valorisation de coproduits de l’industrie agro-alimentaire par production de compost de haute...

Valorisation de coproduits de l’industrie agro-alimentaire par production de compost de hautequalite1

Elaine Boutin, Jean-Francois Blais, Guy Mercier, Patrick Drogui etMyriam Chartier

Resume : Les industries de transformation alimentaire generent des quantites imposantes de coproduits organiques, les-quels demeurent, meme aujourd’hui, peu valorises. La presente recherche a permis de realiser un inventaire detaille des co-produits generes dans des usines de production de biscuits, chocolat, cereales et barres collations et d’identifier desformulations adequates de melanges d’intrants (ecailles de cacao, residus de biscuits et cereales, boues physico-chimiqueset biologiques) pour des essais de compostage. Un dispositif experimental comprenant six tas de compost d’approximati-vement une tonne metrique, et aeres par retournement manuel, a ensuite ete opere pendant une periode de 4 mois. Destemperatures maximales se situant entre 60 et 68 8C ont ete mesurees dans les differents tas au cours de la periode decompostage, alors que des temperatures moyennes superieures a 50 8C ont ete maintenues pendant des periodes se situantentre 6 et 10 semaines. Des composts d’excellente qualite, repondant aux exigences de qualite AA (normes du Bureau denormalisation du Quebec) en termes de teneurs en contaminants metalliques et microbiens et de stabilite microbiologique,ont ete generes au terme de la periode de compostage. Ces essais ont aussi demontre que les ecailles de cacao, un copro-duit important de la fabrication du chocolat, constituent un excellent agent de foisonnement de compostage.

Mots-cles : compost, coproduits, industrie alimentaire, ecailles de cacao, boues, biscuits, cereales.

Abstract: Food industries produce huge quantities of organic byproducts, which have been, until now, rarely valued. A de-tailled characterization of the different byproducts of food production (biscuits, chocolate, cereals, nutritive bars) plantshas been carried out in this research. Some adequate mixtures of ingredients (cocoa shells, biscuit and cereal residues,physico-chemical sludge, and biological sludge) has been defined for composting assays. An experimental setup includingsix compost piles (approximately one metric ton each pile), which were manually mixed, has been run for a 4 month pe-riod. Maximal temperatures varying between 60 and 68 8C have been measured in the different piles during the compost-ing period, whereas average temperature values above 50 8C have been established for 6 to 10 week periods. High qualitycomposts, satisfying the criteria for the AA type compost (Bureau de normalisation du Quebec norms), in terms of metaland microbial pollutant contents and microbiological stability, have been produced at the end of the composting period.These tests have also revealed that cocoa shells, an important by-product of chocolate fabrication, are an excellent bulkingagent for compost production.

Key words: compost, by-products, food industry, cocoa shells, sludge, biscuits, cereals.

IntroductionLe compostage est une alternative maintenant tres popu-

laire dans plusieurs pays pour la valorisation de matieres re-siduelles organiques (Mason 2006; Mason et Milke 2005a,2005b). Ainsi, des quantites considerables de dechets et de

boues d’epuration urbaines et industrielles sont ainsi trans-formees en produits compostes (Fermor 1993; Otten 2001;Hargreaves et al. 2008), lesquels peuvent etre de qualite tresvariables. La qualite des composts peut notamment etre af-fectee par la presence de teneurs significatives en metaux,en polluants organiques, en microorganismes pathogenes, ouencore, par la production d’odeurs nauseabondes (Gatto etPavoni 1999; Dumontet et al. 2001; Hargreaves et al. 2008).

Au Canada, la qualite des composts finaux est evaluee surla base de criteres bien definis (BNQ 2005). Ces criterescomprennent des exigences relatives aux teneurs en eau, enmatieres organiques totales, en corps etrangers, en elementstraces, et en coliformes fecaux et salmonelles. Des criteresde maturite et de stabilite sont egalement pris en compte(taux de respiration, taux d’evolution du CO2 et augmenta-tion de temperature du compost).

Le compostage est la decomposition et la stabilisation, parvoie biologique aerobie mesophile et thermophile, de subs-trats organiques contenus dans des dechets solides (Schu-chardt 2005; Shammas et Wang 2007). Cette oxydation par

Recu le 4 aout 2008. Revision acceptee le 21 juillet 2009. Publiesur le site Web des Presses scientifiques du CNRC, aurcgc.cnrc.ca, le 23 janvier 2010.

E. Boutin, J.-F. Blais,2 G. Mercier, P. Drogui et M. Chartier.Institut national de la recherche scientifique (INRS-ETE),Universite du Quebec, 490, rue de la Couronne, Ville duQuebec, QC G1K 9A9, Canada.

Les commentaires sur le contenu de cet article doivent etreenvoyes au directeur scientifique de la revue avant le 31 mai2010.1. Article envoye a la Revue du genie et de la science de

l’environnement.2. Auteur correspondant (courriel : [email protected]).

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des microorganismes divers (bacteries, actinomycetes etchampignons), s’accompagne d’une augmentation de tempe-rature pouvant atteindre entre 65 et 70 8C, ce qui entraıneune destruction des germes pathogenes (lorsque ceux-ci sontpresents) et une diminution de l’humidite du produit (Magal-haes et al. 1993; OTV 1997).

