Soutenance mémoire
A ce jour, la population mondiale est ponctuée par des niveaux de surconsommation très élevés. De point de vue alimentaire, matériel ou technologique, cela provoque une prolifération des déchets et des sites d’enfouissement de plus en plus saturés, constituant ainsi un péril pour l’environnement. L’humanité fait les frais de ces polluants sur plusieurs plans : torts directs causés à la santé, la contamination de la chaîne alimentaire et l’incapacité des écosystèmes à absorber les déchets et à fournir les nécessités vitales. Les solutions à ces problèmes complexes et pressants exigent des approches novatrices et souples. Par conséquent, les efforts sont fréquemment entrepris aboutissant à des technologies plus propres, des nouveaux itinéraires pour la gestion des déchets. On cherche souvent des moyens de leur donner une nouvelle vie, d’exploiter leur potentiel chimique et énergétique, d’avoir recours au recyclage. La composition, la taille et la présence de contaminants (halogénés, métaux, etc.) doivent être ainsi considérés lors de la conception de nouvelles technologies de valorisation.
Les pneus hors d’usage sont l’un des déchets solides dangereux très communs dans le monde entier avec une production mondiale estimée à 17 millions de tonnes par an. Ils ont été identifiés comme l’une des principales préoccupations environnementales. Du fait de leur nature non biodégradable, ces déchets encombrants sont à l’origine de sérieuses nuisances sanitaires et environnementales à savoir : la dégradation des paysages, la prolifération d’insectes nuisibles, les risques d’incendies dont les émanations de fumées noires sont nocives pour la santé. L’élimination de ses gigantesques tonnages est devenue un enjeu environnemental majeur pour les pouvoirs publics et les industriels et sujet d’actualité couramment abordé par les chercheurs. Depuis 2006, la mise en décharges des pneus usagés est légalement interdite dans toute l’Union Européenne .
La pyrolyse des pneus usagés est un procédé de grande envergure servant à la lutte contre la production accrue de ces déchets et les carences énergétiques. Il permet d’en tirer des produits à haute valeur ajouté. Il s’agit en fait d’un procédé de décomposition thermique qui permet d’obtenir essentiellement trois produits d’intérêts : le char, les gaz non-condensables, et les gaz condensables en une huile constituée d’hydrocarbures légers et lourds.
Contexte de la fin de vie des pneus usagés
Les moyens de transports sont cruciaux pour les sociétés développées et celles en cours de développement dans leur poursuite incessante d’une urbanisation plus poussée. Cela s’est traduit par une production massive et rapide de pneus. La production annuelle mondiale de pneus est d’environ 1,5 milliard d’unités [1], avec une estimation de 3,2 milliards unités de pneus seront produits dans le monde d’ici 2022 [2]. Elle est assurée par 75 sites dans le monde, 42 en Europe dont 18 sont installés en France. Cette impressionnante production engendre des quantités de déchets pneumatiques à collecter et à traiter représentant environ 17 millions de tonnes des pneus usagés [1].
Problématiques environnementales liées à la fin de vie des pneus
Les pires scénarios envisageables, et malheureusement toujours d’actualités dans certains pays, pour la fin de vie des pneus sont [3]:
– être brûlés produisant ainsi des émissions de gaz toxiques dans l’air.
– être accumulés dans des espaces urbains provoquant ainsi une ruée de moustiques en plus d’une dégradation difficile.
– être enfouis sous terre. Que ce soit dans des sites de décharges publiques ou sauvages, les dégâts sur l’environnement sont considérables puisque les pneus ne sont pas biodégradables.
