Academic literature on the topic 'Valorisation énergétique déchets par incinération'

La méthanisation est un processus biologique de dégradation anaérobie de la matière organique, poursuivant deux buts principaux : une valorisation énergétique par la production de biogaz, composé en majorité de méthane (CH4) et de gaz carbonique (CO2), et une valorisation agronomique par la production de digestat (résidu organique liquide ou pâteux des déchets non digérés), riche en nutriments (azote, phosphore, potassium) et pouvant être utilisé comme fertilisant ou amendement (épandage direct ou compostage). La méthanisation suit un schéma global relativement générique (prétraitement des déchets entrants; digestion; posttraitement du digestat produit et valorisation du biogaz), mais les technologies existantes et les procédés qui leur sont associés sont souvent complexes et variés. Certaines technologies ont été développées en voie humide (réacteurs infiniment mélangés, à lit fixe, à lit fluidisé ou à lit de boues) et d’autres en voie sèche (réacteurs verticaux à recirculation de digestat ou de biogaz, horizontaux à piston, batch à percolation ou cellules de méthanisation). Les procédés qui sont associés à ces diverses technologies se différencient par les choix de prétraitement et de posttraitement appliqués en amont et en aval de la méthanisation, avec une contrainte principale : la nature des déchets à méthaniser. Toutes les variantes sont ensuite possibles à décliner afin d’optimiser l’efficacité du procédé choisi.

Impulsé successivement par les lois dites Grenelle de 2009 et 2010, en 2015 par la loi de transition énergétique pour la croissance verte, dite LTECV, en 2018 par la loi pour l'équilibre des relations commerciales dans le secteur agricole et une alimentation saine et durable, dite EGALIM, puis en 2020 par la loi anti-gaspillage pour une économie circulaire, dite AGEC, le tri à la source des biodéchets ambitionne de mieux capter leur valeur agronomique et énergétique. Ainsi, en substitution à l’incinération et à l’enfouissement, l’objectif est désormais de favoriser les filières de valorisation des biodéchets par épandage, après compostage et/ou méthanisation. Mais si, avec le composteur au fond du jardin, la mise en oeuvre de ce programme est relativement simple dans le cas de l’habitat rural, il en va autrement en zone urbaine où de nombreuses options sont à considérer, avec des circuits de collecte et de traitement plus ou moins complexes. Conjointement au développement de solutions de compostage à petite échelle très médiatisées, de nouveaux modèles de gestion centralisée couplée à une grande diversité de procédés font leur apparition. Aux côtés de nouveaux équipements de déconditionnement qui permettent d’extraire la soupe organique des biodéchets des gros producteurs pour nourrir les méthaniseurs, cohabitent des usines sous maîtrise d’ouvrage publique pour traiter les biodéchets en mélange des collectivités. Dans ce contexte de développement de l’économie circulaire, mais aussi de grande instabilité du marché des prix de l’énergie, la notion récente de « biodéchets », introduite en droit français par la directive cadre de 2008, perturbe l’équilibre des filières du retour au sol des déchets organiques (déchets végétaux, fraction fermentescible des ordures ménagères, ordures ménagères résiduelles, résidus alimentaires, boues d’épuration…). Au travers de divers outils, l’objet de cet article est d’interroger l’origine de cette notion de « biodéchets », en France et à l’étranger.

La méthanisation est un processus biologique de dégradation anaérobie de la matière organique, poursuivant deux buts principaux : une valorisation énergétique par la production de biogaz, composé en majorité de méthane (CH4) et de gaz carbonique (CO2), et une valorisation agronomique par la production de digestat (résidu organique liquide ou pâteux des déchets non digérés), riche en nutriments (azote, phosphore, potassium) et pouvant être utilisé comme fertilisant ou amendement (épandage direct ou compostage). La digestion anaérobie est un procédé complexe mettant en jeu de nombreux microorganismes. Pour qu’il soit efficace, des paramètres variés (température, pH, temps de séjour…) doivent être pris en compte, maîtrisés et suivis tout au long du processus. Il est également nécessaire de connaître les inhibiteurs de la méthanisation pouvant enrayer le processus. Comme tout procédé de traitement des déchets, la méthanisation est susceptible de générer, à chaque étape, de nombreux gaz et aérosols pouvant être délétères pour la santé des travailleurs potentiellement exposés. Cet article vise à rappeler le principe et le fonctionnement de la méthanisation, à répertorier les paramètres influant sur le procédé, les notions permettant de définir les caractéristiques du déchet entrant et les polluants délétères potentiellement émis au cours du procédé.