L’industrie agro-alimentaire genere des quantites conside-rables de dechets ou coproduits organiques solides, ou semi-solides, potentiellement valorisables par compostage(Schaub et Leonard 1996; Arvanitoyannis et al. 2006; ;Smith et al. 2006; Adhikari et al. 2008). Les dechets de pro-duction et de transformation de fruits (ex. peluresd’agrumes, residus de pression de raisins) et de legumes(ex. feuilles de betteraves) (Ranalli et al. 2001; Shammas etWang 2007), de the et cafe (Tang et al. 2003), de cereales(ex. pailles de riz et de ble) (Blanco et Almendros 1995; Ra-nalli et al. 2001), d’olives (Paredes et al. 2002; Abid et al.2007), d’ecailles d’arachides et de noix (Shammas et Wang2007), de produits laitiers (Ranalli et al. 2001), de poissons(Laos et al. 1998), de crustaces (Tang et al. 2003), de trans-formation de viandes (Matteson et Sullivan 2006), deconserveries (Cooperbrand et al. 2003), ainsi que les lisierset fumiers (Changa et al. 2003) sont notamment largementutilises pour la preparation de composts. Des proceduresparticulieres ont d’ailleurs ete recommandees pour le com-postage de residus de l’industrie agro-alimentaire (Sharmaet al. 1997; Rynk 2000).

La compagnie Biscuits Leclerc (www.leclerc.ca) est unimportant producteur quebecois de produits cerealiers, debarres collations, de biscuits et de chocolat. Ce type d’in-dustrie genere inevitablement des quantites appreciables decoproduits organiques, lesquels constituent potentiellementde tres bons intrants pour la production de composts dehaute qualite.

A titre d’exemple, l’usine de fabrication de chocolat deBiscuits Leclerc situee dans la Ville de Quebec produitchaque jour plusieurs tonnes d’ecailles de cacao, lesquellesdoivent etre disposees en meme temps que de grandes quan-tites d’autres types de rejets organiques (ex. floconsd’avoine, cereales cuites, boues d’epuration, etc.).

Les ecailles de cacao possedent des caracteristiques phy-sico-chimiques particulierement interessantes pour etre utili-sees en tant qu’agent de foisonnement (« bulking agent »)de compostage. Ces residus sont notamment tres legers, po-reux et lentement biodegradables (Maduako et Faborode1994; Bart-Plange et Baryeh 2003). Des recherches anterieu-res ont egalement montre que les ecailles de cacao posse-dent egalement d’excellentes proprietes d’adsorption decontaminants metalliques (Meunier et al. 2004) et peuventetre utilisees comme support de biomasse pour le traitementd’effluents par biofiltration (Turcotte et al. 2007). La pre-sente etude visait donc, dans un premier temps, a realiserun inventaire et une caracterisation detailles des divers co-produits organiques des trois usines de Biscuits Leclerc dela region de Quebec, et a definir des conditions interessantesde melanges a tester lors d’essais de compostage en tas re-tournes manuellement. La production de compost repondantaux exigences de qualite AA (BNQ 2005) etait visee parcette recherche. Les essais en tas ont egalement permis deverifier l’influence de la frequence d’agitation et d’arrosagesur la qualite des composts produits.

Materiel et methodes

Inventaire et caracterisation des intrantsL’etude du compostage a commence par l’inventaire de

tous les coproduits compostables (ou intrants) generes lorsdes operations de fabrication des produits dans les trois usi-nes (usine de biscuits, usine de barres collations et cerealeset usine de production de chocolat) de la region de Quebec(Canada) de Biscuits Leclerc.

Suite a l’analyse des informations fournies par les usineset les caracterisations chimiques des intrants potentiels, desfamilles de coproduits pouvant etre regroupees par leurs si-militudes, leurs proximites, ou encore, leurs facilites de re-groupement au sein des usines ont ete definies. Cesdifferentes familles sont :

� Biscuits (melange de differents types de coproduits deproduction de biscuits);

� Boues biologiques (boues generees par un procede debiofiltration);

� Boues physico-chimiques (boues directement echantillon-nees a la station de traitement des eaux usees de l’usinede biscuits);

� Cereales (coproduits de type cerealier provenant des pro-cedes d’extrusion et de cuisson);

� Ecailles de cacao (coproduits provenant de l’usine de fab-rication de chocolat).Afin d’etablir les differentes formulations possibles, des

caracterisations concernant les solides totaux (ST), le tauxd’humidite, la densite en vrac, le contenu en carbone (C),en azote (N) et en soufre (S), le rapport C/N, les teneurs enautres elements nutritifs (P, Ca, Mg, Na et K), ainsi que lesteneurs en metaux (Al, As, Cd, Cr, Co, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni,Pb, Se et Zn) ont ete realisees sur un total de 31 coproduitsdifferents comprenant : 9 echantillons de residus de biscuits,1 echantillon de boues biologiques, 1 echantillons de bouesphysico-chimiques, 13 echantillons de residus de cereales, 1echantillon d’ecailles de cacao et 5 residus de depoussie-reurs.

Essais de compostage en tasL’etape suivante consistait en la mise en place d’essais de

compostage a plus grande echelle, soit en tas. Six tas d’en-viron 1,0 m de hauteur de melanges d’intrants ont donc eteprepares et places dans un vaste hangar recouvert. Le calculdes quantites d’intrants est donc base sur un volume totalapproximatif de 2 m3. Les quantites utilisees des differentsintrants sont presentees au tableau 1. Il faut noter que pources essais, les coproduits de la famille Biscuits sont consti-tues uniquement de residus de gaufrettes (sans creme) etque les masses de boues biologiques ont ete limites a 5 kgpar tas pour des raisons de disponibilite de ces types d’in-trants.

