REPUBLIQUE TUNISIENNE

Ministère de l’Enseignement supérieur

de la recherche scientifique

Université de Gabès

L’Institut Supérieur des Sciences

Appliquées et de Technologie de Gabès

Projet Présenté à

L’Institut Supérieur des Sciences

Appliquées et de Technologie de Gabès

Licence Appliquée en Chimie Industrielle & Procédés

Préparé par : - Hajji Amani

- Hrichi Oumayma

DIMENSIONNEMENT D'UN PROJET SUR :

Incinération des déchets solides

Encadré par : Mr ZRELLI ADEL

Année Universitaire 2017-2018

Table de matières

Introduction générale

I. ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE 

II. Matériels et Méthodes 

1. Histoire de l’incinération

2. Définition des déchets ménagers 3. Définition de l’incinération 

4. Définition de l’incinérateur 5. Types de four d’Incinération des déchets solides 

6. Description de procédé de l’incinération 7. Bilan massique de l'incinération des ordures ménagères 

III. Les avantages et les désavantages

Conclusion

Introduction

La production des déchets solides suit la croissance démographique et le développement socio-économique.Il s’agit donc de maîtriser la gestion de quantités de déchets de plus en plus importantes. L’un de raisons qui justifie cette gestion : Les déchets constituent une menace pour la santé humaine et l’environnement et principalement pour les populations voisines des décharges publiques, à cause des nuisances olfactives et des émissions gazeuses dont certaines sont toxiques comme la dioxine, les acides chlorhydrique et fluorhydrique et les métaux lourds dont les concentrations dans l’air sont très importantes à proximité des décharges.

Le traitement de nos déchets par incinération est un vieux procédé basé sur la combustion de déchets généralement mélangés : ordures ménagères mais aussi déchets industriels banals. Le procédé consiste à réduire le volume et la masse de déchets solides. Obéissant au principe de Lavoisier (« rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme »), la réduction n’est qu’apparente puisque l’incinération génère des fumées (6000 m3 par tonne de déchets brûlés), des résidus solides et des effluents liquides (traitements des fumées, trempe des mâchefers,...).

I. ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE 

Une étude à été faite pour acquérir des bases solides tant sur la théorie que sur les réalités de l'exploitation d'ordures ménagères [1]

Caractériser (composition, qualité, toxicité, risque sanitaire…) précisément les déchets et leurs flux est déterminant pour les choix des manières de collecter, trier, transporter et traiter ces déchets, au regard des enjeux climatiques et de santé environnementale, de réglementation et d'investissements.

Une bonne caractérisation permet aussi une meilleure évaluation des impacts environnementaux de ces choix (notamment pour l’incinération et le stockage en décharge) [2] 

Depuis 1990, cette caractérisation se fait en France par la méthode d'analyse des déchets ménagers dite « Modecom », qui est normée [3] 

En 1990 l'ADEME a lancé un programme de caractérisation des ordures ménagères. L’Agence a pour cela créé un ensemble d’outils normés et standardisés de collecte et de traitement de l'information sur les ordures ménagère ; le MODECOM [4]. Celui-ci évolue avec les besoins de ses utilisateurs : initialement prévu des ordures ménagères mélangées, il caractérise maintenant des flux séparatifs et dépasser la connaissance de la simple composition des déchets. Il intègre un contrôle de qualité et un outil d’audit d'efficacité des collectes séparatives et de la qualité des flux collectés. Les données et moyens de les acquérir sont fortement standardisés pour pourvoir comparer les chiffres des données [5].

D’autres études peuvent affiner les connaissances en matière de teneurs en produits toxiques ou indésirables [6]. Divers tests complémentaires permettent de mieux caractériser le déchet : tests de lixiviation, de fractionnement des composés organiques selon le caractère hydrophobe et tests biologiques.

