Etude prospective sur l’évolution du centre de traitement...

Etude prospective sur l’évolution du centre de traitement des ordures

ménagères du SMIRGEOMESRapport final

BRGM/RP-56099-FR Janvier 2008

Mots clés : Déchets ménagers, compostage, stabilisation de la modélisation, simulation, AWAST En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante : P. Michel, Ph. Wavrer - Etude prospective sur l’évolution du centre de traitement des ordures ménagères du SMIRGEOMES, BRGM/RP-56099-FR, Janvier 2008. © BRGM, 2008, ce document ne peut être reproduit en totalité ou en partie sans l’autorisation expresse du BRGM.

Etude prospective sur l’évolution du centre de traitement des ordures ménagères du SMIRGEOMES

BRGM/RP-56099-FR – Rapport final 3

Synthèse

Le SMIRGEOMES (Syndicat Mixte Intercommunal de Réalisation et de Gestion pour l’Elimination des Ordures Ménagères du secteur Est de la Sarthe) a pour mission la collecte et le traitement des ordures ménagères de 90 communes membres, représentant 81 426 habitants.

Sur ce territoire, le traitement des 15 000 tonnes (données 2006) d’ordures ménagères résiduelles (OMr), après collecte sélective du verre, des journaux et des emballages est réalisé dans l’usine de broyage-compostage et le centre de stockage (CSD), situés tous deux sur la commune d’Ecorpain.

Le procédé actuel de cette unité de traitement d’Ecorpain ne présente plus les garanties nécessaires pour produire un compost de bonne qualité et par conséquent valorisable. Le SMIRGEOMES souhaite donc faire évoluer son usine en considérant deux options :

1. un tri-compostage des OMr selon un procédé similaire à celui de l’unité de compostage du SMITOM de Launay-Lantic (22) et visant notamment à produire un compost répondant à la norme NF U44-051 (option « compostage »),

2. un traitement mécano-biologique (ou stabilisation) des OMr avant enfouissement en CSD, en considérant éventuellement une étape d’extraction de recyclables tels que les métaux ferreux et non ferreux, ainsi que la fraction à fort PCI des OMr (options « stabilisation » et « stabilisation + REC »).

Dans ce contexte, le SMIRGEOMES a confié une étude au BRGM en vue d’estimer l’incidence de chacun de ces deux schémas sur l'ensemble de la filière de traitement, notamment sur l'évolution du centre de stockage (production de biogaz, volume enfouis, ...). Pour cela, le BRGM a mis en œuvre sa méthodologie de type AWAST qui permet, à partir de la modélisation de la situation existante, de simuler la prise en compte des différents scénarios de traitement demandés par le SMIRGEOMES.

Après une première phase de l’étude visant à caractériser le gisement d’OMr en termes de tonnages et de composition (et faisant l’objet d’un premier rapport), des hypothèses d’évolution de ce gisement ont été formulées ; validées par le comité de pilotage de l’étude, ces hypothèses étaient nécessaires pour dimensionner les installations à prendre en compte.

On a ainsi considéré que le tonnage annuel d’OMr à traiter devrait être compris entre 15 000 et 20 000 tonnes (représentant entre 150 et 200 kg/hab/an, la population du SMIRGEOMES atteignant vraisemblablement 85 000 habitants d’ici à quelques années). Pour sa part, il a été défini que la nouvelle installation de traitement devrait avoir une durée de fonctionnement de 15 ans au minimum.


4 BRGM/RP-56099-FR – Rapport final

Les différents scénarios ont été testés par simulation en veillant à ce que les normes en vigueur (NF U44-051 pour le compost) ou les valeurs seuils recommandées pour la stabilisation soient respectées.

On notera dès à présent que, sur la base des résultats de simulations obtenus, la composition des OMr du SMIRGEOMES ne permet pas, pour l’instant, de produire un compost répondant à TOUS les critères de qualité de la norme NF U44-051, même à l’aide d’une installation de type Lantic. L’intégralité des taux d’impuretés visuelles considérés dans la norme, ainsi que la teneur en quelques métaux lourds (Zn et Cu) dépassent en effet les seuils maximum autorisés dans le compost. Le respect de la norme passe nécessairement par un changement sensible dans le comportement de l’habitant, que ce soit en termes de consommation (réduction de l’utilisation de sacs plastiques en particulier) ou de geste de tri (réduction de la teneur en verre dans les OMr par exemple).

Les principaux résultats des simulations réalisées sont reportés dans les tableaux de synthèse ci-dessous :

« Compostage avec DV » « Stabilisation » « Stabilisation

+ REC » OMr 100 100 100 Végétaux de déchetterie (DV) 30.0 Compost maturé 39.5 Recyclables 0.5 0.5 4.6 Refus en stockage 45.7 55.7 53.8 % Recyclage 54.3% 0.5% 4.6%



Option compostage Option stabilisation

« Compostage avec DV »

« Compostage avec DV +

stabilisation des refus »

« Stabilisation » « Stabilisation + REC »

Investissement en matériel (estimation prix 2007)

2 070 k€ 1 656 k€ 14 841 k€

Recettes

Compost : 8100 t à 2-3€HT/t (à 30% d’humidité)

=> de 0.8 à 1.2€HT/t Omr

Fe : 104 t à 0 €/t => 0€/t Omr

=> de 0.9€TTC/t OMr

à 2.5€/t Illustration 35

Surface batie (pour l’affinage et la stabilisation des produits)

2.5ha 3.8ha 2.9ha 2.8ha

Nombre d’employés 5 <5 8

Quantité de refus => stockage

9 700 t (à 30%

d’humidité)

8 000 t (à 30%

d’humidité)

12 000 t (à 30%

d’humidité)

Inc. 8 600 t (PCI=11000)

Stock. 3 400 t

11 500 t (à 30%

d’humidité)

Taux de recyclage 54.3% 0.5% 4.6%

impact « effet de serre » (t eq. CO2)

7 128 1 873 2 536 2 001

La simulation de ces options de traitement a permis d’établir des éléments chiffrés quant aux conséquences du choix du type de traitement pour les OMr. Le champs des conséquences étudié permet d’avoir une vision globale de l’influence du choix politique et de positionner le traitement des déchets dans un contexte socio-économique et environnemental donné.

Ces résultats de simulation permettront d’alimenter le débat publique et pourra être le support d’une décision politique pour l’avenir du traitement des déchets au SMIRGEOMES.



Sommaire

Introduction .................................................................................................................11

1. Description des scénarios .....................................................................................13

1.1. GISEMENT DE DECHETS A TRAITER ............................................................13 1.1.1. Evolution de la production de déchets sur le territoire du SMIRGEOMES13 1.1.2. Evolution de la population sur le territoire du SMIRGEOMES..................16 1.1.3. Prospective du gisement de déchets et dimensionnement de la nouvelle

installation.................................................................................................18

1.2. DESCRIPTION DETAILLEE DES SCENARII DE TRAITEMENT DES DECHETS A SIMULER .....................................................................................19 1.2.1. Schéma de traitement ..............................................................................19 1.2.2. Stabilisation biologique.............................................................................20

2. Simulation du scénario « compostage », compostage de type Lantic : compost à la norme NFU44-051 ............................................................................................23

2.1. BILAN MATIERE ET CONCEPTION.................................................................23 2.1.1. Principe.....................................................................................................23 2.1.2. Installation de Launay-Lantic....................................................................24 2.1.3. Installation de compostage pour les OMr du SMIRGEOMES ..................24

2.2. RESULTATS DE SIMULATION.........................................................................27 2.2.1. Performance de l’installation, bilan matière..............................................27 2.2.2. Qualité du compost obtenu.......................................................................28 2.2.3. Refus de traitement à enfouir ...................................................................31 2.2.4. Evaluation économique ............................................................................31

3. Simulation des scénarios stabilisation de la matière organique avant enfouissement (Unité de traitement mécano-biologique)...................................35

3.1. STABILISATION DE LA MATIERE ORGANIQUE.............................................35 3.1.1. Apport des installations de traitements mécano-biologiques dans la

gestion des déchets..................................................................................35 3.1.2. Conception des installations.....................................................................36 3.1.3. Retour d’expérience sur l’enfouissement de déchets stabilisés ...............36



3.2. BILAN MATIERE ET CONCEPTION ................................................................ 38 3.2.1. Option 1 : Unité de stabilisation sans module d’extraction des recyclables

(scénario « stabilisation ») ....................................................................... 38 3.2.2. Option 2 : Unité de stabilisation avec module d’extraction des recyclables

(scénario « Stabilisation + REC ») ........................................................... 40

3.3. RESULTATS DE SIMULATION ........................................................................ 42 3.3.1. Performance des installations, bilan matière ........................................... 42 3.3.2. Evaluation économique............................................................................ 43

4. Modélisation ........................................................................................................... 45

4.1. OBJECTIFS....................................................................................................... 45

4.2. ETUDE DES RELATIONS ENTRE LES VALEURS DE L’ AT4 ET LE POTENTIEL DE PRODUCTION DE BIOGAZ................................................... 45

4.3. EVOLUTION DE L’AT4 DES DECHETS TOUT AU LONG D’UN PROCESSUS DE TRAITEMENT MECANO-BIOLOGIQUE..................................................... 48

4.4. UTILISATION DE CES RESULTATS POUR LA MODELISATION DE L’INSTALLATION DU SMIRGEOMES .............................................................. 52

5. Comparaison des scénarios ................................................................................. 53

5.1. BILAN MATIERE ............................................................................................... 53

5.2. BILAN ENVIRONNEMENT ............................................................................... 56

5.3. SURFACE BATIE.............................................................................................. 60

5.4. SYNTHESE DES RESULTATS ........................................................................ 61

6. Conclusions............................................................................................................ 63

7. Bibliographie .......................................................................................................... 65



Liste des illustrations

Illustration 1 - Evolution du ratio kg/hab d’ordures ménagères traitées sur le site d'Ecorpain. ...................................................................................................................................13 Illustration 2 - Evolution de la production des déchets sur le territoire du SMIRGEOMES (en kg/hab/an). .............................................................................................................................14 Illustration 3 - Production de déchets en France en kg/hab/an (source : Les déchets en chiffres, ADEME, Edition 2007). ..................................................................................................15 Illustration 4 - Production de déchets en kg/hab/an, les déchets du territoire du SMIRGEOMES et la moyenne nationale. ...................................................................................16 Illustration 5 - Evolution de la population urbaine et rurale en France métropolitaine (source : INSEE) ..........................................................................................................................17 Illustration 6 - Simulation de l’évolution de la population région par région à l’horizon 2030 (source INSEE). .................................................................................................................18 Illustration 7 - Schéma de principe du compostage des OMr par cylindre de fermentation (Source : CNR)........................................................................................................23 Illustration 8 - Modélisation du scénario compostage de type Lantic sur OMr sans apport de végétaux de déchetterie. .............................................................................................25 Illustration 9 - Modélisation du scénario compostage de type Lantic sur OMr avec un apport de végétaux de déchetterie. .............................................................................................26 Illustration 10 - Perfomance d’une installation de compostage de type Launay-Lantic (bilan matière). .............................................................................................................................27 Illustration 11 - Qualité du compost obtenu pour une installation de compostage du type Launay-Lantic à patir des OMr du SMIRGEOMES......................................................................28 Illustration 12 - Comparaison des compositions des OMr du SMIRGEOMES et de Lantic............................................................................................................................................29 Illustration 13 - Contributions principales des différentes catégories MODECOM aux teneurs en Zn et Cu des OMr du SMIRGEOMES. ......................................................................30 Illustration 14 - Evolution des indices de coûts du bâtiment et de construction (source : www.btp.equipement.gouv.fr) ......................................................................................................32 Illustration 15 - Ordre de grandeur des émissions (biogaz et lixiviat) attendues à l’issue du stockage de déchets stabilisés après TMB (Müller, 1999). ....................................................38 Illustration 16 - Unité de stabilisation avant enfouissement sans module d’extraction des recyclables (scénario « stabilisation »). .......................................................................................39 Illustration 17 - Unité de stabilisation avant enfouissement avec module d’extraction des recyclables, scénario « stabilisation+REC »................................................................................41 Illustration 18 - Performance de tri du module d’extraction des recyclables, scénario « stabilisation+REC »...................................................................................................................42 Illustration 19 - Quantité de recyclables extraits des OMr du SMIRGEOMES pour 100 tonnes de déchets traités, scénario « stabilisation+REC ». ........................................................42



