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Evaluation environnementale des
services d’écologie industrielle
rendus par le procédé vBc3000
Avril 2009
27 avril 2009 Systèmes Durables - 1 -
SOMMAIRE
1 AVANT-PROPOS : DU DEVELOPPEMENT DURABLE A L’ECOLOGIE INDUSTRIELLE 5
2 SERVICES D’ECOLOGIE INDUSTRIELLE RENDUS PAR LE PROCEDE VBC3000 DANS LE CADRE DU PROJET VBC3000 SEINE AVAL 7
2.1 Contexte de l'étude 7
2.2 Objectif de l'étude 11
2.3 Méthodologie 12
2.4 Public visé et utilisation du rapport 13
3 UNITE FONCTIONNELLE ET FRONTIERES DU SYSTEME 14
3.1 Unité Fonctionnelle 14
3.2 Granulats pour béton 15
3.3 Frontières du système étudié 16
3.4 Flux pris en compte 17
4 PRESENTATION DES TROIS SCENARIOS 19
4.1 Scénario 1 : Procédé industriel vBc3000 et activités complémentaires 19
4.2 Scénario 2 : Incinération dédiée des boues et activités complémentaires 21
4.3 Scénario 3 : Epandage des boues et activités complémentaires 24
4.4 Synthèse des modules composant les scénarios 26
5 DONNEES D’INVENTAIRE ET LIMITES 27
5.1 Sources de données 27
5.2 Limites de l’étude 29
6 MODELISATION DES FLUX DE CHAQUE SCENARIO 31
6.1 Scénario 1 31
6.2 Scénarios 2 et 3 33
6.3 Modélisation comparative 35
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7 ANALYSE DES FLUX DE MATIERES ET D’ENERGIE 40
7.1 Rappel 40
7.2 Remarque : Dépôts au sol 40
7.3 Consommation et Valorisation de matières 41
7.4 Consommations d’énergie globale et par source 42
7.5 Contribution du transport 44
7.6 Emissions d’Eléments Traces Métalliques 46
7.7 Les émissions de Gaz à Effet de Serre 51
7.8 Autres émissions de polluants 54
8 SYNTHESE DES RESULTATS 59
ANNEXE 1 : MODULES COMPOSANTS LES SCENARIOS 2 ET 3 62
ANNEXE 2 : ACRONYMES 70
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Liste des figures
FIGURE 1 : TRAITEMENT DES BOUES, SITUATION ACTUELLE (SOURCE : SIAAP) ................................................................................ 8
FIGURE 2 : DESTINATIONS ACTUELLES DES BOUES DE SEINE AVAL (SOURCE : SIAAP) ....................................................................... 9
FIGURE 3 : ILLUSTRATION DE L'INTEGRATION DE VBC3000 SEINE AVAL AU SEIN DU TERRITOIRE (SOURCE : VBC3000) ......................... 10
FIGURE 4 : SCENARIO 1, MODULES ...................................................................................................................................... 19
FIGURE 5 : SCENARIO 2, MODULES ...................................................................................................................................... 21
FIGURE 6 : SCENARIO 3, MODULES ...................................................................................................................................... 24
FIGURE 7: SCENARIO 1, SCHEMA DE FLUX ............................................................................................................................. 31
FIGURE 8: SCENARIO 1, SCHEMA DE FLUX DU MODULE VBC3000-BOUAFLES .............................................................................. 32
FIGURE 9 : SCENARIO 1, SCHEMA DE FLUX DU MODULE COMPLEMENT - CHALEUR ........................................................................ 33
FIGURE 10 : SCENARIO 2, SCHEMA DE FLUX .......................................................................................................................... 34
FIGURE 11 : SCENARIO 3 : SCHEMA DE FLUX.......................................................................................................................... 35
FIGURE 12: SCHEMA DIFFERENTIEL DE FLUX : SCENARIO 2 - SCENARIO 1 ..................................................................................... 37
FIGURE 13 : SCHEMA DIFFERENTIEL DE FLUX : SCENARIO 3 - SCENARIO 1 .................................................................................... 39
FIGURE 14 : SCENARIOS 1, 2 ET 3 : COMPARAISON DES CONSOMMATIONS DE MATIERE PREMIERE PRIMAIRE ET SECONDAIRE RELATIVEMENT
A LA QUANTITE DE GRANULATS PRODUITS .............................................................................................................................. 41
FIGURE 15 : SCENARIOS 1, 2 ET 3, CONSOMMATION D'ENERGIE TOTALE (MWH) ......................................................................... 42
FIGURE 16 : SCENARIOS 1, 2 ET 3, CONSOMMATIONS DETAILLEES D'ELECTRICITE ET DE COMBUSTIBLES ............................................. 43
FIGURE 17: SCENARIOS 1, 2 ET 3, FLUX ROUTIER ET FLUVIAL (T.KM) .......................................................................................... 44
FIGURE 18 : SCENARIO 1, PART DU TRANSPORT DES MATIERES PREMIERES DANS LA CONSOMMATION DE FIOUL ET GAZOLE (T) ............. 45
FIGURE 19: SCENARIO 1, GAINS PAR LA SUBSTITUTION DU TRANSPORT ROUTIER (CU 25T) PAR LE TRANSPORT FLUVIAL (CU 2000T) ...... 45
FIGURE 20 : SCENARIOS 1, 2 ET 3, EMISSIONS D'ETM VERS LE SOL (KG) ..................................................................................... 47
FIGURE 21 : SCENARIOS 1, 2 ET 3, EMISSIONS DE GES (TEQCO2) ............................................................................................... 51
FIGURE 22 : SCENARIO 1, REPARTITION DES EMISSIONS DE GES PAR MODULES (TEQCO2) .............................................................. 52
FIGURE 23 : SCENARIO 2, REPARTITION DES EMISSIONS DE GES PAR MODULES (TEQCO2) .............................................................. 52
FIGURE 24 : SCENARIO 3, REPARTITIONS DES EMISSIONS DE GES PAR MODULES ET PAR GAZ (TEQCO2) ............................................ 53
FIGURE 25 : SCENARIOS 1, 2 ET 3, EMISSIONS DE 7 PCB VERS LE SOL (KG) .................................................................................. 54
FIGURE 26 : SCENARIOS 1, 2 ET 3, EMISSIONS DE COV VERS L'AIR (KG) ...................................................................................... 56
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FIGURE 27 : SCENARIOS 1, 2 ET 3, EMISSIONS DE COV VERS L’EAU (KG) .................................................................................... 56
FIGURE 28 : SCENARIOS 1, 2 ET 3, EMISSIONS DE NOX ET DE SOX, (KG) .................................................................................... 57
FIGURE 29 : SCENARIO 1, REPARTITION DES EMISSIONS DE NOX ET SOX PAR PROCEDES (T) ........................................................... 58
Liste des tableaux
TABLEAU 1 : PRINCIPALES CONSOMMATIONS ET EMISSIONS POUR LA PRODUCTION DE 103 441 T DE GRANULATS CLASSIQUES ET DE
GRANULATS D’ARGILE EXPANSEE. ......................................................................................................................................... 16
TABLEAU 2 : DETAIL DES SCENARIOS .................................................................................................................................... 26
TABLEAU 3 : SCENARIOS 1, 2 ET 3, EMISSIONS D’ETM VERS L’AIR (G) ........................................................................................ 48
TABLEAU 4: SCENARIOS 1, 2 ET 3, EMISSIONS D'ETM VERS LE MILIEU NATUREL (SOL, EAU ET AIR) (KG). ........................................... 50
TABLEAU 5 : SCENARIOS 1, 2 ET 3, EMISSIONS DE 3 HAP VERS L’AIR ET LE SOL (KG) ..................................................................... 55
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1 Avant-propos : du développement durable à l’écologie
industrielle
La problématique environnementale occupe une place de plus en plus centrale et devient
aujourd'hui un facteur important dans les prises de décision politiques, économiques,
industrielles et individuelles.
Le développement de l'économie par la consommation a atteint certaines de ses limites et
l'homme doit faire face à la disparition des ressources naturelles et aux impacts de son activité
sur son environnement et sa santé. Pour l'avenir de la société du XXIe siècle, accorder
développement économique et environnement devient donc une urgence.
De cette prise de conscience est né le concept de « développement durable ». Consacré par la
Commission mondiale sur l’environnement et le développement dans le Rapport Brundtland
(1987), le développement durable (ou « développement soutenable ») est, selon la définition
proposée : « un développement qui répond aux besoins des générations du présent sans
compromettre la capacité des générations futures à répondre aux leurs ».
Parmi les nouvelles approches du développement de la société industrielle inspirées par l’idée
de « développement durable », un domaine scientifique émergent propose une voie
prometteuse : l’écologie industrielle.
Les environnementalistes et leurs précurseurs se sont depuis longtemps préoccupés des
conséquences de l’activité industrielle, essentiellement en étudiant les effets des pollutions sur
les écosystèmes. Mais le fonctionnement du système industriel en tant que tel restait extérieur
à l’analyse. Le fait de considérer la société industrielle comme extérieure à la biosphère
entraîne une conséquence pratique importante : l’impact des activités humaines est considéré
comme se réduisant essentiellement à des problèmes de « pollution de l’environnement ». La
solution classique consiste à traiter la pollution par le biais de divers dispositifs techniques
intervenant généralement en fin de processus (on parle alors d’approche « end of pipe »).
L’écologie industrielle explore l’hypothèse inverse. Elle propose ainsi d’appréhender la société
industrielle comme un système, un « écosystème particulier de la biosphère » composé par des
éléments et leurs interactions. Cette approche se justifie par les nombreuses caractéristiques
communes avec les écosystèmes naturels : la présence de plusieurs espèces (hommes,
entreprises, administrations, collectivités…), des compétitions, parfois, entre ces espèces pour
un espace ou une ressource, des compétitions à l’intérieur même de ces espèces (compétition
économique entre les entreprises…). Les relations de mutualisme inter et intra-espèces sont
également nombreuses (utilisation d’infrastructures créées pour une activité économique par la
population locale…).
Cette approche originale permet de considérer de manière rationnelle et cohérente les
interactions de la société industrielle avec les autres systèmes de son environnement que sont
les différents écosystèmes de la biosphère. De nouveaux leviers d’action se dégagent alors
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naturellement de ces observations. S’inscrivant dans une logique pragmatique, l’écologie
industrielle propose de modifier l’organisation de la société afin de disjoindre la croissance de
l’économie de celles des ponctions des ressources naturelles et des rejets dans la biosphère.
L'enjeu consiste à faire évoluer le système industriel vers un mode de fonctionnement viable à
long terme, compatible avec la biosphère.
Pour tendre vers cet objectif, l'écologie industrielle définit une stratégie opérationnelle dont l’un
des axes principaux consiste à valoriser systématiquement les déchets. A l'image des chaînes
alimentaires dans les écosystèmes naturels, il faut créer des réseaux d'utilisation des
ressources et des déchets dans les écosystèmes industriels, de sorte que tout résidu devienne
une ressource pour une autre entreprise ou un autre agent économique. Des exemples partiels
et spontanés de tels complexes existent depuis longtemps, mais il s'agit désormais de les
développer de manière systématique et explicite.
Ainsi, l’augmentation de la productivité de la matière à travers la récupération, le recyclage et la
valorisation systématique des flux de matière et d’énergie générés par les différentes activités
de la société industrielle constitue un objectif majeur pour équilibrer sur le long terme les
interactions entre le système industriel et la biosphère. A ce titre et compte tenu des évolutions
récentes qu’elles ont connues, le projet industriel vBc3000 Seine Aval en tant qu’« espèce
industrielle » représente un cas tout à fait intéressant.
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2 Services d’écologie industrielle rendus par le procédé
vBc3000 dans le cadre du projet vBc3000 Seine Aval
2.1 Contexte de l'étude
2.1.1 Présentation du procédé vBc3000
vBc3000 propose un procédé innovant de valorisation matière de boues de station d’épuration
dans des matériaux céramiques. Le procédé vBc3000 consiste en un mélange de boues,
partiellement séchées, à des minéraux argileux, suivi d’un façonnage des produits céramiques
souhaités (briques ou granulats), puis d’une cuisson des matériaux à une température comprise
entre 1000 et 1200°C selon la nature des minéraux employés.
