Soutenance mémoire
Pendant de nombreuses années, la planète a été considérée, d’une part, comme un réservoir inépuisable de matières premières et, d’autre part, comme une destination habituelle pour les déchets domestiques, industriels et agricoles pouvant constituer un risque pour l’homme et l’environnement. La nécessité d’adopter une gestion économe des ressources afin de réduire la pollution, de préserver les ressources naturelles mais aussi de permettre aux industriels de réaliser des gains économiques et ce, dans l’objectif d’un développement durable est apparue dans les années 60 par l’observation de graves problèmes d’eau, de pollution atmosphérique et la prise de conscience du public face aux problèmes environnementaux.
Dans l’optique de réduire la toxicité des rejets, les industriels se sont équipés de stations de détoxication physico-chimique des eaux usées. l’action de ces stations est essentiellement une modification physique et chimique de l’espèce polluante par son transfert d’une phase aqueuse (eaux usées) vers une phase solide (les boues de précipitation). Cette solution ne permet ni de récupérer facilement les métaux en vue d’une nouvelle utilisation, ni de réduire la quantité des rejets.
Une solution pour une gestion globale des effluents d’une entreprise est la mise en place de technologies propres. Elles interviennent, contrairement aux techniques d’épuration, au coeur du procédé de production dans le but de réduire à la source la quantité et la nocivité des rejets. La mise en œuvre de ces procédés passe par trois niveaux d’intervention :
• l’optimisation des procédés existants
• le changement des procédés
• la modification des procédés
Ces solutions permettent de réduire les consommations en produits chimiques, les consommations en eau, la nocivité et la quantité des rejets, elles évitent la formation de déchets indésirables, permettent de recycler ou régénérer les fluides de travail et de récupérer les produits chimiques auparavant rejetés.
Traitement de surface et technologies propres
Afin de mieux cerner les problèmes émanant de l’industrie du traitement de surface et de mieux comprendre la nécessité d’une gestion interne des effluents et de l’amélioration du procédé de production, nous allons, dans cette première partie, faire un état des lieux de ce secteur d’activité.
Présentation générale du traitement de surface
Définition générale
La surface des matériaux peut posséder un ensemble de caractéristiques physiques (dureté, pouvoir réfléchissant, etc.), chimiques ou électriques (résistivité, potentiel, etc.). Ces caractéristiques peuvent être modifiées par une opération, le traitement de surface, qui peut intervenir dans une phase intermédiaire (25% des cas) ou finale (75% des cas) de l’élaboration du produit [SATS] [Pignet 90]. Le traitement de surface a donc pour but de modifier, transformer la surface de la pièce dans l’optique de lui conférer de nouvelles propriétés telles que, par exemples, résistance à la corrosion, à l’usure ou modification de l’aspect apparent.
Cette activité ayant des applications très diversifiées, de nombreux industriels l’utilisent dans leur procédé de fabrication. Le traitement de surface intervient principalement dans les secteurs de l’automobile, des télécommunications, de l’électronique, de l’aérospatiale, de la bijouterie ou de la quincaillerie.
La répartition française
Hors les peintures industrielles, l’activité du traitement de surface regroupe environ 4 500 ateliers qui sont divisés soit en ateliers intégrés à une unité de production (70% en nombre et 80% en chiffre d’affaires), soit en ateliers façonniers (30% en nombre et 20% en chiffre d’affaires) qui travaillent en sous-traitance [Bara 88][SITS 98]. Le chiffre d’affaires global de l’activité du traitement de surface est estimé à 28 milliards de francs [SATS] pour un effectif de 60 000 personnes réparties dans les mêmes proportions (70% pour les intégrés et 30% pour les façonniers) entre les ateliers intégrés et façonniers. Avec les peintures industrielles, le chiffre d’affaires passe à 40 milliards de francs répartis à travers quelques 6 000 ateliers et près de 80 000 salariés [SITS 98].
Description d’un atelier de traitement de surface
Structure d’un atelier
Les ateliers de traitement de surface sont composés de suites de cuves formant des chaînes de production (Figure 3). Les cuves correspondent soit à des bains de traitement soit à des bains de rinçage. Les pièces subissent donc une succession de trempages dans des bains de traitement et des bains de rinçage afin de subir le traitement désiré [EDF 96] [Ministère 98]. L’enchaînement nécessaire au traitement complet d’une pièce constitue une gamme de production.
Le passage d’un bain à un autre s’effectue à l’aide de différents systèmes de manipulation [Hiott 87]:
– Le cadre, support sur lequel les pièces sont suspendues. Il est surtout utilisé pour les pièces volumineuses et/ou fragiles.
– Le tonneau, récipient souvent octogonal fermé et mis en rotation. Il est surtout utilisé pour des pièces de petite ou de moyenne taille supportant les frottements dus aux brassages.
