Incinération des déchets solides, cours GDS BTP. Par : H.Hamdi, Prof. Départ.Phys.FSSM
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TRAITEMENTS THERMIQUES :
INCINERATION DES DECHETS SOLIDES
I : Introduction (Problématique – historique – Statistiques)
II : Traitements thermiques
III : Principes généraux de l’incinération
IV : Les installations
V : Les coûts
Annexes :
Annexe 1 : Dispositions générales pour l'incinération de déchets contaminés dans une
usine d'incinération de résidus urbains.
Annexe 2 : Dioxine
Annexe 3 : SANTE ET INCINERATION
IMPACTS SANITAIRES SUR LES POPULATIONS RIVERAINES
(par : Greenpeace, 2001)
Annexe 4 : Loi 2800
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I Introduction
(Problématique – Historique – Quelques statistiques)
1. Problématique
Une fois les ordures collectées et transportées, il reste à les éliminer à des conditions
techniques et économiques satisfaisantes. Trois grandes catégories de traitement s’offrent aux
collectivités intéressées :
- La décharge contrôlée,
- L’incinération,
- Le compostage
La situation au Maroc est telle que les problèmes de gestion des déchets se posent déjà au
niveau de la collecte et du transport des déchets. En effet à l’échelle de la ville de Marrakech,
qui constitue un exemple typique de la plus part des villes du royaume, la collecte des déchets
couvre à peine 85% de la population et 70% des déchets. Les ordures ménagères, industrielles
et hospitalières font l’objet d’une collecte unique sans séparation des déchets dangereux ou
toxiques et l’ensemble des déchets collectés est transporté vers une décharge située au nord de
la ville. Les conditions de cette décharge ne permettent pas de la qualifier de décharge
contrôlée.
Evolution de la Production des
Déchets au Maroc
Les quantités mentionnées dans le tableau ci-dessus concernent les déchets ménagers,
industriels et médicaux. Les autres types de déchets, à savoir les déchets agricoles et inertes,
n’ont jamais fait objet de statistiques pour évaluer leurs quantités respectives.
La gestion des déchets solides est encore confiée aux communes pour la plus part des villes.
Actuellement deux formes de gestion sont à l’étude :
- La privatisation de la collecte et du traitement,
- La gestion concédée à une régie autonome
L’industrie marocaine produit environ 975 000 tonnes par an de déchets industriels dont 120
000 tonnes/an sont des déchets dangereux. Ces déchets sont éliminés dans des décharges
sauvages ou encore dans des points noirs et dans les cours d’eau sans aucun traitement ni
contrôle. Cette situation engendre de graves conséquences aussi bien pour la santé publique et
l’environnement que pour l’avenir des activités socio-économiques dans notre pays.
Auparavant, l'arsenal juridique présentait plusieurs lacunes. Mais la récente loi sur les déchets
est claire et peut changer à l'avenir les pratiques actuelles.
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Depuis l’année 2006, le Maroc dispose d’une loi complète sur la gestion des déchets « Loi n°
28-00 relative à la gestion des déchets et à leur élimination » (voir Dahir n° 1-06-153 du 30
chaoual 1427 ( 22 novembre 2006) , BO n° 5480 du 7 décembre 2006)
L’adoption de la loi 28-00 sur la gestion des déchets et leur élimination, a permis le lancement
des études de faisabilité pour la mise en place du Centre National d’Elimination des Déchets
Spéciaux (CNEDS) et l’inventaire des équipements à base de PCB (polychlorobiphényl) au
Maroc.
L’objet de cette partie du cours concerne le traitement par incinération. A notre connaissance
cette filière n’existe pas encore au Maroc. Seuls des incinérateurs de faible capacité sont
installés dans certain hôpitaux pour incinérer les déchets hospitaliers. Ci-dessous un tableau
résumant, la situation et les caractéristiques de ces incinérateurs.
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Situation du parc des incinérateurs dans les hôpitaux publics en 1998
La pratique de l’incinération n’est pas bien maîtrisée et les critiques commencent à
encourager le traitement des déchets de soin par banalisation.
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En France par contre, l’incinération des déchets a connu un développement important dès le
début des années 1900. L’historique et les statistiques qui seront données concerneront donc
l’expérience française dans le domaine de l’incinération.
2. Historique
L’incinération des ordures ménagères (déchets urbains) n’est pas récente, elle remonte au
début des années 1900.
Avant 1900 : les ordures ménagères de la commune de Paris sont destinées à
l’agriculture.
En 1899 : 1ère
usine construite à Saint-Ouen. Deux autres après en Issy-les-
Moulineaux et à Romainville (région parisienne).
Broyage des ordures Four d'incinération
Agriculture
(Compostage)
Usine d'incinération
IL faut noter que l’incinération est apparue nécessaire, après que l’écoulement des ordures
broyées vers l’agriculture s’est avéré insuffisant à éliminer le flux croissant des ordures
ménagères.
Dès 1907 un turbo-alternateur fut installé à l’usine d’Issy-les-Moulineaux marquant ainsi dès
le départ l’utilisation de l’incinération pour la récupération de l’énergie thermique des
déchets.
A partir de 1912, l’incinération fut appliquée progressivement dans différentes villes
françaises : Belfort, Bourges, Lyon, Nancy, Nice, Rouen, Roubaix, etc.…
Les fours du début du siècle étaient constitués de cellules juxtaposées à chargement
discontinue et nécessitant une conduite manuelle avec ringardage et décrassage fréquents :
opérations pénibles pour le personnel.
Les fours actuels sont monocellulaires à marche continue et automatique n’impliquant aucune
ouverture vers l’extérieur pendant l’exploitation, ce qui assure la propreté de l’usine. Le rôle
du personnel d’exploitation consiste à veiller sur la régulation de la combustion depuis une
salle de commande. L’automatisation de cette tâche elle même s’est largement développée.
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3. Quelques statistiques
En France, le taux de croissance annuel des déchets est de 1.3 %. Or, depuis l'interdiction de
la mise en décharge le 1er juillet 2002, les collectivités locales sont dans l'obligation de
trouver des solutions alternatives pour éliminer leurs déchets et ont de plus en plus recours à
l'incinération. D'ici, deux à trois ans, le pays pourrait manquer d'une trentaine d'incinérateurs.
Mais obtenir l'acceptation sociale des installations n'est pas une mince affaire. Eu égard aux
risques sanitaires qu'elle peut engendrer, l'incinération reste très mal perçue par les
populations riveraines.
En 2002, 165 usines d'incinération des déchets ménagers et assimilés traitent 12,6 millions de
tonnes de déchets dont 10,8 millions de tonnes d’ordures ménagères. 94 % des déchets sont
incinérés avec valorisation énergétique.
Répartition du parc des incinérateurs selon les tonnages reçus en 2002 (en nombre
d’unités)
Les deux types d’incinérateurs, avec ou sans valorisation énergétique, ont des caractéristiques
de taille totalement opposées. Les incinérateurs sans valorisation énergétique sont de petites
unités, relativement anciennes. En 2002, elles incinèrent en moyenne 15 200 tonnes de
déchets par unité.
A l’inverse, l'incinération avec récupération d'énergie est réalisée par des installations de
grande capacité : 102 400 tonnes reçues en moyenne par installation en 2002. 89 % des unités
avec récupération d’énergie ont reçu plus de 20 000 tonnes. La majorité de l’incinération se
fait dans quelques très grands incinérateurs : dix-neuf unités avec récupération d’énergie
reçoivent en 2002 plus de 150 000 tonnes de déchets et traitent 44 % de l’ensemble des
quantités incinérées, les 53 unités de plus de 80 000 tonnes accueillent 75 % des déchets
incinérés (dans 31 % des unités).
Les Usines d’Incinération des Ordures Ménagères (UIOM) peuvent accepter d’autres types de
déchets dans le cadre de l'arrêté du 23 août 1989 (présenté en annexe) : déchets de commerce
et d’industrie assimilables à des ordures ménagères, déchets non contaminés provenant
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d’établissements sanitaires et assimilés et, sous certaines conditions, des déchets contaminés
d’établissement sanitaires.