Illustration 20 - Perfomance attendue des installations de stabilisation, scénario « stabilisation » et « stabilisation+REC » (bilan matière). ........................................................... 43 Illustration 21 - Corrélation entre le potentiel de production de gaz en décharge et les valeurs d’AT4, simulation en réacteur (Müller, 1999).................................................................. 46 Illustration 22 - Estimation du potentiel de production de biogas en L kg-1 MS sur 4 déchets stabilisés issus d’installations industrielles de TMB autrichiennes, (Robinson at al., 2004) d’après des essais en réacteur (Binner et al., 1997)................................................... 47 Illustration 23 - Durées des traitements biologiques et évolutions des valeurs d’AT4 correspondantes trouvées dans la littérature. ............................................................................. 49 Illustration 24 - Evolution de l’AT4 des OMr broyées en andain statique avec aération en fonction du temps (Lornage and al., 2007)............................................................................. 50 Illustration 25 - Dégradation de la quantité de matière organique biodégradable en fonction du temps et du type de traitement (Fricke et al., 2005 d’après (Fricke and Goedecke, 2003)). ....................................................................................................................... 50 Illustration 26 - Evolution de l’AT4 au cours de traitement biologique en aérobie (Fricke et al., 2005).................................................................................................................................. 51 Illustration 27 - Dégradation de la quantité de matière organique biodégradable et de l’activité respirométrique (AT4) en fonction du temps et du type de traitement d’après Soyez 2001.................................................................................................................................. 51 Illustration 28 - Constante cinétique k évaluée pour une dégradation de l’activité respirométrique (AT4) des déchets par un traitement biologique suivant une exponentielle décroissante. ......................................................................................................... 52 Illustration 29 - Performance des différentes options de traitement............................................ 53 Illustration 30 - Bilan matière des différentes options de traitement. .......................................... 55 Illustration 31 - Bilan environnement des scénarios, impact « effet de serre » exprimé en t eq. CO2 pour 20 000 tonnes d’OMr traitées. ........................................................................ 58 Illustration 32 - Impact « effet de serre » des scénarios et tonnage de déchets résiduels enfouis pour 20 000 tonnes d’OMr traitées. ................................................................................ 59 Illustration 33 - Surface batie pour les phases d’affinage et de maturation du compost ou des produits à stabiliser avant enfouissement pour 20 000 tonnes d’OMr traitées. .............. 60 Illustration 34 - Synthèse des résultats et comparaison des options de traitement retenus......................................................................................................................................... 61 Illustration 35 - Détails des recettes attendues liées à la reprise des recyclables extraits de l’installation de traitement « Stabilisation + REC »................................................................. 62

Liste des annexes

Annexe 1 Biodégradabilité de différents types de déchets organiques ..................................... 67



Introduction

Le SMIRGEOMES (Syndicat Mixte Intercommunal de Réalisation et de Gestion pour l’Elimination des Ordures Ménagères du secteur Est de la Sarthe) a pour mission la collecte et le traitement des ordures ménagères de 90 communes membres, représentant 81 426 habitants.

Sur ce territoire, la collecte est assurée par un prestataire de service (COVED), tandis que le traitement des OMr (représentant environ 15 000 t en 2006) est réalisé par la société SETRAD qui gère l’usine de broyage-compostage et le centre de stockage de déchets (CSD) situés tous deux sur la commune d’Ecorpain.

La collecte sélective est effectuée en partie par l’intermédiaire « d’espaces de tri » (apport volontaire) pour le verre, les journaux et les emballages et depuis 2005 en porte à porte pour les emballages. Le tri des emballages collectés est réalisé au Centre de Tri d’Ecorpain, propriété du SMIRGEOMES, par la société COVED. Un réseau de 13 déchetteries vient compléter le dispositif.

Enfin, au 31 décembre 2007, le SMIRGEOMES avait distribué 2 700 composteurs individuels de 320 litres sur l'ensemble du territoire. 5,1 % des foyers sont ainsi équipés de cet outil qui permet de gérer à son domicile les biodéchets, l’objectif du SMIRGEOMES étant de mettre en place 6 000 composteurs en 3 ans afin d'équiper 20 % des foyers.

Le procédé actuel de l’unité de traitement d’Ecorpain (broyage en tête et compostage par retournement) ne présente plus les garanties nécessaires pour produire un compost de bonne qualité. Le SMIRGEOMES souhaite donc faire évoluer son usine de broyage-compostage en considérant deux schémas principaux :

1. Tri-compostage de type Launay-Lantic,

2. Traitement mécano-biologique (ou stabilisation) avant enfouissement.

Dans ce contexte, l’objectif de l’étude confiée au BRGM est d’étudier l’incidence de chacun de ces deux schémas sur l'ensemble de la filière de traitement, notamment sur l'évolution du CSD (production de biogaz, volume enfouis, ...).

L’étude a été conduite selon la méthodologie mise au point dans le cadre du projet européen AWAST coordonnée par le BRGM ; elle a été découpée en trois grandes phases :

1. Réalisation d’un simulateur de la situation existante, intégrant notamment une caractérisation des ordures ménagères résiduelles du territoire qui alimentent l’unité de traitement d’Ecorpain.



Cette caractérisation a permis d’obtenir des données de composition actualisées, tant en ce qui concerne les différentes catégories et sous-catégories, que les éléments traces métalliques (ETM), en vue d’avoir une représentation la plus fidèle possible des déchets du SMIRGEOMES.

2. Développements complémentaires éventuels et simulation des deux scénarios retenus (tri-compostage et traitement mécano-biologique),

3. Comparaison des avantages/inconvénients des deux scénarios par rapport à la situation actuelle.

Ce dernier rapport concerne la deuxième et troisième phase. Il présente les résultats suivants :

- La description des scénarios retenus

- Les résultats de simulation des scénarios retenus

- La comparaison des scénarios



1. Description des scénarios

1.1. GISEMENT DE DECHETS A TRAITER

1.1.1. Evolution de la production de déchets sur le territoire du SMIRGEOMES

Le tonnage d’ordures ménagères résiduelles collecté par habitant sur le territoire du SMIRGEOMES diminue depuis 1999 au profit des tonnages collectés en déchèteries et des collectes sélectives (cf. Illustration 1 et Illustration 2 , Source : Tableau de bord 2006 du SMIRGEOMES). A noter que le calcul du ratio kg/hab prend en compte les adhésions successives de nouvelles communes.

Illustration 1 - Evolution du ratio kg/hab d’ordures ménagères traitées sur le site d'Ecorpain.



0

100

200

300

400

500

600

1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006

kg/h

ab.a

n

Ordures ménagèresCollectes sélectivesDéchèteriesTotal SMIRGEOMES

Illustration 2 - Evolution de la production des déchets sur le territoire du SMIRGEOMES (en kg/hab/an).

Au niveau national, l’Illustration 3 présente l’évolution du ratio de production d’ordures ménagères (Source : Ademe). Ce ratio correspond à la production d’ordures ménagères résiduelles et des déchets issus de la collecte sélective en provenance stricte des ménages ; les encombrants et déchets verts sont comptabilisés par ailleurs. A noter que les déchets des entreprises collectés en même temps que les ordures ménagères sont exclus.

En 2004, 353 kg d’ordures ménagères par habitant ont été générés au niveau national, représentant 290 kg/hab de déchets résiduels, enfouis ou incinérés.

En comptabilisant en plus les déchets des entreprises collectés en même temps que les ordures ménagères, on atteint un ratio de l’ordre de 425 kg/hab/an.



Illustration 3 - Production de déchets en France en kg/hab/an (source : Les déchets en chiffres, ADEME, Edition 2007).

Selon l’ADEME, on observe en France depuis plusieurs années un découplage entre la consommation de biens et la production de déchets par les ménages. Les données 2004 semblent indiquer une stabilisation de la production de déchets. Cette tendance nécessite toutefois d’être confirmée dans les prochaines années.



0

50

100

150

200

250

300

350

400

1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006

kg/h

ab.a

n

Ordures ménagères

Collectes sélectives

Total SMIRGEOMES horsdéchetterie

Total moyenne nationale (OM enprovenance stricte des ménages)

+

Illustration 4 - Production de déchets en kg/hab/an, les déchets du territoire du SMIRGEOMES et la moyenne nationale.

Même si la quantité d’ordures ménagères (ordures ménagères résiduelles et déchets des collectes sélectives) par habitant sur le territoire du SMIRGEOMES est en-dessous de la moyenne nationale (ce qui peut s’expliquer par le fait que le territoire du SMIRGEOMES est en majorité rural), ce ratio semblerait se stabiliser à terme en dessous des 200 kg/hab/an (cf. Illustration 4).

De son côté, sur le territoire du SMIRGEOMES, la collecte sélective est considérée comme ayant atteint son rythme de croisière.

Pour cette étude, on peut donc estimer que les OMr par habitant et par an se stabiliseront autour d’une valeur située entre 150 et 200 kg/hab/an.

1.1.2. Evolution de la population sur le territoire du SMIRGEOMES

Selon l’INSEE, au niveau national, la population urbaine s’est accrue de 2.3 millions de personnes entre 1990 et 1999. Dans le même temps, la population rurale a diminué de 400 000 personnes (cf. Illustration 5). La population augmente le plus autour des pôles urbains, dans les couronnes périurbaines.



Illustration 5 - Evolution de la population urbaine et rurale en France métropolitaine (source : INSEE)1

L’INSEE a également simulé les évolutions de la population région par région à l’horizon 2030. Selon un scénario central qui prolonge les tendances récentes en matière de fécondité, de mortalité et de migrations externes, la France métropolitaine compterait 67.2 millions d’habitants, soit 10.7% de plus qu’en 2005. Toutefois, de fortes disparités distingueraient les régions méridionales et occidentales en forte croissance, de certaines régions du quart nord-est dont la population diminuerait par rapport à la situation actuelle (cf. Illustration 6).

1 http://www.insee.fr/fr/ffc/chifcle_fiche.asp?tab_id=174



Illustration 6 - Simulation de l’évolution de la population région par région à l’horizon 2030 (source INSEE)2.

Sur cette base, si la population de la région Pays de Loire est ramenée à une base 100 pour l’année 2005, elle atteindrait 116.6 en 2030.

En ce qui concerne le territoire du SMIRGEOMES, on peut s’attendre à une hausse de la population de La Ferté Bernard alors que, pour le reste du territoire plutôt en zone rurale, le nombre d’habitants devrait diminuer.

Au final, le SMIRGEOMES devrait montrer une augmentation du nombre de ses habitants en passant de 81 000 à 85 000 dans les années à venir. Ce sont ces chiffres qui ont été utilisés dans la suite de cette étude.

1.1.3. Prospective du gisement de déchets et dimensionnement de la nouvelle installation

Les hypothèses de simulation, notamment en ce qui concerne l’évolution (en tonnages) du gisement d’ordures ménagères, ont été discutées avec le SMIRGEOMES. Il a ainsi été décidé de ne considérer qu’une variation des tonnages générés (en relation avec l’augmentation attendue de la population), mais aucune variation en termes de composition des déchets n’a été retenue :

- pas d’influence attendue de la montée en puissance du compostage individuel (l’effet ne se fera sentir que sur les déchets collectés en déchetterie).

2 http://www.insee.fr/fr/ffc/ipweb/ip1111/ip1111.html



- la collecte sélective est en phase de stabilisation (pas de détournement de déchets des ordures ménagères résiduelles vers les déchets collectés en collecte sélective).

En ce qui concerne le gisement d’OMr en termes de tonnages (pour le dimensionnement de la nouvelle installation de traitement), les hypothèses suivantes ont été retenues :

- la quantité d’OMr générées par an et par habitant devrait se stabiliser entre 200 et 150 kg/hab/an (185 kg/hab/an).

- la population du territoire du SMIRGEOMES représentant actuellement 81 946 habitants devraient atteindre 85 000 habitants dans les années à venir.

On peut ainsi s’attendre à un gisement annuel d’OMr à traiter dans la nouvelle installation de 15 000 tonnes (fourchette basse) à 20 000 tonnes (fourchette haute). Ces hypothèses de tonnages ont été validées par le comité de pilotage du projet.

