Traitement des déchets industriels dans les fours à ciment ou les incinérateurs : une comparaison environnementale

 

Contexte - Imaginez une tonne de déchets industriels qui doit être soumise à un traitement thermique. En Belgique, ces déchets pourraient servir de combustible dans un four à ciment, ou être traités dans un incinérateur. Quelle méthode est la moins nocive pour l’environnement ? Quels types d’émissions et de conséquences pour l’environnement chaque méthode entraînerait-elle?

 

1. Quelles méthodes de traitement des déchets compare-t-on, et pourquoi ?

Déchets traités à hautes températures
Déchets traités à hautes températures

Cette étude compare les impacts sur l’environnement de deux manières de traiter une tonne de certains types de déchets industriels en Belgique:

Pour ces deux méthodes, on parle de traitement thermique en raison des hautes températures employées lors du traitement des déchets.

Cette étude utilise les émissions actuelles dans l’air, l’eau et le sol ainsi que l’utilisation des ressources naturelles comme point de référence pour chacune des deux méthodes de traitement existant en Belgique. Elle évalue la façon dont les émissions et l’utilisation des ressources changeraient si une tonne de déchets venait s’ajouter à l’un ou l’autre procédé de traitement, remplaçant de la sorte une partie des sources d’énergie (et des matières premières) qui auraient été utilisées sans cet ajout. Ces changements au niveau des émissions et de l’utilisation des ressources sont ensuite exprimés en termes d’impacts environnementaux qu’il sera possible de comparer.

L’Organisation néerlandaise de recherche scientifique appliquée (TNO) a mené cette étude comparative à la demande de la Fédération de l'industrie cimentière belge (Febelcem). Cette demande intervient dans le contexte de la modification de la taxe flamande sur les déchets utilisés comme combustible de substitution. Pour garantir une évaluation de meilleure qualité, celle-ci a été conduite en coopération avec un panel d’experts constitué de représentants de l’OVAM (la société publique des déchets de la Région flamande), de la Région wallonne, de VITO (l’institut flamand de recherche technologique), de Neosys, des producteurs de ciment (Holcim, CCB, CBR), et de Febelcem. Plus en anglais…

 

2. Quels types de déchets industriels examine-t-on ?

2.1 Cinq types de déchets industriels sont pris en considération:

Ces types de déchets servent à l’heure actuelle de combustibles de substitution dans les fours à ciment en Belgique, mais peuvent également être traités dans des incinérateurs de déchets. Ils sont concernés par la modification de la taxe sur l’utilisation des déchets comme combustible de substitution. Ces déchets proviennent principalement d’installations industrielles et de stations d’épuration situées en Belgique ou à proximité. Plus en anglais…

2.2 Cette étude ne tient pas compte de certains types de déchets, par exemple dans les cas où ils ne sont pas concernés par la modification de la taxe (comme les farines animales), ou encore quand le flux de déchets est relativement peu important (graines, pneus, caoutchouc, etc.).

De manière générale, les six fours à ciment pris en considération dans cette étude ont utilisé en 2006 davantage de déchets que de combustibles fossiles (en tonnes). Plus en anglais…

2.3 Chaque type de déchet se distingue des autres par la quantité d’énergie qu’il libère, l’humidité qu’il contient ou la quantité de cendres résultant de sa combustion. Les solvants et huiles usagées, par exemple, contiennent peu d’eau, brûlent aussi bien que les combustibles fossiles, et ne produisent pratiquement pas de cendres. Les boues d’épuration et les gâteaux de filtration, au contraire, contiennent encore beaucoup d’eau, libèrent peu d’énergie par tonne, et produisent des cendres en quantité.

Dans certains cas, les déchets doivent subir un traitement préalable avant de pouvoir être utilisés dans les fours à ciment, alors qu’ils peuvent être injectés dans les incinérateurs tels quels. Par exemple, il est nécessaire d’extraire l’eau contenue dans les boues d’épuration, tandis que les résidus d’encre et de peinture doivent eux être mélangés à de la sciure. Ce prétraitement a également des conséquences sur l’environnement. Plus en anglais…

 

3. Comment les déchets sont-ils utilisés pour produire du ciment ?

Les fours à ciment produisent du clinker
Les fours à ciment produisent du clinker

3.1 Le ciment est un élément de base nécessaire à la fabrication du béton et du mortier. Il se compose de calcaire et d’autres minéraux.