Répartition des quantités incinérées par nature des déchets en 2002 en
milliers de tonnes.
Les ordures ménagères représentent 86% des déchets incinérés. Les déchets banals des
entreprises (DBE) représentent 8% des déchets incinérés. Les refus de traitement représentent
2%, considérés comme déchets ultimes, ils sont plus souvent dirigés vers les centres de
stockage (considération de coût). Parmi les autres déchets incinérés, on trouve les boues de
station d’épuration (STEP) (166 000 tonnes) et les déchets dangereux (140 000 tonnes)
constitués principalement de déchets hospitaliers contaminés (112 000 tonnes).
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Part de l’incinération dans le traitement des ordures ménagères
(hors encombrants)
La figure ci avant montre les % des ordures ménagères incinérées dans chaque région de la
France. Les régions qui comptent le plus grand nombre d’incinérateurs et traitent les plus
importantes quantités de déchets sont les régions Rhône-Alpes et Île de France (région
parisienne) avec plus de 20 unités d’incinération et plus d’un million de tonnes de déchets
incinérés chaque année. En moyenne la France incinère 45% de ses ordures ménagères.
Les conditions imposées pour les rejets, en particulier les fumées, font qu’aujourd’hui une
usine d’incinération peut être implantée au voisinage d’une agglomération. Cependant
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l’incinération comme moyen de gestion des déchets est très controversée et des associations
écologistes comme Green-Peace vont jusqu’à accuser l’incinération de moyen
d’empoisonnement chimique. (Voir annexe)
Dans la suite de ce cours on traitera des principes généraux de l’incinération et de la
description des installations. L’incinération telle qu’elle sera discutée ne concerne que les
déchets ménagers. L’incinération des déchets industriels et déchets dangereux sera discutée de
manière succincte en fin de ce cours.
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II : Les traitements thermiques
Une alternative à la mise en décharge pour les ordures ménagères résiduelles
Les traitements thermiques sont des traitements par l'action de la chaleur. Ils réduisent, dans
des conditions contrôlées, le potentiel polluant, la quantité ou le volume des déchets.
Les deux principaux procédés sont l'incinération, la gazéification et la thermolyse .
L'incinération L'incinération est un traitement basé sur la combustion avec excès d'air. Avantages : - traitement adapté à toutes sortes de déchets contrairement aux autres modes de valorisation
(tri, compostage ...). Cependant, il devrait aujourd'hui être réservé aux fractions résiduelles
des collectes séparatives, et aux refus de tri ou de compostage.
- diminue fortement le volume des déchets.
- génère de l'énergie dont la valorisation doit être optimisée. Le contenu énergétique des
ordures ménagères est environ 2300 kWh/tonne.
Une réduction de 70 % environ de la masse des déchets et de 90 % du volume.
Contrainte :
- Traitement indispensable des gaz pour limiter les risques de pollution de l'air. Mais les
techniques de dépollution sont sophistiquées ; la modernisation du parc des installations est en
cours afin de respecter les exigences de la réglementation.
Les déchets concernés :
- Les ordures ménagères. Toutefois dans les nouvelles installations ne sont incinérés que les
déchets résiduels des autres traitements (tri, compostage),
- Les déchets industriels banals,
- Les boues de station d'épuration,
- Les déchets d'activités de soins à risques infectieux.
En 2000, 41 % (10 millions de tonnes) des ordures ménagères ont été incinérées dans 210 installations dont 109 avec valorisation énergétique. Le parc des incinérateurs a été profondément modifié au cours des dernières années. Ainsi, le nombre d'incinérateurs en exploitation est de 123 début janvier 2003.
Sous-produits générés :
- Les mâchefers récupérés en sortie de fours,
- Les résidus d'épuration des fumées (REFIOM),
- Les fumées épurées.
Coût de l'incinération Le coût de l'incinération est d'environ 80 euros HT par tonne incinérée.
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La thermolyse
La thermolyse ou pyrolyse est un traitement thermique sans apport d'air ou avec apport d'air
limité (teneurs en O2 < 1 %).
Le processus de pyrolyse se limite à la destruction thermochimique du déchet, sans
dégagement de chaleur susceptible d’entretenir la réaction. Il est donc nécessaire de fournir de
l’énergie au système, soit par un apport externe, en chauffage indirect, soit par combustion
partielle ménagée d’une partie de la charge.
Certaines technologies intègrent la combustion de l'ensemble des produits intermédiaires par
une oxydation à haute température : ils conduisent à la production d'un vitrifiat.
D'autres n'intègrent pas la combustion des résidus carbonés. Le traitement doit alors être
complété par une combustion externe.
En France, une unité de thermolyse est en cours de réalisation pour le traitement des ordures
ménagères.
La gazéification Lorsque l’on chauffe un déchet dans une atmosphère en défaut d’air mais enrichie en vapeur
d’eau et/ou dioxyde de carbone (agents réactionnels), les matières volatiles émises ne subiront
pas de processus de combustion et le carbone fixe se mettra à réagir avec la vapeur d’eau et
CO2 à des températures de 850-900oC, dans des réactions endo/exothermiques de
transformation thermochimiques, dites de gazéification.
Si l’on veut obtenir un gaz à pouvoir calorifique élevé, donc riche en hydrocarbures, dont le
méthane, on doit travailler à une pression élevée et à une température relativement faible qui
doit être toutefois compatible avec la cinétique des réactions thermochimiques.
Par contre, si l’on s’intéresse à l’obtention d’un gaz riche en CO et H2 en vue d’une
valorisation énergétique, on a intérêt à opérer à basse pression et à température élevée.
Les réactions de gazéification sont globalement endothermiques, et l’apport d’énergie
calorifique nécessaire est en général réalisé en brûlant une faible partie de la charge.
Bien que les techniques de gazéification sont développées pour le charbon, elles ne sont pas
encore appliquées (du moins à l’échelle industrielle) aux déchets.
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III : Principes généraux de l’incinération
Au niveau d’une usine de traitement des déchets ménagers par incinération deux difficultés
sont à considérer :
- Les problèmes mécaniques liés à la manutention et ses conséquences (usure,
coincement, etc.) ;
- Les problèmes liés à la combustion
Les solutions sont fonction de la composition des déchets qu’il est possible de ramener à trois
constituants essentiels :
- Les matières combustibles ;
- Les inertes ;
- L’eau.
A ces trois constituants correspondent les trois phases successives de la combustion :
- Le séchage ;
- La combustion proprement dite ;
- La fin de combustion et le refroidissement des mâchefers
L’état de compactage, la teneur en eau et le pouvoir calorifique des déchets déterminent le
temps de séjour des déchets dans le four et conditionnent donc son débit. La conception des
fours doit permettre une souplesse de fonctionnement pour tenir compte de la grande diversité
des déchets tout en assurant une bonne robustesse et une facilité d’entretien.
1. Caractéristiques particulières des ordures ménagères (OM)
Pour l’incinération, les caractéristiques importantes des OM qui ont une incidence sur la
combustion des déchets et la manutention de l’installation sont précisées ci après.
Masse volumique :
Elle varie selon l’endroit où elle est mesurée (dépend de l’état de compactage). Avant
enfournement elle varie entre 0.25 et 0.35 tonne/m3.
Hétérogénéité :
Elle revêt trois aspects :
dimensionnelle : depuis les fines jusqu’aux gros objets (encombrants). Certaines
installations sont équipées de cisaille et broyeur pour réduire la taille des objets avant
enfournement.
La compacité, ou état d’aération des déchets. Une charge de papier froissée netterra
par exemple moins de temps pour brûler que la même quantité de journaux en liasse.
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La variation dans la compacité de la charge rend difficile l’obtention du mélange
intime (air- combustible) nécessaire à une bonne combustion.
L’hétérogénéité dans la composition de la charge (non homogénéité du pouvoir
calorifique) impose une variation de la quantité d’air nécessaire à la combustion.
Les problèmes dus à l’hétérogénéité peuvent être résolus par un broyage préalable des
déchets. Cette solution ajoute une complication au circuit des déchets en plus des coûts
afférents qui ont une incidence sur le coût de traitement des déchets.
