L'incinération
La gazéification, la thermolyse, la pyrolyse
La torche plasma
L’incinération :
Généralités :
Le procédé d’incinération est plus que centenaire. Son seul mérite est d’ordre esthétique : il réduit de manière conséquente la masse et le volume visible des déchets.
Une loi fondamentale de la chimie est qu’elle ne peut « ni créer, ni détruire » la matière. Elle peut uniquement la modifier.
La réalité dans ce processus est qu’une partie de la charge est transférée vers une déchèterie invisible : « le ciel ».
La « société de consommation » a non seulement augmenté les volumes des déchets mais aussi modifié leur composition depuis la substitution de matières naturelles par des matériaux synthétiques dans beaucoup de fabrications industrielles.
Aujourd’hui, on trouve dans les déchets ménagers non seulement de la matière organique, mais aussi des produits synthétiques : les plastiques ; et également du fer, de l’aluminium, du plomb etc. ainsi que des éléments traces métalliques incorporés dans le verre, dans l’électronique et le papier imprimé.
Compte tenu des problèmes sanitaires posés par la présence de ces matériaux dans un procédé thermique, toute une série de réglementations, de plus en plus contraignantes, a vu le jour. La première concerne la limitation des poussières dans les fumées. Un dispositif d’amélioration a été la mise en place par l’installation de filtres : électro filtres, ou/et filtres à manches. Ce dispositif permet de capter poussières et particules de métaux lourds solides. Mais cela n’empêche pas certains métaux volatiles incorporés dans des circuits imprimés et autres produits similaires d’être évacués avec les fumées.Ces rejets dans les fumées d’incinérateurs d’O.M. (REFIOM) se retrouvent également en moindres quantités dans les mâchefers.
Pour récupérer le fer et l’aluminium des équipements de dé-ferraillage respectivement par effet magnétique, et courant Foucault ont été incorporés aux installations.
Incinérateur de Genevilliers (93)
L’incinération transforme des matières inorganiques (ammoniac, souffre, chlore) présents dans les déchets en produits nocifs tels les oxydes d’azote (NOx), les oxydes de soufre (SOx), et l’acide chlorhydrique (HCl), qui sont diffusés avec les fumées. Des équipements ont été installés pour les neutraliser.
En présence de plastique, le processus thermique crée une multitude de molécules éco- toxiques: les polluants organiques permanents (POP) dont les dioxines et les furanes.
Paradoxalement, les exploitants d’incinérateurs souhaitent un maximum de plastiques dans les fours afin d’assurer la meilleure combustion possible. Ce sont des dérivés du pétrole qui économisent du fuel.
Compte tenu de l’impératif de détruire les dioxines, la réglementation impose une température des gaz de combustion de 850°c pendant un minimum de deux secondes.
Cette température rend indispensable l’utilisation de matériaux spéciaux qui sont coûteux.
Pour garantir cette température des brûleurs d’appoints sont incorporés aux chambres de combustion et sont allumés lorsque cela s’avère nécessaire.
Cette mesure étant insuffisante, des chambres à catalyses ont été ajoutées dans le schéma de traitement des fumées pour atteindre les normes permissibles de rejets de dioxines et NOx dans l’atmosphère.
A noter que si 850°c minimum s’imposent pour les gaz, les déchets solides atteignent des températures bien moindre comme le témoigne la présence d’imbrûlés dans les mâchefers, avec des morceaux de sacs poubelles encore intacts et des textes encore lisibles. C’est la preuve de l’hétérogénéité des zones de combustion dans les fours.
La dernière incorporation dans ces usines, est un « atténuateur de panache » destiné à rendre invisible la fumée qui sort de la cheminée. Un dispositif trompe l’œil qui ne réduit absolument pas la pollution.
En incinération 66% du poids des déchets solides sont transformés en déchets gazeux. Actuellement, l’incinération continue à être une combustion qui nécessite en poids 6 fois plus d’air que les déchets à éliminer. Ces importants volumes d’air à gérer augmentent le volume des installations et en conséquence leur coût. Avec les 600% d’air indispensables à la combustion, cela fait 666% du poids initial qui part vers le ciel.
Une tonne de déchet produit environ 980 kg de CO2. On peut se demander si de nouvelles installations de ce type sont acceptables sur le territoire national alors que la France a signé le protocole de Kyoto.
La matière organique contient généralement près de 70% d’eau. Est-il normal d’alimenter un incinérateur avec de l’eau ? Cette présence réduit le rendement thermique de l’installation, baisse la température de certaines zones du four qui deviennent propices à la fabrication de dioxines, furanes et autres composés toxiques.
Une tonne de déchets produit un tiers de son poids en mâchefers (320 kg) et 30 kg de résidus très toxiques issus du lavage des fumées (REFIOM - Rejet des Fumées d’Installation O.M).
Une partie de ces mâchefers est destinée à être mis en décharge, ainsi que les REFIOM. En l’absence de meilleures solutions ils sont entreposés dans des centres d’enfouissements techniques, ce qui crée un problème supplémentaire à résoudre par les générations futures.
L’ensemble des problèmes évoqués sont dus à la création de molécules toxiques organiques qui n’existent pas dans la charge de l’unité, ou des métaux lourds qui sont concentrés dans les filtres. Il y a un impératif de les détruire, et cela rend cet instrument de traitement extrêmement coûteux.
La situation sanitaire a été considérablement améliorée, mais le citoyen n’est toujours pas rassuré sur l’exposition a proximité d’incinérateurs ou sur la pollution transfrontalière qu’il peut subir. Ce problème ne peut pas rester indéfiniment sans certitude concernant son innocuité médicale, et assujetti exclusivement à des lois économiques.
La conséquence de la dispersion dans la nature de produits chimiques, parmi lesquels certains cancérigènes, a rendu cette technologie, pour certains citoyens, socialement inacceptable.
