Evaluation environnementale des services d’écologie

Evaluation environnementale des

services d’écologie industrielle

rendus par le procédé vBc3000

Avril 2009

27 avril 2009 Systèmes Durables - 1 -

SOMMAIRE

1 AVANT-PROPOS : DU DEVELOPPEMENT DURABLE A L’ECOLOGIE INDUSTRIELLE 5

2 SERVICES D’ECOLOGIE INDUSTRIELLE RENDUS PAR LE PROCEDE VBC3000 DANS LE CADRE DU PROJET VBC3000 SEINE AVAL 7

2.1 Contexte de l'étude 7

2.2 Objectif de l'étude 11

2.3 Méthodologie 12

2.4 Public visé et utilisation du rapport 13

3 UNITE FONCTIONNELLE ET FRONTIERES DU SYSTEME 14

3.1 Unité Fonctionnelle 14

3.2 Granulats pour béton 15

3.3 Frontières du système étudié 16

3.4 Flux pris en compte 17

4 PRESENTATION DES TROIS SCENARIOS 19

4.1 Scénario 1 : Procédé industriel vBc3000 et activités complémentaires 19

4.2 Scénario 2 : Incinération dédiée des boues et activités complémentaires 21

4.3 Scénario 3 : Epandage des boues et activités complémentaires 24

4.4 Synthèse des modules composant les scénarios 26

5 DONNEES D’INVENTAIRE ET LIMITES 27

5.1 Sources de données 27

5.2 Limites de l’étude 29

6 MODELISATION DES FLUX DE CHAQUE SCENARIO 31

6.1 Scénario 1 31

6.2 Scénarios 2 et 3 33

6.3 Modélisation comparative 35

Evaluation environnementale des services d’écologie industrielle rendus par le procédé vBc3000


7 ANALYSE DES FLUX DE MATIERES ET D’ENERGIE 40

7.1 Rappel 40

7.2 Remarque : Dépôts au sol 40

7.3 Consommation et Valorisation de matières 41

7.4 Consommations d’énergie globale et par source 42

7.5 Contribution du transport 44

7.6 Emissions d’Eléments Traces Métalliques 46

7.7 Les émissions de Gaz à Effet de Serre 51

7.8 Autres émissions de polluants 54

8 SYNTHESE DES RESULTATS 59

ANNEXE 1 : MODULES COMPOSANTS LES SCENARIOS 2 ET 3 62

ANNEXE 2 : ACRONYMES 70



Liste des figures

FIGURE 1 : TRAITEMENT DES BOUES, SITUATION ACTUELLE (SOURCE : SIAAP) ................................................................................ 8

FIGURE 2 : DESTINATIONS ACTUELLES DES BOUES DE SEINE AVAL (SOURCE : SIAAP) ....................................................................... 9

FIGURE 3 : ILLUSTRATION DE L'INTEGRATION DE VBC3000 SEINE AVAL AU SEIN DU TERRITOIRE (SOURCE : VBC3000) ......................... 10

FIGURE 4 : SCENARIO 1, MODULES ...................................................................................................................................... 19



FIGURE 7: SCENARIO 1, SCHEMA DE FLUX ............................................................................................................................. 31

FIGURE 8: SCENARIO 1, SCHEMA DE FLUX DU MODULE VBC3000-BOUAFLES .............................................................................. 32

FIGURE 9 : SCENARIO 1, SCHEMA DE FLUX DU MODULE COMPLEMENT - CHALEUR ........................................................................ 33

FIGURE 10 : SCENARIO 2, SCHEMA DE FLUX .......................................................................................................................... 34

FIGURE 11 : SCENARIO 3 : SCHEMA DE FLUX.......................................................................................................................... 35

FIGURE 12: SCHEMA DIFFERENTIEL DE FLUX : SCENARIO 2 - SCENARIO 1 ..................................................................................... 37

FIGURE 13 : SCHEMA DIFFERENTIEL DE FLUX : SCENARIO 3 - SCENARIO 1 .................................................................................... 39

FIGURE 14 : SCENARIOS 1, 2 ET 3 : COMPARAISON DES CONSOMMATIONS DE MATIERE PREMIERE PRIMAIRE ET SECONDAIRE RELATIVEMENT

A LA QUANTITE DE GRANULATS PRODUITS .............................................................................................................................. 41

FIGURE 15 : SCENARIOS 1, 2 ET 3, CONSOMMATION D'ENERGIE TOTALE (MWH) ......................................................................... 42

FIGURE 16 : SCENARIOS 1, 2 ET 3, CONSOMMATIONS DETAILLEES D'ELECTRICITE ET DE COMBUSTIBLES ............................................. 43

FIGURE 17: SCENARIOS 1, 2 ET 3, FLUX ROUTIER ET FLUVIAL (T.KM) .......................................................................................... 44

FIGURE 18 : SCENARIO 1, PART DU TRANSPORT DES MATIERES PREMIERES DANS LA CONSOMMATION DE FIOUL ET GAZOLE (T) ............. 45

FIGURE 19: SCENARIO 1, GAINS PAR LA SUBSTITUTION DU TRANSPORT ROUTIER (CU 25T) PAR LE TRANSPORT FLUVIAL (CU 2000T) ...... 45

FIGURE 20 : SCENARIOS 1, 2 ET 3, EMISSIONS D'ETM VERS LE SOL (KG) ..................................................................................... 47

FIGURE 21 : SCENARIOS 1, 2 ET 3, EMISSIONS DE GES (TEQCO2) ............................................................................................... 51

FIGURE 22 : SCENARIO 1, REPARTITION DES EMISSIONS DE GES PAR MODULES (TEQCO2) .............................................................. 52

FIGURE 23 : SCENARIO 2, REPARTITION DES EMISSIONS DE GES PAR MODULES (TEQCO2) .............................................................. 52

FIGURE 24 : SCENARIO 3, REPARTITIONS DES EMISSIONS DE GES PAR MODULES ET PAR GAZ (TEQCO2) ............................................ 53

FIGURE 25 : SCENARIOS 1, 2 ET 3, EMISSIONS DE 7 PCB VERS LE SOL (KG) .................................................................................. 54

FIGURE 26 : SCENARIOS 1, 2 ET 3, EMISSIONS DE COV VERS L'AIR (KG) ...................................................................................... 56



FIGURE 27 : SCENARIOS 1, 2 ET 3, EMISSIONS DE COV VERS L’EAU (KG) .................................................................................... 56

FIGURE 28 : SCENARIOS 1, 2 ET 3, EMISSIONS DE NOX ET DE SOX, (KG) .................................................................................... 57

FIGURE 29 : SCENARIO 1, REPARTITION DES EMISSIONS DE NOX ET SOX PAR PROCEDES (T) ........................................................... 58

Liste des tableaux

TABLEAU 1 : PRINCIPALES CONSOMMATIONS ET EMISSIONS POUR LA PRODUCTION DE 103 441 T DE GRANULATS CLASSIQUES ET DE

GRANULATS D’ARGILE EXPANSEE. ......................................................................................................................................... 16

TABLEAU 2 : DETAIL DES SCENARIOS .................................................................................................................................... 26

TABLEAU 3 : SCENARIOS 1, 2 ET 3, EMISSIONS D’ETM VERS L’AIR (G) ........................................................................................ 48

TABLEAU 4: SCENARIOS 1, 2 ET 3, EMISSIONS D'ETM VERS LE MILIEU NATUREL (SOL, EAU ET AIR) (KG). ........................................... 50

TABLEAU 5 : SCENARIOS 1, 2 ET 3, EMISSIONS DE 3 HAP VERS L’AIR ET LE SOL (KG) ..................................................................... 55



1 Avant-propos : du développement durable à l’écologie

industrielle

La problématique environnementale occupe une place de plus en plus centrale et devient

aujourd'hui un facteur important dans les prises de décision politiques, économiques,

industrielles et individuelles.

Le développement de l'économie par la consommation a atteint certaines de ses limites et

l'homme doit faire face à la disparition des ressources naturelles et aux impacts de son activité

sur son environnement et sa santé. Pour l'avenir de la société du XXIe siècle, accorder

développement économique et environnement devient donc une urgence.

De cette prise de conscience est né le concept de « développement durable ». Consacré par la

Commission mondiale sur l’environnement et le développement dans le Rapport Brundtland

(1987), le développement durable (ou « développement soutenable ») est, selon la définition

proposée : « un développement qui répond aux besoins des générations du présent sans

compromettre la capacité des générations futures à répondre aux leurs ».

Parmi les nouvelles approches du développement de la société industrielle inspirées par l’idée

de « développement durable », un domaine scientifique émergent propose une voie

prometteuse : l’écologie industrielle.

Les environnementalistes et leurs précurseurs se sont depuis longtemps préoccupés des

conséquences de l’activité industrielle, essentiellement en étudiant les effets des pollutions sur

les écosystèmes. Mais le fonctionnement du système industriel en tant que tel restait extérieur

à l’analyse. Le fait de considérer la société industrielle comme extérieure à la biosphère

entraîne une conséquence pratique importante : l’impact des activités humaines est considéré

comme se réduisant essentiellement à des problèmes de « pollution de l’environnement ». La

solution classique consiste à traiter la pollution par le biais de divers dispositifs techniques

intervenant généralement en fin de processus (on parle alors d’approche « end of pipe »).

L’écologie industrielle explore l’hypothèse inverse. Elle propose ainsi d’appréhender la société

industrielle comme un système, un « écosystème particulier de la biosphère » composé par des

éléments et leurs interactions. Cette approche se justifie par les nombreuses caractéristiques

communes avec les écosystèmes naturels : la présence de plusieurs espèces (hommes,

entreprises, administrations, collectivités…), des compétitions, parfois, entre ces espèces pour

un espace ou une ressource, des compétitions à l’intérieur même de ces espèces (compétition

économique entre les entreprises…). Les relations de mutualisme inter et intra-espèces sont

également nombreuses (utilisation d’infrastructures créées pour une activité économique par la

population locale…).

Cette approche originale permet de considérer de manière rationnelle et cohérente les

interactions de la société industrielle avec les autres systèmes de son environnement que sont

les différents écosystèmes de la biosphère. De nouveaux leviers d’action se dégagent alors



naturellement de ces observations. S’inscrivant dans une logique pragmatique, l’écologie

industrielle propose de modifier l’organisation de la société afin de disjoindre la croissance de

l’économie de celles des ponctions des ressources naturelles et des rejets dans la biosphère.

L'enjeu consiste à faire évoluer le système industriel vers un mode de fonctionnement viable à

long terme, compatible avec la biosphère.

Pour tendre vers cet objectif, l'écologie industrielle définit une stratégie opérationnelle dont l’un

des axes principaux consiste à valoriser systématiquement les déchets. A l'image des chaînes

alimentaires dans les écosystèmes naturels, il faut créer des réseaux d'utilisation des

ressources et des déchets dans les écosystèmes industriels, de sorte que tout résidu devienne

une ressource pour une autre entreprise ou un autre agent économique. Des exemples partiels

et spontanés de tels complexes existent depuis longtemps, mais il s'agit désormais de les

développer de manière systématique et explicite.

Ainsi, l’augmentation de la productivité de la matière à travers la récupération, le recyclage et la

valorisation systématique des flux de matière et d’énergie générés par les différentes activités

de la société industrielle constitue un objectif majeur pour équilibrer sur le long terme les

interactions entre le système industriel et la biosphère. A ce titre et compte tenu des évolutions

récentes qu’elles ont connues, le projet industriel vBc3000 Seine Aval en tant qu’« espèce

industrielle » représente un cas tout à fait intéressant.



2 Services d’écologie industrielle rendus par le procédé

vBc3000 dans le cadre du projet vBc3000 Seine Aval

2.1 Contexte de l'étude

2.1.1 Présentation du procédé vBc3000

vBc3000 propose un procédé innovant de valorisation matière de boues de station d’épuration

dans des matériaux céramiques. Le procédé vBc3000 consiste en un mélange de boues,

partiellement séchées, à des minéraux argileux, suivi d’un façonnage des produits céramiques

souhaités (briques ou granulats), puis d’une cuisson des matériaux à une température comprise

entre 1000 et 1200°C selon la nature des minéraux employés.

