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Évaluation qualitative et possibilités de valorisation biologique de la biomasse oléicole reprise dans le Sahel Tunisien

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Y. M'SADAK*

M. MAKHLOUF

S. EL AMROUNI

 

Université de Sousse, Institut Supérieur Agronomique de Chott-Mariem, BP 47- CP 4042, Tunisie

 

Abstract - In Tunisia, the production of olive oil generates two byproducts: solid waste (pomace) and liquid waste (olive mill wastewater) whose anarchic discharges threaten the environment. Under these conditions, the search for efficient biological technologies for treating such organic waste becomes an urgent necessity. The fields of application of these olive-products are many and varied. This work deals with the qualitative characterization of the biomass in the delegation of Kalâa Kebira (governorate of Sousse), to appreciate their organic exploitation (both aerobic and anaerobic). To do this, physico-chemical and environmental analyzes were performed. All determined characteristics (pH, electrical conductivity, organic matter, suspended solids ...) ensure the implementation of the Co-composting process of olive biomass (pomace olive and/or olive mill wastewater) with a vegetal ground product (wet and coarse nitrogen) and the anaerobic digestion process of olive mill wastewater. The most relevant results are concerned, on the one hand, the possibility of practicing Co-composting of pomace with organic animal resources available in sufficient quantities in the study area, and secondly, estimating interesting as possible for energy production olive mill wastewater.

 

Keywords: Pomace, olive mill wastewater, qualitative characterization, Co-composting, Biomethanation.

 

Résumé - En Tunisie, la production d’huile d’olive génère deux sous-produits : effluents solides (grignons) et effluents liquides (margines) dont les rejets anarchiques menacent l’environnement. Dans ces conditions, la recherche des technologies biologiques performantes pour le traitement de ces résidus organiques devient une nécessité urgente. Les champs d’application de ces sous-produits oléicoles sont nombreux et variés. Le présent travail porte sur la caractérisation qualitative de cette biomasse dans la délégation de Kalâa Kébira (gouvernorat de Sousse), afin d’apprécier leur exploitation biologique (tant aérobie qu’anaérobie). Pour ce faire, des analyses physico-chimiques et environnementales ont été réalisées. Toutes les caractéristiques déterminées (pH, Conductivité Électrique, Matière Organique, Matières En Suspension, …) garantissent la mise en œuvre du procédé de Co-compostage de la biomasse oléicole (grignons et/ou margines) avec un broyat végétal (humide, grossier et azoté) et du procédé de digestion anaérobie des margines. Les résultats les plus pertinents obtenus ont concerné, d’une part, la possibilité de la pratique du Co-compostage des grignons avec des ressources organiques d’origine animale, disponibles en quantité suffisante dans la région d’étude, et d’autre part, l’estimation de la production énergétique possible fort intéressante pour les margines.

 

Mots clés : Grignons, margines, caractérisation qualitative, Co-compostage, Biométhanisation.

 

1. Introduction

Le procédé de fabrication d'huile d'olive a subi des changements évolutifs. Le procédé de pressage traditionnel discontinu a été d'abord remplacé par la centrifugation en continu, en utilisant un système à trois phases et ultérieurement par un système à deux phases. La production classique de l'huile d'olive engendre trois phases dont deux effluents oléicoles : l'huile d'olive (20%), les effluents solides appelés« grignons » (30%) et les effluents liquides appelés « margines » (50%) (Hamdi et al. 1992).

Les grignons épuisés diffèrent essentiellement par une faible teneur en huile et une teneur en eau réduite, du fait qu'ils ont été déshydratés au cours du processus de l’extraction (Nefzaoui. 1984). Les margines se caractérisent par une couleur intense brun-violet foncé à noir et une odeur spécifique.

Ces effluents oléicoles génèrent un grand impact sur l'environnement, en raison de la production élevée de résidus polluants et constituent aujourd’hui les sous-produits les plus polluants dans la région méditerranéenne. Leurs propriétés (surtout les fortes teneurs en matières organiques) font de ces sous-produits des postulants de la biomasse souhaitable pour la valorisation biologique. Parmi les procédés biologiques étudiées, le compostage et la digestion anaérobie ont été signalés comme les technologies les plus prometteuses pour l'atténuation de la pollution engendrée (Sampaio et al. 2011 ; Gonçalves et al. 2012).

