Gestion des matières résiduelles

Historique de la gestion des matières résiduelles¸

Aussi loin que les années 8000 av. J.-C, quand l’être humain a abandonné le mode de vie nomade, les sédentaires ont appris à se débarrasser de leurs déchets loin de leur village. Dans le temps, les déchets étaient principalement des restes de nourritures, des coquilles, des os ou des articles ménagers. Le but principal à cette époque était d’une part de minimiser les odeurs nauséabondes, et d’autre part d’éloigner les vermines et les animaux sauvages (Worrell et Vesilind, 2011). Les déchets étaient transportés à pieds, et chacun transportait ses propres déchets. En Antiquité, les gens collectaient leurs résidus dans des récipients d’argiles, pour ensuite les transporter en vrac à l’aide de chars (Worrell et Vesilind, 2011). Vers 320 av. J.- C, les résidents d’Athènes transportaient leurs déchets à au moins deux kilomètres de la ville, et ce pour respecter un nouveau règlement concernant l’hygiène. Ce dernier étant employé après la création du premier site d’enfouissement dans l’histoire de l’homme moderne (Bilitewski, Härdtle et Marek, 2006). Malgré toutes les mesures préventives, des pandémies, telle que celle du choléra à Londres en 1831, ont certainement contribué aux recherches dans le domaine de la santé. Ainsi, les efforts de plusieurs scientifiques – notamment Thilenius,

Louis Pasteur et Robert Koch – ont permis de montrer que les bactéries et les virus sont à l’origine des maladies. De ce constat, les mesures de santé publique ont reposé sur une collecte et un traitement des déchets visant à minimiser la propagation des maladies (Lemann, 2008). La ville de Londres a inauguré le premier centre d’incinération des déchets municipaux en Europe vers 1870. Ce dernier étant situé à proximité des logements afin de réduire les frais de transport. Dans la décennie qui a suivi, plusieurs autres villes en Angleterre ont construit leurs premières installations d’incinération. Cette filière est devenue le moyen privilégié pour minimiser les problèmes des déchets générés par les activités humaines et se débarrasser des déchets d’une manière peu coûteuse. Cependant, l’incinération a des effets indésirables tels que les cendres et les poussières projetées dans l’atmosphère et qui retombent dans le voisinage des installations.

Ces effets ont engendré des objections de la part des citoyens directement touchés par ces retombées. Une des conséquences de ce phénomène est le syndrome « pas dans ma cour! » (NIMBY – Not in my backyard) (Coalition, 2001). Il s’est avéré nécessaire par la suite de contrôler le processus de gestion des déchets de façon à organiser la collecte et le traitement tout en assignant des responsabilités à chacun des acteurs dans la société. D’où l’apparition de législations dans chaque ville et pays à travers le monde (Worrell et Vesilind, 2011). Au sujet du traitement des déchets, les réglementations en Amérique du Nord et en Europe respectent le principe des 4RV-E (ou 3RV-E4).

Le cycle de collecte des matières résiduelles

Dans un cycle de la collecte des matières résiduelles, des camions de collecte ramassent les ordures et les recyclables du bord de la rue (ou de la déchetterie7) pour ensuite les transporter vers un centre de transfert (Figure 1.2). Une rupture de charge est appliquée sur les masses de déchets afin de les transférer vers des camions de capacité supérieure, et ce dans le but d’économiser les coûts de transport (Montréal, 2005). Subséquemment, les matières recyclables sont dirigées vers des centres de tri, dans lesquels elles sont séparées en métal, verre, plastique et papier. Tandis que les déchets solides ainsi que les refus de tri sont conduits vers des sites d’enfouissement ou des stations d’incinération. Une partie des déchets enfouis ou incinérés est valorisée en énergie (Figure 1.3) à l’aide de procédés de traitement tels que la gazéification, la pyrolyse, l’incinération, etc. (Montréal, 2006). Les matières recyclables triées dans le centre de tri sont par la suite réintroduites comme matières premières dans différents cycles de production. Cette description générale ne s’applique pas nécessairement à tous les produits dans le marché. En effet, dépendamment du mode de collecte sur un territoire et le tri à la source, les produits peuvent suivre des cheminements spécifiques. À titre d’exemple, à Saint-Étienne en France, le verre est trié à la source par les citoyens séparément des autres matières recyclables. Par conséquent, la collecte achemine les contenants de verre directement vers les filières de recyclage ou valorisation sans passer par un centre de tri ou un centre de transbordement (Saint-Étienne, 2010).