Le taux d’incorporation des boues d’épuration est compris entre 15 et 50 % (Matière Sèche)

pour produire des granulats allégés. Lors de la cuisson, la minéralisation de la matière

organique confère des propriétés d’isolation thermique et phonique améliorées. Les métaux

lourds présents sont bloqués dans la matrice céramique. Les matériaux céramiques produits

sont ainsi inertes et marchands.

Les matériaux céramiques finaux ont les qualités d’usage admises dans le secteur du bâtiment

et des travaux publics. Les granulats d’argile allégés, notamment, sont conformes aux normes

NF EN 13055-1 et NF EN 13055-2 « Granulats légers ».

Ces matériaux peuvent être utilisés pour des constructions de Haute Qualité Environnementale

(H.Q.E.). En effet, ils sont plus légers et offrent, de par leur porosité, de meilleures propriétés

d’isolation thermique et phonique. En les substituant à une part des granulats classiques dans

du béton prêt à l’emploi, ils permettent un gain de masse à volume identique.

La valorisation matière des boues et autres coproduits d’activités industrielles s’inscrit dans une

démarche de Développement Durable. Les boues sont recyclées et leur pouvoir calorifique

réduit le besoin d’énergie fossile lors de la cuisson.

La société vBc3000 a adapté son procédé à la valorisation de boues réputées dangereuses,

notamment les sédiments de dragage/curage et les boues d’origine industrielle.

2.1.2 Les Boues d’épuration de Seine Aval

L’usine Seine Aval, située sur le territoire de la commune d’Achères (78), est la plus grande

station d’épuration d’Europe. L’installation gère les effluents de près de 80 % de la population

francilienne, soit six millions d’Equivalents-Habitant (EH). Mise en service en 1940, Seine Aval

n’a depuis cessé d’évoluer et de se moderniser jusqu’à aujourd’hui. Elle est gérée par le

Syndicat Interdépartemental pour l’Assainissement de l’Agglomération Parisienne (SIAAP).

L’épuration des effluents permet de rejeter une eau dépolluée, mais elle engendre un important

volume de déchets : les boues d’épuration. En France, la production moyenne est de 15 kg

(Matière Sèche) par habitant par an.



La destination finale des boues pose aujourd’hui question, et trois filières majeures sont

principalement connues :

Le stockage en Centre d’Enfouissement Technique (CET) n’est plus d’actualité en

raison de l’obligation légale de n’enfouir que des déchets ultimes1.

L’épandage agricole, avec et sans compostage, est la filière favorisée par le SIAAP

comme sur le plan national. Il rencontre un nombre croissant de réticences de la part de

tous les acteurs du secteur agro-alimentaire jusqu’aux consommateurs.

L’incinération (valorisation énergétique) fait aussi face à des blocages sociétaux,

notamment quant à l’implantation de nouveaux incinérateurs.

Actuellement, les boues de Seine Aval sont traitées de la façon suivante :

FIGURE 1 : TRAITEMENT DES BOUES, SITUATION ACTUELLE (SOURCE : SIAAP)

Les différentes étapes de traitement permettent d’éliminer une importante part d’eau, hygiéniser

les boues et récupérer le biogaz par fermentation. Ensuite, les boues sont destinées à

l’épandage.

1 Loi n°92-646 du 13 juillet 1992, relative à l'élimination des déchets ainsi qu'aux installations classées pour la

protection de l'environnement, consultable sur le site Légifrance : http://www.legifrance.gouv.fr/affichTexte.do?cidTex te=JORFTEXT000000345400&fastPos=1&fastReqId=2057461363&categorieLien=id&oldAction=rechTexte.

http://www.legifrance.gouv.fr/affichTexte.do?cidTexte=JORFTEXT000000345400&fastPos=1&fastReqId=2057461363&categorieLien=id&oldAction=rechTexte

http://www.legifrance.gouv.fr/affichTexte.do?cidTexte=JORFTEXT000000345400&fastPos=1&fastReqId=2057461363&categorieLien=id&oldAction=rechTexte



Une partie des boues subit un compostage avant l’épandage, cette étape est réalisée par un

prestataire hors-site. Une autre partie des boues, pourtant conforme à la législation, ne trouve

pas acquéreur en agriculture et est donc enfouie.

La figure ci-dessous, extraite du support de présentation par le SIAAP du projet de refonte de la

station d’épuration Seine Aval (Audition Publique du 4.10.20072), indique la répartition actuelle

des boues par filières et les limites déjà atteintes.

FIGURE 2 : DESTINATIONS ACTUELLES DES BOUES DE SEINE AVAL (SOURCE : SIAAP)

Dans le cadre du projet de refonte de Seine Aval, le SIAAP a exprimé la nécessité d’offrir de

nouvelles filières de destination aux boues d’épuration, tout en excluant l’incinération sur le site

de Seine Aval. Le procédé vBc3000 crée une véritable alternative, permettant la valorisation

matière des boues d’épuration et l’économie de ressources primaires. Le projet vBc3000 Seine

Aval est ainsi considéré par le SIAAP comme destination potentielle d’une partie des boues de

la station d’Achères.

2

Auteurs : MM Duminy (Dir. Gén. du SIAAP), Gousailles (Dir. de la R&D) et Mary (Dir. du site Seine Aval). Document disponible sur le site du débat public : http://www.debatpublic-station-epuration-seineaval.org/participer/comptes-rendus/presentations-20071004.html.

http://www.debatpublic-station-epuration-seineaval.org/participer/comptes-rendus/presentations-20071004.html

http://www.debatpublic-station-epuration-seineaval.org/participer/comptes-rendus/presentations-20071004.html



2.1.3 Le projet vBc3000 Seine Aval3

La société CEMEX Granulats envisage d’accueillir sur son site de Bouafles (27) une unité

industrielle mettant en œuvre le procédé vBc3000. Cette unité valorisera les fines d’argile

issues de l’activité d’extraction de matériaux alluvionnaires en mélange avec des boues de la

station Seine Aval du Syndicat Interdépartemental pour l’Assainissement de la Région

Parisienne (SIAAP) et des boues de stations d’épuration de collectivités et d’entreprises du

secteur aval d’Ile de France.

La société CEMEX Granulats et d’autres sociétés du groupe CEMEX auquel elle appartient,

notamment le fournisseur de béton prêt à l’emploi CEMEX Béton, s’engageraient dans ce projet

à accueillir l’unité vBc3000, et à écouler les granulats allégés issus de cette unité industrielle.

Cette valorisation s’inscrit dans la logique de Développement Durable de la société CEMEX :

Valorisation matière des coproduits argileux de ses activités,

Réduction de l’extraction de ressources naturelles par la production de matériaux de

substitution,

Contribution au développement des constructions H.Q.E.4 par l’offre de granulats allégés

à un coût accessible,

Valorisation matière et énergie de déchets d’assainissement (boues),

Offre d’une filière alternative pour les résidus d’assainissement des collectivités et des

entreprises des régions Ile de France, Haute-Normandie et Picardie,

Création d’un outil industriel générateur d’activité et d’emploi.

Les résultats positifs de l’étude de faisabilité industrielle, réalisée dans le cadre d’une

convention de collaboration entre vBc3000, CEMEX Granulats et le SIAAP, a conduit le SIAAP

à retenir le procédé pour la valorisation d’une partie des boues de la station d’Achères.

FIGURE 3 : ILLUSTRATION DE L'INTEGRATION DE VBC3000 SEINE AVAL AU SEIN DU TERRITOIRE (SOURCE : VBC3000)

3 Extrait de l’étude de faisabilité industrielle, vBc3000, nov. 2007

4 Haute Qualité Environnementale. Une liste des acronymes employés est disponible en annexe 2.



2.2 Objectif de l'étude

Le projet vBc3000 Seine Aval de Bouafles conduira à terme à la valorisation annuelle de 80 000

tonnes de boues de Seine Aval. Il intègre en outre la valorisation d’autres boues de collectivités,

de boues industrielles, de sédiments de dragage portuaires, ainsi que de coproduits argileux et

schisteux. Ce projet permettra la mise sur le marché de plus de 100 000 tonnes de granulats

allégés accompagnée d’une coproduction d’énergie sous forme de chaleur et d’électricité. Par

ailleurs, une partie de l’énergie nécessaire au procédé sera directement fournie par les boues,

permettant de les substituer aux ressources fossiles.

vBc3000 s'est engagée dans ce projet en approchant notamment les principes d'écologie

industrielle. Ce type de démarche présente a priori un intérêt pour au moins deux raisons :

En valorisant des déchets collectifs et industriels comme matière première et comme

ressource énergétique, il est possible de réduire la quantité de matières premières

primaires et de combustibles fossiles utilisés pour la production de granulats.

Par ailleurs, l’utilisation des résidus produits par d’autres activités permet de donner à

ces déchets une valeur de ressource alternative, au lieu de proposer un traitement par

épandage ou par incinération. La valorisation par le procédé vBc3000 permet

d’économiser des ressources naturelles, tout en garantissant un traitement efficace du

déchet boue.

Ainsi, cette démarche devrait donc avoir des effets positifs sur l’environnement (économie de

ressources…), par rapport à des pratiques plus classiques. Ce postulat mérite toutefois d’être

soumis à une évaluation rigoureuse. C’est l’objet de la présente étude.

vBc3000 a chargé Systèmes Durables d’évaluer les services d’écologie industrielle rendus par

le projet vBc3000 Seine Aval. L’objectif est de produire les éléments scientifiques qualitatifs et

quantitatifs permettant d’évaluer l’intérêt des valorisations pouvant être mises en œuvre par

vBc3000, Cemex et le SIAAP sur l’installation de production de Bouafles.

Cette étude réalisée en 2008 se base sur le bilan des flux de matières et d’énergie impliqués

par trois scénarios de valorisation des boues :

Le procédé proposé par vBc3000,

L’épandage,

L’incinération.



2.3 Méthodologie

Afin d’évaluer le service d’écologie industrielle rendu par le procédé vBc3000 Seine Aval,

Systèmes Durables a réalisé une comparaison des flux de matières et d’énergie impliqués par

trois scénarios pour répondre à une Unité Fonctionnelle :

Unité Fonctionnelle

L’Unité Fonctionnelle (Cf. chapitre 3.1) définit un ensemble d’objectifs quantitatifs à remplir,

permettant de dimensionner chacun des trois scénarios et d’en définir les limites (Cf. chapitre

3.2).

Scénarios

Le premier scénario (Cf. chapitre 4.1) est construit autour de l’activité de l’installation vBc3000

Seine Aval de Bouafles pendant une année, complétée pour répondre à l’Unité Fonctionnelle.

Le second scénario (Cf. chapitre 4.2) est un scénario de référence auquel sera comparé le

scénario 1. Il est construit autour de l’incinération des boues du SIAAP, elle aussi complétée

afin de répondre à l’Unité Fonctionnelle.

Le troisième scénario (Cf. chapitre 4.3) est également un scénario de référence pour la

comparaison. Celui-ci est construit autour de l’épandage après compostage des boues du

SIAAP, complété également de façon à répondre à l’Unité Fonctionnelle.

Chaque scénario est composé de sous-ensembles : les modules. Ils sont décrits dans les

chapitres 4.1, 4.2, et 4.3, et synthétisés dans le chapitre 4.4.

Inventaire des flux

Une fois définis les trois scénarios, Systèmes Durables a procédé à un inventaire des flux de

matières et d’énergie entrant et sortant de chaque module. Les données utilisées pour cet

inventaire ont été fournies par vBc3000 et ses partenaires (CI Consulting, le GPMH, le Cabinet

Merlin, etc.), par le SIAAP, ou sont issues de documents de référence et de la base de données

d’Inventaire de Cycle de Vie Ecoinvent (Cf. chapitre 5.1).

Modélisation des scénarios

Les flux inventoriés pour chaque module ont été consolidés afin de recomposer et modéliser les

trois scénarios (Cf. partie 6.).