– Le panier, récipient clos qui passe d’un bain à un autre sans rotation. Il est utilisé pour des pièces de petite ou de moyenne taille supportant les frottements (mouvement possible). Ces systèmes sont manipulés soit manuellement, soit à l’aide de portants guidés automatiquement qui descendent et remontent les pièces des bains puis les font passer d’un bain à un autre.
Les bains de traitement
Les bains de traitement permettent de modifier l’état de surface de la pièce par action de différents réactifs en phase aqueuse. Un atelier de traitement de surface est souvent composé de plusieurs types de bains de traitements qui permettent une transformation complète de la pièce. Nous distinguons les opérations éliminant les éléments gênants et des opérations ajoutant des éléments spécifiques, les premières précédant généralement les secondes, constituent des opérations de préparation de surface, les deuxièmes sont essentiellement des opérations de dépôts ou de conversion dans le but de communiquer à la pièce des fonctions qu’elle ne possède pas spontanément [Deruelle].
Les bains de rinçage
Les bains de rinçage ont différents objectifs [ANRED 88] [Lacourcelle2 97] [Bara 88] :
• rendre la surface de la pièce propre et apte à être traitée par les produits chimiques de l’opération suivante,
• diluer le film de liquide polluant entourant la pièce après un bain de traitement afin de limiter la pollution du bain suivant par des produits incompatibles en provenance du bain précédent,
• arrêter l’effet chimique des produits sur la surface de la pièce afin de rendre la pièce manipulable.
Les espèces et les polluants
Les ateliers de traitement de surface sont consommateurs de grandes quantités de réactifs (produits chimiques) souvent toxiques pour l’homme et le milieu naturel. Malgré les moyens de dépollution mis en jeu, ils sont à l’origine d’une pollution industrielle toxique sous forme liquide, solide ou gazeuse. Cette pollution représente 30 à 40% de la pollution aqueuse toxique rejetée par l’ensemble des industries [SITS 98][Morier 90][Laigre 94]. Remis dans un contexte global, la pollution d’origine industrielle représente 20% de la pollution aqueuse totale. Sur ce total, la part due aux traitements de surface ne représente donc que 6% à 8% (Figure 5) [Sutter 95]. Ce chiffre est en constante diminution depuis quelques années notamment grâce aux réglementations et aux techniques de dépollution mises en place.
Remarque : Une ambiguïté persiste sur la nature de la pollution prise en compte dans ces chiffres. En effet, aucune précision n’est apportée dans la littérature sur la composition de la pollution aqueuse d’origine industrielle et celle due à l’activité du traitement de surface. La comparaison que nous effectuons doit donc être utilisée avec beaucoup de précautions.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
PREMIERE PARTIE : ETAT DES LIEUX : TRAITEMENT DE SURFACE ET TECHNOLOGIES PROPRES
CHAPITRE I : LE CONTEXTE INDUSTRIEL
I – 1 PRESENTATION GENERALE DU TRAITEMENT DE SURFACE
I.1.1 Définition générale
I.1.2 La répartition française
I.1.3 Les différents traitements
I – 2 DESCRIPTION D’UN ATELIER DE TRAITEMENT DE SURFACE
I.2.1 Structure d’un atelier
I.2.2 Les bains de traitement
I.2.3 Les bains de rinçage
I – 3 LES ESPECES ET LES POLLUANTS
I.3.1 Définition des rejets : déchets et effluents
I.3.2 Provenance des polluants
I.3.3 Nature des polluants
I.3.4 Toxicité des réactifs – Impact sur l’Homme et sur le milieu naturel
I – 4 CADRE REGLEMENTAIRE
I.4.1 La loi du 19 juillet 1976 et l’arrêté du 21 septembre 1977
I.4.2 L’arrêté du 26 septembre 1985 relatif aux ateliers de traitement de surface
I.4.3 L’arrêté du 18 février 1994 relatif au stockage de certains déchets industriels spéciaux
I.4.4 La loi du 13 juillet 1992 sur l’élimination des déchets et la récupération des matériaux
I – 5 LE PRINCIPE POLLUEUR-PAYEUR
I – 6 CONCLUSION
CHAPITRE II : TECHNOLOGIES PROPRES APPLIQUEES AUX TRAITEMENTS DE SURFACE
II – 1 INTRODUCTION