Les scenarios testes lors de ces essais peuvent etre decritsde la maniere suivante :

� Un melange (C1) avec les proportions proportionnelles acelles generees dans les usines, auquel un brassage etaiteffectue deux fois par semaine et un arrosage etait effec-tue des que necessaire, c’est-a-dire lorsque l’humiditeetait inferieure a 50 %;

� Un deuxieme melange (C2) de composition semblable,

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auquel un brassage et un arrosage etaient effectues auxdeux semaines;

� Un melange (C3) sans intrants de la famille Biscuits, au-quel un brassage etait effectue deux fois par semaine etun arrosage etait effectue des que necessaire;

� Un melange (C4) sans intrants de la famille Cereales, au-quel un brassage etait effectue deux fois par semaine etun arrosage etait effectue lorsque necessaire;

� Un melange (C5) avec les proportions proportionnelles acelles generees dans les usines auquel un brassage etaiteffectue une fois par deux semaines et un arrosage etaiteffectue des que necessaire;

� Finalement, un melange (C6) sans intrants des famillesBiscuits et Cereales (uniquement des boues et des ecaillesde cacao) avec brassage deux fois par semaine et arro-sage au besoin.Il faut noter que, lors de cette experience, les ecailles de

cacao ont ete broyees a entre 1 et 2 mm de grosseur pourfaciliter leur transport. De meme, la famille Cereales etaitconstituee approximativement de 29 % de cereales extrudees(maıs, avoines, son de ble), 52 % de cereales cuites (riz se-che, flocons de maıs, riz croustillant, etc.) et 19 % de flo-cons d’avoines et barres collations (cereales, fruits secs,caramel, chocolat et yogourt sucre agglomeres et utilisespour la fabrication de barres collations).

Tableau 1. Composition (kg) des melanges d’intrants pour les essais de compo-stage en tas.

Familles d’intrants

Melanges

C1 C2 C3 C4 C5 C6Boues biologiques 5 5 5 5 5 5Boues physico-chimiques 145 145 145 145 145 145Biscuits 50 50 0 50 50 0Ecailles de cacao 300 300 350 550 312 600Cereales 250 250 250 0 250 0Eau 200 200 200 200 200 200Total 950 950 950 950 962 950Eau ajoutee durant le

compostage2000 1630 2310 2420 2170 2290

Fig. 1. Photographies des installations de compostage en tas au demarrage des essais et aspect visuel des composts au terme de la periodede compostage en tas.

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Les essais de compostage ont ete realises sur une periodede 4 mois (130 jours), soit du 10 juillet au 16 novembre2007. La figure 1 montre les installations et la preparationdes tas au demarrage des essais de compostage.

Des prelevements et ajustements de l’humidite (par arro-sage) des tas de compost ont ete effectues au besoin a unefrequence de deux fois par semaine ou une fois toutes lesdeux semaines selon le melange et ce, tout au long de la pe-riode de compostage. Les quantites d’eau a ajouter ont etedeterminees en se basant sur les mesures de solides totauxeffectuees lors du prelevement precedent et ce, de manierea essayer de maintenir une teneur en eau se situant en touttemps entre 40 % et 60 %.

Methodes analytiques

Solides, pH et temperatureLes solides totaux (ST) et les solides volatils (SV) ont ete

mesures en duplicata selon les protocoles des methodes2540 B et 2540 G de l’APHA (1999).

Les mesures de pH sur les composts ont ete realisees enduplicata suivant la methode IRDA-AS-201-R0 a l’aided’un pH-metre Accumet Research modele AR 25 dual chan-nel pH/Ion meter de Fisher Scientific (Nepean, Ontario). Cetappareil est muni d’une electrode de pH Ag/AgCl de marqueCole Parmer (Cole Parmer Instrument, Anjou, Quebec).

Le suivi de la temperature des tas de composts a ete ef-fectue a l’aide de deux thermometres digitaux de marqueAcorn munis de sondes RTD de 10 et 18 pouces de lon-gueur (1 po. = 25,4 mm; Cole Parmer Instrument), lesquelsetaient plonges a l’interieur des tas de compost. Pour chaquetas de compost, un total de cinq mesures ont ete prises a dif-ferents endroits, et une valeur moyenne a ainsi ete calculee apartir de ces valeurs.

Elements nutritifsLes teneurs en Ca, K, Mg, Na et P ont ete determinees

par spectrophotometrie a emission de plasma induit (ICP-AES) (methode EPA 6010 B) sur un appareil Varian (mo-dele Vista AX CCO Simultaneous ICP-AES, Palo Alto, Ca-lifornie). Les digestions des echantillons d’intrants decompostage et de composts (1 g sec d’echantillon) ont eterealisees en triplicata selon la methode MENVIQ.89,12/213.Met 1,3 pour les intrants et selon la methode 3050B del’APHA (1999) pour le compost. Le Ptot dans les eaux useesa ete mesure par ICP-AES apres digestion acide selon lamethode 3030I de l’APHA (1999). Un echantillon certifieCRM PQ-1 (lot no 7110C513, CANMET, Canadian Certi-fied Reference Materials Project (CCRMP)) a egalement etedigere en tant que controle. Des controles de qualite ont eteeffectues en analysant des echantillons liquides certifies (lotSC0019251, no catalogue 900-Q30-002, multi-elements stan-dard, SCP Science, Lasalle, Quebec).

Ratio C/NLe ratio C/N des intrants de compostage et des composts

a ete determine suite a l’analyse elementaire de carbone,d’azote et de soufre par la methode CHNS 412,1 sur un ana-lyseur Leco (modele HCNS-932, St-Joseph, Michigan).

MetauxLes metaux (Al, As, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni, Pb,

Se, Zn) contenus dans les intrants de compostage et de com-posts ont ete mesures par ICP-AES (methode EPA 6010 B).La methode de digestion MENVIQ.89,12/213.Met 1,3(HNO3 et H2O2) a ete utilisee sur des masses de 0,5 g decoproduits secs et 1,0 g de boues (physico-chimiques et bio-logiques) pour l’extraction des metaux et la methode de di-gestion 3050B a ete utilisee sur 1,0 g de compost sec.

Tests de maturiteLes tests standards de la compagnie Woods End Research

Laboratory Incorporated ont ete realises afin d’evaluer l’etatde maturite (stabilite) des composts. Ces tests comprennentun test de hausse de la temperature (Dewar Self-HeatingTest) (WERLI 2005), un test de production de gaz ammo-niacal (NH3) (WERLI 2006a) et un test de production dedioxyde de carbone (CO2) (WERLI 2006b).

