucré est respectée en complétant le lixiviat avec des
engrais minéraux azotés et phosphatés. Le traitement est une combinaison du lixiviat et des
engrais minéraux soit NLixiviat+EngraisPLixiviat+EngraisKLixiviat , ou plus simplement NEPEKL,
-un traitement avec un mélange d’engrais minéraux et organique, et où le phosphore
est utilisé pour répondre au besoin du maïs sucré. Le lixiviat n’apporte pas assez d’azote
pour répondre au besoin du maïs, et la fertilisation doit être complétée avec un engrais
azoté (NEngrais). Le phosphore provient uniquement du lixiviat. Le potassium provient aussi
uniquement du lixiviat, mais il représente trois fois la dose requise pour répondre au besoin
du maïs sucré. Le traitement est une combinaison du lixiviat et d’un engrais azoté soit
NLixiviat+EngraisPLixiviat3KLixiviat, ou NEngrais-1PLiquide3KLiquide, ou plus simplement NEPL-3KL,
40
Les traitements ont été appliqués au stade 3-4 feuilles et 7-8 feuilles. Cette façon de faire
suivait la procédure en place sur cette ferme.
4.2.2- Paramètres observés et mesures
4.2.2.1- Observation des paramètres climatiques
Les paramètres climatiques (température, humidité relative, durée d’insolation, vitesse du
vent, pluviométrie, etc.) ont été obtenus par Internet pour la station météorologique de
l’aéroport de Québec (http://www.climate.meteo.gc.ca). Elle a atteint un minimum de -30,7
°C en hiver et un maximum de 32,8 °C en été. L’évolution de la température moyenne
estivale en 2012 comparée à celle de la normale entre 1971-2000 a montré que l’été 2012 a
été plus chaud que la normale (figure 7a). La vitesse du vent a fortement varié du mois de
juin au mois de septembre entre 4,95 km/h et 16,25 km/h (figure 7b). Le déficit de pression
de vapeur (DPV) en 2012 a été supérieur à celui de la normale entre 1971-2000 (figure 7c).
L’humidité relative moyenne a connu des variations durant la période de culture avec un
maximum de 91 % au mois de juillet et 65 % au mois de juin. Elle a été moins élevée
pendant l’été 2012 que pendant la normale entre 1971-2000 (figure 7d).
La pluviométrie a été moyenne au mois de juin et mi-juillet avec un maximum de 66,8 mm
le 15 juillet (figure 7e). Elle a été déficitaire entre mi-juillet et septembre avec un pic de
19,8 mm en août. Pendant l’été, la troisième décade du mois de juin a été celle la plus
pluvieuse (86,6 mm), tandis que le mois d’août a connu trois décades particulièrement
sèches avec respectivement 25,3, 15,5 et 9,8 mm (figure 7f). Comparée à la pluviométrie
estivale normale entre 1971 et 2000, celle de 2012 a été supérieure jusqu’en début juillet à
partir de laquelle elle a baissé avec un différentiel compris entre de -34 mm en juillet et -
50,6 mm en août. Enfin, il a été constaté un déficit pluviométrique de 150,6 mm entre juin
et septembre 2012 comparée à la pluviométrie obtenue à la même période en 2011. Bref,
l’été 2012 a été un été sec comparativement à la normale estivale.
41
Figure 7 : a, b, c, d, e, f Conditions climatiques de la région expérimentale en 2012
comparativement à une normale
4.2.2.2- Mesure de l’état hydrique du sol : méthode gravimétrique
Des échantillons de sol ont été prélevés dans des pots étanches et placés dans un thermos à
paroi adiabatique. Ils ont été aussitôt pesés au laboratoire et leur poids frais (PF) a été
déterminé. Le poids sec (PS) a été déterminé après un passage de 72 h à l’étuve sous une
0
5
10
15
20
25
Avril Mai Juin Juillet Août
norm 1971‐2000
2012
mois
T (°C)
a‐ Comparaison température moyenne entre la normale 1971‐2000 et 2012
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
avril mai juin juillet août
Norm 1971‐2000
2012
Mois
HR (%)
b‐ Comparaison entre la normale des HR entre la normale 1971‐200 et 2012
0
10
20
30
40
c‐Vitesse du vent (km/h)
Mois
V (km
/h)
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
0,16
Avril Mai Juin Juillet Août
Nor 1943‐2000
2012
Mois
∆e (kpa)
d‐ Comparaison DPV entre la normale 1971‐2000 et 2012
0
20
40
60
80
100e‐ Cumul pluviométrique
décadaire
Quantité
d'eau
(mm)
‐100
‐50
0
50
100
150
200
Avril Mai Juin Juillet Août
Nor 1943‐2000
2012
Différentiel
f ‐ Comparaison de P entre la normale 1971‐2000 et 2012
Mois
Pluviométrie (m
m)
42
température de 65° C. L’humidité pondérale (HP), exprimée en pourcentage du poids sec, a
été évaluée suivant la formule : HP = ((PF-PS)/PS) * 100.
L’humidité volumique a été alors calculée à partir de l’humidité pondérale et de la masse
volumique apparente (MVA); soit HV = HP * MVA. La masse volumique apparente du sol
a été déterminée par gravimétrie et correspond à MVA = P(sec)/Va où P(sec) = le poids du sol
séché à 105°C jusqu’à l’obtention d’une masse constante et Va = le volume apparent.
4.2.2.3- Mesures agronomiques
4.2.2.3.1- Nombre de feuilles et hauteurs des plantes
La hauteur des plants de maïs est une caractéristique d’un cultivar. Pour le cultivar
Serendepity, la hauteur varie souvent de 147 à 163 cm. Le nombre de feuilles et la hauteur
des plantes ont été mesurés entre les deux rangs centraux, dans 1 m2, pris au hasard. Ces
paramètres sont normalement déterminés par le bagage génétique de la variété.
4.2.2.3.2- Contenu relatif en eau foliaire
Le contenu relatif en eau (CRE) foliaire permet de caractériser l’état hydrique par
estimation du volume hydrique cellulaire (Weatherley, 1950). Il est déterminé par la
technique des pesées à l’aide d’une balance de précision (Mettler, AE 200). Au champ, un
échantillon de 50,24 mm2 prélevés à l’aide d’un emporte-pièce à partir de la 4iéme feuille à
partir du sommet de la tige est placé dans une fiole pesée au préalable et fermée
soigneusement. L’ensemble est conservé au frais jusqu’au retour au laboratoire. Le poids
de la fiole contenant le disque foliaire est pesé (PF) et l’échantillon mis à réhydrater dans
l’eau distillée pendant 24 h. Son poids à turgescence (PT) maximale est mesuré, puis il est
mis à sécher à l’étuve à 80 °C. Au bout de 24 h, son poids sec (PS) est déterminé. Le CRE
est le rapport entre la teneur en eau de l’échantillon prélevé et celle de l’échantillon en
pleine turgescence. Il est égal à : CRE (%) = ((PF-PS) / (PT-PS))*100 (Weatherley, 1950).
4.2.2.3.3- Composantes du rendement et analyses chimiques du maïs sucré
Dans chaque parcelle, un rectangle de 3 m x 1,5 m a été délimité au centre pour la mesure
les paramètres de rendement. À la récolte, les rendements frais en épis vendables, non
vendables et en tiges, ont été mesurés sur les 3 mètres des deux rangs centraux de la
43
parcelle. Les grains et les cannes sèches ont été analysés pour leur prélèvement en les
éléments (N, P, K, Mg, Ca, Cu, Zn).
4.2.2.3.4- Analyses chimiques du sol
Le sol a été échantillonné à l’automne aux profondeurs 0-20 cm et 20-40 cm. Il n’a pu être
échantillonné plus profondément à cause de la présence de schiste. Les échantillons de sol
ont été séchés et tamisés pour les analyses en C, N, P, K, Ca, Mg, Na selon les procédures
mentionnées aux sections 4.1.4.1 et 4.1.4.2.
4.2.3- Analyses statistiques
Le dispositif utilisé pendant l’essai était un bloc aléatoire complet avec un facteur
(fertilisation) et quatre blocs (Annexe 3). La fertilisation avait quatre niveaux : un
traitement sans fertilisation (PF), un témoin avec des engrais minéraux ou NEPEKE, soit la
fertilisation recommandée pour fertiliser le maïs sucré à cette ferme, un traitement avec
mélange de NEPE (1 unité d’azote et 1 unité de phosphore) provenant des engrais de
synthèse et 1K (1 unité de potassium) provenant du lixiviat de compostage; appelé
NEPEKL, 1N provenant de l’engrais azoté de synthèse et 1P (1 unité de potassium)
provenant du lixiviat de compostage, mais apportant aussi l’équivalent de 3K (3 unités de
potassium); appelé NEPL3KL. Un biais lié à une forte compaction du sol du bloc 1 a conduit
à son élimination. Ainsi, l’analyse statistique s’est effectuée sur trois blocs. Chaque
parcelle avait 3 m x 3 m avec une bande tampon de 2 m entre les parcelles.
L’homogénéité de la variance des résultats a été vérifiée à l’aide du graphique généré par la
procédure PLOT du logiciel SAS 9.3 (SAS, 2012). La distribution normale de l’erreur
expérimentale a été vérifiée à l’aide du Skewness/Kurtosis et du test Shapiro-Wilk généré
par la procédure UNIVARIATE de SAS (SAS, 2012). Les données agromorphologiques, de
teneur en eau du sol et les paramètres du rendement ont été analysées avec la procédure
MIXED du logiciel SAS 9.3 (SAS 2012). Les traitements ont été comparés entre eux à
l’aide de tests t générés par la procédure MIXED de SAS 9.3 (SAS, 2012).
45
5- Résultats et discussion
5.1- Intrants
5.1.1- Livraison des résidus périmés de fruits et légumes
La quantité de fruits et légumes livrés chaque semaine a varié dans le temps. Elle a été
maximale en fin janvier (8400 kg; situation liée au hasard puisqu’il s’agissait d’une double
livraison liée à des conditions de tempête de neige où les routes avaient été fermées) et au
début de la décade du mois d’août (9119 kg). Elle a été minimale au début janvier (4200
kg) et à la fin avril (3600 kg). Généralement, la quantité de fruits et légumes reçue a été
comprise entre 4950 kg et 7101 kg (figure 8).
Figure 8 : Quantités des fruits et légumes livrées à la plate-forme de compostage
Les fruits et des légumes déchargés avaient souvent des étiquettes sur certains fruits
(pomme, prunes, etc.), des élastiques sur certains légumes (brocoli, oignons verts, etc.) et
des filets (orange, ail, oignon, etc.). Par ailleurs, comme certains bacs étaient sans cadenas
et que le triage n’était pas toujours homogène, les décharges de fruits et légumes
contenaient dans certains cas des contenants de plastique ou en aluminium (canettes),
rarement des morceaux de verre cassés (Annexe 1) et à quelques occasions des sacs
d’ordures. Compte tenu du poids de fruits et de légumes livrés, ces contaminants étaient
0
2000
4000
6000
8000
10000
05‐janv. 05‐févr. 05‐mars 05‐avr. 05‐mai 05‐juin 05‐juil. 05‐aoûtMois
Poids fruitset légumes
(kg)
Répartition de la quantité livrée de fruits et légumes (en kg) de janvier à août 2012
46
visuellement négligeables. Cependant, leur présence est irritante pour un sol agricole et
soulève un questionnement quant à leur présence sur ce sol.
5.1.2- Masse volumique apparente, teneur en eau, absorption hydrique et capacité de
rétention en eau des intrants
La masse volumique diffère significativement entre les intrants (P < 0,01). Les fruits et
légumes ont donné la masse volumique moyenne la plus élevée avec 544,23 ± 12,16 kg/m3,
suivis par les écorces 203,68 ± 43,39 kg/m3 et la paille 58,42 ± 1,70 kg/m3. Cet écart
s’explique par la forte masse volumique des fruits et légumes et la faible masse volumique
de la paille; les écorces ayant une masse volumique intermédiaire. La nature et les
propriétés des intrants principaux utilisés influent sur les caractéristiques physico-
chimiques et la qualité d’un compost produit (Zoes et coll., 2000).
Les teneurs en eau des fruits et légumes, de la paille et des écorces diffèrent
significativement (P < 0,01). Les fruits et légumes ont présenté une teneur en eau plus
élevée avec 88,02 ± 0,79 %, suivi des écorces à 36,12 ± 2,65 %, tandis que celle de la
paille est de 7,07 ± 1,18 %.
La paille et les écorces diffèrent significativement quant à l’absorption hydrique (P < 0,01).
L’absorption hydrique est plus importante pour la paille (2,0 ± 0,1 kg eau absorbée/kg),
comparativement aux écorces (0,4 ± 0,1).
Par ailleurs, divers autres matériaux absorbants ont été évalués au laboratoire (tableau 7).
L’addition de structurants/absorbants peut réduire la TEE du mélange final en compostage
(Chongrak, 2007). Les teneurs en eau des structurants étudiés confirme leur influence sur
leur capacité d’absorption de l’eau (Mustin, 1987).
47
Tableau 7 : Capacité d’absorption hydrique de divers matériaux absorbant ou structurant à
inclure dans une recette de compost
Matériau kg eau absorbée/kg
Compost (TEE de 30-50 %) 2 ± 0,7
Paille 3,3 ± 0,0
Écorces 0,5 ± 0,0
Foin 3,0 ± 0,8
Copeaux de bois 1,5 ± 0,2
Fumier de cheval 3,6 ± 0,3
5.1.3- pH et conductivité électrique des absorbant/structurant
Le pH ne présente pas de différence statistique entre les intrants. La paille a eu un pH acide
(5,95 ± 0,09), ainsi que les écorces (6,04 ± 0,04). Les intrants diffèrent significativement
quant à leur conductivité électrique (P < 0,01). La paille présente une conductivité
électrique plus élevée (1,81 ± 0,30 mS/cm) que les écorces (1,56 ± 0,34 mS/cm).