II. Matériels et Méthodes 

1. Histoire de l’incinération :

L‘incinération est utilisée comme un traitement pour un éventail très large de déchets. L‘incinération en elle-même n'est couramment qu'une partie d'un système complexe de traitement des déchets qui, ensemble, assure une gestion d'ensemble du large éventail de déchets que la société génère. Le secteur de l‘incinération a connu un développement technologique rapide au cours des 10-15 dernières années. Beaucoup de ce changement a été motive par une législation spécifique à l‘industrie et ceci a réduit, en particulier, les émissions dans l‘air des installations individuelles. Le développement de processus continuel est en cours, avec le secteur développant maintenant des techniques qui limitent les coûts, tout en gardant ou en améliorant la performance environnementale. [7] 

2. Définition des déchets ménagers :

Les déchets ménagers (DM) sont les déchets collectés dans le cadre du service public d’élimination des déchets. Tels qu’ils se retrouvent dans les poubelles sont composés des éléments suivants : Les déchets résultant de l’activité de cuisine : Ce sont des parties non utilisées des produits entrant dans la préparation des repas , les restes d’aliments ; les cendres et fumiers ; les produits d’emballage : le papier et le carton, le verre, la porcelaine, la ferraille constituée en majorité par les boîtes de conserve ; le textile, les crottins d’animaux, les animaux morts ; les feuilles sèches provenant du nettoiement des cours et jardins privés ; le cuir et le caoutchouc, les matières synthétiques ; les débris de bois , les cailloux et le sable .

3. Définition de l’incinération :

L'incinération est un traitement thermique par combustion des déchets solides (et de certains liquides) par oxydation chimique, avec production de gaz de combustion chauds (composés d’azote, d’oxygène, de CO2, de vapeur d'eau, ...), de cendres et de mâchefers (résidus solides).

Incinérer signifie « réduire en cendres » ou, dit autrement, qu’on brûle complètement les matières à incinérer. C’est une des techniques de gestion des déchets qui peut servir à produire de l'électricité et/ou de la chaleur (chauffage urbain par exemple), mais qui peut être source de pollution de l'air.

4. Définition de l’incinérateur :

Un incinérateur est un dispositif visant à réduire ou voire détruire des objets par incinération, c’est-à-dire par une combustion aussi complète que possible. Il se présente en général comme un four où la chaleur dégagée par les matériaux en cours de combustion est suffisante pour enflammer les matériaux ajoutés.

Le mot désigne souvent une usine d’incinération des ordures ménagères (UIOM). Les incinérateurs ayant dans le passé été sources de pollutions importantes, ils ont été nommés « centre de valorisation thermique » puis « usine de valorisation énergétique » au lieu d’« usine d'incinération ».

Figure1 : Schéma d’un incinérateur des déchets solides

5. Types de four d’Incinération des déchets solides :

Four à grille fixe :

Ces foyers rustiques mais fiables permettent de traiter des déchets divers, hétérogènes du type bois, cartons, emballages, le plus souvent en vrac avec des taux d’humidité très élevés. Des grilles inclinées automatisent l’extraction des cendres. Ils présentent l’avantage d’être simples à utiliser et n’exigent qu’un faible investissement. Cependant, la grille fonctionne de manière discontinue, sa capacité de traitement est donc réduite de 50 à 1000 kg par heure. De plus, il s’agit là d’une technique fréquemment soumise aux grandes fluctuations du marché.

Four à grille mécanique :

Ces fours sont des dérivés des chaudières à charbon et sont utilisés pour des déchets assez grossiers, assimilables à des ordures ménagères. La majorité des incinérateurs des résidus urbains, avec ou sans récupération de chaleur sont conçus sur ce modèle.

Parmi les types de grille on remarque :

les grilles à tapis mobiles en général utilisées pour des charbons, des granulés d’ordures ménagères, des déchets végétaux,

les grilles à barreaux basculant qui permettent de traiter les ordures ménagères en vrac, sans triage préalable. Le mouvement permet d’ajuster l’avancement et le retournement des déchets.

les soles tournantes, plateaux cylindriques entraînés périodiquement en rotation qui assurent le brassage.

Le rendement d’un tel four est nettement supérieur à celui d’un four à grille fixe. La combustion est facilitée par la bonne pénétration de l’air de combustion à travers la masse des déchets. Toutefois, il faut prendre en compte les risques de blocage ou de détérioration de la grille lors de l’incinération de déchets industriels.