Humidité :
Elle a une grande incidence sur le procédé d’incinération. Avant la combustion
proprement dite, l’eau contenue dans les déchets doit être vaporisée (séchage) ce qui
consomme beaucoup d’énergie (environ 583.6 Kcal/kg).
La teneur en eau des déchets (humidité) varie selon l’origine, les saisons et l’état
atmosphérique du moment (pluie). Elle se situe, en général entre 25 et 60% de la masse
des déchets.
Matière combustible :
Elle est constituée des produits cellulosiques (PCI de l’ordre de 4000 kcal/kg) : papier,
bois, végétaux etc. et des matières à haut pouvoir calorifique (PCI de l’ordre de 6000 à
9000kcal/kg) : les matières plastiques, les déchets de caoutchouc (pneus usagés) etc.
La teneur en combustible varie en général entre 15 et 50%. La détermination de la teneur
en combustibles s’effectue par la mesure de la perte au feu à 500°C, pendant 4 heures,
d’échantillons d’ordures ménagères préalablement séchés.
Les inertes :
Ils sont constitués des matières minérales et des métaux contenus dans les déchets
ménagers. La teneur en poids des inertes varie entre 15 et 40%. En fin de combustion les
inertes se retrouvent sous forme de mâchefer : matière sombre qui recouvre la grille à la
base du four qui se refroidie par soufflage d’air. La proportion d’inerte importante dans les
déchets ménagers nécessite des temps de combustion assez long pour éviter la présence
d’imbrûlés.
On a l’égalité : 100% = %eau + %combustibles + %inertes
1. Pouvoir calorifique des déchets ménagers
Le pouvoir calorifique d’un combustible est la chaleur dégagée après combustion complète de
l’unité de masse du combustible. Le combustible et le comburant (oxygène, air) sont pris à
une température et une pression de référence et les produits de combustion sont ramenés à la
même température.
Le pouvoir calorifique supérieur (PCS)
Se définit en supposant que l’eau, provenant du combustible ou formée par la combustion
(combustion de H2) se retrouve en totalité à l’état liquide dans les produits de combustion. Le
PCS comprend donc la chaleur de vaporisation de l’eau contenue dans les produits de
combustion.
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Le pouvoir calorifique inférieur (PCI)
Se définit en supposant que toute l’eau provenant du combustible ou formée par la
combustion (combustion de H2) se retrouve en totalité à l’état vapeur dans les produits de
combustion. Le PCI ne comprend donc pas la chaleur de vaporisation de l’eau contenue dans
les produits de combustion.
En pratique le PCS est mesuré directement à la bombe calorifique et le PCI s’en déduit par
calcul.
Relation entre le PCI et le PCS
Le PCS est mesuré sur produit sec et le PCI est calculé sur produit brut. La relation entre le
PCI et le PCS en se référant aux conditions d’atmosphère standard (P = 1 atm et T = 25 °C)
est :
HHuHu
PCSPCI 983.5100
1
- Le PCS et le PCI sont exprimés en Kcal/kg
- Hu et H sont respectivement les pourcentages en masses des teneurs en eau et en hydrogène
des déchets.
Utilisation des pouvoirs calorifiques
Dans les applications industrielles, on utilise le PCS qui représente l’énergie totale disponible
dans le combustible. Il est mesuré sur échantillon de produit sec.
Par contre dans le cas des ordures ménagères, le PCI est intéressant car il traduit le
fonctionnement réel du four.
Détermination du PCI
Des méthodes indirectes peuvent être utilisées telle que la détermination à l’aide de la relation
ci avant à partir du PCS lui-même mesuré à partir d’un échantillon représentatif. Cependant
on préfère quand c’est possible la détermination par méthode directe.
Dans ce cas un bilan thermique est établi sur un ensemble four- chaudière. Dans ce bilan le
four joue le rôle de calorimètre. On mesure l’énergie récupérée par la chaudière et on estime
(par calcul ou par mesure) l’énergie perdue par l’ensemble four chaudière. Le bilan permet de
déduire le PCI.
)(incinérée M
chaudière)-four ensemblel'(par Q chaudière) la(par Q
perduerécupérée PCI
Il est à noter que cette mesure directe du PCI se fait sur un essai réel et permet d’éliminer les
erreurs d’échantillonnage inhérentes aux méthodes indirectes.
Les pertes à estimer sont :
- Chaleur sensible des fumées
- Chaleur sensible des mâchefers
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- Chaleur perdue par imbrûlés dans les mâchefers, cendres volantes et fumées
- Chaleur dissipée par rayonnement et convection vers l’environnement du four-
chaudière.
Soit , le rendement thermique de l’ensemble four- chaudière. On a :
récupéréeperdue
récupérée
Q
et
1.
M
QPCI
récupérée
Les valeurs usuelles du PCI des ordures ménagères s’étalent entre 1000 et 2500 kcal/kg.
3. La combustion
Ordures ménagères = matières combustibles + Inertes +Eau
La fraction combustible est composée grossièrement de carbone et d’hydrogène. La teneur des
déchets en ces deux éléments leur confère leurs caractéristiques thermiques : débit d’air
nécessaire à la combustion, débit des fumées, pouvoir calorifique.
3.1 Combustion théorique sans excès d’air
Caractéristiques de l’air (comburant)
Composition volumique : neutres) gaz de tracesdes avec(%2.79%8.20(sec) 22 NOAir
Composition massique : neutres) gaz de tracesdes avec(%92.76%08.23(sec) 22 NOAir
Masse volumique de l’air (à 0°C et 1 atm) = 1.293kg/Nm3.
Combustion du carbone
Réaction complète : moleKcalCOOC / 05.9422
Rappelons que : Volume d’une mole de gaz parfait = 22.32 litres dans les conditions
normales.
Réaction incomplète : moleKcalCOOC / 41.262
12
Elle a lieu en milieu réducteur (insuffisance d’air, donc d’oxygène)
C’est la première étape de la combustion du carbone ; celle-ci se poursuit par la combustion
de l’oxyde CO si la quantité d’air est suffisante :
moleKcalCOOCO / 64.672
122
Cette deuxième étape de la combustion s’opère avec une flamme bleue caractéristique.
L’excès d’air assure une combustion complète et évite le dégagement du CO et une perte de
chaleur de réaction représentant 70% du pouvoir calorifique disponible.
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Combustion de l’hydrogène
La réaction est la suivante : moleKcalvapOHOH / 8.57 )(2
1222
Si l’eau est revenue à l’état liquide dans les produits de combustion on récupère en plus la
chaleur d’évaporation de l’eau (583.6 Kcal/kg d’eau)
moleKcalliqOHOH / 8.326 )(2
1222
Dans les fours d’incinération, l’eau produite par la combustion reste à l’état de vapeur et le
dégagement de chaleur à considérer est 57,8 Kcal/mole.
Combustion de produits complexes
La connaissance de la composition élémentaire permet la détermination de la quantité
d’oxygène nécessaire à la combustion d’un produit complexe. Cependant elle ne permet pas le
calcul du dégagement calorifique en se basant uniquement sur les combustions élémentaires.
En effet les chaleurs de formation des corps considérés interviennent également. Du fait de la
composition complexe des déchets, on conçoit que le calcul de la chaleur dégagée, par une
telle procédure, serait très complexe.
Quantité d’air nécessaire (air théorique)
Les principaux éléments intervenant dans les réactions de combustion sont le carbone et
l’hydrogène. Cependant pour des calculs plus précis il faut tenir compte aussi de la teneur en
oxygène et en soufre.
Compte tenu des réactions de combustion élémentaires et de la composition de l’air, la
formule suivante permet la détermination du volume d’air nécessaire à la combustion d’un
kilogramme d’un combustible quelconque (déchet) :
xOxSxHxCVa 0335.00335.02685.0095.0
Où Va est le volume d’air nécessaire en Nm3 par kg de combustible. C, H, S et O sont les
teneurs en carbone, hydrogène, soufre et oxygène exprimées en % de la masse de
combustible.
Va est aussi appelé air théorique ou pouvoir comburivore du combustible.