Le taux d’incorporation des boues d’épuration est compris entre 15 et 50 % (Matière Sèche)
pour produire des granulats allégés. Lors de la cuisson, la minéralisation de la matière
organique confère des propriétés d’isolation thermique et phonique améliorées. Les métaux
lourds présents sont bloqués dans la matrice céramique. Les matériaux céramiques produits
sont ainsi inertes et marchands.
Les matériaux céramiques finaux ont les qualités d’usage admises dans le secteur du bâtiment
et des travaux publics. Les granulats d’argile allégés, notamment, sont conformes aux normes
NF EN 13055-1 et NF EN 13055-2 « Granulats légers ».
Ces matériaux peuvent être utilisés pour des constructions de Haute Qualité Environnementale
(H.Q.E.). En effet, ils sont plus légers et offrent, de par leur porosité, de meilleures propriétés
d’isolation thermique et phonique. En les substituant à une part des granulats classiques dans
du béton prêt à l’emploi, ils permettent un gain de masse à volume identique.
La valorisation matière des boues et autres coproduits d’activités industrielles s’inscrit dans une
démarche de Développement Durable. Les boues sont recyclées et leur pouvoir calorifique
réduit le besoin d’énergie fossile lors de la cuisson.
La société vBc3000 a adapté son procédé à la valorisation de boues réputées dangereuses,
notamment les sédiments de dragage/curage et les boues d’origine industrielle.
2.1.2 Les Boues d’épuration de Seine Aval
L’usine Seine Aval, située sur le territoire de la commune d’Achères (78), est la plus grande
station d’épuration d’Europe. L’installation gère les effluents de près de 80 % de la population
francilienne, soit six millions d’Equivalents-Habitant (EH). Mise en service en 1940, Seine Aval
n’a depuis cessé d’évoluer et de se moderniser jusqu’à aujourd’hui. Elle est gérée par le
Syndicat Interdépartemental pour l’Assainissement de l’Agglomération Parisienne (SIAAP).
L’épuration des effluents permet de rejeter une eau dépolluée, mais elle engendre un important
volume de déchets : les boues d’épuration. En France, la production moyenne est de 15 kg
(Matière Sèche) par habitant par an.
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La destination finale des boues pose aujourd’hui question, et trois filières majeures sont
principalement connues :
Le stockage en Centre d’Enfouissement Technique (CET) n’est plus d’actualité en
raison de l’obligation légale de n’enfouir que des déchets ultimes1.
L’épandage agricole, avec et sans compostage, est la filière favorisée par le SIAAP
comme sur le plan national. Il rencontre un nombre croissant de réticences de la part de
tous les acteurs du secteur agro-alimentaire jusqu’aux consommateurs.
L’incinération (valorisation énergétique) fait aussi face à des blocages sociétaux,
notamment quant à l’implantation de nouveaux incinérateurs.
Actuellement, les boues de Seine Aval sont traitées de la façon suivante :
FIGURE 1 : TRAITEMENT DES BOUES, SITUATION ACTUELLE (SOURCE : SIAAP)
Les différentes étapes de traitement permettent d’éliminer une importante part d’eau, hygiéniser
les boues et récupérer le biogaz par fermentation. Ensuite, les boues sont destinées à
l’épandage.
1 Loi n°92-646 du 13 juillet 1992, relative à l'élimination des déchets ainsi qu'aux installations classées pour la
protection de l'environnement, consultable sur le site Légifrance : http://www.legifrance.gouv.fr/affichTexte.do?cidTex te=JORFTEXT000000345400&fastPos=1&fastReqId=2057461363&categorieLien=id&oldAction=rechTexte.
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Une partie des boues subit un compostage avant l’épandage, cette étape est réalisée par un
prestataire hors-site. Une autre partie des boues, pourtant conforme à la législation, ne trouve
pas acquéreur en agriculture et est donc enfouie.
La figure ci-dessous, extraite du support de présentation par le SIAAP du projet de refonte de la
station d’épuration Seine Aval (Audition Publique du 4.10.20072), indique la répartition actuelle
des boues par filières et les limites déjà atteintes.
FIGURE 2 : DESTINATIONS ACTUELLES DES BOUES DE SEINE AVAL (SOURCE : SIAAP)
Dans le cadre du projet de refonte de Seine Aval, le SIAAP a exprimé la nécessité d’offrir de
nouvelles filières de destination aux boues d’épuration, tout en excluant l’incinération sur le site
de Seine Aval. Le procédé vBc3000 crée une véritable alternative, permettant la valorisation
matière des boues d’épuration et l’économie de ressources primaires. Le projet vBc3000 Seine
Aval est ainsi considéré par le SIAAP comme destination potentielle d’une partie des boues de
la station d’Achères.
2
Auteurs : MM Duminy (Dir. Gén. du SIAAP), Gousailles (Dir. de la R&D) et Mary (Dir. du site Seine Aval). Document disponible sur le site du débat public : http://www.debatpublic-station-epuration-seineaval.org/participer/comptes-rendus/presentations-20071004.html.
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2.1.3 Le projet vBc3000 Seine Aval3
La société CEMEX Granulats envisage d’accueillir sur son site de Bouafles (27) une unité
industrielle mettant en œuvre le procédé vBc3000. Cette unité valorisera les fines d’argile
issues de l’activité d’extraction de matériaux alluvionnaires en mélange avec des boues de la
station Seine Aval du Syndicat Interdépartemental pour l’Assainissement de la Région
Parisienne (SIAAP) et des boues de stations d’épuration de collectivités et d’entreprises du
secteur aval d’Ile de France.
La société CEMEX Granulats et d’autres sociétés du groupe CEMEX auquel elle appartient,
notamment le fournisseur de béton prêt à l’emploi CEMEX Béton, s’engageraient dans ce projet
à accueillir l’unité vBc3000, et à écouler les granulats allégés issus de cette unité industrielle.
Cette valorisation s’inscrit dans la logique de Développement Durable de la société CEMEX :
Valorisation matière des coproduits argileux de ses activités,
Réduction de l’extraction de ressources naturelles par la production de matériaux de
substitution,
Contribution au développement des constructions H.Q.E.4 par l’offre de granulats allégés
à un coût accessible,
Valorisation matière et énergie de déchets d’assainissement (boues),
Offre d’une filière alternative pour les résidus d’assainissement des collectivités et des
entreprises des régions Ile de France, Haute-Normandie et Picardie,
Création d’un outil industriel générateur d’activité et d’emploi.
Les résultats positifs de l’étude de faisabilité industrielle, réalisée dans le cadre d’une
convention de collaboration entre vBc3000, CEMEX Granulats et le SIAAP, a conduit le SIAAP
à retenir le procédé pour la valorisation d’une partie des boues de la station d’Achères.
FIGURE 3 : ILLUSTRATION DE L'INTEGRATION DE VBC3000 SEINE AVAL AU SEIN DU TERRITOIRE (SOURCE : VBC3000)
3 Extrait de l’étude de faisabilité industrielle, vBc3000, nov. 2007
4 Haute Qualité Environnementale. Une liste des acronymes employés est disponible en annexe 2.
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2.2 Objectif de l'étude
Le projet vBc3000 Seine Aval de Bouafles conduira à terme à la valorisation annuelle de 80 000
tonnes de boues de Seine Aval. Il intègre en outre la valorisation d’autres boues de collectivités,
de boues industrielles, de sédiments de dragage portuaires, ainsi que de coproduits argileux et
schisteux. Ce projet permettra la mise sur le marché de plus de 100 000 tonnes de granulats
allégés accompagnée d’une coproduction d’énergie sous forme de chaleur et d’électricité. Par
ailleurs, une partie de l’énergie nécessaire au procédé sera directement fournie par les boues,
permettant de les substituer aux ressources fossiles.
vBc3000 s'est engagée dans ce projet en approchant notamment les principes d'écologie
industrielle. Ce type de démarche présente a priori un intérêt pour au moins deux raisons :
En valorisant des déchets collectifs et industriels comme matière première et comme
ressource énergétique, il est possible de réduire la quantité de matières premières
primaires et de combustibles fossiles utilisés pour la production de granulats.
Par ailleurs, l’utilisation des résidus produits par d’autres activités permet de donner à
ces déchets une valeur de ressource alternative, au lieu de proposer un traitement par
épandage ou par incinération. La valorisation par le procédé vBc3000 permet
d’économiser des ressources naturelles, tout en garantissant un traitement efficace du
déchet boue.
Ainsi, cette démarche devrait donc avoir des effets positifs sur l’environnement (économie de
ressources…), par rapport à des pratiques plus classiques. Ce postulat mérite toutefois d’être
soumis à une évaluation rigoureuse. C’est l’objet de la présente étude.
vBc3000 a chargé Systèmes Durables d’évaluer les services d’écologie industrielle rendus par
le projet vBc3000 Seine Aval. L’objectif est de produire les éléments scientifiques qualitatifs et
quantitatifs permettant d’évaluer l’intérêt des valorisations pouvant être mises en œuvre par
vBc3000, Cemex et le SIAAP sur l’installation de production de Bouafles.
Cette étude réalisée en 2008 se base sur le bilan des flux de matières et d’énergie impliqués
par trois scénarios de valorisation des boues :
Le procédé proposé par vBc3000,
L’épandage,
L’incinération.
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2.3 Méthodologie
Afin d’évaluer le service d’écologie industrielle rendu par le procédé vBc3000 Seine Aval,
Systèmes Durables a réalisé une comparaison des flux de matières et d’énergie impliqués par
trois scénarios pour répondre à une Unité Fonctionnelle :
Unité Fonctionnelle
L’Unité Fonctionnelle (Cf. chapitre 3.1) définit un ensemble d’objectifs quantitatifs à remplir,
permettant de dimensionner chacun des trois scénarios et d’en définir les limites (Cf. chapitre
3.2).
Scénarios
Le premier scénario (Cf. chapitre 4.1) est construit autour de l’activité de l’installation vBc3000
Seine Aval de Bouafles pendant une année, complétée pour répondre à l’Unité Fonctionnelle.
Le second scénario (Cf. chapitre 4.2) est un scénario de référence auquel sera comparé le
scénario 1. Il est construit autour de l’incinération des boues du SIAAP, elle aussi complétée
afin de répondre à l’Unité Fonctionnelle.
Le troisième scénario (Cf. chapitre 4.3) est également un scénario de référence pour la
comparaison. Celui-ci est construit autour de l’épandage après compostage des boues du
SIAAP, complété également de façon à répondre à l’Unité Fonctionnelle.
Chaque scénario est composé de sous-ensembles : les modules. Ils sont décrits dans les
chapitres 4.1, 4.2, et 4.3, et synthétisés dans le chapitre 4.4.
Inventaire des flux
Une fois définis les trois scénarios, Systèmes Durables a procédé à un inventaire des flux de
matières et d’énergie entrant et sortant de chaque module. Les données utilisées pour cet
inventaire ont été fournies par vBc3000 et ses partenaires (CI Consulting, le GPMH, le Cabinet
Merlin, etc.), par le SIAAP, ou sont issues de documents de référence et de la base de données
d’Inventaire de Cycle de Vie Ecoinvent (Cf. chapitre 5.1).
Modélisation des scénarios
Les flux inventoriés pour chaque module ont été consolidés afin de recomposer et modéliser les
trois scénarios (Cf. partie 6.).
Analyse comparative
Par comparaison avec les deux scénarios de référence, Systèmes Durables a évalué la
performance environnementale du scénario 1, basé sur l’unité vBc3000 Seine Aval de Bouafles
(Cf. partie 7.).
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2.4 Public visé et utilisation du rapport
Les publics visés par cette étude sont en premier lieu les responsables du projet vBc3000
Seine Aval. L’objectif principal est de leur apporter des éclairages sur le profil environnemental
du service rendu par le projet vBc3000 Seine Aval.
Dans un second temps, vBc3000 pourra utiliser cette étude dans le cadre de sa communication
vers les partenaires et décideurs concernés par vBc3000 Seine Aval et les autres projets
d’industrialisation du procédé vBc3000, tels que vBc3000 Hainaut du Valenciennois.
Enfin, vBc3000 pourra utiliser les conclusions de cette étude pour une communication externe
plus large via une documentation non-technique.
Les données issues des documents fournis par le SIAAP sont utilisées dans le présent rapport
d’études en conformité avec les conditions de l’autorisation précisées dans la lettre
d’engagement jointe à ces documents.