Analyse comparative

Par comparaison avec les deux scénarios de référence, Systèmes Durables a évalué la

performance environnementale du scénario 1, basé sur l’unité vBc3000 Seine Aval de Bouafles

(Cf. partie 7.).



2.4 Public visé et utilisation du rapport

Les publics visés par cette étude sont en premier lieu les responsables du projet vBc3000

Seine Aval. L’objectif principal est de leur apporter des éclairages sur le profil environnemental

du service rendu par le projet vBc3000 Seine Aval.

Dans un second temps, vBc3000 pourra utiliser cette étude dans le cadre de sa communication

vers les partenaires et décideurs concernés par vBc3000 Seine Aval et les autres projets

d’industrialisation du procédé vBc3000, tels que vBc3000 Hainaut du Valenciennois.

Enfin, vBc3000 pourra utiliser les conclusions de cette étude pour une communication externe

plus large via une documentation non-technique.

Les données issues des documents fournis par le SIAAP sont utilisées dans le présent rapport

d’études en conformité avec les conditions de l’autorisation précisées dans la lettre

d’engagement jointe à ces documents.



3 Unité Fonctionnelle et frontières du système

3.1 Unité Fonctionnelle

L’analyse de services d’écologie industrielle implique une grande rigueur. Lors de la

comparaison entre plusieurs situations comme par exemple entre deux ou plusieurs produits, il

convient donc de comparer des éléments comparables. Certaines méthodes demandent de

définir la fonction remplie par chaque système étudié et de les comparer sur cette base.

Par exemple une voiture sert à « transporter des personnes », une machine à laver sert à

« laver du linge ». Cette fonction ne suffit toutefois pas à comparer plusieurs produits de façon

rigoureuse. En effet une voiture A peut être hors service au bout de 200 000 km alors que la

voiture B peut parcourir 300 000 km au cours de sa vie. Il faudrait produire 3 voitures A pour

parcourir 600 000 km, avec tous les impacts que cela implique…alors que 2 voitures B

suffiraient. La nécessité d’avoir recourt à une voiture supplémentaire peut considérablement

jouer sur la comparaison de ces produits à cause des impacts liés à la production. Il convient

donc de trouver une unité de comparaison en plus de la fonction : « transporter 5 personnes sur

600 000 km » pourrait être une bonne unité. Il s’agirait donc de comparer 3 voitures A

parcourant 200 000 km chacune et 2 voitures B parcourant 300 000km. Cette unité de

comparaison est appelée « l'Unité Fonctionnelle ».

L’Unité Fonctionnelle est définie comme « la performance quantifiée d’un système de produits

destinée à être utilisée comme unité de référence dans une analyse de cycle de vie.

(ISO14040) »

Pour cette étude, l’Unité Fonctionnelle correspond donc à une quantification de la fonction du

procédé vBc3000 sur une année, complétée par une production d’énergie afin de prendre en

compte l’énergie produite par le scénario de référence Incinération. L’Unité Fonctionnelle

définie par vBc3000 et Systèmes Durables est la suivante :

Apporter une solution pour la fin de vie des déchets et coproduits suivants5 :

o 40 000 tonnes (MS) de boues du SIAAP

o 22 500 tonnes (MS) de sédiments de dragage du Grand Port Maritime du Havre

(GPMH)

o 22 500 tonnes de coproduits schisteux de la carrière de Villepail

o 22 500 tonnes (MS) de coproduits argileux de la carrière de Bouafles

Et produire les éléments suivants3 :

o 103 441 m3 de granulats pour béton

o 2,5 MWh d’électricité

o 57 756 MWh de chaleur6

5 Les valeurs indiquées, à l’exception de la production de chaleur, sont basées sur les consommations annuelles du

procédé vBc3000.



Les trois scénarios sont donc comparés sur la base des flux de matières et d’énergies

nécessaires à la réalisation de ces sept fonctions composant l’Unité Fonctionnelle.

3.2 Granulats pour béton

Choix des granulats de carrière pour les scénarios de référence (2 et 3)

Lors du cadrage de l’étude, il a été décidé de comparer la production de granulats de vBc3000

Seine Aval à des granulats classiques de carrière. Ce choix était justifié par le fait que

l’utilisation de granulats d’argile expansée dans du béton allégé, bien que réalisable avec un

import (principalement depuis la Belgique) n’était pas une réalité économique concurrentielle

actuellement. De plus, les produits proposés par vBc3000 Seine Aval ont des caractéristiques

physiques et mécaniques différentes et ne répondent pas aux mêmes besoins que ces

granulats d’argile expansée, ainsi que l’a confirmé la société Argex (premier producteur

européen basé en Belgique) contactée par vBc3000.

M. Faure a toutefois constaté lors du salon Pollutec 2008 que la demande de granulats

expansés était croissante.

Ce choix a une influence sur les flux des scénarios de référence. La production de granulats

d’argile expansée diffère de la production de granulats de carrière par un procédé thermique :

cuisson de l’argile en mélange à un corps gras pour provoquer l’expansion. Les consommations

de ressources et émissions gazeuses d’un tel procédé ne sont pas négligeables. Si les

scénarios de référence avaient porté sur une production de tels granulats en lieu et place des

granulats classiques, les flux impliqués auraient été sensiblement différents. La figure suivante

présente les principaux flux entrants et sortants pour produire 103 441 m3 (Cf. Unité

Fonctionnelle) de granulats classiques d’une part et de granulats d’argile expansée d’autre part

(données Ecoinvent).

6 La valeur indiquée pour la production de chaleur est basée sur la production issue de l’incinération de 40 000 t MS

de boues du SIAAP.



Milieu Flux Unité Granulats classiques

Granulats d’argile expansée

Conso Roche brute t 193 642

Argile t 43 238

Fioul domestique t 67,1 8,74

Fioul lourd (expansion) t 0 2 948

Electricité MWh 745 1 376

Emissions vers l’air

CO2 t 516 11 320

NOx kg 3 600 21 383

SO2 kg 901 62 499

COV (NM) kg 568 2 594

N20 kg 0 19,8

CH4 kg 0 4 953

Tableau 1 : Principales consommations et émissions pour la production de 103 441 t de granulats classiques et de granulats d’argile expansée.

La production de granulats classiques, retenue pour les scénarios de référence, génère des consommations et des émissions gazeuses plus faibles que la production de granulats d’argile expansée non retenue.

Volume de granulats considérés dans l’Unité Fonctionnelle

La valorisation de 40 000 t(MS) de boues d’Achères, et des autres matériaux (schistes, argile,

sédiments de dragage) par vBc3000 Seine Aval permet la production de 103 441 t de granulats

allégés dont la masse volumique est de 1 t/m3, soit 103 441 m3.

Les essais d’utilisation des granulats vBc3000 dans la production de béton ont défini la

possibilité de substitution partielle des granulats de carrière par les granulats vBc3000 à volume

égal. Ainsi, un mètre cube de granulats allégés vBc3000 (scénario 1) incorporé à la production

de béton se substituera à un mètre cube de granulats classiques (scénarios 2 et 3).

L’unité fonctionnelle considère donc la production de 103 441 m3 de granulats dans chaque

scénario.

3.3 Frontières du système étudié

Les limites du système ont été définies conjointement par vBc3000 et Systèmes Durables.

L’analyse environnementale réalisée ne prend pas en compte la totalité du cycle de vie des

processus élémentaire mise en œuvre pour la réalisation de l’Unité Fonctionnelle :

Sont pris en compte:

Les principaux flux de matières et d’énergies entrant et sortant des modules nécessaires

à la réalisation de l’Unité Fonctionnelle, pour chaque scénario



Les différents modules nécessaires à la réalisation de l’Unité Fonctionnelle pour chaque

scénario : transport des composants matière à valoriser, valorisation de ceux-ci,

productions complémentaires de produits ou d’énergie et remblaiement de coproduits le

cas échéant. Le détail de chaque scénario est décrit en infra.

Les flux entrants et sortants des modules pour lesquels les données étaient accessibles

dans la littérature vBc3000, les documents fournis par le SIAAP et/ou dans la base de

données d’Analyse du Cycle de Vie Ecoinvent ont été pris en compte.

Sont exclues :

Les étapes en amont de la fourniture des composants (extraction et/ou production).

Les étapes en aval de la réalisation de l’Unité Fonctionnelle (transport des produits vers

leur lieu de consommation, mise à disposition de l’énergie, consommation, fin de vie).

Ce choix est motivé par la volonté de ne pas complexifier l’étude outre mesure. L’étude des flux

en amont et en aval des procédés, bien qu’intéressante en soit, n’a pas été jugée pertinente

pour la réalisation de l’objectif de l’étude (la comparaison du fonctionnement du procédé

industriel de vBc3000 à deux scénarios de référence).

3.4 Flux pris en compte

Afin de concentrer l’étude sur les éléments révélateurs du service d’écologie industrielle rendus

par le procédé, les flux de matières et d’énergies suivants ont été pris en compte

Consommation de ressources matière (boues, minéraux...)

Consommation d’énergie (combustibles fossiles, électricité...)

Production (granulats, chaleur, électricité)

Émissions de substances vers le milieu naturel : air, eau, sol :

o Les Principaux Gaz à Effet de Serre : dioxyde de carbone (CO2), méthane (CH4),

protoxyde d’azote (N20) et hexafluorure de soufre (SF6),

o Les Eléments Traces Métalliques (ETM) dont l’épandage est réglementé (Cadmium,

Chrome, Cuivre, Mercure, Nickel, Plomb et Zinc),

o Les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) dont l’épandage est réglementé

(fluoranthène, benzo(b)fluoranthène et benzo(a)pyrène),

o Les PolyChloroBiphényles dont l’épandage est réglementé (7 PCB : 28, 52, 101, 118,

138, 153 et 180),

o Les Oxydes d’Azote (NOx),

o Le Dioxyde de Soufre (SO2),

o Les Composés Organiques Volatils (COV, hors méthane).



Pour les ETM, HAP et PCB, l’épandage est règlementé par l’arrêté du 8/01/1998, fixant les

prescriptions techniques applicables aux épandages de boues sur les sols agricoles pris en

application du décret n°97-1133 du 8/12/1997 relatif à l’épandage des boues issues du

traitement des eaux usées7.

Il est à noter que pour la diffusion vers le milieu aquatique, ce sont les ions correspondants aux

ETM considérés pour l’étude qui ont été pris en compte dans les bases de données Ecoinvent.

Les flux internes aux procédés (circuit hydraulique fermé par exemple) n’ayant pas d’impact

extérieur direct, ils ne sont pas considérés dans l’étude.

7 Consultables sur le site internet de l’INERIS :

Décret : http://www.ineris.fr/aida/?q=consult_doc/consultation/2.250.190.28.8.673

Arrêté : http://www.ineris.fr/aida/?q=consult_doc/consultation/2.250.190.28.8.2271.

http://www.ineris.fr/aida/?q=consult_doc/consultation/2.250.190.28.8.673

http://www.ineris.fr/aida/?q=consult_doc/consultation/2.250.190.28.8.2271



4 Présentation des trois scénarios

4.1 Scénario 1 : Procédé industriel vBc3000 et activités

complémentaires

Ce scénario décrit le fonctionnement de l’unité industrielle vBc3000 de Bouafles (module

vBc3000 Bouafles) associée à un module complémentaire de production d’énergie

(Complément Chaleur).

FIGURE 4 : SCENARIO 1, MODULES

4.1.1 Module vBc3000 - Bouafles

L’Unité Fonctionnelle ayant été construite à partir du procédé vBc3000, le module « vBc3000 -

Bouafles », remplit la quasi-totalité de celle-ci :

Apporter une solution pour la fin de vie des déchets et coproduits suivants :

o 40 000 tonnes (Matière Sèche) de boues de l’usine Seine Aval du SIAAP

o 22 500 tonnes (MS) de sédiments de dragage du GPMH

o 22 500 tonnes de coproduits schisteux de la carrière de Villepail

o 22 500 tonnes (MS) de coproduits argileux de la carrière de Bouafles

Et produire les éléments suivants :



o 103 441 m3 de granulats pour béton

o 2,5 MWh d’électricité

Conformément aux délimitations du système, le transport routier et fluvial des composants vers

le procédé, ainsi que les flux de matière et d’énergie entrant et sortant du procédé sont pris en

compte.