5.1.4- Matière organique, carbone, et éléments minéraux
5.1.4.1- Teneurs en matière organique et carbone
Les teneurs en matière organique et en carbone différent significativement selon l’intrant
étudié (P < 0,01). Les analyses de la variance pour la matière organique et le carbone sont
identiques, puisqu’il s’agit simplement d’une multiplication de la teneur en carbone par le
facteur de 1,74 pour les sols ou idéalement 2 pour les composts. Les écorces ont un taux de
matière organique de 97,33 ± 1,33 %, suivies de la paille à 95,49 ± 0,56 %, et les fruits et
légumes à 92,27 ± 6,10 %. Les écorces contiennent plus de carbone avec une teneur de
56,45 ± 0,77 %, suivies de la paille à 55,39 ± 0,32 %, puis les fruits et légumes à 53,52 ±
3,57 %.
48
5.1.4.2 Teneurs en éléments minéraux majeurs et traces
Les intrants contiennent différentes teneurs en azote, phosphore et potassium. (P < 0,01).
La teneur en azote a été plus élevée dans les fruits et légumes (16,5 ± 3,2 mg/kg), suivis de
la paille (5,3 ± 0,1 mg/kg), et enfin, les écorces (3,8 ± 2,2 mg/kg). De la même manière, les
fruits et légumes ont la teneur la plus élevée en phosphore avec 2,8 ± 0,4 mg/kg, suivis de
la paille à 1,3 ± 0,1 mg/kg et des écorces à 0,2 ± 0,3 mg/kg. La même tendance s’exprime
avec le potassium. En effet, la teneur en potassium est plus élevée dans les fruits et
légumes (24,3 ± 3,1 mg/kg), suivi de la paille (2,0 ± 0,1 mg/kg), et les écorces (1,3 ± 0,5
mg/kg). Les intrants contiennent peu d’éléments traces (tableau 8) et peuvent être
considérés pour le compostage.
Tableau 8 : Composition en éléments traces des intrants inclus dans les recettes de
compostage
À titre informatif, des analyses complémentaires ont été faites pour qualifier la
composition des fruits et des légumes. Les légumes ont des teneurs en nutriments plus
élevées que celles des fruits de 70 % en N; de 65 % en P; de 57 % en K; de 50 % en Ca; de
Élément trace Fruits et légumes Écorces de bouleau blanc Paille
mg/kg
As < 5 < 5 < 5
Se < 7 < 7 < 7
Mo < 0,8 < 0,8 < 0,8
Cd 0,3 0,6 0,6
Co < 0,6 < 0,6 < 0,6
Cr 3,1 4,6 3,8
Ni 0,3 1,5 1,0
Pb < 4 < 4 < 4
Cu 8,2 4,0 6,0
Zn 13,3 154,1 41,1
49
67 % en Mg; de 300 % en Na; de 75 % en Fe; de 15 % en Cu; de 170 % en Zn (tableau 9).
Par contre, les fruits contiennent 25 % plus de bore que les légumes.
Tableau 9 : Composition chimique sur une base de poids sec, en azote, phosphore,
potassium, calcium, magnésium, sodium, fer, cuivre, zinc et bore des fruits et des légumes
analysés séparément
Intrant N P K Ca Mg Na Fe Cu Zn B
mg/kg
Fruits
(n = 3)
1,25 0,20 1,82 0,22 0,09 0,02 37,51 6,65 9,18 27,52
Écart type lié aux fruits
0,02 0,00 0,02 0,01 0,00 0,00 0,82 0,54 0,30 0,12
Légumes
(n = 3)
2,12 0,33 2,85 0,33 0,15 0,08 65,73 7,64 24,84 20,74
Écart type lié aux légumes
0,03 0,00 0,06 0,00 0,00 0,00 2,69 0,46 0,35 0,64
% (L) > (F) 69,6 65,0 56,6 50,0 66,7 300,0 75,2 14,9 170,5 24,6
n = nombre d’échantillons analysés
5.2- Évolution du compost pendant les semaines de compostage intensif avec des
additions de fruits et de légumes aux deux/trois semaines
5.2.1 Température
La figure 9 décrit l’évolution dans le temps des températures des piles en compostage. La
température était dans la zone thermophile une semaine après la formation des piles.
50
Figure 9: Évolution dans le temps des températures des recettes de compost à base de paille
et celle à base d’écorces
La température moyenne des neuf points d’échantillonnage a différé significativement
entre les recettes (P < 0,01). Le compost obtenu avec les écorces a chauffé avec une
température moyenne de 41,18°C (± 11,18°C) tandis que celui produit avec le soya a eu
une température moyenne de 37,61°C (± 9,85°C). La différence s’expliquerait surtout par
le degré d’aération dans la pile en compostage. En effet, Brouillette et coll. (1996) a
montré que moins un compost est aéré, plus sa température est élevée, car une bonne partie
de la chaleur produite reste dans la pile en compostage. Au contraire, si la pile en
compostage est bien aérée, la chaleur est évacuée naturellement ou mécaniquement dans
l’air. Dans l’expérimentation, bien que la paille et les écorces soient de bons structurants, la
paille permet une meilleure aération dans le compost.
Dans la même veine, la température a différé significativement entre les hauteurs (sommet,
milieu, bas; P < 0,01) et entre les profondeurs (avant, centre et arrière; P < 0,01). La
température au bas de la pile à 32,37 (± 11,32 °C) a été statistiquement différente de celles
du sommet à 42,75 (± 6,28 °C) et du milieu à 43,06 (± 10,65 °C) qui sont identiques. En
effet, le bas étant plus compacté et plus humide à cause de l’écoulement préférentiel, s’est
moins réchauffé. Au milieu, la température est la plus élevée, car le cœur de la pile en
compostage dégage et conserve le plus de chaleur. En ce qui concerne les profondeurs, la
température au centre (44,67 ± 10,83 °C) a été significativement différente de celle de
51
l’avant, près de l’extérieur (38,36 ± 7,58 °C) et à l’arrière, près des murs (35,16 ± 11,67°C)
qui sont similaires. À l’arrière de la cellule, près des murs, l’aération forcée et la
convection créées par les murs expliquent cette valeur plus faible. Le centre s’est plus
réchauffé en conservant sa chaleur. Par ailleurs, il faut noter que globalement les
températures moyennes produites par les composts à base de paille et d’écorces sont en
deçà de celles qui permettent l’hygénisation complète du compost et qui provoquent les
émissions de gaz à effets de serre (T > 45°C; Pagan et coll., 2005).
5.2.2- Absorption hydrique, masse volumique et teneur en eau
Les figures 10, 11 et 12 décrivent l’évolution dans le temps de l’absorption hydrique, de la
masse volumique et de la teneur en eau des piles en compostage.
Figure 10: Évolution dans le temps du pourcentage d’absorption hydrique des recettes de
compost à base de paille et celle à base d’écorces
L’absorption hydrique est significativement différente entre les recettes de compost (P <
0,05). Le compost pailleux a présenté une meilleure absorption hydrique avec un taux de
36,45 % (± 10,57) par rapport au compost à base d’écorces qui a été caractérisé par un taux
d’absorption moyen de 30,31 % (± 9,87). Cet écart est dû au fait que la capacité
individuelle d’absorption hydrique de la paille est supérieure à celle des écorces.
Cependant, l’absorption hydrique n’a pas présenté de différence statistique entre les points
d’échantillonnage, aussi bien en hauteur qu’en profondeur. L’absorption est assez
Périodes
% d
’ab
sorp
tion
hyd
riq
ue
52
homogène pour toutes les couches du profil à cause de la nature même des fruits et
légumes. Constitués de plus de 80 % d’eau (Michaud, 2007), ces derniers sont
régulièrement répartis sur l’ensemble de la matrice lors des retournements.
Figure 11: Évolution dans le temps de la masse volumique des recettes de compost à base de paille et celle à base d’écorces
La masse volumique apparente des composts des deux recettes est similaire. Ces résultats
s’expliquent par le fait que la paille et les écorces bien pourvues, en carbone dont la
lignine, procurent en même temps une structure à la pile en compostage.
La distance d’échantillonnage en profondeur, c.-à-d. de l’avant au centre à l’arrière de la
cellule, dans la pile en compostage n’a pas eu d’effet sur la masse volumique. Par contre, la
masse volumique varie significativement avec la hauteur dans la masse en compostage (P <
0,01). Le sommet de la pile a une masse volumique apparente statistiquement différente de
celles du milieu et du bas, qui elles sont égales. Ainsi, le compost au sommet de la pile a
une masse volumique de 554,35 ± 73,59 kg m-3 comparativement à celles du centre et du
bas qui ont des masses volumiques de 688,64 ± 67,08 kg m-3 et 705 ± 83,85 kg m-3,
respectivement. En réalité, la compaction doublée d’un écoulement préférentiel de l’eau
ont été à l’origine de ce gradient de masse volumique observée suivant la hauteur de la pile
en compostage. Ces résultats sont conformes à ceux rapportés par Brouillette et coll.
(1996).
53
Figure 12: Évolution dans le temps de la teneur en eau des recettes de compost à base de paille et celle à base d’écorces
La teneur en eau n’a pas varié significativement entre les recettes. Le compost à base de
paille a eu une TEE moyenne de 58,64 ± 7,05 % alors que celle du compost à base
d’écorces a eu une TEE de 59,33 ± 5,88 %. Les deux teneurs en eau ont été comprises dans
la fourchette que Chongrak (2007) définit comme une gamme de teneurs en eau optimale
(entre 50 et 70 % avec comme moyenne 60 %). La paille et les écorces étant de bons
structurants, permettent une bonne aération de la pile en compostage, un bon écoulement et
une évaporation optimale de l’eau issue des fruits et légumes; ce qui pourrait expliquer les
teneurs en eau comparables obtenus avec les deux recettes.
En ce qui concerne les points d’échantillonnage, la TEE diminue significativement avec la
hauteur de l’échantillonnage. La teneur en eau au sommet de la pile en compostage (54,78
± 3,64 %) est significativement différente de celles du milieu (60,89 ± 4,77 %) et du bas
(61,29 ± 8,01 %) qui sont similaires. Ce résultat pourrait être expliqué par le meilleur
drainage des pores dans la couche extérieure au sommet du compost comparativement aux
zones plus basses; drainage par simple gravité ou encore l’évaporation de l’eau favorisée
en surface de la pile en compostage. Chacune de ces recettes permet ainsi une bonne
décomposition de la matière organique et une assez bonne évaporation de l’eau. Ces
paramètres ajoutés à l’effet de la compaction des intrants par leur poids, influencent en
partie l’absorption hydrique, la masse volumique et la teneur en eau. La masse volumique
apparente est ainsi directement liée à la teneur en eau (Mustin, 1987).
54
5.2.3- Porosité
La porosité et les espaces lacunaires restent des caractéristiques importantes du
compostage qui assurent l’oxygénation de la pile. La porosité se définit comme le rapport
du volume des pores vides sur le volume total tandis que l’espace lacunaire représente le
rapport entre le volume des espaces de gaz et le volume total (Brouillette et coll., 1996).
La porosité n’a pas différé significativement entre les recettes (P < 0,01). Les deux
structurants ont induit des porosités comparables; 83,54 ± 2,67 % pour le compost à base
de paille et 82,85 ± 2,63 % pour celui avec les écorces. L’utilisation de la paille et des
écorces a entraîné une bonne structure, ce qui implique une bonne décomposition de la
matière organique. Finalement, elle a créé une aération optimale.
La porosité a différé significativement entre les points d’échantillonnage de la pile en
hauteur (P < 0,01). Cette différence est due au fait que le sommet de la pile en compostage
est moins compact que le milieu et le bas. Ces résultats sont similaires à ceux rapportés par
Brouillette et coll. (1996). Les valeurs de porosité obtenues sont de 85,72 ± 1,74 % au
sommet; 82,18 ± 1,82 % au milieu et 81,74 ± 2,43 % en bas. En comparant les hauteurs
entre elles, l’analyse montre que la porosité au sommet est différente de celles du milieu et
du bas, qui elles sont identiques. Nogueira et coll. (1999) expliquent ce résultat par le
gradient d’aération et de compaction en suivant le profil.
La porosité, paramètre fondamental pour le réchauffement de la pile en compostage, pour
l’évaporation de l’eau, pour la décomposition de la matière organique est liée directement
aux taux d’espaces lacunaires retrouvés dans le compost. L’espace lacunaire étant liée par
une transformation mathématique à la porosité, les deux paramètres donnent les mêmes
analyses de variance entre les recettes et les points d’échantillonnage. Par rapport aux
moyennes des traitements, le compost à base de paille a un espace lacunaire de 49,41 ±
8,00 % et celui à base d’écorces de 47,23 ± 7,88 %. L’espace lacunaire au sommet de la
pile a été de 55,82 ± 5,23 %; celle de milieu de 45,23 ± 5,47 % tandis que celle du bas est
de 43,91 ± 7,29 %. Bouillette (1995) a obtenu des résultats similaires. Les espaces
lacunaires permettent la circulation de l’oxygène dans la pile en compostage et in fine la
variation de la température.
55
5.2.3- Matière organique, carbone, et éléments minéraux majeurs
Comme évoqué, les paramètres physiques sont liés aux paramètres chimiques d’où
l’importance d’étudier, en plus, la matière organique, le carbone, l’azote, le phosphore et le
potassium.
5.2.3.1- Matière organique et carbone organique
La figure 13 décrit l’évolution dans le temps du carbone organique des piles en
compostage.