L’objectif de cette étude est de proposer, par approche intégrée, une voie de gestion des déchets agro-industriels : halieutique, avicole, agrumicole. La valorisation énergétique du point de vue de la production de biogaz et aussi la valorisation du digestat qui en découle sont étudiées. Dix mixtures sont établies dans le cadre d’un plan simplexe-centroïde, leur digestion anaérobie dure environ 5000 min, suffisante pour atteindre la stabilité. L’évolution de plusieurs paramètres physico-chimiques tels que le pH, la conductivité, la matière sèche est déterminée. La conversion du carbone organique total (COT), le phosphore (P) et l’azote (NT) sont étudiés et modélisés par les surfaces d’isoréponses. Les contrôles microbiologiques pour vérifier l’hygiénisation des digestats sont menés. Le volume de biogaz produit pour les différents mélanges est mesuré en fonction du temps en utilisant la méthode du liquide déplacé. Finalement, le digestat est valorisé dans la fertilisation des sols agricoles, pour cela des tests de fertilisation sont ainsi conduits sur des cultures de poivrons (Capsicum annum). Les résultats montrent qu’il est possible de générer, après processus de digestion anaérobie optimale, un digestat, intéressant pour une application dans la fertilisation des sols agricoles, hygiénique par l’absence des micro-organismes d’altération, riche en azote, phosphore, potassium, caractérisé par un pH idéal pour la culture de poivrons.

La question de l’énergie domestique reste une préoccupation majeure dans le monde, en particulier dans les pays en développement où la majorité de la popu- lation utilise le bois de chauffage, le char- bon de bois et les résidus agricoles pour satisfaire leurs besoins énergétiques liés à la cuisson des aliments. Au Burundi, où le bois constitue la principale source d’éner- gie domestique avec 96,6 % du bilan énergétique global, le charbon de bois est consommé à 77 % par la population urbaine. Selon une enquête menée sur les grands axes routiers, 56 548 tonnes et 13 552 tonnes de charbon de bois sont respectivement consommées par la population urbaine de Bujumbura et Gitega, soit un total de 70 100 tonnes. La consommation annuelle estimée s’élève à 104 718 tonnes de charbon de bois pour la seule population urbaine. Cette consommation par la population de Gitega et Bujumbura entraîne une perte annuelle de 3 505 à 4 673 ha de couvertforestier, soit annuellement entre 5 236 et 6 980 ha si l’on extrapole ces chiffres à l’ensemble de la population urbaine du Burundi. À ce rythme, le couvert forestier du Burundi, estimé à 171 625 ha, pourrait disparaître dans 25 à 33 ans. Pour garan- tir la durabilité du système d’approvi- sionnement énergétique de la population urbaine burundaise, de nouvelles tech- niques et pratiques doivent être adoptées, comme la plantation d’arbres le long des axes routiers, la régénération naturelle assistée, la recherche d’espèces et varié- tés mieux adaptées et plus rentables, le recours aux énergies renouvelables, la valorisation énergétique des déchets et l’amélioration de l’efficience énergétique (foyers améliorés, par exemple).

<p style="text-align: justify;">La fermentation méthanique s'est rapidement implantée dans le secteur agroalimentaire pour le traitement et la valorisation énergétique des effluents.</p><p style="text-align: justify;">Une revue bibliographique fait le point sur les nouvelles technologies de fermentation qui ont considérablement évoluées. L'état de l'art de la méthanisation dans ce domaine industriel est également présenté.</p><p style="text-align: justify;">L'industrie viti-vinicole (distilleries), par les fortes charges organiques émises en distillation et ses besoins énergétiques, est doublement concernée par la méthanisation. L'analyse de la faisabilité biologique et du potentiel énergétique à partir des divers résidus liquides (vinasses) et solides (marc) montre l'efficacité de la méthanisation en dépollution (80-90 p. 100 de la DCO) et souligne l'intérêt de la production de méthane qui peut couvrir près de la moitié de l'énergie consommée par la distillation.</p><p style="text-align: justify;">+++</p><p style="text-align: justify;">The methane fermentation has been fastly developed in agricultural and food industries for wastes treatment and energy production.</p><p style="text-align: justify;">A bibliographic review takes stock of new fermentation technologies which have made important progress. The present state of the anaerobic plants in the agro-industrial field is also presented.</p><p style="text-align: justify;">Wine distilleries, by there high organic strength wastes and energy needs for distillation, are doubly concerned by anaerobic digestion. The biological feasability and the energy potential analysis from liquid (stillages) and solid (pomace) wastes show the efficiency for purification (COD eliminated : 80-90 p. 100) and the interest of methane production which represents about half of distillation energy consumption.</p>