4.1.2 Module vBc3000 – complément chaleur

La dernière exigence de l’Unité Fonctionnelle, à savoir la Production de 57 756 MWh de

chaleur, n’est pas complétée par l’usine de Bouafles. Il est pourtant indispensable de prendre

en compte la production énergétique permise par l’incinération dans le scénario 2. La

production de chaleur en cogénération de l’usine de Bouafles est estimée à 6,5 MWh. Le

complément (57 749,5 MWh) est donc assuré par un module « virtuel » intitulé « vBc3000 –

complément chaleur ».

La donnée Ecoinvent utilisée pour modéliser ce module - heat, unspecific, in plant, RER8 -

correspond à un bouquet de technologies industrielles utilisées en Europe. Différentes sources

d’énergies sont ainsi prises en compte : gaz naturel, fioul, charbon et électricité.

8 L’abréviation RER désigne que la donnée est valable pour l’Europe dans la terminologie Ecoinvent.



4.2 Scénario 2 : Incinération dédiée des boues et activités

complémentaires

Ce scénario réunit un ensemble de modules permettant de réaliser l’Unité Fonctionnelle en se

basant sur une valorisation énergétique des boues de Seine Aval. Il s’agit du premier scénario

de référence auquel sera comparé le scénario 1.


La complétion de l’Unité Fonctionnelle est répartie en 6 modules spécifiques.



4.2.1 Module Incinération – Guerville

Ce module est composé des flux de matières et d’énergie entrant et sortant d’un incinérateur

théorique de boues d’épuration sur lit fluidisé, ainsi que le transport de ces boues jusqu’à

l’incinérateur. En accord avec vBc3000, il a été décidé de considérer de situer l’incinérateur à

Guerville afin de répondre à plusieurs contraintes :

Engagement du SIAAP à ne pas implanter d’incinérateur sur le site d’Achères,

Nécessité de rester au sein de l’Ile de France,

Distance Achères - Incinérateur limitée et mode de transport fluvial favorisé pour ne pas

pénaliser ce scénario,

Préexistence d’un site d’incinération d’ordures ménagères (UIOM) pour établir une

hypothèse réaliste,

Guerville, se trouvant à 38 km d’Achères par la Seine, répond parfaitement à ces critères.

Ce module remplit les onglets suivants de l’Unité Fonctionnelle :

Valorisation de 40 000 tonnes (MS) de boues de Seine Aval,

Production de 57 756 MWh de chaleur.

4.2.2 Module Carrière Granulats

La production de 103 441 m3 de granulats pour le scénario 2 est réalisée par un module à part,

contrairement au scénario 1. Il s’agit d’une production classique de granulats en carrière

modélisée avec des données Ecoinvent.

Le scénario 3 utilise un module identique.

4.2.3 Module Stockage Sédiments

Ce module permet de modéliser le retraitement de 22500 tonnes (MS) de sédiments de

dragage du Grand Port Maritime du Havre (GPMH). En raison de leur composition, ces

sédiments ne peuvent pas être rejetés en mer. Suivant les explications et préconisations de

Mme BOURDIN Frédérique (GPMH), leur destination considérée est un stockage en chambre

de dépôt sur site. Le principe du stockage en chambre de dépôt est le suivant

« Une fois arrivés au droit du lieu de dépôt, les sédiments de dragage sont additionnés

d’eau pour être refoulés par voie hydraulique dans les conduites terrestres. Le mélange est

ensuite déversé dans un espace fermé par des digues en terre (chambre de dépôt). Le

matériau se dépose par gravité. L’eau additionnelle s’écoule de la chambre de dépôt vers

un bassin de décantation disposant d’un trop-plein contrôlé (déversoir) puis de ce bassin



de décantation vers la Seine par des canaux ou canalisations spécialement aménagés à

cet effet »9.

Les parois et le lit des chambres de dépôt sont constitués de terre, sans membrane isolante.

Ainsi, ce stockage est apparenté à un dépôt à terre. Le processus ne demande pas d’activité

mécanisée autre que l’approvisionnement en sédiments additionnés d’eau.

L’approvisionnement étant également nécessaire pour chacun des trois scénarios, il n’est pas

considéré dans l’étude. Seul est considéré, dans les scénarios 2 et 3, le dépôt au sol des

sédiments et des substances qu’ils contiennent.

4.2.4 Module Remblaiement Argile

Ce module permet de remplir le critère « Retraiter 22500 tonnes (MS) de coproduits argileux de

la carrière de Bouafles » de l’Unité Fonctionnelle. Dans l’hypothèse où ces coproduits argileux

ne sont pas valorisés par vBc3000 (hypothèse des scénarios 2 et 3), ils sont utilisés en

remblaiement sur site. Ce module n’implique pas de transport amont de matériaux.

Le scénario 3 emploie un module identique.

4.2.5 Module Remblaiement Schiste

Ce module permet de remplir le critère « Retraiter 22500 tonnes (MS) de coproduits schisteux

de la carrière de Villepail. Dans l’hypothèse où ces coproduits schisteux ne sont pas valorisés

par vBc3000, ils sont utilisés en remblaiement sur site. Ce module n’implique pas de transport

de matériaux.

Le scénario 3 contient un module identique.

4.2.6 Module Production Electricité

Ce module permet de remplir le critère « Produire 2,5 MWh électriques ». Il s’appuie sur les

données de production électrique nationale (mix électrique français) de la base de données

ACV Ecoinvent.

Le scénario 3 utilise un module identique.

Remarque. Dans ce module, l’électricité n’est pas une ressource mais le produit du module, et

les consommations de combustible (fossiles et nucléaire) sont les ressources.

9 Schéma directeur de gestion et de valorisation des sédiments de dragage entre Rouen et Tancarville – En savoir

plus. Port Autonome de Rouen, 2007



4.3 Scénario 3 : Epandage des boues et activités complémentaires

Ce scénario réunit un ensemble de modules permettant de réaliser l’Unité Fonctionnelle en se

basant sur l’épandage agricole après compostage des boues du Seine Aval. Il s’agit du second

scénario de référence auquel sera comparé le scénario 1.




4.3.1 Module Epandage agricole

A ce jour, une partie des boues produites par le SIAAP est épandue sur des terres agricoles

afin de fournir un amendement aux cultures. L’Etat préconise officiellement de privilégier cette

solution. Le compostage permet d’hygiéniser les boues avant leur épandage. Cette méthode

est actuellement employée par des prestataires du SIAAP pour valoriser 15% des boues de

l’usine Seine Aval.

Le SIAAP s’est engagé à épandre les boues de Seine Aval dans un rayon maximal de 200km.

L’hypothèse a donc été faite d’une distance moyenne d’épandage de 100km, via un transport

routier.

Le module « Epandage boues » prend en compte le compostage, le transport, les

consommations de carburant pour l’épandage proprement dit et les flux de substances vers le

sol directement dus à l’épandage.

4.3.2 Modules : Carrière Granulats, Stockage Sédiments, Remblaiement Argile,

Remblaiement Schiste et Production Electricité

Ces 5 modules sont identiques à ceux du Scénario 2.

4.3.3 Module Production Chaleur

Le module Production Chaleur du scénario 3 est sensiblement identique au module

Complément Chaleur du scénario 1, à la différence près qu’il est dimensionné pour la

production de 57 756 MWh de chaleur afin d’assurer l’Unité Fonctionnelle.



4.4 Synthèse des modules composant les scénarios

Le tableau suivant reprend les différents modules répondant à l’Unité Fonctionnelle :

Unité

Fonctionnelle Scénario 1 Scénario 2

Scénario 3

Fin de vie de

40000 t (MS) de

boues du

SIAAP Seine

Aval

Module « vBc3000 – Bouafles »

Valorisées en tant que matière

première du procédé vBc 3000.

Module « Incinération –

Guerville »

Valorisées en tant que

combustible de l’incinérateur

Module « Epandage agricole »

Valorisées en tant

qu’amendement agricole

Retraitement de

22500 t (MS) de

coproduits

argileux




Module « Remblaiement Argile »

Remblaiement comme inertes sur site

Retraitement de

22500 t de

coproduits

schisteux




Module « Remblaiement Schiste »

Remblaiement comme inertes sur site

Retraitement de

22500 t (MS) de

résidus de

dragage




Module « Stockage Sédiments »

Stockage en chambre de dépôt sur site

Production de

103441 m3 de

granulats


Production de granulats allégés par

procédé céramique

Module « Production Granulats »

Production de granulats classiques en carrière

Production de

2,5 MWh

électriques


Cogénération d’énergie

Module « Production Electrique »

Mix énergétique français

Production de

57756 MWh

chaleur


Cogénération d’énergie : 6,5 MWh Module « Incinération –

Guerville »

Production énergétique de

l’incinérateur

Module « Production de chaleur»

Production de chaleur : 57756

MWh Module « Complément Chaleur »

Production de chaleur : 57749,5 MWh

TABLEAU 2 : DETAIL DES SCENARIOS

La notion d’Ecologie Industrielle est lisible dans cette organisation. En un procédé, le scénario 1

regroupe l’ensemble des valorisations de matière, la totalité de la production de matière et une

partie de la production d’énergie. Les déchets d’origines très diverses deviennent des

ressources pour l’usine de Bouafles et des « coproduits » pour leurs fournisseurs. Les deux

scénarios de références font appel à plusieurs modules différents pour réaliser la même

fonction, sans valoriser une partie des déchets (schistes, argiles et sédiments).



5 Données d’Inventaire et limites

Ce chapitre présente les sources des données utilisées pour l’étude et les hypothèses retenues

pour la modélisation des 3 scénarios.

5.1 Sources de données

5.1.1 Catégories de données

Pour chaque élément, Systèmes Durables a priorisé les sources en fonction d’impératifs de

qualité et d’indépendance de la source. Ainsi ont été privilégiés :

Les données provenant de l’Etude de faisabilité industrielle pour tout ce qui concerne le

procédé vBc3000 dans le scénario 1 (cf. 5.1.2).

Le rapport final de l’Ecobilan du « Projet Ecoboues » fourni par le SIAAP pour tout ce qui

concerne l’Incinération de boues et comme source d’indications pour l’Epandage (cf.

5.1.3).

Le document publié par l’ADEME : Impacts environnementaux de la gestion biologique

des déchets – Bilan des connaissances (2005) pour le compostage des boues du

scénario 3 (cf. 5.1.4).

Les bases de données ICV Ecoinvent pour tous les éléments pour lesquels Systèmes

Durables ne disposait pas de données spécifiques (cf. 5.1.5).

Ponctuellement des enquêtes auprès des parties prenantes pour les questions

spécifiques (cf. 5.1.6).

5.1.2 Etude de faisabilité industrielle vBc3000

« L’étude de faisabilité industrielle de valorisation de fines d’argile et de boues de stations

d’épuration en granulats destinés à la construction, selon le procédé vBc3000 » a été réalisée

par vBc3000 en 2007. Elle recense l’ensemble des analyses réalisées par vBc3000 et ses

partenaires quant à la faisabilité industrielle du procédé et de ses différentes options. Des

analyses poussées ont notamment été conduites sur des échantillons de matériaux fournis par

les partenaires potentiels du projet : les boues du SIAAP, des boues de collectivités, les

coproduits argileux et schisteux ainsi que les sédiments du GPMH. Ce sont sur les valeurs

issues de ces analyses que se base la présente étude pour caractériser les composants.



Le dimensionnement et les techniques utilisées pour le four de cuisson lors des essais n’est

pas comparable avec l’industrialisation du procédé. De plus, les émissions mesurées sont en

sortie de four, sans épuration. Il a donc fallu compléter ces données par des estimations

d’après les autres ressources.