La nouvelle installation de traitement du SMIRGEOMES devrait avoir une durée de fonctionnement de 15 ans.

1.2. DESCRIPTION DETAILLEE DES SCENARII DE TRAITEMENT DES DECHETS A SIMULER

1.2.1. Schéma de traitement

En ce qui concerne les schémas de traitement, deux types d’installation sont envisagés pour les simulations :

- une installation de tri-compostage de type « Launay-Lantic » qui produirait un compost répondant à la norme NF U44-051.

- une installation de type traitement mécanique et biologique pour une stabilisation avant enfouissement. L’extraction et la valorisation des métaux ferreux et non ferreux, ainsi que l’extraction d’une fraction à fort PCI devront être considérées. Une installation de ce type est envisagée comme étant une installation de compostage simplifiée pour pouvoir garantir une flexibilité du système et permettre une évolution possible vers une installation de type compostage.

Les différentes conséquences et contraintes de ces options (coûts, débouchés, contraintes techniques) devront être étudiées. En ce qui concerne le compost, le contexte local du SMIRGEOMES devrait pouvoir permettre son écoulement et son épandage sur les terres agricoles.



Dans le détail, les options étudiées sont les suivantes :

- Compostage de type Lantic, objectif : Compost qualité NF U44-051. · Option avec végétaux de déchetteries. · Option sans végétaux de déchetteries.

- Stabilisation de la matière organique avant enfouissement : · Installation de compostage simplifiée, objectif : stabiliser la matière organique

(MO) avant enfouissement. · Option sans module de récupération de recyclables. · Option avec module de récupération de recyclables.

1.2.2. Stabilisation biologique

La stabilisation biologique n'étant pas encore réglementée en France, les exigences de qualité du produit à enfouir sont basées sur les retours d'expériences allemandes, autrichiennes ou suisses. Elles se basent principalement sur les paramètres suivants :

- AT4 ou DBO4 (demande biologique en oxygène sur 4 jours) caractérisant l’activité biologique des déchets : au maximum 5 mg O2 g-1 sur matière sèche (MS) pour l’Allemagne, 7 pour l’Autriche,

- GB21 ou TPG 21 (taux de production de gas en 21 jours) caractérisant le potentiel de production de biogaz sous conditions anaérobies : au maximum 20 L kg-1 MS pour les deux pays,

- COTéluat ou TOCeluate (carbone organique total dans l’éluat) caractérisant la charge en matière organique des lixiviats : < 250 mg L-1 en Allemagne.

Selon la littérature scientifique, le critère le plus pertinent pour évaluer la stabilité de la matière organique est l’AT4. A noter que des valeurs d’AT4 de l’ordre de 5 mg O2 g-1 MS semblent être plus difficiles à atteindre que la limite de 20 L kg-1 MS sur le GB21.

D’après une étude de 20063, pour le site de Mende, les résultats obtenus sont pour l’AT4 de 20 mgO2 g-1

MS et de plus de 60 L kg-1 MS pour le GB21. Les performances atteintes apparaissent ainsi nettement inférieures à ce qu’impose la réglementation allemande (AT4 < 5 mg O2. g-1 MS - GB21 < 20 L kg-1 MS).

3 INSAVALOR, LAEPSI INSA Lyon, ValdecH, 2006, Suivi de l'unité de prétraitement aérobie et des casiers de stockage des déchets du site de traitement des déchets de Mende, Étude effectuée à la demande de l'ADEME, Rapport synthétique, Septembre 2006



Du recueil des interventions au colloque organisé par l’ADEME le 21 juin 2007 à Paris, (Prévention & gestion des déchets dans les territoires, Quelle place pour les traitements mécano-biologiques dans la performance des déchets ?), ont pu être extraites les informations suivantes :

Pour l’installation de traitement mécano-biologique du syndicat d’études et d’élimination des déchets du Roannais (SEEDR), le cahier des charges imposait au candidat de concevoir les équipements de façon à ce que la fraction stabilisée à enfouir, après traitement biologique, atteigne a minima un certain niveau de dégradation : un AT4 d’au maximum 15 mgO2 g-1

MS ainsi qu’un COT éluat d’au maximum 700 mg L-1.

De la même manière, les performances requises pour l’installation de traitement par stabilisation biologique des déchets ménagers résiduels avant enfouissement de la Communauté d’Agglomération du Pays de Lorient étaient, pour le stabilisat, les suivantes :

- Degré de maturité : IV (selon LAGA M10)

- Matière sèche : 65 % MS minimum

- Activité respiratoire (AT4) : 10 mg O2 g-1 MS

- Production de gaz (GB 21) : 40 L kg-1 MS

- TOC dans l’éluat : 500 mg L-1

Les valeurs seuils recommandées pour les déchets faisant l’objet d’un traitement mécano-biologique dans le but de respecter la directive européenne sur les décharge ont été évaluées à 10 mg O2 g-1

MS (Müller, 2004). C’est cette valeur qui a été retenue dans cette étude comme objectif pour les installations de type mécano-biologique en vue d’une stabilisation de la matière organique avant enfouissement.

On notera également qu’en terme de traitement de l’air (air vicié du traitement mécanique, du traitement biologique intensif sous tunnel ou autre), l’utilisation d’une RTO (Regenerative Thermal Oxidation) est obligatoire en Allemagne, mais pas en Autriche. De façon à diminuer le coût du traitement de l’air (la RTO étant particulièrement onéreuse), les systèmes suivants peuvent être utilisés, en complément ou en parallèle, en fonction de la qualité des émissions gazeuses à traiter : filtre à poussière, lavage à eau, lavage acide, biofiltre.



2. Simulation du scénario « compostage », compostage de type Lantic : compost à la

norme NFU44-051

L’objectif de cette installation est de produire dans la mesure du possible un compost répondant aux exigences de la norme NFU44-051.

2.1. BILAN MATIERE ET CONCEPTION

2.1.1. Principe

Le principe du tri-compostage « simple » avec un cylindre de fermentation de type BRS est illustré sur l’Illustration 7 suivante.

Illustration 7 - Schéma de principe du compostage des OMr par cylindre de fermentation (Source : CNR).



2.1.2. Installation de Launay-Lantic

L’usine de Launay-Lantic est une des dernières unités mise en fonctionnement en France ; elle est actuellement considérée comme la plus performante, principalement pour la qualité du compost produit.

En 2004, suite à des travaux de 3,6 millions d’euros, et dans le but de produire un compost en conformité avec la nouvelle norme NF U44-051, le SMITOM de Launay Lantic a mis en service une nouvelle unité de tri-compostage des déchets ménagers (l’ancienne datait de 1979).

Le SMITOM, essentiellement rural, regroupe 40 000 habitants (77 000 habitants en période touristique) sur 3 EPCI, soit 34 communes. Ce sont environ 14 000 tonnes d’OMr qui sont collectées et 5 000 tonnes de déchets organiques, soit 18 000 tonnes traitées en bioréacteurs.

L’usine est constituée de deux bioréacteurs (24 mètres de longueur) de fermentation accélérée (apports d’eau et d’oxygène), d’un bâtiment couvert permettant l’affinage du compost et d’aires extérieures servant à la maturation et au stockage des différents composts fabriqués (ordures ménagères, déchets verts et algues vertes). Le compost final représente 36% des OMr. Il est mélangé avec des déchets verts (déchets d’espaces verts) dans une proportion moyenne de 30%. Le mélange est ensuite broyé, retourné et criblé pendant 6 mois, puis vendu aux maraîchers (1 à 3 euros/tonne, selon la saison). La norme NFU44-051 est largement respectée, ainsi que la charte qualité du CERAFEL (plus contraignante que la NFU), le compost est donc de qualité.

La surface utilisée par l’usine est d’environ 2 hectares.

L’installation de traitement permet de réduire en moyenne de 50% les OMr à enfouir. L’usine produit environ 8 000 tonnes de compost par an dont 65% sont valorisés pour les cultures maraîchères, 32% pour les grandes cultures et 3% en aménagement paysager.

A noter que ce projet a eu un impact positif sur la fiscalité ; la TEOM (Taxe d’enlèvement des ordures ménagères) a diminué de 15 à 20%. Les coûts sont les suivants : 65 à 70 euros en coût global par tonne compostée.

2.1.3. Installation de compostage pour les OMr du SMIRGEOMES

Le schéma de l’usine de Launay-Lantic a donc servi de base pour la simulation de la mise en place d’une usine de tri-compostage sur le territoire du SMIRGEOMES.

Les Illustration 8 et Illustration 9 présentent le modèle de cette unité de traitement pris en compte dans notre outil de simulation, en fonction des options considérées.



Illustration 8 - Modélisation du scénario compostage de type Lantic sur OMr sans apport de végétaux de déchetterie.

On rappelle les deux options de traitement retenues (cf. § 1.2.1) :

- traitement des OMr seules.

- végétaux collectés en déchetteries incorporés au flux « compost frais » après broyage et avant maturation en andains.

Le gisement de végétaux récoltés dans le réseau de déchetteries (au nombre de 14 en 2006) a été estimé à 6 000 tonnes (5 635 tonnes en 2006). Ce chiffre a été validé par le comité de pilotage.

En termes de dimensionnement, l’installation doit ainsi avoir une capacité de traitement de 20 000 tonnes d’OMr par an (fourchette haute) et, selon l’option envisagée, de 6 000 tonnes de végétaux par an, soit 30 tonnes de végétaux pour 100 tonnes d’OMr.



Illustration 9 - Modélisation du scénario compostage de type Lantic sur OMr avec un apport de végétaux de déchetterie.

Dans une note4 synthétisant une étude réalisée sur l’unité de Launay-Lantic, B. Morvan du Cemagref de Rennes décrit les équipements de cette installation de la manière suivante :

- fosse de réception,

- fermentation dans 2 cylindres BRS de 24 m de longueur et de 3,60 m de diamètre ; aération de chaque BRS par un ventilateur de 5 000 m3 par heure fonctionnant 20 heures par jour ; vitesse de rotation 1 tour par minute,

- crible primaire à trous ronds de 30 mm, possibilité d’évacuer tous les refus du crible sans passer par l’overband,

4 MORVAN B., BLANQUART J.P., LE SAOS E. (2004) - Essais de performances de l'usine de traitement par compostage des ordures ménagères de LAUNAY LANTIC, Rapport des essais réalisés du 23 septembre au 14 octobre 2004, CEMAGREF SMITOM de Launay-Lantic, Novembre 2004.



- double tapis sélectionneur sur les inférieurs à 30 mm,

- crible Liwell à trous carrés de 10 mm,

- overband sur les refus du crible primaire,

- maturation avec ou sans mélanges d’algues vertes et de déchets verts sur aire de compostage couverte puis sur aire de maturation.

L’affinage et la maturation du compost frais avec les déchets verts broyés sont réalisés de la manière suivante :

- une unité de fermentation accélérée en box couverts avec un temps de séjour de 4 semaines et 1 retournement.

- une aire de maturation (8 semaines) et de stockage non couverte (3 mois).

2.2. RESULTATS DE SIMULATION

2.2.1. Performance de l’installation, bilan matière Sur la base des performances de l’unité de Launay-Lantic et pour une installation telle que proposée, on peut estimer les performances suivantes pour 100 tonnes d’OMr traitées (Illustration 10) :

Sans végétaux de déchetterie Avec végétaux de déchetterie

Débit humide

Débit sec MONS

Débit humide

Débit sec MONS

OMr 100.0 100.0 100.0 100.0 Végétaux (DV) 0.0 0.0 30.0 40.4 Refus de traitement à enfouir 45.7 31.7 45.7 31.7 Compost frais 30.3 50.5 30.3 50.5 Fe 0.5 0.1 0.5 0.1 Compost maturé 22.2 35.4 39.5 66.9

Illustration 10 - Perfomance d’une installation de compostage de type Launay-Lantic (bilan matière).

Pour 100 tonnes d’OMr traitées (sans prendre en compte les déchets verts de déchetteries), on obtient 22.2 tonnes de compost maturé et 45.7 tonnes de refus à enfouir. Avec les végétaux de déchetteries, pour 100 tonnes d’OMr et 30 tonnes de végétaux, on obtient alors 39.5 tonnes de compost maturé.