3.2 Combustion avec excès d’air
L’air théorique représente la quantité stœchiométrique d’air nécessaire à la combustion
complète du combustible considéré. Cependant, même avec cette quantité d’air, la
combustion complète n’est pas assurée. Si toute la part combustible doit être brûlée il est
indispensable d’admettre de l’air en excès pour assurer un mélange intime air- combustible.
L’excès d’air est la différence entre la quantité d’air réellement délivrée par unité de masse de
combustible et l’air théorique.
On a : kgNme
VaVaréel / 100
1 3
d’où : 100% x
Va
VaVae réel ; airdExcèse '
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L’excès d’air se mesure dans les fumées par la détermination de leur teneur en oxygène. Il
peut être également obtenu par la mesure de la teneur en CO2 dans l’hypothèse d’une
combustion complète.
Conditions et nécessité d’emploi d’excès d’air
L’excès d’air jusqu’à un certain point améliore l’efficacité de la combustion et permet de
tendre vers une combustion complète qui permet d’obtenir le maximum de dégagement
thermique et permettra l’obtention d’une température de combustion maximale. Au-delà de
cet optimum tout excès d’air sert plus à une dilution des fumées et un abaissement de la
température à l’intérieur du four. C’est un moyen de régulation important. Cette régulation
doit tenir compte des exigences suivantes :
- La température des gaz dans la chambre de combustion doit être inférieure à 1000°C
pour éviter la fusion et le ramollissement des cendres et mâchefers (problèmes
d’entretien).
- Il doit assurer une combustion complète (amélioration du rendement dans le cas de la
récupération de la chaleur) et maintenir la température à un niveau supérieur à 850 °C
pour minimiser la formation de certains produits toxiques (notamment les dioxines).
Les difficultés de régulation proviennent entre autres de l’hétérogénéité des déchets. Dans un
four qui fonctionne dans des conditions bien régulées la température varie dans la gamme
850°C-1000°C.
Les valeurs typiques de l’excès d’air s’échelonnent entre 80% et 150%.
4. Constitution et refroidissement des gaz de combustion
4.1 Constitution
Lors du fonctionnement réel d’un four d’incinération, on peut faire le bilan massique sur les
éléments entrants et les éléments sortant du four.
Les entrants = déchets ménagers + air (total) + eau de refroidissement ou lavage des gaz et
des mâchefers.
Les sortants = Gaz sortant de la cheminée + Mâchefers humides et fines extraits + Cendres
volantes.
En termes de masse on a :
feuaupertetotalairdDébitgazdeDébit '
Compte tenu de la composition habituelle des ordures ménagères, la perte au feu représente
environ 10% de la masse des gaz (eau + part combustible).
4.1 Refroidissement des gaz
La température des gaz à la sortie de la chambre de combustion est comprise entre 850°C et
1000°C. Lorsqu’il n’y a pas de récupération, cette température doit être ensuite abaissée
jusqu’à 300°C avant l’introduction au dépoussiéreur. En cas de récupération, à la sortie de la
chaudière, la température peut varier entre 150°C et 300°C suivant l’importance de la
récupération.
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Nécessité du refroidissement
Ce sont les éléments de l’installation situés à l’aval du four: gaines, dépoussiéreurs,
ventilateurs et cheminée qui imposent une limitation de la température des fumées pour des
raisons de dimensionnement et de bonne tenue des matériaux. La valeur limite se situe aux
environs de 300 °C.
Les types de refroidissement
Dans une installation avec récupération, la chaudière assure le refroidissement des gaz.
Dans les installations sans récupération, les gaz sont refroidis soit par dilution soit par
échangeur thermique.
Refroidissement par dilution
La dilution peut se faire à l’eau ou à l’air.
Dans le cas de la dilution à l’air, l’excès d’air y participe. Son action peut être complétée par
l’injection d’air supplémentaire dans le circuit des fumées en amont du dépoussiéreur. Les
quantités sont importantes étant donné que les fumées doivent passer de 950°C à 300°C.
L’augmentation du volume des fumées conduit dans ce cas à des installations de
dépoussiérage et de tirage (ventilateurs) de grandes dimensions ce qui alourdit les charges
d’investissement et d’exploitation.
Dans le cas de la dilution à l’eau, celle-ci est pulvérisée dans le circuit des gaz de façon à
obtenir une évaporation rapide. Vu la chaleur d’évaporation de l’eau élevée, les quantités de
vapeur générées sont faibles (comparées à la dilution par l’air) ce qui n’induit pas un
surdimensionnement des installations de traitement des fumées. Cependant cette solution a
aussi ses inconvénients : coût de l’eau, corrosion du système de refroidissement, fumées trop
humides pour le dépoussiérage mécanique ou électrique.
Pour pallier aux inconvénients de chacune des deux solutions de dilution, on utilise
fréquemment le refroidissement par dilution mixte : air – eau.
Refroidissement par échangeur thermique
C’est le même principe que la récupération par la chaudière.
Ce type de refroidissement a l’avantage de ne pas augmenter le volume des gaz dans les
fumées (pas de dilution).
5. Récupération de la chaleur dans les gaz de combustion
L’incinération des déchets génère de l’énergie. Le contenu énergétique des ordures ménagères
est de l’ordre de 2300 kWh par tonne (8280 kJ/kg). Ils peuvent être comparés à un
combustible pauvre tel que la tourbe (50% de carbone) ou la lignite (70% de carbone).
Considérant le fait que cette énergie après combustion est libérée sous forme de gaz chauds à
haute température (850°C à 950°), que de toutes les façons il faut refroidir jusqu’à 300°C au
minimum, la récupération de l’énergie s’impose.
Cependant, le choix de récupérer ou de ne pas récupérer dépend des coûts supplémentaires
engendrés par le système de récupération (chaudière) et des recettes à en attendre qui
dépendent du coût actuel de l’énergie. Le dilemme économique du choix de récupération
Incinération des déchets solides, cours GDS BTP. Par : H.Hamdi, Prof. Départ.Phys.FSSM
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semble pencher vers la récupération dans le cas d’incinérateurs de grande capacité. Les
statistiques présentées en introduction montrent qu’en France actuellement 94% des tonnages
incinérés font l’objet d’une valorisation énergétique.
La récupération de la chaleur contenue dans les gaz de combustion s’opère essentiellement à
l’aide de chaudières (boilers) qui stockent l’énergie thermique récupérée sous forme de
vapeur d’eau. Cette vapeur peut être valorisée selon trois voies :
- Production de chaleur uniquement comme alimentation d’un réseau de chauffage
urbain ou privé.
- Production d’électricité uniquement par le biais d’une turbine à condensation.
- Production combinée d’électricité (par une turbine à contre pression) et de chaleur.
Sur le plan des statistiques récentes (France 2002), le tableau ci-dessous présente le bilan
énergétique des installations d’incinération qui font de la valorisation énergétique.
Bilan de l’énergie produite (France 2002)
* Pour 4 installations, on ne dispose d’aucune information concernant la production d’énergie. Ces
Installations représentent environ 4% du tonnage traité en valorisation énergétique
En 2002, la production combinée électrique / thermique est dominante en tonnages traités
comme en quantité d’énergie produite. Ce type de valorisation énergétique représente 58 %
du tonnage incinéré avec valorisation énergétique et 71 % de l’énergie totale produite.
Toutefois, les installations ne produisant que de l’énergie thermique sont encore nombreuses
(46 sur 112).
Incinération des déchets solides, cours GDS BTP. Par : H.Hamdi, Prof. Départ.Phys.FSSM
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6. Traitement des fumées
Malgré ses aspects positifs, l'incinération des déchets présente des limites : elle génère des
émissions polluantes. On estime généralement qu’une tonne d'ordures ménagères génère 5200
m3 de fumées qui contiennent des polluants qu'il faut capter, tels les poussières, métaux
lourds, les dioxines ou les oxydes d’azote et de soufre. L'équipement pour le traitement des
fumées peut comporter plusieurs modules :
le dépoussiérage;
la neutralisation des gaz acides;
le traitement des dioxines et furanes;
le traitement des oxydes d'azote.
En ce qui concerne les odeurs, elles sont normalement détruites par le niveau de température
régnant dans la chambre de combustion et qui doit dépasser (pendant au moins 2 secondes) le
seuil de 750 °C.
