Soutenance mémoire
La problématique des déchets
Définition
Le déchet peut être défini comme un produit à la fin de sa vie. Nous pouvons trouver les déchets partout sur la terre même dans les endroits où les populations de consommation ne vivent pas, tels que les sites sous-marine de dépôt de déchets. Quelque soit le matériau, un «déchet» peut toujours être réintroduit dans le cycle de production, mais c’est le marché qui décide de cette possibilité en fonction de son coût de traitement. Au regard du Code de l’environnement de la loi française n° 75 633 du 15 juillet 1975, le déchet est défini comme étant » un résidu d’un processus de production, de transformation ou d’utilisation, toute substance, matériau, produit ou plus généralement tout bien meuble abandonné ou que son détenteur destine à l’abandon » (article L.541-1 du Code de l’environnement). La directive du Conseil Européen en 1991 reprend la notion de déchet comme « une substance ou un objet dont le détenteur se défait ou dont il a l’intention ou l’obligation de se défaire ». La législation française définit quatre classes de déchets : dangereux, non dangereux, banals et inertes. On peut également distinguer les déchets selon leur origine comme déchets ménagers, industriels, agricoles, hospitaliers, etc. Pour connaître la classification des déchets, il faut consulter le catalogue européen des déchets (Décision 94/3/CEE) qui liste les différents types de déchets et identifie leur caractère dangereux. Il identifie également quels déchets peuvent être assimilés aux déchets ménagers. Cette étude est centrée sur les résidus des déchets ménagers. Les déchets ménagers sont les déchets provenant de l’activité usuelle des ménages et les déchets assimilés en raison de leur nature ou de leur composition. Les sources d’information montrent qu’une définition uniforme et sans ambiguïté de « déchet municipal » n’existe pas dans l’Union Européenne. Dans certaines définitions la distinction entre les différents types de déchets est décidée par le facteur de la fréquence de la collecte (Agence européenne pour l’environnement, 2000). L’OCDE (Organisation de Coopération et de Développement Economiques) ne définit pas ce qu’est un déchet municipal. Pour l’OCDE, tout déchet collecté par la municipalité ou par une société ayant reçu l’ordre de la municipalité est un déchet municipal – “municipal waste are waste collected by municipalities or by order of them” (OCDE, 2005).
Les déchets ménagers et assimilés en France et dans le Monde
Pour évaluer l’enjeu environnemental que pose la quantité des déchets produits en France donc la quantité qui devrait être traitée, nous l’avons comparée à la production d’autres pays avec différents degrés de développement.
Pour mieux comprendre la situation en France, nous nous focalisons sur la quantité de déchets produits par habitant et par an . En Europe (UE27), la production moyenne de déchets municipaux est évaluée à 525 kg/hab./ans en 2008 (Eurostat, 2012). Elle recouvre des disparités importantes, en effet elle varie de 316 kg par personne en République tchèque à 833 kg au Danemark. Malgré le fait que ce dernier pays ait une politique favorable écologique, on voit que la production des déchets dépend surtout du montant du Produit Intérieur Brut. La France se situe à un niveau légèrement supérieur à la moyenne.
Quand nous regardons l’évolution de la production de déchets en France, elle est progressive et influencée par une modification du mode de vie et par un baby-boom dans les années 60’ (augmentation de 20 millions d’habitants). La modification du mode de vie est liée à la progression de la technologie sans cesse en évolution. Avec les nouvelles technologies, la durée de vie des produits a tendance à continuellement raccourcir pour maintenir la demande des consommateurs au même niveau. Tout cela génère l’augmentation du volume des déchets . Nous voyons que la tendance de la production pour les dix dernières années semble être liée à la richesse économique du pays avec l’exemple suivant : Suisse, Allemagne, France et la République Tchèque. L’Allemagne a une courbe qui diminue depuis 1991 quand leur gouvernement a lancé un système de consignation qui baisse considérablement la quantité de déchets (Federal Ministry for the Environment, 2006).
C’est seulement en 1999 en raison de la directive d’UE (1999/31/CEC) que la politique française s’est tournée vers la problématique des déchets. La loi française concernant les déchets est adoptée dix ans plus tard avec la loi n°2009-967 relative à la mise en œuvre du Grenelle de l’environnement avec le but entre autres de renforcer la politique de réduction des déchets. L’objectif est une baisse de la quantité d’ordures ménagères de 5 kg par habitant et par an jusqu’à 2014.
Les mesures nécessaires pour atteindre le but de la réduction de déchets se concentrent surtout dans les grandes villes, car la différence entre la production des ordures en campagne et dans une grande métropole est très importante. Néanmoins la surface occupée par les grandes villes et les métropoles est seulement 2% de la surface terrestre, mais 53% de population habite sur cet espace. Il est estimé qu’une personne d’une métropole hautement développée produit plus de 2 kg de déchets par jour – principalement dans les grandes mégapoles aux États-Unis ou en Europe (Gutberlet et al., 2003). Contrairement aux villes d’Amérique Latine qui produisent environ 1kg par jour et par habitant (Chung et al., 1998). Dans les pays avec une basse prospérité comme certains pays en Afrique, la production peut encore baisser jusqu’à 300g (Achnkeng et al., 2003).