5.1.3 Ecobilan de filières de traitement des boues résiduaires urbaines.

Cet écobilan a été réalisé par l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne pour le comité de

pilotage du projet Ecoboues en 2001. Son rapport final a été remis par le SIAAP à Systèmes

Durables afin de servir de source neutre et fiable d’informations sur les différents procédés. Les

filières de traitement des boues résiduaires urbaines retenues dans cet écobilan sont les

suivantes :

L’épandage de boues pâteuses chaulées

L’incinération sur lit fluidisé de boues pâteuses

L’oxydation par voie humide de boues épaissies

La pyrolyse de boues séchées

L’incinération en cimenterie de boues séchées

La mise en décharge de boues pâteuses chaulées

Pour chacune de ces filières, l’écobilan considère deux scénarios de traitement : un premier ne

considérant pas la digestion des boues, le second incluant ce procédé. Le traitement des boues

à Seine Aval inclut le procédé de digestion, c’est donc le second qui a été exploité.

La présente étude est basée sur les consommations et les émissions vers le milieu définies

dans cet écobilan, rapportées aux caractéristiques propres au scénario 2, pour déterminer les

flux associés au module d’incinération.

5.1.4 Bilan des connaissances : Impacts environnementaux de la gestion

biologique des déchets

Ce document a été établi pour l’ADEME par le groupement CEMAGREF - INRA - CReeD -

Anjou Recherche - Ecobilan – Orval en 2005. L’objet de l’étude était de faire le point des

connaissances disponibles ou manquantes pour l’appréciation des impacts environnementaux

et sanitaires potentiels attribuables aux différentes filières de gestion biologique : déjections

animales, biodéchets ménagers et assimilés, boues d’épuration et résidus agro-industriels ou

papetiers.



Il constate notamment le manque de données publiées sur le compostage de boues d’épuration

mais permet tout de même de quantifier les principaux flux de substances impliqués par le

compostage.

5.1.5 Bases de données ICV

Pour l’ensemble des données d’inventaire indisponibles spécifiquement, Systèmes Durables a

utilisé les bases de données présentes dans l’outil d’ACV SimaPro. L’outil SimaPro comporte

un grand nombre de bases de données, cependant afin de limiter les incertitudes liées aux

différentes méthodes de collecte (les périmètres d’analyse et les éléments physico-chimiques

pris en compte peuvent varier d’une base de données à l’autre), Systèmes Durables a

systématiquement utilisé les données provenant de la Base ICV Ecoinvent v2.010 (mise à jour

en 2007) proposant des données spécifiques aux technologies mise en œuvre par les

industries Européennes.

Le choix de la base de données Ecoinvent a été motivé par le fait qu’elle est largement utilisée

et reconnue par la communauté des praticiens de l’Analyse du Cycle de Vie. Ecoinvent

comprend plus de 4000 inventaires du cycle de vie de matières (matériaux et produits agricoles,

substances chimiques, métaux, plastiques, verre, bois, papier et carton) et de procédés

(production d’énergies et procédés de transport). De plus, les mises à jour régulières

permettent d’avoir des données représentatives de la réalité (du point de vue temporel,

géographique et technologique).

5.1.6 Données collectées directement par Systèmes Durables

Pour un certain nombre d’éléments, Systèmes Durables s’est directement informé auprès des

parties concernées. Des données ont ainsi été collectées relativement aux distances de

transport fluvial auprès du Service de Navigation de la Seine (VNF-SNS), et au devenir des

sédiments de dragage auprès du GPMH. Le Syndicat Interdépartemental pour l’Assainissement

de l’Agglomération Parisienne (SIAAP) et l’Agence de l’Eau Seine Normandie (AESN) ont

également été contactées.

5.2 Limites de l’étude

Au delà des incertitudes inhérentes aux méthodes présentées plus haut, les limites de l’étude

sont liées à la diversité des sources, à leur qualité et aux hypothèses de modélisation :

10

Pour plus d’information consulter http://www.ecoinvent.ch/.

http://www.ecoinvent.ch/



Données vBc3000 : Ces données sont fiables dans la mesure où elles proviennent de

l’Etude de faisabilité du procédé vBc3000 utilisant des analyses réalisées par le Centre

Belge de la Recherche Céramique (BCRC) et le laboratoire AL-West B.V. Toutefois, les

résultats d’analyses dépendent de la qualité des échantillons dont disposait vBc3000,

pour lesquels une certaine hétérogénéité a pu exister.

Données collectées pour la construction du scénario 2 : La construction du scénario

2, et principalement du module Incinération – Guerville, a nécessité de croiser les

données issues de l’écobilan du Projet Ecoboues et les caractéristiques des échantillons

utilisés par vBc3000 afin de conserver une bonne homogénéité de sources entre les

scénarios.

Données collectées pour la construction du scénario 3 : Le scénario 3, organisé

autour de l’épandage de boues compostées, n’a pu être basé sur des données propres

au SIAAP. En effet, le Syndicat sous-traite le compostage des boues et n’a donc pas

une totale maîtrise des flux associés. Le document de référence de l’ADEME utilisé

souligne le manque de données publiées sur le compostage de boues d’épuration, et

leur importante variabilité.

Base ICV Ecoinvent : Les données Ecoinvent sont spécifiques aux technologies et

industries européennes et ont été mises à jour en 2007. Les différents scénarios ne

faisant pas intervenir de procédés industriels extérieurs à l’Europe et/ou obsolètes, on

peut considérer cette source fiable.

Pour les informations relatives au transport fluvial et routier, les données Ecoinvent

utilisées ont été croisées avec le rapport final de l'Etude sur le niveau de consommation

de carburants des unités fluviales françaises11 (ADEME, 2006) et sur le rapport

Actualisation des efficacités énergétiques et environnementales des transports

(EXPLICIT, 2002) afin d’en confirmer la précision.

11

Etude disponible sur le site internet de l’ADEME : http://www2.ademe.fr/servlet/KBaseShow?sort=-1&cid=96&m=3&catid=16309.

http://www2.ademe.fr/servlet/KBaseShow?sort=-1&cid=96&m=3&catid=16309

http://www2.ademe.fr/servlet/KBaseShow?sort=-1&cid=96&m=3&catid=16309



6 Modélisation des flux de chaque scénario

6.1 Scénario 1

Chaque scénario peut être modélisé comme une « boîte noire », où entrent et d’où sortent des

flux de matières et d’énergie.

FIGURE 7: SCENARIO 1, SCHEMA DE FLUX

Les flux sont répartis en grandes catégories. Pour les flux entrants, il s’agit de ressources

matière, de ressources énergie, et dans le cas présent du transport amont. Il est à noter que

ces flux peuvent venir du milieu naturel (matières premières d’extraction) ou de la technosphère



(courant électrique, transport).

Les flux sortants sont catégorisés de deux façons distinctes :

D’une part leur destination, c'est-à-dire soit vers la technosphère, soit vers le milieu

naturel, décomposé en air, eau et sol. La différentiation des destinations dans le milieu

naturel entre air, eau et sol, lorsque les données le permettent, offrent une meilleure

visualisation de la diffusion (notamment pour les substances écotoxiques). Toutefois, si

les valeurs issues de la base de données Ecoinvent permettent cette distinction, ce n’est

pas le cas de toutes les sources.

D’autre part par type de flux, en regroupant les substances par ensembles tels que Gaz

à Effet de Serre, Eléments Traces Métalliques, etc.

La modélisation du scénario est en réalité décomposée en modules, tels que ceux définis pour

remplir l’Unité Fonctionnelle.

FIGURE 8: SCENARIO 1, SCHEMA DE FLUX DU MODULE VBC3000-BOUAFLES



FIGURE 9 : SCENARIO 1, SCHEMA DE FLUX DU MODULE COMPLEMENT - CHALEUR

Les flux de chaque module sont ainsi modélisés séparément, puis consolidés (id est agrégés)

dans chaque scénario. Les flux identiques reprennent la même dénomination pour pouvoir être

consolidés dans les scénarios.

6.2 Scénarios 2 et 3

Les consolidations Scénario 2 et Scénario 3 sont représentées dans les figures suivantes. Les

modules les composants sont disponibles en annexe.



FIGURE 10 : SCENARIO 2, SCHEMA DE FLUX



FIGURE 11 : SCENARIO 3 : SCHEMA DE FLUX

On notera que les flux directement dictés par l’Unité Fonctionnelle sont égaux pour les 3

scénarios. C’est le cas des flux entrants de Boues du SIAAP, de schiste de Villepail et de

sédiments du GPMH, ainsi que des flux sortants de granulats, d’électricité et de chaleur.

6.3 Modélisation comparative

La consolidation des modélisations de flux permet de réaliser des représentations

comparatives. Ainsi, la figure suivante présente la comparaison entre le scénario 1 et le

scénario 2. Les flux indiqués correspondent à la différence (Scénario 2 - Scénario 1). Les

valeurs positives (affichées en vert) indiquent donc un flux plus important pour le scénario 2



(Incinération) que pour le scénario 1 (vBc3000), et inversement les valeurs négatives (affichées

en rouge) un flux plus important pour le scénario 1 que pour le scénario 2.



FIGURE 12: SCHEMA DIFFERENTIEL DE FLUX : SCENARIO 2 - SCENARIO 1



Par exemple, on constate un différentiel positif de 1 098 457 m3 de gaz naturel, indiquant que

le scénario 2 consomme 1 098 457 m3 de gaz naturel de plus que le scénario 1. A contrario, le

scénario 1 consomme 5 779 MWh électriques de plus que le scénario 2.

Les flux différentiels directement établis par l’Unité Fonctionnelle sont logiquement nuls

(affichés en noir), puisqu’issus de flux égaux servant de base au dimensionnement des

scénarios. C’est notamment le cas de la consommation de boues d’Achères ou de la production

de granulats.

La figure suivante présente la comparaison entre le scénario 1 et le scénario de référence 3.



FIGURE 13 : SCHEMA DIFFERENTIEL DE FLUX : SCENARIO 3 - SCENARIO 1



7 Analyse des flux de matières et d’énergie

7.1 Rappel

Les données de consommations et d’émissions dans ce rapport d’étude sont exprimées

relativement à l’Unité Fonctionnelle.

Pour rappel, l’Unité Fonctionnelle est le dénominateur commun aux trois scénarios, basé sur un

ensemble de fonctions quantifiées communes, qui permet d’en comparer les flux. Elle est

définie ainsi :

Apporter une solution pour la fin de vie des déchets et coproduits suivants :

o 40 000 tonnes (MS) de boues du SIAAP,

o 22 500 tonnes (MS) de sédiments de dragage du GPMH,

o 22 500 tonnes de coproduits schisteux de la carrière de Villepail,

o 22 500 tonnes (MS) de coproduits argileux de la carrière de Bouafles,

Et produire les éléments suivants :

o 103 441 m3 de granulats pour béton,

o 2,5 MWh d’électricité,

o 57 756 MWh de chaleur,

Les masses de boues, sédiments, argiles et schistes correspondent à une année de

fonctionnement de l’usine vBc3000 de Bouafles, il est donc important de garder à l’esprit que

les valeurs établies en infra sont rapportées à une année, et non-pas, par exemple, à une tonne

de boue.

7.2 Remarque : Dépôts au sol

Les scénarios de référence 2 et 3 contiennent des modules de dépôt de matière au sol. Ces

modules qui sont le remblaiement de coproduits argileux et schisteux, ainsi que le stockage de

sédiments de dragage, sont effectués à même le sol, sans utilisation de membrane isolante.

Les matériaux déposés sont considérés ici comme devenant une partie du sol. Les migrations

de substances vers le reste du sol et vers les autres milieux ne sont pas étudiées dans cette

étude.



Ainsi, si dans un module de l’étude 1 tonne du matériau A contenant 1 gramme de la substance

B est déposée au sol, A devient une partie du sol et donc B est comptabilisé comme émission

vers le sol. Cela ne signifie pas qu’il y aura ou pas transfert de tout ou partie de B vers le reste

du milieu sol ensuite. Ainsi, si (en dehors du périmètre de l’étude) la tonne de A était par la suite

reprise (curage d’une fosse par exemple), l’intégralité ou une partie (suivant les caractéristiques

de la substances, la durée et les conditions du dépôt au sol, etc.) du gramme de B serait

également reprise. Une étude intégrant le devenir à terme des éléments déposés devraient

évaluer la mobilité des substances sur la période étudiée, mais ce n’est pas l’objet de la

présente étude.