Tout d’abord, les matières premières sont concassées, dosées dans les bonnes proportions, mélangées, et parfois préchauffées. Elles sont ensuite portées à haute température dans un four à ciment afin d’être chimiquement transformées en clinker, ce qui nécessite beaucoup d’énergie. Enfin, les granules de matière solide qui sortent du four (appelés clinker) sont refroidis, réduits en poudre et mélangés à d’autres matériaux pour produire une fine poudre de ciment. Plus en anglais…

3.2 A l’heure actuelle, les fours à ciments sont alimentés par des combustibles fossiles et des déchets. Si l’on ajoutait une tonne de déchets supplémentaire à ce processus, la quantité totale de ciment produit n’augmenterait pas, la tonne de déchets venant en effet simplement se substituer à une partie des combustibles fossiles et des matières premières nécessaires. Plus en anglais…

3.3 L’ajout d’une tonne de déchets modifierait légèrement l’ensemble des émissions atmosphériques ainsi que la composition du clinker, en fonction des éléments présents dans les déchets et du type de combustible fossile qu’ils remplacent. Par exemple, si les déchets contiennent moins de soufre que le combustible fossile qu’ils remplacent, les émissions de soufre dans l’atmosphère diminueront, ce qui entraînera moins de pluies acides. La production de ciment ne génère aucune émission directe dans l’eau et le sol. Plus en anglais…

 

4. Comment incinère-t-on les déchets industriels ?

Les incinérateurs de déchets se composent d’une chambre de combustion dans laquelle les déchets sont brûlés à haute température, d’une chaudière à vapeur qui récupère, sous forme de vapeur, une partie de l’énergie contenue dans les déchets, et d’une turbine à vapeur qui transforme partiellement la vapeur en électricité. De plus, on extrait des gaz générés la poussière et les substances chimiques toxiques avant de les libérer dans l’atmosphère. Ce processus d’épuration des gaz de combustion peut parfois entraîner un rejet d’eaux usées dans les eaux de surface. Les cendres et les autres résidus solides résultant de l’incinération sont en général stockés dans des sites d’enfouissement des déchets.

Le type d’incinérateur le plus approprié dépend du type de déchet: Plus en anglais…

4.1 L’ incinérateur à four rotatif convient pour la plupart des types de déchets pris en considération (solvants et huiles usagées, gâteaux de filtration, et résidus de peinture et d’encre). Près d’un quart de l’énergie contenue dans ces déchets est récupérée grâce à ce système, principalement sous forme de vapeur. Son système d’épuration des gaz à l’eau provoque un rejet d’eaux usées dans les eaux de surface. Plus en anglais…

4.2 L’incinérateur à lit fluidisé convient mieux au fluff et aux boues d’épuration. Plus d’un tiers de l’énergie contenue dans ces déchets est récupérée grâce à ce système sous forme de vapeur et d’électricité. Son système d'épuration des gaz de combustion par voie semi-humide n’entraîne aucun rejet d’eaux usées dans les eaux de surface.

Dans les deux cas, si l’on traitait une tonne de déchets supplémentaire, les émissions dans l’environnement augmenteraient en fonction des éléments présents dans les déchets. L’énergie récupérée réduirait en revanche le besoin global d’électricité et de vapeur produits par d’autres sources d’énergies, ce qui permettrait dès lors d’éviter le rejet d’une partie des émissions dans l'environnement. Plus en anglais…

 

5. Comment compare-t-on les impacts sur l’environnement ?

5.1 Les deux options de traitement des déchets sont comparées par le biais d’une Analyse du cycle de vie (ACV), une méthode qui prend en compte toutes les étapes du processus: du transport des déchets au traitement final des émissions avant leur libération dans l’environnement, en passant par le prétraitement des déchets et leur traitement dans les fours à ciment ou les incinérateurs.

Cette étude examine tout d’abord les émissions dans l’air, l’eau et le sol ainsi que l’utilisation des ressources naturelles pour chacune des deux options de traitement, en se basant sur la situation actuelle en Belgique. Elle évalue ensuite quel serait l’impact sur les émissions et l’utilisation des ressources si une tonne de déchets venait s’ajouter à l’un ou l’autre procédé de traitement, remplaçant de la sorte une partie des sources d’énergie (et des matières premières) qui auraient été utilisées sans cet ajout. Enfin elle quantifie les conséquences sur l’environnement – positives ou négatives – résultant de ce changement. Plus en anglais…

5.2 Les émissions et l’utilisation des ressources sont exprimées en termes d’impacts environnementaux, à savoir en termes d’effets sur : la réduction des combustibles fossiles et des matières premières ; le réchauffement climatique ; la couche d’ozone ; la santé de l’homme ; la santé des écosystèmes terrestres, marins et d’eau douce ; le smog ; les pluies acides ; et l’eutrophisation (la prolifération excessive d’algues).

On considère dans cette évaluation que les émissions de CO2 qui ne résultent pas des combustibles fossiles mais font partie du cycle du carbone ne contribuent pas au réchauffement climatique – comme le CO2 libéré suite à la combustion de matière organique contenue dans les boues et la sciure. Plus en anglais…

 

6. Quel traitement est le moins nocif pour l’environnement ?

Pour la grande majorité des impacts environnementaux, l’étude démontre qu’il est moins nocif pour l’environnement d’utiliser les déchets industriels comme combustible de substitution pour la production de ciment que de les traiter dans des incinérateurs de déchets.

