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RÉSUMÉ
Aujourd’hui, les préoccupations écologiques sont présentes dans la conception des procédés de tous les secteurs de l’activité économique. Les méthodes de gestion, de traitement et de valorisation des déchets sont ainsi au cœur de la problématique environnementale. En découlent des procédés de stabilisation-solidification largement développés au stade industriel, le secteur nucléaire ayant joué le rôle de précurseur. Parmi eux, l’incinération est une filière largement appliquée pour le traitement des ordures ménagères et des déchets industriels. La stabilisation par solidification à l’aide de liants hydrauliques est destinée aux déchets dangereux. La vitrification fait elle aussi partie des procédés de stabilisation-solidification apparaissant comme maillon essentiel des filières de gestion des déchets industriels et urbains.
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Radu BARNA : Professeur, Université de Toulouse, École des Mines d’Albi
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Denise BLANC : Maître de conférences, laboratoire de Génie civil et Ingénierie environnementale - Institut national des sciences appliquées de Lyon
INTRODUCTION
L’industrialisation et l’urbanisation se sont développées pendant le XIXe siècle et la première moitié du XXe en ignorant pratiquement les conséquences environnementales des nouvelles pratiques de consommation et de production mises en œuvre. Les modes de vie sont devenus de moins en moins « économes » en matières premières et en énergie consommées et de plus en plus générateurs de déchets. Dans la seconde moitié du XXe siècle, les flux de produits matériels se sont intensifiés et globalisés à l’échelle de la planète. Les matières et matériaux utilisés se sont « artificialisés », avec des caractéristiques qui rendent plus difficile leur réinsertion dans les cycles biogéochimiques naturels. Depuis la fin des années 1950, une prise de conscience écologique s’est développée : les évolutions démographiques, la raréfaction prévisible des ressources naturelles, les crises énergétiques, les catastrophes écologiques ont fixé des bornes à une croissance industrielle incontrôlée. Aujourd’hui, les préoccupations écologiques sont présentes dans la conception des procédés de tous les secteurs de l’activité économique et le management des entreprises intègre de plus en plus la composante environnementale. Les méthodes de gestion, de traitement et de valorisation des déchets sont au cœur de cette problématique et conditionnent souvent la pérennité des modes de production ou de consommation.
Les procédés de stabilisation-solidification des déchets dangereux ont été largement développés au stade industriel et permettent de trouver des solutions économiques et environnementales fiables. L’industrie nucléaire a été un précurseur dans le domaine puisqu’il a fallu, dès l’origine, prévoir un mode de gestion efficace et sûr pour des déchets radioactifs dont la nocivité à long terme est évidente. Aujourd’hui, l’incinération est une filière largement appliquée pour le traitement des ordures ménagères avec valorisation énergétique. Des déchets industriels sont aussi éliminés par incinération. Ces procédés thermiques engendrent des résidus : des mâchefers, des résidus d’épuration des fumées d’incinération d’ordures ménagères ou de déchets industriels (REFIOM ou REFIDI). La solidification à l’aide de liants hydrauliques permet de stabiliser les déchets dangereux et d’obtenir des solidifiats qui peuvent être stockés dans des sites spécialement aménagés, dans de bonnes conditions de sécurité environnementale (centres de stockage de déchets dangereux stabilisés). La vitrification des cendres volantes provenant de l’incinération des déchets a connu aussi un développement en France, laissant présager une possible valorisation des solidifiats obtenus.
Les procédés de stabilisation-solidification apparaissent ainsi comme un maillon essentiel des filières de gestion des déchets industriels et urbains.
Nota : les filières de traitement des déchets visent différents objectifs :
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valorisation énergétique et matière : recyclage total ou partiel ;
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retour « écocompatible » dans l’environnement ( cas de la stabilisation-solidification ) ;
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décomposition en espèces chimiques « inoffensives ».