Notre avis : Le thermique nouveau est un produit à consommer avec modération
Une UVE (Unité de Valorisation Energétique) est composée de trois grandes unités fonctionnelles pour la combustion, la récupération de l’énergie, et le lavage des fumées (fig. ci-dessous) :
Pour agrandir le schéma, cliquez dessus. Revenir au document par la flèche "retour "de votre navigateur.
La Combustion
- La fosse et le four :
L’unité est équipée d’une fosse de réception en béton pour alimenter le four en continu. La fosse est dimensionnée pour recevoir la collecte de 2 à 3 jours pour assurer l’autonomie de l’installation durant les week-ends.
La fosse est installée dans un local couvert permettant l’accès aux bennes d’ordures ménagères. En prélevant l’air pour la combustion à proximité, une dépression est créée qui permet de réduire les odeurs, la poussière et l’envol de papiers. Une pompe assure l’évacuation des lixiviats. Un dispositif anti-incendie est préconisé.
Les déchets sont chargés dans la trémie d’alimentation par un grappin. L’alimentation s’effectue four chaud afin d’éviter la formation de dioxines.
Les fours utilisent normalement le seul pouvoir calorifique des déchets comme énergie, mais sont équipés de brûleurs auxiliaires qui sont utilisés pour apporter un complément de chaleur :
. lors de la mise en service, au démarrage et à l’arrêt de l’installation
. et si la température tombe en-dessous de 850°C, afin de réduire la formation de composés toxiques (furanes, PCB, goudrons ou diverses formes de dioxines) ainsi que des imbrûlés.
Les différents types de fours
- Les fours à grille
La sole est construite avec des tuiles en acier dont les rangées sont alternativement fixes et en mouvement. L’air primaire de combustion est injecté par des buses aménagées dans les tuiles. Des caissons sont disposés sous les grilles pour récupérer les cendres et assure le raccordement de l’air soufflé par des ventilateurs.
Le cycle de combustion terminé, les résidus solides ou mâchefers incandescents à environ 400°c atteignent l’extrémité de la grille et tombent dans l’extracteur qui contient une garde d’eau qui les refroidit et assure une fonction de SAS pour éviter l’entrée d’air. Ce dispositif est nécessaire parce que le four est en légère dépression par rapport à la pression atmosphérique.
Il arrive que certains déchets roulent sur la grille installée en plan incliné (26° pour un four Martin) vers l’extracteur sans être totalement incinérés. C’est le type de four qui est le plus utilisé et c’est aussi celui qui produit le plus fort taux d’imbrûlés dans les mâchefers.
L’isolation des parois est assurée par des réfractaires comportant une forte proportion d’alumine.
- Les fours à rouleaux
Ces fours sont construits avec une sole constituée de rouleaux d’acier en rotation. L’air de combustion est soufflé entre les rouleaux avec une double fonction : alimenter la combustion et refroidir le matériel. La rotation des rouleaux fait avancer les déchets du point de leur chargement jusqu’à la zone de refroidissement des mâchefers.
- Les fours rotatifs
Ils comportent une cellule de combustion cylindrique.
Le four ‘Cyclergie’(schéma ci-après) a été conçu par le groupe TIRU (filiale à 51% Edf).
Les déchets sont introduits à partir d’une trémie par un poussoir. Ils sont d’abord déshydratés par des gaz produits par la combustion.
La cellule de forme cylindro-tronconique est inclinée sur son axe horizontal de quelques degrés et oscille de chaque côté de son axe vertical d’une centaine de degrés.
La forme de la cellule permet de concentrer la chaleur sur le lit des déchets. La partie conique est conçue pour tenir compte de la réduction progressive des déchets.
L’isolation thermique de la chaudronnerie est assurée par des pièces de bétons réfractairescomposés d’alumine et de silice.
Une double enveloppe en acier soudée permet la circulation de l’air au travers des canaux depuis des ventilateurs vers des buses d’injection situées dans le four.
Des volets d’air disposés en bout des canaux et actionnés par des cames permettent d’envoyer l’air comburant en permanence sous le lit des matières à brûler.
Le brassage et le système d’injection d’air comburant (air primaire) assure une oxygénation permanente en tout point de la masse de combustion, d’où très peu d’imbrûlés, ce qui est un critère de qualité.
Un trou d’extraction permet l’évacuation des gaz vers la chambre de post combustion.
Les gaz de combustion contiennent selon le constructeur <15 mg /m3 de CO, et <400 mg/m3 de NOx
Cette géométrie et cette cinétique permettent la progression et le brassage des déchets durant le temps de séjour dans le four.
Pour agrandir le schéma, cliquez dessus. Revenir au document par la flèche retour de votre navigateur.
- Les fours fluidisés
Il n’existe que 4 installations avec un lit fluidisé en France.
Cette technologie existe depuis 1920. Elle a été utilisée pour la gazéification du charbon, le cracking catalytique dans l’industrie pétrolière, et le séchage dans l’industrie alimentaire.
Dans ces fours la grille est remplacée par une sole fixe sur laquelle repose un lit de sable mis en suspension par l’injection d’air primaire au travers de la sole. La circulation du sable rend la température du lit homogène. La surface des grains qui couvre plusieurs milliers de mètres carrés est nettement supérieure à celle obtenu dans un four à grille, ce qui facilite la combustion.
Dans ce type de four, les déchets doivent être préalablement broyés et criblés pour obtenir une granulométrie propre à chaque procédé (50 à 300 mm selon la conception du four). L’attrition des déchets par le sable permet de réduire progressivement leur dimension et améliore la combustion. La température à l’intérieur du lit en suspension est variable selon la technologie ; Elles se situent dans une fourchette comprise entre 600 et 1000 °c.
Les cendres (mâchefers) sont récupérées à la base du four.
- Il existe trois types de fours à lit fluidisés :
. Lit fluidisé dense (températures selon type de déchets entre 650 et 980 °c
La vitesse lente d’injection d’air (1 à 3 m/sec) assure la sustentation du lit qui est en phase dense, et contrôle l’entraînement des particules solides.
Le sable et les mâchefers sont récupérés aux extrémités des soles. Les fumées, les cendres et les sables entraînés sortent en partie haute du four.
