Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Dès leur naissance, les technologies plasma ont permis la destruction des produits toxiques militaires et industriels, le traitement des solides contaminés et des déchets nucléaires faiblement actifs, la décontamination des sols, etc. Maintenant, ces techniques en pleine expansion sont utilisées pour le traitement des déchets municipaux. Cet article reprend l’état actuel de développement des plasmas thermiques. Quelques généralités sur le traitement des déchets par plasma sont rappelées. Pour terminer, la technique est étudiée en profondeur pour les différents types de déchets : toxiques liquides, solides, métallurgiques, etc.
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Pierre FAUCHAIS : SPCTS – Axe 2 – UMR 6638 CNRS - Faculté des Sciences et Techniques, Université de Limoges
INTRODUCTION
Dans le domaine des déchets, après des débuts industriels dans les années 1980 relativement balbutiants, avec des travaux essentiellement limités aux poussières métallurgiques, dès les années 1990 les techniques plasma ont commencé à trouver des débouchés dans la destruction des produits toxiques militaires et industriels, le traitement des solides contaminés et des déchets nucléaires faiblement actifs, la décontamination des sols... Depuis les années 2000, ce développement est en passe de devenir exponentiel, en particulier pour les déchets municipaux, le gaz de synthèse produit étant très intéressant.
Par rapport aux techniques conventionnelles de combustion, les avantages des plasmas thermiques sont les suivants :
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températures élevées (plus de 6 000 K) entraînant des cinétiques réactionnelles d’au moins deux ordres de grandeurs supérieures à celles obtenues en combustion ;
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la possibilité de pyrolyse avec un déficit en oxygène (formation de CO au lieu de CO2) ;
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un pourcentage d’énergie disponible de près de 90 % au-delà de 1 500 K, contre 23 % pour les flammes ;
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des réacteurs beaucoup plus compacts du fait des densités d’énergie ;
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des débits de gaz beaucoup plus faibles (un à deux ordres de grandeur) ;
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enfin des temps de démarrage et d’arrêt du plasma de l’ordre de quelques dizaines de secondes.
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État actuel de développement des plasmas thermiques
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4. Conclusion
Les torches à plasma tant à arc, à courant continu que radiofréquence (RF) sont maintenant une technologie bien établie même si elle évolue toujours. En effet, quel que soit le procédé utilisé c’est la torche qui doit être adaptée au procédé et non l’inverse. D’une manière générale, les torches à électrodes non consommables que ce soit à arc soufflé ou à arc transféré sont limitées en puissance : actuellement 400 kW pour les torches RF, 7 à 8 MW pour les torches à arc transféré ou non. Cela implique donc que, pour les opérations nécessitant des puissances supérieures à quelques mégawatts, on se soit orienté vers l’utilisation d’arcs à courant continu avec des électrodes graphites pleines ou creuses, car avec ces dernières, en injectant un gaz au centre, on a un bon contrôle du plasma formé.
Le choix de la torche adaptée au procédé dépend de l’enthalpie requise, des gaz plasmagènes nécessaires (problèmes de transfert thermique et de chimie) et de la nature des matériaux à traiter : gaz, liquide, solide massif ou pulvérulent. Par exemple, dans le cas d’un solide massif un arc transféré sur le matériau à traiter, qui est alors l’anode, est très favorable. Toutefois si le matériau n’est pas un conducteur électrique, il faut d’abord le fondre pour qu’il le devienne. La difficulté des développements de tous les procédés est tout d’abord au niveau du mélange plasma ou gaz chauds (panache du jet de plasma) avec le matériau à traiter, puis, une fois la destruction en composants élémentaires des produits traités, le contrôle de la trempe pour éviter que la recombinaison de certains radicaux puisse produire des produits très toxiques comme, les dioxines, les furannes...
Toutefois étant donné la flexibilité du procédé avec des enthalpies pouvant facilement varier d’un ordre de grandeur, le plasma peut aisément s’adapter à un produit dont la composition est variable ce qui est le cas de beaucoup de déchets. Le choix du gaz plasmagène est également primordial pour éviter les sous-produits indésirables (furannes, dioxine...). Le niveau de température atteint (de quelques milliers de kelvins à plus de 10 000 K) les rend également irremplaçables pour des produits qui nécessitent une température élevée...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - FAUCHAIS (P.) - Plasmas thermiques : aspects fondamentaux. - D 2 810. Techniques de l’Ingénieur (2005).
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(2) - RUTBERG (Ph. G) - Plasma pyrolysis of toxic waste. - Plasma Phys. Control Fusion, 45, 957-969 (2003).
-
(3) - TENDLER (M.), RUTBERG (Ph.G), VAN OOST (G.) - Plasma based waste treatment and energy production. - Plasma Phys. Control Fusion, 45, 957-969 (2003).
-
(4) - * - Westinghouse. – Plasma Cooperation Applied Plasma Research, http://www.westinghouse-plasma.com.
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(5) - * - PEAT Inc. Huntsville, Alabama, USA : http://www.peat.com
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(6) - COPSEY (M.J.) - Plasma technology for the Destruction of Hazardous Wastes, - in Proc. Conf. Plasma for Industry and Environment, Oxford, UK, sept. 1990.
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