Influence of microbial consortia on the mitigation of greenhouse gas emissions during the automated composting of organic waste

Chaque jour, les villes et les marchés génèrent des montagnes de pelures de fruits, de restes de légumes et d'autres déchets organiques. Laissée à pourrir dans une décharge, cette matière crée un mélange puissant de gaz qui emprisonnent la chaleur dans l'atmosphère, contribant ainsi au changement climatique. L'une des méthodes les plus anciennes et les plus efficaces pour gérer ces déchets est le compostage, un processus où les petits travailleurs de la nature — bactéries, champignons et levures — décomposent la matière en décomposition en un terreau riche et sombre. Cependant, même ce processus bénéfique peut libérer des gaz à effet de serre, spécifiquement du dioxyde de carbone et du méthane, selon la qualité de la gestion du tas. La clé d'un tas de compost réussi réside dans l'équilibre de trois éléments : maintenir l'humidité sans que ce soit détrempé, s'assurer qu'il y ait assez d'air, et maintenir la bonne température. Lorsque ces conditions sont parfaites, les microbes travaillent efficacement, transformant les déchets en engrais avec un minimum d'émissions nocives. Mais quand l'équilibre bascule, le processus peut devenir lent ou produire des gaz indésirables. Les scientifiques se demandent depuis longtemps si l'ajout d'un boost spécifique de microbes bénéfiques au début pourrait rendre ce processus plus propre, plus rapide et plus prévisible, surtout lorsqu'il est réalisé à l'intérieur d'une machine qui contrôle l'environnement de manière automatique.

Des chercheurs en Équateur ont entrepris de tester cette idée en utilisant une machine de compostage automatisée spécialisée. Ils ont construit un système doté de deux chambres identiques, chacune contenant vingt-trois kilogrammes de déchets de marché broyés mélangés à d'autres matières organiques pour créer le bon équilibre de nutriments. Dans une chambre, ils ont introduit un mélange spécial de micro-organismes bénéfiques, dérivés d'une plante connue sous le nom d'Altamisa et immobilisés sur du son de blé pour les maintenir actifs. Ce mélange comprenait diverses bactéries et levures connues pour décomposer les fibres végétales et les sucres coriaces. L'autre chambre n'a reçu aucun ajout, servant de témoin pour voir comment les déchets se comporteraient seuls. La machine a été conçue pour imiter le cycle naturel du compostage mais avec un contrôle précis ; elle tournait les déchets quatre fois par jour pour mélanger l'oxygène, et utilisait des capteurs pour surveiller constamment la température, l'humidité, ainsi que les niveaux de dioxyde de carbone, de méthane et d'oxygène à l'intérieur du tas. Cette configuration a permis à l'équipe de suivre le processus en temps réel, capturant des milliers de points de données chaque jour sur une période de trente jours pour trois séries distinctes.

Les résultats ont montré une différence claire entre les deux chambres. La chambre avec l'ajout de microbes a produit un environnement plus stable. Bien que les deux tas aient atteint des températures élevées similaires, celui avec le boost microbien a libéré moins de dioxyde de carbone en moyenne. Plus important encore, les niveaux de gaz dans la chambre inoculée étaient beaucoup plus prévisibles et moins erratiques. Dans la chambre témoin, les niveaux de dioxyde de carbone fluctuaient de manière sauvage, suggérant une décomposition moins organisée. En revanche, la chambre avec les microbes ajoutés a montré un schéma de production et de consommation de gaz plus fluide et plus constant. Les données ont révélé que dans la chambre traitée, la relation entre l'oxygène et le méthane était beaucoup plus étroite ; à mesure que l'oxygène était utilisé, le méthane était efficacement géré, empêchant son accumulation. Cela suggère que les microbes introduits ont aidé à créer une communauté où différents types de bactéries travaillent ensemble plus efficacement, consommant l'oxygène de manière à maintenir les niveaux de méthane bas et le processus global stable.

L'étude a également mis en évidence la façon dont les microbes ont modifié la nature physique du compost. L'ajout du consortium microbien semble avoir altéré la structure des déchets, rendant probablement l'air plus facile à circuler à travers le tas et la distribution de l'humidité plus uniforme. Ce changement physique a aidé à maintenir les conditions idéales pour que les bactéries aérobies prospèrent, ce qui a à son tour réduit la formation de poches anaérobies où le méthane est typiquement créé. Les chercheurs ont constaté que le compost traité suivait un chemin plus simple et plus direct à travers les différentes étapes de la décomposition, passant de la phase de chauffage initiale à la phase de maturation finale avec moins de hauts et de bas. Tandis que le tas témoin luttait contre des émissions de gaz irrégulières, le tas inoculé a démontré une résilience qui a maintenu le processus sur les rails, quels que soient les légers changements d'humidité ou de température.

Malgré les preuves solides issues de la masse de données collectées, les chercheurs ont noté qu'ils n'ont pas mesuré directement les types spécifiques de bactéries présentes à chaque instant, ni les enzymes exactes qu'elles produisaient. Cependant, la cohérence des résultats à travers trois séries différentes et le volume considérable de données procurent un haut degré de confiance dans les conclusions. L'étude suggère que l'ajout d'un mélange sur mesure de microbes bénéfiques peut agir comme un stabilisateur pour les systèmes de compostage automatisés. En favorisant une communauté microbienne plus efficace, ces systèmes peuvent réduire le rejet de dioxyde de carbone et mieux contrôler le méthane, transformant un processus potentiellement polluant en une méthode de gestion des déchets plus propre et plus fiable. Cette approche pointe vers un avenir où les composteurs automatisés, guidés par des données en temps réel et des améliorations biologiques, pourraient jouer un rôle significatif dans la réduction de l'impact climatique des déchets organiques.