Réussir le compostage à la ferme

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La France, D. et Duval, J. (2022).

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Il y a de nombreuses ressemblances entre bien gérer un sol et le processus de compostage, car les deux doivent être favorables à une activité biologique appropriée. Fabriquer un compost, c’est ainsi créer un milieu de vie et d’alimentation pour des décomposeurs :

Il faut assurer une structure poreuse qui permet un équilibre entre l’eau et l’air car le processus est principalement aérobie;
Il faut synchroniser la disponibilité des substances nutritives aux diverses étapes du processus comme pour la nutrition des plantes dans les sols;
Les matières organiques doivent minéraliser au moment approprié pour les besoins nutritifs des divers organismes;
La nature des matériaux, la taille et la forme des particules auront une incidence sur cette minéralisation.

En général les microorganismes sont déjà présents sur les matériaux, là où l’eau est concentrée, et ils prolifèrent lorsque les conditions leur conviennent; il n’est donc habituellement pas nécessaire de les inoculer pour composter. Il y aura une succession des organismes dans le temps à mesure que les matériaux seront modifiés par le processus de décomposition. Plusieurs milliers d’espèces d’organismes divers sont actives durant le compostage, tout comme dans un sol; certaines ont des besoins très précis et d’autres sont très adaptables. Les bactéries, incluant les actinobactéries (actinomycètes), dominent largement la population biologique du compost, suivies des champignons. Le type de bactéries et de champignons varie énormément d’un compost à l’autre (Rynk et al, 2021). D’autres organismes, y compris un grand nombre d’animaux, interviennent dans les phases où la température est plus modérée.

On doit obligatoirement respecter soigneusement les bonnes règles du compostage si l’on veut obtenir un compost de qualité, ce qui veut dire de bien comprendre les paramètres à prendre en compte.

Les paramètres à considérer

Les principaux paramètres à considérer et à harmoniser pour un compostage réussi sont :

La présence d’azote (N) qui servira aux décomposeurs à élaborer la protéine de leur corps;
La présence d’hydrates de carbone (C) assimilables, source d’énergie pour les décomposeurs. L’équilibre entre C et N est décrit par le rapport C/N;
Une dimension des particules qui permette l’accès des décomposeurs aux nutriments qu’ils contiennent, soit de 0,3 à 5 cm en général;
La présence de matériaux structurants qui empêchent le compost de s’affaisser avec le temps;
Une porosité correcte entre les solides; c’est dans les pores qu’on retrouvera l’eau, l’air et les gaz produits par le processus;
Une densité optimale de 600 à 700 kg/m3; la densité est en lien avec les facteurs humidité, porosité, maintien de la structure et des échanges gazeux;
Un équilibre entre l’air et l’eau, le taux d’humidité optimal se situant entre 50 et 60%;
Une perméabilité qui permet aux gaz de s’échapper et à l’air de pénétrer dans le compost;
Un pH correct;
Une température appropriée.

Voyons plus en détails ces paramètres.

Azote

La gestion de l’azote lors du compostage est difficile. Lorsque le compostage ne suit pas les règles établies, les pertes en azote peuvent atteindre plus de 70 % (Martins et Dewes, 1992, Robitaille, 1996, Paillat et al., 2005). Ces pertes d’azote dépendent beaucoup de la nature des matériaux utilisés, les fumiers étant les plus à risques de pertes. Ceci est dû à la grande volatilité de l’azote dans les fumiers, et surtout dans les lisiers qui contiennent une plus grande part d’azote sous forme ammoniacale.

Comme l’azote doit être conservé le plus possible lors du compostage pour assurer une bonne valeur fertilisante au compost final, il est nécessaire d’établir une stratégie appropriée à cet effet pour composter des fumiers. Il faut noter que les matériaux à composter autres que les fumiers ne comportent pas un tel risque de volatilisation, sauf les résidus de viande et de chaire de produits marins, ou certains déchets d’aliments. En contrepartie, les fumiers bien compostés donneront un compost dont la valeur fertilisante azotée sera systématiquement supérieure la première année aux composts obtenus à partir de végétaux uniquement (Lee, 2016).

