Rappel des caractéristiques de base des procédés étudiés

Le présent chapitre vise à rappeler les principales caractéristiques des procédés thermiques identifiés dans le cadre de l'étude : la gazéification, la pyrolyse, la dépolymérisation, la solvolyse et l'utilisation de fluides sub et supercritiques.

La gazéification est un processus thermique dans une plage de température généralement supérieure à 800°C, qui permet de traiter des déchets contenant une fraction combustible, par un traitement effectué en présence d'une quantité réduite d'oxygène. Elle conduit à la production d'un gaz de synthèse qui est soit brûlé sur site, sous faible excès d'air, pour produire de la chaleur ou de l'électricité, soit utilisé dans un procédé tiers en substitution du gaz naturel ou d'autres combustibles, soit utilisé comme produit de départ pour la synthèse de carburants du type diesel, essence, éthanol et autres alcools, pour la synthèse du naphta, ou pour la fabrication du méthanol de synthèse.

La plupart des procédés de gazéification produisent un gaz de synthèse constitué majoritairement d'un mélange CO + H2.

La gazéification génère un sous-produit solide constitué de la fraction incombustible du déchet traité, contenant une faible quantité de carbone. Ce sous-produit, après séparation des métaux, est susceptible, sous certaines conditions, d'être valorisé.

Le gaz de synthèse généré est plus ou moins chargé en goudrons, ainsi que d'autres polluants qui sont fonction de la composition des déchets traités. Le gaz peut être débarrassé des goudrons, soit par craquage thermique grâce à une torche à plasma par exemple, soit par lavage, soit encore par d'autres techniques. Dans le cas d'une gazéification combinée avec une torche à plasma, l'une des fonctions possibles de la torche est de porter le gaz de synthèse à une température très élevée (au-delà de 1000 ou 1200 °C) au cours du processus de gazéification des déchets ou en aval de celui-ci, ce qui permet de craquer les goudrons qu'il contient tout en maximisant la quantité de gaz de synthèse produite. Le gaz ainsi épuré des goudrons, et éventuellement épuré plus avant par d'autres techniques selon les polluants présents, peut être utilisé plus facilement pour produire de l'électricité par moteur à gaz ou pour d'autres valorisations énergétiques ou chimiques.

Les températures atteintes lors de la gazéification, en particulier dans les procédés de gazéification assistée par torche à plasma permettent de fondre les résidus de gazéification qui, après refroidissement, se présentent sous forme d'un vitrifiat (un verre en général de couleur noire). L'enjeu est d'obtenir un déchet non dangereux présentant les caractéristiques d'un déchet inerte. Une valorisation, par exemple dans la construction de routes, pourrait alors être envisagée pour ce matériau.

La pyrolyse est un processus thermique dans la plage de 350 à 800°C, qui permet de traiter des déchets en principe en l'absence d'oxygène. Dans la pratique, l'énergie nécessaire aux réactions de pyrolyse est parfois obtenue par des réactions exothermiques d'oxydation partielle, produite par une injection limitée d'air ou d'oxygène. La pyrolyse conduit à la production d'une fraction combustible (huile) pouvant être valorisée énergétiquement sur le site de production, ou valorisée (matière ou énergie) dans un autre procédé.

Elle conduit également à la production d'un gaz pauvre qui est le plus souvent brûlé sur site pour fournir l'énergie nécessaire aux réactions de pyrolyse et au séchage éventuel de la charge entrante. Elle génère enfin un sous-produit solide (coke de pyrolyse) constitué du carbone fixell et de la fraction incombustible du déchet traité.

La dépolymérisation thermique regroupe l'ensemble des technologies permettant de transformer des polymères (plastiques, élastomères) en monomères ou oligomères par apport de chaleur, sans qu'un réactif chimique n'intervienne dans les réactions de coupure des chaînes. Les déchets sont chauffés progressivement jusqu'à environ 400 - 450 °C. Au cours de la dépolymérisation, les chaînes longues carbonées sont transformées en chaînes plus courtes, principalement dans la plage C8 à C20. JE NE SUIS PAS D4ACCORD

La solvolyse consiste à traiter un polymère par un solvant réactif capable de le dépolymériser et de dissoudre les produits de dépolymérisation. Selon la nature du solvant, on distingue l'aminolyse, l'ammonolyse, la glycolyse, l'hydrolyse et la méthanolyse. On obtient un monomère ou un oligomère.

D'autres procédés de recyclage chimique des plastiques existent ; ils n'ont pas été intégrés dans le champ de l'étude car ils opèrent à des températures inférieures à 100°C. Il s'agit de la dissolution, de l'extrusion réactive et des autres dépolymérisations chimiques.

Lorsqu'il atteint des conditions sous ou supercritiques, un solvant (eau, méthanol, dioxyde de carbone) acquiert des propriétés particulières qui permettent de réaliser des opérations de recyclage chimique s'apparentant à la dissolution ou à la solvolyse.

Ainsi, l'eau chauffée entre 150 et 300°C atteint l'état sous-critique dans certaines conditions de pression et devient progressivement apolaire à ces températures. En milieu raréfié en 02, on peut alors provoquer une réaction d'hydrolyse des déchets traités, avec formation de chaînes courtes. L'avantage de la “bio-huile” fabriquée est son PCI élevé. D'autre part, elle est moins oxygénée que les huiles de pyrolyse. Enfin, on peut traiter des déchets très humides, sans déshydratation préalable.

Les principaux déchets pouvant être traités sont les ligno-cellulosiques (déchets de l'agro-alimentaire) qui peuvent se transformer en glucose (bio-huile) et les déchets verts humides. Un post-traitement en raffinerie est toujours nécessaire pour obtenir un carburant.