De l’air secondaire doit être injecté au-dessus du foyer afin de permettre la destruction des dioxines (850°c pendant deux secondes).
Ce type de four est utilisé principalement pour la combustion des boues de station d’épuration et des farines animales ; accessoirement pour les déchets ménagers.
. Lit fluidisé rotatif (voir pyrolyse, procédé Ebara :
Cette technologie présente pratiquement les mêmes caractéristiques que celles des lits fluidisés denses. Cependant, la sole de distribution de l’air est améliorée par la constitution de deux parties inclinées qui forment plusieurs zones de fluidisation distinctes. Chaque zone est alimentée à une vitesse différente, plus élevée dans les zones périphériques qu’en zone centrale. Il en résulte une double circulation interne dans le lit.
Ce type d’installation a été développé afin de pallier le principal inconvénient du four fluidisé à lit dense, à savoir la présence de points chauds dus à la faible agitation transversale dans le lit.
. Lit fluidisé circulant :
La vitesse d’injection de l’air est plus élevée, entre 4,5 et 9 m/sec. La densité du lit est en conséquence réduite et les envols de particules entraînées plus régulières. Un cyclone installé sur le conduit d’évacuation des gaz permet de récupérer la matière solide y compris les imbrulés en sortie du four, et de les recycler dans le lit.
La préparation des déchets dans ce type d’installation est plus minutieuse que pour les fours fluidisés denses.
Ce type d’installation est utilisé en centrale thermique pour la combustion de charbon.
Chacun de ces fours produit des résidus solides :
. Des mâchefers, composés d’éléments inertes minéraux, éléments métalliques,…
. Des cendres volantes contenues dans les fumées
Les sous-produits de filtrage et lavage des fumées sont des déchets ultimes qui doivent être rendus inertes (vitrification ou enrobage le plus souvent) et stockés dans des décharges de catégorie 1 (produits dangereux).
La chaudière :
La chaleur est récupérée dans une chaudière qui produit de la vapeur qui sert soit pour chauffer, soit pour produire de l’électricité par un couple turbine générateur ou les deux simultanément (système de cogénération).
Dans un four à grille les mâchefers tombent sur une chaîne d’extraction et sont refroidis. Les métaux ferreux sont séparés par un overband magnétique, et les non ferreux par l’application d’un courant de Foucault.
Le traitement des fumées
Les premières installations ne comportaient que des équipements de dépoussiérage : cyclone, filtre à manches, dépoussiéreur électrostatiques.
- Le cyclone :
C’est un équipement simple et peu onéreux. La séparation s’exerce par un effet vortex ; les particules solides étant projetées vers l’extérieur par la vitesse des gaz avant de glisser vers le fond de l’appareil. Ces appareils sont susceptibles de capter des particules de dimension jusqu’à 5 à 10 micro mm.
- Le filtre à manches :
Il est constitué de rangées de manches filtrantes (des chaussettes) suspendues dans des caissons. Les gaz de combustion traversent ces manches et y déposent les poussières qu’ils transportent. Régulièrement, chaque caisson est isolé et les manches dé-colmatées en insufflant de l’air à contre-courant. Les gâteaux formés sont déposés dans des trémies, puis classés REFIOM sont déposés dans des sacs afin d’être acheminés vers des CET classe 1.
- Le dépoussiéreur électrostatique :
Les poussières sont soumises à un champ électrostatique généré par des fils et des plaques qui les captent. En fonction de leur efficacité, le gaz traité peut atteindre des concentrations de poussières de 20 à 100 mg/Nm3.
Depuis 1991, des modifications radicales pour neutraliser les fumées se sont imposées.
La fumée fait l'objet d'un lavage et d'une désacidification par diverses techniques, voie sèche, et semi-humides pour les fours de petites ou moyenne capacités, et humide pour les fours de grandes capacités.
- La voie humide :
Dans les installations les plus récentes, après un premier dépoussiérage, les opérations suivantes sont effectuées :
Un lavage à deux étages,
.. Un premier, à Ph acide captant Hcl et HF (Ph de 0 à1), et
.. Un deuxième, pour absorber les oxydes de souffre (Ph <7)
Un réchauffage des fumées pour rendre le panache moins visible
Un traitement des effluents liquides est alors nécessaire entre chaudière et électrofiltre.
- La voie semi-humide (Illustration fig. ci-dessous) :
Le lavage des fumées s’effectue au moyen de gouttelettes de lait de chaux généralement concentré à 15%. Au contact des gaz chauds (140 à180 °C) l’évaporation de l’eau à lieu avec formation de fines particules de chaux contenant métaux lourds et acide chlorhydrique qui sont recueillis par les filtres.
(Pour agrandir le schéma, cliquez dessus. Revenir au document par la flèche retour de votre navigateur.)
- La voie sèche :
Le traitement des fumées s’opère par un contact solide-gaz dans un réacteur en aval de la chaudière, qui peut-être un lit fixe ou fluidisé circulant. L’acide chlorhydrique réagit avec la chaux à une température d’environ 200 à 300°C. La majorité des particules sont captées par un cyclone qui les réinjecte dans le réacteur alors que les gaz se dirigent vers les filtres d’épuration.
La destruction des dioxines :
Elle nécessite une température de sortie de cheminée au-dessus de 270°C, mais à cette température les Nox se forment. La réglementation ayant évolué, les Nox doivent à leur tour être détruits. Ainsi, les incinérateurs sont dotés de chambres à catalyses.
Fractions solides produites
Cinq fractions de solide peuvent être potentiellement produites en sortie des fours à grilles :
. Les fines sous grille
. Les mâchefers d’incinération d’O.M. (MIOM) provenant des matières solides en sortie des fours
. Les cendres sous chaudières
. Les résidus calciques ou sodiques produits par le traitement des fumées
. Les cendres volantes issues de la filtration des fumées (Refiom)
Les Refiom (Résidus de Fumées d'Incinération d'Ordures Ménagères)
Ils sont chargés de métaux écotoxiques dont nous avons exposé les effets néfastes sur l’homme. Ils sont séparés des fumées des UIOM par des filtres, et sont collectés depuis 1992 pour être stockés dans des centres de stockages de déchets ultimes (CSDU) class 1 destinés à l’enfouissement de déchets dangereux.