La directive sur les émissions industrielles – refonte de celle de 2008 relative à la prévention et réduction intégrées de la pollution – (ci-après « IED ») 2010/75/UE couvre environ 50 000 activités industrielles qui sont responsables d’environ 40 % des émissions de gaz à effet de serre de l’UE, 50 % des émissions de polluants de l’air, et 20 % en flux pour les émissions dans l’eau avec un coût externe évalué entre 277 et 433 milliards d’euros par an 1 . Les principales dispositions découlent des obligations fixées dans les prescriptions contenues dans les permis, déterminées par les autorités compétentes des États membres. Les conditions d’autorisation doivent respecter des principes et obligations généraux, notamment la cohérence des conditions d’autorisation avec les conclusions sur les Meilleures Techniques Disponibles (MTDs) des documents de référence de meilleures techniques disponibles (dits les « BREFs »), qui sont périodiquement révisés sur une base d’échange d’informations entre l’industrie concernée, les États membres, les ONG de protection de l’environnement (tels que le Bureau Européen de l’Environnement – EEB) et la Commission européenne. L’auteur aborde les points clefs et grands enjeux de la révision de l’IED (ci-après « IPPC 3.0 ») et du Règlement sur le Portail sur les Émissions Industrielles (ci-après « IEP-R »), de sa perspective (personnelle) et/ou pour le compte de son organisation (EEB), notamment en ce qui concerne la question sur la plus-value éventuelle de ce nouveau cadre pour définir ou promouvoir une « industrie propre », avec des points de frictions entre le positionnement des ONG, certaines industries (notamment de l’élevage intensif) et/ou certains gouvernements sur ces points. Remarque : L’évaluation ci-dessous suppose que la version de l’accord commun (15 décembre 2023) constitue la version finale 2 . En résumé, le cadre révisé pourra apporter quelques avancées utiles sur la transition vers une industrie propre sur les aspects suivants : Un recadrage de ce qui est une meilleure technique disponible (MTD), qui exclura toute option de l’âge fossile et qui se focalisera davantage sur la protection de la santé et la substitution de substances dangereuses. La plus-value concrète de la nouvelle définition de « transformation en profondeur » avec un triple objectif de protection à atteindre avant 2050 dépendra largement de l’honnêteté et de l’engagement réel des parties prenantes dans la détermination de ces nouvelles MTDs, y compris pendant la phase d’élaboration des plans de transitions par les opérateurs. Le devoir pour l’opérateur d’élaborer des « plans de transformations » par installation, même si on s’attend à du concret, risque de devenir un exercice de greenwashing . Le fait que ces plans doivent être faits au plus tard en 2030 est déjà trop tardif pour certains secteurs dont les investissements portent sur 15 à 20 ans. Alors que l’aspect d’efficience de l’utilisation des ressources est renforcé notamment en ce qui concerne l’eau, une incohérence juridique et sur le fond persiste quant à l’aspect de l’efficacité énergétique, qui reste au bon vouloir des opérateurs et des autorités compétentes. Les exigences concrètes de performances à atteindre restent encore à définir pour la majorité des secteurs. L’approche d’alignement quasi systématique par les autorités des valeurs limites d’émissions vers la fourchette haute des niveaux d’émissions associés aux MTDs (NEA-MTD) a été inversée sur le principe, mais avec une naïveté des décideurs politique effrayante vu que ce seront : 1) les opérateurs concernés eux-mêmes qui devront élaborer une analyse de non-faisabilité de se conformer à la fourchette NEA-MTD la plus stricte ; 2) qu’aucun délais précis n’a été fixé pour ces opérateurs de revoir leurs permis ; et 3) aucun devoir explicite de contradictoire avec le public concerné sur ce que l’opérateur compte faire en ce qui concerne ses installations. La révision des permis en question pourra être repoussée au plus tard de 12 ans par les autorités compétentes, ce qui permettra aux autorités compétentes proches de leur industrie de maintenir un statu quo pour la décennie à venir. A contrario une nouvelle dynamique est créée pour les États membres qui transposent les conclusions MTD par des prescriptions générales, tels que la France. Dorénavant ils devront fixer les règles en conformité de l’esprit IED, c’est-à-dire la prévention/réduction des émissions en s’orientant vers les fourchette strictes. À l’inverse on va faire une régression réglementaire généralisée sur les élevages intensifs par rapport à 1996/2010 concernant les porcs et volailles ainsi qu’une inaction sur l’élevage des bovins. Les dispositions sur le renforcement du droit à indemnisation des victimes de pollution et des sanctions ont été affaiblies de telle manière qu’on constate une inversion du principe pollueur payeur. L’extension du champ d’application (activité minière, Giga fabriques de batteries) est dérisoire, de mineures avancées ont été prévus pour la (co)-incinération des déchets. Des avancées sur la transparence et mise en contexte utile des données de performances environnementales ont été apportées notamment par le règlement connexe établissant le Portail sur les émissions industrielles et l’obligation de système de e -permis / procédures par voie électroniques.

Actuellement les possibilités de valorisation énergétique de la biomasse par les procédés biotechnologiques représentent une solution de choix pour l’utilisation des produits agricoles de faible valeur commerciale, les liquides des industries agro-alimentaires, les résidus de récoltes…. La valorisation de cette biomasse, en particulier de nature organique, se fait par différents procédés biotechnologiques. La région d’Adrar produit annuellement un tonnage important de dattes, environ 675 mille quintaux par an (D.S.A, 2008). Les dattes dites communes présentent une faible valeur marchande par rapport à Deglet Nour, Degla Beida et Ghars. Elles sont destinées à l’autoconsommation, l’alimentation animale ou à l’échange sous forme de troc vers le Mali et le Niger. Cependant aucune industrie de transformation de la datte, n’est implantée dans la région. Aujourd’hui grâce aux procédés biotechnologiques, il est possible de valoriser les dattes communes de faible valeur marchande et de mettre sur le marché local et international, une nouvelle génération de produits à hautes valeurs ajoutées tel que le bioéthanol. Dans cette optique, de nombreux essais de fermentation alcoolique à l’échelle de laboratoire sont lancés afin de fixer les paramètres suivants: le taux de dilution, la quantité de levures (Saccharomyces cerevisiae) et le temps de fermentation afin d’optimiser le procédé. Nous avons comparé le degré d’alcool brut de quatre variétés de dattes communes (Hmira, Tinacer et Kaciene) pour 200 g de pulpes de dattes. Nous avons obtenu après l’étape de distillation, les résultats suivants pour les trois variétés considérées: 22°, 19° et 18°.

