Evaluation des technologies
propres et durables
de gestion des déchets

 
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DESCRIPTION


 Tâches

Le programme de travail comprend 4 tâches techniques et une tâche de communication.
(La coordination du projet fait l'objet d'une tâche non décrite ici).

Tâche 1 Cadrage des objectifs et de l’étendue de l’évaluation
Tâche 2 Définition d’une méthode d’évaluation des impacts
Tâche 3 Test de protocoles et acquisition de données complémentaires
Tâche 4 Etudes de cas, interprétation et recommandations
Tâche 5 Valorisation des résultats

Tâche 3 - Méthodes expérimentales

Cette tâche vise à produire un guide rassemblant des protocoles de recueil et de validation de données (exigences minimales en particulier) sur une installation de pré-traitement, mais également sur l’ensemble du système dans lequel elle s’insère. Cette tâche comprend une part importante de test de protocoles de mesure spécifiques mais aussi l’acquisition des données identifiées en tâche 2.

Le choix des technologies étudiées repose sur une volonté de couverture aussi large que possible des débouchés envisageables pour les produits du pré-traitement : fraction combustible pour un traitement thermique (en cimenterie ou en incinération), production d’énergie (sous forme de carburant, de vapeur ou d’électricité), matériaux recyclables pour l’industrie, matière organique recyclable dans les sols, déchets ultimes à enfouir. Pour chacun de ces débouchés, l’approche scientifique proposée tient compte des connaissances actuelles sur les filières avales et sur les qualités des produits requises par ces filières. Le choix devra par ailleurs offrir une diversité de combinaisons de procédés de tris physiques et de procédés biologiques. Pratiquement, l’étude sera réalisée en considérant 4 unités «types» sur lesquelles des connaissances sont déjà partiellement disponibles: une usine de tri-compostage (par exemple l’unité du SMITOM de Launay-Lantic), un usine de stabilisation (telle que celle de la CoVe à Loriol-du-Comtat), une usine de stabilisation incluant une décharge dédiée (comme à Cap Lorient), une usine de méthanisation (comme le Centre de Valorisation Organique de la Communauté Urbaine de Lille), ainsi que des sites sélectionnés pour offrir des conditions variées d’épandage de compost.

Le programme expérimental est focalisé sur l’acquisition de données nouvelles par rapport aux données connues des partenaires mais vise essentiellement à mettre au point les méthodes d’acquisition de ces données.

La tâche 3 est subdivisée en 4 sous-tâches :

  • Sous-tâche 3.1 - Organisation des campagnes d’expérimentation.

    Elle consiste à établir entre les partenaires et avec les exploitants ou collectivités concernées le panorama des données nouvelles à acquérir. Les travaux de mesure sur site seront ainsi focalisés sur les besoins propres de l’analyse des impacts. Il est prévu de réaliser en moyenne 4 vérifications des indicateurs de performances et d’impacts sur site qui mobiliseront des moyens de mesure en laboratoire et/ou sur site. Le données de concentrations mais également de flux seront renseignés sur la base de mesures ponctuelles permettant de vérifier les gammes des données d’émissions provenant d’installations similaires en France ou à l’étranger.

    Il n’est pas prévu de réaliser de développement analytique mais d’appliquer une méthodologie commune pour évaluer les flux à partir de la collecte du déchet jusqu’à l’exutoire final.
  • Sous-tâche 3.2 - Méthodes d’estimation des performances «matière» et énergétiques à partir de mesures des caractéristiques physiques des flux solides, liquides et gazeux sur une installation.

    L’objectif de cette tâche est d’abord de proposer des méthodes d’acquisition d’informations les plus fiables possibles sur les débits (quantités) et les compositions des différents flux d’une installation puis de formaliser une méthode d’estimation des performances «matière» (récupération de produits recyclables, de matière organique, de fraction combustible,…) et énergétiques (énergie produite et consommée, part des énergies fossiles et renouvelables). Elle a par ailleurs l’ambition de mieux définir le niveau d’agrégation auquel aborder le choix des «catégories de technologies» au niveau du tri physique. Nous suspectons une influence considérable de la combinaison d’opérations unitaires de ces procédés sur les performances matière (teneur et récupération des produits du tri). Le travail sera réalisé sur la base d’études antérieures menées notamment sur les unités de Loriol et de Launay-Lantic, complétée de visites et éventuellement de mesures sur sites pour les unités de Lorient et de Lille. On établira la liste des principaux paramètres physiques à acquérir pour une caractérisation optimale de l’installation, selon ses particularités et les problèmes pratiques pouvant survenir (flux non accessible, etc.). Des éléments seront fournis de manière à prendre en compte les problèmes de fiabilité de l’installation, notamment sur la base de l’étude des données de fonctionnement fournies par l’exploitant.