Les pertes d’azote augmentent avec la durée du compostage, la hausse du pH et le nombre de retournements. Cependant il est possible de minimiser ces pertes. En général les fumiers de granivores (volaille, porc) et les lisiers sont riches en NH4, une forme de N qui se transforme facilement en NH3 volatile. Bien que plus rares, les fumiers solides de ruminants avec une litière abondante de paille sont un des matériaux les plus faciles à composter et la présence moindre d’azote ammoniacal diminue la perte par volatilisation. Heureusement, si on sait bien faire du compost, les pertes d’azote peuvent être minimisées.

Carbone et rapport C/N

Pour réussir le compostage, la première exigence est que le rapport carbone/azote (C/N) du mélange au départ soit entre 25 et 35. On peut toutefois réussir un compost avec un C/N de départ entre 20 et 40. Au-delà de ces limites, ce sera plus difficile. On peut se référer à des chiffres existants (voir tableau des rapports C/N des matériaux plus loin), mais il est plus précis de faire analyser au préalable les principaux matériaux à composter. Un rapport C/N de 25 signifie que le matériau contient 25 fois plus de carbone que d’azote; et un C/N de 250 aura 250 parties de C pour une partie d’azote. Comme les décomposeurs utilisent l’azote pour élaborer la protéine de leur corps puis consomment les hydrates de carbone comme source d’énergie ainsi que pour le carbone de leurs cellules, on peut comprendre l’incidence de cette règle sur le bon déroulement du processus.

Le rapport C/N d’un mélange à composter donne cependant un portrait incomplet pour le bon déroulement du compostage. En effet, il doit y avoir suffisamment d’hydrates de carbone facilement disponible pour les bactéries, ce qui ne sera pas le cas avec des matériaux très coriaces. Composter des matériaux à C/N élevé mais à carbone peu disponible entraîne potentiellement de fortes pertes de NH3, notamment dans le cas des fumiers. Par exemple, avec des matériaux issus de la foresterie, le carbone est peu accessible aux bactéries et les pertes d’azote durant le compostage peuvent être importantes. Les matériaux à rapport C/N élevé sont habituellement riches en cellulose, hémicellulose et lignine, des substances qui ne libèrent pas rapidement leur énergie pour nourrir les décomposeurs. Ces matériaux sont surtout attaqués pendant les 2e et 3e phases de compostage, principalement par des champignons, et leur décomposition se poursuit dans le sol, sur un laps de temps souvent très long. Malgré un C/N qui semble équilibré, il peut donc y avoir pertes de NH3. La clé pour minimiser les pertes d’azote lors du compostage est d’assurer non seulement la présence de carbone suffisant (C/N idéal 25 à 35), mais surtout de formes de carbone assez labiles comme celles de la paille ou des feuilles par exemple, plus faciles à consommer au début du processus par les bactéries. Celles-ci intégreront alors l’azote dans leur biomasse et les pertes de NH3 seront limitées.

Rynk et al, 2021

Les sols fertiles, et un grand nombre d’être vivants peu fibreux ont, dans leurs matières organiques, des rapports C/N assez bas, 10-12 ou 15, et même moins dans le cas des animaux. Lorsqu’ils consomment et décomposent des hydrates de carbone ils en libèrent souvent plus de la moitié par la respiration, ce qui explique que des C/N de 25 à 35 sont considérés comme équilibrés pour la décomposition dans les sols et le compostage. Par exemple, des résidus de culture avec des C/N de 20 à 100 produisent des matières organiques à C/N de 10-12 après leur décomposition par l’activité biologique d’un sol.