A noter ici que les débits correspondent aux résultats de simulation. Les ajouts d’eau au cours du procédé pour maintenir des conditions optimales de dégradation de la matière organique ne sont pas pris en compte.



2.2.2. Qualité du compost obtenu

En termes de qualité du compost produit, on obtient les résultats suivants pour les polluants métalliques (métaux lourds) et pour les impuretés visuelles (Illustration 11) :

Compost maturé (OMr)

Compost maturé (OMr

+végétaux) NF U44-051

Taux d'impureté (% sur MS)

Verre et métaux >2 mm 6.0% 3.9% ≤ 2% Plastiques durs > 5 mm 1.5% 0.9% ≤ 0.8% Synthétiques légers (films) de diamètre ≥ 5 mm 12.5% 8.1% ≤ 0.3%

Métaux lourds (mg/kg de MS)

Arsenic 1 1 18 Cadmium 0 0 3 Chrome 42 27 120 Mercure 0 0 2 Plomb 55 36 180 Sélénium 0 0 12 Nickel 27 18 60 Cuivre 321 208 300 Zinc 986 639 600

Illustration 11 - Qualité du compost obtenu pour une installation de compostage du type Launay-Lantic à patir des OMr du SMIRGEOMES.

Au vu des résultats de ce tableau, il apparaît nettement que tous les seuils de la norme NF U44-051 ne sont pas respectés, notamment en ce qui concerne les impuretés visuelles. Les résultats semblent meilleurs pour les teneurs en métaux lourds. Seuls le zinc et, à un degré moindre, le cuivre dépassent les seuils de la norme.

Les impuretés visuelles dans le compost

En ce qui concerne les impuretés visuelles, le modèle utilisé ne permet pas d’en déterminer précisément les teneurs exactes. Les chiffres présentés dans l’Illustration 11 sont des ordres de grandeur qu’on peut considérer néanmoins comme fiables puisque issus des différentes expertises menées précédemment sur des cas similaires.

On note ainsi des teneurs extrêmement fortes en synthétiques légers (représentés essentiellement par les films plastiques (sacs de caisses)), ainsi qu’en verre et métaux, les teneurs en plastiques durs dépassant pour leur part moins fortement le seuil.



On notera également que, fort logiquement, le mélange OMr+déchets verts a pour effet de diluer les impuretés visuelles et les métaux lourds dans le compost.

Une explication à ces teneurs peut être trouvée dans la composition des OMr traitées. L’Illustration 12 ci-dessous montre la comparaison des compositions des OMr de Lantic et du SMIRGEOMES.

Illustration 12 - Comparaison des compositions des OMr du SMIRGEOMES et de Lantic.

On note ainsi des différences sensibles dans les teneurs en « films » et somme « verres+métaux+fines », cette dernière catégorie regroupant généralement une proportion non négligeable de verre cassé. A partir de ces constatations, la réduction des impuretés visuelles dans le compost, passe en premier lieu par un effort au niveau du geste de tri de l’habitant, de façon à réduire la part des films et du verre en particulier, et à un degré moindre des plastiques, dans les OMr.

Composition sur secOMR

SMIRGEOMESOMR LANTIC

(2004)Fermentescibles 11.8% 9.4%Papiers 15.1% 26.2%Cartons 5.7% 9.6%Composites 2.5% 2.2%Textiles 4.7% 4.0%Textiles san. 13.2% 7.7%Films 6.3% 4.5%Plastiques 10.2% 9.7%Combustibles 3.3% 3.5%Verres 5.2% 9.1%Métaux Fe 2.8% 2.0%Métaux Al 0.5% 0.8%Incombustibles 4.2% 1.7%Déchets spé. 0.3% 0.3%Fines >8mm 14.1% 9.4%

100% 100%

6.3% pour 4.5 %Films dans le compost

Verres + fines : 19.3% pour 18.5% Métaux : 3.3% pour 2.8% Verres et métaux > 2 mm dans le compost



Les métaux lourds dans le compost

L’Illustration 13 suivante présente les contributions principales des différentes catégories aux teneurs en cuivre et en zinc, identifiés comme étant les seuls éléments dépassant les seuils de la norme NF U44-051 (cf. Illustration 11). Pour sa part, la teneur en cuivre repasse en dessous du seuil de la norme dans le cas d’un compost issu du mélange d’OMr et de déchets verts.

Contribution des différentes catégories MODECOM des OMr (%)

Zn contenu dans les OMr

Contribution des différentes catégories MODECOM des OMr (%)

Cu contenu dans les OMr

Fines <8 mm 60% Fines <8 mm 73.3%

Déchets spéciaux 14% Films et autres plastiques 7.9%

Films et autres plastiques 13% Autres catégories contribution par

catégorie <4.5%

Autres catégories contribution par catégorie <3%

Illustration 13 - Contributions principales des différentes catégories MODECOM aux teneurs en Zn et Cu des OMr du SMIRGEOMES.

L’essentiel du zinc (60%) et du cuivre (73%) est contenu dans la fraction fine < 8 mm des OMr, ainsi que, dans une moindre mesure, dans les déchets spéciaux (14%) et les films et autres plastiques en ce qui concerne le zinc. Le problème concernant ces deux éléments n’est pas propre à la situation du SMIRGEOMES, les teneurs en zinc et en cuivre étant généralement les teneurs qui ont le plus de mal à respecter les seuils. Là encore, une attention particulière sur le tri des déchets spéciaux (avec notamment les piles qu’on peut retrouver dans la fraction < 8 mm) devrait permettre de diminuer significativement les teneurs résiduelles dans le compost.

En conclusion, le compost obtenu sur la base d’une usine de tri-compostage de type Lantic et à partir des OMr actuelles du SMIRGEOMES, ne respecterait pas toutes les spécifications de la norme NF U44-051, avec notamment :

- Trop de verre et de films plastiques.

- Des teneurs en zinc trop élevées (contributions principales : fines, déchets spéciaux, plastiques).



La valorisation locale du compost reposant sur deux piliers principaux, à savoir le respect des normes existantes et la participation des acteurs de la valorisation, les pistes suivantes pour une amélioration de la qualité du compost peuvent être proposées :

- Effort sur la collecte sélective du verre.

- Diminution (voire suppression) de l’utilisation des sacs plastiques.

- Criblage fin + table densimétrique sur le compost après maturation.

2.2.3. Refus de traitement à enfouir

Au final, pour 100 tonnes d’OMr traitées, il reste 45,7 tonnes de refus à enfouir (cf. Illustration 10).

Pour 20 000 tonnes d’OMr et des refus à 30% d’humidité (tenant compte de l’ajout d’eau en cours de procédé pour garantir des conditions optimales de dégradation de la matière organique - données issues des essais de B. Morvan à Lantic), ce sont 9 678 tonnes de refus qu’il faut enfouir (7 258 tonnes pour 15 000 tonnes d’OMr).

Selon le modèle mis au point pour estimer l’AT4 de déchets (rappel : AT4 = paramètre caractérisant l’activité biologique des déchets, donc leur stabilité), les refus auraient un AT4 de l’ordre de 26 mg g-1 O2 sur MS. Le critère établi pour l’enfouissement des déchets stabilisés pour les installations de traitement mécano-biologique avant enfouissement précisant que l’AT4 doit être inférieur à 10 mg g-1 O2 sur MS (cf. § 1.2.2) ne serait par conséquent pas respecté.

Si on envisage une phase de maturation des refus de compostage avant enfouissement, pour respecter le critère sur l’AT4, au final, pour 100 tonnes d’OMr traitées, il ne resterait que 36,1 tonnes de refus à enfouir. Cette phase doit durer au minimum 6 semaines pour un taux d’oxygénation du produit suffisant (jusqu’à 28 semaines d’après un autre modèle, pour des andains statiques). Une durée de 15 semaines semble raisonnable.

2.2.4. Evaluation économique

Par rapport aux besoins en équipements, on a considéré que la fosse de réception des déchets était déjà à disposition.

Les coûts d’achat du matériel sont connus pour l’année 2004. Pour prendre en compte l’inflation des prix, une augmentation de 15% du coût du matériel a été prise en compte. Pour actualiser les coûts d’équipement de manière plus précise, il faudrait s’appuyer sur les réponses à appel d’offre pour la construction de nouvelles installations.



Illustration 14 - Evolution des indices de coûts du bâtiment et de construction (source : www.btp.equipement.gouv.fr)

L’indice du coût de la construction (ICC) (cf. Illustration 14) permet de suivre l’évolution des prix des marchés de construction des logements neufs.

L’indice IPEA permet de suivre l’évolution des prix des travaux d’entretien ou d’amélioration effectués sur des habitations existantes (maisons individuelles et immeubles collectifs) sur le territoire métropolitain.

Les index nationaux BT (bâtiment) et TP (travaux publics) sont utilisés pour les révisions de prix. Ils sont calculés par la sous-direction du bâtiment et des travaux publics de la direction des Affaires économiques et internationales (DAEI) du ministère.

Pour un procédé dimensionné pour traîter 20 000 t/an, le coût d’investissement en matériel pourrait s’élever, sur la base des coûts 2004, à 1 800 k€, soit 2 070 k€ en considérant 15% d’augmentation des prix entre 2004 et 2007 répartis comme suit :

- Pont roulant + grappin : 120 k€

- Tube BRS type Lantic : 1 000 k€

- Crible à 30 mm & Crible Liwell à 10mm : 60 k€ + 150k€

- Tapis transporteur : 30 k€

- Overband : 40 k€

- Tapis sélectionneur double : 100 k€

- Retourneur d’andains (maturation) : 200 k€

- Broyeur de végétaux : 300 k€



Remarque : l’estimation précédente ne prends en compte qu’un seul tube BRS, suffisant au regard des débits prévus pour le SMIRGEOMES ; néanmoins cette solution « de base » ne permet aucune de souplesse en cas d’arrêt d’usine accidentel ou non.

En termes de bâti et de génie civil, il faut prendre en compte

- l’usine en elle-même, dimensionnée pour 20 000 t d’OMr par an.

- l’unité de fermentation accélérée en box couverts, avec un temps de séjour de 4 semaines (comprenant 1 retournement) et une aire de maturation (8 semaines) pour 14 986 tonnes (à 48% d’humidité) de compost frais et de végétaux (11 240 tonnes pour 15 000 tonnes d’OMr)

- une aire de stockage non couverte (3 mois) pour le compost maturé à 30% d’humidité soit 8 116 tonnes pour 20 000 tonnes d’OMr traitées.

- une aire de maturation (15 semaines cf. 2.2.3) pour les refus de compostage à 30% d’humidité soit 9 678 tonnes pour 20 000 tonnes d’OMr traitées.



3. Simulation des scénarios stabilisation de la matière organique avant enfouissement (Unité

de traitement mécano-biologique)

3.1. STABILISATION DE LA MATIERE ORGANIQUE

3.1.1. Apport des installations de traitements mécano-biologiques dans la gestion des déchets

Les conclusions de l’étude réalisée par P. Bageat de l’ADEME en 2007 sur les traitements mécano-biologiques (principaux apports dans la gestion des déchets et points de vigilance) sont les suivantes :

En tant que tels, les traitements mécano-biologiques sont des dispositifs de tri et de traitements partiels de déchets ménagers et assimilés en mélange (déchets résiduels). Ils ne constituent donc pas une alternative globale au stockage ou à l'incinération.

Les traitements mécano-biologiques peuvent néanmoins apporter des contributions positives à la gestion des déchets ménagers et assimilés. Selon les projets et les contextes, ils peuvent, au sein d'un dispositif global, permettre :

- la diminution de la quantité de déchets à orienter en stockage ou en incinération,

- la maîtrise de certains impacts environnementaux,

- la mise en œuvre du recyclage des fractions organiques ou de certains matériaux, …

Les projets de traitements mécano-biologiques présentent également diverses limites qu'il est indispensable de bien prendre en compte, et chaque projet nécessite de rassembler diverses conditions pour que ses intérêts soient effectifs. Ces conditions concernent en particulier :

- les performances des traitements mécano-biologiques, qui déterminent les caractéristiques des produits et sous-produits des installations,

- et l'existence de débouchés ou d'exutoires pour les différentes fractions obtenues (produits, sous-produits, refus).