Figure 13: Évolution dans le temps du pourcentage en carbone organique des recettes de
compost à base de paille et celle à base d’écorces
La teneur en matière organique a différé significativement entre les recettes (P < 0,05). En
moyenne, les écorces entraînent moins de décomposition de la matière organique avec
77,06 ± 7,25 % versus 73,66 ± 4,97 % pour la paille; ce qui correspond à 44,70 ± 4,28 % et
42,72 ± 2,88 % de carbone organique, respectivement. Ce résultat pourrait être expliqué
par le fait que plus la granulométrie d’un matériau est petite, plus sa surface par unité de
poids est grande; ce qui augmente l’activité microbienne et in fine la décomposition de la
matière organique. En réalité, la granulométrie est un paramètre important qui facilite le
compostage de matériaux contenant beaucoup d’eau (O’Leary et Walsh, 1995). Il faut
aussi penser que les écorces ont une teneur en lignine, une molécule récalcitrante à la
décomposition, plus élevées que la paille de soya. La teneur en lignine est estimée à
environ 25 % pour les écorces comparativement à moins de 10 % pour la paille de soya.
56
Dans le même registre, il faut noter que l’analyse de la matière organique n’a pas présenté
de différences significatives pour les points d’échantillonnage en hauteur et en profondeur.
Le retournement rend homogène le mélange des matériaux et donc la distribution de la
matière organique dans la matrice.
5.2.3.2- Azote, rapport carbone/azote (C/N), phosphore et potassium
La figure 14 décrit l’évolution dans le temps de l’azote total, du rapport C/N, et du
phosphore et du potassium total des piles en compostage.
La décomposition de la matière organique dépend en grande partie de l’équilibre entre la
teneur en carbone et celle en l’azote dans le pile en compostage donc du rapport C/N. Étant
un constituant essentiel des cellules microbiennes, l’azote participe à la croissance des
microorganismes et la dégradation de la matière organique (Fortin, 1982). Sa teneur diffère
significativement entre les recettes (P < 0,01). Le compost avec la paille a un contenu en
azote plus élevé (1,56 ± 0,15 %) que celui des écorces (1,29 ± 0,13 %). Ce résultat pourrait
être expliqué par le fait que le compost structuré avec la paille se décompose mieux que
celui avec les écorces. Ainsi, avec une meilleure aération, il se produit avec la paille plus
de nitrate suite à la transformation de l’ammonium. La volatilisation de l’azote est réduite
simultanément. Aussi la nitrification ayant lieu à température inférieure à 40°C, a profité
au compost à base de paille contrairement au compost produit avec les écorces. Les
températures au-delà de 40°C inhibent l’activité et la croissance des microorganismes
nitrifiants (Morasaki et coll., 1989; cités par Khalil et Domeizel, 2010). L’azote n’a pas
différé significativement entre les hauteurs et les profondeurs d’échantillonnage.
57
Figure 14 a, b, c, d: Évolution dans le temps des pourcentages en azote, phosphore et
potassium, et du rapport C/N des recettes de compost à base de paille et celle à base
d’écorces
Dans le même sillage, il a été établi que la minéralisation de l’azote s’opère de façon
optimale avec un rapport C/N compris entre 27 et 30 (Epstein, 2011). Au cours de cette
expérience, le rapport C/N diffère significativement entre les recettes (P < 0,01) avec un
C/N de 27,96 ± 1,75 pour le compost à base de paille et 35,11 ± 1,72 pour celui à base
d’écorces. Enfin, cet écart de la teneur en azote entre les recettes pourrait résulter du
contenu azoté des intrants pris individuellement dans le mélange particulièrement des fruits
et des légumes (voir section 5.1.4.2). D’ailleurs, Gagnon et Simard (1999) et, Gopal et
Shankar (2011) ont démontré que la valeur nutritive en azote et phosphore des composts
frais dépendait surtout des sources de matériaux qui constituent la recette.
58
Les teneurs en azote ont été similaires entre les points d’échantillonnage en hauteur et en
profondeur. La teneur en azote dans la pile en compostage est homogène par les
retournements hebdomadaires.
Hormis l’azote, le phosphore constitue un élément essentiel résultant de la décomposition
de la matière organique. La teneur en phosphore diffère significativement entre les recettes
(P < 0,01). Le compost avec la paille a une meilleure teneur en phosphore avec 0,30 ± 0,04
% versus 0,22 ± 0,03 % pour le compost à base d’écorces. Cette différence pourrait être
toujours expliquée par le taux de décomposition qui est meilleur avec le compost à base de
paille. Plus la matière organique est minéralisée, plus la teneur en P augmente dans la pile
en compostage avec des fruits et des légumes riches en P (0,200 ± 0,002 % pour les fruits
et 0,330 ± 0,003 % pour les légumes). Les teneurs en P ont été similaire dans les composts
peu importe la hauteur ou la profondeur d’échantillonnage.
Enfin, un troisième élément découlant de la minéralisation de la matière organique reste le
potassium, très présente dans les fruits et légumes. Le potassium a démontré les mêmes
tendances que l’azote et le phosphore. Sa teneur diffère significativement entre les recettes
(P < 0,01). La teneur en potassium a été supérieure pour le compost à base de paille (0,93 ±
0,10 %) que pour le compost avec les écorces (0,77 ± 0,06 %). D’une part, cet écart
s’explique par le taux de décomposition de la matière organique qui est plus élevé avec le
compost à base de paille. D’autre part, le potassium étant soluble, il est retenu davantage
par la paille qui a une meilleure capacité d’absorption hydrique. La teneur en potassium
présente une différence significative entre les hauteurs d’échantillonnage (P < 0,01). La
teneur en potassium au sommet de la pile (0,92 ± 0,14 %) est différente statistiquement
celles du centre (0,80 ± 0,12 %) et du bas (0,80 ± 0,12 %), qui sont, d’autre part, similaires
entre elles. L’explication viendrait du fait que la teneur en eau étant plus faible dans la
section supérieure du compost, le potassium y est maintenu. Au contraire, le potassium
étant soluble, il est lessivé dans les couches inférieures du compost.
5.2.4- pH et conductivité électrique
La figure 15 décrit l’évolution dans le temps du pH et de la conductivité électrique des
piles en compostage.
59
Figure 15 a, b: Évolution dans le temps du pH et de la conductivité des recettes de compost
à base de paille et celle à base d’écorces
La décomposition de la matière organique libère des éléments nutritifs qui peuvent
influencer les activités microbiennes et l’évolution du pH. D’autre part, le pH renseigne sur
l’activité biologique dans une matrice. Il est influencé significativement par les recettes et
les hauteurs d’échantillonnage (P < 0,01). Le compost à base d’écorces a un pH de 6,53 ±
1,13 tandis que celui avec la paille a un pH de 6,13 ± 0,91. La masse volumique et la
teneur en eau, étant plus élevées avec le compost à base d’écorces, expliquent cette
différence de pH. Aussi, la paille a tendance à influencer l’acidité du compost étant de
nature plus acide. Adhikari et coll. (2008) ont constaté le même phénomène. La
transformation de l’azote organique en azote minéral, soit l’ammonium, le nitrite, puis le
nitrate, pourrait aussi expliquer la différence de pH entre les deux recettes. L’azote
organique, dont les protéines, des fruits et des légumes est transformé en ammonium par
les microorganismes. Cependant, s’il n’est pas immobilisé par les microorganismes, il peut
être lessivé ou encore perdu par volatilisation. En effet, quand la teneur en eau du compost
est forte, la présence importante d’ammonium peut augmenter le pH de 1 ou 2 unités et
favoriser la libération de l’ammoniac. Si la minéralisation se poursuit dans des conditions
d’aérobie, l’ammonium est oxydé par des Nitrosomonas en nitrite en utilisant le carbone du
dioxide de carbone ou du carbonate. Finalement, les nitrites sont oxydés en nitrates par
divers microorganismes, dont des Nitrobacter. L’oxydation de l’ammonium est un
processus acidifiant. Ainsi, avec le compost à base de paille qui est plus aéré, les processus
60
de la nitrification diminueraient le pH par la production d’acides organiques et la libération
d’ions H+ (Mustin, 1987).
En ce qui concerne la hauteur de la pile, le pH moyen au sommet de la pile (7,05 ± 1,05)
est significativement différent de celui du milieu (5,89 ± 1,14) et de celui du bas (6,06 ±
0,75), qui eux sont similaires. La couche supérieure présente un pH proche de la neutralité
en lien avec la volatilisation de l’ammoniac. Les zones du milieu et du bas contiennent
plus l’eau et sont plus compactées d’où une acidification plus forte induite par une
fermentation, comme celle des sucres en acides acétique, lactique, etc. L’échantillonnage
en profondeur, de l’avant à l’arrière de la cellule de compostage, n’a pas d’effet sur le pH,
car en moyenne, il n’y a pas eu de gradients de teneur en eau encore moins de compaction
suivant cette position.
Durant le processus de compostage, l’évolution du pH est liée à celle de la CÉ. La CÉ
traduit la présence d’ions (Ca, Mg, K, Cl, Na, NO3, PO4, SO4, etc,) en solution qui
influence la conductivité du compost. Elle a différé significativement entre les recettes et
entre les hauteurs de l’échantillonnage (P < 0,01). Le compost obtenu avec les écorces a
présenté une CÉ moins élevée (1,8 ± 0,47 mS/cm) que celui produit avec la paille (2,3 ±
0,66 mS/cm). La paille ayant une CÉ supérieure à celle des écorces, participe plus à
l’augmentation de la conductivité de la matrice. Aussi, la minéralisation de la matière
organique, étant plus importante avec le compost à base de paille, entraîne une
augmentation de la concentration en ions et donc une augmentation de la CÉ. Ce résultat
confirme par les travaux de Sanchez-Monedero et coll. (2001) et, de Khalil et Domeizel
(2010). Dans la même veine, Khalil et Domeizel (2010) a montré que l’intensification de la
nitrification causée par une bonne aération produirait aussi les mêmes effets.
Par ailleurs, la CÉ diffère significativement entre les différents points d’échantillonnage en
hauteur de la pile en compostage (P < 0,01). La CÉ mesurée au sommet de la pile (haut;
1,60 ± 0,06 mS/cm) est différente de celle du milieu (2,22 ± 0,07 mS/cm) et du bas (2,33 ±
0,02 mS/cm). Cependant, les CÉ au milieu et au bas de la pile sont identiques. Le sommet
de la pile est en condition d’aérobie et a une teneur en eau plus faible, permettant la
migration des ions vers le centre et le bas de la pile, un résultat similaire à celui obtenu
61
pour le K. Enfin, la CÉ est similaire de l’avant, au centre à l’arrière de la pile en
compostage. C’est dû au fait qu’il n’y a pas de gradient hydrique prononcé sur ce profil.
5.2.5- Granulométrie à 19, 9, 6, 4 et 2 mm
La figure 16 décrit l’évolution dans le temps de la taille des particules ou de la
granulométrie des piles en compostage.
La granulométrie joue un rôle important dans le processus de compostage, notamment la
taille des particules en mélange; d’où l’examen des classes de granulométrie. La
granulométrie des particules affecte la vitesse de compostage et la qualité du compost.
D’autre part, elle permet d’évaluer le pourcentage de matières non recyclables. La
granulométrie des particules de 19 mm des composts diffère significativement d’une
recette à l’autre (Recettes; P < 0,01), et entre les points d’échantillonnage en hauteur de la
pile en compostage dans la cellule (Hauteur; P = 0,01). Le compost à base d’écorces a plus
de particules de 19 mm que celui à base de paille (74,83 % versus 36,10 %). Cette
différence est due à une variation dans la taille et la vitesse de décomposition des
matériaux. Les écorces ont une taille importante en termes de profondeur, largeur et
épaisseur, et se décomposent lentement. Du coup, leurs dimensions (15 cm x 7 cm x 0,1
cm) varient moins vite que la paille coupée à 15 cm de long. D’autre part, le pourcentage
des particules dont la taille est de 19 mm varient entre les positions dans le sens de la
hauteur de la pile du sommet à la base. Ainsi, la granulométrie au sommet (51,86 ± 30,20
%) et au centre (55,62 ± 28,14 %) de la cellule est identique, mais diffère à celle du bas
(58,92 ± 23,71 %). La décomposition au bas de la pile est influencée par l’écrasement des
intrants en compostage, la TEE et l’aération moindre semblent ralentir la décomposition.
Les particules au sommet et au centre de la pile sont bien aérées, favorisant la
décomposition.
62
Figure 16: Évolution dans le temps du pourcentage des particules de 19 à 2 mm, ou de la
granulométrie, des recettes de compost à base de paille et celle à base d’écorces
Le pourcentage des particules dont la taille est de 9 mm diffère significativement entre les
recettes de compost (Recettes; P < 0,01). La granulométrie moyenne à 9 mm pour le
compost à base de paille (23,76 ± 7,91 %) est plus élevée que celle à base d’écorces (9,02
± 2,25 %). La granulométrie à 9 mm est similaire entre les points d’échantillonnage en
hauteur et en profondeur de la pile. En effet, les piles en compostage subissent un
retournement chaque semaine; ce qui participe à leur homogénéité.
63
Le pourcentage des particules des composts dont la taille est de 6 mm diffère
significativement entre les recettes (Recettes; P < 0,01). La granulométrie moyenne à 6 mm
du compost à base de paille (11,5 ± 7,91 %) est plus élevée que celle à base d’écorces (5,5
± 2,25 %). Le compost à base de paille est plus fin que le matériau grossier provenant des
écorces. Ensuite, la granulométrie à 6 mm diffère significativement entre les positions dans
le sens de la profondeur de la pile en compostage dans la cellule. Il y a moins de particules
de 6 mm dans le compost situé à l’avant de la cellule (7,52 ± 2,04 %) que dans celui situé
au milieu (10,09 ± 2,28 %) qui lui est différente de celui du fond de la cellule (mur; 7,52 ±
2,13 %). Par contre, la granulométrie du compost à 6 mm est similaire à l’avant et au fond
de la cellule. Aucune hypothèse n’a été retenue pour expliquer pourquoi les fruits et les
légumes peu décomposés se seraient retrouvés au centre de la pile. Enfin, il n’y a pas eu de
différence significative entre les hauteurs d’échantillonnage de la pile. L’homogénéité des
piles en compostage induite par les retournements hebdomadaires pourrait expliquer ces
résultats.