Le compostage de matériaux qui, en mélange, donnent un rapport C/N élevé (dépassant 40), rallongera passablement la durée du processus. Il y aura peu d’azote disponible pour la protéine microbienne des décomposeurs et leur population s’en trouvera réduite. Au lieu d’attaquer rapidement les matériaux, ils n’en consomment qu’une partie à la fois.

Dimension des particules, structuration, porosité, perméabilité

La décomposition commence en surface des particules pour se poursuivre graduellement vers l’intérieur. À mesure que les matériaux se décomposent, la structure tend à s’affaisser, ce qui coïncide généralement avec la baisse de la demande biologique en oxygène. La présence de matériaux plus grossiers, souvent provenant de la litière des fumiers, doit donc être suffisante pour assurer la porosité de l’andain. Comme ces matériaux fournissent aussi du carbone aux décomposeurs, on s’attend à une diminution graduelle de la porosité dans un fumier composté, par exemple avec des pailles. Le bois étant résistant à l’attaque bactérienne, il offre une porosité plus durable mais son carbone est difficile d’accès pour les bactéries. Le bran de scie est moins poreux que la ripe. Si l’utilisation de matériaux récalcitrants pour donner de la porosité fait monter le rapport C/N, il est possible qu’après un certain temps ces matériaux se mettent à se décomposer plus activement, ce qui pourrait immobiliser l’azote du sol lors de l’utilisation du compost, causant une faim d’azote. Ce phénomène est dû à l’utilisation d’une source d’énergie disponible aux microbes du sol sans leur fournir d’azote. Ceux-ci utilisent alors l’azote disponible dans le sol en compétition avec les besoins nutritifs des plantes, qui souffriront de carence de N.

Les feuilles d’arbres issues de la collecte d’automne offrent une forme de carbone labile très intéressante mais leur porosité peut laisser à désirer car elles se tassent facilement. Les brindilles de vrai bois raméal fragmenté (BRF) offrent une excellente porosité et du carbone labile mais le matériau est rare parce que les copeaux d’élagage contiennent presque toujours beaucoup de gros morceaux de bois poreux mais riche en carbone non-labile, donc très lents à dégrader. Ces copeaux se décomposent plus tard et peuvent entraîner des faims d’azote après incorporation du compost au sol.

Tous les matériaux mentionnés précédemment sont en général plutôt secs et servent aussi à équilibrer l’humidité des matériaux plus humides.

Eau

Dans le tas de compost, l’eau est surtout située à la surface des particules solides. Certains matériaux peuvent être tellement riches en eau qu’ils entraînent l’apparition de conditions anaérobie, nuisibles au bon déroulement du compostage. C’est le cas des fumiers humides, des lisiers et des déchets agroalimentaires. Un excès d’eau diminue l’espace disponible pour l’air dans les pores et le poids des matériaux mouillés entraîne un affaissement de l’andain qui réduit la porosité. Il faut donc mélanger les matériaux trop humides à des matériaux plus secs et poreux pour équilibrer l’air et l’eau. Dans le fumier, c’est le rôle des litières. Inversement, dans un compost trop sec, la décomposition peut être arrêtée et on devra arroser, habituellement en combinaison avec un retournement, pour bien répartir l’ajout d’eau.

En cours de compostage, des pluies abondantes comme on en observe souvent au Québec peuvent élever rapidement le taux d’humidité au détriment de l’aération et stopper presque complètement le processus de décomposition aérobie. Lors du compostage en andains sur une ferme, la réglementation provinciale (voir Exigences agroenvironnementales) exige la couverture des tas avec une toile. L’idéal est un géotextile de type Compostex qui empêche la pénétration d’eau, s’il est bien installé. Un polythène, par exemple du type utilisé pour l’ensilage et l’occultation, est parfois utilisé. Il réduit l’évaporation des gaz mais, dans un endroit venteux, l’air peut quand même s’infiltrer dessous. Le problème est alors amoindri et le compostage se poursuit. Si les matériaux ont tendance à être trop secs, il peut même être avantageux de les recouvrir d’un polythène qui tend à favoriser la ré-humidification en cours de décomposition par condensation de l’H₂O gazeux de la décomposition. Sous un géotextile Compostex, l’humidité gazeuse libérée par la décomposition a tendance à s’échapper du tas et le taux d’humidité se trouve graduellement réduit. En deçà de 50% d’humidité le compostage ralentit.