Four à effet Pyrolytique :

Les réacteurs de pyrolyse ou de dégazéification ont fait l’objet de nombreuses recherches et ont donné naissance à des procédés utilisés pour la production de combustibles à partir de charbon, plastiques et pneumatiques. Le volume de gaz sortant du réacteur est de 4 à 6 fois plus faible que celui émis par

un incinérateur. On peut filtrer ce gaz avant de le brûler et son plus faible volume par rapport aux gaz de combustion permet l’utilisation de filtres plus réduits.

La combustion est séparée en deux phases distinctes qui ont lieu généralement dans des chambres cylindres différentes :

une gazéification des solides à basses températures dans une chambre pyrolytique, en présence de peu d’air, avec combustion réductrice formant un gaz de pyrolyse,

un rebrûlage de ce gaz dans une chambre de postcombustion avec un apport en air secondaire.

6. Description de procédé de l’incinération :

Le procédé d’incinération comprend les phases de stockage et de préparation des déchets pour alimentation du four, combustion, récupération et valorisation de la chaleur, traitement des fumées et évacuation et traitement des mâchefers.

Le stockage et la préparation des déchets - l’alimentation du fourLes véhicules de collecte déchargent les déchets dans une fosse. Un grappin assure la répartition homogène des déchets et alimente le four. Les déchets sont déversés dans la trémie d'alimentation, puis dans la chambre de combustion, par gravité ou à l'aide d'un poussoir.

La combustionLe cycle de combustion est d'environ une heure et se décompose en trois phases :

séchage ; combustion ; extinction/évacuation des résidus solides (mâchefers).

La chambre de combustion comprend en général une grille qui assure l'avancement et le brassage des déchets. Les gaz du four sont brûlés totalement dans la chambre de post-combustion. Il existe différents types de four d'incinération : à grille, à rouleaux, oscillant, fixe ou à lit fluidisé.

La récupération et la valorisation de la chaleurLa température des fumées est abaissée de 1 000 ℃ à la sortie du four à 400 ℃, par passage dans une chaudière. La vapeur produite au niveau de la chaudière peut ensuite faire l’objet d'une :

valorisation thermique, par alimentation d'un réseau de chauffage urbain ou distribution à des entreprises et/ou établissements publics (rendement jusqu'à 90 %) ;

valorisation thermique et électrique (cogénération) (rendement jusqu'à 80 %) ; valorisation électrique, par transformation en électricité à l'aide d'un

turboalternateur (rendement jusqu'à 35 %). Le traitement des fumées

À la sortie de la chaudière, les fumées contiennent des polluants qu'il faut capter : poussières, gaz acides, métaux lourds et dioxines. Une installation de traitement de fumées comporte plusieurs modules :

le dépoussiérage, par électrofiltre et/ou filtre à manches ; la neutralisation des gaz acides, par voie sèche, semi-humide ou humide ; le traitement des dioxines et furanes, par adsorption sur charbon actif par

exemple ou par réduction sélective catalytique ; le traitement des oxydes d'azote, par réduction sélective, soit catalytique, soit

non catalytique. L’évacuation et le traitement des résidus d’épuration des fumées

Les résidus d'épuration des fumées d'incinération de déchets comprennent : les cendres volantes ; les résidus de neutralisation des fumées ; les gâteaux de filtration des eaux de lavage des fumées ; les cendres sous chaudière.

L'incinération d'une tonne d'ordures ménagères génère entre 15 et 40 kg de résidus selon le type de traitement des fumées.Les résidus sont collectés et évacués du site pour élimination.

L’évacuation et le traitement des mâchefersLe traitement des mâchefers comprend des opérations de manutention, de stockage temporaire, de traitement, de maturation, dans le but d'élaborer un produit valorisable en technique routière, pouvant se substituer à des granulats naturels de carrière.Les mâchefers utilisés aujourd'hui en remplacement de granulats naturels n'entraînent pas d'impact environnemental significatif.Sur une production annuelle de mâchefers d’incinération d’ordures ménagères estimée à trois millions de tonnes, environ 70 % sont traités sur des installations de maturation. Les 30 % restants sont soit valorisés, soit éliminés en installation de stockage de déchets non dangereux.