Mesures microbiologiquesDes echantillons de compost ont ete achemines au labora-

toire de la compagnie Bodycote Groupe D’Essais (Quebec,Quebec) pour des mesures de coliformes fecaux (methodeMA 700-EC-TM-1,0), de bacteries heterotrophes aerobies(BHAA a 35 8C) (methode MFMPB-18) et de salmonelles(methode MA700Sal-PA).

Resultats et discussion

Caracterisation des intrants de compostageLe tableau 2 montre les caracteristiques physico-chimi-

ques moyennes des coproduits des differentes familles d’in-trants de compostage. Les valeurs moyennes ont etecalculees en tenant compte des proportions relatives dechaque coproduit constituant une famille d’intrants.

Les donnees des coproduits montrent notamment queceux-ci presentent des caracteristiques tres diversifiees entermes de teneurs en eau (de 1,2 % pour les ecailles de ca-cao a 83,0 % pour les boues biologiques) et de rapport C/N(de 17 pour les boues biologiques et les ecailles de cacao a51 pour les boues physico-chimiques). Ces ecarts importantsen ce qui concerne ces deux parametres de base represententune information de premiere importance pour la formulationdes melanges d’intrants de compostage.

Bien que les ecailles de cacao possedent un faible rapportC/N, il faut souligner que la disponibilite de l’azote dans cetintrant est generalement plus faible que pour d’autres subs-trats organiques plus facilement biodegradables (Noble etal. 2002). Les ecailles de cacao sont egalement une excel-lente source de nutriments, dont notamment en phosphore(3,74 % sur base seche (m/m)), calcium (3,20 % m/m), ma-gnesium (5,38 % m/m) et potassium (27,53 % m/m). Dememe, les ecailles de cacao constituent egalement un excel-lent agent de foisonnement pour la preparation de compostetant donne, d’une part, sa tres faible densite en vrac (0,30g�cm–3), ainsi que, d’autre part, sa granulometrie relative-ment grossiere et homogene.

En ce qui concerne les elements traces, les teneurs presen-tes dans les intrants potentiels de compostage sont nettementinferieures aux valeurs prescrites dans la norme nationale ducompost de type AA. Il faut toutefois noter que les boues

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physico-chimiques utilisees comme intrant de compostagerepresentent le materiel le plus contamine en metaux, princi-palement en Cr, Cu, Fe, Pb et Zn. Cette contamination pro-vient en bonne partie de l’addition de sulfate ferriquecommercial lors du procede physico-chimique (coagulation–floculation et flottation) de traitement des effluents.

Composition initiale des melanges de compostageLe tableau 3 montre les caracteristiques des melanges ini-

tiaux d’intrants utilises lors des essais de compostage en tas.Les valeurs ont ete calculees en considerant les proportionsrelatives de chaque famille d’intrants lors de la preparationdes melanges.

Malgre un apport en eau lors de la preparation des melan-ges, la teneur initiale en eau des tas de compost etait infe-rieure a 50 %. De fait, des quantites importantes d’eau ontdu etre ajoutees en cours de compostage afin de maintenirune teneur en eau voisine de 50 %. La masse seche initialedes differents tas de composts etait comprise entre 631 et652 kg.

Le rapport C/N des differents melanges etait de 22 a 23pour les tas C1, C2, C3 et C5, alors qu’il etait de 18 a 19dans le cas des tas C4 et C6. La presence d’une proportionplus importante d’ecailles de cacao (rapport C/N de 16,8)dans ces derniers explique le plus faible rapport C/N pources deux tas.

Les melanges initiaux etaient conformes aux valeurs pres-crites sachant que les teneurs en metaux initialement mesu-rees dans les intrants etaient inferieures a la norme nationalepour les composts de qualite AA.

Aspect general des compostsLa figure 1 montre des photographies des tas C1 et C6

apres la periode de 4 mois de compostage. Il s’avere que lemelange et l’arrosage frequent des tas de composts sont despratiques importantes afin d’assurer la production d’un com-post homogene et mature. En effet, la degradation des diffe-rents intrants des composts C2 (brassage et arrosage auxdeux semaines uniquement) et C5 (brassage aux deux semai-nes et arrosage au besoin) etait incomplete apres 4 mois, etdes mauvaises odeurs etaient constatees lors du brassage deces tas. Les autres composts se sont averes nettement plushomogenes, de couleur noire et ne degageaient pas d’odeursdesagreables. Des produits finaux de bonne qualite ont ainsiete obtenus suite au compostage des melanges d’intrantscombinant l’ensemble des coproduits de Biscuits Leclerc(C1), ou encore, sans intrants de la famille Biscuits (C3) oude la famille Cereales (C4), ou de ces deux familles (C6).

La presence des ecailles de cacao est tres importante carelle permet de favoriser l’aeration des composts et, ainsi, ladegradation complete de la matiere organique (production dedioxyde de carbone) sans accumulation importante de mole-cules odorantes, telles que les acides gras volatils (ex. ace-tate, butyrate, propionate, lactate, etc.), les sulfures (sulfured’hydrogene, mercaptans, etc.), les amines (methylamine,ethylamine, dimethylamine, etc.), les aldehydes et les ceto-nes (Liu et al. 1997; Stuetz et Frechen 2001).

Perte de masse lors du compostageLe tableau 4 montre les donnees relatives a la perte de

matiere seche suite au processus de compostage. Une dimi-

Tableau 2. Caracteristiques des coproduits des differentes familles d’intrants utilises lors des essais de compostage.

