Approche multifilières pour la valorisation de la matière organique à Florianópolis (Brésil)

La production de déchets est l’un des problèmes majeurs des centres urbains, problème aggravé en raison de la croissance démographique et de la consommation de biens dont la durée de vie utile est réduite. Selon les Nations-Unies, 75 % de la population sera concentrée dans les zones urbaines d’ici 2050. D’autre part, la matière organique (MO), composante majeure des déchets solides urbains, représente entre 1/3 et 2/3 du total des déchets.

 

Le cas Florianópolis

La ville de Florianópolis, capitale de l’État de Santa Catarina (SC), Brésil, compte une population de 477 798 habitants (IBGE 2016) et une production quotidienne de déchets par habitant de 0,97 kg (1,4 kg pour Montréal). La figure 1 montre l’emplacement de la ville de Florianópolis sur l’île de Santa Catarina ainsi que le pont double qui relie l’île au continent, le centre de transfert et le site d’enfouissement. Les marchandises et les résidus entrent et sortent de la ville par ce pont qui sert aussi de voie d’approvisionnement en électricité et en eau potable.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 1. Circulation des matières dans la ville de Florianópolis.

Selon une perspective de métabolisme urbain, c’est-à-dire la réutilisation des résidus en les réintroduisant dans la chaîne de production, réduisant ainsi les déchets finaux et l’apport de matières et d’énergie, l’utilisation de technologies de valorisation des MO en fonction des conditions locales présentes est à préconiser. Par conséquent, l’étude réalisée a porté sur quatre méthodes de valorisation : compost, vermiculture, digestion anaérobie et production d’Hermetia illucens.

Valorisation de la matière organique

Le compost est une dégradation régulée de MO en présence d’oxygène. À Florianópolis, des entreprises et des organisations produisent du compost à petite échelle. L’avantage de cette filière est la simplicité technique du procédé (Cooperband, 2002). Cependant, la faible valeur économique du produit final limite l’intérêt de son déploiement. L’élevage de vers (vermicompostage) est une solution alternative basée sur la digestion de la matière organique par les vers, produisant non seulement un compost de haute qualité, mais également une source de protéines (vers) (Munroe 2004).La digestion anaérobie (DA), ou biométhanisation, est la dégradation régulée de MO en l’absence d’oxygène (Vögeli et al., 2014). Contrairement au compost, la DA est un procédé techniquement plus complexe où des variations minimes des paramètres, comme le pH ou la température, peuvent générer des disfonctionnements du procédé (odeurs par exemple). Le biogaz, produit final issu de la DA, est une source d’énergie qui peut être utilisée pour compléter le mix énergétique local et réduire la dépendance à l’égard des sources fossiles d’énergie (tels que combustibles, carburants).

À l’heure actuelle, une solution émergente est la valorisation de MO par l’entremise d’un insecte : le Hermetia illucens (HI), ou la mouche soldat noire. Les larves de cette mouche sont des organismes voraces qui se nourrissent de MO en décomposition, d’excréments, de carcasses d’animaux et autres. Le cycle de vie est relativement court: la larve, une fois nourrie, migre vers un environnement sec et après 14 jours, une mouche adulte en émerge. Au stade de la chrysalide, les larves atteignent leur plus grande taille et sont riches en protéines et en lipides (Diener, 2010). En plus de la réduction substantielle du volume de MO (50 % à 95 %), les produits résultant de cette méthode présentent un intérêt économique. Par exemple, les protéines animales peuvent être valorisées sous forme de nourriture animale (pisciculture) et les lipides dans la production de biocarburants, sans oublier d’autres substances à haute valeur commerciale pour l’industrie pharmaceutique et cosmétique qui sont déjà sous la loupe des chercheurs, par exemple la chitine (Diener, 2010).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 2. Cycle de vie de la mouche soldat noire, Hermetia illucens. (Diener, 2010)

Résultats

La figure 3 présente les résultats de l’analyse territoriale de la production de matières organiques (MO). La carte illustre une production plus élevée (tonnes/semaine) dans les zones centre (commerciale et affaires), nord (touristique) et est (résidentielle).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 3. Carte de la production de MO par quartier et par district.

L’évaluation de différents scénarios de valorisation des matières organiques (mono- et multifilières) s’appuie sur l’analyse multicritères de la satisfaction (Hausler, Béron et Hade, 1994) permettant de les hiérarchiser sur la base de critères environnementaux, socio-économiques et techniques (tableau 1).

Tableau 1. Résultats de l’analyse de satisfaction

 

 

 

 

 

 

 

 

L’approche multifilières se démarque en offrant la capacité de diversifier les débouchés et décentraliser sur le territoire les procédés de valorisation. Dès lors, ce scénario offre la flexibilité de s’adapter à des variations soit de matières (approvisionnement) soit des besoins (production).

Recommandations

Les filières évaluées n’ont pas toutes la même maturité de développement. Il n’existe actuellement aucune installation de biométhanisation au Brésil. Par ailleurs, la filière de production d’Hermetia illucens n’existe actuellement qu’à l’échelle de démonstration. Dans un processus d’amélioration continue, le déploiement des solutions doit se faire de façon cohérente en exploitant dans un premier temps des solutions éprouvées (compostage et vermicompostage) et réaliser des projets pilotes sur les technologies à éprouver dans les conditions locales. Dès lors, cette approche permet d’acquérir un savoir-faire par les acteurs locaux (publics, universités, privés) et identifier les meilleures conditions pour un développement économique approprié basé sur la promotion de chaînes de production durables. Ce savoir-faire pourra, par la suite, bénéficier à d’autres territoires.

D’un point de vue déploiement, la récupérationde MO pourrait être, dans un premier temps, déployée dans les zones à production élevée. Le traitement de MO associé aux 5 quartiers les plus producteurs de MOéquivaut à 26 % de la production totale. En parallèle, le traitement initial des MO provenant des grands producteurs tels que les marchés, les restaurants et les hôtels constitue une option intéressante. Ces deux options réduiraient le volume de déchets dirigés dans les sites d’enfouissement et, par le fait même, le transport et les émissions de gaz à effet de serre. En retombées, la valorisation des MO permet de minimiser les effets de l’enfouissement, de prolonger la vie utile des sites d’enfouissement, et remplacer des ressources naturelles (réduction de l’extraction de matières premières et de leur transport).

Je remercieles professeurs Mathias Glaus de l’ÉTS et Armando Borges de l’UniversidadeFederal de Santa Catarina, les fonds de développement durable de l’Association étudiante de l’ÉTS, le Bureau du recrutement étudiant et de la promotion des programmes,et l’organisme MITACS pour leur soutien et l’intérêt qu’ils ont eu pour ce projet de recherche.

Eduardo Leon