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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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Généralités sur le traitement des déchets par plasma
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1. État actuel de développement des plasmas thermiques
Les plasmas thermiques couvrent un très large domaine d’applications à des puissances inférieures à 200-300 kW (découpage, soudage des pièces métalliques, traitements de surface et dépôts, sphéroïdisation et purification des particules, analyse chimique, synthèse de poudres nanométriques ou ultrafines, fabrication des pièces de forme) ainsi que, quelques-unes, à des puissances comprises entre 0,5 et 100 MW comme le chauffage des répartiteurs de coulée, la synthèse chimique (acétylène, dioxyde de titane...), la métallurgie extractive, et depuis les années 1990 le traitement des déchets. Certaines applications sont très largement établies (certaines depuis les années 1940), mais d’une manière générale depuis les années 1960, et d’autres sont en devenir.
La technologie des torches a fait de grands progrès au cours des vingt-cinq dernières années pour différentes raisons :
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la nécessité pour l’industrie de développer des procédés plus efficaces ;
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le coût attractif de l’électricité dans certains pays (essentiellement pour les applications de forte puissance) ;
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le potentiel pour développer de nouveaux matériaux et les technologies correspondantes ;
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la coopération accrue entre les fabricants de matériel, les chercheurs, les industriels concernés par les différents procédés et les producteurs d’électricité.
Cependant en dépit des nombreuses avancées technologiques au cours de ces vingt-cinq dernières années ainsi que des démonstrations de faisabilité en laboratoire où à l’échelle de prototypes principalement à des puissances inférieures à 200-300 kW, le nombre d’applications industrielles à grande échelle est encore relativement faible bien que plus d’une quarantaine d’installations industrielles aient vu le jour depuis la fin des années 1990. Ceci est probablement dû en grande partie, à la difficulté, généralement liée aux problèmes de financement, pour les...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - FAUCHAIS (P.) - Plasmas thermiques : aspects fondamentaux. - D 2 810. Techniques de l’Ingénieur (2005).
-
(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.
-
(5) - * - PEAT Inc. Huntsville, Alabama, USA : http://www.peat.com
-
(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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