La valorisation énergétique

Je vais vous présenter les procédés de valorisation énergétique, et comment ils sont utilisés en France. Ce sera un peu plus long que la moyenne de mes articles, mais vu le sujet ça me paraissait nécessaire.

Pour précision, la plupart des chiffres de cet article viennent de l’ADEME. Petit point sur l’évolution du % des déchets ménagers par type de traitement avant d’attaquer le sujet. Et une infographie représentant la destination de tous les déchets produits (ménages, entreprises et construction).

Les infographies de l’ADEME sont très bien faites (voir source ici)

La valorisation énergétique est un processus de traitement des déchets permettant de les valoriser sous la forme de chaleur, énergie ou carburant (et oui !).

Il y a plusieurs sources de déchets qui peuvent être utilisés dans les différents procédés de valorisation énergétiques :

  1. Les déchets non triés : les déchets ménagers non dangereux (poubelle verte) et certains déchets issus de déchetteries;
  2. La biomasse : déchets issus de l’agriculture par exemple;
  3. Les combustibles solides de récupération (CSR). Ils sont issus du tri sélectif des déchets et des déchetteries. Ils sont constitués généralement de bois, papiers, plastiques et carton.

Une fois la fraction recyclable des déchets récupérée, des lots de déchets solides sont préparés par potentiel énergétique (PCI : pouvoir calorifique inférieur) pour être incinérés. Ils permettront de générer de la chaleur ou de l’électricité en remplacement de l’énergie fossile. Les déchets sont pré-broyés, les résidus métalliques, chlorés et inertes retirés via des étapes de tri. Les CSR de haute qualité sont utilisés pour les cimenteries. Les autres pour alimenter des chaudières spécifiques. Ce sont des combustibles secs et propres.

(image Paprec).

C’est une valorisation énergétique optimisée. Le PCI est le minimum d’énergie généré par kg de matériau incinéré (Mj/kg). Ex : les plastiques ont un PCI de 24 à 41 Mj/kg, 21 pour le bois Point réglementation : les CSR sont définis par l’Art. R 541-8-1 du Code de l’Environnement.

Côté valorisation énergétique par traitement thermique, on retrouve plusieurs procédés qui permettent de générer de la chaleur ou de l’énergie (via turboalternateur) ou les deux (cogénération) ou bien encore des gaz de synthèse (Syngas). Je précise que ces procédés peuvent avoir des phases un peu différentes ou des paramètres (températures par exemple) différents en fonction de l’installation et du procédé utilisé.

1/ La pyrolyse : C’est un procédé qui est réalisé en l’absence ou milieu pauvre en agent oxydant (ex : oxygène). Ce procédé permet la décomposition des déchets organiques avec l’augmentation de la température. En fonction du type de déchet et de la température, les produits de cette dégradation seront bien spécifiques. Une pyrolyse à faible température (300-400°C) et vitesse faible permettra de créer des résidus solides (coke ou charbon) et des gaz. A haute température (500-650°C) et vitesse élevée, la pyrolyse permet de fabriquer des gaz et une fraction liquide qui va permettre de synthétiser des biocarburants. Ce procédé est surtout utilisé pour le traitement des résidus agricoles, mais également des CSR.

2/ la gazéification : Elle permet de fabriquer du gaz combustible à partir de solides carbonés : bois, matières plastiques… et les CSR. Les déchets sont séchés puis une pyrolyse maîtrisée est appliquée (atmosphère pauvre ou sans agent oxydant) à des températures supérieures à 300°C.

Les matières carbonées commencent à se décomposer sous la forme de gaz et de résidus solides (coke). L’étape suivante est la combustion avec présence d’un agent oxydant qui va modifier les matières volatiles et générer de l’énergie. Finalement, la gazéification (autour de 1000°C): réactions thermochimiques qui va convertir le carbone solide (coke) par les gaz formés lors de l’étape précédente, en gaz combustible riche en monoxyde de carbone et hydrogène (Gaz de synthèse ou Syngas) (source ici).

Les procédés de pyrolyse et de gazéification ne sont pas aussi développés que l’incinération. Il y a quelques réalisations industrielles en France, mais la plupart sont encore au stade de pilote. Ils devraient se développer ces prochaines années pour atteindre l’objectif de réduire l’utilisation d’énergie fossile. Il y a également la nécessité de générer des CSR, ce qui implique un meilleur tri. Mais avec le développement de l’éco-conception, il devrait y avoir moins de refus côté centres de tri, moins de CSR et ces procédés auront moins d’intérêt économique. Donc avec le tri de tous les plastiques dans la poubelle jaune, il y aura un pic de production de CSR puis une chute associée à l’effet cumulé de l’éco-conception de la réutilisation des matériaux et de la réduction des déchets.

3/ L’incinération : c’est un procédé qui est réalisé sous air où les déchets industriels ou ménagers sont brûlés pour en récupérer de l’énergie. Elle peut aussi ne pas permettre la récupération d’énergie. Le cycle de combustion est d’une heure dans un four, avec palier de températures permettant successivement : le séchage, la combustion et l’extinction des matières solides résiduelles. L’incinération est réalisée à 1000°C . Elle génère des fumées et des résidus solides appelés mâchefers.

Petit schéma bien fait par Savoie Déchets. Si vous voulez des détails ils ont des schémas très bien faits sur l’incinération ici.

La finalité des mâchefers va dépendre de la quantité de polluants présents (métaux lourds, furane, dioxines). Si les quantités de polluants sont faibles ils pourront être valorisés en sous-couche de chaussées. Sinon, ils seront enfouis (image Futura Planète).

Les fumées contiennent des polluants qui sont traités : poussières traitées par des filtres, gaz acides neutralisés, métaux lourds.

Point réglementaire : La valorisation énergétique par incinération de déchets non dangereux est définie dans l’article 33-2 de l’arrêté du 20 septembre 2002 modifié. La réglementation sur les rejets associés à la valorisation énergétique par incinération évolue régulièrement. Ces dernières années, il y a eu de nombreuses contraintes qui ont poussé à la fermeture d’anciennes installations et à la création de nouvelles, plus performantes.

Lorsque le rendement des installations est faible, même si celle-ci produit effectivement de l’énergie, elle n’est pas comptabilisée comme valorisation énergétique dans ce cas, mais d’opération d’élimination.

La valorisation énergétique reste un atout, associée aux autres types de valorisation (matière, chimique) elle permet d’éviter la mise en décharge et l’utilisation d’énergie fossile (cas des CSR). Aujourd’hui, environ 32% des déchets ménagers sont valorisés par incinération avec production d’énergie (1% sans production d’énergie).

Bilan environnemental : l’impact environnemental de la valorisation énergétique dépend du contexte dans lequel elle est utilisé (remplacement d’énergie fossile ?), de la modernité des installations, de la nature des déchets qui conditionnent l’efficacité du procédé et la qualité du traitement des produits secondaires (fumées, résidus solides et liquides).

Son principal avantage est la réduction de l’utilisation d’énergie fossile et du volume des déchets. Son principal inconvénient est l’émission de fumées qui dépend des installations.

J’espère que cet article aura répondu à vos questions. Il a été compliqué pour moi de le faire parce que le procédé n’est pas si simple et je ne voulais entrer dans le détail des réactions chimiques (j’en aurai perdu beaucoup) mais si vous avez des questions, n’hésitez pas !

Petit lien vers le Thread Twitter :

https://twitter.com/Kako_line/status/1154439945060331521?s=20

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