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3 Unité Fonctionnelle et frontières du système
3.1 Unité Fonctionnelle
L’analyse de services d’écologie industrielle implique une grande rigueur. Lors de la
comparaison entre plusieurs situations comme par exemple entre deux ou plusieurs produits, il
convient donc de comparer des éléments comparables. Certaines méthodes demandent de
définir la fonction remplie par chaque système étudié et de les comparer sur cette base.
Par exemple une voiture sert à « transporter des personnes », une machine à laver sert à
« laver du linge ». Cette fonction ne suffit toutefois pas à comparer plusieurs produits de façon
rigoureuse. En effet une voiture A peut être hors service au bout de 200 000 km alors que la
voiture B peut parcourir 300 000 km au cours de sa vie. Il faudrait produire 3 voitures A pour
parcourir 600 000 km, avec tous les impacts que cela implique…alors que 2 voitures B
suffiraient. La nécessité d’avoir recourt à une voiture supplémentaire peut considérablement
jouer sur la comparaison de ces produits à cause des impacts liés à la production. Il convient
donc de trouver une unité de comparaison en plus de la fonction : « transporter 5 personnes sur
600 000 km » pourrait être une bonne unité. Il s’agirait donc de comparer 3 voitures A
parcourant 200 000 km chacune et 2 voitures B parcourant 300 000km. Cette unité de
comparaison est appelée « l'Unité Fonctionnelle ».
L’Unité Fonctionnelle est définie comme « la performance quantifiée d’un système de produits
destinée à être utilisée comme unité de référence dans une analyse de cycle de vie.
(ISO14040) »
Pour cette étude, l’Unité Fonctionnelle correspond donc à une quantification de la fonction du
procédé vBc3000 sur une année, complétée par une production d’énergie afin de prendre en
compte l’énergie produite par le scénario de référence Incinération. L’Unité Fonctionnelle
définie par vBc3000 et Systèmes Durables est la suivante :
Apporter une solution pour la fin de vie des déchets et coproduits suivants5 :
o 40 000 tonnes (MS) de boues du SIAAP
o 22 500 tonnes (MS) de sédiments de dragage du Grand Port Maritime du Havre
(GPMH)
o 22 500 tonnes de coproduits schisteux de la carrière de Villepail
o 22 500 tonnes (MS) de coproduits argileux de la carrière de Bouafles
Et produire les éléments suivants3 :
o 103 441 m3 de granulats pour béton
o 2,5 MWh d’électricité
o 57 756 MWh de chaleur6
5 Les valeurs indiquées, à l’exception de la production de chaleur, sont basées sur les consommations annuelles du
procédé vBc3000.
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Les trois scénarios sont donc comparés sur la base des flux de matières et d’énergies
nécessaires à la réalisation de ces sept fonctions composant l’Unité Fonctionnelle.
3.2 Granulats pour béton
Choix des granulats de carrière pour les scénarios de référence (2 et 3)
Lors du cadrage de l’étude, il a été décidé de comparer la production de granulats de vBc3000
Seine Aval à des granulats classiques de carrière. Ce choix était justifié par le fait que
l’utilisation de granulats d’argile expansée dans du béton allégé, bien que réalisable avec un
import (principalement depuis la Belgique) n’était pas une réalité économique concurrentielle
actuellement. De plus, les produits proposés par vBc3000 Seine Aval ont des caractéristiques
physiques et mécaniques différentes et ne répondent pas aux mêmes besoins que ces
granulats d’argile expansée, ainsi que l’a confirmé la société Argex (premier producteur
européen basé en Belgique) contactée par vBc3000.
M. Faure a toutefois constaté lors du salon Pollutec 2008 que la demande de granulats
expansés était croissante.
Ce choix a une influence sur les flux des scénarios de référence. La production de granulats
d’argile expansée diffère de la production de granulats de carrière par un procédé thermique :
cuisson de l’argile en mélange à un corps gras pour provoquer l’expansion. Les consommations
de ressources et émissions gazeuses d’un tel procédé ne sont pas négligeables. Si les
scénarios de référence avaient porté sur une production de tels granulats en lieu et place des
granulats classiques, les flux impliqués auraient été sensiblement différents. La figure suivante
présente les principaux flux entrants et sortants pour produire 103 441 m3 (Cf. Unité
Fonctionnelle) de granulats classiques d’une part et de granulats d’argile expansée d’autre part
(données Ecoinvent).
6 La valeur indiquée pour la production de chaleur est basée sur la production issue de l’incinération de 40 000 t MS
de boues du SIAAP.
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Milieu Flux Unité Granulats classiques
Granulats d’argile expansée
Conso Roche brute t 193 642
Argile t 43 238
Fioul domestique t 67,1 8,74
Fioul lourd (expansion) t 0 2 948
Electricité MWh 745 1 376
Emissions vers l’air
CO2 t 516 11 320
NOx kg 3 600 21 383
SO2 kg 901 62 499
COV (NM) kg 568 2 594
N20 kg 0 19,8
CH4 kg 0 4 953
Tableau 1 : Principales consommations et émissions pour la production de 103 441 t de granulats classiques et de granulats d’argile expansée.
La production de granulats classiques, retenue pour les scénarios de référence, génère des consommations et des émissions gazeuses plus faibles que la production de granulats d’argile expansée non retenue.
Volume de granulats considérés dans l’Unité Fonctionnelle
La valorisation de 40 000 t(MS) de boues d’Achères, et des autres matériaux (schistes, argile,
sédiments de dragage) par vBc3000 Seine Aval permet la production de 103 441 t de granulats
allégés dont la masse volumique est de 1 t/m3, soit 103 441 m3.
Les essais d’utilisation des granulats vBc3000 dans la production de béton ont défini la
possibilité de substitution partielle des granulats de carrière par les granulats vBc3000 à volume
égal. Ainsi, un mètre cube de granulats allégés vBc3000 (scénario 1) incorporé à la production
de béton se substituera à un mètre cube de granulats classiques (scénarios 2 et 3).
L’unité fonctionnelle considère donc la production de 103 441 m3 de granulats dans chaque
scénario.
3.3 Frontières du système étudié
Les limites du système ont été définies conjointement par vBc3000 et Systèmes Durables.
L’analyse environnementale réalisée ne prend pas en compte la totalité du cycle de vie des
processus élémentaire mise en œuvre pour la réalisation de l’Unité Fonctionnelle :
Sont pris en compte:
Les principaux flux de matières et d’énergies entrant et sortant des modules nécessaires
à la réalisation de l’Unité Fonctionnelle, pour chaque scénario
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27 avril 2009 Systèmes Durables - 17 -
Les différents modules nécessaires à la réalisation de l’Unité Fonctionnelle pour chaque
scénario : transport des composants matière à valoriser, valorisation de ceux-ci,
productions complémentaires de produits ou d’énergie et remblaiement de coproduits le
cas échéant. Le détail de chaque scénario est décrit en infra.
Les flux entrants et sortants des modules pour lesquels les données étaient accessibles
dans la littérature vBc3000, les documents fournis par le SIAAP et/ou dans la base de
données d’Analyse du Cycle de Vie Ecoinvent ont été pris en compte.
Sont exclues :
Les étapes en amont de la fourniture des composants (extraction et/ou production).
Les étapes en aval de la réalisation de l’Unité Fonctionnelle (transport des produits vers
leur lieu de consommation, mise à disposition de l’énergie, consommation, fin de vie).
Ce choix est motivé par la volonté de ne pas complexifier l’étude outre mesure. L’étude des flux
en amont et en aval des procédés, bien qu’intéressante en soit, n’a pas été jugée pertinente
pour la réalisation de l’objectif de l’étude (la comparaison du fonctionnement du procédé
industriel de vBc3000 à deux scénarios de référence).
3.4 Flux pris en compte
Afin de concentrer l’étude sur les éléments révélateurs du service d’écologie industrielle rendus
par le procédé, les flux de matières et d’énergies suivants ont été pris en compte
Consommation de ressources matière (boues, minéraux...)
Consommation d’énergie (combustibles fossiles, électricité...)
Production (granulats, chaleur, électricité)
Émissions de substances vers le milieu naturel : air, eau, sol :
o Les Principaux Gaz à Effet de Serre : dioxyde de carbone (CO2), méthane (CH4),
protoxyde d’azote (N20) et hexafluorure de soufre (SF6),
o Les Eléments Traces Métalliques (ETM) dont l’épandage est réglementé (Cadmium,
Chrome, Cuivre, Mercure, Nickel, Plomb et Zinc),
o Les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) dont l’épandage est réglementé
(fluoranthène, benzo(b)fluoranthène et benzo(a)pyrène),
o Les PolyChloroBiphényles dont l’épandage est réglementé (7 PCB : 28, 52, 101, 118,
138, 153 et 180),
o Les Oxydes d’Azote (NOx),
o Le Dioxyde de Soufre (SO2),
o Les Composés Organiques Volatils (COV, hors méthane).
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27 avril 2009 Systèmes Durables - 18 -
Pour les ETM, HAP et PCB, l’épandage est règlementé par l’arrêté du 8/01/1998, fixant les
prescriptions techniques applicables aux épandages de boues sur les sols agricoles pris en
application du décret n°97-1133 du 8/12/1997 relatif à l’épandage des boues issues du
traitement des eaux usées7.
Il est à noter que pour la diffusion vers le milieu aquatique, ce sont les ions correspondants aux
ETM considérés pour l’étude qui ont été pris en compte dans les bases de données Ecoinvent.
Les flux internes aux procédés (circuit hydraulique fermé par exemple) n’ayant pas d’impact
extérieur direct, ils ne sont pas considérés dans l’étude.
7 Consultables sur le site internet de l’INERIS :
Décret : http://www.ineris.fr/aida/?q=consult_doc/consultation/2.250.190.28.8.673
Arrêté : http://www.ineris.fr/aida/?q=consult_doc/consultation/2.250.190.28.8.2271.
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27 avril 2009 Systèmes Durables - 19 -
4 Présentation des trois scénarios
4.1 Scénario 1 : Procédé industriel vBc3000 et activités
complémentaires
Ce scénario décrit le fonctionnement de l’unité industrielle vBc3000 de Bouafles (module
vBc3000 Bouafles) associée à un module complémentaire de production d’énergie
(Complément Chaleur).
FIGURE 4 : SCENARIO 1, MODULES
4.1.1 Module vBc3000 - Bouafles
L’Unité Fonctionnelle ayant été construite à partir du procédé vBc3000, le module « vBc3000 -
Bouafles », remplit la quasi-totalité de celle-ci :
Apporter une solution pour la fin de vie des déchets et coproduits suivants :
o 40 000 tonnes (Matière Sèche) de boues de l’usine Seine Aval du SIAAP
o 22 500 tonnes (MS) de sédiments de dragage du GPMH
o 22 500 tonnes de coproduits schisteux de la carrière de Villepail
o 22 500 tonnes (MS) de coproduits argileux de la carrière de Bouafles
Et produire les éléments suivants :
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27 avril 2009 Systèmes Durables - 20 -
o 103 441 m3 de granulats pour béton
o 2,5 MWh d’électricité
Conformément aux délimitations du système, le transport routier et fluvial des composants vers
le procédé, ainsi que les flux de matière et d’énergie entrant et sortant du procédé sont pris en
compte.
4.1.2 Module vBc3000 – complément chaleur
La dernière exigence de l’Unité Fonctionnelle, à savoir la Production de 57 756 MWh de
chaleur, n’est pas complétée par l’usine de Bouafles. Il est pourtant indispensable de prendre
en compte la production énergétique permise par l’incinération dans le scénario 2. La
production de chaleur en cogénération de l’usine de Bouafles est estimée à 6,5 MWh. Le
complément (57 749,5 MWh) est donc assuré par un module « virtuel » intitulé « vBc3000 –
complément chaleur ».
La donnée Ecoinvent utilisée pour modéliser ce module - heat, unspecific, in plant, RER8 -
correspond à un bouquet de technologies industrielles utilisées en Europe. Différentes sources
d’énergies sont ainsi prises en compte : gaz naturel, fioul, charbon et électricité.
