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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Traitements plasma
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2. Généralités sur le traitement des déchets par plasma
Selon une récente étude américaine (Société Juniper citée par PEAT ), les déchets qualifiés de dangereux croissent rapidement avec plus de 250 Mt produits dans le monde tous les ans dont plus de 35 Mt pour les États-Unis.
Depuis les années 1980, la combustion des déchets s’est développée au détriment de la mise en décharge, mais elle présente quelques inconvénients avec la formation et la libération dans l’atmosphère de cendres volantes contenant des métaux lourds, des suies, des oxydes de soufre et d’azote, des composés chlorés, des dioxines et également de grandes quantités de CO2 . Les laitiers obtenus contiennent aussi de l’hydrogène et des polyaromatiques. Cette technique, pour satisfaire aux standards environnementaux, de plus en plus sévères, implique des opérations de filtrage et de purification coûteuses sans pour autant supprimer l’émission de CO2 . La solution la plus écologique et qui, de plus, peut générer de l’énergie est celle de la pyrolyse qui consiste à chauffer les déchets avec un déficit en oxygène entraînant la gazéification des produits organiques et la fusion des espèces minérales. Cependant, un tel procédé est fortement endothermique et nécessite un apport d’énergie que seul le plasma peut fournir avec un rendement très satisfaisant. De plus, la récupération d’énergie est possible grâce au gaz de pyrolyse obtenu contenant principalement H2 et CO.
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L’énergie dissipée est indépendante de la nature des déchets ce qui n’implique pas, comme en combustion, des quantités d’oxygène égales ou supérieures à la stœchiométrie créant obligatoirement beaucoup de CO2 . De plus, la combustion ne permet qu’un faible contrôle de l’enthalpie de la flamme car la génération de chaleur est directement liée à la chimie. Enfin, la température de la flamme, fonction du carburant utilisé, peut atteindre au mieux 3 000 K (acétylène-oxygène) contre 6 000 à 10 000 K...
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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
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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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