Dans ce cadre, une étude a été entreprise sur un ensemble de caractéristiques qualitatives de la biomasse oléicole dans la délégation de Kalâa Kébira (gouvernorat de Sousse, Sahel Tunisien), afin d’apprécier leur exploitation biologique.

 

2. Matériel et Méthodes

2.1. Échantillonnage

Pour caractériser les ressources en biomasse oléicole sur le plan qualitatif, on a eu recours aux prélèvements relatés ci-après.

  • Six échantillons de grignons d’olives ont été prélevés à partir de six huileries réparties selon le système approprié d’extraction d’huile, à raison de deux huileries pour chaque système (Système Traditionnel, Super Presse et Système Continu).

Les analyses physico-chimiques ont été réalisées aux laboratoires de Production Animale et de Chimie de l’Institut Supérieur Agronomique de Chott Mariem (Sousse).

  • Un échantillon de margines a été prélevé au niveau de chacun de deux bassins de stockage.

Les analyses physico-chimiques ont été effectuées au laboratoire de l’Office National d’Assainissement de la STEP de Sayada (Monastir).

 

2.2. Méthodes d’analyses

Tous les échantillons ont été homogénéisés avant l'analyse. Les analyses accomplies sont les suivantes :

* pH : Des mesures ont été effectuées à température ambiante en utilisant un pH-mètre muni d’une électrode de verre et d’une électrode de référence combinées.

* Conductivité Electrique (CE) : Cette propriété électrochimique est basée sur le fait que la conductance d’une solution s’accroît au fur et à mesure que les concentrations en cations et anions, porteurs des charges électriques, augmentent. La mesure se fait en mS/cm à l’aide d’un conductimètre. * Salinité  (S) : Déduite à partir de l’expression suivante :

S (g/L) = 0,7 x CE (mS/cm)

* Matière Organique (MO) : Déterminée par incinération dans un four à moufle à 500°C pendant au moins 6 heures, sur des échantillons préalablement séchés et broyés. La détermination de la teneur en MO est obtenue par différence entre la masse sèche et lamasse après calcination (Pauwels et al. 1990).

* Carbone Organique Total (COT) : La détermination du COT est acquise comme suit. % COT = % MO/1,8

* Azote (N) : Déterminée par la méthode de Kjeldahl qui consiste à une minéralisation de l’échantillon par l’acide sulfurique en présence d’un catalyseur. L’azote organique se transforme en azote ammoniacal (NH3) qui est déplacé par la soude et recueilli dans une solution titrée d’acide borique. La quantité d’NH3 présente est mesurée par titration avec l’acide chlorhydrique.

* Rapport C/N : Il est évalué par la formule suivante :

C/N = COT/NT ; avec NT = Azote Total.

* Cellulose Brute (CB) : Déterminée par la méthode de Weende. L’échantillon subit une hydrolyse acide (H2SO4) et une autre alcaline (KOH). Les deux hydrolyses sont séparées par une filtration et un rinçage à l’eau chaude. Le résidu sec constitue la cellulose brute qui comprend la cellulose vraie, l’hémicellulose et la lignine.

* Chlorures (Cl-) : Le principe consiste à précipiter les ions de chlorures par le nitrate d’argent en présence de chromate de potassium. La fin de la réaction est indiquée par l’apparition de teinte rouge caractéristique de chromate de potassium.

* Matières En Suspension (MES) : Elles ont été déterminées selon la méthode D-2540 (APHA. 2005). Un échantillon bien mélangé est filtré. On pèse le filtre en fibre de verre standard et le résidu retenu sur le filtre (séché à une température constante de 103 à 105 °C pendant une heure). L'augmentation de la masse du filtre représente les MES. Les résultats sont exprimés en mg/L.

* Demande Chimique en Oxygène (DCO) : La DCO intéresse indifféremment les substances minérales et organiques. Elle permet la mesure de la totalité des substances oxydables, ce qui inclut celles qui sont biodégradables. Elle est exprimée en mg d’O2/L en ayant recours aux réactions d'oxydation, tout en mesurant le résidu de réactif au bout de 2 heures. L'oxydation s'effectue à chaud, en milieu acide, en présence d'un excès d'oxydant.