Pour les deux méthodes de traitement, l’utilisation d’une tonne de déchets produit une énergie qui aurait été fournie par d’autres sources sans l’ajout de cette tonne de déchets, notamment par des combustibles fossiles qui contribuent au réchauffement de la planète.

Les déchets et les combustibles fossiles contiennent une certaine quantité d’énergie (exprimée en mégajoules ou MJ). Dans le cas des fours à ciment, la combustion d’un MJ de déchets est aussi efficace que la combustion d’un MJ de combustible fossile. Par contre, les incinérateurs de déchets sont énergétiquement bien moins performants que les centrales électriques fonctionnant aux combustibles fossiles en termes de production d'électricité et de vapeur, car seule une petite partie de l'énergie est récupérée. Par conséquent, utiliser les déchets comme combustible de substitution pour la production de ciment permet d’épargner d’avantage de combustibles fossiles.

En général, brûler des déchets génère des cendres. Dans la production de ciment, ces cendres sont incorporées au produit final, remplaçant de la sorte certaines matières premières qui autrement auraient été ajoutées au produit. Dans le cas de l'incinération, on se débarrasse de ces cendres dans des sites d’enfouissement des déchets.

Le traitement dans un four à ciment est-il la meilleure option pour un type de déchet donné et un impact environnemental particulier?

10 catégories d’impacts sur l’environnement 5 types de déchets
Solvants & huiles usagées Boues d’épuration Gâteaux de filtration provenant du traitement des eaux usées Résidus de peinture et d’encre Fluff (plastiques, textiles)
Diminution des ressources Oui Oui Oui Oui Oui
Réchauffement climatique Oui Oui Oui Oui Oui
Couche d’ozone Oui Oui Oui Oui Oui
Santé humaine Non Oui Oui Oui Oui
Ecosystèmes d’eau douce Oui Oui Oui Oui Oui
Ecosystèmes marins Oui Non Oui Oui Non
Ecosystèmes terrestres Non Oui Oui Non Non
Smog Oui Oui Oui Non Oui
Pluies acides Oui Oui Oui Oui Oui
Eutrophisation Oui Oui Oui Oui Oui

En ce qui concerne les gâteaux de filtration provenant du traitement des eaux usées, leur utilisation dans les fours à ciment afin de remplacer une partie des combustibles fossiles et des matières premières pour la production de ciment constitue la meilleure option pour tous les impacts environnementaux considérés. Pour les quatre autres types de déchets industriels, le traitement dans les fours à ciment constitue la meilleure option pour huit ou neuf des dix types d’impacts environnementaux.

Les types d’impacts environnementaux pour lesquels le traitement dans les incinérateurs de déchets est préférable dans le cas d’un ou plusieurs types de déchets sont les effets sur la santé de l’homme, les écosystèmes marins, les écosystèmes terrestres et le smog. Pour les six impacts environnementaux restants (diminution des ressources, réchauffement climatique, couche d’ozone, écosystèmes d’eau douce, pluies acides et eutrophisation), le traitement dans les fours à ciment constitue la meilleure option pour les cinq types de déchets. Plus en anglais…

Plus de détails sur l’évaluation du traitement :
 
 

7. Conclusion - Comment ces résultats peuvent ils être interprétés et à quel point sont-ils fiables ?

Pour la grande majorité des impacts environnementaux, l’étude démontre qu’il est moins nocif pour l’environnement d’utiliser les déchets industriels comme combustible de substitution pour la production de ciment que de les traiter dans des incinérateurs de déchets. Plus en anglais…

7.1 Qu’est-ce qui est plus important: la préservation de nos ressources en eau ou la préservation de la couche d'ozone? Il n’y a pas de réponse objective à cette question. A l’heure actuelle, le changement climatique est l’une des priorités politiques, et pourrait potentiellement se voir accorder une plus grande importance au moment de comparer les impacts. En ce qui concerne le changement climatique et de nombreux autres impacts sur l'environnement, la présente évaluation aboutit à la conclusion suivante : l'utilisation des déchets dans la production de ciment en tant que substitut d’une partie des combustibles fossiles et des matières premières constitue la meilleure option.

Toutefois, c’est aux décideurs politiques que doit revenir la décision, subjective, de l’importance à accorder aux différentes préoccupations environnementales. Pour les experts et les décideurs politiques, les résultats pondérés (exprimés en termes monétaires artificiels) et les suppositions sous-tendant cette étude sont disponibles dans le rapport complet (Niveau 3). Plus en anglais…

7.2 Même si les caractéristiques, les types de déchets ou les types de traitement étaient légèrement différents, ou si une autre méthode d'évaluation était utilisée, les résultats globaux resteraient valides. Plus en anglais…


Les droits d’auteur de la Structure à Trois Niveaux utilisée pour communiquer cette analyse du cycle de vie appartiennent à GreenFacts asbl/vzw.