Pour des raisons de sécurité et sanitaires, les pneus doivent donc être stockés dans un endroit clos et protégé des intempéries si possible, en tas séparés, loin des agglomérations urbaines, afin d’éviter tout risque d’incendie. L’entreposage des pneus présente un risque environnemental en raison de l’ampleur des nuisances en cas d’incendie : leur combustion est très difficile à maîtriser. Différents incendies à grande échelle sont restés dans les mémoires : à Montréal (Québec) en 1990 où trois millions de pneumatiques brulaient pendant quatre jours, et à Saône-et-Loire (France) en 2002 qui a duré jusqu’à neuf mois [4]. Ainsi, une directive européenne (Directive 1999/31/CE du 26 avril 1999) interdit le dépôt en décharges des pneumatiques usagés depuis le 16 juillet 2006 [5].
Les dégagements causés par ces incendies contiennent : des cendres (carbone, oxyde de zinc, dioxyde de titane, dioxyde de silicone, cadmium, …), des dioxines, des furanes, des aromatiques légers (BTX), des hydrocarbures aromatiques polycycliques, et des composés sulfurés [6]. Ces divers composés sont bio-cumulables et persistants, c’est-à-dire qu’ils ne se décomposent pas d’eux-mêmes et peuvent rester longtemps dans les organismes. Ces polluants peuvent également s’infiltrer et contaminer les sols, les cours d’eau et les nappes phréatiques .
Point sur la situation en Europe et en France
En France, le décret n°2002-1563 du 24 décembre 2002 spécifique aux pneus usagés est le texte fondateur de la filière de la responsabilité élargie du producteur (REP). Il organise l’ensemble des opérations de l’élimination des pneus usagés en impliquant l’ensemble des acteurs de la filière ; des producteurs aux éliminateurs en passant par les distributeurs et les détenteurs ainsi que les institutionnels. Ce décret était modifié par celui n°2015 1003 du 18 août 2015 qui rénove le dispositif réglementaire encadrant la filière (REP) pour les pneumatiques. Selon le rapport de l’ETRMA (l’association européenne des fabricants de pneus et de caoutchouc) de 2019 [8], couvrant 32 pays (UE28, Norvège, Serbie, Suisse et Turquie), on estime à 3,4 millions de tonnes des pneus usagés en Europe en 2017 dont 92 % ont été récupérés et traités comme suit :
✓ 1,96 millions de tonnes ont été valorisées pour la récupération des matériaux :
– 75 % par granulation pour obtenir le caoutchouc, l’acier et le textile
– 17 % ont été incorporées dans le ciment
– Les applications en génie civil et travaux publics ont utilisé environ 5 %
– Autres applications mineures dans des processus tels que la pyrolyse avec 1 %, les aciéries et les fonderies.
✓ 35 % de gisement a fait l’objet d’une récupération d’énergie principalement dans des fours à ciment (83 %) en plus de leur utilisation dans les centrales de chauffage et les centrales électriques urbaines (17 %).
La France est le 2ème plus grand producteur de pneus dans le monde en 2018 grâce au fabricant Michelin [9]. En 2018, 93,5 % des pneus usagés ont été collectés et le taux de traitement a été estimé de 99,7 % [10]. La valorisation énergétique en cimenteries, représentant 41 % des tonnages traités au cours de la même année reste la filière de valorisation la plus utilisée. En deuxième position, on trouve la valorisation matière avec 38,5 % suivie par la réutilisation (surtout la vente en occasion) avec environ 16,1 %.
Point sur la situation en Tunisie
En Tunisie, plusieurs lois ont été élaborées depuis 1996 afin de gérer les déchets, leur provenance et leurs caractéristiques de danger. L’arrêté gouvernemental n°786 du 9 juillet 2015 spécifique aux pneumatiques usagés fixe les conditions et les modalités de leur gestion. Une grande quantité des pneus usagés existe en Tunisie et continue de croître chaque année compte tenu d’un parc de voitures de plus en plus important. En 2014, le gisement de pneumatiques usagés (stockés et abandonnés) en Tunisie dépassait 32 000 tonnes .