8 L’abréviation RER désigne que la donnée est valable pour l’Europe dans la terminologie Ecoinvent.
Evaluation environnementale des services d’écologie industrielle rendus par le procédé vBc3000
27 avril 2009 Systèmes Durables - 21 -
4.2 Scénario 2 : Incinération dédiée des boues et activités
complémentaires
Ce scénario réunit un ensemble de modules permettant de réaliser l’Unité Fonctionnelle en se
basant sur une valorisation énergétique des boues de Seine Aval. Il s’agit du premier scénario
de référence auquel sera comparé le scénario 1.
FIGURE 5 : SCENARIO 2, MODULES
La complétion de l’Unité Fonctionnelle est répartie en 6 modules spécifiques.
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27 avril 2009 Systèmes Durables - 22 -
4.2.1 Module Incinération – Guerville
Ce module est composé des flux de matières et d’énergie entrant et sortant d’un incinérateur
théorique de boues d’épuration sur lit fluidisé, ainsi que le transport de ces boues jusqu’à
l’incinérateur. En accord avec vBc3000, il a été décidé de considérer de situer l’incinérateur à
Guerville afin de répondre à plusieurs contraintes :
Engagement du SIAAP à ne pas implanter d’incinérateur sur le site d’Achères,
Nécessité de rester au sein de l’Ile de France,
Distance Achères - Incinérateur limitée et mode de transport fluvial favorisé pour ne pas
pénaliser ce scénario,
Préexistence d’un site d’incinération d’ordures ménagères (UIOM) pour établir une
hypothèse réaliste,
Guerville, se trouvant à 38 km d’Achères par la Seine, répond parfaitement à ces critères.
Ce module remplit les onglets suivants de l’Unité Fonctionnelle :
Valorisation de 40 000 tonnes (MS) de boues de Seine Aval,
Production de 57 756 MWh de chaleur.
4.2.2 Module Carrière Granulats
La production de 103 441 m3 de granulats pour le scénario 2 est réalisée par un module à part,
contrairement au scénario 1. Il s’agit d’une production classique de granulats en carrière
modélisée avec des données Ecoinvent.
Le scénario 3 utilise un module identique.
4.2.3 Module Stockage Sédiments
Ce module permet de modéliser le retraitement de 22500 tonnes (MS) de sédiments de
dragage du Grand Port Maritime du Havre (GPMH). En raison de leur composition, ces
sédiments ne peuvent pas être rejetés en mer. Suivant les explications et préconisations de
Mme BOURDIN Frédérique (GPMH), leur destination considérée est un stockage en chambre
de dépôt sur site. Le principe du stockage en chambre de dépôt est le suivant
« Une fois arrivés au droit du lieu de dépôt, les sédiments de dragage sont additionnés
d’eau pour être refoulés par voie hydraulique dans les conduites terrestres. Le mélange est
ensuite déversé dans un espace fermé par des digues en terre (chambre de dépôt). Le
matériau se dépose par gravité. L’eau additionnelle s’écoule de la chambre de dépôt vers
un bassin de décantation disposant d’un trop-plein contrôlé (déversoir) puis de ce bassin
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27 avril 2009 Systèmes Durables - 23 -
de décantation vers la Seine par des canaux ou canalisations spécialement aménagés à
cet effet »9.
Les parois et le lit des chambres de dépôt sont constitués de terre, sans membrane isolante.
Ainsi, ce stockage est apparenté à un dépôt à terre. Le processus ne demande pas d’activité
mécanisée autre que l’approvisionnement en sédiments additionnés d’eau.
L’approvisionnement étant également nécessaire pour chacun des trois scénarios, il n’est pas
considéré dans l’étude. Seul est considéré, dans les scénarios 2 et 3, le dépôt au sol des
sédiments et des substances qu’ils contiennent.
4.2.4 Module Remblaiement Argile
Ce module permet de remplir le critère « Retraiter 22500 tonnes (MS) de coproduits argileux de
la carrière de Bouafles » de l’Unité Fonctionnelle. Dans l’hypothèse où ces coproduits argileux
ne sont pas valorisés par vBc3000 (hypothèse des scénarios 2 et 3), ils sont utilisés en
remblaiement sur site. Ce module n’implique pas de transport amont de matériaux.
Le scénario 3 emploie un module identique.
4.2.5 Module Remblaiement Schiste
Ce module permet de remplir le critère « Retraiter 22500 tonnes (MS) de coproduits schisteux
de la carrière de Villepail. Dans l’hypothèse où ces coproduits schisteux ne sont pas valorisés
par vBc3000, ils sont utilisés en remblaiement sur site. Ce module n’implique pas de transport
de matériaux.
Le scénario 3 contient un module identique.
4.2.6 Module Production Electricité
Ce module permet de remplir le critère « Produire 2,5 MWh électriques ». Il s’appuie sur les
données de production électrique nationale (mix électrique français) de la base de données
ACV Ecoinvent.
Le scénario 3 utilise un module identique.
Remarque. Dans ce module, l’électricité n’est pas une ressource mais le produit du module, et
les consommations de combustible (fossiles et nucléaire) sont les ressources.
9 Schéma directeur de gestion et de valorisation des sédiments de dragage entre Rouen et Tancarville – En savoir
plus. Port Autonome de Rouen, 2007
Evaluation environnementale des services d’écologie industrielle rendus par le procédé vBc3000
27 avril 2009 Systèmes Durables - 24 -
4.3 Scénario 3 : Epandage des boues et activités complémentaires
Ce scénario réunit un ensemble de modules permettant de réaliser l’Unité Fonctionnelle en se
basant sur l’épandage agricole après compostage des boues du Seine Aval. Il s’agit du second
scénario de référence auquel sera comparé le scénario 1.
FIGURE 6 : SCENARIO 3, MODULES
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27 avril 2009 Systèmes Durables - 25 -
4.3.1 Module Epandage agricole
A ce jour, une partie des boues produites par le SIAAP est épandue sur des terres agricoles
afin de fournir un amendement aux cultures. L’Etat préconise officiellement de privilégier cette
solution. Le compostage permet d’hygiéniser les boues avant leur épandage. Cette méthode
est actuellement employée par des prestataires du SIAAP pour valoriser 15% des boues de
l’usine Seine Aval.
Le SIAAP s’est engagé à épandre les boues de Seine Aval dans un rayon maximal de 200km.
L’hypothèse a donc été faite d’une distance moyenne d’épandage de 100km, via un transport
routier.
Le module « Epandage boues » prend en compte le compostage, le transport, les
consommations de carburant pour l’épandage proprement dit et les flux de substances vers le
sol directement dus à l’épandage.
4.3.2 Modules : Carrière Granulats, Stockage Sédiments, Remblaiement Argile,
Remblaiement Schiste et Production Electricité
Ces 5 modules sont identiques à ceux du Scénario 2.
4.3.3 Module Production Chaleur
Le module Production Chaleur du scénario 3 est sensiblement identique au module
Complément Chaleur du scénario 1, à la différence près qu’il est dimensionné pour la
production de 57 756 MWh de chaleur afin d’assurer l’Unité Fonctionnelle.
Evaluation environnementale des services d’écologie industrielle rendus par le procédé vBc3000
27 avril 2009 Systèmes Durables - 26 -
4.4 Synthèse des modules composant les scénarios
Le tableau suivant reprend les différents modules répondant à l’Unité Fonctionnelle :
Unité
Fonctionnelle Scénario 1 Scénario 2
Scénario 3
Fin de vie de
40000 t (MS) de
boues du
SIAAP Seine
Aval
Module « vBc3000 – Bouafles »
Valorisées en tant que matière
première du procédé vBc 3000.
Module « Incinération –
Guerville »
Valorisées en tant que
combustible de l’incinérateur
Module « Epandage agricole »
Valorisées en tant
qu’amendement agricole
Retraitement de
22500 t (MS) de
coproduits
argileux
Module « vBc3000 – Bouafles »
Valorisées en tant que matière
première du procédé vBc 3000.
Module « Remblaiement Argile »
Remblaiement comme inertes sur site
Retraitement de
22500 t de
coproduits
schisteux
Module « vBc3000 – Bouafles »
Valorisées en tant que matière
première du procédé vBc 3000.
Module « Remblaiement Schiste »
Remblaiement comme inertes sur site
Retraitement de
22500 t (MS) de
résidus de
dragage
Module « vBc3000 – Bouafles »
Valorisées en tant que matière
première du procédé vBc 3000.
Module « Stockage Sédiments »
Stockage en chambre de dépôt sur site
Production de
103441 m3 de
granulats
Module « vBc3000 – Bouafles »
Production de granulats allégés par
procédé céramique
Module « Production Granulats »
Production de granulats classiques en carrière
Production de
2,5 MWh
électriques
Module « vBc3000 – Bouafles »
Cogénération d’énergie
Module « Production Electrique »
Mix énergétique français
Production de
57756 MWh
chaleur
Module « vBc3000 – Bouafles »
Cogénération d’énergie : 6,5 MWh Module « Incinération –
Guerville »
Production énergétique de
l’incinérateur
Module « Production de chaleur»
Production de chaleur : 57756
MWh Module « Complément Chaleur »
Production de chaleur : 57749,5 MWh
TABLEAU 2 : DETAIL DES SCENARIOS
La notion d’Ecologie Industrielle est lisible dans cette organisation. En un procédé, le scénario 1
regroupe l’ensemble des valorisations de matière, la totalité de la production de matière et une
partie de la production d’énergie. Les déchets d’origines très diverses deviennent des
ressources pour l’usine de Bouafles et des « coproduits » pour leurs fournisseurs. Les deux
scénarios de références font appel à plusieurs modules différents pour réaliser la même
fonction, sans valoriser une partie des déchets (schistes, argiles et sédiments).
Evaluation environnementale des services d’écologie industrielle rendus par le procédé vBc3000
27 avril 2009 Systèmes Durables - 27 -
5 Données d’Inventaire et limites
Ce chapitre présente les sources des données utilisées pour l’étude et les hypothèses retenues
pour la modélisation des 3 scénarios.
5.1 Sources de données
5.1.1 Catégories de données
Pour chaque élément, Systèmes Durables a priorisé les sources en fonction d’impératifs de
qualité et d’indépendance de la source. Ainsi ont été privilégiés :
Les données provenant de l’Etude de faisabilité industrielle pour tout ce qui concerne le
procédé vBc3000 dans le scénario 1 (cf. 5.1.2).
Le rapport final de l’Ecobilan du « Projet Ecoboues » fourni par le SIAAP pour tout ce qui
concerne l’Incinération de boues et comme source d’indications pour l’Epandage (cf.
5.1.3).
Le document publié par l’ADEME : Impacts environnementaux de la gestion biologique
des déchets – Bilan des connaissances (2005) pour le compostage des boues du
scénario 3 (cf. 5.1.4).
Les bases de données ICV Ecoinvent pour tous les éléments pour lesquels Systèmes
Durables ne disposait pas de données spécifiques (cf. 5.1.5).
Ponctuellement des enquêtes auprès des parties prenantes pour les questions
spécifiques (cf. 5.1.6).
5.1.2 Etude de faisabilité industrielle vBc3000
« L’étude de faisabilité industrielle de valorisation de fines d’argile et de boues de stations
d’épuration en granulats destinés à la construction, selon le procédé vBc3000 » a été réalisée
par vBc3000 en 2007. Elle recense l’ensemble des analyses réalisées par vBc3000 et ses
partenaires quant à la faisabilité industrielle du procédé et de ses différentes options. Des
analyses poussées ont notamment été conduites sur des échantillons de matériaux fournis par
les partenaires potentiels du projet : les boues du SIAAP, des boues de collectivités, les
coproduits argileux et schisteux ainsi que les sédiments du GPMH. Ce sont sur les valeurs
issues de ces analyses que se base la présente étude pour caractériser les composants.
Evaluation environnementale des services d’écologie industrielle rendus par le procédé vBc3000
27 avril 2009 Systèmes Durables - 28 -
Le dimensionnement et les techniques utilisées pour le four de cuisson lors des essais n’est
pas comparable avec l’industrialisation du procédé. De plus, les émissions mesurées sont en
sortie de four, sans épuration. Il a donc fallu compléter ces données par des estimations
d’après les autres ressources.