Dans un contexte concurrentiel marqué par la transition énergétique et la révolution digitale, l’innovation permet de répondre aux enjeux de demain, notamment en matière de radioprotection, de valorisation des déchets et de compétitivité. Le nucléaire, du fait de son importance stratégique, était historiquement un secteur relativement fermé. L’industrie s’est ouverte à un écosystème plus vaste pour faire face à la complexité des systèmes technologiques dont la maîtrise requiert un champ disciplinaire de plus en plus large. De surcroît, l’ouverture à de nouveaux acteurs augmente les chances de trouver les bonnes solutions dans un délai qui est de plus en plus court.

L'incinération avec valorisation énergétique est une des voies de traitements majoritaire pour les déchets municipaux. Les résidus et émissions générés par combustion, de manière générale, présentent un risque environnemental et sanitaire. L'évolution constante de la réglementation tend à encadre de plus en plus strictement les émissions, en étendant les normes à de nouvelles substances et à des seuils d'émission de plus en plus bas. Cette évolution n'est possible que par l'évolution des instruments de mesure. La spectroscopie THz haute résolution offre l'avantage de pouvoir détecter un grand nombre de composés polaires à l'état de traces, avec une sélectivité exceptionnelle permettant une détection non ambigüe sans information préalable quant à l'échantillon considéré. Ses avantages en font une alternative très intéressante et complémentaire au regard des techniques développées actuellement. Ces travaux de thèse avaient pour objectif de démontrer et d'évaluer la capacité de la spectroscopie THz à être utilisée comme instrument de diagnostic et de surveillance en temps réel sur site industriel de composés d'intérêt environnemental. Le CVE de la Communauté Urbaine de Dunkerque s'est proposé pour relever ce challenge. Un spectromètre, basé sur l'utilisation d'une chaîne de multiplication de fréquence a été développé, permettant la détection de la majorité des composés réglementés en incinération de déchets, sur la seule bande de fréquence de 530-620 GHz couverte par un même étage. Les limites de détection obtenues sont compatibles avec les valeurs limites d'émission réglementaires. L'installation de l'instrument sur site a permis de démontrer la capacité de la spectroscopie THz à réaliser un suivi quantitatif multi-composés in-situ en temps réel. Des mesures continues de SO₂ et CO sur plus de 24 heures ont été réalisées au CVE et la comparaison des résultats avec ceux de deux instruments InfraRouge certifiés (un système de mesure automatisé et un analyseur portable) montre un excellent accord. A noter qu'un modèle de profil de raie modulé en fréquence a été développé dans le but d'une quantification relative en temps réel sans recours à des standards de calibrage. Afin d'augmenter la sensibilité de l'instrument, la technique de préconcentration a été couplée au spectromètre THz. Des mesures ont été réalisées sur temps complets d'échantillonnage et d'analyse n'excédant pas la dizaine de minutes, permettant de mesurer différents COVs dans les émissions atmosphériques du CVE tels que le formaldéhyde, le méthanol et l'acétone, à des concentrations sub-ppm. Nous avons démontré ainsi la capacité de la spectroscopie THz à détecter individuellement et discriminer les COVs de manière semi-continue sur site. Ainsi, l'utilisation d'un tel instrument peut être envisagée pour des mesures process, à l'émission, ainsi que pour des applications en environnement et à l'air ambiant
Incineration with energy recovery is one of the main treatment methods for municipal waste. The residues and emissions generated by combustion generally present an environmental and health risk. The constant evolution of regulations is tending to control emissions more and more strictly, by extending standards to new substances and lower and lower emission thresholds. This development is only possible thanks to the development of measuring instruments. High-resolution THz spectroscopy offers the advantage to detect a large number of polar compounds at trace level, with exceptional selectivity enabling unambiguous detection without any prior information about the sample. These advantages make it a very interesting and complementary alternative to currently developed techniques. The aim of this thesis work was to demonstrate and evaluate the capacity of THz spectroscopy to be used as an instrument for real-time diagnosis and monitoring of compounds of environmental interest on industrial sites. The CVE of the Dunkirk Urban Community offered to take up this challenge. A spectrometer based on the use of a frequency multiplication chain has been developed, enabling the detection of most of the compounds regulated in waste incineration, in the single frequency band of 530-620 GHz covered by a single stage. The detection limits obtained are compatible with regulatory emission limit values. The installation of the instrument on site demonstrated the ability of spectroscopy to carry out real-time quantitative multi-component in-situ monitoring. Continuous measurements of SO₂ and CO over more than 24 hours were carried out at the CVE and comparison of the results with those of two certified infrared instruments (an automated measurement system and a portable analyser) showed excellent agreement. It should be noted that a frequency-modulated line profile model has been developed for the purpose of real-time relative quantification without recourse to calibration standards. To increase the instrument's sensitivity, the preconcentration technique was coupled to the spectrometer. Measurements were carried out over complete sampling and analysis times of no more than ten minutes, making it possible to measure various COVs in atmospheric emissions from the CVE, such as formaldehyde, methanol and acetone, at sub-ppm concentrations. We have thus demonstrated the ability of THz spectroscopy to individually detect and discriminate COVs semi-continuously on site. Such an instrument could therefore be used for process and emission measurements, as well as for environmental and ambient air applications