Le pourcentage des particules des composts dont la taille est de 4 mm diffère
significativement entre les recettes, et les positions d’échantillonnage en hauteur et en
profondeur (P < 0,01). Le compost à base de paille présente une granulométrie à 4 mm
(6,01 ± 3,03 %) plus élevée que celui à base d’écorces (2,37 ± 1,83 %), pour les mêmes
raisons que citées auparavant. Dans la même veine, il faut noter que la décomposition de la
matière organique est en relation directe avec la granulométrie moyenne voire fine. Le
sommet et le centre de la pile en compostage ont donné une meilleure décomposition de la
matière que le bas probablement lié à de meilleures conditions de compostage. C’est ce qui
pourrait expliquer que les granulométries au sommet (4,81 ± 2,73 %) et au centre (4,39 ±
2,94 %) de la pile soient similaires, mais différentes de celle du bas (3,36 ± 2,79 %). De
plus, cette granulométrie diffère significativement entre les positions dans le sens de la
profondeur de la pile dans la cellule (P < 0,01). La granulométrie du compost situé à
l’avant de la cellule est similaire à celle du milieu avec respectivement un taux de 4,43 (±
2,87 %) et 4,72 (± 3,11 %). Ces dernières sont différentes de celle du compost situé au
fond de la cellule qui a une granulométrie de 3,42 % (± 2,45). Cette différence pourrait
s’expliquer par le fait qu’à l’avant et au centre, le compost est dans des conditions de
64
compostage adéquates, alors qu’au fond de la cellule la convection et l’aération forcée le
long du mur ne permettent pas un compostage optimal.
Le pourcentage des particules des composts dont la taille est de 2 mm diffère
significativement entre les recettes, et entre les positions d’échantillonnage en hauteur et en
profondeur de la pile en compostage (P < 0,01). Le compost à base de paille a présenté la
granulométrie à 2 mm la plus élevée (17,93 ± 3,11 %) comparativement à celui à base
d’écorces (7,75 ± 1,73 %). Cet écart pourrait être expliqué par le fait que la texture du
compost à base de pailles est plus fine que celle avec les écorces. Pour ce qui est des
mesures dans le sens de la profondeur de la pile dans la cellule, la granulométrie des
particules à 2 mm à l’avant de la cellule (19,60 ± 3,61 %) est différente des granulométries
du milieu et du fond qui sont identiques avec respectivement; 8,75 ± 2,84 % et 10,18 ±
2,34 %. L’avant de la cellule est plus aéré, car elle est en contact avec l’air libre. Par
conséquent, la décomposition de la matière organique à cette position est plus intense et
donne un matériau plus fin qu’au centre et au fond de la cellule.
Au départ, la taille de la paille étant plus petite que celle des écorces, son type de carbone
est plus facilement attaqué et décomposé par les microorganismes, et donne des particules
plus fines en fin de compostage. Les particules de 19 mm et plus se retrouvent
principalement dans le compost à base d’écorces, alors que les particules de 2 mm et moins
se retrouvent principalement dans le compost à base de paille. Après compostage, les
particules d’écorces sont facilement reconnaissables; une longue période de temps sera
requise pour ne plus les reconnaître et obtenir un compost mature et stable. À l’opposé, les
particules de paille se sont plus facilement décomposées et de petites particules sont
obtenues; il n’est pas possible de reconnaitre la paille dans ces fines particules et un
compost mature sera atteint plus rapidement.
5.2.6- Analyse en composantes principales
Comme déjà souligné, le processus de compostage utilise une combinaison de paramètres
physiques, chimiques et biologiques qui interagissent. L’analyse en composante principale
(ACP) permet de déterminer les facteurs qui sont les plus importants, c’est-à-dire ceux qui
expliquent en grande partie la variabilité. Tout d’abord, l’analyse de corrélation a été
65
effectuée afin d’observer les relations qui existent entre les variables du compostage. Par la
suite, les facteurs principaux ont été déterminés en groupant les variables fortement
corrélées. Les facteurs ont alors été considérés comme des variables indépendantes. L’ACP
a aussi permis d’étudier l’importance des différents facteurs sur la variance totale de
l’erreur expérimentale. Grâce au modèle d’analyse parallèle (Hayton et coll., 2004), les
facteurs qui ont une valeur propre expliquant plus de 5 % de la variance ont été retenus. De
plus, la règle de pouce de Kaiser stipule que les facteurs ayant une valeur propre supérieure
à un (1) sont retenus. L’analyse a montré que 83 % de la variabilité est expliquée par six
composantes (tableaux 10 à 12). La première composante explique 31 % de la variabilité;
la deuxième composante en décrit 16,8 %; la troisième composante justifie 15,40 %; la
quatrième composante participe pour 8,10 % de variabilité; la cinquième composante en
explique 6,60 % enfin la sixième composante décrit 4,90 %. La combinaison du modèle de
la méthode de l’analyse parallèle et celui de la règle Kaiser a permis de regrouper les
variables en facteurs principaux. Un coefficient de saturation supérieur à 0,40 a été choisi.
Au cas où celui-ci était > 0,40 pour plusieurs facteurs, la variable dans le facteur où elle
présente le plus grand coefficient est retenu (Jagadamma et coll., 2008; Villamil et coll.,
2012). La matrice des coefficients de saturation a permis de déterminer 6 facteurs (tableaux
10 à 12). D’après la règle de pouce de Kaiser, les six premières composantes sont
représentatives pour expliquer environ 80 % de la variation totale. Enfin, la rotation a
permis de réorienter les facteurs afin de pouvoir les observer sous un angle qui facilite
mieux l’interprétation.
Le facteur 1 est constitué des variables; azote, phosphore, rapport carbone/azote,
potassium, qui sont corrélées entre elles. Ainsi, les éléments majeurs apportent la même
information et il est possible de spéculer qu’ils assurent le bon développement des
microorganismes. Les coûts des analyses peuvent être réduits en limitant les éléments. Le
deuxième facteur est composé des variables; absorption hydrique du compost et les
granulométries à 9, 6 et 4 mm. L’absorption hydrique et les granulométries intermédiaires
assurent une certaine activité de l’eau (water activity) aux microorganismes. Le troisième
facteur est formé des variables; teneur en eau, pH, masse volumique apparente, et
conductivité électrique. Ces propriétés physico-chimiques influencent l’activité des
microorganismes. Le quatrième facteur a inclus la granulométrie à 19 et 2 mm. Ces
66
granulométries extrêmes expriment le peu de décomposition (19 mm) et, à l’opposé, la
décomposition avancée (2 mm). Le cinquième facteur inclus uniquement le carbone tandis
que le sixième facteur ne contient que la température en cours de compostage. La
biodisponibilité du carbone aux microorganismes vient isoler ce facteur, tout comme la
température qui intègre l’activité des microorganismes et la valeur isolante de la recette en
compostage.
Tableau 10 : Valeur propre de la matrice de corrélation
Composante Valeur propre Proportion (Variance) Cumulative
1 4,93 0,3083 0,3083
2 2,69 0,1684 0,4766
3 2,46 0,1544 0,6310
4 1,29 0,0810 0,7120
5 1,05 0,0659 0,7779
6 0,78 0,0488 0,8267
7 0,65 0,0406 0,8673
8 0,52 0,0326 0,8999
9 0,48 0,0301 0,9300
10 0,36 0,0227 0,9527
11 0,25 0,0157 0,9684
12 0,174 0,0109 0,9793
13 0,169 0,0106 0,9899
14 0,140 0,0088 0,9987
15 0,015 0,0010 0,9997
16 0,005 0,0003 1
67
Tableau 11 : Facteurs physiques et chimiques des classes de variables expliquant le
processus de compostage
Facteur 1 Facteur 2 Facteur 3 Facteur 4 Facteur 5 Facteur 6
Azote Abs. H2O TEE Granulo 19 Carbone Température
Phosphore Granulo 9 pH Granulo 2
Rapport C/N Granulo 6 MVA
Potassium Granulo 4 CÉ
Abs. H2O : Absorption hydrique; TEE : teneur en eau; T : Température du compost; MVA : masse volumique apparente; CÉ : conductivité électrique; Granulo 19 : granulométrie à 19 mm; Granulo 9 : granulométrie à 9 mm, Granulo 6 : granulométrie à 6 mm, Granulo 4 : granulométrie à 4 mm, Granulo 2 : granulométrie à 2 mm
68
Tableau 12 : Caractéristiques des facteurs après rotation
Facteur1 Facteur2 Facteur3 Facteur4 Facteur5 Facteur6
TEE 0.19130 -0.29581 0.60754 -0.06953 0.37801 -0.22911
Température 0.08599 -0.06969 -0.16414 -0.07544 0.10913 0.94770
MVA -0.33931 -0.20180 0.67607 -0.09574 0.03585 -0.07450
pH 0.09467 -0.15906 -0.86268 -0.06860 0.06036 -0.07689
CÉ 0.14596 0.21893 0.80649 0.07621 -0.08297 -0.18322
Abs. H2O -0.06496 0.73019 -0.27272 -0.07086 0.18193 -0.11083
Granulo19 -0.42304 -0.48026 -0.11225 -0.71113 0.05652 0.07072
Granulo9 0.14967 0.82724 0.21188 -0.08390 -0.14001 -0.01326
Granulo6 0.13230 0.87438 0.13595 0.08411 -0.13875 -0.00138
Granulo4 0.26492 0.64485 -0.07667 0.54085 -0.12845 0.08698
Granulo2 0.37115 -0.33429 0.00431 0.82443 0.11372 -0.10767
Carbone (C) -0.12180 -0.06896 0.00039 0.03769 0.94162 0.12516
Azote (N) 0.94209 0.02664 0.07528 0.21105 0.05122 0.04428
Phosphore 0.79403 0.15966 -0.04755 0.24350 -0.08098 -0.02873
C/N -0.84722 -0.07323 -0.08335 -0.11138 0.46185 0.00293
Potassium 0.89593 0.10643 -0.20304 0.10371 0.06810 0.08666
3.67 2.99 2.46 1.66 1.38 1.06
Variance 22.90% 18.70% 15.40% 10.30% 8.70% 6.70%
TEE : teneur en eau; MVA : masse volumique apparente; CÉ : conductivité électrique; Abs. H2O : Absorption hydrique; Granulo 19 : granulométrie à 19 mm; Granulo 9 : granulométrie à 9 mm, Granulo 6 : granulométrie à 6 mm, Granulo 4 : granulométrie à 4 mm; Granulo 2 : granulométrie à 2 mm ; C/N : rapport carbone/azote.
69
5.3- Compost en stabilisation/maturation
Après douze semaines de compostage dans les cellules de béton, les composts ont été sortis
et mis en andain à l’extérieur sur le sol. Ces composts âgés de 12 semaines ont été
échantillonnés, tamisés et étudiés au laboratoire. Il est important de prendre en compte que
ces andains ont continué à chauffer (figure 17) et ne pouvaient être considérés comme
ayant acquis une stabilisation microbienne. Leur température s’est élevée jusqu’à 68 °C à
la sortie des cellules, pour diminuer lentement jusqu’à 45°C pour le compost à base de
paille et à 50°C pour le compost à base d’écorces. Ces composts alors âgés de 28 semaines
ont été échantillonnés à nouveau et tamisés à 2,54 cm.
Figure 17 : Évolution de la température (°C) des composts en stabilisation/maturation avec paille ou écorces
5.3.1 Qualité des composts
5.3.1.1 Quantification des rejets
En tamisant 215 litres de compost à base de paille, il y a eu 75 ± 21 litres (62 ± 18 kg) de
compost pour 140 ± 28 litres (61 ± 12 kg) de rejets après un tamisage à 2,54 cm. En
tamisant 135 litres de compost à base d’écorces, il y a 45 ± 21 litres du compost tamisé à
2,54 cm (31 ± 15 kg) pour 90 ± 42 litres de rejets (55 kg ± 26). Les rejets ont été constitués
d’écorces, de petites étiquettes identifiant anciennement les fruits et les légumes, de
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Compost avec paille
Compost avec écorce
Date
Tem
péra
ture
(°C
)
Évolution de la température (°C) des composts en stabilisation/maturation avec paille ou écorces
70
plastique d’emballage divers, d’élastiques de toutes les couleurs, de bouteilles, etc.)
(Annexe 2). Les rejets réutilisables sont les écorces alors que les non réutilisables sont le
plastique. Ainsi, il y a presque autant de rejets que de compost. Ces composts doivent être
tamisés pour retirer ces indésirables. La variabilité aux épiceries dans le tri des matières
peut expliquer cette variabilité.
5.3.1.2 Taux de germination, d’élongation racinaire et indice de germination
Les taux de germination étant proches de 100 % pour tous les traitements et le témoin
(eau). Tous les composts tamisés permettent un taux de germination, d’élongation racinaire
et d’indice de germination similaire (tableau 13). Selon l’essai de germination du cresson,
les extraits de composts ne présentent aucun effet phytotoxique.
Tableau 13 : Évolution du taux de germination et d’élongation des racines de cresson, et
indice de germination
Variable
Compost à base de paille
Compost à base d’écorces
Compost forestier
commercial
Taux de germination (%) 97 ± 0,37 98 ± 0,42 99 ± 0,55
Élongation racinaire (%) 126,13 ± 16,16 106,85 ± 16,16 111,17 ± 16,16
Indice de germination (%) 122,10 ± 16,01 104,86 ± 16,01 110,29 ± 16,01
Moyenne de six répétitions et son écart-type. Pour une même variable, les moyennes sont significativement similaires selon le test de LSD.
5.3.1.3 Porosité et espaces lacunaires des composts tamisés
La porosité et les espaces lacunaires des composts secs produits ont été évalués. Le
compost à base d’écorces a donné une meilleure porosité avec 76,9 ± 0,73 % comparé au
compost à base de paille caractérisée par une porosité de 72,9 ± 0,88 %. La mesure des
espaces lacunaires a donné la même tendance avec 29,7 ± 2,2 % pour le compost à base
d’écorces et 17,4 ± 2,64 % pour le compost avec paille. D’après Beauchamp (2011), une
porosité de 40 % assure une oxygénation optimale dans un processus de compostage. Par
conséquent, l’aération est suffisante en cours de compostage.