Depuis 1992 un concept de stockage a été mis en place pour réduire au maximum les risques d’effets néfastes sur l’environnement par des produits toxiques.
Ce concept implique une double action :
- L’isolement du site dans des alvéoles fermées par une double barrière d’étanchéité avec:
.. Une couverture et un drainage des lixiviats en dessous, et
.. Une couverture au-dessus
- La solidification et la stabilisation du déchet par des liants minéraux (type ciments et similaires) avant leurs mises en décharges.
La solidification, modifie l’état physique des déchets sans altérer leurs propriétés chimiques.
La stabilisation, d’un point de vue scientifique, implique l’amélioration de la rétention chimique des polluants en limitant leur solubilité, ce qui par voie de conséquence réduit la possibilité de leur rejet dans l’environnement. Il s’agit d’une transformation de déchets dangereux en déchets non dangereux.
- La réglementation (arrêtés du 18 décembre 1992 modifiés, puis du 30 décembre 2002) relative à la mise en décharge des déchets dangereux est moins ambitieuse.
Elle décrit un déchet stabilisé comme un déchet qui par ses caractéristiques propres, ou par un traitement spécifique, à un caractère polluant moindre qui est défini par des seuils fixés.
Les premiers procédés industriels en France étaient basés sur des pratiques internationales, sans connaissances scientifiques autres que le savoir faire des opérateurs. Ces procédés se sont rapidement imposés au niveau industriel du fait de leur facilité de mise en œuvre.
Ce secteur de stabilisation de déchets reste très concentré : trois industriels proposent quatre procédés différents à base de liants minéraux :
. France Déchets, premier industriel à avoir disposé d’installations (7 en 2006), utilise les procédés INERTEC,
. SARP Industrie (5 unités en 2006) exploite les procédés ASHROCK et ECOFIX, et
. Séché Éco-industries dispose d’une seule unité depuis 2006 et se sert du procédé PIERTEC.
Chaque procédé repose sur des principes de traitements propres.
Ces installations sont majoritairement implantées dans le Nord-Ouest du pays.
A l’exception de l’unité de Guitrancourt construite à proximité du centre de stockage, toutes les autres se trouvent installées à l’intérieur des centres.
En 2006, 500 000 t/an de déchets dangereux ont été traitées par ce biais pour des capacités de traitement de 600 000 t/an.
L’inertage des Refiom et autres produits toxiques organiques
Dans les CSDU classe 1, les déchets proviennent :
. Des Résidus d’Epuration de Fumées d’Incinération de Déchets Industriel (REFIDI)
. Des Résidus d’Epuration de Fumées d’Incinération d’Ordures Ménagères y compris les cendres volantes et les boues de lavage des gaz (REFIOM)
. Des boues issues d’effluents de l’industrie de surface ou de l’industrie chimique et du traitement de leurs déchets
. Des résidus métallurgiques
La quasi-totalité des déchets sont traités en mélanges afin de limiter l’emploi de réactifs issus de l’industrie manufacturière. En conséquence, on aboutit à des mélanges complexes parfois hétérogènes.
La réglementation de solidification/stabilisation de contrôle paraît curieuse.
Les procédés ont été développés avec pour objectif l’immobilisation chimique des polluants des déchets dangereux sans possibilités de vérification du degré de ces immobilisations. Le caractère ‘stabilisé’ est contrôlé par des essais de lixiviations conventionnels et non par une approche permettant d’obtenir des informations sur le comportement des déchets stabilisés, (en termes de re-largage ou d’évolution physico-chimique).
Par le programme PEA (Procédure d’Evaluation Approfondie), l’Ademe s’est efforcée de combler cette lacune en développant des procédures d’évaluations permettant de mesurer les performances réelles des procédés.
Par souci de précision, les conclusions de L’Ademe (Réf.15) sur les performances des procédés de solidification et la stabilisation du déchet, par des liants minéraux (type ciments et similaires), avant leurs mises en décharges sont recopiées :
La stabilisation des éléments contenus dans les déchets dangereux censée être obtenue par les procédés mis en œuvre industriellement n’est globalement pas démontrée.
Les procédés mis en œuvre industriellement conduisent essentiellement à une rétention physique de ces éléments liée à la structure monolithique qui réduit la surface de contact eau/déchets (passage d’un état pulvérulent ou granulaire à un monolithe).
L’intérêt d’un procédé à base de liant pour traiter des pollutions organiques peu biodégradables dans des déchets dangereux orientés en décharge a été testé par SITA soutenu par l’Ademe. L’avis de l’Ademe sur la question se résume par cette citation :
Au vu des conclusions formulées pour des déchets minéraux, il y a lieu de s’interroger quant à l’application de ce type de procédés (pertinence, performance) pour traiter des pollutions organiques.
- Cette solution peut-elle être retenue pour la sécurité des générations futures ? Notre réponse est non ! La destruction des éléments toxiques n’est pas assurée !
Alors que faire ? Deux autres solutions existent :
L’inertage des déchets dangereux par torche plasma, suivi d’un traitement des fumées.
Le raffinage métallurgique et la récupération des métaux, suivis d’un traitement des fumées.
L’application de ces technologies sur une base économiquement viable localement ou sur une base régionale devrait être examinée. Des efforts de R&D devraient être consentis pour réduire le coût de ces opérations.
Aussi faut-il arrêter d’occulter qu’avant 1992, les Refiom n’étaient pas séparés des mâchefers. Dans beaucoup d’endroits, ces mélanges abandonnés par centaines de milliers de tonnes sont mal isolés de l’environnement et constituent un réel danger sanitaire pour la population française.
Les mâchefers d’incinérateurs d’ordures ménagères (MIOM) :
Les MIOM représentent environ 25 à 30% en poids des quantités de matières incinérées.