5.1.3 Ecobilan de filières de traitement des boues résiduaires urbaines.
Cet écobilan a été réalisé par l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne pour le comité de
pilotage du projet Ecoboues en 2001. Son rapport final a été remis par le SIAAP à Systèmes
Durables afin de servir de source neutre et fiable d’informations sur les différents procédés. Les
filières de traitement des boues résiduaires urbaines retenues dans cet écobilan sont les
suivantes :
L’épandage de boues pâteuses chaulées
L’incinération sur lit fluidisé de boues pâteuses
L’oxydation par voie humide de boues épaissies
La pyrolyse de boues séchées
L’incinération en cimenterie de boues séchées
La mise en décharge de boues pâteuses chaulées
Pour chacune de ces filières, l’écobilan considère deux scénarios de traitement : un premier ne
considérant pas la digestion des boues, le second incluant ce procédé. Le traitement des boues
à Seine Aval inclut le procédé de digestion, c’est donc le second qui a été exploité.
La présente étude est basée sur les consommations et les émissions vers le milieu définies
dans cet écobilan, rapportées aux caractéristiques propres au scénario 2, pour déterminer les
flux associés au module d’incinération.
5.1.4 Bilan des connaissances : Impacts environnementaux de la gestion
biologique des déchets
Ce document a été établi pour l’ADEME par le groupement CEMAGREF - INRA - CReeD -
Anjou Recherche - Ecobilan – Orval en 2005. L’objet de l’étude était de faire le point des
connaissances disponibles ou manquantes pour l’appréciation des impacts environnementaux
et sanitaires potentiels attribuables aux différentes filières de gestion biologique : déjections
animales, biodéchets ménagers et assimilés, boues d’épuration et résidus agro-industriels ou
papetiers.
Evaluation environnementale des services d’écologie industrielle rendus par le procédé vBc3000
27 avril 2009 Systèmes Durables - 29 -
Il constate notamment le manque de données publiées sur le compostage de boues d’épuration
mais permet tout de même de quantifier les principaux flux de substances impliqués par le
compostage.
5.1.5 Bases de données ICV
Pour l’ensemble des données d’inventaire indisponibles spécifiquement, Systèmes Durables a
utilisé les bases de données présentes dans l’outil d’ACV SimaPro. L’outil SimaPro comporte
un grand nombre de bases de données, cependant afin de limiter les incertitudes liées aux
différentes méthodes de collecte (les périmètres d’analyse et les éléments physico-chimiques
pris en compte peuvent varier d’une base de données à l’autre), Systèmes Durables a
systématiquement utilisé les données provenant de la Base ICV Ecoinvent v2.010 (mise à jour
en 2007) proposant des données spécifiques aux technologies mise en œuvre par les
industries Européennes.
Le choix de la base de données Ecoinvent a été motivé par le fait qu’elle est largement utilisée
et reconnue par la communauté des praticiens de l’Analyse du Cycle de Vie. Ecoinvent
comprend plus de 4000 inventaires du cycle de vie de matières (matériaux et produits agricoles,
substances chimiques, métaux, plastiques, verre, bois, papier et carton) et de procédés
(production d’énergies et procédés de transport). De plus, les mises à jour régulières
permettent d’avoir des données représentatives de la réalité (du point de vue temporel,
géographique et technologique).
5.1.6 Données collectées directement par Systèmes Durables
Pour un certain nombre d’éléments, Systèmes Durables s’est directement informé auprès des
parties concernées. Des données ont ainsi été collectées relativement aux distances de
transport fluvial auprès du Service de Navigation de la Seine (VNF-SNS), et au devenir des
sédiments de dragage auprès du GPMH. Le Syndicat Interdépartemental pour l’Assainissement
de l’Agglomération Parisienne (SIAAP) et l’Agence de l’Eau Seine Normandie (AESN) ont
également été contactées.
5.2 Limites de l’étude
Au delà des incertitudes inhérentes aux méthodes présentées plus haut, les limites de l’étude
sont liées à la diversité des sources, à leur qualité et aux hypothèses de modélisation :
10
Pour plus d’information consulter http://www.ecoinvent.ch/.
Evaluation environnementale des services d’écologie industrielle rendus par le procédé vBc3000
27 avril 2009 Systèmes Durables - 30 -
Données vBc3000 : Ces données sont fiables dans la mesure où elles proviennent de
l’Etude de faisabilité du procédé vBc3000 utilisant des analyses réalisées par le Centre
Belge de la Recherche Céramique (BCRC) et le laboratoire AL-West B.V. Toutefois, les
résultats d’analyses dépendent de la qualité des échantillons dont disposait vBc3000,
pour lesquels une certaine hétérogénéité a pu exister.
Données collectées pour la construction du scénario 2 : La construction du scénario
2, et principalement du module Incinération – Guerville, a nécessité de croiser les
données issues de l’écobilan du Projet Ecoboues et les caractéristiques des échantillons
utilisés par vBc3000 afin de conserver une bonne homogénéité de sources entre les
scénarios.
Données collectées pour la construction du scénario 3 : Le scénario 3, organisé
autour de l’épandage de boues compostées, n’a pu être basé sur des données propres
au SIAAP. En effet, le Syndicat sous-traite le compostage des boues et n’a donc pas
une totale maîtrise des flux associés. Le document de référence de l’ADEME utilisé
souligne le manque de données publiées sur le compostage de boues d’épuration, et
leur importante variabilité.
Base ICV Ecoinvent : Les données Ecoinvent sont spécifiques aux technologies et
industries européennes et ont été mises à jour en 2007. Les différents scénarios ne
faisant pas intervenir de procédés industriels extérieurs à l’Europe et/ou obsolètes, on
peut considérer cette source fiable.
Pour les informations relatives au transport fluvial et routier, les données Ecoinvent
utilisées ont été croisées avec le rapport final de l'Etude sur le niveau de consommation
de carburants des unités fluviales françaises11 (ADEME, 2006) et sur le rapport
Actualisation des efficacités énergétiques et environnementales des transports
(EXPLICIT, 2002) afin d’en confirmer la précision.
11
Etude disponible sur le site internet de l’ADEME : http://www2.ademe.fr/servlet/KBaseShow?sort=-1&cid=96&m=3&catid=16309.
Evaluation environnementale des services d’écologie industrielle rendus par le procédé vBc3000
27 avril 2009 Systèmes Durables - 31 -
6 Modélisation des flux de chaque scénario
6.1 Scénario 1
Chaque scénario peut être modélisé comme une « boîte noire », où entrent et d’où sortent des
flux de matières et d’énergie.
FIGURE 7: SCENARIO 1, SCHEMA DE FLUX
Les flux sont répartis en grandes catégories. Pour les flux entrants, il s’agit de ressources
matière, de ressources énergie, et dans le cas présent du transport amont. Il est à noter que
ces flux peuvent venir du milieu naturel (matières premières d’extraction) ou de la technosphère
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(courant électrique, transport).
Les flux sortants sont catégorisés de deux façons distinctes :
D’une part leur destination, c'est-à-dire soit vers la technosphère, soit vers le milieu
naturel, décomposé en air, eau et sol. La différentiation des destinations dans le milieu
naturel entre air, eau et sol, lorsque les données le permettent, offrent une meilleure
visualisation de la diffusion (notamment pour les substances écotoxiques). Toutefois, si
les valeurs issues de la base de données Ecoinvent permettent cette distinction, ce n’est
pas le cas de toutes les sources.
D’autre part par type de flux, en regroupant les substances par ensembles tels que Gaz
à Effet de Serre, Eléments Traces Métalliques, etc.
La modélisation du scénario est en réalité décomposée en modules, tels que ceux définis pour
remplir l’Unité Fonctionnelle.
FIGURE 8: SCENARIO 1, SCHEMA DE FLUX DU MODULE VBC3000-BOUAFLES
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FIGURE 9 : SCENARIO 1, SCHEMA DE FLUX DU MODULE COMPLEMENT - CHALEUR
Les flux de chaque module sont ainsi modélisés séparément, puis consolidés (id est agrégés)
dans chaque scénario. Les flux identiques reprennent la même dénomination pour pouvoir être
consolidés dans les scénarios.
6.2 Scénarios 2 et 3
Les consolidations Scénario 2 et Scénario 3 sont représentées dans les figures suivantes. Les
modules les composants sont disponibles en annexe.
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FIGURE 10 : SCENARIO 2, SCHEMA DE FLUX
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FIGURE 11 : SCENARIO 3 : SCHEMA DE FLUX
On notera que les flux directement dictés par l’Unité Fonctionnelle sont égaux pour les 3
scénarios. C’est le cas des flux entrants de Boues du SIAAP, de schiste de Villepail et de
sédiments du GPMH, ainsi que des flux sortants de granulats, d’électricité et de chaleur.
6.3 Modélisation comparative
La consolidation des modélisations de flux permet de réaliser des représentations
comparatives. Ainsi, la figure suivante présente la comparaison entre le scénario 1 et le
scénario 2. Les flux indiqués correspondent à la différence (Scénario 2 - Scénario 1). Les
valeurs positives (affichées en vert) indiquent donc un flux plus important pour le scénario 2
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27 avril 2009 Systèmes Durables - 36 -
(Incinération) que pour le scénario 1 (vBc3000), et inversement les valeurs négatives (affichées
en rouge) un flux plus important pour le scénario 1 que pour le scénario 2.
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FIGURE 12: SCHEMA DIFFERENTIEL DE FLUX : SCENARIO 2 - SCENARIO 1
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Par exemple, on constate un différentiel positif de 1 098 457 m3 de gaz naturel, indiquant que
le scénario 2 consomme 1 098 457 m3 de gaz naturel de plus que le scénario 1. A contrario, le
scénario 1 consomme 5 779 MWh électriques de plus que le scénario 2.
Les flux différentiels directement établis par l’Unité Fonctionnelle sont logiquement nuls
(affichés en noir), puisqu’issus de flux égaux servant de base au dimensionnement des
scénarios. C’est notamment le cas de la consommation de boues d’Achères ou de la production
de granulats.
La figure suivante présente la comparaison entre le scénario 1 et le scénario de référence 3.
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27 avril 2009 Systèmes Durables - 39 -
FIGURE 13 : SCHEMA DIFFERENTIEL DE FLUX : SCENARIO 3 - SCENARIO 1
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27 avril 2009 Systèmes Durables - 40 -
7 Analyse des flux de matières et d’énergie
7.1 Rappel
Les données de consommations et d’émissions dans ce rapport d’étude sont exprimées
relativement à l’Unité Fonctionnelle.
Pour rappel, l’Unité Fonctionnelle est le dénominateur commun aux trois scénarios, basé sur un
ensemble de fonctions quantifiées communes, qui permet d’en comparer les flux. Elle est
définie ainsi :
Apporter une solution pour la fin de vie des déchets et coproduits suivants :
o 40 000 tonnes (MS) de boues du SIAAP,
o 22 500 tonnes (MS) de sédiments de dragage du GPMH,
o 22 500 tonnes de coproduits schisteux de la carrière de Villepail,
o 22 500 tonnes (MS) de coproduits argileux de la carrière de Bouafles,
Et produire les éléments suivants :
o 103 441 m3 de granulats pour béton,
o 2,5 MWh d’électricité,
o 57 756 MWh de chaleur,
Les masses de boues, sédiments, argiles et schistes correspondent à une année de
fonctionnement de l’usine vBc3000 de Bouafles, il est donc important de garder à l’esprit que
les valeurs établies en infra sont rapportées à une année, et non-pas, par exemple, à une tonne
de boue.
7.2 Remarque : Dépôts au sol
Les scénarios de référence 2 et 3 contiennent des modules de dépôt de matière au sol. Ces
modules qui sont le remblaiement de coproduits argileux et schisteux, ainsi que le stockage de
sédiments de dragage, sont effectués à même le sol, sans utilisation de membrane isolante.
Les matériaux déposés sont considérés ici comme devenant une partie du sol. Les migrations
de substances vers le reste du sol et vers les autres milieux ne sont pas étudiées dans cette
étude.
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27 avril 2009 Systèmes Durables - 41 -
Ainsi, si dans un module de l’étude 1 tonne du matériau A contenant 1 gramme de la substance
B est déposée au sol, A devient une partie du sol et donc B est comptabilisé comme émission
vers le sol. Cela ne signifie pas qu’il y aura ou pas transfert de tout ou partie de B vers le reste
du milieu sol ensuite. Ainsi, si (en dehors du périmètre de l’étude) la tonne de A était par la suite
reprise (curage d’une fosse par exemple), l’intégralité ou une partie (suivant les caractéristiques
de la substances, la durée et les conditions du dépôt au sol, etc.) du gramme de B serait
également reprise. Une étude intégrant le devenir à terme des éléments déposés devraient
évaluer la mobilité des substances sur la période étudiée, mais ce n’est pas l’objet de la
présente étude.