Pour s’opposer à la pollution de l’atmosphère, les pays ont instauré des réglementations. Le
niveau de concentration toléré est de plus en plus réduit. La sévérité des lois actuelles pour
les composés contenant des halogènes, métaux, oxydes de soufre et d’azote est telle que la
concentration tolérée est de l’ordre du ppm.
Au niveau des normes pour les émissions, la directive de la communauté européenne la plus
récente, Directive2000/76/CE qui sera applicable à partir de la date du 28 décembre 2005
(pour les NOx à partir du 1er janvier 2008) précise les taux suivants à respecter :
Dioxines et furannes = 0,1 ng/Nm3
COT (carbone organique total) = 10 mg/Nm3
HCl (acide chlorhydrique) = 10 mg/Nm3
SO2 = 50 mg/Nm3
NOx (oxydes d'azote) = 200 mg/Nm3
Poussières = 10 mg/Nm3
6.1 Le dépoussiérage des fumées
L’objet du dépoussiérage est d’éviter le rejet dans l’atmosphère de quantités importantes de
poussières et d’éviter ainsi leur retombée sur les zones urbanisées.
Pour le dépoussiérage des fumées, on utilise des équipements basés sur les principes suivants :
- Centrifugation : les dépoussiéreurs basés sur ce principe sont les cyclones
- Filtration mécanique : On fait traverser aux gaz une ou plusieurs couches filtrantes
(tissus de verre ou d’amiante). Il s’agit de filtres mécaniques.
- Filtration électrostatique : les appareils basés sur ce principe sont les électrofiltres.
6.2 Neutralisation des gaz - Traitement des dioxines et furanes
Le dépoussiérage des fumées était appliqué depuis longtemps alors que la neutralisation des
gaz et le traitement des dioxines et furanes sont récents après l’exigence des nouvelles
réglementations.
La neutralisation des gaz utilise le plus souvent la technologie d'absorption sèche, par voie
humide ou combinée. Le traitement des émissions gazeuses par la méthode d'absorption par
voie humide consiste à neutraliser les contaminants à l'aide d'un liquide d'épuration (souvent
l’eau). Ce liquide d'épuration, dont la nature varie en fonction des contaminants à traiter, est
mis en contact avec les émissions gazeuses. Les contaminants sont alors captés par le liquide
Incinération des déchets solides, cours GDS BTP. Par : H.Hamdi, Prof. Départ.Phys.FSSM
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et extraits de l'effluent gazeux. À la sortie du système, les eaux d'épuration peuvent être
rejetées dans le réseau d'égout municipal ou, si leurs caractéristiques l'exigent, dirigées vers
un système de traitement.
Le traitement des oxydes d’azote peut se faire par voie catalytique (exemple peau
d’échappement des automobiles) ou par d’autres techniques innovantes (domaine récent).
Pour le traitement des dioxines et furanes, c’est l’injection de charbon actif dans les fumées
qui est le plus utilisé. Les contaminants sont adsorbés dans la matrice du charbon.
6.3 La dispersion des fumées
Les fumées traitées (dépoussiérage, neutralisation, …) contiennent encore, dans les limites de
la réglementation certaines poussières non captées par les filtres et des éléments chimiques
polluants. L’atténuation de la pollution au stade d’éjection est basée sur la dispersion.
Le rôle de dispersion est assuré par la cheminée en plus de son rôle d’extraction des gaz vers
l’extérieur. La dispersion dépend essentiellement de la hauteur de la cheminée, de la vitesse
d’éjection des fumées et des conditions atmosphériques. Dans la conception des cheminées il
s’agit de déterminer la hauteur minimale en fonction de la concentration maximale de
poussières admises au sol.
6.4 Statistiques récentes (France)
En 2002, 125 incinérateurs (sur les 165 existants), sont équipés d’un traitement de
dépoussiérage et neutralisation des gaz acides. 55 incinérateurs traitent les dioxines et les
furanes, principalement par injection de charbon actif.
Taux d’équipement en traitement des fumées
13 incinérateurs ont un traitement des oxydes d’azote (7 font appel à un traitement catalytique
et 6 à un traitement non catalytique). Les installations qui traitent les oxydes d’azote
représentent 15 % du total des déchets incinérés.
L’épuration des fumées génère des résidus appelés REFIOM (Résidus d’Epuration des
Fumées des Incinérateurs des Ordures Ménagères). Une tonne d’ordures ménagères incinérée
génère 25 à 40kg de REFIOM.
7. Mâchefers – Cendres volantes
Les produits solides de la combustion sont composés des inertes non volatiles présents dans
les déchets ménagers (métaux, verres, cendres des produits combustibles…). Les inertes qui
représentent 15 à 40 % du poids des déchets se retrouvent :
Incinération des déchets solides, cours GDS BTP. Par : H.Hamdi, Prof. Départ.Phys.FSSM
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à 90% sous forme de mâchefers qui sont les résidus de la combustion proprement
dite ;
à 10% sous forme de cendres volantes entraînées par les gaz de combustion et
recueillies ensuite dans les trémies sous chaudières et dans le système de
dépoussiérage.
Ces deux résidus sont examinés séparément.
7.1 Mâchefers
Les mâchefers ont l’aspect d’une « grave » grisâtre dont la granulométrie varie entre 0 et 30
mm et qui contient de nombreux éléments métalliques et des fragments de verre.
La teneur en eau des mâchefers dépend du mode de refroidissement, elle varie entre 10 et
20%. Après un certain temps de stockage elle se stabilise à 10%.
La température de fusion des mâchefers est comprise entre 1000 et 1100°C. Lorsque la fusion
des mâchefers est amorcée, deux risques apparaissent :
- formation d’une croûte de mâchefers étouffant la combustion et la rendant incomplète,
en l’absence de brassage des ordures.
- Enrobage de particules non brûlées dans les mâchefers pâteux s’il y a brassage.
Dans les deux cas on obtient une augmentation d’imbrûlés.
Il est donc impératif, pour éviter le colmatage des grilles et des fumisteries et éviter
l’augmentation des imbrûlés (efficacité de la combustion) de maintenir un excès d’air
suffisant pour limiter la température des gaz en cours de combustion autour de 900 à 1000°C.
La composition des mâchefers est en moyenne :
- 1 à 5% d’imbrûlés
- 10 à 15% métaux libres
- 80 à 90% de scories
A titre indicatif, le tableau ci après donne une analyse type de scories (composante principale
des mâchefers) :
Carbonates 1.85%
Chlorures 0.01%
Sulfates 0.83%
Anhydride phosphorique 0.75%
Chaux 11.23%
Magnésie 1.97%
Oxyde de potassium 0.91%
Oxyde de sodium 7.88%
Silice 53.61%
Alumine 6.14%
Oxyde ferrique 9.76%
Plomb 0.17%
Zinc 0.21%
Chrome 0.02%
Cuivre 0.20%
Manganèse 0.17%
Nickel 0.02%
Etain 0.06%
Titane 0.12%
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23
Les teneurs importantes en Al2O3 (alumine), SiO2 (Silice) et CaO (Chaux) confèrent aux
mâchefers des propriétés proches de celles des ciments.
La valorisation des Mâchefers de l’Incinération des Ordures Ménagères (MIOM) apparaît
comme un enjeu important pour les industriels du BTP. Cependant, les MIOM sont souvent
considérés avec méfiance car ils ne possèdent pas les qualités environnementales et
géotechniques d’un granulat naturel. Il convient donc d’apprendre à en maîtriser les propriétés
et à faire preuve d’innovation afin d’en faire un matériau aux caractéristiques physico-
chimiques bien maîtrisées.
Pour être conformes à la réglementation, les MIOM transitent par une Installation de
Maturation et d’Elaboration (IME). Après ce passage à l’IME, le matériau traité est maturé et
calibré.
En France, les MIOM sont principalement utilisés dans les terrassements, remblais et couches
de forme, ainsi que dans les structures de chaussées et de parkings. D’autres utilisations sont
étudiées par les professionnels, comme la consolidation de carrière ou comme charge de
bétons, pour des travaux n’ayant aucune incidence mécanique sur la tenue d’un ouvrage.