Parametres Unites BiscuitsBouesbiologiques

Boues physico-chimiques Cereales

Ecailles decacao

Normes(AA)

Teneur en eau (% m�m–1) 13,3 83,0 59,8 7,3 1,2Densite (g�cm–3) 0,07 0,34 1,16 0,45 0,12C (g�kg–1) 448 464 599 444 436N (g�kg–1) 15,0 28,0 11,7 14,2 25,9Rapport C/N 29,89 16,6 51,2 33,3 16,8S (g�kg–1) 0,13 0,27 0,11 0,10 0,15P (g�kg–1) 1,10 3,62 1,12 2,24 3,74Ca (g�kg–1) <0,61 9,55 <0,61 0,90 3,20Mg (g�kg–1) 0,30 4,64 <0,18 0,49 5,38Na (g�kg–1) 0,96 6,00 1,61 5,03 0,09K (g�kg–1) 1,61 2,35 0,30 1,91 27,5Al (mg�kg–1) 4,35 4,38 171 10,7 364As (mg�kg–1) 0,48 0,80 0,56 0,40 0,90 £13,0Cd (mg�kg–1) 0,04 0,20 0,21 0,06 0,15 £3,0Cr (mg�kg–1) 0,99 2,50 12,2 0,15 1,40 £210Co (mg�kg–1) <0,06 1,46 <0,06 0,20 1,28 £34,0Cu (mg�kg–1) 8,40 36,7 109 3,40 30,6 £400Fe (mg�kg–1) 70,8 2342 4310 45,6 457Mn (mg�kg–1) 6,77 70,0 12,9 8,03 53,9Mo (mg�kg–1) 0,41 1,29 2,12 0,59 <0,39 £5,0Ni (mg�kg–1) 0,40 13,4 5,91 2,01 14,8 £62Pb (mg�kg–1) 0,28 2,00 5,47 <1,09 0,60 £150Se (mg�kg–1) <0,63 0,49 <0,63 0,61 <0,63 £2,0Zn (mg�kg–1) 7,68 67,2 34,0 47,1 59,6 £700



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nution des solides variant entre 50 % et 73 % a ete mesureeselon les tas de compost. Les baisses de solides les plus fai-bles ont ete obtenues dans les tas C4 et C6 comprenant uneforte proportion d’ecailles de cacao (84 % et 91 % de lamasse seche respectivement pour C4 et C6), lesquelles pre-sentent sans doute une proportion plus elevee de matiere peubiodegradables par rapport aux intrants des familles Biscuitsou Cereales (47 % de la masse seche en ecailles de cacao enmoyenne pour C1, C2 et C5).

Redgwell et al. (2003) ont montre que les polysaccharidesdes ecailles de cacao sont constitues d’environ 45 % de po-lysaccharides pectiques (melange de rhamnogalacturonans),de pres de 20 % d’hemicelluloses (melange de xyloglucansfucosyles, galactoglucomannans et glucoronoarabinoxylan)et 35 % de cellulose. La nature complexe et moins biodegra-dable des polysaccharides des ecailles de cacao expliqueraitdonc que la perte de masse pour les tas de compost compre-nant une proportion plus elevee d’ecailles soit moins eleveeque la reduction des solides dans le cas des composts avecplus de cereales et de residus de biscuits.

Il faut egalement souligner que des pertes de masse lege-rement moins importantes que pour C1, soit 67 % et 70 %,ont ete mesurees dans les tas subissant un brassage moinsfrequent (C2 et C5). Ceci demontre que le processus decompostage se deroule generalement bien, mais que la bio-degradation est plus lente dans certaines zones des tas (prin-cipalement a la base des tas), ce qui fait en sorte que lescomposts finaux contiennent encore des particules de bis-

cuits ou cereales incompletement degradees. La perte demasse plus elevee dans le cas de C5 (70 %) en comparaisonavec C2 (67 %) serait attribuable au maintien d’une teneuren eau moyenne plus elevee dans C5 (48,4 % ± 9,4 % humi-dite) que dans C2 (40,3 % ± 10,1 % humidite) tout au longde la periode de compostage.

Le tableau 4 montre aussi la diminution de la fraction vo-latile (perte de la matiere organique par volatilisation a650 8C) des matieres seches entre le debut (valeurs compri-ses entre 89 % et 94 %) et la fin de la periode de compos-tage (valeurs se situant entre 73 % et 83 %). La baisse de lafraction volatile s’explique par la diminution de la matiereorganique par biodegradation, alors que la fraction fixe (nonvolatile) demeure relativement stable durant le processus decompostage.

La densite en vrac des composts finaux etait comprise en-tre 0,35 et 0,45 g�cm–3, alors que les melanges initiaux(avant compostage) presentaient une densite se situant entre0,44 et 0,54 g�cm–3. Ce fait demontre que le processus decompostage n’a pas cause une compaction importante desmatieres solides et que les produits finaux sont demeures le-gers et poreux.

Taux d’humiditeDeux fois par semaine, des mesures du taux d’humidite

ont ete effectuees afin de s’assurer que les composts etaientsuffisamment humides pour maintenir l’activite biologique.Les teneurs finales en eau (humidite) mesurees dans les

Tableau 3. Caracteristiques initiales des melanges utilises lors des essais de compostage.

Parametres Unites C1 C2 C3 C4 C5 C6Teneur en

eau(% m�m–1) 33,6 33,6 33,0 32,0 33,2 31,4

Densite (g�cm–3) 0,51 0,54 0,51 0,45 0,54 0,44Masse seche (kg) 631 631 637 646 643 652Solides vola-

