Quel que soit le milieu ou le matériau auquel il s’applique, un traitement biologique consiste dans la très grande majorité des cas à utiliser des microorganismes dans des conditions physicochimiques contrôlées, dans le but de les amener à réaliser les réactions ou processus souhaités par l’opérateur mettant en œuvre le traitement. Il existe des traitements utilisant des organismes supérieurs (par exemple, la phytoremédiation des sols pollués exploite des plantes). D’autres utilisent des enzymes (catalyseurs des réactions biochimiques) ou des fractions ou des extraits de cellules. Mais les traitements utilisant des microorganismes sont de loin les plus répandus en pratique. Cet article se focalisera donc sur ce type de traitements.
L’ensemble des microorganismes constitue ce que les biologistes appellent le règne des protistes. Ils sont souvent qualifiés d’organismes inférieurs, car ce sont des organismes unicellulaires et leur niveau d’organisation est donc moins complexe que celui des organismes supérieurs végétaux ou animaux. Cependant, ils sont d’une très grande diversité et versatilité, et possèdent des capacités d’adaptation étonnantes. Ces caractéristiques les rendent très intéressants dans le traitement des déchets, car elles confèrent aux microorganismes la capacité de développer des activités multiples dans des conditions variables telles que celles rencontrées dans des milieux aussi complexes et hétérogènes que les déchets solides.
Un traitement biologique cherche donc dans son principe à stimuler et à orienter l’activité de microorganismes pour qu’ils se multiplient au sein du déchet et interagissent avec la matière qui le constitue, afin de la transformer comme attendu par l’opérateur. Selon les objectifs du traitement, ces transformations pourront être la dégradation (minéralisation) des constituants les plus évolutifs du déchet. La matière résiduelle obtenue après le traitement est alors plus stable (moins évolutive) que le déchet de départ. Elle peut donc être stockée ou utilisée en maîtrisant les nuisances (odeurs, etc.) ou les risques sanitaires ou environnementaux que le déchet non traité aurait pu générer. Mais dans d’autres conditions opératoires, les biotransformations de la matière pourront conduire à la formation de produits finaux à forte valeur ajoutée (par exemple du méthane), ou donner à la matière traitée des propriétés nouvelles (valeur agronomique du compost par exemple). Les traitements biologiques peuvent donc viser des objectifs à la fois « réactifs » (le déchet est considéré comme une source potentielle de nuisances et d’impacts négatifs que le traitement vise à réduire) et « pro-actifs » (le déchet est considéré comme une ressource dont le traitement vise à valoriser la matière et/ou le potentiel énergétique).
Les microorganismes impliqués sont en règle générale indigènes aux déchets, c’est-à-dire présents au départ dans les déchets considérés. Les conditions de mise en œuvre des procédés biologiques des déchets organiques de biomasse relèvent donc d’une approche dite de « biostimulation ». La biostimulation consiste à sélectionner des paramètres installant des conditions qui soient les plus favorables à la croissance des microorganismes indigènes (notamment par la température et le contrôle d’autres facteurs physicochimiques tels que le pH ou l’oxygénation). En se multipliant dans le déchet, les microorganismes consomment et transforment la matière du déchet.
L’article propose dans un premier temps une description des types de déchets particulièrement bien adaptés aux traitements biologiques, afin de cerner les domaines d’application privilégiés de ces traitements. Il développe ensuite des considérations biochimiques sur les grands types de métabolismes microbiens dans le but d’apporter au lecteur une bonne compréhension des réactions microbiennes sur lesquelles les traitements biologiques sont basés. Les traitements sont alors présentés en détail, et de nombreux exemples d’application sont donnés pour illustrer la présentation.
Le lecteur trouvera en fin d’article un glossaire et un tableau des sigles utilisés.