L'objectif de la recherche est de préciser dans quelle mesure la valorisation énergétique de déchets de bois peut être envisagée par pyrolyse étagée qui peut permettre de réduire le volume d'un effluent à traiter contrairement à la combustion directe ou la gazéification qui nécessitent un traitement de la totalité de l'effluent gazeux. La valorisation par pyrolyse est examinée sur trois déchets : un bois recouvert de résine urée-formol, un bois imprégné de créosote et un bois imprégné d'une solution saline à base de cuivre, chrome, arsenic. Pour ces trois types de déchets la pyrolyse étagée parait être la meilleure voie de valorisation. En effet, la créosote peut être totalement évaporée à 280°C alors que le taux de dégradation du bois reste inférieur à 10%. De même à 280°C, la résine UF peut être dégradée à plus de 90% avec un taux de gazéification de l'azote organique supérieur à 70%. Enfin en opérant à 400°C, il est possible de gazéifier le bois à plus de 60% tout en maintenant les trois éléments CU, CR, AS au sein du résidu solide. En définitive, la pyrolyse étagée est la voie de valorisation énergétique optimale d'un dêchet de bois à condition qu'il puisse être trié et que la température optimale de dégradation soit sensiblement extérieure au domaine de température de dégradation du bois.

En France chaque année, deux millions de véhicules sont retirés de la circulation et doivent être éliminés. Quatre-vingt pour-cent d'entre eux le sont dans un centre de broyage. L'élimination d'une épave automobile génère, après récupération de l'acier et des métaux non ferreux, une quantité de matière non recyclable représentant environ vingt-cinq pour-cent de sa masse : les résidus de broyage automobile (R. B. A. ). Ces matériaux, constitués essentiellement de plastiques et de caoutchoucs, sont pour l'instant déposés en décharge. D'autres voies d'élimination sont à l'étude; parmi celles-ci, on note l'incinération. Elle présente l'avantage de diminuer considérablement le volume à mettre en décharge par obtention d'un mâchefer d'encombrement moindre. En outre, il est toujours possible d'envisager une récupération énergétique par le chauffage de zones urbaines ou de collectivité (les R. B. A. Seraient incinérés à 850°C dans des installations type U. I. O. M. ) ou par l'entretien des hautes températures (plus de 1100°C) régnant dans les fours de cimenterie. Une caractérisation physico-chimique des R. B. A. A permis de démontrer que leur incinération répondait bien aux attentes en production d'énergie et gain de volume, et de déterminer leurs teneurs en métaux lourds et en chlore. L’analyse des principaux effluents gazeux émis lors de leur incinération à deux températures (850 et 1100°C) a complété cette étude. Divers polluants ont ainsi été suivis : les oxydes de carbone, les oxydes d'azote, le dioxyde de soufre, les acides chlorhydrique et cyanhydrique, le sulfure d'hydrogène et les composés organiques volatils (C. O. V. )

Avec un parc automobile de 23 à 25 millions de véhicules, la France doit faire face à l'élimination d'environ 2 millions d'épaves par an. Après leur broyage, des tris successifs permettent de séparer les parties métalliques, recyclables, d'un résidu constitué essentiellement de plastiques et de caoutchoucs. Celui-ci est actuellement mis en décharge (350 à 400 kt/an). La législation concernant les décharges devenant plus restrictive, d'autres voies d'élimination des résidus de broyage automobile (R. B. A. ) sont à l'étude. La valorisation énergétique en est une et a fait l'objet de ces travaux. La caractérisation physico-chimique des R. B. A. A mis en évidence la présence de métaux en quantités importantes. Le but de ce travail était ainsi l'étude du devenir de certains métaux lors de la dégradation thermique des R. B. A. . Cinq métaux cibles ont été choisis: le baryum, le cuivre, le plomb, l'étain et le zinc. Les essais ont porté sur différents échantillons: du PVC chargé en métaux, des matériaux modèles constituants des R. B. A. (mastic de type PVC, mastic polyuréthanne, poudrette de pneus) puis les R. B. A. Eux mêmes. Une étude théorique parallèle a montré que la teneur en chlore est un facteur déterminant sur la volatilité des métaux étudiés