Les microbes vivent en grand nombre dans le film d’eau en surface des particules. Cette eau contient aussi une certaine quantité d’oxygène dissous. L’excès d’eau et les conditions anaérobies sont un facteur de putréfaction et peuvent entraîner l’apparition de mauvaises odeurs.

Oxygène et retournement

La quantité d’oxygène requise en cours de compostage est très élevée et la décomposition libère beaucoup de CO2 et de vapeur d’eau, et divers gaz, surtout dans les premières semaines, ce qui fait que le taux d’oxygène du compost est plus bas que dans l’atmosphère (souvent 5 à 10% par opposition à 21%, mais parfois aussi peu que 1%, notamment dans le centre d’un andain). Une porosité correcte des matériaux permet aux gaz de s’échapper vers l’atmosphère et d’être remplacés par de l’oxygène. Les gaz chauds montent par convection. Le manque d’oxygène (soit, < 10 % ou < 5 % selon les auteurs) peut augmenter la production de composés putrides et de mauvaises odeurs. Des matériaux à risque, comme par exemple des résidus de transformation alimentaire, des déchets d’aliments, de pêcheries ou du gazon accumulé quelques jours avant compostage demanderont une attention particulière. Souvent on choisira de les composter avec des systèmes d’aération forcée rarement envisageables sur une ferme, qui ont aussi l’inconvénient de refroidir le compost et de l’assécher. Après les premières semaines, le taux d’O₂ remonte et le CO₂ diminue car l’activité des décomposeurs ralentit.

Un géotextile comme le Compostex permet l’évacuation des gaz et l’arrivée d’oxygène. Par un effet de cheminée, les gaz plus chauds s’échappent et de l’air frais les remplace. Bien installé, une telle toile bloque l’arrivée d’eau de pluie, assurant une place suffisante pour l’air. Les autres types de géotextiles ne conviennent pas car ils laissent passer l’eau.

Certains croient que le retournement augmente le taux d’oxygène du compost, mais cet effet ne dure la plupart du temps que quelques heures, ou même quelques minutes. Le retournement sert d’abord à uniformiser le mélange, à mélanger des matériaux plus secs et plus humides; il réduit aussi les zones aérobies et évacue certains gaz captifs. Un retournement avec chargeur frontal n’apportera pas tous ces avantages. L’effet d’augmentation de la porosité lors du retournement à l’épandeur ou au retourneur est donc temporaire. Souvent le retournement affine les matériaux qui seront rapidement plus denses qu’avant le brassage. Il active le processus et, en présence d’un taux d’oxygène approprié et suffisamment tôt dans la séquence de décomposition, il relance la phase thermophile, la température remonte, avec un effet positif sur l’assainissement des matériaux par la chaleur.

Dans un compost avec un rapport C/N bas au départ, le retournement entraîne souvent une perte d’azote ammoniacal. Lorsqu’un compost est déséquilibré ou trop sec, le retournement est une occasion de rajouter de l’eau ou des matériaux correctifs. Dans un compost plus évolué, en phase de maturation, le retournement n’a pas l’effet d’activation et il refroidira même l’andain. Il est rarement nécessaire de retourner le tas rendu à ce stade. Si l’on préfère un matériau fin et très uniforme, plusieurs retournements sont nécessaires, mais ce sont des interventions coûteuses. Pour un usage au champ avec préparation mécanique des sols, un compost partiellement motteux est tout à fait acceptable.

pH

Comme pour les sols, un pH proche de la neutralité est favorable au compostage, mais le compostage peut se faire dans une fourchette de pH allant de 5,5 à 9. Toutefois, lorsque le pH dépasse 7,5, les pertes de NH₃ ont tendance à être élevées. En bas de 5,5, le compostage ralentit. Les fumiers, riches en NH₄, ont tendance à faire monter le pH en se décomposant. Pour cette raison on évitera l’utilisation de chaux à l’étable si on veut composter les fumiers.