Toutes ces filières nécessitent la mise en œuvre de techniques très variées, étudiées dans les articles de la rubrique « Déchets » [G 2 000] et suivants de ce traité Environnement.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de avr. 2001 par Pierre MOSZKOWICZ, Radu BARNA
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Vitrification
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3. Stabilisation à base de liants hydrauliques
3.1 Liants à réaction hydraulique : principes de la solidification
Seuls ou en mélange avec de la chaux ou d’autres additifs, les ciments et autres réactifs pouzzolaniques sont très utilisés pour la solidification-stabilisation des déchets solides et des boues. Le terme ciment recouvre, dans le langage commun, des matériaux minéraux finement broyés qui « prennent » en présence d’eau pour former, après durcissement, une matière solide poreuse : c’est la prise hydraulique qui est due aux réactions d’hydratation des composés du ciment. Les matériaux ainsi obtenus conservent leur résistance, même sous l’eau. Dès l’antiquité, les Romains ont utilisés des mélanges de chaux et de pouzzolanes naturelles (cendres volcaniques) ou artificielles (briques d’argile cuites et pilées) pour obtenir un ciment avec lequel ils bâtirent de grands ouvrages dont la durabilité a été fort remarquable !
La stabilisation-solidification des déchets peut être obtenue par l’ajout d’un ciment ou d’un mélange de réactifs ayant des propriétés pouzzolaniques (capacité de former à température ordinaire des matériaux stables par réaction avec la chaux et l’eau). Le ciment joue alors le rôle de liant hydraulique. Certains déchets possèdent par eux-mêmes des propriétés pouzzolaniques et sont donc susceptibles d’entrer dans la composition de ciments commerciaux (comme les laitiers de haut-fourneau ou les cendres volantes de centrales thermiques, par exemple). Ces déchets peuvent aussi intervenir dans la formulation de mélanges réactifs pour les procédés de stabilisation-solidification. Les procédés de stabilisation-solidification en exploitation visent la substitution des matières premières (ciments, eau, etc.) par des produits/résidus issus d’autres procédés (cendres, solutions polluées, etc.). Les matériaux obtenus ont des propriétés similaires mais permettent d’atteindre des bilans globaux plus favorables : réduction de consommation d’énergie, bilans de masse plus favorables, réduction d’émissions de CO2, impact environnemental réduit, etc.
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Principaux ciments utilisés
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Le ciment le plus commun est le CEM I (NF EN 197-1), connu aussi comme ciment Portland artificiel (CPA), fabriqué à partir d’un...
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Stabilisation à base de liants hydrauliques
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - AVERY (L.M.), PRYSOR WILLIAMS (A.), KILLHAM (K.), JONES (D.L.) - Heat and lime treatment as effective method controls for E. Coli O157:H7 in organic wastes - Bioressources technology, 100, 2692-2698 (2009).
-
(2) - VAN MEYEL (J.P.), BERBERS (W.) - Le procédé codecal, une solution performante pour le traitement des boues d’épuration - Conférence POLLUTEC LYON, 8 pages (3 décembre 2008).
-
(3) - GIN (St.) - Les déchets radioactifs - Dans « Le traitement des déchets », coordonnateur R. Moletta, Lavoisier, ISBN 978-2-7430-1108-6, p. 361-404 (2009).
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(4) - * - Les techniques de stabilisation des déchets industriels spéciaux (Ce document fait le point sur les procédés de stabilisation des déchets industriels spéciaux. Des fiches techniques et des schémas décrivent les différents procédés recensés). Collection Connaître pour agir (1996).
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(5) - * - Analyse et caractérisation des déchets industriels (Ce cahier technique présente...
ANNEXES
WASCON (Waste materials in construction). Ces congrès se tiennent tous les trois ans et font le point sur les techniques de stabilisation en mettant l’accent sur les possibilités de valorisation des matériaux obtenus. Les actes sont publiés par l’éditeur Elsevier (Pergamon).
Deux congrès ont été organisés en France sur les procédés de stabilisation-solidification, à Nancy en 1995, à Lyon en 1999. Les actes ont été édités par la Société alpine de Publications ( http://www.pro-environnement.com).
La problématique de la gestion, traitement et valorisation des déchets sont présentent dans de nombreux autres congrès, comme par exemple la série WasteEng et abordée dans de nombreuses revues internationales : Journal of Hazardous Materials (Elsevier), Waste Management (Elsevier), Journal of Environmental Management (Elsevier), Waste and Biomass Valorization (Springer), etc.
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