Le biogaz est une source d’énergie renouvelable, dont le potentiel est insuffisamment valorisé à l’heure actuelle. Avant toute valorisation énergétique, des traitements épuratoires coûteux (e.g. adsorption par des charbons actifs imprégnés, CAI) sont nécessaires, limitant la rentabilité économique. Un intérêt vers le développement de procédés de traitement « bon marché » est mis en évidence au travers d’études, la plupart à l’échelle du laboratoire, basées sur l’utilisation de déchets/sous-produits. Nous avons ainsi réalisé une étude de faisabilité d’un procédé d’élimination d’H2S, composé très corrosif et toxique, par des Mâchefers d’Incinération de Déchets Non Dangereux (MIDND). Une unité pilote a été installée sur la plateforme de valorisation de biogaz d’une installation de stockage de déchets non dangereux. Des essais à petite échelle (500 g) ont permis le screening de 6 différents MIDND et l’identification des paramètres influents sur le traitement d’H2S. Le transfert d’échelle (10 kg), ainsi que des conditions opératoires optimisées, ont permis d’obtenir une capacité d’adsorption des MIDND supérieure à 200 gH2S/kgMS, proche de celle de certains adsorbants commerciaux. Ce travail expérimental a été complété par un questionnement scientifique sur les mécanismes de rétention d’H2S. Un panel de techniques analytiques a permis de caractériser la matrice (avant et après traitement), de réaliser les bilans de soufre et d’identifier sa spéciation. Le mécanisme proposé repose majoritairement sur l’oxydation catalytique d’H2S en soufre élémentaire dans un contexte physico-chimique adéquat (humidité, pH, porosité, présence d’O2 et de métaux). L’intérêt économique de la mise en œuvre industrielle du procédé de désulfuration avec des MIDND a été démontré, avec une réduction conséquente des coûts de traitement par rapport à l’utilisation de CAI. Ce travail montre également l’intérêt environnemental d’un tel procédé qui entre parfaitement dans le cadre de l’économie circulaire
Biogas is a renewable energy source, which potential is still under-evaluated. Before any energy production from biogas, costly purification treatments (e.g. adsorption by impregnated activated carbons, IAC) are necessary, limiting the economic profitability. An increasing interest in the development of "low-cost" treatments based on the use of waste/by-products is shown by several studies, most of all by tests at laboratory scale. Thus, a feasibility study of the use of Municipal Solid Waste Incineration (MSWI) Bottom ash (BA) for the removal of H2S, a very corrosive and toxic compound in biogas, has been carried out in this thesis. An experimental pilot was installed on an energy recovery plant from biogas produced in a landfill (non-hazardous waste). Small-scale trials (500 g) allowed the screening of 6 different BAs and the identification of key parameters of the desulfurization. The transfer to a bigger scale reactor (10 kg), as well as the optimized operating conditions, enabled to obtain an adsorption capacity higher than 200 gH2S/kgdy BA, similar to that of some commercial adsorbents. The on-site experimental study has been completed by a scientific investigation on the mechanisms involved on the H2S retention by BA. Several analytical techniques were used to characterize the material before and after the biogas treatment, to carry out the sulfur mass balances and to identify its chemical speciation. The proposed mechanism relies predominantly on the catalytic oxidation of H2S to elemental sulfur, in an adequate physicochemical context (moisture, pH, porosity, O2 and metal oxides). The economic benefit of an industrial implementation of the desulfurization treatment with MIDND has been demonstrated. The operational costs are reduced compared to a treatment with IAC. The environmental value of such a treatment is also shown and fits perfectly into a circular economy framework

Cette étude concerne la valorisation du dioxyde de carbone par le procédé de méthanation. Elle vise à mettre au point des catalyseurs efficaces pour cette réaction. L'espèce active est le nickel métallique. Différents supports ont été étudiés tels que SiO₂, Al₂O₃, MgO, Y₂O₃ et CeO₂. Ces catalyseurs ont été préparés par la méthode d'imprégnation à sec. Dans un premier temps, les différents catalyseurs ont été caractérisés par différentes techniques physico-chimiques dont la Diffraction des Rayons X (DRX), la Réduction en Température Programmée (RTP-H₂), la Désorption en Température Programmée (DTP-CO₂), l'Adsorption d'Azote (méthode BET) et la Chimisorption d'Hydrogène. Dans un deuxième temps, les différents catalyseurs ainsi préparés ont été testés dans la réaction de méthanation du CO₂. Le catalyseur Ni/CeO₂ présente les meilleures performances catalytiques, parmi les systèmes étudiés. L'ajout du ruthénium améliore l'activité catalytique et la stabilité des catalyseurs. Le catalyseur Ru(0,5%)-Ni(5%)/CeO₂ est le plus performant, il présente une bonne activité catalytique et une bonne stabilité même pour une pression de 10 bar. Ceci le rend plus avantageux pour une application industrielle
This study concerns the valorization of carbon dioxide by the methanation process. It aims to develop effectiv catalysts for this reaction. The active species is metallic nickel. Different supports have been studied such as SiO₂, Al₂O₃, MgO, Y₂O₃ and CeO₂. These catalysts were prepared by the dry impregnation method. Initially, the different catalysts were characterized by different physicochemical techniques including X-ray Diffraction (XRD), Temperature Programmed Reduction (TPR-H₂), Temperature Programmed Desorption (TPD-CO₂), nitrogen adsorption (BET method) and hydrogen chemisorption. In a second step, the various catalysts thus prepared were tested in the CO₂ methanation reaction. The Ni/CeO₂ catalysts has the best catalytic performance, among the systems studied. The addition of ruthenium improves the catalytic activity and the stability of the catalysts. The catalyst Ru(0.5%)-Ni(5%)/CeO₂ is the most efficient, it has good catalytic activity and good stability even as a pressure of 10 bar. This makes it advantageous for an industrial application