* Demande Biologique en Oxygène (DBO) : Elle est mesurée au bout de 5 jours (DBO5), à 20°C (température favorable à l’activité des microorganismes consommateurs d’O2) et à l’obscurité (afin d’éviter toute photosynthèse parasite). La DBO5 constitue un bon indicateur de la teneur en MO biodégradables. Les résultats sont exprimés en mg d’O2/L.

*lndice de biodégradabilité (Ib) : Le rapport DCO/DBO5 permet de déterminer Ib, indicateur de l’importance des matières polluantes peu ou pas biodégradables (Rodier. 1996). Si :

Ib> 6 Substrat difficilement biodégradable

3 <Ib> 6 Substrat partiellement (ou moins facilement) biodégradable

Ib< 3 Substrat très facilement biodégradable

* Matière Oxydable (MOx) : La matière oxydable constitue l'essentiel de la partie biodégradable de la pollution organique rejetée. Ce concept, purement administratif, est exprimé par :

MOx = 2/3 DBO5 + 1/3 DCO

 

2.3. Évaluation qualitative des ressources en biomasse oléicole

  • Grignons épuisés

La composition des grignons épuisés (Tableau 1) varie dans de très larges limites.

Tableau 1 : Caractérisation qualitative des effluents oléicoles solides à l’état brut

Paramètres

Unité

Résultats antérieurs

Références

Matière Sèche (MS)

(%)

86 à 95

Nefzaoui. 1984, 1985

Cellulose Brute (CB)

(%)

35 à 50

DPV. 2009

Rapport (Carbone/Azote) (C/N)

-

57 à 60

Trigui. 2008

Matière Minérale (MM)

(%)

7 à 10

Sancoucy. 1984

 

 

8 à 10

DPV. 2009

 

Selon Nefzaoui (1985), cette composition dépend des facteurs intrinsèques du fruit (variété, stade de maturité), du procédé d’extraction de l’huile et aussi de l’épuisement par solvant.

 

  • Margines

Les variations des caractéristiques des margines (Tableau 2) résultent du type du procédé d’extraction de l’huile, de la qualité et de la variété des olives et de la conduite des opérations d’extraction.

Tableau 2 : Caractérisation qualitative des effluents oléicoles liquides à l’état brut

Paramètres

Unité

Résultats antérieurs

Références

pH

-

4,2 à 5,9

Eroglu et al. 2008

Conductivité Électrique (CE)

mS/cm

18 à 50

Di Serio et al. 2008

Matière Minérale (MM)

g/L

4 à 42

COI. 2008

Matière organique (MO)

(%)

4 à 16

Ramos.1986 ; Ranalli. 1991

Polyphénols

g/L

5,5 à 12

Fenice et al. 2003

Matières grasses (MG)

g/L

3 à 10

Fiestas Ros de Ursinos. 1992

Chlorures (Cl-)

g/L

5 à 6

Amirante et al. 1999

Matières En Suspension (MES)

g/L

1 à 9

Fiestas. 1981 ; Hamdi. 1993

Demande Chimique en Oxygène (DCO)

g/L

80 à 200

Al Mallah et al. 2000

Demande Biologique en Oxygène (DBO5)

g/L

90 à 100

Fiestas Ros de Ursinos. 1992

 

2.4. Valorisations biologiques possibles de la biomasse oléicole

Les caractéristiques de sous-produits oléicoles permettent d’appliquer l’une des alternatives de conversion biologique suivantes :

  • Compostage

Le compostage est une des solutions proposées afin de valoriser les effluents d’huileries d’olive (Grignons épuisés et/ou Margines). Il a été prouvé que le compostage des déchets oléicoles donne un compost de très bonne qualité (Mennane et al. 2010). Le compostage a pour but la transformation aérobie des matières organiques en substances humiques, tout en détruisant les parasites et les microorganismes pathogènes.