II – 2 LA NOTION DE TECHNOLOGIE PROPRE
II – 3 LE ZERO-REJET
II – 4 OPTIMISATION DU PROCEDE EXISTANT
II – 5 VALORISATION DES REJETS LIQUIDES
II.5.1 La valorisation
II.5.2 Intérêts de la valorisation pour les industriels
II.5.3 Les procédés de valorisation
II – 6 LES TECHNOLOGIES DE SUBSTITUTION
II – 7 LE TRAITEMENT DES EFFLUENTS
II – 8 CONCLUSION
CHAPITRE III : OUTILS D’AIDE A LA DECISION
III – 1 INTRODUCTION
III – 2 OPTIMISATION DES REJETS ET CHOIX DES PROCEDES
III – 3 OUVRAGES
III.3.1 Guides et ouvrages papier
III.3.2 Bilan sur les ouvrages papiers
III.3.3 Solution proposée
III – 4 LES OUTILS INFORMATIQUES D’AIDE A LA DECISION
III.4.1 Les supports des systèmes d’aide à la décision
III.4.2 Avantages et inconvénients de ces systèmes d’aide à la décision
III.4.3 Conclusion
CONCLUSION : TRAITEMENT DE SURFACE ET TECHNOLOGIES PROPRES
DEUXIEME PARTIE : MINIMISATION DES REJETS EN EAU DANS LES ATELIERS DE TRAITEMENT DE SURFACE
CHAPITRE I : L’EAU DANS LES ATELIERS DE TRAITEMENT DE SURFACE
I – 1 L’UTILISATION DE L’EAU
I.1.1 Consommation et rejet en eau
I.1.2 Relation quantité d’eau et qualité de traitement
I – 2 ETUDE DES BAINS DE RINÇAGE
I.2.1 Les rinçages par immersion
I.2.2 Les rinçages par aspersion
I.2.3 Efficacité du rinçage lors de l’association de plusieurs rinçages
I – 3 CONCLUSION
CHAPITRE II : METHODOLOGIE DE GESTION DES REJETS EN EAU
II – 1 AGIR SUR L’ENTRAINEMENT
II – 2 RECYCLAGE DES BAINS DE RINÇAGE POUR COMPENSER L’EVAPORATION
II – 3 AGIR AU NIVEAU DE LA FONCTION DE RINÇAGE
II.3.1 Une approche économe
II.3.2 Ajustement des débits des rinçages courants et des fréquences de vidange
II.3.3 Aménager les structures des rinçages
II.3.4 Implantation des résines échangeuses d’ions
II.3.5 Conclusion
II – 4 DEMARCHE METHODIQUE POUR LA REDUCTION DES REJETS EN EAU
II.4.1 Première étape : Définition des objectifs
II.4.2 Deuxième étape : Amélioration de l’existant
II.4.3 Troisième étape : Phase de diagnostic
II.4.4 Quatrième étape : ajustement des débits
II.4.5 Cinquième étape : Bilan des rejets en eau
II.4.6 Sixième étape : Modification de la structure de la chaîne
II.4.7 Septième étape : fin de l’optimisation
II – 5 CONCLUSION DU DEUXIEME CHAPITRE
CHAPITRE III : LOGICIEL DE REDUCTION DES REJETS EN EAU DES ATELIERS DE TRAITEMENT DE SURFACE (LORREATS)
III.1 LA REDUCTION DES REJETS EN EAU
III.1.1 La phase de diagnostic
III.1.2 La phase d’optimisation
III – 2 CONCLUSION
CHAPITRE IV : ETUDE DE CAS
IV – 1 AUDIT DES DIFFERENTS POSTES ETUDIES
IV.1.1Description de l’atelier de galvanoplastie
IV.1.2 Atelier de dédorure
VI.1.3 Conclusion sur les feuilles de chaîne
IV – 2 OPTIMISATION AVEC LORREATS
IV.2.1 Diagnostic de l’atelier
IV.2.2 Optimisation des rinçages
IV.2.3 Modification de la structure des chaînes
IV2.4 Bilan des rejets en eau après restructuration
IV – 3 CONCLUSION
CONCLUSIONS : MINIMISATION DES REJETS EN EAU DANS LES ATELIERS DE TRAITEMENT DE SURFACE
TROISIEME PARTIE : CHOIX DES PROCEDES DE VALORISATION EN TRAITEMENT DE SURFACE
CHAPITRE I : LES PROCEDES DE VALORISATION
I – 1 OBJECTIFS DES PROCEDES DE VALORISATION
I.1.1 Objectifs de la valorisation
I.1.2 Liens Procédés de valorisation – Objectifs/Stratégies – Type de bain
I – 2 ETUDE DES TECHNIQUES DE VALORISATION
I.2.1 Positionnement de l’étude
I.2.2 Résultats des études bibliographique et enquêtes auprès des fournisseurs
I.2.3 Coûts de la valorisation
I.2.4 Conclusion
I – 3 MOYENS ACTUELS D’AIDE AU CHOIX DES PROCEDES DE VALORISATION
I.3.1 Moyens internes
I.3.2 Moyen externe
CHAPITRE II : DEMARCHE METHODIQUE POUR LE CHOIX DES PROCEDES DE VALORISATION
II – 1 COMPREHENSION DU SYSTEME DE PRODUCTION
II – 2 DEMARCHE POUR LE CHOIX DES PROCEDES
II.2.1 Contraintes de sélection
II.2.2 Première étape : Phase de diagnostic
II.2.3 Deuxième étape : Objectifs des industriels
II.2.4 Troisième étape : Présélection des procédés de valorisation
II.2.5 Quatrième étape : Sélection des procédés de valorisation effectivement applicables
CONCLUSION GENERALE
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