Cette remarque est à retenir lors de la lecture des chapitres 7.6.1 (émissions d’ETM), 7.8.1
(PCB) et 7.8.2 (HAP).
7.3 Consommation et Valorisation de matières
FIGURE 14 : SCENARIOS 1, 2 ET 3 : COMPARAISON DES CONSOMMATIONS DE MATIERE PREMIERE PRIMAIRE ET SECONDAIRE RELATIVEMENT
A LA QUANTITE DE GRANULATS PRODUITS
Le scénario 1 permet une importante économie de matières premières primaires (id est
matières premières issues du milieu naturel). Le scénario 1 consomme 218 kg (MS) de matière
première primaire (argiles du Pays de Bray) par m3 de granulats produits, contre 1872 kg (roche
de carrière) pour les scénarios 2 et 3.
Dans le même temps, il est à l’origine d’un taux de valorisation en matière première secondaire
(id est déchets devenus ressources) bien plus important que les scénarios 2 et 3. Ce sont
autant de déchets ne nécessitant pas d’être retraités et qui trouvent une valeur commerciale et
industrielle.
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27 avril 2009 Systèmes Durables - 42 -
7.4 Consommations d’énergie globale et par source
La consommation d’énergie globale de chaque scénario est représentée sur la figure suivante.
FIGURE 15 : SCENARIOS 1, 2 ET 3, CONSOMMATION D'ENERGIE TOTALE (MWH)
Le scénario 1 est plus consommateur d’énergie que les deux scénarios de références, tout en
restant proche du scénario basé sur l’incinération. La variation par rapport au scénario 2 est de
l’ordre de 20%, en sus pour le scénario 1, en moins pour le scénario 3.
Contrairement aux scénarios 1 et 2, le scénario 3 ne met pas en œuvre de procédé thermique
pour la valorisation des boues et coproduits, ce qui explique partiellement sa moindre
consommation d’énergie, malgré la forte contribution de module de production de chaleur.
La différence entre le scénario 1 et le scénario 2 est principalement due au module de
production de chaleur. En effet, l’intégration directe de la production de vapeur par l’incinération
des boues évite au scénario 2 de fortes consommations d’énergie, même si l’incinération elle-
même est plus consommatrice d’énergie que l’unité de cuisson de vBc3000.
L’hypothèse de valorisation de la chaleur produite par l’incinérateur (1444 kWh de vapeur par
tonne (MS) de boue incinérée) est issue de l’étude « Ecobilan de filières de traitement des
boues ». L’étude date de 2001 et correspond à la situation des incinérateurs déjà implantés à
cette date. Il convient alors de noter que l’installation d’incinérateurs de boues ou d’ordures
ménagères est rendue de plus en plus difficile par la réticence des riverains (particuliers comme
entreprises).
Dans ces circonstances, la production de vapeur de l’incinérateur est de plus en plus
difficilement commercialisable. Une estimation à la baisse des opportunités de valoriser cette
chaleur ferait diminuer d’autant la nécessité de produire de la vapeur pour réaliser l’Unité
Fonctionnelle. Cela favoriserait les scénarios 1 et 3 qui n’intègrent pas ou peu de valorisation
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de la chaleur issue de leur procédé de base.
FIGURE 16 : SCENARIOS 1, 2 ET 3, CONSOMMATIONS DETAILLEES D'ELECTRICITE ET DE COMBUSTIBLES
Le détail des consommations par source d’énergie permet de constater une forte hétérogénéité
d’utilisation de ces sources entre les différents scénarios. Si le scénario 2 est le principal
consommateur de gaz naturel, sa consommation de fioul et de charbon est très faible
comparativement aux scénarios 1 et 3. Cela s’explique à nouveau par la présence dans ces
deux scénarios du module de production de chaleur.
La mise en perspective des différentes sources d’énergie permet de constater que pour
chacune, le scénario 1 est le scénario le plus consommateur ou proche du scénario le plus
consommateur. Ainsi, le scénario 2 est favorisé par sa faible consommation de fioul et de
charbon, le scénario 3 est favorisé par sa relativement faible consommation de gaz naturel et
sa très faible consommation électrique.
Le module « vBc3000 – Bouafles » du scénario 1 est consommateur d’une part importante de
gaz naturel et d’électricité afin de permettre le séchage puis la cuisson de 150 000 t de
matériaux entrants par an. Le module « Complément – chaleur », basé sur divers modes de
production de chaleur rencontrés en Europe, contribue également à la consommation de gaz
naturel et d’électricité, et y ajoute la consommation de charbon et de fioul.
Par ailleurs, les scénarios 2 et 3, par leur module de production d’électricité, impliquent une
consommation d’uranium de 48g chacun. En effet, le mix énergétique français comporte une
part d’électricité d’origine nucléaire. La production électrique du scénario 1, issue de la
valorisation de l’énergie sortante de l’usine de Bouafles, ne nécessite pas de faire appel au mix
énergétique français, et évite donc la consommation d’uranium.
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27 avril 2009 Systèmes Durables - 44 -
7.5 Contribution du transport
Le transport, qu’il soit routier ou fluvial, est quantifié par une masse de matériau transporté sur
une distance donnée. Le flux constitué par le transport d’une masse a tonnes sur une distance
b kilomètres est exprimé par le produit a.b exprimé en tonnes.kilomètres (t.km).
7.5.1 Comparaison des trois scénarios
Le scénario vBc3000 implique d’importants transports de matières vers le site de Bouafles. Afin
de minimiser l’impact de ceux-ci, vBc3000 a privilégié le transport fluvial. Les quantités
transportées sont toutefois plus importantes dans le scénario 1 que pour les deux scénarios de
référence. En effet, dans les cas des scénarios 2 et 3, les retraitements de coproduits argileux,
schisteux et de sédiments a lieu sur site, ce qui évite tout déplacement. Seules restent alors les
boues, qui sont transportées par voie fluviale pour le scénario 2 et routière pour le scénario 3.
FIGURE 17: SCENARIOS 1, 2 ET 3, FLUX ROUTIER ET FLUVIAL (T.KM)
L’option routière pour le scénario 3, imposée par l’étendue des destinations du compost à
épandre, implique un flux routier plus important que le flux routier du scénario 1. Le différentiel
est de 1 838 360 t.km en un an, soit l’équivalent de 725 camions (2 par jour) parcourant 100 km
avec une charge utile de 25t.
Le flux fluvial du scénario 1 est constitué par le transport vers Bouafles des boues depuis
Achères (80 000 t de matière brute x 94 km = 7 520 000 t.km) et des sédiments du Grand Port
Maritime du Havre (6 139 313 t.km). Le flux du scénario 2 est constitué par le transport entre
Achères et Guerville des boues (3 040 000 t.km).
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27 avril 2009 Systèmes Durables - 45 -
7.5.2 Importance du transport au sein du scénario 1
Les consommations de carburants et les émissions de polluants liées au transport restent
faibles relativement à l’ensemble du scénario 1. Ainsi, le transport représente seulement 21%
de la consommation totale de fioul et gazole du scénario 1 (respectivement 142 t de fioul pour
le transport fluvial, 232 t de gazole pour le transport routier et 1 383 t de fioul pour le module de
production complémentaire de chaleur). Le choix de transporter les différents composants afin
de créer une synergie entre ces déchets pour en faire des matières premières n’est ainsi pas
remis en cause.
FIGURE 18 : SCENARIO 1, PART DU TRANSPORT DES MATIERES PREMIERES DANS LA CONSOMMATION DE FIOUL ET GAZOLE (T)
7.5.3 Choix du transport fluvial
Dans le scénario 1, le choix de privilégier le transport fluvial pour transporter les matières
premières, lorsque cela s’avérait possible, a un triple impact positif : une baisse de la
consommation de carburant, une baisse des émissions de gaz à effet de serre, et une baisse
du nombre de convois sur le réseau routier.
FIGURE 19: SCENARIO 1, GAINS PAR LA SUBSTITUTION DU TRANSPORT ROUTIER (CU 25T) PAR LE TRANSPORT FLUVIAL (CU 2000T)
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27 avril 2009 Systèmes Durables - 46 -
Limitation de la consommation de carburant
Le transport fluvial tel qu’il est prévu sur la Seine pour l’unité industrielle vBc3000, par barges
de 2000 tonnes, consomme 10,4 g de fioul par tonne transportée et par kilomètre (t.km). Ainsi,
le transport des boues d’Achères vers Bouafles et des sédiments du GPMH vers Bouafles, soit
un total de 13 659 286 t.km, nécessite 142 tonnes de fioul.
Si le transport de ces matières avait été effectué par convois routiers (poids lourds de 25t,
réglementés Euro4), il aurait nécessité 35,8 g de gazole par t.km, soit 489 tonnes de gazole au
total.
Réduction du volume d’émissions atmosphériques
Les émissions de dioxyde de carbone (CO2), méthane (CH4), protoxyde d’azote (N2O) et
hexafluorure de soufre (SF6) dues au transport se chiffrent à 35,43 grammes équivalent CO2
par tonne et par kilomètre (géqCO2 / t.km) pour le transport fluvial, et 132,5 géqCO2 / t.km pour
le transport routier. Rapportant ces valeurs aux quantités transportées et distances parcourues,
le transport fluvial des boues d’Achères et des sédiments de dragage du GPMH émet 484
tonnes équivalent CO2 (téqCO2), contre 1809 téqCO2 si le transport était effectué par convois
routiers.
L’économie d’émissions de Gaz à Effet de Serre due au choix du transport fluvial est donc de
1 325 téqCO2.
Diminution du nombre de véhicules sur le réseau
Le transport des matériaux par barges de 2000 tonnes, nécessite 57 convois (40 pour les
boues d’Achères et 17 pour les sédiments du GPMH).
S’il était réalisé par poids lourds de 25 tonnes de charge utile (hypothèse retenue pour le
transport des autres matériaux), cela nécessiterait 4486 rotations par camions (3200 pour les
boues, 1286 pour les sédiments).
Le choix du transport fluvial évite ainsi le transit vers Bouafles de 15 véhicules par jour, six jours
par semaine.
Opportunités d’optimiser le transport
Cemex dispose d’installations permettant le fret fluvial, qui seront utilisées par vBc3000. Par la
concertation avec Cemex, le transport pourra être optimisé en faisant coïncider l’import des
matières premières pour vBc3000 à l’aller et l’export des produits de Cemex au retour afin de
minimiser les retours à vide ou à charge réduite. Par ailleurs, il sera intéressant d’étudier les
possibilités d’augmenter la part du fluvial dans les modes de transports des matériaux.
7.6 Emissions d’Eléments Traces Métalliques
Pour rappel, les Eléments Traces Métalliques (ETM) suivis dans la présente étude sont les 7
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27 avril 2009 Systèmes Durables - 47 -
ETM dont la teneur lors d’épandage de boues est réglementée par l’arrêté du 8 janvier 1998.
Suivant les scénarios, les émissions d’ETM ont majoritairement lieu vers le sol (scénario 2 et 3)
ou vers l’air (scénario 1).
7.6.1 Emissions vers le sol
Le scénario 1, en valorisant les co-produits, évite un important transfert d’ETM vers le sol par
rapport au scénario 2 (Cf le détail des 7 ETM émis vers le sol dans le tableau suivant). Ce sont
les métaux lourds contenus dans les matériaux valorisés par le scénario 1 et déposés au sol
par les scénarios 2 (argile, schiste, sédiments de dragage) et 3 (argile, schiste, sédiments de
dragage et compost de boues).