  • Digestion anaérobie

La Biométhanisation est le processus de digestion anaérobie, le plus utilisé pour le traitement des effluents oléicoles liquides, à cause de leur charge élevée en matière organique (Fiestas Ros de Ursinos. 1981 ; Borja et al. 1994), permettant d’atteindre généralement un double objectif de valorisation énergétique par récupération de biométhane (CH4) et de stabilisation des résidus organiques en vue d’une valorisation matière par la restitution partielle au sol. La digestion anaérobie est particulièrement intéressante, non seulement par le fait qu’elle contribue au traitement de la biomasse organique et à la protection durable de l'environnement (Lettinga. 2005), mais aussi parce qu’elle offre, à travers généralement ses trois produits (biogaz, digestat solide et digestat liquide) des possibilités intéressantes, des solutions et des options génératrices de revenus.

 

3. Résultats et Discussion

3.1. Caractérisation qualitative des ressources en biomasse oléicole

3.1.1. Analyses physico-chimiques des grignons d’olives au niveau des huileries

  • Paramètres organiques

Les résultats d’analyses des paramètres organiques des grignons prélevés dans la délégation de Kalâa Kébira sont donnés ci-après.

* Matière organique : Les grignons sont riches en MO, présentant 95,18% en moyenne (Figure 1). Donc, ils pourraient constituer un bon amendement pour les sols pauvres en MO après compostage.

Figure 1 : Variation de la Matière Organique des grignons selon les systèmes d’extraction

 

* Matière Sèche et Carbone Organique Total : Le Tableau 3 regroupe les résultats relevés (MS et COT) selon chaque système d’extraction. Les valeurs trouvées pour la MS (environ 81% en moyenne) sont proches de ceux trouvés par Nefzaoui et al (1984, 1985). Les grignons sont riches en COT avec une moyenne de 55,34%.

 

Tableau 3 : Caractérisation de la Matière Sèche et du Carbone Organique Total des grignons

 

 

Matière Sèche

(%)

Carbone Organique Total

(%)

Système Classique

Huilerie 1

81,96

55,89

Huilerie 2

82,29

55,90

Système Super Presse

Huilerie 1

80,95

54,29

Huilerie 2

76,81

55,13

Système Continu

Huilerie 1

83,87

55,17

Huilerie 2

82,31

55,65

Moyenne relevée

81,36

55,33

Résultats antérieurs

86 à 95

-

 

*pH : De point de vue pH, le bon développement des bactéries et des champignons responsables de la dégradation de la matière organique est assuré pour des valeurs de pH voisines de la neutralité (6 à 8) ou légèrement acides (Mennane et al. 2010). D’après les résultats trouvés (Figure 2), on constate que le pH de différents échantillons de grignons étudiés est dans les normes, donc, favorables à la vie et à l’activité microbienne responsable de la dégradation de la matière organique pendant le processus de compostage.

 

Figure 2 : Variation du pH des grignons selon les systèmes d’extraction

 

* Cellulose Brute : De fortes teneurs moyennes en CB (43,51%) identifiées au niveau de différents échantillons des grignons (Figure 3) confirmant la difficulté de compostage de ce substrat (indispensable à la nutrition des champignons et des bactéries pendant les phases mésophile et thermophile de compostage), mais les grignons peuvent être valorisés par Co-compostage en associant notamment un résidu fermentescible (riche en azote).

Figure 3 : Variation de la Cellulose Brute des grignons selon les systèmes d’extraction

 

* Rapport C/N : Il est souvent considéré comme indice de biodégradabilité d’un substrat organique solide. Toutefois, les teneurs en cellulose brute élevées et le taux faible d’azote total donnent un rapport C/N trop élevé, variable entre 47 et 53 (Figure 4), qui dépasse les normes d’aptitude au compostage des ressources organiques (30 à 35), ce qui implique un processus de dégradation de la matière organique très lent et une longue durée de compostage. Néanmoins, on peut résoudre ce problème par le mélange de grignons avec d’autres résidus (broyat de végétaux verts, …) qui améliorent l’aération des andains de compost, tout en diminuant le rapport C/N par un apport supplémentaire d’azote (Broyat végétal frais riche en biomasse foliaire fermentescible).