En 2002, 2,9 millions de tonnes ont été produits. Ces matériaux ont trois destinations possibles :
. Une valorisation en techniques routières directement en sortie d’incinérateurs, ou
. Une valorisation après un délai de maturation, ou
. Une élimination dans un CSDU classe 3 de déchets non dangereux.
La composition des MIOM en éléments chimiques est en relation avec les évolutions dues à la mise en place des collectes sélectives et de leur optimisation sur le terrain.
Le taux d’imbrûlés est tributaire de la technologie des fours et de la qualité de la conduite des opérations.
Le taux d’humidité provient de la nécessité de refroidir les mâchefers pour permettre leur évacuation. Cette fonction est actuellement assurée par des extracteurs à poussoirs ou à chaînes. Ces techniques n’ont pas une influence notable sur les taux d’humidité : 18 à 20% dans le premier cas, et 20 à 22% dans le deuxième.
La composition des MIOM est déterminante pour leur valorisation ou leur mise en décharge. Plus de 50 éléments peuvent être détectés dans les mâchefers :
. Les composés majeurs (> 1%), tels l’oxygène, le magnésium, le silicium, le fer, le calcium, le potassium, le carbone minéral, le carbone organique total (COT-imbrûlés)
. Les constituants mineurs (<1 % > 1000 ppm), le titane, le chlore, le manganèse, le cuivre, le plomb, le zinc
. Les éléments traces (< 1000 ppm), Le chrome, l’antimoine, le nickel, le baryum, le mercure, le cadmium, le molybdène, le bore, le brome, l’iode…. ;
Malheureusement, les différentes sources de compilation sur la globalité de ces éléments sont rares, mais les analyses répertoriées témoignent de l’hétérogénéité de la composition des échantillons, et de leur concentration.
Les teneurs en matières organiques (COT) sont en moyenne de 1 à 2% mais peuvent atteindre 4 à 5%. Elles sont de natures diverses (celluloses, lignine, matières plastiques…).
La présence de dioxine dans les mâchefers semble dépendante de la manière dont elles sont extraites du four. Une extinction brutale par passage dans un extracteur rempli d’eau est préférable à toute autre méthode. Le refroidissement par l’air est à proscrire puisqu’il encouragerait la reconstitution de polluants organiques persistants (POP).
Les mâchefers ne sont pas inertes et leur réactivité évolue dans le temps et l’espace.
C’est l’exposition, ou la non exposition au CO2 atmosphérique qui contrôle l’évolution des MIOM grâce à leur contenu en chaux vive [CAO] ou éteinte [Ca(OH)2]. En milieu non confiné, ils se carbonatent et provoquent un durcissement des croûtes de surface.
Ainsi, la maturation a un effet bénéfique sur le mâchefer en diminuant sa sensibilité à la lixiviation, mais elle doit être contrôlée en facilitant l’aération des tas, qui simultanément permet une régulation de la température qui risque de diminuer l’humidité du tas et en conséquence sa réactivité vis-à-vis du CO2 atmosphérique.
Une période minimale de trois mois semble indispensable pour assurer une maturation convenable.
En France c’est l’essai de lixiviation NF X31-210 qui est le plus largement utilisé pour classer les MIOM selon des indices de potentiel polluant (Valorisable, Maturable, Stockable – les normes indiquées dans le tableau ci-dessous).
Des résultats d’essais de lixiviation réalisés selon cette norme montrent que les MIOM contiennent des éléments lessivables très disponibles.
Malheureusement les MIOM sont extrêmement hétérogènes, ce qui rend leur échantillonnage difficile. Ce produit n’étant pas à forte valeur ajoutée aucune démarche rigoureuse permettant de calibrer des échantillons n’a été développée.
En technique routière, de nombreux chantiers ont fait l’objet de plateformes d’essais. Des résultats obtenus, il apparaît d’une manière générale que les lessivages les plus intenses se développent pendant les premiers trois mois, notamment durant la période du chantier, mais cela n’est pas surprenant.
Les premières installations de maturation et d’élaboration (IME) ont vu le jour en 1995.
Aujourd’hui, il est estimé qu’une cinquantaine de sites existent qui traitent environ deux tiers de la production totale (1,9 millions de tonnes en 2002).
97% des mâchefers qui suivent cette filière sont valorisés. Souvent ces mâchefers ne sont pas déferraillés. Les métaux récupérés représentent 6% des tonnages.
La circulaire DPPR/SEI/BPSIED No. 94-VI-1 du 9 mai 1994, dite circulaire MIOM constitue le texte fondateur de la filière d’utilisation des mâchefers. Elle ne concerne que les fours à grilles.
- En France il manque des granulats.
Sous certaines conditions précisées dans la circulaire, les MIOM peuvent être utilisés en structures routières et de parkings (comme couches de fondation ou de base) à condition qu’il y ait en surface un bâtiment ou une couverture.
Ils peuvent également être utilisés comme remblai de forme compactée de plus de 3 mètres de hauteur, avec un substrat de recouvrement végétal d’au moins 0,5 mètres. Il ne doit y avoir aucune possibilité d’infiltration. Les règles de traçabilité doivent être une préoccupation majeure.
En l’absence de méthode officielle de détermination de l’écotoxicité des déchets, le Ministère en responsabilité de l’environnement a proposé une classification dans sa circulaire du
3 octobre 2002, relative à la mise en œuvre du décret no.2002-540 du 18 avril 2002 concernant la classification des déchets.
Par cette approche, les mâchefers issus d’UIOM ne sont pas considérés comme écotoxiques. La position prise par les Pouvoirs Publics conforte le laxisme des industriels qui ignorent pour raisons financières, le fait qu’il existe des catégories de mâchefers et que leur utilisation est assujettie à des règles précises.
- Les catégories de mâchefers
Les mâchefers d’incinérateurs de déchets ménagers sont refroidis avec de l’eau. En conséquence ce sont des produits lixiviables.
Ils contiennent des métaux lourds mais ne sont pas considérés par l’administration comme des DIS (déchets industriels spécialisés).