En 2002, 80 % des mâchefers issus de l'incinération sont valorisés. Sur les 3 millions de tonnes de mâchefers issus du traitement thermique, 2,3 millions de tonnes de mâchefers sont valorisés, principalement en travaux publics, dont 0,4 millions directement après l’incinération et 1,9 millions après une période de maturation.
7.2 Cendres volantes
Les cendres sont les particules entraînées par les gaz de combustion. Leur proportion
augmente avec la vitesse des gaz sortant de la couche des ordures en combustion. Elles sont
recueillies dans les trémies sous chaudière et dans le système de dépoussiérage. Elles forment
une poudre grisâtre dont la granulométrie varie de quelques m à quelques centaines de m.
Bien que la température de fusion en moyenne des cendres se situe autour de 1000°C, une
certaine fraction peut fondre en deçà de cette valeur (600 à 650°C). Elles se déposent alors sur
les tubes de la chaudière sous formes d’incrustations très dures et très adhérentes. Cette
couche (de composition plutôt isolante) diminue l’échange thermique de la chaudière et nuit à
l’efficacité des systèmes de ramonage. De plus les composants des cendres fondus
(essentiellement sels et métaux alcalins) sont corrosifs vis-à-vis de l’acier constituant les tubes
de la chaudière.
La valorisation des cendres récupérées (REFIOM) est difficile. Elles sont souvent mises en
décharge (centre de stockage des déchets de classe 1 en France).
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IV : Les installations
1. Description générale
La figure ci-dessous représente un schéma typique des équipements qui interviennent dans
une installation d’incinération qui peuvent être séparés grossièrement en trois blocs :
Réception et tri : regroupe le quai de déchargement, la fosse, et les différents
équipements optionnels de traitement avant enfournement. Ces traitements dont l’objectif est
le tri et l’obtention d’une meilleure texture des déchets avant incinération comportent
plusieurs opérations : le criblage (élimination des fines), déferraillage (récupération de la
ferraille), broyage- cisaillage (réduction de la taille des encombrants et homogénéisation des
déchets). Le déferraillage peut aussi être effectué après incinération sur les mâchefers.
Incinération : Ce bloc comporte le four, le circuit d’alimentation en air et le dispositif
de refroidissement des gaz et de récupération des mâchefers. C’est dans ce bloc que sera
incorporée la chaudière dans le cas d’une installation avec option de récupération d’énergie.
Traitement des fumées : Dans ce bloc se retrouvent tous les dispositifs de traitement
des fumées discutés ci avant à savoir : dépoussiérage, neutralisation des gaz, élimination des
dioxines et furanes et traitement des NOx. Cette partie se termine, juste après l’analyseur,
par une cheminée pour le rejet et la dispersion des gaz.
L’installation, en plus des équipements ci-dessus, comporte des circuits auxiliaires
(pompage et circuits d’eau, circuits d’air comprimés, circuits électriques, de contrôle et de
commande) et les bâtiments principaux et annexes.
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2. Les fours
Les fours utilisés pour l’incinération sont très diversifiés et connaissent un développement
continu. La plupart utilisent, au moins pour une partie de leur fonctionnement, le principe de
four à grille décrit ci-dessous. .
Schéma de description d’un four à grille
Le four se compose essentiellement de :
La grille et ses annexes : organe de manutention et support de combustion
La chambre de combustion
Bien que, au coeur d’une installation d’incinération, le four et ses auxiliaires ne sont qu’un
élément de la chaîne d’incinération et ne représentent du point de vue coût que 25 à 50% du
coût de l’ensemble.
2.1 Grille et annexes
Cet ensemble comporte :
- un dispositif d’introduction des déchets dans le foyer ;
- un support de combustion ;
- un dispositif d’avancement des déchets ;
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- un dispositif de retournement des déchets.
Selon les procédés utilisés, une ou plusieurs des fonctions ainsi définies peuvent être assurées
par un seul organe.
2.2 Chambre de combustion
Elle est située au dessus de la grille et est formée de parois revêtues intérieurement de
réfractaire. Une ouverture permet l’évacuation des gaz, soit vers la chaudière (en cas de
récupération) soit vers le carneau d’évacuation.
La chambre de combustion a pour buts :
- d’assurer un mélange intime entre l’air secondaire introduit au dessus de la grille et
les gaz imparfaitement brûlés, afin de réaliser une combustion aussi complète que
possible ;
- de réchauffer par rayonnement les ordures fraîches et les sécher.
- de maintenir grâce à sa grande inertie thermique un seuil de température dans
l’ensemble du four (T > 850°C) afin de réaliser une bonne combustion des gaz et
éviter la formation de certain produits toxiques (dioxines et furanes).
Dans le design de certaines installations avec récupération, la partie supérieure de cette
chambre est tapissée de tubes écrans d’eau.
2.3 Capacité et dimensionnement d’un four
Pour le dimensionnement des fours, d’un point de vue thermique, on considère les données
suivantes :
o la charge pondérale incinérée au mètre carré de surface de grille : de 250 à 450 kg
d’ordure par m2 par heure ;
o la charge calorifique au m2 de surface utile de grille : de 500 000 kcal à 900 000 kcal
par m2 et par heure ;
o la charge calorifique au m3 de chambre de combustion : 80 000 à 150 000 Kcal par m
3
et par heure.
Les fours d’incinération sont classés en deux catégories principales selon leur capacité
thermique.
Les fours de capacité thermique inférieure à 2500 103 kcal/h. Ce sont des fours à
petite ou faible capacité. Le chargement des ordures est souvent discontinu et ils
nécessitent des brûleurs d’appoint.
Les fours de capacité thermique supérieure à 2500 103 kcal/h. Ce sont des fours à
grande et moyenne capacité. Le chargement des ordures est continu.
Les fours à grande capacité sont les mieux adaptés à la récupération de l’énergie thermique.
Comme on l’a vu, les statistiques montrent que, en 2002 en France, 70% (116 sur 165) du
nombre d’unités d’incinération existantes sont à récupération d’énergie et traitent 94% des
déchets incinérés. Ce qui montre une nette dominance des installations de grande capacité.
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Pour illustration, on présente ci-dessous le schéma d’une installation avec four à grille de la
société VonROLL Inova mise en fonctionnement récemment en Allemagne (2001). Avec le
schéma du four à grille et la photo des grilles à l’intérieur du four.
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V Le coût de l’incinération
Le coût net de l’incinération (hors recettes) s’échelonne de 450 F à 900 F/t.
La capacité nominale de l’installation est le principal facteur de variation
pour les petites installations, de 20 000 t/an en moyenne (production de 70 000 à 80 000 habitants), le coût se situe entre 750 et 900 F/t ;
les installations de taille moyenne, entre 60 000 et 120 000 t/an (150 000 à 300 000 habitants), constituent une catégorie où le coût net apparaît beaucoup plus bas, de l’ordre de 500 à 700 F/t ;
dans les grosses installations, au-delà de 120 000 t/an (300 000 habitants), les coûts se stabilisent entre 450 et 500 F/t.
Les autres déterminants ayant un impact fort sur la variation des coûts sont les suivants :
le taux d’utilisation : l’unité d'incinération peut être surdimensionnée pour tenir compte des augmentations potentielles de production de déchets ; elle est alors sous-utilisée pendant la phase de démarrage. Une diminution de 10 % du taux d’utilisation induit une augmentation d'environ 10 % du coût net total par tonne.
le mode de valorisation énergétique : avec une capacité nominale donnée de 75 000 t/an (10 t/h), la variation du coût d’incinération se situe généralement entre 500 F et 600 F/t ; la borne basse de la fourchette correspond à des valorisations thermiques optimales, et la borne haute à des cas de cogénération très défavorables.
le nombre de lignes : le surcoût est de l’ordre de 10 % par ligne supplémentaire.
le mode de traitement et le transport des sous-produits : par exemple, la substitution de la valorisation des mâchefers en travaux publics par un stockage en CET de classe II à 200 km induit une augmentation du coût net total de 15 %.