    On cherchera à donner les bases d’une méthode de réalisation de bilans matière à partir de données redondantes sur les installations de manière à identifier les performances techniques des opérations unitaires et de leur combinaison, à partir d’échantillons et de mesures simples à réaliser sur site à un coût raisonnable, En particulier, les méthodes de fiabilisation par réconciliation de données par bilan matière statistiquement cohérent sont classiquement utilisées, mais restent sujettes à une expression homogène de la caractérisation des flux (granulométrie, catégories de déchets, substances chimiques). Sur des procédés incluant des flux de nature si différentes que des ordures brutes, des produits recyclables, du compost, l’utilisation de ces techniques impose de définir une méthode de hiérarchisation des bilans qui peut aussi fournir en retour des guides pour la caractérisation des flux.

    On établira une liste de facteurs liés aux opérations unitaires qui limitent ou améliorent les performances globales de l’installation. Ces performances tiendront compte des critères de qualité requis pour les divers produits. Pour les unités de compostage par exemple, des données qualitatives sont nécessaires : elles seront constituées des données fournies par les exploitants et par des mesures complémentaires nécessaires comme données d'entrée dans les expérimentations relatives à l'épandage sur les sols. Elles permettront en particulier de préciser le niveau de stabilisation de la matière organique. Les teneurs en composés humiques seront déterminées, un extrait aqueux sera caractérisé par sa teneur en carbone organique, la spéciation des composés organiques en grandes familles opérationnelles, la spéciation de l'azote et par ses teneurs en phosphore et potassium.

  • Sous-tâche 3.3 - Méthodes de mesure des émissions des installations, y compris du procédé «sol» et du stockage.