Le prétraitement biologique, qui vise à une stabilisation des déchets avant enfouissement, permet d'une part une perte de masse due à une diminution de la matière organique et de la teneur en eau et d'autre part d'augmenter la densité des déchets enfouis. Ainsi, le volume à enfouir peut être réduit de 50 à 60 % et le tonnage de 19 à 35 % par rapport à des déchets non prétraités.



3.1.2. Conception des installations

D’un point de vue de la conception des installations, P. Bageat (Bageat, 2007) fait les remarques suivantes :

- Il n'existe pas de configuration technique type pour les unités de prétraitement avant stockage.

- Il est possible, comme par exemple à Lorient, d'intégrer comme première étape un broyage des déchets afin d'orienter l'ensemble de flux vers les étapes de stabilisation biologique.

· L'intérêt de cette configuration est qu'elle garantit davantage que l'ensemble de la matière organique subira bien le traitement de stabilisation.

· En revanche, ce type d'installations est davantage figé dans sa conception et semble moins à même de s'adapter à d'éventuels ajustements d'objectifs (séparation de certaines fractions pour valorisation, …).

- D'autres installations (Mende) comportent des étapes de tri mécanique (cribles), visant à séparer les flux selon leur granulométrie et à n'orienter vers les étapes de stabilisation biologique que les fractions essentiellement organiques.

· Le risque associé à cette configuration est que des fractions organiques restent dans un flux qui n'est pas orienté vers les étapes de stabilisation, conduisant à des résultats globaux insuffisants en terme de stabilisation de la matière organique oxydable.

· La séparation mécanique en diverses fractions peut, par contre, permettre une meilleure adaptabilité de l'installation (optimisation, …).

Pour le contexte du SMIRGEOMES, on a fait le choix de considérer une installation de type installation de compostage dite « simplifiée ». Ce choix permet d’envisager une future évolution de l’installation vers une véritable unité de tri-compostage sur OMr.

3.1.3. Retour d’expérience sur l’enfouissement de déchets stabilisés

Une synthèse technique réalisée en 2006 (Tauvel, 2006) fait le point sur la diminution des impacts environnementaux que l’on peut attendre d’une installation de traitement biologique des OMr. La diminution par prétraitement biologique de la fraction organique contenue dans les déchets permet de limiter les impacts environnementaux liés au stockage des déchets. On peut observer :

- Une réduction de la formation de gaz en décharge.

- Une diminution de la pollution organique des eaux d’infiltration et de ce fait, une limitation du coût de nettoyage et évitement de l’entartrage des conduites de décharge.



- Une réduction des phénomènes de tassement ce qui limite les risques d’endommagement d’installations techniques (systèmes d’étanchéité, conduites etc.).

- Une suppression du dégagement de chaleur qui peut endommager les systèmes d’étanchéité.

Plus précisément, les premiers constats qui peuvent être fait sur le stockage des déchets stabilisés en conditions réelles après un traitement mécano-biologique (Lower Saxony) sont les suivants (Von Felde, 1999) :

- perméabilité hydraulique plus faible des déchets stockés (conséquence de la densité plus importante des déchets) : la perméabilité pourrait descendre en-dessous des 10-8m/s (Steggman, 2005)

- densité des déchets dans les alvéoles plus importantes : Stegmann 5avance une valeur de 1,5t / m³

- concentration en azote et matière organique des lixiviats plus faible

- la phase d’acidification avec une forte concentration en matière organique dans les lixiviats n’apparaît pas.

NB : Les trois installations de traitement mécano-biologique considérées dans cette étude sont des installations qui permettent d’extraire des OMr un flux de ferrailles et un flux de déchets à fort PCI (RDF).

Müller, dans son article de 1999 dans TSM, reprend les résultats de simulation de décharge publiés par Höring qui compare les émissions attendues (biogaz et lixiviat) à partir de déchets solides municipaux non traités en centre de stockage et celles issues de déchets prétraités par une installation de traitement mécano-biologique (cf. Illustration 15) :

5 (Stegmann, 2005)



Unités (MS : matière

sèche)

Déchets non traités

Déchets stabilisés par

TMB l/kg MS 134-233 12-50 Transfert de carbone

par le gaz Production de gaz g Corg/Kg MS 71.7-124.7 6.4-26.8 COT g/kg MS 8-16 0.3-3.3 Azote total g/kg MS 4-6 0.6-2.4 Transfert par les

lixiviats Cl- g/kg MS 4-5 4-6

Illustration 15 - Ordre de grandeur des émissions (biogaz et lixiviat) attendues à l’issue du stockage de déchets stabilisés après TMB (Müller, 1999).

3.2. BILAN MATIERE ET CONCEPTION

L’installation de stabilisation de la matière organique envisagée pour le SMIRGEOMES consiste en une installation de type installation de compostage simplifiée avec un tube rotatif de fermentation accélérée (BRS) en entrée de procédé.

3.2.1. Option 1 : Unité de stabilisation sans module d’extraction des recyclables (scénario « stabilisation »)

L’installation présentée sur l’Illustration 16 permet de stabiliser la matière organique avant enfouissement.

18 % de la matière organique non synthétique est dégradée dans le BRS pour un temps de séjour de 4 à 5 jours.

Le crible de 80 mm en sortie de BRS permet de concentrer dans les >80 mm :

- la fraction à fort PCI des OMr (92% des films, 73% des plastiques, 64% des combustibles et 63% des textiles contenus dans les OMr).

- les métaux ferreux contenus dans les déchets (78%) ; un overband permet d’extraire ces métaux du reste du flux des > 80 mm.

Cette fraction à PCI élevé pourra être valorisée à terme comme combustible (PCI évalué à 11 000 kJ/kg). Pour l’instant, faute de débouchés, cette fraction est regroupée avec les < 80 mm (après extraction de ferrailles) pour la phase de maturation de la matière organique.



Illustration 16 - Unité de stabilisation avant enfouissement sans module d’extraction des recyclables (scénario « stabilisation »).

Ce projet a également permis de faire une recherche bibliographique et d’en extraire un modèle qui permet d’une part, d’estimer les valeurs d’AT4 à partir de l’estimation du carbone organique qui peut être dégradé biologiquement et d’autre part, de modéliser les cinétiques de dégradations de l’AT4 (voir § modélisation). Ce modèle a été utilisé pour estimer les durée de traitement nécessaire pour atteindre un AT4 des déchets stabilisés < 10 mg O2 g-1 MS avant enfouissement.

La réglementation allemande préconise de mettre en œuvre une phase de dégradation intensive jusqu’à atteindre un AT4 de 20 mg O2 g-1 MS. Pour cela, il est nécessaire de prévoir une phase d’affinage intensif (en tunnel fermé par exemple) avec contrôle de l’humidité et aération suffisante pour assurer une bonne dégradation de la matière organique pendant une durée de 2 à 3 semaines.

Les déchets peuvent ensuite être mis en andain pour la phase de maturation. Cette phase doit durer au minimum 6 semaines pour un taux d’oxygénation du produit suffisant (jusqu’à 16 semaines d’après un autre modèle, pour des andains statiques). Une durée de 10 semaines semble raisonnable.

D’après le modèle développé, le tube BRS permettrait de réduire la phase intensive de 3 semaines.



3.2.2. Option 2 : Unité de stabilisation avec module d’extraction des recyclables (scénario « Stabilisation + REC »)

L’objectif de cette installation est d’une part de stabiliser la matière organique et d’autre part d’extraire des OMr un maximum de matériaux recyclables (cf. Illustration 17). Le « module d’extraction des recyclables » est basée sur celui de l’installation de la CoVe à Loriol du Comtat (84). Ce module permet d’extraire du flux d’OMr des papiers/cartons par un tri manuel en cabine de tri, des métaux ferreux par tri magnétique, des plastiques PET et PEHD par tri-optique. Cette installation a fait l’objet d’un bilan d’usine réalisé par le BRGM. Les performances de tri avancées sont donc basées sur des données réelles.

Les équipements de tri nécessaires pour le module d’extraction des recyclables sont les suivants :

- Trommel (mailles de 80 et 200mm),

- Overband+poulie magnétique (recupération des ferrailles),

- Table densimétrique,

- Cabine de tri manuel (papiers et cartons),

- Tri optique (PET et PEHD).



Illustration 17 - Unité de stabilisation avant enfouissement avec module d’extraction des recyclables, scénario « stabilisation+REC ».

Une fois les recyclables extraits, les déchets résiduels sont stabilisés. Une première phase intensive de dégradation de la matière organique a lieu dans le BRS pendant un temps de séjour de 4 à 5 jours. Une deuxième phase de dégradation est nécessaire pour atteindre une valeur d’AT4 < mg O2 g-1 MS : phase d’affinage et de maturation.

De la même manière que pour le scénario « stabilisation », il serait nécessaire de prévoir une phase d’affinage intensif (en tunnel fermé par exemple) avec contrôle de l’humidité et aération suffisante pour assurer une bonne dégradation de la matière organique pendant une durée de 2 à 3 semaines. Les déchets peuvent ensuite être mis en andain pour la phase de maturation. Là encore, cette phase doit durer au minimum 6 semaines, une durée de 10 semaines semblant raisonnable.



3.3. RESULTATS DE SIMULATION

3.3.1. Performance des installations, bilan matière

Les performances obtenues grâce aux équipements de tri du module d’extraction des recyclables sont les suivantes (Illustration 18) :

Performances globales* Fe 65.9% Papier/cartons 16.2% PET 26.6% PEHD 18.3%

* Performances globales = Constituant récupéré/Qté constituant dans les OMr

Illustration 18 - Performance de tri du module d’extraction des recyclables, scénario « stabilisation+REC ».

Ces performances ont été estimées à partir des résultats d’un bilan d’usine réalisé sur l’installation de Loriol du Comtat.

Par rapport à la composition des OMr du SMIRGEOMES, les tonnages de recyclables qui pourraient être extraits pour 100 tonnes de déchets traités sont les suivants (Illustration 19) :

Tonnages de recyclables extraits des OMr

OMr 100 Fe 1.2 Papier/cartons 2.9 PET 0.3 PEHD 0.2

Illustration 19 - Quantité de recyclables extraits des OMr du SMIRGEOMES pour 100 tonnes de déchets traités, scénario « stabilisation+REC ».

Les deux installations de stabilisation (avec ou sans module d’extraction de recyclables) ont été simulées. Ces simulations ont permis de déterminer les quantités de recyclables et de déchets stabilisés qui pourraient être obtenues par de telles installations. Les résultats sont reportés sur l’illustration 20.



Scénario « Stabilisation »

Scénario « Stabilisation + REC »

OMr 100 100 Matière stabilisée en stockage 55.7 53.8 Recyclables 0.5 4.6

Illustration 20 - Perfomance attendue des installations de stabilisation, scénario « stabilisation » et « stabilisation+REC » (bilan matière).

On notera que les débits correspondent aux résultats de simulation. Les ajouts d’eau au cours du procédé pour maintenir des conditions optimales de dégradation de la matière organique ne sont pas simulés.

3.3.2. Evaluation économique

Rappel : par rapport aux besoins en équipements, on a considéré que la fosse de réception des déchets était déjà à disposition.

Les coûts d’achat du matériel sont connus pour l’année 2004. Pour prendre en compte l’inflation des prix, une augmentation de 15% a été pris en compte.

Pour un procédé dimensionné pour 20 000 t/an (valeur haute des tonnages attendus), le coût d’investissement en matériel pourrait s’élever :

- pour une installation de stabilisation de la MO avant enfouissement « Stabilisation » à 1 440 k€ (prix 2004), soit 1 656 k€ pour des coûts actualisés simulés, à raison de 15% d’augmentation des prix depuis 2004, avec : · Pont roulant + grappin : 120 k€ · Tube de type Lantic : 1000 k€ · Crible à 80 mm : 60 k€ · Tapis transporteur : 20 k€ · Overband : 40 k€ · Retourneur d’andains (maturation) : 200 k€

- pour une installation de stabilisation de la MO avant enfouissement avec un module d’extraction de recyclables « Stabilisation+REC » à 12 905 k€ minimum (prix 2004), soit 14 841k€ pour des coûts actualisés simulés à raison de 15% d’augmentation des prix depuis 2004): · Trommel 80 et 200 mm : 60 k€ · Overband et Poulie magnétique : 40k€ + 5k€ · Table densimétrique : 30 k€ · Pont roulant + grappin :120 k€ · Tube de type Lantic : 1000 k€



· Retourneur d’andains (maturation) : 200 k€ · Tri optique : Entre 130 et 200 k€ HT (équipement installé) · Table de tri linéaire avec goulotte6 : 2 300 €HT/mètre linéaire.