Il est utile de rappeler qu’un usage sans précaution est susceptible d’entraîner une pollution des sols ou des eaux souterraines.
Les règles actuelles d’utilisation de ces matériaux en fonction de leur potentiel polluant sont définies dans la circulaire DPPR/SEVBPSIED no.94-IV-1 du 9 mai 1994 dans des conditions d’utilisations précises.
Le texte indique que :
. Les dispositions s’appliquent aux mâchefers issus de l’incinération de déchets hospitaliers brûlés conjointement avec des déchets d’O.M et assimilés.
. Que les critères de valorisation sont basés sur une utilisation en techniques routières ; les matériaux étant relativement protégés et posés dans des conditions contrôlées. La valorisation de mâchefers comme matériaux de simple remblai ou de comblement ne peut s’appliquer que s’ils sont suffisamment inertes. Ces définitionssont malheureusementfloueset laissent la porte ouverte à des interprétations qui favorisent l’intérêt économique plutôt que sanitaire.
Les mâchefers de qualité ‘V’ doivent être utilisés :
. En dehors de zones inondables, à une distance suffisante du niveau des plus hautes eaux connues
. A des périmètres suffisants de protection des captages d’eau potable, ainsi qu’à une distance minimale de 30 mètres de tout cours d’eau.
Une procédure du suivi de la qualité tout au long du circuit commercial liant producteurs et distributeurs pourrait contribuer à garantir les conditions souhaitables d’utilisation.
Les mâchefers de qualité ‘M’ doivent faire l’objet d’un prétraitement ou d’une maturation d’une durée de quelques mois. Il est observé qu’avec le temps une carbonation naturelle se réalise qui conduit à réduire leur potentiel polluant.
Autrement, ils peuvent être acheminés vers un CSDU classe 2.
Les mâchefersde qualité ‘S’ ne doivent pas être utilisés mais éliminés et stockés dans des CSDU classe 1.
L’appartenance d’un lot à l’une ou l’autre des catégories doit correspondre auxprincipales analyses suivantes selon l’arrêt du 9 mai 94 :
- Statut juridique et financier des UIOM et IME (Installation de mâchefers et d’élaboration)
Plusieurs cas de figures juridiques peuvent se présenter :
. Une collectivité est maître d’ouvrage et exploitant,
. Une collectivité est maître d’ouvrage et un ‘délégataire privé’ son exploitant.
. Une entreprise privée est maître d’ouvrage et un délégataire son exploitant.
Dans ce dernier, cas il s’agit d’investissements par un grand groupe privé, et une exploitation assurée par une filiale.
De ces combinaisons émergent des montages juridiques et financiers divers :
Public/public, public/privé avec une délégation de service (DSP), ou une société d’économie mixte (SEM) en fonction de la définition des rôles des participants.
A travers ces scénarii, il faut retenir le facteur d’échelle. Plus les installations sont importantes plus elles sont rentables, et plus seront impliquées financièrement des entreprises du privé.
- La gestion des mâchefers en Europe
La position des pays européens dans la valorisation des mâchefers tient à plusieurs faits :
. La particularité géomorphologique et géologique d’un pays ou d’une région.
. La densité de population qui empêcherait des projets d’installations de stockages.
. La rareté de granulats naturels comme en Hollande, et en France (particulièrement dans la région parisienne et le Nord-Pas de Calais).
. L’existence d’un parc national d’incinérateurs comme en France, au Danemark et en Hollande.
. La réglementation qui donne aux producteurs et aux utilisateurs un cadre permettant un développement plus sécurisé comme en Hollande, au Danemark et en France.
Des réglementations nationales ou des règles d’usages écrites existent mais un texte fondateur européen concernant les mâchefers permettant une homogénéisation des qualifications et des pratiques n’existe pas.
- L’examen des usages montre que :
. La valorisation est principalement portée par la volonté politique et les textes réglementaires associés.
. Les contraintes imposées à l’utilisation des mâchefers diffèrent largement selon le pays.
. Les essais sur les caractéristiques géotechniques ne sont pas tous adaptés pour déterminer les performances des mâchefers dans les ouvrages où ils sont utilisés.
. Dans les textes réglementaires actuels, il manque une prise en compte des effets à long terme des mâchefers sur leur environnement.
Quelques informations qui nous paraissent utiles à signaler
. En Allemagne la réglementation impose une élaboration géotechnique des MIOM sur des plateformes avec séparation des ferrailles et des gros imbrûlés, ainsi qu’un vieillissement minimum de trois mois.
La traçabilité est assurée par la tenue d’un registre de sortie des unités de maturation et un signalement obligatoire aux autorités.
. En Hollande, réglementairement les masses impliquées ne doivent pas être inférieures à 10 000 tonnes.
Afin d’améliorer leur qualité, les mâchefers subissent un prétraitement poussé : criblage, broyage, séparation des métaux ferreux et non ferreux.
La réglementation est très stricte, ne permet qu’un impact marginal sur la qualité des sols, et ce pour une durée de cent ans.
Les MIOM sont emballés dans des sols argileux benthoniques et protégés par des films de polyéthylène de haute densité.
- Le recyclage des mâchefers en question
Source GEBJ38
Cela fait des années que les auteurs dénoncent l’utilisation de mâchefers comme couches de soubassements routiers, souvent sans aucun contrôle, spécifiquement en province.
Leurs efforts ont été vains pour attirer l’attention sur l’enfouissement de mâchefers dans une ancienne carrière ardoisière au contact de bassins de loisirs (également anciennes mines) alimentés par une nappe phréatique où se baignent enfants, familles et sportifs (pour des essais de plongée sous-marines) en été, sans avoir connaissance des dangers qui les guettent. Cette zone à risque accessible par tout temps se trouve à Villechien (Communes de Saint Barthélemy/Trélazé, faisant partie d’Angers Loire Valley, M&L)
Alors qu’une nouvelle réglementation sur les mâchefers d’incinération d’ordures ménagères doit bientôt être adoptée, France Nature Environnement (FNE) et le Centre national d’information indépendante (CNIID) sur les déchets s’alarment sur cette question. Ils rappellent la toxicité de ces résidus issus de l’incinération et demandent un encadrement plus strict de leur utilisation. (Voir notre chapitre sur les mâchefers)
En résumé l’incinération des ordures ménagères engendre des résidus d’épuration des fumées, qui sont « hautement toxiques » et des cendres lourdes qui sont potentiellement dangereux s’ils entrent en contact avec de l’eau.