    Le but de cette sous-tâche est de donner les moyens de calculer et/ou d’estimer les différentes émissions d’une unité de pré-traitement en rapport avec le bilan matière. L’accent est mis dans ce projet sur les émissions atmosphériques diffuses (surfaciques) liées à la transformation de la matière organique ainsi qu’aux émissions liquides. (Les émissions atmosphériques des procédés de combustion sont assez bien documentées). Le calcul des émissions prendra en compte les étapes du procédé (émissions gazeuses canalisées lorsque le compostage a lieu en tunnel ou sous hangar fermé, émissions surfaciques sur des andains en plein air) mais également les émissions liées aux étapes post-traitement, sur les fractions enfouies et sur les matières épandues.
  • Installations
    Les composés en trace des émissions gazeuses (COV, aldéhydes) seront identifiés et, dans la mesure du possible, quantifiés, ces données étant également nécessaires pour l’évaluation des risques sanitaires. La phase liquide est généralement traitée, soit sur site, soit hors site. Ce flux sera déterminé par : la quantité de lixiviats produits en fonction du volume/tonnage de matières entrantes, et les concentrations en divers charges polluantes (matières en suspension, charge organique biodégradable ou non, ammonium, nitrates, chlorures, métaux entre autres…).
  • Andains
    Lors des traitements biologiques, la perte de matière résultant de la biodégradation de la matière organique se retrouve sous forme gazeuse. Dans le cas du compostage notamment, ces gaz sont rejetés dans l’atmosphère, après un éventuel traitement. Il est donc important de caractériser ce rejet pour déterminer ses impacts potentiels sur l’environnement (odeurs, effet de serre, acidification ou eutrophisation…).
    La mesure des émissions gazeuses issues des bioprocédés est particulièrement délicate s’agissant des émissions diffuses, non canalisées. Dans le cas d’andains en compostage, la difficulté de mesure des émissions tient, d’une part, à leur variabilité dans le temps et selon l’emplacement et, surtout, à la sensibilité des sorties d’air convectives aux perturbations induites par les dispositifs de prélèvement. Le problème est relativement similaire en surface de biofiltre, avec toutefois une moindre sensibilité et variabilité des émissions.
    Il existe deux types de méthodes de mesure des flux gazeux émis, soit par prélèvement localisé directement sur la source, soit par suivi des concentrations ambiantes au voisinage de la source et par modélisation inverse compte tenu des écoulements d’air. La modélisation inverse présente l’intérêt de ne pas perturber les émissions, de les prendre en compte dans leur globalité, et de permettre leur suivi dans le temps. Toutefois, elle est difficile à mettre en œuvre dans les cas qui nous intéressent, du fait de la taille, de la disposition et de l’environnement des installations visées. Ce sont donc des mesures ponctuelles, par tunnel ventilé à balayage, qui seront réalisées ici pour quantifier les émissions gazeuses continues. Les émissions ponctuelles dans le temps, liées en particulier aux phases de manipulation du produit (criblage, retournements), seront approchées à l’aide des données de la littérature.
    Les mesures seront réalisées sur les différentes sources surfaciques des quatre installations étudiées : andains en compostage ou en maturation, biofiltres. Elles porteront sur les gaz simples (CO2, N2O, CH4, NH3, H2S) et sur les composés organiques volatiles et les odeurs.
    Un état de l’art sera réalisé au préalable sur les différentes méthodes de mesures existantes (évoquées précédemment) et sur leur application dans le domaine du compostage.
    Les résultats obtenus permettront d’alimenter les bases de données existantes. Ils ne seront extrapolables à d’autres installations qu’avec précaution, les émissions gazeuses en compostage pouvant beaucoup varier en fonction, à la fois, du déchet traité (nature, perméabilité…) et des conditions de traitement (aération, température…).
  • Émissions au stockage
    Les déchets biodégradables placés en installation de stockage sont responsables d’émissions de biogaz, qui peuvent peser lourd dans le bilan environnemental du traitement de déchets, en terme notamment d’odeurs et d’effet de serre. Pour l’évaluation des filières de prétraitement, il est donc important de connaître ces émissions en fonction de la nature des déchets stockés et des conditions de stockage : flux de biogaz émis, composition, cinétique d’émissions. Ces caractéristiques d’émission conditionnent aussi les possibilités et l’efficacité de captage et de traitement (ou de valorisation) du biogaz.
    Dans le cadre de la présente étude, il n’est pas envisagé de mesures directes de ces émissions, compte tenu du peu de recul disponible sur les installations existantes et du nécessaire suivi sur le long terme des émissions (?). Un état des connaissances sera cependant réalisé sur les données et les modèles existants de production de biogaz par les installations de stockage, tenant compte de la nature des déchets et du mode d’exploitation.
  • Sols
    Au niveau des impacts globaux, la question du compostage et de l'épandage de matière organique comme puits de carbone est soulevée, Il est en effet suggéré que le potentiel des sols agricoles agissant comme puits de carbone, pourrait contribuer à répondre de façon significative à l'objectif de l'union européenne de réduire de 8% les émissions de gaz à effet de serre entre 2008 et 2012. Au niveau plus local, la protection des sols et de la ressource en eau doit être prise en compte. L'épandage de composts de haute qualité permet de maintenir ou reconstituer le taux de matière organique des sols, de réduire les apports de fertilisants, cependant l'existence d'impacts potentiellement négatifs doit être analysée. La protection de la ressource en eau nécessite de mieux apprécier les conditions de lixiviation vers les eaux de surface ou les eaux souterraines des composés du carbone mais également des éléments nutritifs et micropolluants. Une des limites des ACV se trouve dans les difficultés à appréhender la dynamique (ou les effets du temps) des émissions dans l'environnement. Des manques sont identifiés, en particulier, dans la connaissance de la dynamique du carbone et de l'azote dans les sols. Ces données sont cependant nécessaires à la définition des conditions d'une gestion durable des sols (maintien du potentiel de matière organique,…), de la protection des ressources en eau et de la limitation des émissions de gaz à effet de serre. ,Les impacts des épandages de compost sur les sols seront évalués à partir des données des exploitants sur les qualités des composts et les conditions d'épandage, des données de la littérature scientifique (qualité des sols, comportement des micropolluants, turnover de la matière organique dans les sols…) et de données expérimentales complémentaires permettant d'enrichir les connaissances sur la dynamique du carbone et de l'azote dans les sols après épandage. Les mesures expérimentales porteront essentiellement sur le suivi de l'évolution spatiotemporelle des émissions de gaz CO2, CH4 et N2O? , des différents pool de matières organiques dans les sols ainsi que sur le suivi des transferts vers et par la phase aqueuses de la matière organique (spéciation opérationnelle), d'éléments nutritifs et d'éléments en traces métalliques, une modification de la concentration en élément traces dans la solution du sol pouvant être liée à un apport direct par le compost ou à des effets indirects tels que l'apport de ligands favorisant la solubilisation ou l'installation de périodes d'anaérobiose. Les paramètres pris en compte seront principalement le type de sol, la durée, la nature des déchets dont est issu le compost, le niveau d'humification, la dose et les conditions d'épandages, les pratiques agricoles.. Une partie des expériences sera réalisée sur une parcelle expérimentale de L'INRA permettant de suivre, dans le temps et dans l'espace, les flux gazeux et la composition de l'eau du sol. En compléments des mesures ex-situ, des essais d'utilisation de méthodes spectrales pour le suivi en continu des teneurs en carbone soluble et nitrates seront réalisés. Les émissions les plus intenses étant généralement observée dans les premiers mois suivant l'épandage, les émissions gazeuses et liquides seront suivies plus intensément pendant cette période. Les résultats seront comparés à ceux obtenus pour un sol témoin. D'autres protocoles permettant d'étudier en particulier l'influence de la nature du sol et des effets à long terme pourront être mis en œuvre (par exemple tests en colonne de prélèvements de différents sols amendés suivant des modalités et durées variables).
    L'évaluation de l'impacts des épandages de compost comporte un volet relatif aux modifications de concentration et de labilité des ETM dans les sols. Pour cela, on s'appuiera sur les données normatives, les données fournies par les exploitants sur les qualités des composts, les données de la littérature scientifique, mais aussi sur les résultats fournis par les expérimentations complémentaires qui seront mises en œuvre. Ces dernières devraient permettre de mieux appréhender la dynamique des ETM dans les sols après épandage et en particulier le transfert des ETM vers et par la phase aqueuse, ce dernier point revêtant une grande importance pour la protection des eaux. Les paramètres pris en compte seront principalement le type de sol, la nature des déchets à l'origine du compost, le niveau d'humification, la dose et les conditions d'épandages, les pratiques agricoles ainsi que la durée. Les protocoles comprendront des études sur des parcelles instrumentalisées mais aussi des études en colonne de sols amendés suivant des modalités et durées variables.
    Concrètement, ceci suppose : 1) des développements méthodologiques pour avoir des estimations de flux à l'aide de capteurs portables, 2) des campagnes légères de terrain (par exemple, 1 mesure (5-6 répétitions par parcelle par semaine pendant 1-2 mois après épandage), 3) évaluer les possibilités d'interpolations entre mesures par un modèle restant à définir et incluant au minimum teneur en eau, température et état (simulé) du déchet. Ce(s) modèle(s) pourraient faire l'objet de tests à l'aide de notre dispositif de mesure "en continu" sur site INRA éventuellement en comparant parcelle impactée et non impactée.
  • Sous-tâche 3.4 - Méthodes d’acquisition de données économiques et sociales.