En Europe ça n’est pas seulement la relation entre la prospérité et la production des déchets, mais un rôle important de la politique de chaque pays. Selon la statistique de l’Agence européenne pour l’environnement (2007), nous constatons que Rome et Naples produisent autour de 600 kg par habitant tandis que les villes allemandes comme Munich et Berlin produisent le moins des métropoles européennes (au dessous de 500kg/hab/ans) dont une grande partie vient d’assemblage séparé pour le recyclage futur. Nous avons essayé de faire notre propre estimation pour calculer la production des ordures ménagères par habitant et jour à Paris en utilisant le modèle de circulation fait par Beige et al. (2004). Il a écrit trois formules pour évaluer la production des ordures ménagères en fonction de la prospérité des villes. Le PIB de la France par habitant en 2009 était de 29200€ ce qui fait de la France un pays avec un niveau de grande prospérité (supérieure à 20200 €).
OM sont les Ordures Ménagères produites par habitant et par jour (en kg) et MINF est la mortalité infantile (taux de mortalité néonatale, de mortalité post-néonatale et de mortalité infantile pour 10000 naissances) à Paris ce qui faisait 3,6 en 2009 (Institut Nationale de la Statistique et des Etudes Economiques (INSEE), 2009). Le résultat obtenu est de 1,89 kg/hab/jour ce qui fait une production estimée par habitant et par an en 2009 de 690 kg d’ordures ménagères. La métropole française a selon l’Agence européenne pour l’environnement (2007) une production moyenne parmi les autres pays européens.
L’autre aspect à part la quantité de production de déchets qui est spécifique à chaque pays ou ville est la composition de ces déchets qui est différente. Comme dans le cas précédent, cette propriété est liée à la richesse du pays ou de la ville. Les déchets générés dans les villes ayant de faible ou de moyens revenus ont une forte proportion de déchets organiques, alors que les déchets produits dans les villes à haut revenu sont plus diversifiés avec des parts relativement importantes de matières plastiques et de papier. La plus grande partie est composée par des déchets putrescibles qui ont la capacité de fermenter par exemple les déchets de légumes et de fruits ou tontes de gazon. Le reste est composé principalement par des matériaux servant aux emballages comme le papier, le plastique ou le verre.
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Table des matières
Introduction
I. Contexte
1. La problématique des déchets
1.1. Définition
1.2. Les déchets ménagers et assimilés en France et dans le Monde
2. Traitement de déchets ménagers
2.1. Opérations d’élimination
2.1.1. Décharge
2.1.2. Incinération sans récupération d’énergie
2.2. Opérations de réexploitation
2.2.1. Incinération avec récupération d’énergie
2.2.2. Recyclage
2.2.3. Valorisation organique
2.3. Incinération
2.3.1. Fonctionnement d’une usine d’incinération des ordures ménagères
2.3.2. Électrofiltre
2.3.3. Filtre à manches
2.3.4. Les sous-produits générés
3. La toxicité des métaux lourds et ses effets biologiques
3.1. Cadmium
3.2. Plomb
4. Possibles Traitements et immobilisation des résidus d’incinération des ordures ménagères
4.1. Séparation physique et chimique
4.2. Les processus de solidification / stabilisation
4.2.1. Ciment
4.3. Méthodes thermiques
4.3.1. Verre
4.4. Méthodes combinées
4.5. Matériaux prometteurs
4.5.1. Vitrocéramiques
4.5.2. Céramique frittée
4.5.3. Géopolymères
5. Conclusion
II. Méthodes expérimentales
1. Procédures expérimentales de synthèse
1.1. Synthèse des vitrocéramiques
1.2. Synthèse des géopolymères
1.3. Synthèse des céramiques frittées
2. Techniques expérimentales de caractérisations
2.1. Caractérisation chimique
2.1.1. La résistance chimique
2.1.2. Spectrométrie d’émission atomique à source plasma à couplage inductif (ICP-AES)
2.1.3. Minéralisation (méthode de fusion alcaline)
2.1.4. Spectrométrie de Fluorescence (XRF)
2.2. Caractérisations structurales
2.2.1. Diffraction des Rayons X
2.2.2. Microscope Electronique à Balayage (MEB)
2.2.3. Binoculaire
2.3. Propriétés physiques
2.3.1. Mesure de densité
2.3.2. Porosité + Coefficient d’absorption de l’eau
2.3.3. Résistance à la rupture en flexion
2.3.4. Dureté
2.4. Caractérisation des déchets bruts
2.4.1. Observations générales
2.4.2. Granulometrie
2.4.3. Composition chimique
2.4.4. Le pourcentage d’eau (humidité)
2.4.5. Microstructure
3. Les autres matériaux de départ
4. Conclusion
III. Vitrocéramique à base des résidus d’incinération des ordures ménagères
1. Méthodologie
2. Etudes antérieures
3. Protocoles expérimentaux
4. Synthèses de vitrocéramiques de déchets synthétiques
4.1. « Reconstruction » d’échantillon de prof. Cheng
4.1.1. Verre
4.1.2. Vitrocéramique
4.2. Synthèse des échantillons dopés au plomb et au cadmium
4.2.1. Verre
4.2.2. Vitrocéramique
4.2.3. Vitrocéramique lixiviée
4.2.4. Analyses EDX des phases cristallisées
4.2.5. Analyses ICP des lixiviats
4.3. Conclusion
5. Synthèses de vitrocéramiques de déchets bruts
5.1. Synthèse des échantillons témoins
5.1.1. Verre
5.1.2. Vitrocéramique
5.1.3. Vitrocéramique lixiviée
5.1.4. Diffraction des rayons X
5.1.5. Propriétés Physiques
5.2. Synthèse d’échantillons dopés au plomb et au cadmium
5.2.1. Verre
5.2.2. Vitrocéramique
5.2.3. Diffraction des rayons X
5.3. Conclusion
6. Conclusion générale
Conclusion