71
5.3.1.4 Paramètres physico-chimiques et échelle de maturité
À titre informatif, les composts ont été analysés pour déterminer certains paramètres
physico-chimiques. Cependant, les analyses ont été faites sur un seul échantillon (n = 1). Il
faut regarder ces valeurs avec prudence, car il n’y a aucune mesure de variabilité. La teneur
en eau est inférieure à 65 % pour les deux composts tamisés, soit 32,8 % pour le compost à
base de paille et 53,4 % pour le compost à base d’écorces. Leur pH est proche de la
neutralité (7,15 pour le compost à base de paille et 7,54 pour le compost à base d’écorces).
Leur conductivité électrique est de 1,86 dS/m pour le compost à base de paille et de 1,59
dS/m pour le compost à base d’écorces. Dans les deux cas, il est inférieur à 5, ce qui est
favorable à la croissance de la majorité des plantes. Les masses volumiques des composts
secs, mais non tamisés, sont de 438,24 kg/m-3 pour le compost à base de paille et 489,31
kg/m-3 pour celui à base d’écorces.
Les rapports C/N sont de 19 pour le compost tamisé à base de paille et de 20 pour le
compost tamisé à base d’écorces. Ils sont inférieurs à 25 indiquant un bon compostage. La
teneur en matière organique totale est égale à 30 % pour le compost à base de paille et de
49 % pour le compost à base d’écorces, deux valeurs comprises entre 30 et 50 %. La teneur
en éléments tranchants est nulle aussi bien pour le compost à base de paille que pour le
compost à base d’écorces. La teneur en éléments traces des composts est très faible et ne
limite pas son utilisation.
Les composts tamisés répondent aux critères de l’échelle de Kraeutler et Levasseur pour
définir un compost mûr avec une valeur totale de 10 (tableau 14). Ils ont un aspect
granuleux, une couleur brune, une granulométrie < 12 mm, un taux de matières
dégradables reconnaissables < 10 %, très peu de traces de matériaux plastiques
indésirables, l’absence de matériaux indésirables métalliques, une teneur en eau, et une
odeur de terre.
72
Tableau 14 : Résumé des critères de l’échelle de Kraeutler et Levasseur et les cotes obtenus
pour les composts à base de paille et d’écorces tamisés
Critères Compost à base de paille Compost à base d’écorces
Aspect Granuleux (1) Granuleux (1)
Couleur Brun (1) Brun (1)
Granulométrie <12 mm (1) <12 mm (1)
Dégradables reconnaissables < 10% (1) < 10% (1)
Indésirables plastiques Traces (2) Traces (2)
Indésirables verres Absents (1) Absents (1)
Indésirables métalliques Absents (1) Absents (1)
Teneur en eau Frais (1) Frais (1)
Odeur Terre (1) Terre (1)
Total 10 10
5.3.1.5 Essais d’autoréchauffement, de respiration et de libération de l’ammoniac des composts tamisés
Lors des essais d’autoréchauffement, le compost à base de paille a donné une température
maximale de 22,40 ± 0,30 °C et celui à base d’écorces donne une température maximale de
24,63 ± 0,32 °C. Ainsi, les températures maximales dans les jars demeurent entre 20 et 25
°C, confirmant l’état de maturité de ces composts.
Le compost à base de paille a donné un indice de respiration de 5,8, alors que le compost à
base d’écorces a eu un indice de 5,6. Ils sont matures puisque ces indices sont supérieurs à
5,5. À titre comparatif, le compost à base de paille à la sortie des cellules de compostage
73
(âgé de 12 semaines) a eu un indice en NH3 et CO2 de 4,6, ce qui le classe comme un
compost en maturation (curing).
La maturité du compost est constatée seulement sur le compost tamisé, car comme
mentionné auparavant, les andains de compost, en maturation/stabilisation, continuent de
chauffer à des températures comprises entre 47 et 68 °C, et ce après cinq mois. La
stabilisation microbienne n’est pas encore atteinte. Ce résultat, contraire aux propriétés
d’un compost en phase de stabilisation, pourrait être expliqué par la présence d’éléments
nutritifs disponibles dans le compost. Ces derniers assurent l’approvisionnement des
microorganismes en énergie et la chaleur reste trappée dans ces andains.
5.3.1.6 Analyses chimiques des composts tamisés
À titre indicatif et très préliminaire, le compost tamisé a été comparé au compost non
tamisé (tableau 15). Le compost non tamisé à base de paille contient respectivement 81,15
% plus d’azote, 17,26 % plus de phosphore, 66,19 % plus de potassium, 64,01 % de
calcium, 4,30 % plus de magnésium, 29,92 % de zinc que le compost tamisé. Le compost
non tamisé à base d’écorces renferme 22,65 % plus d’azote, 27,56 % de potassium, 10,99
% plus de calcium, et 13,19 % plus de zinc que le compost tamisé. Enfin, l’écorce déjà
utilisé contient 319,33 % plus d’azote; 998,25 % plus de phosphore; 776,88 % plus de
potassium que l’écorce non utilisé. Toutes ces analyses montrent que les composts non
tamisés bénéficient davantage de nutriments que les composts tamisés. Ainsi avec cette
source nutritive, l’activité microbienne augmente, ce qui permet au compost de chauffer.
Par ailleurs, l’analyse chimique des composts à base de paille et à base d’écorces a montré
que les teneurs des éléments chimiques (N, P, K, Ca, Mg, Na, Fe, Cu, Zn, B) du compost à
base d’écorces sont supérieures à celles des éléments retenus dans le compost à base de
paille, sauf pour le fer où le compost à base de paille contient une plus forte concentration.
Les masses volumiques sont de 438,24 g/l pour le compost sec non tamisé avec soya et de
489,31 pour le compost sec non tamisé avec écorces. Elle est de 1042,15 g/l pour le
compost sec tamisé avec soya et 886,14 pour le compost sec tamisé avec écorces.
74
Tableau 15 : Composition chimique sur une base sèche des composts tamisés et non
tamisés produits à partir de paille et d’écorces de bouleau blanc, et des écorces utilisés et
non utilisées
Produit TEE N P K Ca Mg Zn Na Fe Cu B
% mg/g
Compost à base de paille non tamisée (n = 3)
3,1 16,5 3,9 10,5 24,0 2,2 0,2 NA NA NA NA
Compost à base d’écor-ces non tamisées (n = 3)
2,8 17,8 4,4 12,1 24,1 2,6 0,2 NA NA NA NA
Écorces non encore utilisées (n = 3)
0,2 4,14 0,4 1,2 - - - - - - -
Écorces réutilisées (n = 3)
0,1 17,4 4,2 10,9 19,1 2,3 0,2 NA NA NA NA
Compost à base de paille tamisé (n = 1)
0,2 9,1 3,3 6,3 14,6 2,1 151,8 0,5 5,6 16,5 36,7
Compost à base d’é-corces tamisées (n= 1)
0,5 14,5 4,5 9,5 21,7 2,7 0,2 0,8 4,6 0,0 0,0
n = nombre d’échantillons, NA = non analysé
L’analyse chimique effectuée sur un compost a donné des teneurs en éléments traces plus
faibles que les normes de références établies par le BNQ (tableau 16; BNQ, 2004). Par
conséquent, et en ne considérant que les éléments traces, ce compost peut être considéré de
très bonne qualité. Une confirmation avec des analyses en triplicata est requise pour le
confirmer.
75
Tableau 16 : Éléments traces dans le compost produit comparativement à la norme BNQ
5.4-Essai au champ
5.4.1- Conditions d’alimentation en eau et état hydrique de la culture
5.4.1.1- État hydrique du sol
Après avoir fait un amendement en compost à l’automne 2011 à l’ensemble du champ, la
teneur en eau du sol n’a pas différé significativement entre les traitements de fertilisation
de l’été 2012. Par contre, il y a un effet significatif lié aux conditions climatiques durant le
cycle de la culture (c.-à-d. effet temps). Ainsi, la teneur en eau a évolué en dents de scies
d’une date de mesure à l’autre (figure 18). Après 30 jas (jour après semis), elle était égale à
42,13 %. Elle a diminué jusqu’à 29,19 % au 37 jas. Ensuite, elle a remonté jusqu’à 42,62
% au 44 jas pour redescendre à nouveau à 23,57 % au 58 jas. Enfin, la teneur en eau du sol
augmente légèrement à 26,75 % au 65 jas. Cette variation s’explique surtout par la
pluviométrie et l’évapotranspiration potentielle. Il est bien connu qu’après une pluie, les
teneurs en eau du sol augmentent tandis qu’elles diminuent dans une période sèche où
Élément trace Compost (n = 1) Compost de catégorie A
selon la nomenclature du BNQ
As < 5 13
Se < 7 2
Mo < 0,8 5
Cd 0,8 3
Co < 0,6 34
Cr 7,1 210
Ni 4,9 62
Pb < 4 150
Cu 18,9 400
Zn 140,6 700
76
l’évapotranspiration potentielle augmente. La texture argileuse du sol a permis d’éviter un
stress hydrique sévère.
Figure 18 : Évolution de l’humidité volumique du sol en fonction du temps
5.4.1.2- Contenu relatif en eau du maïs sucré
L’alimentation des plantes en eau et en minéraux est liée au volume et au comportement de
la solution du sol par des relations d’interdépendance (Morel, 1996). La teneur en eau de la
plante peut être évaluée par le contenu relatif en eau. Le contenu relatif en eau exprime la
quantité d’eau en pourcentage dans la plante, à un moment donné en relation avec la
quantité d’eau à pleine turgescence (Fabre, 2002). La croissance et le développement des
plantes sont directement contrôlés par la teneur en eau dans le végétal (Tayeb et Persoons,
1994). Pendant l’expérimentation, il n’a pas différé significativement entre les traitements
de fertilisation quant au contenu relatif en eau du maïs (figure 19). Il y a eu une sécheresse
de fin cycle doublée d’une fraicheur nocturne qui a empêché la maturité du maïs sucré.
D’ailleurs à partir de juillet, il a été constaté un déficit pluviométrique. Pire, il a été marqué
pendant la phase de floraison avec une évapotranspiration potentielle et un déficit de
pression de vapeur (DPV) élevée, de fortes températures et des humidités relatives élevées.
Les besoins en eau ont été supérieurs au cours de cette période que ceux de la normale
entre 1971-2000. En plus, l’augmentation de la DPV entraine une augmentation de la
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50lixiviat avec 1 unité deK
lixiviat avec 3 unités de K
NPK
Sans fertilisation
Jours après semis
Humidité volumique (%)
Évolution de l'humidité volumique du sol en fonction du temps
77
transpiration (Iraqi et coll., 1996). Par conséquent, le traitement qui a produit le plus de
biomasse a perdu beaucoup plus d’eau. Certes le contenu relatif en eau des plantes n’a pas
été trop faible à cause de la texture argileuse et la matière organique, mais les valeurs
d’humidités volumiques du sol étaient pour la plupart du temps en deçà de la capacité au
champ.
Figure 19 : Évolution du pourcentage du contenu relatif en eau du maïs sucré dans le temps
et en fonction des traitements fertilisants
5.4.2- Effets des traitements fertilisants sur le développement du maïs sucré
Les plantes ont eu une croissance normale. Les traitements n’ont pas eu d’effet négatif sur
la hauteur et le nombre de feuilles des plantes. Aucun symptôme de phytotoxicité, tels des
feuilles jaunes, des brûlures, etc., n’a été noté avec le lixiviat à NEPEKL et NEPL3KL, tout
comme la fertilisation NEPEKE ou l’absence de fertilisation.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
lixiviat avec 1 unité de K
lixiviat avec 3 unité de K
NPK
Sans fertilisation
Jours après semis
Contenu relatif en eau
(CRE en %)
Évolution du contenu relatif en eau du maïs sucré dans le temps
78
5.4.3- Effet des traitements de fertilisation sur le rendement frais du maïs sucré
Les rendements en épis vendables frais, en tiges fraiche, et total (épis vendable + épis non
vendable + tige) du maïs sucré sont similaires peu importe le traitement de fertilisation
(tableau 17). Ainsi, l’utilisation du lixiviat n’a pas eu d’impact négatif sur le rendement
lorsqu’il est utilisé pour répondre aux besoins en fertilisants du maïs sucré.
Tableau 17 : Effet des traitements non fertilisé (PF), fertilisé avec un engrais minéral N-P-
K (NEPEKE) ou avec du lixiviat du compostage limité par le K (NEPE1KL) ou le P
(NEPL3KL) sur les rendements frais du maïs sucré
Traitement
Rendement en épis vendable
(kg/ha)
Rendement en tige
(kg/ha)
Rendement total
(kg/ha)
PF 15128 ± 2166 19975 ± 3383 39147 ± 7351
NEPEKE 13740 ± 5637 23886 ± 4842 45451 ± 13140
NEPEKL 17824 ± 3441 26436 ± 1630 49831 ± 1771
NEPL3KL 15838 ± 1520 21456 ± 2748 41765 ± 4596
Moyenne des trois répétitions ± erreur-type
5.4.4- Effet des traitements fertilisants sur la composition minérale du maïs sucré
Les analyses chimiques faites sur les grains et les tiges de maïs sucré ont montré des
résultats sur le comportement de la plante. Les teneurs en azote ont été les seules qui ont
été significativement affectées par les traitements fertilisants, autant pour les grains que les
tiges. Les teneurs en phosphore, potassium, calcium, magnésium et zinc des grains de maïs
sucré n’ont pas été affectées significativement par les traitements fertilisants. En fait, les
traitements, surdosés en potassium (NE-1PL3KL) ou à la dose optimale NEPEKE d’engrais
minéraux ou en NEPEKL, ont donné des teneurs similaires en P, K, Ca, Mg, Zn dans les
grains.
79
Les conditions climatiques existantes (un déficit hydrique moyen à partir de la floraison et
surtout accentué avec des températures fraîches en fin de cycle; de fortes températures; une
évapotranspiration potentielle élevée) auraient pu avoir une incidence sur ces résultats.
Globalement il y a eu une faible absorption des éléments minéraux à cause du déficit
hydrique. Par exemple, Kral et coll. (1983) a montré une inefficience d’une teneur
optimale en azote en cas de déficit hydrique. Dans cet ordre d’idées, Diouf (2000) a montré
que le déficit hydrique en fin de cycle réduit significativement la quantité d’azote mobilisé.
Cependant, la teneur en azote n’a pas affecté les teneurs des autres minéraux, puisqu’il n’y
a pas de différence significative. D’autre part, il est connu que le maïs a un besoin élevé en
K (Phillips et Lessman, 1968). Cependant, dans cette étude, les teneurs en K n’ont pas
différé entre les traitements. D’autre part, la teneur en zinc a doublé pour les tiges
comparées aux grains (tableaux 18 et 19). Cette différence pourrait être expliquée par
l’immobilité du zinc dans la plante (Morard, 1995).
Tableau 18 : Teneur moyenne en N, P, K, Ca, Mg et Zn des grains secs de maïs sucré non
fertilisé, fertilisé avec un engrais minéral N-P-K ou avec du lixiviat du compostage limité
par le K ou le P
Traitement N P K Ca Mg Zn
mg/g
Non fertilisé 22,5 ab 3,8 11,1 0,41 1,17 0,04
NEPEKE 23,4 a 3,8 11,4 0,47 1,18 0,04
NEPEKL (lixiviat) 23,5 a 3,6 10,6 0,42 1,15 0,04
NEPL3KL (lixiviat) 21,1 b 3,6 11,1 0,45 1,15 0,04
NEPEKE : 1 unité d’engrais chimique N, P et K; NEPEKL: 1 unité des engrais minéraux N et P + 1 unité de potassium provenant du lixiviat; NEPL3KL: 1 unité d’engrais chimique N + 1 unité de P et 3 unités de potassium provenant du lixiviat Les valeurs suivies de différente lettre dans une même colonne sont significativement différentes selon le test de LSD au seuil de 5 %.
80
Tableau 19 : Teneur moyenne en N, P, K, Ca, Mg et Zn des tiges sèches de maïs sucré non
fertilisé, fertilisé avec un engrais minéral N-P-K ou avec du lixiviat du compostage limité
par le K ou le P
Traitement N P K Ca Mg Zn
mg/g
Non fertilisé 18,6 ab* 2,6 24,0 0,4 0,9 0,07
NEPEKE 20,1 a 2,2 27,2 0,5 1,3 0,08
NEPEKL 20,6 a 2,6 25,2 4,7 1,1 0,08
NEPL3KL 17,0 b 2,4 28,2 0,4 1,1 0,07
NEPEKE : 1 unité des engrais minéraux N, P et K; NEPEKL: 1 unité des engrais minéraux N et P + 1 unité de potassium provenant du lixiviat; NEPL3KL: 1 unité d’engrais chimique N + 1 unité de P et 3 unités de potassium provenant du lixiviat Les valeurs suivies de différente lettre dans une même colonne sont significativement différentes selon le test de LSD au seuil de 5 %.
5.4.4- Effet traitements fertilisants sur des paramètres physiques et chimiques du sol
Certaines caractéristiques physiques et chimiques du sol jouent un rôle important dans la
nutrition de la plante. Ainsi, certains paramètres invariables ont été caractérisés une seule
fois tandis que d’autres, sensibles aux changements causés avec la fertilisation, ont été
analysés au début (avant l’application des traitements) et à la fin de l’été (après
l’application des traitements). De plus, à la fin de l’été deux profondeurs ont été
échantillonnées afin de suivre la migration des éléments fertilisants dans le profil du sol.
Parmi les paramètres invariables et caractérisés une seule fois; la texture du sol. Elle a été
globalement loameuse, loameux-sableuse, loameux-argileuse (tableau 20). La porosité a
oscillé entre 48 % et 52 %, et l’indice de compacité entre 0,45 à 0,56 cm3 de sol sec /cm3
de sol total (tableau 20). L’application des traitements des lixiviats NEPEKL et NEPL3KL ou
témoins (fertilisé ou non fertilisé) n’a pas eu d’effet sur la texture et la porosité du sol.
Pour l’horizon 0-20 cm, le pH a varié de 6,0-6,2 au printemps et avant l’application des
traitements au printemps pour diminuer entre 4,4-5,1 à l’automne et après l’application des
81
traitements (tableau 20). Cependant, l’application des traitements des fertilisants n’a pas eu
d’effet sur le pH du sol du printemps à l’automne, et de 0-20 cm à 20-40 cm à l’automne.
Au Québec, l’acidification du sol est un facteur connu sous une agriculture pratiquée en
climat frais et humide. L’apport et la décomposition d’un compost, contenant de l’azote
ammoniacal, le prélèvement des cations par le maïs, une activité microbienne élevée, et un
lessivage lors des pluies sont des hypothèses pour expliquer cette acidification. Le CO2
dissout dans la solution du sol et l’extrusion de H+ lors de l’absorption de NO3-constituent
des facteurs qui diminuent le pH du sol (Marschner, 2012).
Pour la profondeur 0-20 cm, la CÉ et la salinité du sol n’ont pas différé du printemps à
l’automne et suite à l’application des traitements. Les valeurs de CÉ étaient dans
l’intervalle 136-159 µS/cm au printemps et avant l’application des traitements, et à 101-
134 µS/cm à l’automne et après l’application des traitements. Au printemps, la salinité
avant l’application des traitements a été comprise entre 0,12 et 0,13 mg/g et a diminué
entre 0,10 et 0,12 mg/g à l’automne et après l’application des traitements. Le climat frais et
humide du Québec peut expliquer ces diminutions.
La capacité d’échange cationique a été mesurée à l’automne seulement. Elle se définit
comme la quantité de cations qu’un sol peut fixer dans les conditions de pH bien définies
(Le Clech, 2000). Elle exprime l’énergie colloïdale dont les sites de fixation négatifs sont
la matière organique et l’argile. Ces colloïdes attirent les cations. Les anions étant de
charges négatives restent libres dans la solution du sol (Kinsey, 2009). La texture du sol a
influé la CEC de même que l’apport de matière organique. Pour tous les traitements, elle a
été inférieure à 15 cmol (+)/kg. Selon Allaire (2007); une telle valeur (3<CEC<15) est
caractéristique de la kaolinite (tableau 20). Les traitements fertilisants n’ont pas affecté la
CEC du sol qui a varié de 9,1 à 12,7 cmol (+)/kg et il n’y a pas eu enrichissement de la
CEC dans la profondeur de 20-40 cm.
Parmi les paramètres variables, la matière organique a été évaluée par la perte au feu, une
méthode non recommandée pour un sol ayant moins de 20 % de matière organique, et les
données sont non valables. Elles ne sont pas présentées pour cette raison.
82
Pour la zone 0-20 cm, du printemps à l’automne, les traitements n’ont pas eu d’effet sur les
teneurs en N, P, K, Ca, Mg, Al, Fe, Zn et B. Cependant, les teneurs en N, K, Ca, Mg, Al, B
ont varié significativement au cours de la saison (P < 5% sauf pour le N où P < 5,2 % et le
Mg où P < 6 %; tableaux 21, 22 et 23). Pour le N et le B, il y a eu un faible enrichissement
du printemps (0,17 ± 0,03 mg N/g; 1,8 ± 0,2 mg B/g) à l’automne (0,19 ± 0,03 mg N/g; 2,2
± 0,2 mg B/g). Au contraire pour le K, Ca, Mg et Al les teneurs ont diminué du printemps
(198 ± 66 mg K/g; 1764 ± 333 66 mg Ca/g; 79 ± 14 66 mg Mg/g; 949 ± 100 66 mg Al/g) à
l’automne (128 ± 62 mg K/g; 1599 ± 292 mg Ca/g; 71 ± 19 mg Mg/g; 713 ± 124 mg Al/g).
Ainsi, les anions comme les nitrates et les borates ont augmenté, alors que les cations K+,
Ca++, Mg++, Al+++ (à pH entre 4 et 5) ont diminué.
À la recherche d’un enrichissement dans le profil du sol, les profondeurs 0-20 et 20-40 cm
ont été échantillonnées à l’automne. Les teneurs en N, P, K, Mg, Na, Al, Zn et B du sol ont
été significativement différentes selon la profondeur d’échantillonnage (P < 5% sauf pour
le Na où P < 7 %). Ainsi, les teneurs en N, P, K, Mg, Na, Zn et B ont diminué de la
profondeur 0-20 cm (0,19 ± 0,03 mg N/g; 18 ± 12 mg P/g; 128 ± 62 mg K/g; 71 ± 19 mg
Mg/g; 5 ± 4 mg Na/g; 4,8 ± 1,3 mg Zn/g; 2,2 ± 0,2 mg B/g) comparativement à la
profondeur 20-40 cm (0,13 ± 0,03 mg N/g; 8 ± 5 mg P/g; 79 ± 35 mg K/g; 56 ± 16 mg
Mg/g; 3 ± 2 mg Na/g; 2,9 ± 1,3 mg Zn/g; 2,0 ± 0,3 mg B/g). Par contre, la teneur en Al a
augmenté de la profondeur 0-20 cm (713 ± 124 mg Al/g) à la profondeur 20-40 cm (906 ±
195 mg Al/g).
Les teneurs en azote se retrouvent dans la gamme rapportée pour un sol amendé en fumier.
Pour une saison de végétation normale, l’azote se minéralise à un taux de moins de 2 %. La
concentration en azote a légèrement augmenté dans le sol à cause de la minéralisation du
compost appliqué à l’automne précédent la culture, l’apport en N des fertilisants, mais
aussi de l’effet de la sècheresse. Selon Doucet et coll. (2009) l’azote s’accumule en période
de sécheresse. Enfin, cette augmentation de la concentration de l’azote pourrait venir de
l’acidité du sol (Goulet, M. communication personnelle, 2012). Il y a peu d’information
scientifique concernant une fertilisation en K et son accumulation dans le sol. Parfois,
l’application de fumier entraîne parfois une augmentation en K dans le profil du sol. Dans
la présente étude, il n’y a pas d’indication de cette accumulation en profondeur. En réalité,
83
le potassium contenu dans les sols riches en argile est retenu par ce dernier ou par le
complexe argilo-humique, ce qui explique les teneurs plus élevées de l’élément sur la
couche 0-20 cm. Sparks (2003) a rapporté que sur l’horizon 20-40 cm, le sol ayant
tendance à s’acidifier, le potassium est sujet au lessivage.
La teneur en aluminium a diminué du printemps à l’automne à la profondeur 0-20 cm. Pour
ce qui est de la profondeur 20-40 cm, elle a été plus élevée que celle de 0-20 cm à
l’automne (tableau 23). La baisse du pH entraîne la solubilisation d’Al3+ et son lessivage
vers les horizons profondes Sparks (2003). L’analyse descriptive du rapport P/Al a été
effectuée. Cette analyse montre qu’il est inférieur à 7,5 dans tous les cas (tableau 21). Par
conséquent, il n’y a pas eu de risque de pollution par le phosphore. Le rapport P/Al a aussi
varié dans le temps, une variabilité souvent rapportée dans la littérature (CRAAQ, 2010).
De plus, comme le pH du sol est compris entre 3,88 et 6,78 pour tous les traitements, il
apparait ainsi qu’il y a eu de la fixation du phosphore par le fer, le calcium et l’aluminium
au pH proche de la neutralité.
Dans cette expérience, il y a eu une addition de compost à l’ensemble des parcelles à
l’automne précédent et il y a eu un traitement non fertilisé et des traitements fertilisés avec
des engrais minéraux et un lixiviat au cours de l’été. Le compost a enrichi le sol en carbone
comparativement au sol adjacent qui était une zone en friche (sol non cultivé). Tous les
traitements ont eu des effets similaires sur les éléments du sol. Dans ce sens, le lixiviat a eu
un comportement comme les fertilisants minéraux et l’application sur un sol serait à
considérer. Le lixiviat contient moins d’éléments fertilisants qu’un lisier de porc (Seydoux
et coll. 2005), sauf pour le K qui est 2 à 4 fois plus élevé que ce qui est retrouvé dans un
lisier. Les analyses statistiques ont démontré que le K ne s’est pas accumulé dans le sol aux
profondeurs 0-20 cm et 20-40 cm. Le lixiviat se compare à un lisier quant à sa teneur en
demande chimique en oxygène (DCO) et l’épandage agricole serait une façon de s’en
défaire à faible coût. Cependant, la présence dans le lixiviat d’Escherichia coli demande
une attention pour déterminer son utilisation en agriculture.