Des matériaux extrêmes, comme des boues de pommes de terre ou des matériaux azotés humides comme des résidus d’aliments, peuvent être fortement acidifiants et demander un apport de cendres pour corriger rapidement le pH; la pierre à chaux agit beaucoup plus lentement que la cendre. Une forte porosité ou une aération forcée peuvent réduire ce problème lié à la production d’acides organiques.

Pour réduire la perte de NH₃, on peut ajouter des déchets agroalimentaires acidifiants aux fumiers, notamment aux fumiers de volailles, des déchets de fruits par exemple, mais il faudra porter une attention particulière à la porosité.

Rares sont les fumiers compostés dont le pH sera en bas de 8, et rares sont les composts à maturité en deçà d’un pH de 7. Il faut utiliser avec prudence de tels composts dans les cultures calcifuges nécessitant un pH bas comme les bleuets.

Chaleur

Du printemps à l’automne la température ambiante aura une influence relativement faible sur la température interne d’un compost. Le compostage génère une chaleur interne ; la décomposition libère du CO₂, du H₂O et de la chaleur. Il faut faire un suivi de la température interne avec un thermomètre à compost, et la noter dans un registre pour la certification biologique. Une température ambiante très élevée peut augmenter légèrement la température interne du compost mais, normalement, cette température sera le produit du métabolisme des microbes.

Il n’y a pas d’unanimité sur la classification de l’adaptation des microbes à la chaleur. On voit souvent de 45 ou 50° à 70 ou 75° pour les thermophiles et de 25 à 45° pour les mésophiles; il y a aussi une catégorie d’hyperthermophiles de 80 à 110°C. On sait que la mortalité des thermophiles augmente fortement au-dessus de 70°, un niveau qu’on doit éviter de dépasser au risque de stopper le processus de décomposition.

L’assainissement, un processus analogue à la pasteurisation, est atteint par une exposition à une température de 55° pendant 3 jours qui détruit presque 100% des pathogènes affectant humains et animaux. De nombreux autres organismes sont détruits, par exemple des graines de mauvaises herbes, des insectes, des maladies de plantes. L’atteinte d’une température élevée est aussi un indicateur de décomposition rapide. Comme les zones marginales sont moins chaudes, un retournement après quelque temps est indiqué pour exposer la majorité des matériaux à cette phase thermophile. Les graines de quelques espèces de mauvaises herbes et certains virus survivent à ces températures élevées. Des andains trop petits (p.ex. moins d’un mètre de haut et de large) perdront rapidement la chaleur générée et pourraient ne pas atteindre les 55° exigés par les normes biologiques. Composter en période froide pourrait exacerber cette situation.

Il est possible de démarrer un tas de compost à l’hiver. Ainsi, par une température de -25°C, l’auteur (Denis La France) a fabriqué un compost dans un endroit très venteux et obtenu une température de 70° dès le lendemain. Cependant lorsque le compost atteint la phase mésophile l’influence de la température ambiante peut contrer le processus et éventuellement le stopper, allant jusqu’au gel de l’andain. La fonte de neige peut refroidir un compost, donc il faut le couvrir. Fabriquer des andains plus volumineux peut aider à contrer ce phénomène, mais une attention plus grande doit alors être accordée à la porosité et aux matériaux structurants. On voit parfois des tas de compost prendre en feu, à cause d’une combinaison de zones trop sèches et d’une montée excessive de température. Bien que ce soit très rare au Québec, la prudence s’impose.

Sommaire du guide

Module 1. Planification des cultures

Chapitre 1. Choix des espèces, des variétés et des semences