Les cendres, également appelées mâchefers, sont notamment utilisées dans les travaux publics comme remblai de tranchée et pour la réalisation des sous-couches routières.
Une circulaire du 9 mai1994 réglemente la filière des mâchefers, leurs différentes catégories et leurs possibles recyclages, « sur la base de tests de dangerosité très insuffisants » note France Nature Environnement. Elle permet aux acteurs de cette filière de « valoriser » la plupart des résidus d’épuration des fumées et des cendres lourdes issus de l’incinération des ordures ménagères.
Etant trop polluants, ils ne seraient pas acceptés en décharge comme déchets inertes. « Mais alors comment est-il possible de les laisser se répandre dans l’environnement ? » se questionnent les deux associations.
La dispersion de déchets toxiques dans l’environnement est « un scandale qui n’a que trop duré » estiment-elles.
Trois textes étaient en cours de rédaction, et concernent :
. Une réglementation sur les critères d’identification des mâchefers « non valorisables» que la loi rectificative de finances de décembre 2010 exonère de TGAP (taxe générale sur les activités polluantes). Le projet d’arrêté, qui remplace la circulaire de 1994, aurait dû paraître mi- novembre avec une application au 1er Janvier 2012. Il sera soumis pour avis au Conseil Supérieur de la prévention des risques technologiques.
. Une réglementation au titre des installations classées,
. Un guide technique à destination des professionnels
Nous jugeons indispensable l’inertage effective des REFIOM. Leur accumulation et leur conservation par des liants tels que le ciment ne sont pas satisfaisantes. Leur raffinage et la récupération des métaux devenus rares devront être envisagés.
L’incinérateur, le point de la situation :
En 1998, il existait en France environ 300 incinérateurs (Source Ademe 2000). En 2003, il n’en restait plus en fonctionnement que 123 conformes à l’arrêté du 25 janvier 1991. Depuis, il y a eu de nombreuses mises aux normes pour satisfaire à de nouvelles exigences sanitaires.
L’image des « incinérateurs-tueurs » est aujourd’hui remplacée par celle de « l’incinérateur dévoreur de déchets», dont il n’est pas possible de régler le débit. Pour faire fonctionner une installation de ce type, il faut en permanence des déchets en quantités conséquentes, ce qui est en contradiction avec la notion de réduction des déchets inscrite dans la démarche de « Développement Durable ».
Précision :
Le Grenelle a insisté sur la nécessité d’un dimensionnement au plus juste des nouvelles capacités de ces installations, et à l’importance des clauses contractuelles liant les collectivités aux exploitants en matière de tonnage minimal pour favoriser le recyclage et le réemploi.
Une TGAP a été mise en place au 1er janvier 2009, qui vise à une augmentation du coût de traitement.
Il y a eu quelques nouvelles constructions telles : Lasse en M&L (49), Isséane sur l’Ile Séguin à Boulogne Billancourt (92), mais aussi une fermeture pour non-conformité à la réglementation à Poitiers. Des projets ont été abandonnés (Angers, Vendée, Clermont-Ferrand), d’autres sont en gestation (Marseille).
Peut-on totalement interdire de nouvelles capacités d’incinération ?
La réponse est négative, mais cela devrait être une solution de dernier recours après l’examen d’alternatives : capacités disponibles à proximité, et comparaison économique avec d’autres traitements.
Sans aucun doute possible, aujourd’hui, la méthanisation et le tri mécano biologique sont de loin moins gourmands en investissements et frais d’exploitation que l’incinération. Ainsi, pour le même tonnage de déchets à traiter un incinérateur avec les indispensables équipements anti -pollution coût 30% plus cher qu’une unité de tri mécano-biologique couplée à un méthaniseur (Source : Evaluations Launay Lantic et Varennes Jarcy)
Observations
En matière de traitements de déchets, certaines Collectivités Locales, par ignorance, transforme le contribuable en une vache à lait.
Pour des entreprises du secteur privé pour qui chaque tonne de mâchefer vendue et cachée sous des enrobés constitue une amélioration de leur compte d’exploitation, il ne faut s’attendre qu’à un minimum de respect des réglementations, même si cela met en cause la santé des Français.
Nous déplorons l’absence de rigueur dans le contrôle des opérations de la filière « traitements des déchets » par les Pouvoirs Publics. Le laxisme dont ils ont fait preuve, fait qu’aujourd’hui la tâche de reconstituer des fichiers de traçabilité « mâchefers », puis la sécurisation de chantiers jugés à risque est énorme. Il faut cependant évaluer ce risque avant de sombrer dans l’inaction face à ce problème, beaucoup de situations ne requérant que des améliorations à faibles coûts.
Précision :
Le MEDD a engagé au printemps 2008 dans la suite du Grenelle Environnement des travaux d’évaluation des mâchefers d’incinération d’O.M avec comme objectif l’amélioration de l’encadrement réglementaire.
Nous jugeons indispensable l’inertage effective des REFIOM. Leur accumulation et leur conservation par des liants tels que le ciment ne sont pas satisfaisantes. Leur raffinage et la récupération des métaux devenus rares devront être envisagés.
Nos observations ne font pas de nous des intraitables de l’anti-incinération, et de tout ce qui est traitement thermique. Comment traiter les déchets anatomiques, médicaux et infectieux en milieu hospitalier ? Nous avons besoins de nos industries : métallurgie, fonderies, cimenteries ; mais que faire de leurs fumées et de leurs déchets ? Ce sont des sujets aussi importants à traiter que les problèmes posés par les UIOM.