    L'analyse des coûts sera entreprise dans deux directions. D’une part, dans une approche classique en économie du coût de production du pré traitement. D’autre part, dans un contexte de filière en intégrant la collecte en amont et la nature du traitement en aval des refus. En effet, le choix de la technologie de pré traitement influence la nature du flux à collecter et le traitement à faire subir aux refus. Dans cette seconde approche, les coûts évités pourront être intégrés pour comparer les situations avec ou sans pré traitement. Ainsi les coûts de collecte seront estimés par le logiciel ECOBIO en cours de développement par le Cemagref et Veolia Propreté. Les travaux comprendront :
  • Rassembler et valider les données de coûts nécessaires à l’analyse économique. Ces données seront recueillies essentiellement auprès des collectivités ou EPCI propriétaires des installations et des prestataires assurant l’exploitation des différents équipements (prétraitement, ISD, etc.). Ces données seront discutées et corrigées.
  • Pour rassembler ces données, les composantes des coûts directs seront identifiées selon un référentiel méthodologique commun de calcul des coûts afin de permettre les comparaisons des scénarios. Les coûts d’investissement, d’exploitation, de maintenance, de traitement des refus, et les recettes de vente des sous-produits seront pris en compte. Les coûts, notamment d’équipements, seront exprimés sur une même année de référence. Les coûts d’investissement et d’exploitation sont ramenés en un coût annuel, brut et net, ramené à la quantité traitée. Les coûts indirects, les taxes, les subventions feront l’objet d’une estimation séparée pour une évaluation du coût ramené à la population desservie.
  • Analyse des impacts sur la santé (arrêts de travail, accidents, risques sanitaires pour les travailleurs et les riverains). Afin de déterminer le risque sanitaire lié au rejet d’une substance polluante dans l’environnement, il est nécessaire de déterminer l’exposition des populations vis à vis de cette substance ; cela implique que soient modélisés de manière exhaustive les transferts entre les compartiments interagissant potentiellement avec l’homme. L’appréciation du risque pour l’homme se conformera à la circulaire du 10/12/1999 qui prévoit les niveaux de risques toxicologiques suivants acceptables pour la santé:
    IR (Indice de Risque) < 1 (pour des effets avec seuil d’exposition),
    ERI (Excès de Risque Individuel) < 10-5 pour des effets sans seuil d’exposition : par exemple, 1 cancer par 100.000 personnes = 10-5).
  • L’analyse et monétarisation des données sociales sur les nuisances (plaintes, NIMBY,…) pourra en particulier être abordée au moyen de la technique des prix hédoniques en s’appuyant sur le coût de l’immobilier.

Produits livrés : un rapport de recommandations sur l’établissement des bilans matière et énergie, un guide (protocoles et modes opératoires) d’acquisition de données locales sur les flux solides, les émissions gazeuses et liquides des procédés de gestion des déchets, des recommandations sur l’établissement des coûts directs et les facteurs de coûts environnementaux, des recommandations pour la prise en compte des risques sanitaires.

 

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