Cette remarque est à retenir lors de la lecture des chapitres 7.6.1 (émissions d’ETM), 7.8.1

(PCB) et 7.8.2 (HAP).

7.3 Consommation et Valorisation de matières

FIGURE 14 : SCENARIOS 1, 2 ET 3 : COMPARAISON DES CONSOMMATIONS DE MATIERE PREMIERE PRIMAIRE ET SECONDAIRE RELATIVEMENT

A LA QUANTITE DE GRANULATS PRODUITS

Le scénario 1 permet une importante économie de matières premières primaires (id est

matières premières issues du milieu naturel). Le scénario 1 consomme 218 kg (MS) de matière

première primaire (argiles du Pays de Bray) par m3 de granulats produits, contre 1872 kg (roche

de carrière) pour les scénarios 2 et 3.

Dans le même temps, il est à l’origine d’un taux de valorisation en matière première secondaire

(id est déchets devenus ressources) bien plus important que les scénarios 2 et 3. Ce sont

autant de déchets ne nécessitant pas d’être retraités et qui trouvent une valeur commerciale et

industrielle.



7.4 Consommations d’énergie globale et par source

La consommation d’énergie globale de chaque scénario est représentée sur la figure suivante.

FIGURE 15 : SCENARIOS 1, 2 ET 3, CONSOMMATION D'ENERGIE TOTALE (MWH)

Le scénario 1 est plus consommateur d’énergie que les deux scénarios de références, tout en

restant proche du scénario basé sur l’incinération. La variation par rapport au scénario 2 est de

l’ordre de 20%, en sus pour le scénario 1, en moins pour le scénario 3.

Contrairement aux scénarios 1 et 2, le scénario 3 ne met pas en œuvre de procédé thermique

pour la valorisation des boues et coproduits, ce qui explique partiellement sa moindre

consommation d’énergie, malgré la forte contribution de module de production de chaleur.

La différence entre le scénario 1 et le scénario 2 est principalement due au module de

production de chaleur. En effet, l’intégration directe de la production de vapeur par l’incinération

des boues évite au scénario 2 de fortes consommations d’énergie, même si l’incinération elle-

même est plus consommatrice d’énergie que l’unité de cuisson de vBc3000.

L’hypothèse de valorisation de la chaleur produite par l’incinérateur (1444 kWh de vapeur par

tonne (MS) de boue incinérée) est issue de l’étude « Ecobilan de filières de traitement des

boues ». L’étude date de 2001 et correspond à la situation des incinérateurs déjà implantés à

cette date. Il convient alors de noter que l’installation d’incinérateurs de boues ou d’ordures

ménagères est rendue de plus en plus difficile par la réticence des riverains (particuliers comme

entreprises).

Dans ces circonstances, la production de vapeur de l’incinérateur est de plus en plus

difficilement commercialisable. Une estimation à la baisse des opportunités de valoriser cette

chaleur ferait diminuer d’autant la nécessité de produire de la vapeur pour réaliser l’Unité

Fonctionnelle. Cela favoriserait les scénarios 1 et 3 qui n’intègrent pas ou peu de valorisation



de la chaleur issue de leur procédé de base.

FIGURE 16 : SCENARIOS 1, 2 ET 3, CONSOMMATIONS DETAILLEES D'ELECTRICITE ET DE COMBUSTIBLES

Le détail des consommations par source d’énergie permet de constater une forte hétérogénéité

d’utilisation de ces sources entre les différents scénarios. Si le scénario 2 est le principal

consommateur de gaz naturel, sa consommation de fioul et de charbon est très faible

comparativement aux scénarios 1 et 3. Cela s’explique à nouveau par la présence dans ces

deux scénarios du module de production de chaleur.

La mise en perspective des différentes sources d’énergie permet de constater que pour

chacune, le scénario 1 est le scénario le plus consommateur ou proche du scénario le plus

consommateur. Ainsi, le scénario 2 est favorisé par sa faible consommation de fioul et de

charbon, le scénario 3 est favorisé par sa relativement faible consommation de gaz naturel et

sa très faible consommation électrique.

Le module « vBc3000 – Bouafles » du scénario 1 est consommateur d’une part importante de

gaz naturel et d’électricité afin de permettre le séchage puis la cuisson de 150 000 t de

matériaux entrants par an. Le module « Complément – chaleur », basé sur divers modes de

production de chaleur rencontrés en Europe, contribue également à la consommation de gaz

naturel et d’électricité, et y ajoute la consommation de charbon et de fioul.

Par ailleurs, les scénarios 2 et 3, par leur module de production d’électricité, impliquent une

consommation d’uranium de 48g chacun. En effet, le mix énergétique français comporte une

part d’électricité d’origine nucléaire. La production électrique du scénario 1, issue de la

valorisation de l’énergie sortante de l’usine de Bouafles, ne nécessite pas de faire appel au mix

énergétique français, et évite donc la consommation d’uranium.



7.5 Contribution du transport

Le transport, qu’il soit routier ou fluvial, est quantifié par une masse de matériau transporté sur

une distance donnée. Le flux constitué par le transport d’une masse a tonnes sur une distance

b kilomètres est exprimé par le produit a.b exprimé en tonnes.kilomètres (t.km).

7.5.1 Comparaison des trois scénarios

Le scénario vBc3000 implique d’importants transports de matières vers le site de Bouafles. Afin

de minimiser l’impact de ceux-ci, vBc3000 a privilégié le transport fluvial. Les quantités

transportées sont toutefois plus importantes dans le scénario 1 que pour les deux scénarios de

référence. En effet, dans les cas des scénarios 2 et 3, les retraitements de coproduits argileux,

schisteux et de sédiments a lieu sur site, ce qui évite tout déplacement. Seules restent alors les

boues, qui sont transportées par voie fluviale pour le scénario 2 et routière pour le scénario 3.

FIGURE 17: SCENARIOS 1, 2 ET 3, FLUX ROUTIER ET FLUVIAL (T.KM)

L’option routière pour le scénario 3, imposée par l’étendue des destinations du compost à

épandre, implique un flux routier plus important que le flux routier du scénario 1. Le différentiel

est de 1 838 360 t.km en un an, soit l’équivalent de 725 camions (2 par jour) parcourant 100 km

avec une charge utile de 25t.

Le flux fluvial du scénario 1 est constitué par le transport vers Bouafles des boues depuis

Achères (80 000 t de matière brute x 94 km = 7 520 000 t.km) et des sédiments du Grand Port

Maritime du Havre (6 139 313 t.km). Le flux du scénario 2 est constitué par le transport entre

Achères et Guerville des boues (3 040 000 t.km).



7.5.2 Importance du transport au sein du scénario 1

Les consommations de carburants et les émissions de polluants liées au transport restent

faibles relativement à l’ensemble du scénario 1. Ainsi, le transport représente seulement 21%

de la consommation totale de fioul et gazole du scénario 1 (respectivement 142 t de fioul pour

le transport fluvial, 232 t de gazole pour le transport routier et 1 383 t de fioul pour le module de

production complémentaire de chaleur). Le choix de transporter les différents composants afin

de créer une synergie entre ces déchets pour en faire des matières premières n’est ainsi pas

remis en cause.

FIGURE 18 : SCENARIO 1, PART DU TRANSPORT DES MATIERES PREMIERES DANS LA CONSOMMATION DE FIOUL ET GAZOLE (T)

7.5.3 Choix du transport fluvial

Dans le scénario 1, le choix de privilégier le transport fluvial pour transporter les matières

premières, lorsque cela s’avérait possible, a un triple impact positif : une baisse de la

consommation de carburant, une baisse des émissions de gaz à effet de serre, et une baisse

du nombre de convois sur le réseau routier.

FIGURE 19: SCENARIO 1, GAINS PAR LA SUBSTITUTION DU TRANSPORT ROUTIER (CU 25T) PAR LE TRANSPORT FLUVIAL (CU 2000T)



Limitation de la consommation de carburant

Le transport fluvial tel qu’il est prévu sur la Seine pour l’unité industrielle vBc3000, par barges

de 2000 tonnes, consomme 10,4 g de fioul par tonne transportée et par kilomètre (t.km). Ainsi,

le transport des boues d’Achères vers Bouafles et des sédiments du GPMH vers Bouafles, soit

un total de 13 659 286 t.km, nécessite 142 tonnes de fioul.

Si le transport de ces matières avait été effectué par convois routiers (poids lourds de 25t,

réglementés Euro4), il aurait nécessité 35,8 g de gazole par t.km, soit 489 tonnes de gazole au

total.

Réduction du volume d’émissions atmosphériques

Les émissions de dioxyde de carbone (CO2), méthane (CH4), protoxyde d’azote (N2O) et

hexafluorure de soufre (SF6) dues au transport se chiffrent à 35,43 grammes équivalent CO2

par tonne et par kilomètre (géqCO2 / t.km) pour le transport fluvial, et 132,5 géqCO2 / t.km pour

le transport routier. Rapportant ces valeurs aux quantités transportées et distances parcourues,

le transport fluvial des boues d’Achères et des sédiments de dragage du GPMH émet 484

tonnes équivalent CO2 (téqCO2), contre 1809 téqCO2 si le transport était effectué par convois

routiers.

L’économie d’émissions de Gaz à Effet de Serre due au choix du transport fluvial est donc de

1 325 téqCO2.

Diminution du nombre de véhicules sur le réseau

Le transport des matériaux par barges de 2000 tonnes, nécessite 57 convois (40 pour les

boues d’Achères et 17 pour les sédiments du GPMH).

S’il était réalisé par poids lourds de 25 tonnes de charge utile (hypothèse retenue pour le

transport des autres matériaux), cela nécessiterait 4486 rotations par camions (3200 pour les

boues, 1286 pour les sédiments).

Le choix du transport fluvial évite ainsi le transit vers Bouafles de 15 véhicules par jour, six jours

par semaine.

Opportunités d’optimiser le transport

Cemex dispose d’installations permettant le fret fluvial, qui seront utilisées par vBc3000. Par la

concertation avec Cemex, le transport pourra être optimisé en faisant coïncider l’import des

matières premières pour vBc3000 à l’aller et l’export des produits de Cemex au retour afin de

minimiser les retours à vide ou à charge réduite. Par ailleurs, il sera intéressant d’étudier les

possibilités d’augmenter la part du fluvial dans les modes de transports des matériaux.

7.6 Emissions d’Eléments Traces Métalliques

Pour rappel, les Eléments Traces Métalliques (ETM) suivis dans la présente étude sont les 7



ETM dont la teneur lors d’épandage de boues est réglementée par l’arrêté du 8 janvier 1998.

Suivant les scénarios, les émissions d’ETM ont majoritairement lieu vers le sol (scénario 2 et 3)

ou vers l’air (scénario 1).

7.6.1 Emissions vers le sol

Le scénario 1, en valorisant les co-produits, évite un important transfert d’ETM vers le sol par

rapport au scénario 2 (Cf le détail des 7 ETM émis vers le sol dans le tableau suivant). Ce sont

les métaux lourds contenus dans les matériaux valorisés par le scénario 1 et déposés au sol

par les scénarios 2 (argile, schiste, sédiments de dragage) et 3 (argile, schiste, sédiments de

dragage et compost de boues).

Scénario 1 Scénario 2 Scénario 3

Cd 0 kg 25 kg 217 kg

Cr 1 kg 2 003 kg 4 604 kg

Cu 1 kg 2 304 kg 22 705 kg

Hg 0 kg 14 kg 102 kg

Ni 0 kg 1 535 kg 2 695 kg

Pb 0 kg 2 054 kg 8 454 kg

Zn 7 kg 7 788 kg 55 801 kg

FIGURE 20 : SCENARIOS 1, 2 ET 3, EMISSIONS D'ETM VERS LE SOL (KG)

En valorisant 40 000 tonnes (MS) de boues par an et 67 500 tonnes (MS) de sédiments de

dragage, coproduits argileux et schisteux dans son procédé, vBc3000 permet donc d’éviter le

transfert (ou retour) au sol de 56 tonnes de zinc, 8 tonnes de plomb, 102 kg de mercure ou

encore 217 kg de cadmium par rapport à la situation de référence faisant appel à l’épandage

des boues et au retraitement sur sol nu des autres matériaux.