tils(%) 93,5 93,9 92,1 90,0 91,6 89,1

pH 4,4 4,9 5,1 5,3 5,0 5,5C (g�kg–1) 454 454 453 451 454 451N (g�kg–1) 19,5 19,5 20,3 23,9 19,7 24,7Rapport C/N 23,3 23,3 22,3 18,9 23,1 18,3S (g�kg–1) 0,12 0,12 0,13 0,14 0,12 0,14P (g�kg–1) 1,75 1,75 1,88 2,15 1,79 2,29Ca (g�kg–1) 1,22 1,22 1,36 1,80 1,25 1,94Mg (g�kg–1) 1,73 1,73 1,98 2,94 1,79 3,20Na (g�kg–1) 1,33 1,33 1,30 <0,49 1,34 <0,49K (g�kg–1) 8,69 8,69 9,98 15,1 9,02 16,3Al (mg�kg–1) 121 121 138 208 125 226As (mg�kg–1) 0,41 0,41 0,44 0,54 <0,42 0,57Cd (mg�kg–1) 0,07 0,07 0,08 0,10 0,08 0,10Cr (mg�kg–1) 1,21 1,21 1,23 1,52 1,22 1,55Co (mg�kg–1) 0,43 0,43 0,49 0,70 <0,06 0,76Cu (mg�kg–1) 16,7 16,7 17,8 23,4 17,0 24,6Fe (mg�kg–1) 403 403 422 450 408 524Mn (mg�kg–1) 19,0 19,0 21,4 30,4 19,6 32,8Mo (mg�kg–1) <0,39 <0,39 <0,39 <0,39 0,37 <0,39Ni (mg�kg–1) 5,22 5,22 5,93 8,40 5,40 9,12Pb (mg�kg–1) 0,54 0,54 0,56 0,66 0,55 0,68Se (mg�kg–1) <0,63 <0,63 <0,63 <0,63 <0,63 <0,63Zn (mg�kg–1) 31,0 31,0 33,6 34,8 31,7 37,4

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composts au terme de la periode de compostage sont indi-quees au tableau 4. Les teneurs en eau dans les composts fi-naux se situaient entre 52 % (C2) et 60 % (C1 et C5).

La figure 2 montre, quant a elle, l’evolution de la teneuren eau dans les composts au cours de la periode de compos-tage. Des volumes appreciables d’eau (1630 a 2420 L selonles tas, voir tableau 1) ont du etre ajoutes au cours de la pe-riode de compostage, pour maintenir l’humidite a un niveauadequat dans les tas de compost.

Une teneur moyenne d’humidite se situant entre 48 % et51 % a ete maintenue dans les differents tas de compost (ar-rosage deux fois par semaine au besoin), a l’exception d’unevaleur moyenne de 40 % d’eau dans le cas du compost C2(arrosage une fois toutes les deux semaines seulement).

Evolution de la temperatureLa figure 3 illustre la temperature interne des tas de com-

Tableau 4. Caracteristiques physico-chimiques finales des composts.

Parametres Unites C1 C2 C3 C4 C5 C6Compost dedechets alimentaires

Compost dedechets municipaux

Teneur en eau (% m�m–1) 59,8 52,0 53,3 55,3 59,9 57,2 19,1–72,7 29,6–51,7Densite (g�cm–3) 0,42 0,35 0,40 0,37 0,45 0,39 0,36–0,72 0,22–0,74Masse seche (kg) 170 208 196 285 192 329 — —Perte de masse (% m�m–1) 73,1 67,0 69,2 55,9 70,1 49,5 — —Solides volatils (%) 81,2 83,4 72,7 74,9 82,0 78,1 — —pH 7,3 8,3 7,7 7,9 7,7 7,4 6,1–7,0 7,3–8,1C (g�kg–1) 409 446 450 478 462 466 437–469 156–395N (g�kg–1) 64,4 58,3 62,8 53,9 64,8 49,1 7,0–12,7 5,1–17,8Rapport C/N 6,35 7,64 7,17 8,87 7,12 9,49 35,1–65,4 —S (g�kg–1) 4,6 5,0 5,2 5,1 5,4 3,8 0,06–0,39 0,5–6,0P (g�kg–1) 6,79 5,87 6,43 6,34 6,83 4,97 1,3–2,7 1,5–6,6Ca (g�kg–1) 8,20 6,09 6,95 5,56 7,86 6,54 5,7–19,5 12–75Mg (g�kg–1) 7,52 6,42 7,62 2,83 7,54 7,91 0,8–2,3 1,7–6,0Na (g�kg–1) 7,52 6,60 6,43 1,04 7,16 0,66 0,6–7,1 2,0–7,1K (g�kg–1) 36,0 34,6 39,7 45,7 37,3 39,8 2,9–6,8 0,7–9,7Al (mg�kg–1) 615 446 591 622 533 624 500 9100–18400As (mg�kg–1) 0,40 0,50 0,29 <0,28 0,34 <0,28 0,9–4,0 3,5–15,6Cd (mg�kg–1) 0,24 0,19 0,24 0,23 0,23 1,62 <1 0,04–100Cr (mg�kg–1) 3,05 2,04 3,07 3,11 2,64 6,61 0,1–8,0 2–270Co (mg�kg–1) 1,51 1,28 1,61 1,72 1,57 3,62 — —Cu (mg�kg–1) 48,1 39,1 47,6 49,1 48,5 51,2 23,0–36,4 89,6–762Fe (mg�kg–1) 1669 1187 1597 1356 1515 1340 800–8700 2200–34900Mn (mg�kg–1) 103 83,4 101 93,6 98,7 98,4 52,6 211–936Mo (mg�kg–1) 1,41 0,96 1,03 0,59 1,19 0,57 1,0 4,7–12,8Ni (mg�kg–1) 21,6 17,9 22,7 25,1 19,7 25,8 4,0–6,0 0,76–190Pb (mg�kg–1) 1,74 1,50 1,83 2,14 1,68 4,65 6,0–24,1 9–900Se (mg�kg–1) 1,02 0,93 0,74 0,76 0,62 <0,63 0,5–3,0 1,1–3,6Zn (mg�kg–1) 104 86,4 101 97,8 102 95,0 37,6–90,0 320–2790

Fig. 2. Evolution temporelle de la teneur en eau (humidite) dans lescomposts lors des essais de compostage en tas.

Fig. 3. Evolution temporelle de la temperature interne et externedes composts lors des essais de compostage en tas.