La structure des coûts est très capitalistique : les investissements représentent de 40 à 45 % du coût brut total, et les coûts de fonctionnement fixes de 20 à 30 %. La gestion des sous-produits (mâchefers et REFIOM) est un des postes secondaires les plus onéreux (environ 20 %). Ce poste a connu une croissance sensible ces dernières années.
Les principaux leviers pour réduire le coût de l’incinération
Un dimensionnement optimal de l’installation.
Une meilleure valorisation énergétique.
La limitation du nombre de lignes.
L’amélioration des conditions de transport et de traitement des mâchefers.
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ANNEXES
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Annexe 1 :
Dispositions générales pour l'incinération de déchets contaminés dans une
usine d'incinération de résidus urbains
Ces dispositions générales sont résumées dans l’arrêté (concernant la législation française) qui
réglemente une telle opération.
Arrêté du 23 août 1989 relatif à l'incinération de déchets contaminés dans
une usine d'incinération de résidus urbains
(JO du 8 novembre 1989)
Texte abrogé à compter du 28 décembre 2005 (Arrêté du 20 septembre 2002, article 35) (JO du 1er
décembre 2002)
Vus
Le secrétaire d'Etat auprès du Premier ministre chargé de l'Environnement et de la Prévention
des risques technologiques et naturels majeurs,
Vu la loi du 19 juillet 1976 relative à la législation des installations classées pour la protection
de l'environnement et notamment son article 7,
Vu le décret n° 77-1133 du 21 septembre 1977,
Vu le Code de la santé publique,
Vu l'arrêté du 9 juin 1986 et notamment son article 1er,
Vu la consultation du ministère de la Solidarité, de la Santé et de la Protection sociale,
Vu l'avis du Conseil supérieur des installations classées en date du 28 juin 1989,
Arrête :
Article 1er de l'arrêté du 23 août 1989
Les dispositions qui suivent sont applicables au titre de la protection de l'environnement à
toute installation d'incinération de résidus urbains incinérant des déchets contaminés, au sens
de la réglementation sanitaire.
Article 2 de l'arrêté du 23 août 1989
L'incinération de ces types de déchets ne pourra être autorisée dans une usine d'incinération de
résidus urbains à fonctionnement discontinu d'une capacité totale inférieure à 3 tonnes par
heure qu'après consultation du Conseil supérieur des installations classées.
Par ailleurs, il sera interdit de procéder à l'incinération :
- des sels d'argent, produits chimiques utilisés pour les opérations de développement, clichés
radiographiques périmés...;
- des produits chimiques, explosifs, à haut pouvoir oxydant;
- des déchets mercuriels;
- des déchets radioactifs;
- des pièces anatomiques et cadavres animaux destinés à la crémation ou à l'inhumation.
Article 3 de l'arrêté du 23 août 1989
Transport
Le manutention et le transport des récipients se font dans des conteneurs rigides clos et à
fonds étanches, de manière à préserver l'intégrité de ces récipients jusqu'à leur introduction
dans le four.
Incinération des déchets solides, cours GDS BTP. Par : H.Hamdi, Prof. Départ.Phys.FSSM
32
Après déchargement, les conteneurs sont lavés et désinfectés intérieurement et extérieurement
sur le site avec des produits agréés.
Les eaux de lavage des conteneurs sont soit détruites sur le site, soit désinfectées avant rejet à
l'extérieur.
Les arrêtés préfectoraux pris au titre de la loi du 19 juillet 1976 sur les installations classées
pourront néanmoins prévoir un système de protection des récipients autre que celui prévu aux
alinéas précédents à condition que le système envisagé offre des garanties équivalentes quant
à la protection de l'intégrité des récipients.
Article 4 de l'arrêté du 23 août 1989
Conditionnement imposé pour l'acceptation des déchets contaminés
Les déchets contaminés ne pourront être acceptés que s'ils sont conditionnés dans des
récipients étanches pouvant assurer une bonne résistance, à usage unique, en bon état et avec
un marquage apparent indiquant la nature des déchets et leur provenance.
Les récipients qui devront, par ailleurs, être facilement incinérables, feront l'objet, à leur
réception, d'un contrôle visuel.
La détection de toute anomalie sur les déchets par rapport aux présentes prescriptions
entraînera le refus des déchets voire même du lot concerné.
Article 5 de l'arrêté du 23 août 1989
Stockage et manutention
Le transit des déchets contaminés par la fosse de stockage des résidus urbains est interdit.
Les déchets sont incinérés 24 heures au plus tard après leur arrivée.
Si les récipients ne sont pas introduits directement dans le four dès leur arrivée, les conteneurs
pleins sont stockés dans un local fermé prévu à cet effet, qui sera périodiquement nettoyé et
désinfecté avec des produits agréés.
Les conteneurs vides, propres et désinfectés, s'ils ne sont pas immédiatement repris, sont
stockés dans un local distinct prévu à cet usage.
Article 6 de l'arrêté du 23 août 1989
Introduction dans le four
Les déchets sont introduits directement, sans manipulation humaine, dans le four, par
l'intermédiaire d'une trémie, d'un sas de chargement gravitaire ou avec un poussoir. Toute
détérioration des récipients devra être évitée. Trémie, sas et poussoir seront désinfectés
périodiquement.
La conception des installations des fours et de leur mode d'exploitation doit être telle qu'il n'y
ait aucun risque de contamination des résidus (eaux, cendres, mâchefers) quittant la chaîne
d'incinération ou ses abords immédiats.
Le système doit permettre de traiter les déchets dans l'ordre de leur arrivée.
Article 7 de l'arrêté du 23 août 1989
Exploitation
Les déchets contaminés ne peuvent être enfournés que lors du fonctionnement normal de
l'installation, qui exclut notamment les phases de démarrage ou d'extinction du four.
L'exploitation se fait de manière telle que ces déchets soient introduits périodiquement dans le
four, afin d'assurer l'homogénéité de la charge et de moduler le P.C.I.
Un quota maximum de déchets doit être fixé, sans toutefois dépasser 10 p. 100, afin que le
P.C.I. résultant du mélange avec les ordures ménagères reste dans la fourchette pour laquelle
le four d'incinération a été construit.
Incinération des déchets solides, cours GDS BTP. Par : H.Hamdi, Prof. Départ.Phys.FSSM
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Article 8 de l'arrêté du 23 août 1989
Combustion
Avant tout enfournement, il conviendra de s'assurer du caractère optimal de la combustion.
L'installation devra donc être équipée d'appareils de mesure en continu de la température, du
monoxyde de carbone et de l'oxygène. Un système automatique ne devra autoriser
l'enfourchement que si :
- la température de l'ensemble des gaz de combustion, contrôlée en continu, est supérieure à
850° C;
- la teneur en CO est inférieure à 80 mg/Nm3 sur gaz humide à 7 p. 100 de CO2 ou à 100
mg/Nm3 sur gaz sec à 9 p. 100 de CO2 ou 11 p. 100 de O2.
Dans le cas où les conditions de référence choisies reposeront sur les pourcentages en CO2,
un analyseur en continu du CO2 devra également être installé.
Par ailleurs, la teneur en imbrûlés dans les mâchefers est limitée en permanence à 3 p. 100.
Cette teneur sera vérifiée au moins trimestriellement.
L'exploitant doit enregistrer les dates et heures d'introduction de déchets hospitaliers dans le
four, et la température du four au moment de leur incinération.
Ces données seront tenues à la disposition de l'inspecteur des installations classées.
Article 9 de l'arrêté du 23 août 1989
Contrôle des circuits d'élimination
Tout déchet contaminé arrivant à l'usine d'incinération d'ordures ménagères doit être
accompagné d'un bordereau de suivi qui devra avoir été établi et être utilisé dans les formes
établies par l'arrêté du 4 janvier 1985.
Par ailleurs, au début de chaque trimestre, un récapitulatif de l'élimination des déchets
contaminés conforme au modèle figurant à l'annexe 4-3 de cet arrêté ministériel devra être
envoyé au service chargé du contrôle de cette usine au titre des installations classées.
Enfin, une comptabilité des récipients sera réalisée sur chaque lot réceptionné.
Les indications ainsi recueillies seront comparées aux renseignements contenus sur les
bordereaux ainsi que sur tout autre document accompagnant les déchets.