7.6.2 Emissions vers l’air

Avertissement préalable

L’usine vBc3000 de Bouafles n’existant pas encore lors de la réalisation de l’étude, et certains

choix technologiques n’étant pas encore arrêtés, les émissions gazeuses ont été évaluées en

fonction des essais de cuissons, des données disponibles dans la littérature (procédés

céramiques dans Ecoinvent, Meilleures Techniques Disponibles, etc.), des limites

réglementaires, de la composition des matières premières et de la capacité des granulats



produits à fixer les substances dans leur matrice durant la cuisson.

D’après l’étude de faisabilité réalisée par vBc3000, le chrome et le nickel sont intégralement

conservés par les granulats, ainsi que la majeure partie du cuivre (77 % en masse) et du zinc

(85 %). Le cadmium, le mercure et le plomb se retrouvent majoritairement dans les effluents.

Ces taux pourront évoluer avec la maîtrise de la conduite de la cuisson à l’échelle industrielle.

Les taux d’émissions vers l’air ont été considérés avec une hypothèse d’épuration efficace des

fumées. Le taux de 98% d’efficacité, observé dans plusieurs références et pour différents

systèmes d’épuration, a été retenu. Des taux d’efficacité supérieurs, jusqu’à plus de 99,8%,

sont possibles lors de l’industrialisation, selon l’installation d’épuration choisie.

Résultats

En raison des caractéristiques des procédés mis en jeu et des quantités de matériaux traités

thermiquement, les résultats quant aux émissions de métaux lourds vers l’air sont globalement

pénalisants pour le scénario 1.


Cd (g) 4 803 301 231

Cr (g) 1 645 14 227 3 705

Cu (g) 161 877 109 984 44 518

Hg (g) 2 594 71 335

Ni (g) 2 699 595 3 373

Pb (g) 164 228 16 565 4 438

Zn (g) 246 761 65 794 46 798

TABLEAU 3 : SCENARIOS 1, 2 ET 3, EMISSIONS D’ETM VERS L’AIR (G)

Les ETM émis par le scénario 1 sont très principalement issus des 160 000 tonnes (MS) de

matériaux cuits dans le module vBc3000 Bouafles. Une part importante des ETM est fixée par

la matrice des granulats, le reste est très majoritairement filtré lors de l’épuration des fumées et

la part finalement émise vers l’atmosphère est faible eu égard aux quantités initiales.

o Le chrome et le nickel sont retenus par les granulats durant la cuisson, d’où des

émissions vers l’air réstreintes, voire plus faibles que celles des scénarios 2 et 3.

o Le zinc et le cuivre, en raison de leurs concentrations dans plusieurs matériaux

entrants du procédé vBc3000, et malgré la rétention d’une partie de leur masse dans

la matrice minérale lors de la cuisson des granulats vBc3000, sont émis en quantités

importantes dans le scénario 1 par rapport aux scénarios de référence.

o D’après les essais céramiques de l’étude de faisabilité, le cadmium, le mercure et le

plomb contenus dans les matériaux entrants de vBc3000 ne sont pas retenus par les

granulats. Ils sont émis dans les fumées, d’où leur important taux d’émission



comparativement aux scénarios de référence, malgré l’épuration des fumées.

Les ETM émis vers l’air par le scénario 2 sont issus pour partie de l’incinération des 40 000

tonnes (MS) de boues du SIAAP dans le module Incinération Guerville, pour partie du transport

de ces boues et pour partie du module Carrière Granulats. Les quantités obtenues pour la

première partie sont issues du scénario Incinération de l’étude EcoBoues. Cette étude prend

comme hypothèse un traitement efficace des effluents, notamment des poussières, plus strict

que la réglementation. La plus faible quantité de matériaux impliqués par le procédé thermique

(seulement les boues) explique les faibles émissions d’ETM pour ce scénario que pour le

scénario 1.

Il faut par ailleurs noter qu’une part importante des émissions d’ETM du scénario 2 est dirigée

vers le sol, en raison des modules de retraitement des sédiments de dragage, du schiste et de

l’argile.

Ainsi qu’énoncé dans le chapitre précédent, pour le scénario 3 les ETM contenus dans les

différents matériaux sont principalement émis vers le sol. Les émissions d’ETM vers l’air pour

ce scénario sont faibles. Elles sont principalement dues au module Production chaleur, ainsi

qu’aux procédés mis en jeux dans les différents modules (transport, procédé de compostage et

d’épandage, activités de remblaiement, etc.).

7.6.3 Emissions vers l’eau

Les émissions d’ETM sous forme ionique vers le milieu aquatique sont globalement plus faibles

que celles vers l’air, et très faibles au regard des émissions vers le sol. Les résultats obtenus

n’ont donc pas d’influence. Seules les émissions de chrome et de nickel sont plus élevées vers

l’eau que vers l’air pour les scénarios 1 et 3. Cela est du à leurs modules respectifs

« Compléments chaleur » et « Production chaleur ».

7.6.4 Emissions consolidées d’ETM vers le milieu naturel

Le procédé vBc3000 fixe une partie des ETM dans la matrice minérale des granulats, évitant

ainsi leur émission vers le milieu naturel. L’épuration des effluents gazeux des différents

procédés thermiques (procédé vBc3000 dans le scénario 1, production d’énergie dans les

scénarios 1 et 3, incinération dans le scénario 2) permet également de réduire les émissions

globales d’ETM.

Le tableau suivant présente les émissions consolidées des 7 ETM suivis vers le milieu naturel,

sans distinction de destination (sol, air, eau).




Cd (kg) 5 25 217

Cr (kg) 15 2 043 4 629

Cu (kg) 166 2 425 22 762

Hg (kg) 3 14 102

Ni (kg) 17 1 554 2 728

Pb (kg) 166 2 080 8 462

Zn (kg) 329 7 885 55 933

TABLEAU 4: SCENARIOS 1, 2 ET 3, EMISSIONS D'ETM VERS LE MILIEU NATUREL (SOL, EAU ET AIR) (KG).

Les ETM émis vers le milieu naturel par le scénario 1 sont extrêmement faibles par rapport aux

scénarios de référence. L’épandage des boues compostées est particulièrement responsable

des fortes émissions d’ETM vers le milieu naturel pour le scénario 3, entre 30 et 300 fois

supérieures à celles du scénario 1. Cette différence favorise notablement le procédé thermique

de vBc3000 face aux débouchés agricoles.



Les émissions de Gaz à Effet de Serre

Les émissions de Gaz à Effet de serre (GES) du procédé vBc3000 ne pouvant être mesurées

sur un site industriel existant, les valeurs retenues dans l’étude sont estimées à partir de

différentes sources. L’émission de dioxyde de carbone du procédé vBc3000 est basé sur

l’oxydation du carbone organique contenu dans les matériaux entrants et le gaz naturel

combustible.

Les GES suivis dans cette étude et les facteurs d’émissions associés sont ceux préconisés par

le Groupe d'Experts Intergouvernemental sur l'Evolution du Climat (GIEC). Les facteurs

suivants permettent d’exprimer les quantités de gaz en une équivalence en quantité de CO2,

afin de disposer d’une unité unique pour l’ensemble des GES en terme de pouvoir de

contribution au réchauffement climatique12 :

o Dioxyde de carbone (CO2) : 1 téqCO2/t (tonnes équivalent-CO2 par tonne de gaz),

o Méthane (CH4) : 25 téqCO2/t13,

o Protoxyde d’azote (N20) : 298 téqCO2/t,

o Hexafluorure de soufre (SF6) : 22800 téqCO2/t.

Le facteur d’émission du dioxyde de carbone est naturellement de 1 téqCO2/t puisqu’il s’agit du

gaz de référence.

Les hydrofluorocarbures (HFC) et perfluorocarbures (PFC) ne sont pas impliqués dans les

procédés industriels considérés dans la présente étude.

FIGURE 21 : SCENARIOS 1, 2 ET 3, EMISSIONS DE GES (TEQCO2)

12

Source : GIEC, 2007 13

Cela signifie qu’émettre une tonne de méthane équivaut à émettre 25 tonnes de dioxyde de carbone (GIEC, 2007)



Scénario 1

Les deux modules du scénario 1 sont constitués de procédés thermiques, ils engendrent donc

des émissions de gaz à effet de serre, principalement du CO2. Le total de GES émis par le

scénario 1 pour remplir l’Unité Fonctionnelle est de 66 610 téqCO2, dont deux tiers sont à

attribuer au module vBc3000 (procédé et transports), et le tiers restant au module de production

de chaleur.

FIGURE 22 : SCENARIO 1, REPARTITION DES EMISSIONS DE GES PAR MODULES (TEQCO2)

Scénario 2

Les émissions de GES du scénario 2 sont établies à 60 540 téqCO2 , et largement imputables à

l’incinération des boues (59 800 téqCO2).

FIGURE 23 : SCENARIO 2, REPARTITION DES EMISSIONS DE GES PAR MODULES (TEQCO2)



Scénario 3

Les émissions de GES du scénario 3, chiffrées à 59 911 téqCO2, sont principalement

imputables au compostage des boues à épandre (37 076 téqCO2) et au module de production de

chaleur (20 726 téqCO2)

Le compostage est fortement émetteur de N20 et de dioxyde de carbone CO2. Composter

40 000 t (MS) de boues émet 43,88 t de N2O – soit 13 076 téqCO2 – et 24 000 t de CO2. Le taux

d’émission de GES du compostage est donc proche d’1 téqCO2 par tonne (MS) de boue

compostée.

FIGURE 24 : SCENARIO 3, REPARTITIONS DES EMISSIONS DE GES PAR MODULES ET PAR GAZ (TEQCO2)

Les trois scénarios impliquent des volumes d’émission de GES proches. La relative supériorité

des émissions du scénario 1 est à mettre en parallèle avec l’importante quantité de matière (et

de carbone contenu dans cette matière) valorisée par voie thermique dans ce scénario.

Répartition des émissions de GES par gaz (téqCO2)



7.7 Autres émissions de polluants

7.7.1 PolyChloroBiphényles (PCB)

Les émissions de PCB vers l’air sont quasi inexistantes relativement aux quantités de matière

mises en jeu par l’Unité Fonctionnelle : inférieures à un gramme pour chaque scénario. Une

comparaison des trois scénarios sur ce point n’apparaît donc pas opportune.

Les émissions de PCB vers le sol sont dues au dépôt au sol des sédiments du GPMH

(scénarios 2 et 3) et surtout à l’épandage des boues (scénario 3). Pour réaliser l’ensemble de

l’Unité Fonctionnelle, les émissions totales de PCB vers le sol sont de 1,8 kg pour le scénario 2

et 45,8 kg pour le scénario 3. Le scénario 1 permet d’éviter ces émissions vers le sol.

Emissions de PCB vers le sol (kg)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Sc. 1 Sc. 2 Sc. 3

Sc. 1

Sc. 2

Sc. 3

FIGURE 25 : SCENARIOS 1, 2 ET 3, EMISSIONS DE 7 PCB VERS LE SOL (KG)

Il est à noter que l’échantillon de boues analysées par vBc3000 dans son étude de faisabilité

contenait un taux de 7 PCB de 1,1 mg/kg MS, supérieur à la limite fixée par l’arrêté du 8 janvier

1998 régissant l’épandage (1 mg/kg MS). Ces boues n’auraient donc pas pu être épandues en

l’état.



7.7.2 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) ont pour principales origines les

combustions incomplètes (notamment d’hydrocarbures et de charbon), le raffinage du pétrole et

l’utilisation de goudrons. Les HAP sont des substances semi-volatiles denses.