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post au cours de la periode de compostage. De maniere ge-nerale, une hausse progressive de la temperature a ete cons-tatee au cours des 2 ou 3 premieres semaines decompostage. Des temperatures elevees, soit superieures a50 8C, se sont ensuite maintenues pendant des periodess’etalant entre 6 et 10 semaines, puis les temperatures ontprogressivement baisse jusqu’a des temperatures s’appro-chant de la temperature exterieure. Des temperatures finalesinferieures a 10 8C (7,8 a 9,6 8C) ont ete mesurees dans lecas des tas C1, C3, C4 et C6, alors que celles des tas C2 etC5 etaient respectivement de 19,7 et 12,7 8C. Les tempera-tures finales relativement plus elevees pour C5 et, surtoutpour C2, temoignent du processus incomplet de compostagedans ces deux cas. Une hausse particulierement rapide de latemperature (T > 50 8C apres 24 h) a ete denotee dans le casdu compost C6, lequel est constituee uniquement d’ecaillesde cacao et de boues. La temperature la plus elevee, soit68 8C, a ete mesuree dans le cas des tas C4 et C6.

Evolution du pH des compostsLa figure 4 illustre la fluctuation du pH des composts au

cours de la periode de compostage en tas. Une hausse pro-gressive du pH a ete mesuree durant les 7 a 10 premieressemaines pour tous les composts, puis celui-ci s’est stabiliseavec des valeurs finales comprises entre 7,3 (C1) et 8,3 (C2)(tableau 4). La hausse la plus rapide du pH a ete notee dansle cas des composts (C4 et C6) possedant les proportions lesplus elevees en ecailles de cacao. Il faut souligner que lesmelanges initiaux d’intrants etaient tous legerement acidesavec des valeurs se situant entre 4,4 (C1) et 5,5 (C6) (ta-bleau 3). La hausse du pH des composts peut s’expliquernotamment par la degradation de composes azotes engen-drant la liberation d’ammoniac qui, en se solubilisant, faitaugmenter le pH (Sanchez-Monedero et al. 2001).

Carbone, azote et rapport C/NLes teneurs en carbone et azote, ainsi que le rapport C/N

des composts obtenus apres 4 mois de compostage en tassont exposes au tableau 4. Les donnees montrent notammentdes valeurs de rapport C/N faibles (de 6,4 a 9,5) resultant duprocessus de compostage. Cette baisse du rapport C/N s’ex-plique par la hausse des teneurs en azote total (concentra-

tions finales comprises entre 49,1 et 64,8 g�kg–1) resultantde la baisse importante des matieres solides. Les teneurs enazote dans les composts finaux ont ainsi augmente par unfacteur 2,0 a 3,3 par rapport aux teneurs en azote mesureesdans les melanges initiaux.

Le bilan de masse de l’azote total (masse initiale d’azote/masse finale d’azote) dans chaque tas indique que les quan-tites totales d’azote demeurent pratiquement inchangees,avec des variations s’etalant entre –12,4 % et +0,3 %. Cebilan confirme le fait que la baisse du rapport C/N s’ex-plique principalement par la diminution de la fraction carbo-nee des melanges de compost.

Les teneurs en carbone des composts (de 409 a 478g�kg–1) sont comparables a ce qui a ete decrit par He et al.(1995) et Epstein et al. (2005) pour du compost provenantde dechets alimentaires (C = 437 a 469 g�kg–1) et sont supe-rieures a la teneur usuelle en carbone (de 156 a 395 g�kg–1)dans les composts de dechets municipaux (He et al. 1992,1995; Tisdell et Breslin 1995).

Le tableau 4 montre egalement les caracteristiques phy-sico-chimiques de composts produits a partir de dechets ali-mentaires (He et al. 1995; Epstein et al. 2005) et deplusieurs composts generes a partir de dechets municipaux(He et al. 1992, 1995; Tisdell et Breslin 1995). Ainsi, les te-neurs finales en azote des composts (de 49,1 a 64,8 g�kg–1)produits dans cette etude sont nettement superieures aux te-neurs mesurees dans le compost de dechets alimentaires (de7,0 a 12,7 g�kg–1), ou encore, dans les composts de dechetsmunicipaux (de 5,1 a 17,8 g�kg–1). Les teneurs elevees enazote constituent une caracteristique agronomique particulie-rement interessante des composts produits dans cette etudeet resultent, en bonne partie, de l’utilisation des ecailles decacao, dont la teneur initiale en azote est de 25,9 g�kg–1.

Elements nutritifs et metauxLes teneurs en elements nutritifs et en metaux des com-

posts obtenus apres 4 mois de compostage en tas sont expo-sees au tableau 4. De maniere semblable a l’azote, leprocessus de compostage a fait en sorte de concentrer leselements nutritifs (S, P, Ca, Mg, Na et K) dans les com-posts. Les pertes par lessivage des nutriments et des metauxont sans doute ete negligeables, puisque les tas de compostetaient proteges des precipitations et que tres peu de lixiviatss’ecoulaient des tas lors des arrosages periodiques.

Les teneurs en P, K, Mg et S mesurees dans les compostsfinaux sont superieures a ce qui a ete repertorie dans la litte-rature pour des composts prepares a partir de dechets ali-mentaires, mais sont dans la limite inferieure en ce quiconcerne les teneurs en Ca (de 5,56 a 8,20 g�kg–1). Les te-neurs mesurees en Na (de 0,66 a 7,52 g�kg–1) sont compara-bles.

En comparaison aux composts generes a partir de dechetsmunicipaux, les teneurs mesurees en K (de 34,6 a 45,7g�kg–1) sont superieures, alors que celles mesurees pour leCa sont inferieures. Les autres nutriments sont comparablesaux teneurs repertoriees dans la litterature.