Article 10 de l'arrêté du 23 août 1989
Analyses
L'inspecteur des installations classées peut faire procéder aux frais de l'exploitant à toute
analyse, notamment chimique ou bactériologique, sur :
- les résidus de la combustion (cendres et mâchefers);
- les locaux de stockage des conteneurs et de traitement des matériels de manutention;
- les eaux ayant servi pour l'extinction des machefers et le lavage des conteneurs ou des
locaux susvisés.
Les résultats des analyses seront communiqués à l'inspecteur des installations classées dès
leur réception.
Article 11 de l'arrêté du 23 août 1989
L'exploitant définit sous sa propre responsabilité des consignes d'exploitation et de sécurité
relatives aux dispositions à adopter pour la conduite de l'incinération de ces déchets, en cas
d'incidents, accidents et arrêts du four.
En cas d'arrêt intervenant moins de deux heures après le dernier chargement de déchets
hospitaliers, si les déchets subsistant à l'intérieur du four doivent être repris, ceux-ci sont
remis en conteneurs pour être incinérés à nouveau après réparation en respectant les
conditions prévues dans les articles 5, 6 et 7.
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Si le four ne peut être réparé rapidement, ces déchets seront envoyés dans une autre
installation autorisée. En aucun cas ils ne doivent aller en décharge.
Article 12 de l'arrêté du 23 août 1989
Tout incident grave ou accident doit être immédiatement signalé à l'inspecteur des
installations classées à qui l'exploitant remettra dans les plus brefs délais un rapport détaillé
précisant les causes et les circonstances de l'accident ainsi que les mesures envisagées pour
éviter le renouvellement d'un tel fait.
Article 13 de l'arrêté du 23 août 1989
Le directeur de l'eau et de la prévention des pollutions et des risques et les préfets sont
chargés de l'exécution du présent arrêté, qui sera publié au Journal officiel de la République
française.
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Annexe 2 : Dioxine
La dioxine est la 2,3,7,8 tétrachlorodibenzodioxine ou TCDD.
Les dioxines sont les polychlorodibenzo-p-dioxines ou PCDD. Mais sous cette appellation
sont couramment comprises d'autres familles de molécules qui ont de nombreuses propriétés
en commun avec les PCDD :
Les Furanes ou PCDF
Les Pyralènes ou PCB
Les furanes ou polychlorodibenzo-furanes ou PCDF sont une famille de molécules
chimiques. Ils se différencient des dioxines par la présence d'un seul atome d'oxygène dans le
cycle central. Certaines d'entre elles sont toxiques pour l'homme.
On a identifié 419 types de composés apparentés à la dioxine, dont 30 seulement sont
considérés comme ayant une toxicité importante, la TCDD étant la plus toxique.
Sources
Les dioxines sont des résidus essentiellement formés lors de combustions incomplètes. Elles
trouvent par conséquent leur origine dans les moteurs à explosions, dans la combustion de
bois, ou encore de tabac. Mais la plus grande source de dioxine libérée dans l'environnement
sont les incinérateurs de déchets.
Propriétés chimiques
Ces molécules sont très stables ; et elles sont d'autant plus stables que le nombre d'atomes de
chlore est important. Cette stabilité explique la difficulté à les détruire.
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Effets sur l'Homme
Du fait de leur lipophilie, elles se concentrent essentiellement dans la masse graisseuse des
animaux. On la retrouve ainsi tout le long de la chaîne alimentaire. L'homme étant au bout de
cette chaîne, la voie alimentaire est sa principale voie d'exposition aux dioxines.
Une exposition à court terme à des teneurs élevées en dioxine peut être à l'origine de lésions
cutanées, chloracné et formation de taches sombres sur la peau par exemple, ainsi qu'une
altération de la fonction hépatique.
Une exposition prolongée peut endomager le système immunitaire, perturber le
développement du système nerveux, être à la source des troubles du système endocrinien et de
la fonction de reproduction.
La dioxine de Seveso est la seule dioxine reconnue cancérigène pour l'homme, d'après le
Centre International de Recherche sur le Cancer. Cependant, plusieurs autres dioxines sont
reconnues comme étant tératogènes et induisant une fœtotoxicité, des baisses de la fertilité,
ainsi que des troubles endocriniens.
Réglementation française
Le Comité Européen de Normalisation a adopté le 27 décembre 1996 la norme EN 1948 de
mesure des dioxines à l'émission. Cette norme a été transcrite sous la forme de norme
AFNOR (association française de normalisation) NF EN 1948.
La directive du 16 décembre 1994, transposée en droit français par l'arrêté du 10 octobre
1996, impose une valeur limite à l'émission de 0,1 ng/m³ en dioxines aux installations
d'incinération de déchets industriels spéciaux. Cette valeur limite est applicable sans délai aux
installations nouvelles et à compter du 1er
juillet 2000 aux installations existantes éliminant
ces déchets spéciaux.
Dioxine de Seveso
La 2,3,7,8-tétrachlorodibenzo-p-dioxine ou TCDD, surnommé dioxine de Seveso (en
référence à la catastrophe de Seveso éponyme), est une molécule de la famille des
Polychlorodibenzo-p-dioxines.
D'après le Centre International de Recherche sur le Cancer, c'est l'une des dioxines les plus
toxiques pour l'homme, et la seule considérée comme cancérigène.
Catastrophe de Seveso
La catastrophe de Seveso intervient le 10 juillet 1976. Un nuage contenant de la dioxine
s'échappe d'un réacteur de l'usine chimique Icmesa, située dans la commune de Meda, et se
répand sur la plaine lombarde (Italie). Quatre communes, dont Seveso, sont touchées.
Cet accident industriel est dû à la surchauffe d'un réacteur fabricant du 2,4,5-trichlorophénol
qui a libéré un nuage toxique contenant plusieurs produits mal identifiés sur le moment. On a
d'abord pensé qu'il s'agissait seulement de 1,2,4,5-tétrachlorobenzène et de polyéthylène-
Incinération des déchets solides, cours GDS BTP. Par : H.Hamdi, Prof. Départ.Phys.FSSM
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glycol, les réactifs de départ. C'est seulement au bout de quatre jours, quand apparurent les
premiers cas de chloracné que les laboratoires Hoffmann-Laroche identifièrent l'agent
responsable, le 2,3,7,8-TCDD, produit plus connu sous le nom de dioxine de Seveso, dont 1 à
5 kg ont été dispersés. L'usine Icmesa, située à Meda, commune limitrophe de Seveso
appartient à la société Givaudan, filiale du groupe suisse Hoffman-La Roche.
A l'époque, la toxicité de la dioxine pâtit d'une absence quasi complète de données
scientifiques. On sait en revanche que l'une des substances libérée est composante des
défoliants utilisés au Viêt Nam par l'armée américaine. La question de dangers éventuels pour
la santé est rapidement posée.
Peu après l'accident, les feuilles des arbres jaunissent et les animaux familiers meurent par
dizaines. Il n'en faut pas plus pour faire basculer Seveso de « catastrophe environnementale »
à « la plus grande catastrophe depuis Hiroshima ».
Le bilan exact sera connu sept ans plus tard, au moment de l'ouverture du procès des
responsables des différentes sociétés incriminées. 193 personnes, soit 0,6 % des habitants de
la zone concernée, ont été atteintes de chloracné, essentiellement des enfants. Aucune n'est
décédée, un petit nombre seulement a gardé des séquelles. Parallèlement, la moyenne des
cancers et des malformations fœtales n'a pas augmenté de manière significative.
En revanche, sur le plan écologique, la catastrophe est tangible : outre les 3 300 animaux
domestiques morts intoxiqués, il faut abattre près de 70 000 têtes de bétail. Par ailleurs, les
sols agricoles et les maisons nécessiteront de lourds travaux de décontamination.
Cet accident, qui a donné son nom depuis à tous les sites de production classés à risques en
Europe (1 249 rien qu'en France), a étalé au grand jour les dangers des activités industrielles
chimiques, notamment en milieu urbain.
En 2001, Une usine classée seveso a explosé à Toulouse: AZF.