La consommation continue de matières plastiques a conduit, jusqu’à 2015, à l'accumulation de 6,3 milliards de tonnes de déchets plastiques. En Europe, le recyclage des plastiques ramassés ne dépasse pas les 30% pour des raisons logistiques et économiques liées à cette filière. La valorisation énergétique de ces déchets, non valables pour le recyclage, est alors préférée aux autres modes de gestion. L’incinération étant controversée pour son bilan énergétique et environnemental, d’autres moyens de valorisation tels que la pyrolyse sont privilégiés. Les travaux de recherche menés dans cette thèse ont été focalisés sur la pyrolyse des polyoléfines, le polyéthylène (PE) et le polypropylène (PP), en raison de leur forte présence dans les déchets plastiques municipaux. L’influence de la zéolithe Ultrastable Y (USY) sur la pyrolyse du PP et du PE, récupérés d’une déchèterie, a été étudiée par une analyse thermogravimétrique (ATG) puis sur un réacteur en batch à lit fixe et un réacteur continu. L’étude cinétique dedécomposition thermique des mélanges de PP et de PE a été réalisée, les paramètres cinétiques ont été déterminés et les interactions entre les différents composants du mélange ont été analysées. La quantité de zéolithe a été optimisée et le rapport catalyseur/plastique de 1:10 a été adopté durant les essais expérimentaux. L’utilisation de l’USY comme catalyseur a conduit à une distribution plus ciblée de composés et des temps de réaction plus courts. Les liquides de pyrolyse obtenus ont été séparés en différentes fractions de carburants compatibles avec les normes Européennes EN 590 et EN 228. Afin de réduire le coût de production de ces carburants, une étude de régénération du catalyseur a été menée et a montré que son niveau d’activité a diminué au bout de 14 cycles de régénération. A la fin de la thèse, un bilan d’énergie et de masse du procédé a été effectué puis les perspectives d’amélioration sont présentées afin de transposer l’étude à l’échelle industrielle
Continuous consumption of plastics led, until 2015, to the accumulation of 6.3 billion tons of plastic waste. In Europe, the recycling of collected plastics does not exceed 30% for logistical and economic reasons related to this sector. The energy recoveryof this waste, which is not valid for recycling, is then preferred to other management methods. Incineration is controversial for its energy and environmental balance; other means of recovery such as pyrolysis are preferred. The research carried out in this thesis focused on the pyrolysis of polyolefins, polyethylene (PE) and polypropylene (PP), because of their strong presence in municipal plastic waste. The influence of the ultrastable Y zeolite (USY) on the pyrolysis of PP and PE, recovered from a waste collection center, was studied by thermogravimetric analysis (TGA) and then on a fixed bed batch reactor and a continuous reactor. The kinetic study of thermal decomposition of the PP and PE mixtures was carried out, the kinetic parameters were determined and the interactions between the various components of the mixture were analyzed. The amount of zeolite was optimized and the catalyst/plastic ratio of 1:10 was adopted during the experimental tests. The use of USY as a catalyst has led to a more targeted distribution of compounds and shorter reaction times. The pyrolysis liquids obtained were separated into different fuel fractions compatible with the European standards EN 590 and EN 228. In order to reduce the production cost of these fuels, a catalystregeneration study was conducted and showed that its activity level decreased after 14 cycles of regeneration. At the end of the thesis, an energy and mass balance of the process was carried out and the prospects for improvement are presented in order to transpose the study on an industrial scale