Scénario 1 Scénario 2 Scénario 3
Cd 0 kg 25 kg 217 kg
Cr 1 kg 2 003 kg 4 604 kg
Cu 1 kg 2 304 kg 22 705 kg
Hg 0 kg 14 kg 102 kg
Ni 0 kg 1 535 kg 2 695 kg
Pb 0 kg 2 054 kg 8 454 kg
Zn 7 kg 7 788 kg 55 801 kg
FIGURE 20 : SCENARIOS 1, 2 ET 3, EMISSIONS D'ETM VERS LE SOL (KG)
En valorisant 40 000 tonnes (MS) de boues par an et 67 500 tonnes (MS) de sédiments de
dragage, coproduits argileux et schisteux dans son procédé, vBc3000 permet donc d’éviter le
transfert (ou retour) au sol de 56 tonnes de zinc, 8 tonnes de plomb, 102 kg de mercure ou
encore 217 kg de cadmium par rapport à la situation de référence faisant appel à l’épandage
des boues et au retraitement sur sol nu des autres matériaux.
7.6.2 Emissions vers l’air
Avertissement préalable
L’usine vBc3000 de Bouafles n’existant pas encore lors de la réalisation de l’étude, et certains
choix technologiques n’étant pas encore arrêtés, les émissions gazeuses ont été évaluées en
fonction des essais de cuissons, des données disponibles dans la littérature (procédés
céramiques dans Ecoinvent, Meilleures Techniques Disponibles, etc.), des limites
réglementaires, de la composition des matières premières et de la capacité des granulats
Evaluation environnementale des services d’écologie industrielle rendus par le procédé vBc3000
27 avril 2009 Systèmes Durables - 48 -
produits à fixer les substances dans leur matrice durant la cuisson.
D’après l’étude de faisabilité réalisée par vBc3000, le chrome et le nickel sont intégralement
conservés par les granulats, ainsi que la majeure partie du cuivre (77 % en masse) et du zinc
(85 %). Le cadmium, le mercure et le plomb se retrouvent majoritairement dans les effluents.
Ces taux pourront évoluer avec la maîtrise de la conduite de la cuisson à l’échelle industrielle.
Les taux d’émissions vers l’air ont été considérés avec une hypothèse d’épuration efficace des
fumées. Le taux de 98% d’efficacité, observé dans plusieurs références et pour différents
systèmes d’épuration, a été retenu. Des taux d’efficacité supérieurs, jusqu’à plus de 99,8%,
sont possibles lors de l’industrialisation, selon l’installation d’épuration choisie.
Résultats
En raison des caractéristiques des procédés mis en jeu et des quantités de matériaux traités
thermiquement, les résultats quant aux émissions de métaux lourds vers l’air sont globalement
pénalisants pour le scénario 1.
Scénario 1 Scénario 2 Scénario 3
Cd (g) 4 803 301 231
Cr (g) 1 645 14 227 3 705
Cu (g) 161 877 109 984 44 518
Hg (g) 2 594 71 335
Ni (g) 2 699 595 3 373
Pb (g) 164 228 16 565 4 438
Zn (g) 246 761 65 794 46 798
TABLEAU 3 : SCENARIOS 1, 2 ET 3, EMISSIONS D’ETM VERS L’AIR (G)
Les ETM émis par le scénario 1 sont très principalement issus des 160 000 tonnes (MS) de
matériaux cuits dans le module vBc3000 Bouafles. Une part importante des ETM est fixée par
la matrice des granulats, le reste est très majoritairement filtré lors de l’épuration des fumées et
la part finalement émise vers l’atmosphère est faible eu égard aux quantités initiales.
o Le chrome et le nickel sont retenus par les granulats durant la cuisson, d’où des
émissions vers l’air réstreintes, voire plus faibles que celles des scénarios 2 et 3.
o Le zinc et le cuivre, en raison de leurs concentrations dans plusieurs matériaux
entrants du procédé vBc3000, et malgré la rétention d’une partie de leur masse dans
la matrice minérale lors de la cuisson des granulats vBc3000, sont émis en quantités
importantes dans le scénario 1 par rapport aux scénarios de référence.
o D’après les essais céramiques de l’étude de faisabilité, le cadmium, le mercure et le
plomb contenus dans les matériaux entrants de vBc3000 ne sont pas retenus par les
granulats. Ils sont émis dans les fumées, d’où leur important taux d’émission
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27 avril 2009 Systèmes Durables - 49 -
comparativement aux scénarios de référence, malgré l’épuration des fumées.
Les ETM émis vers l’air par le scénario 2 sont issus pour partie de l’incinération des 40 000
tonnes (MS) de boues du SIAAP dans le module Incinération Guerville, pour partie du transport
de ces boues et pour partie du module Carrière Granulats. Les quantités obtenues pour la
première partie sont issues du scénario Incinération de l’étude EcoBoues. Cette étude prend
comme hypothèse un traitement efficace des effluents, notamment des poussières, plus strict
que la réglementation. La plus faible quantité de matériaux impliqués par le procédé thermique
(seulement les boues) explique les faibles émissions d’ETM pour ce scénario que pour le
scénario 1.
Il faut par ailleurs noter qu’une part importante des émissions d’ETM du scénario 2 est dirigée
vers le sol, en raison des modules de retraitement des sédiments de dragage, du schiste et de
l’argile.
Ainsi qu’énoncé dans le chapitre précédent, pour le scénario 3 les ETM contenus dans les
différents matériaux sont principalement émis vers le sol. Les émissions d’ETM vers l’air pour
ce scénario sont faibles. Elles sont principalement dues au module Production chaleur, ainsi
qu’aux procédés mis en jeux dans les différents modules (transport, procédé de compostage et
d’épandage, activités de remblaiement, etc.).
7.6.3 Emissions vers l’eau
Les émissions d’ETM sous forme ionique vers le milieu aquatique sont globalement plus faibles
que celles vers l’air, et très faibles au regard des émissions vers le sol. Les résultats obtenus
n’ont donc pas d’influence. Seules les émissions de chrome et de nickel sont plus élevées vers
l’eau que vers l’air pour les scénarios 1 et 3. Cela est du à leurs modules respectifs
« Compléments chaleur » et « Production chaleur ».
7.6.4 Emissions consolidées d’ETM vers le milieu naturel
Le procédé vBc3000 fixe une partie des ETM dans la matrice minérale des granulats, évitant
ainsi leur émission vers le milieu naturel. L’épuration des effluents gazeux des différents
procédés thermiques (procédé vBc3000 dans le scénario 1, production d’énergie dans les
scénarios 1 et 3, incinération dans le scénario 2) permet également de réduire les émissions
globales d’ETM.
Le tableau suivant présente les émissions consolidées des 7 ETM suivis vers le milieu naturel,
sans distinction de destination (sol, air, eau).
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Scénario 1 Scénario 2 Scénario 3
Cd (kg) 5 25 217
Cr (kg) 15 2 043 4 629
Cu (kg) 166 2 425 22 762
Hg (kg) 3 14 102
Ni (kg) 17 1 554 2 728
Pb (kg) 166 2 080 8 462
Zn (kg) 329 7 885 55 933
TABLEAU 4: SCENARIOS 1, 2 ET 3, EMISSIONS D'ETM VERS LE MILIEU NATUREL (SOL, EAU ET AIR) (KG).
Les ETM émis vers le milieu naturel par le scénario 1 sont extrêmement faibles par rapport aux
scénarios de référence. L’épandage des boues compostées est particulièrement responsable
des fortes émissions d’ETM vers le milieu naturel pour le scénario 3, entre 30 et 300 fois
supérieures à celles du scénario 1. Cette différence favorise notablement le procédé thermique
de vBc3000 face aux débouchés agricoles.
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27 avril 2009 Systèmes Durables - 51 -
Les émissions de Gaz à Effet de Serre
Les émissions de Gaz à Effet de serre (GES) du procédé vBc3000 ne pouvant être mesurées
sur un site industriel existant, les valeurs retenues dans l’étude sont estimées à partir de
différentes sources. L’émission de dioxyde de carbone du procédé vBc3000 est basé sur
l’oxydation du carbone organique contenu dans les matériaux entrants et le gaz naturel
combustible.
Les GES suivis dans cette étude et les facteurs d’émissions associés sont ceux préconisés par
le Groupe d'Experts Intergouvernemental sur l'Evolution du Climat (GIEC). Les facteurs
suivants permettent d’exprimer les quantités de gaz en une équivalence en quantité de CO2,
afin de disposer d’une unité unique pour l’ensemble des GES en terme de pouvoir de
contribution au réchauffement climatique12 :
o Dioxyde de carbone (CO2) : 1 téqCO2/t (tonnes équivalent-CO2 par tonne de gaz),
o Méthane (CH4) : 25 téqCO2/t13,
o Protoxyde d’azote (N20) : 298 téqCO2/t,
o Hexafluorure de soufre (SF6) : 22800 téqCO2/t.
Le facteur d’émission du dioxyde de carbone est naturellement de 1 téqCO2/t puisqu’il s’agit du
gaz de référence.
Les hydrofluorocarbures (HFC) et perfluorocarbures (PFC) ne sont pas impliqués dans les
procédés industriels considérés dans la présente étude.
FIGURE 21 : SCENARIOS 1, 2 ET 3, EMISSIONS DE GES (TEQCO2)
12
Source : GIEC, 2007 13
Cela signifie qu’émettre une tonne de méthane équivaut à émettre 25 tonnes de dioxyde de carbone (GIEC, 2007)
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Scénario 1
Les deux modules du scénario 1 sont constitués de procédés thermiques, ils engendrent donc
des émissions de gaz à effet de serre, principalement du CO2. Le total de GES émis par le
scénario 1 pour remplir l’Unité Fonctionnelle est de 66 610 téqCO2, dont deux tiers sont à
attribuer au module vBc3000 (procédé et transports), et le tiers restant au module de production
de chaleur.
FIGURE 22 : SCENARIO 1, REPARTITION DES EMISSIONS DE GES PAR MODULES (TEQCO2)
Scénario 2
Les émissions de GES du scénario 2 sont établies à 60 540 téqCO2 , et largement imputables à
l’incinération des boues (59 800 téqCO2).
FIGURE 23 : SCENARIO 2, REPARTITION DES EMISSIONS DE GES PAR MODULES (TEQCO2)
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Scénario 3
Les émissions de GES du scénario 3, chiffrées à 59 911 téqCO2, sont principalement
imputables au compostage des boues à épandre (37 076 téqCO2) et au module de production de
chaleur (20 726 téqCO2)
Le compostage est fortement émetteur de N20 et de dioxyde de carbone CO2. Composter
40 000 t (MS) de boues émet 43,88 t de N2O – soit 13 076 téqCO2 – et 24 000 t de CO2. Le taux
d’émission de GES du compostage est donc proche d’1 téqCO2 par tonne (MS) de boue
compostée.
FIGURE 24 : SCENARIO 3, REPARTITIONS DES EMISSIONS DE GES PAR MODULES ET PAR GAZ (TEQCO2)
Les trois scénarios impliquent des volumes d’émission de GES proches. La relative supériorité
des émissions du scénario 1 est à mettre en parallèle avec l’importante quantité de matière (et
de carbone contenu dans cette matière) valorisée par voie thermique dans ce scénario.
Répartition des émissions de GES par gaz (téqCO2)
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7.7 Autres émissions de polluants
7.7.1 PolyChloroBiphényles (PCB)
Les émissions de PCB vers l’air sont quasi inexistantes relativement aux quantités de matière
mises en jeu par l’Unité Fonctionnelle : inférieures à un gramme pour chaque scénario. Une
comparaison des trois scénarios sur ce point n’apparaît donc pas opportune.
Les émissions de PCB vers le sol sont dues au dépôt au sol des sédiments du GPMH
(scénarios 2 et 3) et surtout à l’épandage des boues (scénario 3). Pour réaliser l’ensemble de
l’Unité Fonctionnelle, les émissions totales de PCB vers le sol sont de 1,8 kg pour le scénario 2
et 45,8 kg pour le scénario 3. Le scénario 1 permet d’éviter ces émissions vers le sol.
Emissions de PCB vers le sol (kg)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Sc. 1 Sc. 2 Sc. 3
Sc. 1
Sc. 2
Sc. 3
FIGURE 25 : SCENARIOS 1, 2 ET 3, EMISSIONS DE 7 PCB VERS LE SOL (KG)
Il est à noter que l’échantillon de boues analysées par vBc3000 dans son étude de faisabilité
contenait un taux de 7 PCB de 1,1 mg/kg MS, supérieur à la limite fixée par l’arrêté du 8 janvier
1998 régissant l’épandage (1 mg/kg MS). Ces boues n’auraient donc pas pu être épandues en
l’état.