7. Bilan massique de l'incinération des ordures ménagères : [8]

Le bilan matière complet des entrées et sorties d'une UIOM doit prendre en compte les solides, liquides et gaz. Nous allons nous limiter aux solides en étudiant leur bilan massique. Cependant, il est bon de noter que la

consommation en eau est comprise entre 0,5 et 1,6 m3/t de déchets incinérés (un

procédé humide peut consommer à lui seul 0,6 à 1 m3/t) et que le volume d'air

nécessaire à la combustion est estimé à 5500 Nm3/t incinérée. Il faut aussi

savoir que le bilan massique de chaque UIOM est spécifique. Il dépend essentiellement des conditions d'exploitation, mais aussi du tri des déchets avant incinération, des habitudes alimentaires locales et des variations saisonnières.

Les données fournies par la figure 2 sont donc des estimations moyennes : plus que la précision de ces chiffres, il faut en retenir l'ordre de grandeur.

Figure 2: Bilan massique de l'incinération des ordures ménagères

CSDU : Centre de Stockage des Déchets Ultimes (classe 1 ou 2)

CV : Cendres Volantes

PSR : Produits Sodiques Résiduaires

III. Les avantages et les désavantages

L'incinération des déchets présente incontestablement l'avantage de réduire le volume de nos détritus. Toutefois, la question des risques que la technique fait courir à l'Homme et à l'environnement reste posée.

1. Les avantages : [9] L’incinération permet une réduction des déchets à mettre en stockage

(décharge)

Contrairement à la plupart des autres modes de traitement de déchets, l’incinération est adaptée à toutes sortes de déchets ménagers et assimilés. Elle permet de réduire en moyenne de 70 % la masse des déchets entrants et de 90 % leur volume et contribue donc à la réduction des quantités de déchets à stocker (mise en décharge). L’incinération permet également de réduire la nocivité des déchets. Par exemple, la combustion stérilise les déchets médicaux.

A travers la production d’énergie, elle participe à la réduction de l’utilisation de ressources fossiles

Après les collectes séparées des matériaux recyclables, les déchets restants contiennent encore une part significative de matériaux combustibles tels que : - des plastiques et des papiers, soit parce que difficilement recyclables (produits souillés, trop petits, objets composites…), soit du fait du non-respect des consignes de tri, - des matières organiques, du bois. L’incinération de ces déchets permet de tirer parti de leur potentiel énergétique en produisant de la chaleur, donc une énergie dite de récupération (ou énergie fatale). Cette source d’énergie est en partie assimilée aux énergies renouvelables dans les règlements européens, du fait qu’elle provient pour partie de biomasse et permet de réduire l’utilisation de ressources fossiles et les émissions de gaz à effet de serre induites. Ainsi, la valorisation d’une tonne de déchets peut permettre de produire jusqu’à 500 kWh d’électricité (en valorisation d’électricité seule) ou 1 700 kWh de chaleur (en valorisation thermique seule).

2- les désavantages :

L’incinération suscite des craintes en raison de mauvaises pratiques passées [9]

Comme les autres modes de traitement des déchets, l’incinération génère des émissions et notamment des polluants atmosphériques (dioxines et furanes, métaux lourds, gaz acides, poussières) qui, à haute dose, peuvent avoir un impact sur la santé (certains cancers ou troubles de la reproduction) si ces émissions ne sont pas filtrées. Les niveaux de risques apparaissent très liés aux niveaux de performances de l’épuration des fumées (émissions de métaux lourds et de substances organiques) et sont très faibles pour les installations récentes.

Les Polluants Organiques Persistants (POP), dont le représentant le plus connu est la famille des dioxines/furanes  (apparaissent a environ 800°), sont des molécules complexes qui sont définies à partir de 4 propriétés : [10]

Toxicité : elles présentent un ou plusieurs impacts prouvés sur la santé humaine.

