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Étude du potentiel et des impacts environnementaux de l’utilisation des boues de désencrage comme matières résiduelles fertilisantes

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Marouani, Emna (2020). Étude du potentiel et des impacts environnementaux de l’utilisation des boues de désencrage comme matières résiduelles fertilisantes. (Thèse de doctorat). Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue. Repéré dans Depositum à https://depositum.uqat.ca/id/eprint/1280

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Résumé

Les industries papetières recyclent le papier en générant d’importantes quantités de déchets. Une tonne de papier recyclé produit 0,3 tonnes de boues de désencrage (BDD ou DPS en anglais). La valorisation des BDD en matière résiduelle fertilisante (MRF) est une des pistes de valorisation les plus prometteuses dans un contexte de durabilité et d’atténuation des émissions de gaz à effet de serre (GES). Ce travail s'intéresse à l’étude du potentiel et des impacts environnementaux et agronomiques de l’utilisation des BDD en tant que MRF.

Le premier objectif spécifique était la fabrication de deux composts (C1 et C2) à base des BDD et de fientes de volailles (FV) : C1 (70/30 : BDD/FV) et C2 (50/50 : BDD/FV) et le suivi des paramètres physico-chimiques de ces composts par une caractérisation avancée (spectroscopie-FTIR, analyse thermogravimétrique (TGA), analyse thermique différentielle (DTA) et une analyse des organochlorés) durant 14 mois. Les résultats du premier axe ont démontré que le compost C2 est plus stable, mature et riche en acides humiques que le compost C1 en raison de sa plus forte composition en FV. Entre le début et la fin du compostage, la teneur en polychlorobiphényles (PCB) a diminué de 0,2 à 0,1 mg kg-1 et de 0,6 à 0,2 mg kg-1 pour C1 et C2, respectivement. Le compostage des BDD en système fermé est une excellente alternative pour améliorer la valeur fertilisante des BDD tout en diminuant leur concentration en organochlorés. Les résultats de caractérisation préliminaire des BDD et de leur compost ont révélé la possibilité d’utilisation de ces BDD comme MRF, donc la possibilité de remplacer l’enfouissement des résidus papetiers dans des décharges par une utilisation en agriculture.

Les axes 2 et 3 de ce travail portent sur l’étude des impacts de ces BDD en tant que MRF sur les propriétés physicochimiques des sols et sur les émissions des GES. Le deuxième axe de recherche est une étude de l’effet de l’ajout des BDD sur les propriétés biologiques et physico-chimiques d'un sol calcaire (Fluvisols) représentatif des sols méditerranéens après deux années d’amendement. Trois doses de BDD ont été utilisées (0, 30 et 60 Mg BDD ha-1 soit [contrôle, BDD30 et BDD60, respectivement]) et du fait de la forte teneur en carbone des BDD, l’ajout d'engrais azoté à ces mêmes traitements (contrôleF, BDD30F, et BDD60F, respectivement) a aussi été étudié quant aux modifications engendrées sur la fertilité du sol. L'application de la BDD a augmenté la teneur en matière organique du sol de 0,80% pour DPS60 par rapport au témoin. La dose de 60 Mg de BDD ha-1 a amélioré la perméabilité et la stabilité structurale, indépendamment de la présence ou de l'absence d'engrais azoté. En outre, cette dose, sans engrais azoté, a entraîné une diminution du taux de minéralisation totale et du quotient (q CO2), indiquant ainsi une réduction des émissions de CO2. Tout en atténuant les émissions de CO2, la dose de 60 Mg ha-1 de DPS pourrait être utilisée pour la restauration des sols par l’amélioration de la perméabilité et la stabilité structurale. Tandis que la dose de 30 Mg ha-1 pourrait être utilisée comme engrais pour améliorer la fertilité des sols calcaires.

Le troisième axe porte sur la formulation de granules fertilisantes à base de BDD et de son compost, de cendres de bois et de boues papetières mixtes, et la comparaison des effets de l’utilisation de ces granules avec la fertilisation azotée chimique classique aussi bien en termes d’émission de GES (N2O, CH4 et CO2), que sur les propriétés biologiques et chimiques d’un sol argileux acide. Les recherches ont été menés pour évaluer l’association des boues de désencrage et de leur compost (développé dans le premier axe) avec d’autres résidus organiques alcalins, tels que les cendres de bois (WA), les boues papetières mixtes (MPS). Ces différents résidus ont été mélangés, granulés et caractérisés afin d’évaluer leur potentiel de fertilisation, leur teneur en contaminants et leur capacité à résister lors du transport et de la manutention (test de durabilité et de densité). L’étude du potentiel d'atténuation des GES de ces résidus lorsqu'ils sont utilisés pour l'épandage agricole et sylvicole a été réalisée par une étude d'incubation de 56 jours. L'effet des granules de résidus organiques alcalins a été testé sur les propriétés biologiques et chimiques d’un sol argileux acide et sur les émissions de dioxyde de carbone (CO2), du méthane (CH4) et d'oxyde nitreux (N2O) des sols. Huit traitements différents sont considérés : contrôle non fertilisé (control), contrôle fertilisé avec de l'azote minéral (controlF) et six amendements de résidus organiques alcalins en granules combinés avec un engrais à base d'azote minéral. Les résidus alcalins ont augmenté sensiblement le pH du sol, les concentrations de carbone organique et d'azote extractibles à l'eau. Les traitements alcalins ont eu un effet positif sur l'activité microbienne du sol. L'efficacité d'atténuation la plus élevée du CO2 cumulé a été obtenue avec la formulation à base de compost de BDD et de cendres, qui a libéré 10% de CO2 de moins que les autres traitements. Aucun effet significatif sur les émissions cumulées de CH4 n'a été observé. Les émissions cumulées totales de N2O ont été réduites de 37% avec la formulation à base de compost de BDD, boues mixtes et de cendres. Ces résultats ont démontré que les granules organiques à base de résidus alcalins améliorent significativement les propriétés biologiques et chimiques du sol argileux acide de Kamouraska tout en présentant un bon potentiel d’atténuation des émissions de GES en comparaison avec la fertilisation minérale. Ces granules fertilisants à partir de BDD et de son compost, ont un pouvoir neutralisant intéressant et un pouvoir fertilisant à considérer.

L’utilisation des BDD en tant que source enrichissante en matière organique pour les sols calcaires de type Fluvisols peut constituer une solution envisageable pour améliorer leur fertilité tout en étant une modalité de gestion des BDD. Toutefois la dose à apporter en BDD est à prendre en considération dans la mesure où le risque d’accumulation des métaux demeure existant. L'application conjointe de granules de résidus organiques alcalins avec des engrais minéraux pourrait être considérée comme une approche d'agriculture durable. Aussi bien sous forme de BDD, de compost ou de granules basés sur les BDD, une atténuation des émissions de GES peut être attendue par l’amendement de sols agricoles en comparaison avec une fertilisation minérale classique.

Type de document: Thèse ou mémoires (Thèse de doctorat)
Directeur de mémoire/thèse: Koubaa, Ahmed
Codirecteurs de mémoire/thèse: Kolsi Ben Zina, Naima et Ziadi, Noura
Mots-clés libres: Boue de désencrage, émissions de gaz à effet de serre, compostage, fertilité du sol, recyclage des résidus papetiers, granules fertilisants
Divisions: Forêts > Doctorat en sciences de l'environnement
Date de dépôt: 04 mai 2021 15:05
Dernière modification: 04 mai 2021 15:05
URI: https://depositum.uqat.ca/id/eprint/1280

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