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Table des matières
Introduction Générale
Chapitre 1: Etat de l’art
1. Introduction
2. Contexte de la fin de vie des pneus usagés
2.1. Problématiques environnementales liées à la fin de vie des pneus
2.2. Point sur la situation en Europe et en France
2.3. Point sur la situation en Tunisie
3. Généralités sur les pneus usagés
3.1. Composition d’un pneu
3.2. Propriétés physico-chimiques et énergétiques des pneus usagés
4. Filières de valorisation
4.1. Valorisation par rechapage
4.2. Valorisation énergétique
4.2.1. Incinération en cimenterie
4.2.2. Procédé de pyrolyse
4.2.3. Gazéification
4.3. Valorisation matière
5. Pyrolyse des pneus usagés
5.1. Définitions
5.2. Technologies de pyrolyse
5.3. Produits de la pyrolyse
5.3.1. Char
5.3.2. Liquide pyrolytique
5.3.3. Gaz pyrolytique
5.4. Facteurs influençant la pyrolyse
5.4.1. La température de pyrolyse
5.4.2. La vitesse de chauffe
5.4.3. Types de réacteurs
5.4.4. La taille de particule
5.4.5. Temps de séjour des volatils
6. Production de d-limonène
6.1. Mécanisme de la réaction de formation
6.2. Effets des paramètres opératoires sur le rendement de production
6.2.1. Effet de la température
6.2.2. Effet de la vitesse de chauffe
6.2.3. Effet de la pression
6.3. Techniques de séparation et purification
6.3.1. Séparation par condensation
6.3.2. Séparation par distillation
7. Etude cinétique de la pyrolyse des pneus
7.1. Modèle mono-réactionnel
7.2. Modèle multi-réactionnel
8. Conclusions
Chapitre 2: Matériels et Méthodes
1. Introduction
2. Caractérisation de la matière première
2.1. Analyses élémentaires
2.2. Pouvoir calorifique
2.3. Analyse Thermogravimétrique (ATG)
2.4. Résultats analytiques de la caractérisation des pneus usagés
2.4.1. Analyse élémentaire, analyse proche et pouvoir calorifique
2.4.2. Analyse thermogravimétrique
3. Unité de pyrolyse batch
3.1. Description de l’installation
3.2. Protocole opératoire
4. Caractérisation des produits condensables et incondensables de la pyrolyse
4.1. Chromatographie en phase liquide (GC-MS-FID)
4.2. Chromatographie en phase gazeuse (micro-GC)
4.3. Courbes de distillation
4.4. Méthode analytique : dosage des composés organiques clés dans les échantillons de liquide pyrolytique
4.4.1. Instrument d’analyse
4.4.2. Les courbes d’étalonnage
4.4.3. Résultats de dosage
5. Conclusions
Chapitre 3: Etude expérimentale de la formation des molécules d’intérêt dans les huiles dérivées de la pyrolyse des pneus usagés
1. Introduction
2. Etude cinétique de la dégradation des pneus usagés
2.1. Influence du débit d’azote et de la vitesse de chauffe
2.1.1. Influence du débit de gaz inerte
2.1.2. Influence de la vitesse de chauffe
2.2. Cinétique de la dégradation du pneu
3. Etude expérimentale de la pyrolyse des pneus usagés dans un réacteur fixe
3.1. Rendements de la pyrolyse avec et sans gaz vecteur
3.2. Caractérisation des huiles de pyrolyse
3.2.1. Analyse de la qualité des huiles de pyrolyse
3.2.2. Effet du gaz vecteur sur la composition des huiles dérivées de la pyrolyse des pneus usagés
3.2.3. Effet du volume libre du réacteur, sans gaz vecteur, sur la composition de l’huile issue de la pyrolyse des pneus usagés
3.3. Caractérisation des produits solides
3.4. Caractérisation des gaz produits
4. Conclusions
Chapitre 4: Modélisation thermodynamique des huiles de pyrolyse et stratégies de valorisation
Conclusion Générale