A noter également que l’exploitation de la cabine de tri6 manuel génère un surcoût lié aux panneaux nécessaires, chauffage, ventilation, rafraichissement et éclairage hors coût du plancher à raison de 1 200 €HT/m².

Au niveau du bâti et du génie civil, il faut prendre en compte

- l’usine en elle-même pour 20 000 t d’OMr par an au maximum,

- l’unité de fermentation accélérée en box couverts avec un temps de séjour de 2 à 3 semaines et une aire de maturation (au minimum 6 semaines, vraisemblablement plutôt 10 semaines) : · pour 16 300 tonnes (à 30% d’humidité), scénario « stabilisation » · pour 15 100 tonnes (à 30% d’humidité), scénario « stabilisation + REC»

La surface occupée6 pour le stockage des recyclables extraits au cours du process est la suivante :

- Acier : 16 m²

- Papiers/cartons : 64 m²

- Plastiques : 96 m²

6 Données extraites du guide Concevoir, construire et exploiter un centre de tri, Eco-Emballages, Edition 2005



4. Modélisation

Rappel : la législation Autrichienne et Allemande impose des critères techniques pour l’enfouissement de déchets en centre de stockage, critères basés sur l’AT4, le GB21 et le COTéluat (cf §1.2.2).

Lornage (Lornage et al., 2007) reprend les conclusions de Von Felde and Doedens déjà établies en 1997 : des valeurs d’AT4 de l’ordre de 5 mg O2 g-1 MS sont plus difficiles à atteindre que la limite de 20 NL kg-1 MS sur GB21.

De plus, l’AT4 est considéré comme un critère pertinent pour évaluer la stabilité de la matière organique des déchets (Cossu et al., 2007). Ce paramètre est également mis en avant par divers auteurs tels que Soyez et Müller.

Ce paramètre a donc été retenu pour estimer et suivre les performances des installations de traitement mécano-biologique envisagées pour les OMr du SMIRGEOMES.

4.1. OBJECTIFS

L’étude bibliographique des travaux de recherche disponibles dans la littérature scientifique avait pour objectif d’établir un modèle qui permette :

- d’une part, de relier les valeurs de l’AT4 et la production de biogaz en centre de stockage, pour pouvoir prédire la quantité de biogaz émis par les produits stabilisés, une fois ceux-ci enfouis.

- d’autre part, de simuler l’évolution de l’AT4 des déchets tout au long des processus de traitement mécano-biologique pour estimer les durées de traitement biologique nécessaires pour atteindre une valeur seuil d’AT4 pré-définie.

4.2. ETUDE DES RELATIONS ENTRE LES VALEURS DE L’ AT4 ET LE POTENTIEL DE PRODUCTION DE BIOGAZ

Différents programmes de recherche ont montré que le potentiel de production de biogaz en centre de stockage est directement corrélé avec l’activité biologique résiduelle caractérisée par l’AT4 des déchets stabilises enfouis (Cossu et al., 2007, Soyez 2001, Müller W., 2004).



Le facteur multiplicatif entre ces deux éléments serait d’un facteur 5 d’après Müller (2004) qui a regroupé des données provenant de diverses sources (cf Illustration 21). Il a notamment pris en compte les essais réalisés dans un réacteur pour simuler la formation de biogaz en décharge en 200 jours (Höring et Ehrig, 1999) grâce auxquels la relation suivante a pu être établie :

Gpot (potentiel de formation de biogaz (l/kg MS) = 6.6 AT4 - 2.5

Illustration 21 - Corrélation entre le potentiel de production de gaz en décharge et les valeurs d’AT4, simulation en réacteur (Müller, 1999).

Ils existent également de bonnes corrélations :

- entre l’AT4 et la vitesse de production de gaz à 21 jours GB21 (Müller & Soyer, 2004),

- entre les valeurs des paramètres de stabilité (AT4 ou DBO4) et la dégradation de la matière organique biodégradable qui montrent des dynamiques similaires (Fricke K. et al, 2005),

- entre le GB21 et la teneur en matière organique des éluats (COT éluat) (Soyer).

Par contre, la perte au feu contrairement à l’AT4 ou GB21 n’est pas une mesure fiable pour estimer le potentiel de formation de biogaz en décharge (Von Felde et al, 1999).

Au vue des courbes ci-dessous (Illustration 22), les tests réalisés en laboratoire durant 200 jours pour estimer le potentiel de production de biogaz des déchets semble avoir une durée suffisante pour obtenir une bonne estimation du potentiel de production de biogaz des déchets testés.



Illustration 22 - Estimation du potentiel de production de biogas en L kg-1 MS sur 4 déchets stabilisés issus d’installations industrielles de TMB autrichiennes, (Robinson at al., 2004)

d’après des essais en réacteur (Binner et al., 1997).

Le projet de recherche (dont est extrait l’Illustration 22) mené par Robinson et al. en 2004 a ainsi montré que les tests de laboratoire de production de biogaz, typiquement d’une durée de 100 à 200 jours pour une bonne estimation du potentiel de production de biogaz, permettent de montrer le potentiel de réduction des impacts (génération de biogaz) des déchets prétraités par des installations de type TMB.

Par contre, il faut noter qu’en conditions réelles, au sein des centres de stockage, la partie biodégradable des déchets met des décennies, voire des siècles, pour se décomposer entièrement alors, que durant les tests en laboratoire, tout le potentiel de production de biogaz est presque atteint au bout de quelques semaines (la production de biogaz résiduelle est minimale). Cela peut s’expliquer par des conditions non optimales de dégradation. Même si les tests en laboratoire ne reflètent pas forcement la réalité de la production de biogaz en décharges, ils permettent d’avoir une idée du gain obtenu grâce au prétraitement biologique, en comparant le potentiel des déchets non traités et celui des déchets à l’issue d’un traitement biologique.

En conclusion, la quantité de gaz par tonne de matière sèche pouvant être produite par les déchets en décharges peut être estimée indirectement grâce à l’estimation de l’AT4 des déchets stabilisés (utilisant les relations entre l’AT4 et le potentiel de formation de biogaz : facteur multiplicatif de l’ordre de 5). C’est ce que propose Müller dans son article de 2004.



De plus, de précédents travaux de recherche ont permis de développer dans le logiciel AWAST un modèle qui permet de déterminer la quantité de matière organique biodégradable contenue dans les déchets à partir de sa composition MODECOM™ et la production potentielle de biogaz qui en résulte.

On peut donc :

- d’après la composition des déchets, estimer la quantité de matière organique biodégradable (Corg biodégradable) et le potentiel de production de biogaz en L kg-1 de déchet (modèle AWAST).

- d’après le potentiel de production de biogaz, estimer l’AT4 des déchets considérés.

4.3. EVOLUTION DE L’AT4 DES DECHETS TOUT AU LONG D’UN PROCESSUS DE TRAITEMENT MECANO-BIOLOGIQUE

La modélisation de la cinétique de dégradation de l’AT4 permettra d’estimer les durées de traitement biologique à mettre en œuvre pour atteindre une valeur seuil d’AT4 prédéfinie. La valeur seuil définie pour cette étude pour l’enfouissement de déchets stabilisés a été fixée à 10 mg O2 g-1 MS. On notera également que la réglementation allemande AbfAblV fixe un AT4 de 20 mg O2 g-1 MS comme critère minimum requis pour passer d’une phase de dégradation intensive (en tunnel fermé par exemple) à une phase de dégradation lente (maturation) à l’air libre.

L’illustration ci-dessous (Illustration 23) synthétise les durées de traitement biologique et les évolutions des valeurs d’AT4 correspondantes trouvées dans la littérature :



Type de déchets traités

AT4 Initial des

déchets (mg O2/g

MS)

Détails des traitements biologiques mis en œuvre et évolution du degré de stabilité des déchets traités

correspondants Sour

ce

OMr broyées sans autres prétraitements mécaniques

82

Expérimentation en andains avec aération forcée (insufflation d’air par tuyau) : 12 semaines intensives suivies de 13 semaines de maturation L’AT4 est réduit de 80% en 25 semaines : AT4 (25 semaines) de 21. La réduction de l’AT4 obtenue est plus faible que les données issues de la littérature. Les explications avancées sont la conception du système de traitement, une humidité non optimale (rapide assèchement des déchets), des déchets différents de ceux considérés dans la littérature (composition, humidité, granulométrie).

Lorn

age

and

al.,

2007

Déchets ayant subi un traitement mécanique

38 à 70

10 à 14 semaines de traitement pour un AT4 obtenu sur les déchets stabilisés <5 dont - 3 à 6 semaines de traitement intensif (aération forcée, maintient d’un optimum au niveau de la humidité, température et de l’oxygénation des déchets) pour atteindre un AT4<20 - 7 à 8 semaines de maturation en andain pour atteindre un AT4<10

Fric

ke K

. et a

l, 20

05

Déchets ayant subi un traitement mécanique (déchets résiduels traités par le traitement biologique : env. 55% des OMr)

30 à 50

4 à 8 semaines de traitement intensif (processus de dégradation controlée) Ou 5 à 15 mois de traitement lent en andain avec insufflation d’air pour atteindre un AT4<10

Soy

ez, 2

001

Seule la fraction fine (granulométrie comprise entre 40 et 80 mm) est traitée biologiquement (40 à 50% des OMr)

Au total, le traitement biologique dure entre 8 et 16 semaines pour AT4 obtenu sur les déchets stabilisés <5. Le traitement biologique se déroule au minimum sur 4 semaines en tunnels avec aération forcée. LA

DIB

et a

l. ,

2006

Illustration 23 - Durées des traitements biologiques et évolutions des valeurs d’AT4 correspondantes trouvées dans la littérature.

Toutes les études issues de la littérature qui ont suivi dans le temps la dégradation de l’AT4 au cours des procédés de dégradation aérobie ont montré que cet AT4 suit une décroissance exponentielle. Les illustrations suivantes sont extraites de différents travaux de recherche (Illustration 24, Illustration 25, Illustration 26 et Illustration 27).



Illustration 24 - Evolution de l’AT4 des OMr broyées en andain statique avec aération en fonction du temps (Lornage and al., 2007).

Les conclusions des essais menés par Lornage et al. sont notamment : l’activité respiratoire décroit exponentiellement durant le traitement biologique, mais plus lentement que ce qui était attendu au vu de la littérature.

Illustration 25 - Dégradation de la quantité de matière organique biodégradable en fonction du temps et du type de traitement (Fricke et al., 2005 d’après (Fricke and Goedecke, 2003)).



Illustration 26 - Evolution de l’AT4 au cours de traitement biologique en aérobie (Fricke et al., 2005).

Pour Fricke K. et al (Fricke K. et al, 2005), la stabilisation des déchets avant enfouissement par dégradation aérobie nécessite un traitement d’une durée totale de 10 à 12 semaines pour atteindre une staibilisation suffisante comme stipulé dans la loi allemande (AT4<5). Les dernières 3 à 6 semaines peuvent être réalisées en andain.

Illustration 27 - Dégradation de la quantité de matière organique biodégradable et de l’activité respirométrique (AT4) en fonction du temps et du type de traitement d’après Soyez 20017.

7 SOYEZ, K.: Mechanical-biological waste treatment – technologies, landfill behaviour and evaluation – results of the German Federal Research project on MBP (in German). Berlin: Erich-Schmidt-Verlag, 2001



Si on modélise la dégradation de l’AT4 par une formule de type AT4(t)=AT4(0).exp(-k t) pour t la durée de traitement en semaines, les constantes cinétiques k d’après les courbes précédentes seraient les suivantes :

Procédé de dégradation intensive Phase intensive (affinage)

Procédé de dégradation lente Phase de maturation

Source bibliographique

tunnel fermé, aération forcée, contrôle

d’humidité…

Procédé non optimal sur OMr broyées

(andain avec insufflation d’air)

(andain statique avec retournement)

0.243 0.185 Fricke et al., 2005

0.148 0.039 Soyez, 2001 0.060 Lornage, 2007

Illustration 28 - Constante cinétique k évaluée pour une dégradation de l’activité respirométrique (AT4) des déchets par un traitement biologique suivant une exponentielle décroissante.

