Du cristal au plomb jusqu’aux déchets domestiques

La gestion des déchets ménagers en France ne date pas d’aujourd’hui, c’est une préoccupation qui date de plusieurs centaines d’années. Ceci peut prendre son origine, en 1506, quand Louis XII décide d’instaurer une nouvelle taxe (appelée « taxe des boues et des lanternes ») pour couvrir les frais du ramassage des ordures et leur évacuation. Suite à cela, plusieurs mesures ont été prises afin d’organiser la gestion des déchets jusqu’à l’invention de la « poubelle » en 1883. La poubelle vient du nom d’Eugène Poubelle (préfet de la Seine à l’époque) qui a imposé l’utilisation d’un récipient pour collecter les ordures ménagères. Avec la succession des années et l’évolution des modes de consommation, la réduction du volume des déchets produits par les ménages est sans nul doute un défi du présent et du futur.

L’incinération se présente comme une solution majeure dans le traitement des déchets ménagers dans les prochaines années. Ainsi, via son parc composé de 129 UIOM (Usine d’Incinération des Ordures Ménagères) en 2010 (ADEME. 2012), la France se situe au 7ème rang européen pour la place qu’occupe l’incinération dans le traitement des ordures ménagères.

Une description simplifiée d’une UIOM peut être résumée en trois principaux compartiments : un four pour la combustion, une chaudière pour la récupération de la chaleur et un système de traitement des fumées. Chaque partie a une utilité bien déterminée. Le four correspond à l’incinération au sens propre du terme et par conséquent la réduction des déchets. La chaudière permet de valoriser la chaleur produite en énergie (électricité et/ou chauffage urbain). Enfin, le système de traitement des fumées permet la filtration des fumées pour limiter la pollution de l’air.

Lors du processus d’incinération, toutes les étapes sont importantes. L’ensemble des données est collecté via un suivi informatique. Ce suivi informatique permet de connaitre le tonnage par produit et par transporteur ainsi que par commune afin d’établir la facturation. Cette facturation est importante pour les communes afin d’être inclus dans la taxe d’habitation. C’est pourquoi, les camions se placent sur un pont bascule à l’entrée de l’usine afin de déterminer le tonnage avant et après le déchargement.

Suite au pesage, les camions déchargent les ordures ménagères ainsi que les refus de tri (les ordures qui ne peuvent pas être recyclées) dans une fosse profonde de stockage. Suite à cela, les déchets sont brassés par un grappin pour mélanger les ordures, puis ils sont transférés dans le four pour être incinérés.

Suite à la combustion et suivant le principe de toute installation électrique (gaz, nucléaire, etc.), la chaleur obtenue fait chauffer l’eau dans la tuyauterie et la transforme en vapeur. Ensuite, grâce à des pompes sous pression, la vapeur est envoyée vers des turboalternateurs pour produire de l’électricité. Enfin, la vapeur est récupérée et condensée pour être de nouveau injectée dans le circuit. Dans certains cas, une partie de la vapeur est dirigée vers le réseau de chauffage urbain. Ainsi, une première partie de valorisation des déchets est bouclée.

Bien qu’elle permette la valorisation énergétique via la production électrique, l’incinération génère aussi des sous-produits. Ces sous-produits se répartissent en deux catégories : la première catégorie correspond aux résidus qui ont résisté à la combustion et qu’on appelle les MIOM (Mâchefers d’Incinérations des Ordures Ménagères) ; la deuxième catégorie est celle citée juste au-dessus et correspond aux REFIOM.

MIOM
En termes de quantité, les mâchefers présentent la majeure partie des sous-produits de l’incinération. Ainsi, pour une tonne de déchets incinérés, on obtient entre 200 et 250 Kg de mâchefers. Grâce à un champ magnétique, on extrait du mâchefer le maximum de ferrailles qui seront recyclées par la suite. Une fois la ferraille extraite, s’il ne contient pas de quantités intolérables de métaux lourds (Pb, Cd, Cu, Ni,…), le mâchefer sera utilisé comme souscouche routière ou bien comme matériau de comblement. Dans le cas contraire, ils sont placés dans des CSD 2 (Centre de Stockage de Déchets de classe 2).

REFIOM
Même si leurs quantités sont moins importantes (environ 30 Kg par tonne de déchets incinérés), les REFIOM présentent le point faible de l’incinération. Par leur haute toxicité et même s’ils sont stabilisés sous forme de béton, ils nécessitent un stockage spécifique. Ce stockage est coûteux et doit être toujours surveillé. La composition des REFIOM est très variée, mais ils contiennent des produits de base pour la fabrication de verre (silice, alumine…). Donc, une stabilisation des éléments toxiques tels que Pb et Cd peut être envisagée via la vitrification et ainsi valoriser ce type de déchets.

La vitrification des déchets est bien connue pour la stabilisation des déchets radioactifs ultimes issus du traitement du combustible usé dans l’industrie nucléaire. Si la vitrification des déchets radioactifs est déjà industrialisée depuis 1978, la vitrification des REFIOM est toujours au stade recherche. Ainsi, une étude préliminaire du comportement du Pb dans des matrices vitreuses, est primordiale.

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Table des matières

Introduction
I. Contexte de l’étude et état de l’art
I.1 Contexte de l’étude
I.1.1 L’incinération : fonctionnement et sous-produits
I.1.1.1 Fonctionnement d’une UIOM
I.1.1.2 Les sous-produits de l’incinération
I.1.2 Le plomb (Pb)
I.1.2.1 Structure et propriétés de l’atome de plomb
I.1.2.2 La toxicité du plomb et ses effets biologiques
I.1.3 La réglementation REACH
I.1.4 L’utilisation du plomb dans les verres
I.2 Etat de l’art
I.2.1 Le verre
I.2.2 L’état vitreux
I.2.3 Les verres d’oxydes
I.2.3.1 Réseau aléatoire et classifications d’oxydes
I.2.3.2 Les verres silicatés
I.2.3.3 Les verres d’oxydes aluminosilicatés
I.2.4 Les verres de silicates de plomb
I.2.4.1 Revue de Rabinovich (avant 1976)
I.2.4.2 Évolution des connaissances depuis Rabinovich (après 1976)
I.2.5 Les verres d’aluminosilicates de plomb et les verres de silicates de calcium et de plomb
Conclusion de l’étude bibliographique
II. Méthodologie expérimentale
II.1 Choix des compositions étudiées
II.2 Elaboration des verres
II.2.1 Les silicates de plomb (PbO-SiO2)
II.2.2 Les aluminosilicates de plomb (PbO-Al2O3-SiO2)
II.2.3 Les silicates de calcium et de plomb (PbO-CaO-SiO2)
II.3 Elaboration des vitrocéramiques
II.4 Techniques expérimentales de caractérisation
III. Etude des verres de silicate de plomb
III.1 Introduction
III.2 Structure et propriétés de verres silicates et silicates fondus à base de plomb dans le système binaire PbO-SiO2.
III.3 Données complémentaires
III.3.1 RAMAN
III.3.2 Diffraction des rayons-X
III.3.3 XANES
Conclusion