Persistance dans l'environnement : ce sont des molécules résistantes aux dégradations biologiques naturelles. Elles persistent dans les milieux environnementaux en raison de leur grande stabilité thermique et chimique.

Bio-accumulation : ce sont des molécules qui s'accumulent dans les tissus vivants et dont les concentrations augmentent le long de la chaîne alimentaire.

Transport longue distance : leurs propriétés de persistance et de bio accumulation permettent à ces molécules de se déplacer sur de très longues distances et de se déposer loin des lieux d'émission.

ConclusionLa gestion des déchets ménagers solides reste un défi majeur pour nos autorités. La diversité, la quantité énorme des déchets ménagers ainsi que les décharges non conformes à la règlementation incitent de nos jours le recours à la valorisation de ces déchets. L’incinération ne fait pas « disparaître » les déchets, elle les transforme en :

mâchefers  (tout ce qui ne brûle pas) : environ 30 % du poids des déchets. Ils peuvent être utilisés comme matériaux de construction ou de terrassement ;

cendres et REFIOM (résidus d’épuration des fumées d’incinération d’ordures ménagères) : environ 3 % du poids des déchets. Leur toxicité, qui dépend du traitement des fumées choisi, est mesurée, ce qui détermine en quelle classe de décharge sont dirigées les cendres.

fumées.

Les coûts de traitement des usines d'incinération d'ordures ménagères actuellement en fonctionnement varient sensiblement d'une unité à l'autre, selon les dates de mise en service, les choix d'équipement, de valorisation énergétique, de valorisation et d'élimination des sous-produits, etc.

Références Bibliographiques

[1] : Jean-Yves Le Goux , Catherine Le Douce , L'Incinération des déchets ménagers, 1995[2]  Ngnikam, E., Zahrani, F., Naquin, P., Djietcheu, B. K., & Gourdon, R. (2012). Evaluation des impacts environnementaux d’un centre de stockage de déchets ménagers en activité sur la base de la caractérisation des flux de matière entrants et sortants: Application au site de Nkolfoulou, Yaoundé, Cameroun. Revue francophone d’écologie industrielle, (61)

[3] : Méthode d’abord reprise dans la norme NF XP X 30-416 pour l'échantillonnage, et dans la norme NF XP X 30-408 pour le tri et la classification, puis intégrant un échantillonnage respectant la norme NF XP X 30-41 1 dans la fosse d'une usine de tri de déchets, ou la norme NF XP X 30-416 s’il est fait dans une benne à ordure ; de manière à obtenir un résultat objectif et indépendant des opérateurs | Source : Morvan B (2000). Méthode de caractérisation des déchets ménagers: analyse sur produit sec. Déchets sciences & techniques, (20), 9-11. Résumé Inist/CNRS : http://cat.inist.fr/?aModele=afficheN&cpsidt=816168

[4] : Ademe (1993) Modecom –Méthode de caractérisation des ordures ménagères [5] : Noyon N (1997). « La caractérisation des ordures ménagères: Le MODECOM, une réponse normative ». In General association of municipal hygienists and technicians. 77th Congress (pp. 627-648)[6] : Staub M & Gourc J P (2008). Possibilités de réduction des émissions de gaz à effet de serre liées au stockage de déchets. Déchets, Sciences & Techniques, 52, 8-16)

[7] :Document de référence sur les meilleures techniques disponibles, Incinération des déchets, Août 2006 (Ce document est la traduction de la version anglaise publiée par la Commission européenne)

[8] : Julien BERTHOLON - Rapport de Maîtrise Sciences de l'Environnement, Milieux Urbains et Industriels - LES DÉCHETS SOLIDES DE L'INCINÉRATION DES ORDURES MÉNAGÈRES, 2001/2002

[9] : LES AVIS DE L’ADEME (L'Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie), L’incinération des déchets ménagers et assimilés, Décembre 2012, Pages 2 et 3[10] : http://lavalorisationdesdechets.e-monsite.com/pages/l-incineration/avantages-et-inconvenients.html#Aww4v2FPs5QqpZV5.99