4.4. UTILISATION DE CES RESULTATS POUR LA MODELISATION DE L’INSTALLATION DU SMIRGEOMES

L’AT4 sur le flux « compost frais » du SMIRGEOMES a été évalué par SOCOR à hauteur de 100 mg O2 g-1 MS. Ce flux « compost frais » regroupe 60.3% sur sec de la MONS des OMr.

Grâce au modèle AWAST qui permet de relier la composition des déchets au potentiel de biogaz qui en résulterait et à la corrélation entre ce potentiel et les valeurs d’AT4, on a pu estimer que :

- L’AT4 des OMr du SMIRGEOMES serait de l’ordre de 43 mg O2 g-1 MS.

- le BRS ferait chuter l’AT4 de 25% : en sortie de BRS, l’AT4 des déchets serait ainsi de l’ordre de 32 mg O2 g-1 MS.

L’estimation de l’AT4 des déchets bruts peut sembler un peu faible. Cependant, il faut considérer ici que le calcul est réalisé de façon identique pour estimer l’AT4 des OMr, des déchets stabilisés à l’issu des traitement, etc… La comparaison des options de traitement et leurs impacts environnementaux est donc tout à fait pertinente.

Pour respecter le critère AT4 <10 mg O2 g-1 MS pour les déchets à stocker en décharge, il est nécessaire de mettre en œuvre un procédé de dégradation biologique pour affiner et maturer les déchets. L’évolution de l’AT4 au cours du temps pendant les phases d’affinage et de maturation des produits a été modélisée grâce à une exponentielle décroissante en utilisant les constantes cinétiques du paragraphe précédent. Cette relation a permis d’estimer les durées de taitement nécessaires pour respecter le critère établi sur l’AT4 sur les déchets destinés à l’enfouissement.



5. Comparaison des scénarios

5.1. BILAN MATIERE

L’illustration ci-dessous synthétise les résultats de simulation et décrit, par option de traitement retenue, les performances (en termes de bilan matière) que l’on peut attendre de telles installations :

Compostage de type Lantic sur

OMR+DV « Compostage »

Compostage de type Lantic sur

OMR+DV & Maturation des

refus de compostage

« Compostage + stabilisation des refus »

« Stabilisation »

Stabilisation + module

d'extraction des recyclables

« Stabilisation + REC »

OMr 100.0 100.0 100.0 DV 30.0

Compost maturé 39.5

Recyclables 0.5 0.5 4.6 Refus en stockage 45.7 36.1 55.7 53.8

% Recyclage matière ou organique

(cf. ADEME) 54.3% 0.5% 4.6%

Illustration 29 - Performance des différentes options de traitement.

Ainsi, pour 100 tonnes d’OMr traitées et 30 tonnes de végétaux de déchetterie on aurait au final un stockage de (estimations hors ajouts d’eau en cours de procédé) :

- 45.7 tonnes de refus de compostage pour l’option compostage de type Lantic ou 36.1 tonnes de refus de compostage après maturation des refus,

- 55.7 tonnes pour l’option « stabilisation »,

- 53.8 tonnes pour l’option « stabilisation + REC ».



Si on fait le bilan de la valorisation matière de ces différentes options de traitement (selon la méthode ADEME), on peut classer l’option « compostage » au premier rang : elle permet non seulement d’extraire de la ferrailles (environ 0.5 tonnes) des OMr, mais également de produire du compost (environ 39.5 tonnes). Les options « stabilisation », qui n’ont pour seul objectif de stabiliser les déchets et en réduire leur volume avant enfouissement, ne permettent, en ce qui concerne la valorisation matière, que d’extraire des recyclables : 0.5 tonnes de ferrailles pour l’option « stabilisation » et 4.6 tonnes pour l’option « stabilisation + REC ».



Illustration 30 - Bilan matière des différentes options de traitement.

100

Déchets stabilisés

Recyclables 4.6

100

Déchets stabilisés

0.5

30

100

Refus de Compostage

0.5 Fe Compost

39.5

Installation « stabilisation »

Installation « compostage »

45.7 ou 36.1

Fe 55.7

Installation de « stabilisation +

REC » 53.8



5.2. BILAN ENVIRONNEMENT

Les nuisances et impacts des installations de traitement mécano-biologiques listés par P. Bageat de l’ADEME sont les suivants :

Localement, les principaux impacts et nuisances peuvent être liés à la production et à l'émission de composés organiques volatils, voire d'ammoniac ou d'hydrogène sulfuré. Ces composés peuvent notamment être à l'origine de nuisances olfactives. Des risques de nature biologique peuvent également exister (présence de bio-aérosols); ils sont cependant, en règle générale, situés sur le site même ou dans l'environnement très immédiat de l'installation.

Pour ce qui concerne les impacts globaux, le traitement mécano-biologique est susceptible d'émettre des gaz à effet de serre tels que le méthane (lié à l'existence de poches anaérobies) ou le N2O.

Rappelons que l’effet de serre se décrit de la manière suivante : « on appelle “effet de serre” l’augmentation de la température moyenne de l’atmosphère induite par l’augmentation de la concentration atmosphérique moyenne de diverses substances d’origine anthropique (CO2, méthane, CFC, …). Les émissions de CO2 d’origine biologique (par incinération ou compostage des putrescibles, soit environ 30% du gisement collecté) ne sont pas comptabilisées comme gaz à effet de serre d’origine anthropique, conformément aux conventions internationales fixées par le groupe intergouvernemental d’experts sur le réchauffement climatique (GIEC ou IPCC). En revanche, les émissions de méthane d’origine biologique sont quant à elles comptabilisées. »

Le document de référence pour l’estimation des émissions liées au traitement biologique des déchets est un document de l’ADEME datée de 2005 : Etude ADEME 2005 : Impacts environnementaux de la gestion biologique des déchets : bilan des connaissances.

Sont donc comptabilisés pour estimer l’impact « effet de serre » exprimé en kilogramme équivalent CO2 pour un système de traitement de type traitement mécano-biologique et enfouissement de la matière stabilisée et/ou des refus de compostage :

- Le méthane généré lors de l’étape de dégradation de la matière organique. · Cette dégradation se fait en présence d’oxygène donc génère principalement du

CO2 d’origine organique donc non comptabilisé comme gas à effet de serre. Mais, du méthane peut être généré si le taux d’oxygènation des déchets est insuffisant localement.

· Entre 10 et 200 kg eq. CO2 par tonne de matière sèche traitée pour la totalité de la période de fermentation

· Ces données correspondent à des émissions pour un traitement biologique pour lequel les déchets sont en andain.



- Le N2O généré également lors de l’étape de dégradation de la matière organique : · Entre 5 et 125 kg eq. CO2 par tonne de matière sèche traitée pour la totalité de la

période de fermentation. · Ces données correspondent à des émissions pour un traitement biologique pour

lequel les déchets sont en andains.

- Le méthane généré lors de la dégradation de la matière organique résiduelle contenue dans les déchets stockés en centre de stockage : · Le biogas généré en centre de stockage et issu de la dégradation de la matière

organique résiduelle est constitué globalement à 50% de CO2 et à 50% de CH4. Rappelons que seul le méthane est comptabilisé pour l’estimation de l’impact sur l’effet de serre.

· Le biogas généré à partir des déchets résiduels enfouis est modélisé gâce au logiciel AWAST. Le modèle utilisé estime le biogas à partir de la proportion de carbone organique des déchets susceptibles de se dégrader (carbone organique des fermentescibles…).

L’absence de valorisation énergétique ne permet pas d’améliorer, par substitutions, le bilan effet de serre global.

Par contre, la récupération de recyclables dans le scénario « Stabilisation + REC » et dans la mesure où ces produits ne seront pas fabriqués par ailleurs, permet d’éviter les émissions de gaz à effet de serre qui seraient générées pour la production de ces mêmes produits. Les impacts évités sont estimés d’après des données issues du logiciel Wizard (données issues de l’analyse du cycle de vie des filières de recyclage).

De plus, dans la philosophie d’analyse de cycle de vie, le compost peut se substituer à l’utilisation d’amendements. On évite ainsi la pollution liée à la production de ces amendements. Les données utilisées pour estimer cet « impact évité » sont extraits du document Evaluation environnementale des plans d'élimination des déchets, ADEME MEDD, 2006.

On suppose que dans le BRS, une quantité négligeable de CH4 et de N2O est produite :

- Le BRS permet une bonne oxygénation du produit, donc la dégradation de la matière organique est supposée produire essentiellement du CO2 et non pas du méthane.

- En ce qui concerne le N2O, la production de ce gaz est bloquée pour une température supérieure à 40°C.

L’illustration ci-dessous fait le bilan de l’impact « effet de serre » des différents scénarios de traitement. Les impacts « effet de serre » sont exprimés en t eq. CO2 pour 20 000 tonnes d’OMr traitées.



Enfouis-sement

des OMr

brutes

«Compostage avec DV»

«Compostage avec DV et

stabilisation des refus»

«Stabilisation» «Stabilisation + REC»

Affinage et maturation du compost frais

avec les végétaux de déchetteries



Phase de dégradation de la matière organique dans le traitement biologique

Maturation des

refus de compostage

Stabilisation des déchets en sortie

de BRS avant enfouissement



Emissions de CH4 78 146 114 109 Emissions de N2O 39 73 57 54 Enfouissement des déchets résiduels

Refus de compostage

Refus de compostage

stabilisé

Matière stabilisée


Production de biogaz par kg de matière sèche selon les déchets enfouis

OMr brutes

133 l/kg MS 45 l/kg MS 36 l/kg MS 36 l/kg MS

Emissions de CH4 24 717 7 382 2 025 2 542 2 400 Impacts évités Extraction de recyclable -168 -168 -176 -562 Epandage du compost -203 -203

BILAN 24 717 7 128 1 873 2 536 2 001

Illustration 31 - Bilan environnement des scénarios, impact « effet de serre » exprimé en t eq. CO2 pour 20 000 tonnes d’OMr traitées.

Remarque : sans phase de maturation, les refus de compostage ne respectent pas le critère sur l’AT4 : 26.5 mg O2 g-1 MS au lieu d’être inférieur à 10 mg O2 g-1 MS. Une phase de maturation de ces refus de compostage pourrait facilement être envisagée sur la plateforme de maturation dédiée au compost. L’impact « effet de serre » serait alors de 1 873 t eq. CO2 au lieu des 7 128 t eq. CO2.

Par rapport à l’option « enfouissement des OMr brutes sans prétraitement », l’impact sur l’effet de serre serait donc réduit :

- de 71% pour le scénario « compostage sans maturation des refus »,

- de 90% pour le scénario « stabilisation » et jusqu’à 92% pour le scénario « Stabilisation + REC » ,

- de 92 % pour le scénario « compostage + stabilisation des refus ».



Enfouis-sement

des OMr

brutes









Phase de dégradation de la matière organique dans le traitement biologique

Maturation des

refus de compostage





Enfouissement des déchets résiduels

OMr brutes

Refus de compostage

Refus de compostage

stabilisé



Tonnage des déchets résiduels enfouis à 30% d’humidité

20 000 tonnes 9 700 tonnes 8 000 tonnes 12 000 tonnes 11 500 tonnes

BILAN « effet de serre »

en t eq. CO2 24 717 7 128 1 873 2 536 2 001

Illustration 32 - Impact « effet de serre » des scénarios et tonnage de déchets résiduels enfouis pour 20 000 tonnes d’OMr traitées.

Dans tous les cas, les débits de biogaz produits ne seraient pas suffisants pour justifier la mise en œuvre de leur collecte. A noter que pour éviter les émissions de méthane à l’atmosphère, on peut envisager, comme le propose Soyez (Soyez, 2001), une méthode d’oxydation passive (une couverture de centre de stockage constituée d’une couche biologiquement active comme du compost qui oxyderait le méthane).

A noter que selon le document Le MBT en Allemagne & Autriche – ADIB, REDON - 10/04/06, l’évaluation du potentiel de production de biogaz basé sur des tests de laboratoires (tests sur lesquels s’appuie la modélisation réalisée pour estimer le volume de biogaz produit) peut être sous-estimée : une fois enfoui en centre de stockage, la production de biogaz peut atteindre 45 L t-1 MS pour un déchet stabilisé respectant la réglementation allemande (AT4<5 mg g-1 MS).