La gazéification, la thermolyse et la pyrolyse :
Les termes sont presque synonymes, et souvent confondus, mais les procédés sont différents.
Gazéification et pyrolyse sont parfois confondues mais décrivent des procédés par injection de quantités d’air contrôlées.
Le terme thermolyse est plutôt utilisé pour des opérations en absence d’air avec chauffage indirect par la paroi, et la pyrolyse pour des opérations par chauffage direct par contact de gaz, mais cela n’est pas figé. Les déchets ne brûlent pas, ils se décomposent en solide carboné et gaz de synthèse.
II.1) La gazéification (pyrolyse) :
La gazéification est une technologie alternative à l’incinération qui utilise beaucoup moins d’air et qui conduit à des équipements plus compacts. Cependant la technologie est parfois compliquée par l’utilisation de lits fluidisés qui ne peuvent fonctionner qu’avec une alimentation régulière composée de particules fines d’une qualité homogène. En général, ce type d’installation est couplé à une section qui permet de transformer les solides par fusion en un vitrifiât. Des unités existent au Japon où l’espace disponible est restreint et où le risque tellurique important rend l’enfouissement peu souhaitable.
La thermolyse (pyrolyse) :
Les opérations s’effectuent en absence d’air à des températures d’environ 450 à 700°c adaptable à la nature des produits traités. Les déchets se décomposent en gaz de synthèse et en solides carbonés. Le solide carboné est un coke mélangé avec des métaux, des graviers et des inertes.
Il existe trois types de thermolyse :
Ces procédés ont une phase initiale en commun. La transformation en coke, sous une température de 450 à 750°c, pendant une durée de 2 heures.
Mais l’utilisation du coke varie d’un procédé à un autre :
- La thermolyse simple : la technique consiste uniquement à transformer les déchets.
- La thermolyse avec combustion ; le coke va servir de combustible.
- La thermolyse avec gazéification ; le cokeva servirde nouvelles réactions chimiqueset être gazéifié de façon à obtenir un gaz ou un combustible liquide de synthèse.
Pour tous les types de thermolyse, les paramètres importants du process sont :
- L’homogénéité des déchets
- La maîtrise du transfert de l’énergie (rayonnement, conduction, convection)
- La maîtrise de la température et la cinétique de la montée en température.
Le gaz de synthèse est utilisé comme combustible pour produire de l’électricité ou de la vapeur.
- L’isolation des polluants comme le chlore, limitant ainsi la formation des dioxines.
Les gaz de thermolyse sont brûlés dans une chambre de combustion à plus de 1100° détruisant les éventuelles dioxines. Le volume des fumées est inférieur de 50% à celui d’une unité d’incinération équivalente. L’eau utilisée pour le lavage du coke est recyclée à l’intérieur du procédé.
Il offre :
- Une souplesse d’exploitation : le procédé peut s’adapter aux variations de charges, de 50 à 110% de sa capacité.
- Une structure compacte sur une superficie inférieure à 3 ha.
- Une source d’énergie : l’énergie produite peut être utilisée pour des bâtiments collectifs, des sites industriels.
Plusieurs procédés existent Eddith de Thide (Arras), Pit Pyroflam, Thermoselect, et d’autres notamment au JAPON.
Les atouts avancés par les promoteurs d’Arthélyse, procédé Thide à Arras sont :
. Une séparation des éléments du coke, pour les recycler dans leurs filières respectives et les purifier pour en faire du « carbor », charbon de substitution utilisable comme agent réducteur dans la métallurgie.
Pour agrandir le schéma, cliquez dessus. Revenir au document par la flèche "retour" de votre navigateur.
Il faut savoir : la législation concernant l’utilisation et le devenir du « carbor » est à définir.
Cette usine, pionnière, doit faire la démonstration de son innocuité. Il semblerait qu’un certain délai soit nécessaire à cette évaluation.
La torche plasma : la destruction de déchets par fusion
C’est une technique à haute température utilisée pour vitrifier des produits dangereux tels les armes chimiques, les PCB, l’amiante, les REFIOM, voire au Japon les mâchefers.
Il ne faut pas confondre la technique de fusion avec celle de l’incinération. Il y a peu d’air injecté sur un arc électrique utilisé dans ce procédé. La torche chauffe les cendres jusqu’à 1400°c, soit environ 500°c au-dessus de la température d’incinération des ordures ménagères. Après refroidissement rapide des cendres en fusion, les polluants contenus dans le vitrifiât sont immobilisés et le vitrifiât peut être considéré comme inerte (Cf. Classification européenne des déchets). Il pourrait être utilisé comme substitut de pavés et dalles en béton pour voirie. Bien entendu, le produit serait exposé aux contraintes commerciales habituelles.
Torche Europlasma de Cenon - Refiom vitrifiés à Cenon
Une installation comprend 4 sections :
- L’alimentation des cendres. Dans certains cas un apport d’appoint de calcin (verre broyé) et nécessaire pour la vitrification.
- Le four, avec sa torche à plasma et l’évacuation des vitrifiâts
- L’épuration des gaz
- L’épuration des eaux d’épuration des gaz. Les systèmes d’épuration peuvent être intégrés à ceux d’un UIOM.
En cas d’utilisation indépendante d’un UIOM, les points suivants méritent une attention particulière :
- Les dioxines et furanes sont détruites aux températures élevées dans le four et le système de refroidissement instantané « quench » devrait permettre d’éviter leur reformation.
- Des NOx sont produits en abondance et doivent être éliminés par catalyse. Les autres rejets (oxydes de souffre, poussières, acidités des eaux, chlorures, extraction des métaux lourds) qui s’y trouvent, font appel à des techniques courantes et bien maîtrisées dans l’industrie. Bien entendu, des garanties particulières des constructeurs doivent être obtenues en ce qui concerne les problèmes de sécurité sanitaire.
Laisser en stockage et en augmentation permanente des REFIOM en CSDU n’est pas raisonnable à partir du moment où une solution technique est possible sans être beaucoup plus onéreuse (de l’ordre de 500 € la tonne, valeur 2006).
Commentaires