Les émissions de HAP3 (benzo[a]pyrène, benzo[b]fluoranthène, fluoranthène) dans les

scénarios étudiés sont quasi-exclusivement vers le sol, en raison de leur présence dans les

matériaux remblayés et stockés au sol. D’après l’INERIS, ces HAP sont peu mobiles dans les

sols, ainsi ils demeureront principalement dans la fraction du sol constituée par les matériaux

déposés.

Pour les émissions de HAP vers l’air, seules celles de benzo[a]pyrène (B[a]P) ont été

considérées, faute de sources de données sur les autres HAP. L’étude Ecoboues et les bases

de données Ecoinvent, notamment, font uniquement état des émissions vers l’air de cette

substance. Pour le procédé vBc3000, la valeur utilisée est celle de la production de briques

d’argiles (procédé céramique classique, base Ecoinvent) : 0,415 mg/t produite.

Dans la littérature, le transport fluvial est identifié comme principal émetteur de HAP lourds vers

l’eau, en raison de l’imperméabilisation des coques au goudron. Toutefois, l’émission de HAP

vers l’eau n’est pas considérée en raison de la faiblesse des données disponibles pour

l’ensemble des scénarios.

Le tableau suivant recense les émissions de HAP vers le sol et l’air des trois scénarios pour

répondre à l’Unité Fonctionnelle.


Benzo[a]Pyrène vers le sol (kg) 0 14,4 46,4

Benzo(b]Fluoranthène vers le sol (kg) 0 13,7 52,1

Fluoranthène vers le sol (kg) 0 22,5 122,5

Benzo[a]Pyrène vers l’air (kg) 0,0357 0,0288 0,0366

TABLEAU 5 : SCENARIOS 1, 2 ET 3, EMISSIONS DE 3 HAP VERS L’AIR ET LE SOL (KG)

Dans l’étude de faisabilité du procédé vBc3000, l’analyse faite des HAP contenus dans les

différents matériaux révèle que les 3 HAP considérés sont présents dans les boues d’Achères

dans des proportions plus importantes que dans les autres matériaux valorisés par le procédé

de vBc3000. Le scénario 3 consiste en l’épandage des boues d’Achères, ce qui explique les

émissions vers le sol les plus importantes.

Les émissions de B[a]P vers l’air des trois scénarios sont d’un même ordre de grandeur. La

différence entre les valeurs des trois scénarios est trop faible pour être significative compte-tenu

de l’incertitude due aux hypothèses.



7.7.3 Emissions de Composés Organiques Volatils

FIGURE 26 : SCENARIOS 1, 2 ET 3, EMISSIONS DE COV VERS L'AIR (KG)

Les émissions des COV vers l’air sont défavorables au scénario 3.

La majeure partie des émissions du scénario 1 est due au module « Complément chaleur »

(4,6t), le reste étant principalement imputable aux transports.

Le scénario 3 émet 6t de COV lors du compostage. D’après le bilan de l’ADEME (Cf. chapitre

5.1.4), le compostage de boues d’épuration émet 1500g de COV par tonne (MS) de boue

compostée, dont 90% sont retranchés grâce au traitement des effluents. S’y ajoute 0,9t due au

transport et à l’épandage du compost. De plus, le module « Production chaleur » émet

également 4,6t de COV. Les autres modules, identiques à ceux du scénario 2, contribuent plus

faiblement à l’émission vers l’air.

FIGURE 27 : SCENARIOS 1, 2 ET 3, EMISSIONS DE COV VERS L’EAU (KG)



Les émissions de COV vers le milieu aquatique sont en quantités très inférieures à celles vers

l’air. Ce sont principalement les modules de production de chaleur qui contribuent à ces

émissions pour les scénarios 1 et 3. Le cumul de faibles émissions dans les différents modules

du scénario 3 explique la différence par rapport au scénario 1. Le scénario 2 qui ne dispose pas

d’un module spécifique de production de chaleur (valorisation de la chaleur de l’incinérateur)

émet très peu vers l’eau.

7.7.4 Emissions d’Oxydes de Soufre et d’Oxydes d’Azote

Les émissions d’oxydes d’azote et de soufre sont dues aux procédés thermiques

principalement : incinération, production de chaleur, transports motorisés, etc.

Pour le scénario 1, les émissions d’oxydes de soufre (SOx, comptabilisées en SO2), et d’oxydes

d’azote (NOx) vers l’air, font l’objet des mêmes réserves que les émissions vers l’air d’ETM (Cf.

chapitre 7.6) et de GES (Cf. chapitre 7.6.4).

FIGURE 28 : SCENARIOS 1, 2 ET 3, EMISSIONS DE NOX ET DE SOX, (KG)

Les scénarios 2 et 3 ont des émissions de NOx et de SOx comparables. Pour le premier, elles

sont principalement dues au module « Incinération – Guerville », pour le second au module

« Production de chaleur ».

Les émissions de NOx et de SOx du scénario 1 sont supérieures à celles des scénarios de

référence en raison des deux modules faisant appel à un procédé thermique. Pour réaliser

l’Unité Fonctionnelle, les émissions du scénario 1 de NOx s’élèvent à 111 tonnes, celles de

SOx à 64 tonnes.



FIGURE 29 : SCENARIO 1, REPARTITION DES EMISSIONS DE NOX ET SOX PAR PROCEDES (T)

Remarque : En s’appuyant sur la documentation des Meilleures Techniques Disponibles et sur

un avis d’expert en techniques de dépollution de centrales thermiques, il a été considéré une

efficacité d’épuration des fumées de 95% pour les SOx. Comme pour les ETM, l’épuration des

fumées jouera un rôle important dans la réduction des émissions gazeuses de vBc3000



8 Synthèse des résultats

L’objet de la présente étude était de comparer le procédé proposé par vBc3000 à deux

scénarios classiques d’élimination des boues de station d’épuration par la modélisation des flux

de matières et d’énergies impliqués par chaque scénario. L’étude permet de dégager les

principaux points forts et points à améliorer de l’implantation d’une unité industrielle telle que

celle projetée par vBc3000 Seine Aval à Bouafles.

En tout premier lieu, l’activité de cette unité industrielle, à savoir la valorisation matière de

coproduits d’autres activités industrielles, s’inscrit pleinement dans une logique d’écologie

industrielle. Le procédé permet une importante valorisation de matières premières secondaires,

une importante économie de matières premières primaires et l’évitement non négligeable du

retraitement de coproduits.

Ce retraitement évité de coproduits a pour conséquence une importante économie d’émissions

vers le sol d’Eléments Traces Métalliques (ETM), d’Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques

(HAP) et dans une moindre mesure de Polychlorobiphényles (PCB). Cela se vérifie par rapport

au scénario 2 basé sur l’incinération des boues du SIAAP, et surtout par rapport au scénario 3

basé sur l’épandage.

L’unité industrielle vBc3000 Seine Aval implique d’importants flux géographiques de matières

premières primaires et secondaires. Ces flux ont pour corollaire des consommations de

carburants et des émissions de polluants. Celles-ci restent particulièrement faibles par rapport

aux consommations et émissions totales, ce qui ne fait pas du transport un point faible notable

du procédé vBc3000 Seine Aval. Il faut d’ailleurs noter que la viabilité du choix du transport

fluvial lorsqu’il est possible est vérifié tant pour les consommations de carburant que pour les

émissions de polluants.

La contrepartie des économies d’émissions vers le sol d’ETM, d’HAP et de PCB est une

émission vers l’air plus importante pour le scénario 1 que pour les scénarios de référence

d’Eléments Traces Métalliques (toutefois très inférieure à celles vers le sol), mais aussi

d’Oxydes de Soufre et d’Oxydes d’Azote. Ces excès d’émissions vers l’air s’expliquent

notamment par la quantité de matériau traité thermiquement, très supérieure aux seules boues.

L’adoption de solutions adéquates d’épuration des effluents permettra de limiter tout ou partie

de ces émissions.

Le second point faible du scénario 1 est la consommation d’énergie. Celle-ci s’explique d’une

part par la quantité importante de matières premières (primaires et secondaire) cuites, et

d’autre part par la nécessité d’intégrer un module de production complémentaire de chaleur

pour compléter l’Unité Fonctionnelle. Ce second point est partiellement contrebalancé par la

difficulté croissante d’installer un incinérateur à proximité d’habitations et d’entreprises, donc de

commercialiser l’importante production de vapeur issue d’un incinérateur.



La consommation d’énergie de l’unité vBc3000 Seine Aval de Bouafles pourrait être diminuée

en travaillant sur la composition du mélange cuit afin d’en augmenter le pouvoir calorifique

inférieur tout en préservant les qualités techniques du produit. Des essais dans ce sens

pourraient être conduits à échelle réelle lors de l’industrialisation du procédé.

Lorsque l’usine vBc3000 de Bouafles sera en fonctionnement, il sera intéressant d’afiner les

valeurs retenues par mesures des différentes consommations et émissions.

Par ailleurs, la réalisation d’une Analyse du Cycle de Vie (ACV) des granulats et briques

vBc3000, intégrant la valorisation des matériaux et la cogénération, permettrait d’évaluer de

façon comparative les impacts sur l’environnement de ces produits et des produits

concurrentiels tout au long de leur cycle de vie. L’ACV permet en effet de traduire les flux de

matière et d’énergie en impacts sur l’environnement (réchauffement climatique, épuisement des

ressources naturelles, etc.) et la santé (effet cancérogène, etc.) grâce à des méthodes

internationalement reconnues (EcoIndicator ou CML par exemple), et d’évaluer la contribution

de chaque procédé aux impacts.





ANNEXE 1 : Modules composants les Scénarios 2 et 3

1. Module Incinération Guerville (Scénario 2)



2. Module Carrière Granulats (Scénarios 2 et 3)



3. Module Remblaiement Schistes (Scénario 2 et 3)



4. Module Remblaiement Argile (Scénario 2 et 3)



5. Module Stockage Sédiments (Scénario 2 et 3)



6. Module Production Electricité (Scénario 2 et 3)



7. Module Epandage Boues (Scénario 3)



8. Module Production Chaleur (Scénario 3)



ANNEXE 2 : Acronymes

Principaux acronymes employés dans l’étude :

ACV Analyse de Cycle de Vie

ADEME Agence De l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie

AESN Agence de l'Eau Seine-Normandie, direction interrégionale de VNF

B[a]P Benzo[a]Pyrène

BCRC Belgium Ceramics Research Centre, Centre Belge de la Recherche Céramique

CEMAGREF Institut de recherche pour l'ingénierie de l'agriculture et de l'environnement, anciennement CEntre national du Machinisme Agricole, du Génie Rural, des Eaux et des Forêts

CH4 Méthane

CO2 Dioxyde de Carbone

COV (NM) Composés Organiques Volatils - hors Méthane

ETM Elément Trace Métallique, communément appelés métaux lourds

GES Gaz à Effet de Serre

GN Gaz Naturel

GPMH Grand Port Maritime du Havre, anciennement Port Autonome du Havre

HAP Hydrocarbure Aromatique Polycyclique

HQE Haute Qualité Environnementale

ICV Inventaire du Cycle de Vie

INRA Institut National de la Recherche Agronomique

MS Matière Sèche

N2O Protoxyde d'Azote

Nm3 mètre cube normal

NOX Oxydes d'Azote

PCB PolyChloroBiphényles

RER Europe (terminologie Ecoinvent)

Sc. Scénario

SIAAP Syndicat pour l'Assainissement de l'Agglomération Parisienne

SF6 Hexafluorure de Soufre

SNS Services de Navigation de la Seine, service interdépartemental de VNF

SO2 Dioxyde de Soufre

SOX Oxydes de Soufre

t(MS) Tonne de Matière Sèche

t.km Tonne x kilomètre, unité de mesure pour le transport d'une masse sur une distance

téqCO2 Tonnes équivalent CO2

UF Unité Fonctionnelle

UIOM Usine d'Incinération des Ordures Ménagères

VNF Voies Navigables de France

Documents

Evaluation environnementale des services d’écologie