5.3. SURFACE BATIE

Hormis les surfaces de stockage des produits et l’espace occupé pour le prétraitement mécanique et le traitement par BRS, il faut considérer les surfaces occupées pour les deux phases de dégradations supplémentaires mises en œuvre le cas échéant, c'est-à-dire :

- L’affinage, phase intensive de compostage avec aération forcée sous bâtiment,

- La maturation (compostage en andains à l’air libre).





Description et tonnages associés aux phases d’affinage et de maturation du compost ou des refus à stabiliser

Affinage et maturation du compost frais avec les végétaux de déchetteries

Phase intensive : unité de fermentation accélérée avec aération forcée sous batiment

(4 semaines) Aire de maturation

(8 semaines) 15 000 t

(à 48% d’humidité)

Stabilisation des refus de compostage

Stabilisation des déchets en sortie de BRS avant enfouissement

Phase intensive : unité de fermentation accélérée avec

aération forcée sous batiment (2 à 3 semaines)

une aire de maturation (15 semaines)

une aire de maturation (10 semaines)

9 700 t (à 30% d’humidité)



Surface totale occupée (affinage, maturation)

Surface batie totale : 2.5 ha




Illustration 33 - Surface batie pour les phases d’affinage et de maturation du compost ou des produits à stabiliser avant enfouissement pour 20 000 tonnes d’OMr traitées.

Les surfaces nécessaires s’échelonnent, selon les scénarios, de 2.5 ha à 3.8 ha. Le maximum est obtenu logiquement pour le scénario compostage avec stabilisation des refus, pour lequel le compost frais comme les refus de compostage subissent une phase de dégradation nécessaire pour affiner et stabiliser les produits.



Rappel : pour le compostage de type Lantic, il faut prévoir également une aire de stockage du compost maturé (3 mois de dépôt prévu pour 8 116 tonnes de compost maturé pour 20 000 tonnes d’OMr traitées). Il faut également prévoir des aires de stockages pour recyclables à raison de 16 m² pour l’acier, 64 m² pour les papiers/cartons et 96 m² pour les plastiques.

5.4. SYNTHESE DES RESULTATS

Option compostage Option stabilisation

« Compostage avec DV »

« Compostage avec DV +

stabilisation des refus »

« Stabilisation » « Stabilisation + REC »

Investissement en matériel (estimation prix 2007)

2 070 k€ 1 656 k€ 14 841 k€

Recettes

Compost : 8100 t à 2-3€HT/t (à 30% d’humidité)

=> de 0.8 à 1.2€HT/t Omr

Fe : 104 t à 0 €/t => 0€/t Omr

=> de 0.9€TTC/t OMr

à 2.5€/t (voir Illustration

35) Surface batie (pour l’affinage et la stabilisation des produits)

2.5ha 3.8ha 2.9ha 2.8ha

Nombre d’employés 5 <5 8

Quantité de refus => stockage

9 700 t (à 30%

d’humidité)

8 000 t (à 30%

d’humidité)

12 000 t (à 30%

d’humidité)

Inc. 8 600 t (PCI=11000)

Stock. 3 400 t

11 500 t (à 30%

d’humidité)

Taux de recyclage 54.3% 0.5% 4.6%

impact « effet de serre » (t eq. CO2)

7 128 1 873 2 536 2 001

Illustration 34 - Synthèse des résultats et comparaison des options de traitement retenus. Au vu des résultats, il n’y a pas un scénario particulier qui se détache en tout point des autres. Le scénario « stabilisation » est celui qui, en termes d’investissements, apparaît comme étant le moins lourd à mettre en œuvre, mais c’est aussi celui pour lequel les tonnages de déchets résiduels à enfouir sont les plus importants.



Tout est alors une question d’appréciation : l’important au niveau de la prise de décision est de pouvoir prendre en considération l’ensemble des conséquences des différents choix techniques et d’en mesurer les impacts, d’un point de vue socio-économique et environnemental.

Tonnage de recyclables extraits pour 20 000t d’OMr

traitées, option « Stabilisation

+ REC »

Prix de reprise de matériaux -Moyenne

nationale en 2006 (Convention Eco-

Emballage & Adelphe)8

Situation particulière – reprise de matériaux

extraits dans une installation de

stabilisation d’OMr (Cove Loriol du Comtat)

Fe Fe : 247 t 27.1€/t (acier du compost) 0€/t

Papier/Carton Pap./Cart. : 580 t 41.68€/t (collecte sélective) 16€/t

Plastiques PET/PEHD PET : 64 t PEHD : 33 t

188.58€/t (collecte sélective)

PET : 126€/t PEHD : 47€/t

Recette à la tonne traitée pour le scénario « Stabilisation + REC »

=> 2.5€ /t OMr traitée => 0.9€TTC/t OMr traitée

Illustration 35 - Détails des recettes attendues liées à la reprise des recyclables extraits de l’installation de traitement « Stabilisation + REC ».

Remarque : l’acier extrait industriellement du processus de compostage doit subir un double broyage pour atteindre une qualité acceptable en termes de densité et d’hygiène.

8 Eco-Emballage Adelphe, 2007, CONDITIONS DE REPRISE DES MATERIAUX En 2006, Septembre 2007



6. Conclusions

Le procédé actuel de l’unité de traitement d’Ecorpain (broyage en tête et compostage par retournement) ne présente plus les garanties nécessaires pour produire un compost de bonne qualité. Le SMIRGEOMES a donc souhaité étudier deux options de traitement principales : le tri-compostage de type Launay-Lantic, et le traitement mécano-biologique (ou stabilisation) avant enfouissement.

Pour cela, le brgm a mis en œuvre l’outil de simulation AWAST. Une phase de recherche bibliographique a permis de prendre en considération pour cette étude technique les dernières avancées et travaux dans les reflexions sur le traitement biologique des OMr.

La simulation de ces options de traitement a permis d’établir des éléments chiffrés quant aux conséquences du choix du type de traitement pour les OMr. Le champs des conséquences étudiées permet d’avoir une vision globale de l’influence du choix politique et de positionner le traitement des déchets dans un contexte socio-économique et environnemental donné. En effet, les aspects suivants ont été étudiés pour toutes les options techniques envisagées :

- les perfomances des installations de traitement des OMr avec le taux de recyclage des déchets et la quantité de refus résiduels destinée à l’enfouissement,

- des éléments de coûts avec l’investissement en matériel, les surfaces baties nécéssaires et les recettes attendues,

- les impacts sur l’environnement avec l’effet de serre, principal impact que l’on peut attendre des installations de traitement des OMr envisagées.

En tout état de cause, les résultats de l’étude ont montré qu’il n’y a pas une solution unique pour le choix du traitement des OMr du SMIRGEOMES. La comparaison des scénarios de traitement introduit la question de l’analyse « multicritère » et du poids statistique à affecter à chaque indicateur. Il n’y a pas de meilleur scénario, tout est une question d’appréciation. Toute décision à prendre doit l’être l’occasion de peser et, si possible, de pondérer chacun des critères de choix afin de les confronter et de trouver le meilleur compromis d’une situation à un instant donné.

Ces résultats de simulation permettront d’alimenter le débat publique et pourra être le support d’une décision politique pour l’avenir du traitement des déchets au SMIRGEOMES.



7. Bibliographie

ADEME (2005) - Impacts environnementaux de la gestion biologique des déchets : bilan des connaissances.

ADEME MEDD (2006) - Evaluation environnementale des plans d'élimination des déchets.

ADEME (2007) - Recueil des interventions du colloque, Prévention & gestion des déchets dans les territoires, Quelle place pour les traitements mécano-biologiques dans la performance des déchets ? ADEME, 21 juin 2007, Paris.

ADIB R., REDON E. (2006) - Le MBT en Allemagne & Autriche, SYNTHESE DU RAPPORT FINAL AUDITS DE SITES INDUSTRIELS MBT ET SYNTHESES BIBLIOGRAPHIQUES, Véolia Environnement, mai 200610/04/06.

Bajeat P. (2007) - Traitements mécano-biologiques : Principaux apports dans la gestion des déchets et points de vigilance, ADEME, Juin 2007.

Von Felde D., Doedens H., Habil I. (1999) - Full scale experiences with mechanical-biological pretreatment of municipal solid waste and landfilling, Waste Management and Research 17 (6), 520–526.

Eco-Emballage (2005) - Concevoir, construire et exploiter un centre de tri, Eco-Emballages, Edition 2005.

Eco-Emballage & Adelphe (2007) - Conditions de reprise des matériaux En 2006, Septembre 2007.

Fricke K., Santen H., Wallmann R. (2005) - Comparison of selected aerobic and anaerobic procedures for MSW treatment, Waste management vol.25, pp. 799-810, Elsevier, March 2005.

INSAVALOR, LAEPSI INSA Lyon, ValdecH (2006) - Suivi de l'unité de prétraitement aérobie et des casiers de stockage des déchets du site de traitement des déchets de Mende, Étude effectuée à la demande de l'ADEME, Rapport synthétique, Septembre 2006.

Lornage R., Redon E., Lagier T., He´be´ I., Carre´ j. (2007) - Performance of a low cost MBT prior to landfilling: Study of the biological treatment of size reduced MSW without mechanical sorting, Waste management, Elsevier, ARTICLE IN PRESS, Accepted 23 October 2006.

MORVAN B., BLANQUART J.P., LE SAOS E. (2004) - Essais de performances de l'usine de traitement par compostage des ordures ménagères de LAUNAY LANTIC,



Rapport des essais réalisés du 23 septembre au 14 octobre 2004, CEMAGREF SMITOM de Launay-Lantic, Novembre 2004.

Müller W. (2004) - Performances du traitement mécano-biologique des déchets en regard des exigences de la directive européenne « Décharge ». Méthode d’essai dans les divers Etats membres, TSM numéro 3, mars 2004.

13 Développement, brgm (2007) - Expertise de l’unité de traitement de déchets de la CoVe à Loriol-du-Comtat (84), RAPPORT D’ETAPE : PHASE 1, RECUEIL ET ANALYSE DES DONNEES EXISTANTES, PREPARATION DE l’AUDIT, Version provisoire du 30/08/07.

Cossu R., Raga R. (2007) - Test methods for assessing the biological stability of biodegradable waste, Article in press, Accepted.

Robinson H.D., Knox K., Bone B.D. (2004) - Improved definition of leachate source term from landfills, Science Report P1-494/SR1, Enviros Consulting Ltd & Knox Associates (UK) Ltd., supported by the Environment Agency of England and Wales, September 2004.

SOYEZ K., PLICKERT S., Mechanical-Biological Pre-Treatment of Waste – State of the Art and Potentials of Biotechnology.

SOYEZ K. (2001) - Mechanical-biological waste treatment – technologies, landfill behaviour and evaluation – results of the German Federal Research project on MBP (in German). Berlin: Erich-Schmidt-Verlag, 2001

STEGMANN R. (2005) - MECHANICAL BIOLOGICAL PRETREATMENT OF MUNICIPAL SOLID WASTE, Proceedings Sardinia 2005, Tenth International Waste Management and Landfill Symposium, S. Margherita di Pula, Cagliari, Italy; 3 - 7 October 2005.

Tauvel M. (2006) - Le traitement bio-mécanique des déchets : avantages, inconvénients, coûts et jeux d’acteurs, Synthèse technique, ENGREF, MEDD, février 2006.



Annexe 1

Biodégradabilité de différents types de déchets organiques



APPLICATION OF DR4 AND BM100 BIODEGRADABILITY TESTS TO TREATED AND UNTREATED ORGANIC WASTES A. GODLEY, K. LEWIN, J. FREDERICKSON, R. SMITH AND N. BLAKEY, Proceedings Sardinia 2007, Eleventh International Waste Management and Landfill Symposium S. Margherita di Pula, Cagliari, Italy; 1 - 5 October 2007

Centre scientifique et technique

Service Environnement et Procédés 3, avenue Claude-Guillemin

BP 36009 – 45060 Orléans Cedex 2 – France – Tél. : 02 38 64 34 34

Etude prospective sur l’évolution du centre de traitement...

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