La gestion et l'évaluation des possibilités de valorisation des sources d'énergie renouvelable nécessite de faire appel à des outils d'aide à la décision, capables de reproduire le cheminement logique suivi par les spécialistes de l'exploitation de ces sources. Les travaux présentés concernent le développement d'un nouveau système expert, utilisé comme support de décision pour l'intégration de sources d'énergie renouvelable dans les réseaux européens de production d'électricité. Les technologies de valorisation énergétique concernées sont : les centrales solaires photovoltai͏̈ques et thermodynamiques, les systèmes éoliens, les centrales mini-hydrauliques et les procédés de traitement et de valorisation de la biomasse et des déchets. Ce travail présente plus spécifiquement le cas de la valorisation des déchets et de la biomasse. Une forte interactivité, un aspect prévisionnel et des possibilités d'évolution de l'outil sont les objectifs principaux. Son domaine d'application est défini du niveau local jusqu'à la taille d'une région de 40000 km2. Deux niveaux d'analyse sont considérées : l'analyse technologique et l'analyse environnementale. Le potentiel de valorisation de ces sources renouvelables est inventorié et défini en utilisant un Système d'Information Géographique (SIG) sur lequel sont stockées des données relatives à la région d'étude. Une base de données sur les caractéristiques opérationnelles par défaut des ressources a été créée permettant un niveau d'information de l'utilisateur minimal. La connaissance des valeurs des paramètres opérationnels permet de créer des scénarios de gestion et de valorisation énergétique des déchets et de la biomasse en introduisant des seuils sélectifs sur ces paramètres. Les différents scénarios, développés sur une région, peuvent être évalués en estimant, à partir de la méthodologie proposée, les impacts sur l'environnement

Les charbons actifs sont des matières carbonées ayant subi un traitement chimique et/ou physique spécifique leur conférant une porosité très développée, et par conséquent un certain pouvoir adsorbant. Le modèle industriel de production de charbons actifs passe nécessairement par une phase dite d'activation qui demande un investissement lourd engendré non seulement par la complexité des installations mais aussi par la spécificité des procédés. L’étude consiste à utiliser des matières premières peu onéreuses (résidus d'exploitations agricoles, taillis à courte rotation) pour la production de charbons ayant des propriétés requises pour une application en traitement d'eau usée et cela sans recours aux procédés d'activation. Afin de palier à une moindre efficacité par rapport aux charbons actifs commerciaux et dans un souci de rendre la filière bien plus attractive, la faisabilité de la dégradation thermique des polluants, associée à celle d'une récupération de l'énergie des charbons ont été étudiées. Des charbons végétaux sont produits par pyrolyse conventionnelle simple. Une étude de l'influence des paramètres de traitement a été réalisée, en vue d'une maximisation de la capacité des produits à adsorber des polluants aqueux. Le pouvoir adsorbant de ces matières carbonées activées (MCA) obtenues, est caractérisé par la surface spécifique et les indices (d'adsorption) d'iode et de bleu de méthylène. Des tests d'abattement de polluants modèles ou réels ont permis d'estimer les performances des MCA en dépollution d'effluents réels. Les résultats obtenus montrent que les charbons de bois, produits par pyrolyse conventionnelle ont des performances approximativement moitié de celles des charbons actifs commerciaux destinés au traitement en milieu aqueux. La co-valorisation par combustion des MCA consiste à incinérer les polluants pièges via un mélange tri-phasique solide/liquide/gaz (mousse chargée en charbon pollué). L'énergie ainsi générée peut être utilisée à d'autres fins. Les essais réalisés dans ce sens ont permis d'atteindre des niveaux élevés de solide dans la mousse et une destruction quasi-totale des polluants adsorbés. Les approches économiques réalisées à partir d'étude de cas réels, aussi bien pour la production que pour l'utilisation des MCA (en dépollution et génération d'énergie), affichent des résultats prometteurs.

Les déchets renferment de grandes quantités d’énergie aussi bien directe qu’indirecte. Les déchets ménagers incinérés chaque année en Suisse représentent une valeur énergétique de quelque 60 pétajoules. L’énergie qui en est directement tirée couvre environ 4 % des besoins en énergie finale. Le plus gros potentiel en matière de gestion des déchets réside cependant dans le recyclage des matériaux, afin de leur donner une seconde vie et d’éviter ainsi indirectement la production énergivore de matières premières Pour optimiser la contribution de la gestion des déchets à la transition énergétique, il s’agit dans un premier temps d’améliorer la transparence et la documentation des flux de matières et d’argent et, sur cette base, de hiérarchiser l’impact énergétique des diverses solutions de valorisation et d’élimination. Les catégories de déchets identifiées comme ayant le plus grand potentiel d’amélioration sont le papier, le carton ainsi que le plastique. En ce qui concerne le papier et le carton, les énormes quantités traitées promettent des résultats significatifs. À l’exception des bouteilles en PET, le tri sélectif des plastiques usagés demeure encore peu développé. Un potentiel d’optimisation notable a également été identifié au niveau de l’efficacité énergétique des usines d’incinération. Pour permettre une utilisation plus efficace de la chaleur générée par les usines d’incinération d’ordures ménagère (UIOM), les consommateurs de vapeur et d’énergie thermique doivent toutefois être implantés à proximité. Un facteur décisif pour progresser vers une gestion des déchets plus efficace sur le plan énergétique est la collaboration entre les nombreux acteurs du secteur à l’échelle fédérale. Ceux-ci doivent d’une part mieux s’organiser tout au long de la chaîne de création de valeur et d’autre part tirer profit de la marge de manœuvre que procure la souplesse du fédéralisme pour tester différentes approches.