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7.7.2 Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques
Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) ont pour principales origines les
combustions incomplètes (notamment d’hydrocarbures et de charbon), le raffinage du pétrole et
l’utilisation de goudrons. Les HAP sont des substances semi-volatiles denses.
Les émissions de HAP3 (benzo[a]pyrène, benzo[b]fluoranthène, fluoranthène) dans les
scénarios étudiés sont quasi-exclusivement vers le sol, en raison de leur présence dans les
matériaux remblayés et stockés au sol. D’après l’INERIS, ces HAP sont peu mobiles dans les
sols, ainsi ils demeureront principalement dans la fraction du sol constituée par les matériaux
déposés.
Pour les émissions de HAP vers l’air, seules celles de benzo[a]pyrène (B[a]P) ont été
considérées, faute de sources de données sur les autres HAP. L’étude Ecoboues et les bases
de données Ecoinvent, notamment, font uniquement état des émissions vers l’air de cette
substance. Pour le procédé vBc3000, la valeur utilisée est celle de la production de briques
d’argiles (procédé céramique classique, base Ecoinvent) : 0,415 mg/t produite.
Dans la littérature, le transport fluvial est identifié comme principal émetteur de HAP lourds vers
l’eau, en raison de l’imperméabilisation des coques au goudron. Toutefois, l’émission de HAP
vers l’eau n’est pas considérée en raison de la faiblesse des données disponibles pour
l’ensemble des scénarios.
Le tableau suivant recense les émissions de HAP vers le sol et l’air des trois scénarios pour
répondre à l’Unité Fonctionnelle.
Scénario 1 Scénario 2 Scénario 3
Benzo[a]Pyrène vers le sol (kg) 0 14,4 46,4
Benzo(b]Fluoranthène vers le sol (kg) 0 13,7 52,1
Fluoranthène vers le sol (kg) 0 22,5 122,5
Benzo[a]Pyrène vers l’air (kg) 0,0357 0,0288 0,0366
TABLEAU 5 : SCENARIOS 1, 2 ET 3, EMISSIONS DE 3 HAP VERS L’AIR ET LE SOL (KG)
Dans l’étude de faisabilité du procédé vBc3000, l’analyse faite des HAP contenus dans les
différents matériaux révèle que les 3 HAP considérés sont présents dans les boues d’Achères
dans des proportions plus importantes que dans les autres matériaux valorisés par le procédé
de vBc3000. Le scénario 3 consiste en l’épandage des boues d’Achères, ce qui explique les
émissions vers le sol les plus importantes.
Les émissions de B[a]P vers l’air des trois scénarios sont d’un même ordre de grandeur. La
différence entre les valeurs des trois scénarios est trop faible pour être significative compte-tenu
de l’incertitude due aux hypothèses.
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7.7.3 Emissions de Composés Organiques Volatils
FIGURE 26 : SCENARIOS 1, 2 ET 3, EMISSIONS DE COV VERS L'AIR (KG)
Les émissions des COV vers l’air sont défavorables au scénario 3.
La majeure partie des émissions du scénario 1 est due au module « Complément chaleur »
(4,6t), le reste étant principalement imputable aux transports.
Le scénario 3 émet 6t de COV lors du compostage. D’après le bilan de l’ADEME (Cf. chapitre
5.1.4), le compostage de boues d’épuration émet 1500g de COV par tonne (MS) de boue
compostée, dont 90% sont retranchés grâce au traitement des effluents. S’y ajoute 0,9t due au
transport et à l’épandage du compost. De plus, le module « Production chaleur » émet
également 4,6t de COV. Les autres modules, identiques à ceux du scénario 2, contribuent plus
faiblement à l’émission vers l’air.
FIGURE 27 : SCENARIOS 1, 2 ET 3, EMISSIONS DE COV VERS L’EAU (KG)
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Les émissions de COV vers le milieu aquatique sont en quantités très inférieures à celles vers
l’air. Ce sont principalement les modules de production de chaleur qui contribuent à ces
émissions pour les scénarios 1 et 3. Le cumul de faibles émissions dans les différents modules
du scénario 3 explique la différence par rapport au scénario 1. Le scénario 2 qui ne dispose pas
d’un module spécifique de production de chaleur (valorisation de la chaleur de l’incinérateur)
émet très peu vers l’eau.
7.7.4 Emissions d’Oxydes de Soufre et d’Oxydes d’Azote
Les émissions d’oxydes d’azote et de soufre sont dues aux procédés thermiques
principalement : incinération, production de chaleur, transports motorisés, etc.
Pour le scénario 1, les émissions d’oxydes de soufre (SOx, comptabilisées en SO2), et d’oxydes
d’azote (NOx) vers l’air, font l’objet des mêmes réserves que les émissions vers l’air d’ETM (Cf.
chapitre 7.6) et de GES (Cf. chapitre 7.6.4).
FIGURE 28 : SCENARIOS 1, 2 ET 3, EMISSIONS DE NOX ET DE SOX, (KG)
Les scénarios 2 et 3 ont des émissions de NOx et de SOx comparables. Pour le premier, elles
sont principalement dues au module « Incinération – Guerville », pour le second au module
« Production de chaleur ».
Les émissions de NOx et de SOx du scénario 1 sont supérieures à celles des scénarios de
référence en raison des deux modules faisant appel à un procédé thermique. Pour réaliser
l’Unité Fonctionnelle, les émissions du scénario 1 de NOx s’élèvent à 111 tonnes, celles de
SOx à 64 tonnes.
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FIGURE 29 : SCENARIO 1, REPARTITION DES EMISSIONS DE NOX ET SOX PAR PROCEDES (T)
Remarque : En s’appuyant sur la documentation des Meilleures Techniques Disponibles et sur
un avis d’expert en techniques de dépollution de centrales thermiques, il a été considéré une
efficacité d’épuration des fumées de 95% pour les SOx. Comme pour les ETM, l’épuration des
fumées jouera un rôle important dans la réduction des émissions gazeuses de vBc3000
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8 Synthèse des résultats
L’objet de la présente étude était de comparer le procédé proposé par vBc3000 à deux
scénarios classiques d’élimination des boues de station d’épuration par la modélisation des flux
de matières et d’énergies impliqués par chaque scénario. L’étude permet de dégager les
principaux points forts et points à améliorer de l’implantation d’une unité industrielle telle que
celle projetée par vBc3000 Seine Aval à Bouafles.
En tout premier lieu, l’activité de cette unité industrielle, à savoir la valorisation matière de
coproduits d’autres activités industrielles, s’inscrit pleinement dans une logique d’écologie
industrielle. Le procédé permet une importante valorisation de matières premières secondaires,
une importante économie de matières premières primaires et l’évitement non négligeable du
retraitement de coproduits.
Ce retraitement évité de coproduits a pour conséquence une importante économie d’émissions
vers le sol d’Eléments Traces Métalliques (ETM), d’Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques
(HAP) et dans une moindre mesure de Polychlorobiphényles (PCB). Cela se vérifie par rapport
au scénario 2 basé sur l’incinération des boues du SIAAP, et surtout par rapport au scénario 3
basé sur l’épandage.
L’unité industrielle vBc3000 Seine Aval implique d’importants flux géographiques de matières
premières primaires et secondaires. Ces flux ont pour corollaire des consommations de
carburants et des émissions de polluants. Celles-ci restent particulièrement faibles par rapport
aux consommations et émissions totales, ce qui ne fait pas du transport un point faible notable
du procédé vBc3000 Seine Aval. Il faut d’ailleurs noter que la viabilité du choix du transport
fluvial lorsqu’il est possible est vérifié tant pour les consommations de carburant que pour les
émissions de polluants.
La contrepartie des économies d’émissions vers le sol d’ETM, d’HAP et de PCB est une
émission vers l’air plus importante pour le scénario 1 que pour les scénarios de référence
d’Eléments Traces Métalliques (toutefois très inférieure à celles vers le sol), mais aussi
d’Oxydes de Soufre et d’Oxydes d’Azote. Ces excès d’émissions vers l’air s’expliquent
notamment par la quantité de matériau traité thermiquement, très supérieure aux seules boues.
L’adoption de solutions adéquates d’épuration des effluents permettra de limiter tout ou partie
de ces émissions.
Le second point faible du scénario 1 est la consommation d’énergie. Celle-ci s’explique d’une
part par la quantité importante de matières premières (primaires et secondaire) cuites, et
d’autre part par la nécessité d’intégrer un module de production complémentaire de chaleur
pour compléter l’Unité Fonctionnelle. Ce second point est partiellement contrebalancé par la
difficulté croissante d’installer un incinérateur à proximité d’habitations et d’entreprises, donc de
commercialiser l’importante production de vapeur issue d’un incinérateur.
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La consommation d’énergie de l’unité vBc3000 Seine Aval de Bouafles pourrait être diminuée
en travaillant sur la composition du mélange cuit afin d’en augmenter le pouvoir calorifique
inférieur tout en préservant les qualités techniques du produit. Des essais dans ce sens
pourraient être conduits à échelle réelle lors de l’industrialisation du procédé.
Lorsque l’usine vBc3000 de Bouafles sera en fonctionnement, il sera intéressant d’afiner les
valeurs retenues par mesures des différentes consommations et émissions.
Par ailleurs, la réalisation d’une Analyse du Cycle de Vie (ACV) des granulats et briques
vBc3000, intégrant la valorisation des matériaux et la cogénération, permettrait d’évaluer de
façon comparative les impacts sur l’environnement de ces produits et des produits
concurrentiels tout au long de leur cycle de vie. L’ACV permet en effet de traduire les flux de
matière et d’énergie en impacts sur l’environnement (réchauffement climatique, épuisement des
ressources naturelles, etc.) et la santé (effet cancérogène, etc.) grâce à des méthodes
internationalement reconnues (EcoIndicator ou CML par exemple), et d’évaluer la contribution
de chaque procédé aux impacts.
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ANNEXE 1 : Modules composants les Scénarios 2 et 3
1. Module Incinération Guerville (Scénario 2)
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2. Module Carrière Granulats (Scénarios 2 et 3)
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3. Module Remblaiement Schistes (Scénario 2 et 3)
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4. Module Remblaiement Argile (Scénario 2 et 3)
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5. Module Stockage Sédiments (Scénario 2 et 3)
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6. Module Production Electricité (Scénario 2 et 3)
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7. Module Epandage Boues (Scénario 3)
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8. Module Production Chaleur (Scénario 3)
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ANNEXE 2 : Acronymes
Principaux acronymes employés dans l’étude :
ACV Analyse de Cycle de Vie
ADEME Agence De l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie
AESN Agence de l'Eau Seine-Normandie, direction interrégionale de VNF
B[a]P Benzo[a]Pyrène
BCRC Belgium Ceramics Research Centre, Centre Belge de la Recherche Céramique
CEMAGREF Institut de recherche pour l'ingénierie de l'agriculture et de l'environnement, anciennement CEntre national du Machinisme Agricole, du Génie Rural, des Eaux et des Forêts
CH4 Méthane
CO2 Dioxyde de Carbone
COV (NM) Composés Organiques Volatils - hors Méthane
ETM Elément Trace Métallique, communément appelés métaux lourds
GES Gaz à Effet de Serre
GN Gaz Naturel
GPMH Grand Port Maritime du Havre, anciennement Port Autonome du Havre
HAP Hydrocarbure Aromatique Polycyclique
HQE Haute Qualité Environnementale
ICV Inventaire du Cycle de Vie
INRA Institut National de la Recherche Agronomique
MS Matière Sèche
N2O Protoxyde d'Azote
Nm3 mètre cube normal
NOX Oxydes d'Azote
PCB PolyChloroBiphényles
RER Europe (terminologie Ecoinvent)
Sc. Scénario
SIAAP Syndicat pour l'Assainissement de l'Agglomération Parisienne
SF6 Hexafluorure de Soufre
SNS Services de Navigation de la Seine, service interdépartemental de VNF
SO2 Dioxyde de Soufre
SOX Oxydes de Soufre
t(MS) Tonne de Matière Sèche
t.km Tonne x kilomètre, unité de mesure pour le transport d'une masse sur une distance
téqCO2 Tonnes équivalent CO2
UF Unité Fonctionnelle
UIOM Usine d'Incinération des Ordures Ménagères
VNF Voies Navigables de France