84
Tableau 20 : Analyse en fonction de la fertilisation de la texture, de la porosité, de l’indice de compaction, du pH, de la
conductivité électrique et de la salinité du sol du débutz à la finy de la saison de culture du maïs sucré
Traitement Argile
(%) Sable (%)
Limon (%)
Porosité (%)
Indice de compaction
(%)
pH
début
pH
fin CÉx
début (µS/cm)
CÉfin
(µS/cm)
Salinité
début (mg/g)
Salinité
fin
(mg/g)
Non cultivé
NDw ND ND ND ND
6,10v
±
0,51
6,40
±
0,47
63,70
±
7,83
45,15
±
21,4
0,085
±
0,003
0,078
±
0,009
Non fertilisé
23,97
±
4,83
50,47
±
9,43
25,57
±
5,43
0,50
±
0,01
0,47
±
0,02
5,98
±
0,56
4,38
±
0,45
138,83
±
31,06
106,93
±
56,62
0,119
±
0,014
0,105
±
0,025
NEPEKE
22,7
±
2,65
46,07
±
8,07
31,20
±
5,89
0,53
±
0,04
0,49
±
0,05
6,2
±
0,50
4,71
±
0,43
153,23
±
19,49
134,20
±
42,63
0,126
±
0,009
0,117
±
0,019
NEPEKL
22,3
±
7,34
45,37
± 10,65
32,03
±
3,45
0,50
±
0,01
0,52
±
0,05
6,09
±
0,40
4,94
±
0,51
135,83
±
27,15
119,67
±
52,95
0,117
±
0,012
0,11
±
0,024
NEPE3KL
20,87
±
1,86
50,47
±
7,68
28,73
±
5,94
0,51
±
0,02
0,48
±
0,04
6,05
±
0,25
5,15
±
0,54
159,27
±
66,85
101,07
±
15,47
0,129
±
0,030
0,102
±
0,007 zdébut = semis de la culture et avant l’application des traitements ou printemps; zfin = fin de la culture et après l’application de tous les traitements ou automne; xCÉ : conductivité électrique; wND = non déterminé; vmoyenne de trois blocs ± écart-type de la moyenne; NEPEKE = Engrais minéral N, P et K pour répondre aux besoins du maïs; NEPEKL = N, P et K du lixiviat (L) qui comble les besoins potassique du maïs + complément d’engrais minéraux en N et P pour combler les besoins restants du maïs; NEPL3KL = N, P et K du lixiviat qui comble les besoins phosphatés du maïs, mais excède les besoins en potassium par un facteur de trois (3) + complément d’engrais minéraux en N pour combler les besoins du maïs en azote.
85
Tableau 21 : Teneurs en matière organique (% MO), en azote (N), et du rapport C/N du sol à la profondeur
d’échantillonnage, 0-20 cm, au début de la culture du maïs sucré et avant l’application de la fertilisation, et aux
profondeurs 0-20 et 20-40 cm à la fin de la culture et après l’application de la fertilisation
Traitement Ndébut0-20 Nfin0-20 Nfin0-40
(%)
Sol non cultivé 1,16 ± 0,35 0,84 ± 0,11 0,70 ± 0,29
Non fertilisé 1,83 ± 0,26 1,87 ± 0,19 1,35 ± 0,31
NEPEKE 1,91 ± 0,25 1,96 ± 0,39 1,53 ± 0,37
NEPEKL 1,45 ± 0,27 1,76 ± 0,14 1,10 ± 0,12
NEPL3KL 1,87 ± 0,23 2,01 ± 0,48 1,37 ± 0,28début = semis de la culture et avant l’application des traitements ou printemps; fin = fin de la culture et après l’application de tous les traitements ou automne; vmoyenne de trois blocs ± écart-type de la moyenne; NEPEKE = Engrais minéral N, P et K pour répondre aux besoins du maïs; NEPEKL = N, P et K du lixiviat (L) qui comble les besoins potassique du maïs + complément d’engrais minéraux en N et P pour combler les besoins restants du maïs; NEPL3KL = N, P et K du lixiviat qui comble les besoins phosphatés du maïs, mais excède les besoins en potassium par un facteur de trois (3) + complément d’engrais minéraux en N pour combler les besoins du maïs en azote.
86
Tableau 22 : Composition minérale du sol en début de culture de maïs sucré à la profondeur 0-20 cm, et à la fin de la
culture aux profondeurs 0-20 et 20-40 cm après l’application de la fertilisation
Traitement
P
début
0-20
P
fin
0-20
P
fin
0-40
K
début
0-20
K
fin
0-20
K
fin
0-40
Ca
début
0-20
Ca
fin
0-20
Ca
fin
0-40
Mg
début
0-20
Mg
fin
0-20
Mg
fin
0-40
Na
fin
0-20
Na
fin
0-40 -----------------------------------------------------------mg.g-1-----------------------------------------------------------
Sol non cultivé
3,96
±
2,65
3,17
±
1,37
4,75
±
2,56
90,36
±
36,98
52,02
±
9,28
59,68
±
22,00
1408,27
±
196,27
1385,18
±
224,72
2598,68
±
2464,65
60,58
±
8,49
59,74
±
6,12
69,74
±
28,55
1,58
±
1,26
2,91
±
3,57
Non fertilisé
19,39
±
10,12
8,13
±
3,68
4,64
±
3,53
206,32
±
96,08
90,85
±
18,79
69,10
±
18,90
1507,08
±
169,67
1355,03
±
92,45
1408,40
±
403,38
75,82
±
12,60
57,32
±
9,05
57,37
±
29,43
3,35
±
1,53
3,02
±
2,10
NEPEKE
17,37
±
5,82
16,33
±
4,98
7,31
±
7,31
196,80
±
56,21
135,84
±
42,88
76,38
±
36,70
2135,11
±
238,88
1906,17
±
283,43
1699,42
±
482,77
87,85
±
3,38
96,66
±
16,14
63,99
±
21,78
4,3
±
1,16
3,02
±
1,00
NEPEKL
17,97
±
2,42
22,75
±
19,11
12,06
±
6,92
178,13
±
65,55
103,34
±
30,01
83,08
±
46,21
1656,95
±
300,82
1497,85
±
260,50
1346,07
±
15,99
74,37
±
18,24
63,73
±
7,96
50,24
±
11,88
3,35
±
1,53
2,01
±
1,00
NEPL3KL
19,97
±
7,45
23,50
±
11,86
8,68
±
1,45
213,31
±
78,62
183,14
±
101,60
87,40
±
51,34
1757,57
±
333,24
1636,57
±
256,31
1282,32
±
134,44
76,87
±
29,92
81,85
±
29,13
52,24
±
15,69
9,72
±
7,54
4,35
±
2,09
début = semis de la culture et avant l’application des traitements ou printemps; fin = fin de la culture et après l’application de tous les traitements ou automne; vmoyenne de trois blocs ± écart-type de la moyenne; NEPEKE = Engrais minéral N, P et K pour répondre aux besoins du maïs; NEPEKL = N, P et K du lixiviat (L) qui comble les besoins potassique du maïs + complément d’engrais minéraux en N et P pour combler les besoins restants du maïs; NEPL3KL = N, P et K du lixiviat qui comble les besoins phosphatés du maïs, mais excède les besoins en potassium par un facteur de trois (3) + complément d’engrais minéraux en N pour combler les besoins du maïs en azote.
87
Tableau 22 : Composition minérale du sol en début de culture de maïs sucré à la profondeur 0-20 cm, et à la fin de la
culture aux profondeurs 0-20 et 20-40 cm, et après l’application des fertilisants
Traitement
Fe
début
0-20
Fe
fin
0-20
Fe
fin
0-40
Zn
début
0-20
Zn
fin
0-20
Zn
fin
0-40
Al
début
0-20
Al
fin
0-20
Al
fin
0-40
B
début
0-20
B
fin
0-20
B
fin
0-40
S-SO4
CEC
fin
0-20
CEC
fin
20-40
mg.g-1 cmol(+)/kg-1
Sol non cultivé
318.86 ±
102.89
280,30±
87,42
230,41±
46,77
2.73±
1.34
1,51±
0,20
1,58±
0,67
1143,33±
343.5
681,08±
156,67
490,06 ±
274,88
1,47 ±
0.04
1,76 ±
0,01
1,60 ±
0,48
8,00 ±
0,00
8,82 ±
0,62
9,77 ±
5,64
Non fertilisé
338.96 ±
60,92
321,05±
11,88
318,99±
50,78
5,68±
1,07
5,09±
1,21
2,78±
1,20
983,33±
177,86
776,75±
236,35
961,26 ±
320,63
1,68 ±
0,22
1,92 ±
0,08
2,00 ±
0,29
12,00±
6,93
9,40 ±
1,03
10,76±
2,66
NEPEKE
323.40 ±
77,63
340,07±
52,22
324,09±
53,08
4,57±
1,26
4,60±
1,08
2,95±
1,29
980,00±
60,83
732,91±
99,37
874,04 ±
96,70
1,68 ±
0,30
2,27 ±
0,05
1,87 ±
0,12
8,00 ±
0,0
12,72±
1,99
11,12±
2,48
NEPEKL
316.89 ±
37,16
342,88±
33,87
348,67±
62,59
5,29±
1,30
4,33±
1,34
2,91±
2,03
883,33±
77,67
699,79±
31,72
858,35 ±
177,87
1,83 ±
0,23
2,33 ±
0,14
2,19 ±
0,28
12,00±
6,93
10,03±
1,40
9,37 ±
0,95
NEPL3KL
0,340 ±
145,22
334,22±
122,30
327,17±
32,77
5,33±
1,52
5,27±
1,95
2,94±
1,50
950,00±
60,83
642,20±
57,48
929,71 ±
232,98
1,83 ±
0,18
2,43 ±
0,66
1,95 ±
0,41
25,33±
30,02
11,27±
2,50
9,1 ±
0,40début = semis de la culture et avant l’application des traitements; fin = fin de la culture et après l’application de tous les traitements; vmoyenne de trois blocs ± écart-type de la moyenne; NEPEKE : Engrais minéral N, P et K pour répondre aux besoins du maïs en NPK; NEPEKL: azote, phosphore et potassium du lixiviat (L) qui comble les besoins potassique du maïs + complément d’engrais minéraux en N et P (NEPE) pour combler les besoins du maïs en azote et phosphore; NEPL3KL: azote, phosphore et potassium du lixiviat qui comble les besoins phosphatés du maïs, mais excède les besoins en potassium par un facteur de trois (3) + complément d’engrais minéraux en N qui comble les besoins du maïs en azote.
88
Tableau 23 : Indice de saturation en P (%) du sol en début de culture de maïs sucré pour la profondeur 0-20, et à la fin de la
culture aux profondeurs 0-20 et 20-40 cm, et après l’application des fertilisants
Traitement P/Ald0-20 P/Alf0-20 P/Alf0-40
Sol non cultivé 0,396 0,502 0,982
Non fertilisé 2,058 1,245 0,642
NEPEKE 1,769 2,243 0,865
NEPEKL 2,041 3,174 1,479
NEPL3KL 2,134 3,696 0,959
NEPEKE : Engrais minéral N, P et K pour répondre aux besoins du maïs en NPK; NEPEKL: azote, phosphore et potassium du lixiviat (L) qui comble les besoins potassique du maïs + complément d’engrais minéraux en N et P (NEPE) pour combler les besoins du maïs en azote et phosphore; NEPL3KL: azote, phosphore et potassium du lixiviat qui comble les besoins phosphatés du maïs, mais excède les besoins en potassium par un facteur de trois (3) + complément d’engrais minéraux en N qui comble les besoins du maïs en azote.
89
6- Discussion générale
Le compostage avec des additions de matériau frais aux deux semaines permet une
valorisation des résidus agroalimentaires. Il est généralement recommandé d’accumuler les
matériaux frais avant de les mélanger et de former les piles de compost. Dans les
conditions de cette étude, l’ajout de matériaux frais n’a pas nuit aux processus de
compostage.
L’optimisation du compostage passe par l’utilisation de la plus faible quantité
d’absorbants/structurants à base de paille ou d’écorces tout en absorbant le liquide au
maximum. Les absorbants/structurants permettent d’assurer l’absorption des liquides riches
en valeurs fertilisantes, tout en les traitant, une bonne porosité et un taux d’espaces
lacunaires assez important pour faciliter l’évaporation. Dans la pratique, les processus de
compostage doivent être contrôlés. Suite à l’analyse en composante principale, ces
paramètres ont été regroupés en six facteurs suivant leur importance à expliquer la
variabilité. La première composante explique 22,9 % de la variabilité. Il est constitué de
l’azote, du phosphore, du rapport carbone/azote, du potassium. Ces éléments majeurs
constituent la source nutritive des microorganismes. Or, ce sont les microorganismes qui
assurent la décomposition de la matière en compostage et sont sous la gouverne du rapport
C/N et des autres éléments minéraux majeurs. Ce premier facteur souligne l’importance
d’optimiser la recette pour garder le liquide des fruits et des légumes dans le compost pour
nourrir les microorganismes. Le deuxième facteur justifie 18,70 % de la variabilité. Il est
formé de l’absorption hydrique, et la granulométrie à 9 mm, 6 mm et 4 mm. L’absorption
hydrique est fonction de la taille des particules, particulièrement celles intermédiaire 9, 6,
4. Or, les microorganismes ont besoin d’eau disponible pour avoir une activité optimale.
Ce deuxième facteur souligne l’importance d’optimiser la recette pour garder le liquide des
fruits et des légumes dans le compost pour assurer une activité microbienne optimale. La
troisième composante explique 15,40 % de la variabilité. Il est composé de la teneur en
eau, du pH, de la masse volumique apparente, et de la conductivité électrique. Une
variation de la teneur en eau entraine une variation de la masse volumique, du pH et de la
conductivité électrique. Ces variables dirigent les niches écologiques dans la pile en
90
compostage. Ce troisième facteur souligne aussi l’importance d’optimiser la recette pour
garder le liquide des fruits et des légumes dans le compost pour assurer une teneur en eau
dans la zone optimale. La quatrième composante explique 10,30 % de la variabilité. Il est
constitué de la granulométrie à 19 et 2 mm. Il s’agit de la granulométrie des deux extrêmes
et qui varie de manière antagonique. Les particules de taille égales à 2 mm étant très
petites, ont tendance à être saturées et à réduire les espaces d’air, contrairement aux
particules de diamètre 19 mm qui assurent plus d’aération. Il indique aussi l’immaturité des
composts, ou à l’opposé pour les particules de tailles de 2 mm ou moins, la maturité des
composts. La cinquième composante explique 8,70 % de la variabilité. Il est composé du
carbone qui est assez homogène dans la pile en compostage. La température de la cellule
compose le sixième groupe avec 6,70 % de la variabilité. Celle-ci découle plus de la
résultante de la variation des autres paramètres physico-chimiques et microbiens. Au
contraire, une étude de Ho et coll. (2010) sur le cocompostage de biosolides (sous-produits
provenant d’eau de lavage de plantes) avec des enveloppes de riz et l’argile comme additif
activateur, n’a considéré que deux groupes fondamentaux qui contrôlent le compostage. Un
premier facteur, expliquant 79 % de la variance, était constitué de la température et du pH,
et un deuxième facteur était composé de la teneur en eau et du rapport C/N expliquant 10,3
% de la variabilité. Une grande diversité dans les mesures de la présente étude est une
cause possible des différences entre les facteurs représentatifs de la variance.
Globalement, il ressort que plusieurs facteurs interagissent pour expliquer le processus de
compostage. Dans ce sens, la paille et les écorces donnent de bons résultats de compostage,
bien que la paille soit souvent meilleure. Hormis sa structure physique, la nature chimique
de la paille (pH, minéraux, conductivité électrique) participerait plus à l’augmentation de
l’activité microbienne. Elle donne plus de porosité, d’espaces lacunaires et de sources
nutritives pour les microorganismes. Ce résultat est contraire à celui de Barrington et coll.
(2002), qui trouve la paille de blé très flasque, devant le foin et les copeaux de bois pour
pouvoir structurer un fumier en compostage. Ils considèrent que la paille de blé se plie
avec l’humidité. Ce n’est pas ce qui a été observé avec la paille de soya qui a bien structuré
le compost à base de fruits et légumes. Par ailleurs, avec la paille de blé, Bustamante et
coll. (2013) a pu qualitativement composter un digestat de biogaz provenant de fèces de
91
bovin et de porcs. Le compost à base d’écorces conserve plus l’eau; ce qui fait qu’il a une
masse volumique plus élevée. Une étude plus approfondie sur la taille optimale des écorces
pourrait permettre d’abaisser la teneur en eau, mais surtout accroître sa décomposition.
Par ailleurs, la maturité et la qualité du compost ont été évaluées uniquement sur le
compost tamisé. Le compost mature non tamisé continue à chauffer à cause des éléments
nutritifs disponibles aux microorganismes provenant de la décomposition des fruits et
légumes. Il faut plus de neuf mois pour décomposer tous les intrants de la recette de
compostage. Par rapport au compost à base d’écorces, la période de décomposition sera
plus longue à cause du taux élevé de lignine contenu dans les écorces (Mustin, 1987).
Ensuite, cette dégradation de la matière organique induit une augmentation de nutriments
organiques (principalement N, P, K) utilisés par les microorganismes pour chauffer
davantage la matrice.
Après 12 semaines de compostage des fruits et légumes dans des cellules de compostage,
puis de stabilisation microbienne, la stabilisation/maturation s’est poursuivie à l’extérieur
des cellules de compostage. Concrètement, le compost sorti des cellules après 12 semaines,
est toujours en compostage (en phase thermophile, car la température peut atteindre 68°C).
Certains fruits et légumes comme les agrumes ou les pommes de terre sont toujours
visibles dans le compost. Ils se décomposent lentement; ce qui pourrait être expliqué par
l’acidité pour des fruits comme les agrumes. Une solution pourrait être le broyage des
fruits et légumes en amont dans les épiceries avant de les acheminer à la plateforme de
compostage. Nogueira et coll. (1999) a préconisé la technique du broyage dans un
processus de compostage d’un mélange légumes-café. L’utilisation d’appareil pour broyer
et éliminer les eaux des fruits et des légumes aux magasins directement seraient
respectueux du développement durable, limitant le transport de l’eau vers les cellules de
compostage, ou celle des eaux vers une usine de traitement des eaux pour les eaux de
lixiviation du compostage. Seulement, il engendre des coûts qui auront un impact sur la
filière magasin/transport/compostage.
La qualité des composts tamisés est bonne. Ces derniers ont rempli tous les critères physico
chimiques requis et ont satisfait les tests d’autoréchauffement, de faible dégagement en
92
CO2 et en NH4 et l’absence de phytotoxicité. Il faudrait maintenant évaluer plus à fond sa
qualité par des amendements organiques au sol. Les teneurs en éléments traces ont été
faibles et respectent les normes canadiennes pour les composts; les concentrations sont
presque négligeables par rapport aux valeurs de références. Après tamisage, il pourrait être
utilisé sur une ferme maraîchère. Ces résultats confirment les travaux de Madrid et coll.
(2007) qui montrent que le compost obtenu à partir des fruits et légumes et utilisé dans les
normes agronomiques. Mieux, Pinamonti et coll. (1997) a montré que ce compost utilisé
pendant six années consécutives augmente certes la concentration en éléments traces dans
le sol, mais à des quantités toujours négligeables. Une telle étude à long terme serait
d’intérêt puisque des étiquettes et morceaux de plastiques ont été observés même dans le
compost tamisé. Le compost non tamisé a peu d’intérêt pour l’épandage, car il contient
trop d’écorces et d’indésirables, surtout des plastiques et des élastiques.
Un essai de fertilisation comparant des doses de lixiviat (NEPEKL, NEPL3KL) à un
traitement avec des engrais minéraux (NEPEKE) ou non fertilisé n’a pas donné de différence
entre les rendements en épis vendables et non vendables, et en tiges frais. Les conditions
climatiques pourraient avoir eu un effet sur les traitements. Par exemple, Paliwal et coll
(2002) a montré l’effet négatif de la sècheresse sur la floraison du maïs. Seulement,
Marinari et coll. (2000) a eu des résultats similaires en comparant les effets du
vermicompost à base de boue biologique, du fumier de vache et du nitrate d’ammonium.
Aucune différence statistique sur les rendements en maïs n’a été constatée entre ces
traitements. Dans la même veine, Gutiérrez et coll. (2007) a comparé l’effet du lixiviat
récupéré du vermicompost naturel à celui des engrais minéraux NPK triple 17 sur du
sorgho. Il a été ressorti que le jus de vermicompost devait être renforcé avec du NPK à
raison de 140 à 170 g/l, un dispersant et un adhérent. Aussi, Brault (2007), comparant
l’effet des combinaisons de lisier de porc et d’engrais minéraux phosphorés avec les
proportions suivantes (0 : 100, 25 : 75, 50 : 50, 75 : 25, 100 : 0), n’a trouvé aucune
différence significative sur les rendements. Il faut noter que cette expérience était
confrontée aux mêmes facteurs limitatifs que celle avec le lixiviat de compost, à savoir une
texture sableux-loameuse et une sècheresse.
93
Conclusion
Ce travail confirme que le cocompostage est une avenue pour valoriser les résidus
végétaux et de ferme. L’expérimentation a montré que l’échantillonnage en hauteur suffit
pour les mesures de caractérisation des paramètres physico-chimiques de la pile en
compostage; exception faite aux granulométries 19, 9, 6, 4, et 2 mm où le prélèvement en
profondeur est aussi important. L’utilisation des structurants (paille ou écorces) a permis
d’assurer une bonne porosité et des espaces lacunaires dans les piles en compostage; ce qui
a induit une température optimale au cœur de la masse en compostage. Cependant, les
températures moyennes du compost dans les cellules étaient parfois sous le seuil de 55 °C.
Le structurant à base de paille, comparé aux écorces, a donné un compost ayant de
meilleures propriétés physico-chimiques. Ainsi le compost à base de paille a présenté une
meilleure porosité, de meilleures espaces lacunaires, un pH plus acide, une conductivité
plus élevée à cause d’une température adéquate, des concentrations en N, P et K plus
élevées, et une meilleure absorption hydrique. Le compost à base d’écorces a donné une
teneur en eau, une masse volumique et une température plus élevées à cause de sa
granulométrie assez grossière. Cette prédominance du compost à base de paille sur les
facteurs qui influencent la décomposition, a été aussi vérifiée sur les tests de maturité et de
qualité. Les tests d’autoréchauffement et, le dégagement en CO2 et en NH4 ont été plus
faibles avec celui-ci. Par prudence, des suivis de la température et d’indicateurs de la
qualité biologique des composts deviennent d’intérêt avant son utilisation en culture
maraîchère.
Seulement, il faut nuancer ces résultats obtenus avec les structurants et le temps de
compostage. En effet, dans les conditions climatiques du Québec, le compost ne peut être
épandu qu’en absence de neige du printemps à l’automne, mais en respectant le plan
agroenvironnemental de fertilisation. Ainsi, le temps de compostage n’a pas beaucoup
d’importance dans le cas où sous le couvert de neige, aucune activité d’épandage n’est
possible. Dans ces conditions nordiques, un délai de 9 à 12 mois est acceptable. Cependant,
les directives du MDDEPF limitant les quantités d’intrants et de compost à 150 m3 en
absence de certificat d’autorisation, la maturation du compost sur le même site de
94
compostage à la ferme semble un volume important, et le délai de 12 mois est trop long.
Pour réduire le temps de compostage, le broyage du matériau à l’épicerie pourrait être
envisagé, une façon de réduire les plastiques (qui ne serait pas broyer, mais jeter) et de les
composter avec de la paille grossière et de la paille finement haché. Dans un tel cas, le
tamisage ne serait pas requis, le compostage accéléré par la fine taille des particules et
l’épandage pourrait avoir lieu plus rapidement et pour répondre aux besoins des plantes
d’une ferme donnée. D’autre part, lors de l’utilisation des écorces comme structurant,
l’ajout d’une étape de tamisage permettrait de réduire la durée du compostage tout en
réutilisant les écorces comme structurants. Dans un tel cas, le compost à base d’écorce
pourrait être utilisé après le tamisage et les écorces utilisées à nouveau dans le processus de
compostage.
La valorisation du lixiviat par épandage et comparativement à des traitements fertilisés
avec des engrais minéraux ou non fertilisés n’a pas montré de différence significative quant
aux paramètres agromorphologiques, la teneur en eau du sol, les teneurs en éléments
majeurs et mineurs des grains et des tiges, et les rendements en épis et en tige. Le rapport
P/Al a été faible; ce qui présage que l’environnement n’a pas été pollué en phosphore. En
suivant un plan agroenvironnemental, tout en s’assurant de la conductivité et la teneur en
potassium du lixiviat, sa réutilisation est envisageable. Cependant, par prudence, la qualité
biologique quant aux agents pathogènes à l’homme est à considérer, à titre préventif,
puisque E. coli est présent. L’essai de E.coli devrait être combiné avec la détection de
salmonelles ou autres pour son utilisation en agriculture. Des essais avec les plantes
devraient être complétés en conditions contrôlées, et répétés sur différentes espèces
végétales et à différents stades phénologiques, et sous diverses conditions agroclimatiques.
Le travail a été original en termes de développement durable en ce sens que le cycle de vie
des végétaux est complété en retournant au sol la matière organique sous forme de
compost, et le liquide sous forme de fertilisants. En termes de perspectives, l’expérience
devrait être répétée pour valider les résultats et continuer d’optimiser ce type de
compostage et l’utilisation du lixiviat du compostage.
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105
Annexe 1 : Images montrant les livraisons
hebdomadaires de fruits et légumes
Le 05-01-2012 Le 25-01-2012 Le 07-03-2012
Le 21-03-2012 Le 04-04-2012 Le 11-04-2012
Le 18-04-2012 Le 25-04-2012 Le 02-05-2012
Le 09-05-2012 Le 16-05-2012 Le 30-05-2012
106
Le 06-06-2012 Le 13-06-2012 Le 20-06-2012
Le 04-07-2012 Le 11-07-2012 Le 18-07-2012
Le 25-07-2012 Le 01-08-2012 Le 08-08-2012
Le 22-08-2012
107
Annexe 2 : Corps étrangers non dégradables dans le
compost.
109
Annexe 3 : Données brutes de la porosité, de l’indice de compaction, de la matière organique, de la conductivité électrique, de la salinité, d’argile, de sable, de limon et de la texture du sol échantillonnés entre 0-20 cm au printemps et avant l’application des traitements, et à l’automne et après l’application des traitements
Traitements Porosité IC pHd pHf CÉd CÉf Sald Salf Argile Sable Limon Texture
% % (µS/cm) (µS/cm) (mg/mg)(mg/mg) % % %
NE-1PL3KL 0,529 0,524 6,26 5,56 165,3 115,3 0,131 0,109 18,9 57,2 24 LS
NEPEKE 0,548 0,479 5,9 4,42 175 87,4 0,136 0,096 22,1 43,1 34,8 LS
PF 0,494 0,455 6,35 4,73 166,8 90,7 0,132 0,098 18,7 58,3 23 LS
NEPE-1KL 0,510 0,499 5,64 4,43 105,2 180,1 0,104 0,139 15,7 56,2 28,2 LS
NEPEKE 0,485 0,450 6,78 5,2 147,3 144,4 0,123 0,122 25,6 39,9 34,4 L
PF 0,495 0,494 6,27 4,54 144,3 60,2 0,122 0,084 25 53,1 21,9 LSA
NEPE-1KL 0,485 0,566 6,42 5,45 145,4 81,4 0,122 0,094 30,2 34,9 34,9 LA
NE-1PL3KL 0,487 0,462 6,11 4,54 89,6 103,3 0,097 0,103 21,1 52,1 26,8 LSA
NEPE-1KL 0,506 0,479 6,2 4,94 156,9 97,5 0,127 0,1 21 45 33 L
NE-1PL3KL 0,520 0,454 5,77 5,36 222,9 84,6 0,158 0,095 22,6 42,1 35,4 L
NEPEKE 0,547 0,548 5,93 4,51 137,4 170,8 0,119 0,134 20,4 55,2 24,4 LSA
PF 0,520 0,460 5,34 3,88 105,4 169,9 0,104 0,133 28,2 40 31,8 LA
T2 0,651 0,349 6,67 6,94 72,3 67,4 0,089 0,087 20,6 56,2 23,1 LSA
T3 0,443 0,557 5,69 6,15 57 24,64 0,083 0,069 26,9 45,1 28 L
T4 0,478 0,522 5,94 6,1 61,8 43,4 0,085 0,077 22,6 51,1 26,2 LSA
IC : Indice de compaction; Mo : matière organique; d : début de la culture; CE : conductivité électrique; Sal : salinité;
LS : Loam sableux; L : Loam; LSA : Loam sableux argileux.
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Annexe 4 : Dispositif expérimental