Les resultats du tableau 4 montrent egalement que les te-neurs en metaux dans les composts, malgre le phenomene deconcentration cause par le processus de compostage, sontdemeurees nettement inferieures aux exigences en vigueur

Fig. 4. Evolution temporelle du pH des composts lors des essais decompostage en tas.

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pour la production de compost de qualite AA, et ce, pourtous les metaux.

Les teneurs en Ni, Mn et Zn determinees dans les com-posts sont superieures a ce qui a ete repertorie pour descomposts prepares a partir de dechets alimentaires, maissont generalement inferieures en ce qui concerne les teneursen As et Pb. Les teneurs en autres elements metalliques sontcomparables aux teneurs identifiees dans la litterature pourdes composts de dechets alimentaires. D’autre part, les te-neurs en metaux dans les composts s’averent generalementinferieures aux teneurs mesurees pour des composts preparesa partir de dechets municipaux.

Tests de maturite des compostsDifferents tests standardises ont ete menes afin de verifier

l’etat de stabilite (maturite) des composts au terme de la pe-riode de compostage de 4 mois. Le tableau 5 montre lesprincipales donnees issues de ces tests, ainsi que l’interpre-tation donnee par les guides techniques a partir des resultatsobtenus. Selon l’information disponible, les composts C1,C3, C4, C5 et C6 seraient tres matures, alors que selon letest de production de CO2 (« Solvita carbon dioxide test »)le compost C2 necessiterait encore une periode d’incubation.

Selon Butler et al. (2001), le test de hausse de tempera-ture (« Dewar self-heating test ») serait l’un des meilleurstests pour evaluer la qualite de stabilisation des composts.

Dans la presente etude, il ressort toutefois que la maturiteincomplete du compost C2, ce qui etait visuellement evi-dent, ait plutot ete revelee que par le test de production deCO2. Ce fait temoigne de l’importance d’utiliser plusieurstests, et non seulement un test, pour juger de la qualite destabilisation des composts.

Mesures microbiologiquesLe tableau 6 fournit les donnees relatives au denombre-

ment des coliformes fecaux, des bacteries heterotrophes tota-les (BHAA) et des salmonelles dans les echantillons decompost au terme de la periode de compostage en tas de 4mois.

Les resultats demontrent que les composts C1, C3, C4 etC6 repondent aisement aux criteres microbiologiques exigespour le compost de categorie AA. Par contre, les compostsC2 et C5 (tas moins agites) depassent le seuil en ce quiconcerne les teneurs en coliformes fecaux.

Lors du processus de compostage, les coliformes fecauxet salmonelles sont normalement elimines durant la phasethermophile (hausse de la temperature a >55 8C) du compos-tage (Hassen et al. 2001; Epstein et al. 2005; Shammas etWang 2007). Dans le cas des composts C2 et C5, les tempe-ratures maximales atteintes ont ete respectivement de 64 et60 8C, ce qui aurait du, en principe, permettre une bonneaseptisation de ces composts. Il faut cependant noter que

Tableau 5. Tests de maturite des composts au terme de la periode de compostage en tas de 4 mois.

CompostsD Temp.(8C)a

CO2/O2

(%)bNH3

(ppm/4 h)c SignificationC1 0–5 £0,2 <100 Compost inactif, hautement mature, comme le sol,

sans limitation d’usageC2 0–5 2,0 <100 Compost actif pret pour le « sechage » (curing),

besoin de brassage beaucoup moins grandC3 0–5 £0,2 <100 Compost inactif, hautement mature, comme le sol,

sans limitation d’usageC4 0–5 £0,2 <100 Compost inactif, hautement mature, comme le sol,



sans limitation d’usage

aTest d’augmentation de la temperature (« Dewar self-heating test »).bSolvita carbon dioxide test.cSolvita ammonia test.

Tableau 6. Denombrement des coliformes fecaux, des bacteries heterotrophes totales(BHAA) et des salmonelles dans les composts au terme de la periode de compostageen tas de 4 mois.

CompostsColiformes fecaux(NPP/gps)

Salmonelles(/10 g humide) BHAA (UFC/g)

C1 50 Absence >3�108

C2 1600 Absence >3�108

C3 9 Absence 2,1�108

C4 <5 Absence >3�108

C5 6200 Absence 1,7�108

C6 21 Absence >3�108

Normes (compost AA) <1000 <3 NPP/4 gps —

Nota : NPP/gps, nombre le plus probable par gramme de poids sec; UFC, unites formatrices decolonies.



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ces composts ont ete moins agites que les autres composts etque, en consequence, des zones moins chaudes ont probable-ment ete formees, ce qui pourrait expliquer une moins bonnequalite de desinfection dans ces cas.

ConclusionCette etude a permis, dans un premier temps, de realiser

un inventaire detaille des coproduits organiques d’usines deproduction de biscuits, chocolat, cereales et barres collationset d’identifier des formulations adequates de compostage desdifferentes familles d’intrants (coproduits). Des essais decompostage en tas, avec retournement manuel, ont ensuiteete realises dans des installations couvertes avec differentsmelanges. Des composts d’excellente qualite, repondant auxexigences de qualite AA (normes du BNQ) ont ete generesau terme d’une periode de 4 mois de compostage. Ces essaisont ainsi permis de montrer que les ecailles de cacao consti-tuent un excellent agent de foisonnement (« bulking agent »)et que les coproduits de ce type d’industrie alimentaire peu-vent etre aisement valorises en produisant un compost ayantune excellente valeur commerciale.

RemerciementsCette recherche a ete realisee avec l’appui financier du

Centre national de la recherche du Canada, Programmed’aide a la rechehe industrielle (CNRC-PARI), de BiscuitsLeclerc et du programme de bourse BMP Innovation. Lesauteurs remercient egalement Madame Vanessa Catherine,Monsieur Jacques Leclerc, le Monsieur Mustapha LounesPh. D., Madame Marie-Claude Boivin et Monsieur Jean-Phillipe Pavard pour leur soutien technique.

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