La collecte et le transport des résidus domestiques représentent plus de 80% des coûts de la gestion des MR (Davis et Cornwell, 1999). Ce pourcentage élevé se justifie par les grandes distances parcourues sur le territoire desservi, ainsi que le temps nécessaire pour collecter chaque ménage (OSW, 2001). En outre, un véhicule de collecte de 9 tonnes consomme entre 0,5 l. et 1,30 l. de diesel par kilomètre, et effectue des arrêts fréquents devant chaque point de collecte. Par ailleurs, un tel camion exige la présence de deux à trois travailleurs (Corrales, 1996), soit un chauffeur et un ou deux collecteurs. Dans un cycle de collecte des ordures ménagères, les camions compacteurs se déplacent en premier lieu du garage dans lequel ils sont stationnés et entretenus, vers la zone de collecte. Une fois arrivé sur le territoire, le camion s’arrête à chaque point de collecte et les collecteurs ramassent les sacs ou vident les bacs du bord de la rue dans le camion (Figure 1.4). Pour les déchets solides non-recyclables, les camions sont munis d’un système de compactage qui permet de réduire le volume avec un ratio pouvant atteindre 1/8 (180 à 500 kg/m3) (Apaydin et Gonullu, 2007).

Flux du système

Le modèle développé est constitué de flux de matières et d’énergie. Dans une collecte Constructale, les MR forment le flux de matières traversant le système des ménages au centre de transbordement, en passant par les points de décharge. En effet, les collecteurs ramassent les sacs poubelles déposés à chaque arrêt pour ensuite les poser dans le véhicule de collecte. Le véhicule continue sa tournée de collecte en effectuant des arrêts fréquents devant chaque ménage (ou bâtiment) jusqu’à ce qu’il soit rempli. Dès qu’il est rempli, afin de minimiser ou éliminer les distances parcourues, il se décharge dans un véhicule de transport représentant le deuxième niveau et continue par la suite son chemin de collecte. Le véhicule du deuxième niveau fait à son tour un voyage avec quelques arrêts afin de collecter la charge des véhicules du premier niveau. Une fois plein, le véhicule du deuxième niveau transporte sa charge vers le centre de transbordement, et retourne à la zone de collecte pour recommencer un nouveau cycle de transport. Le coût dans un système de collecte représente la résistance de ce système. Comme dans plusieurs flux naturels, pour une performance optimale, le flux de déchets tentera de parcourir le chemin ayant la plus faible résistance.

Le système considéré se définit par la collecte des ménages jusqu’au centre de transfert. Dans une perspective de minimisation des coûts globaux d’un système, le premier niveau, nommé également la surface élémentaire, sera dans cette étude un quartier traversé par une seule rue. La surface est limitée par des logements à droite et à gauche, et par une rue plus large au nord et une autre au sud. La largeur de cette surface est fixée à 72 mètres, selon les mesures d’un quartier résidentiel type de Montréal (Figure 2.1). La longueur optimale de cette surface sera déterminée par le modèle développé à partir de la théorie constructale. Dans la plupart des grandes villes, la collecte des ordures se fait en moyenne tous les deux jours. Le modèle mathématique considère une génération de déchets à chaque intervalle de temps t. L’intervalle affectera donc la quantité de matières générées par personne et récupérées sur un territoire. Par conséquent, un changement de fréquence de collecte implique un changement de quantité collectée. C’est pour cela, que le modèle considère la variable de temps comme étant liée à la fréquence de collecte.

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Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 REVUE DE LA LITTÉRATURE
1.1 Introduction
1.2 Historique de la gestion des matières résiduelles¸
1.2.1 Les 4RV-E
1.2.1.1 Définitions des 4RV-E
1.2.2 La collecte
1.2.3 Le cycle de collecte des matières résiduelles
1.3 Les camions de collecte et leurs impacts
1.3.1 Méthodes d’optimisation de la collecte des matières résiduelles
1.3.1.1 Les règles d’arts et algorithmes de routage de la collecte des matières résiduelles
1.3.2 La capacité des camions de collecte
1.4 Les Systèmes de transport cybernétique
1.5 La Théorie constructale
CHAPITRE 2 MÉTHODOLOGIE
2.1 Modèle mathématique
2.2 Flux du système
2.2.1 Limites du modèle
2.3 Scénarios
2.3.1 Scénario de collecte conventionnelle
2.3.2 Scénario de collecte selon la loi Constructale
CHAPITRE 3 RÉSULTATS
3.1 Définition du système à l’étude et des flux associés
3.1.1 Définition du système
3.1.2 Données de base
3.1.2.1 Données de base pour les phases de collecte et de transport vers un point de décharge
3.1.2.2 Données de base pour la phase de transport
3.1.3 Spécificités territoriales des scénarios de collecte
3.2 Transférabilité de la théorie constructale à la collecte des matières résiduelles
3.2.1 Calcul de K0
3.2.2 Calcul de K1
3.2.3 Calcul de K2
3.2.4 Valeurs préliminaires de K0, K1 et K2
3.2.5 Variation des Ki en fonction de la capacité du camion de collecte
3.3 Collecte suivant la loi Constructale
3.4 Collecte Conventionnelle
3.4.1 Effet de la densité sur la collecte
3.5 Analyse des résultats
CHAPITRE 4 DISCUSSION
4.1 Le modèle et son application
4.1.1 Véhicules alternatifs
4.1.2 Les retombées socio-économiques
4.1.3 Les retombées environnementales
4.2 Perspectives
4.3 Recommandations
CONCLUSION
ANNEXE I LES ALGORITHMES DE ROUTAGE
ANNEXE II LES STC ACTIFS
LISTE DE RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES