Les dioxines/furanes sont des polluants organiques persistants générés principalement par l’activité anthropique et spécifiquement par l’industrie lors des procédés de combustion mettant en jeux des matières organochlorées. Etant donné leur transport à large échelle dans l'environnement et leur impact sur la santé de l’homme, il est nécessaire de contrôler en temps réel, les traces de dioxines à l'émission des sources fixes. Un tel contrôle est plus particulièrement requis lors de l’incinération de déchets hétérogènes non préalablement triés. Deux types de matériaux microporeux ont été sélectionnés pour l'adsorption des dioxines au vu de leurs propriétés physico-chimiques. Il s’agit des zéolithes et les Metal-Organic Frameworks (MOF). Deux types de test d’adsorption ont été conduits, d’une part, en laboratoire en phase liquide avec la dioxine dans de l’isooctane comme solvant, et d’autre part, en phase gazeuse lors des campagnes de prélèvement sur un site d'incinération de déchets avec une matrice réelle très complexe. L'adsorption en phase liquide nous a permis de conclure sur l’efficacité des matériaux étudiés pour l’adsorption de trois congénères de dioxine de différentes tailles. Elle a ensuite été caractérisée par des techniques d'analyses spécifiques afin de remonter aux mécanismes d'adsorption. L’efficacité d’adsorption a été testée en phase gaz sur un site d'incinération de déchets ménagers avec les mêmes matériaux testés en phase liquide au laboratoire. Finalement, en se basant sur les résultats d'adsorption en phases liquide et gaz, deux pistes ont été proposées pour la conception d’un dispositif de mesure de dioxines en ligne commercialisable. / Dioxins and furans are persistent organic pollutants generated mainly by human activity and industry during combustion processes using organochlorine substances. Due to their long-range air transport and impact on human health, it is necessary to have on-line dioxin emission monitoring at stationary source. Such a control is tipically required for incineration of no pre-sorted heterogeneous wastes.Two types of microporous materials have been selected for dioxin adsorption due to their physicochemical properties: zeolites and Metal -Organic Frameworks (MOF). Two types of adsorption tests have been established. On the one hand, dioxin adsorption tests in liquid phase in laboratory with isooctane as solvent, and on the other hand, dioxin adsorption tests in dynamic gas phase during sampling campaigns on waste incineration site with a very complex matrix.Liquid phase adsorption allowed us to conclude on the effectiveness of materials studied for dioxin adsorption. Adsorption has been after characterized by specific analysis techniques to trace adsorption mechanisms. Adsorption efficiencies were tested in gas phase on a household waste incinerator with the same materials tested in liquid phase in laboratory. Finally, taking into account liquid and gas phase results, two solutions have been proposed for a future commercialized device for on-line dioxin monitoring.

Dans une optique de maîtrise du procédé d'incinération des ordures ménagères et de ses possibles émissions polluantes, nous avons développé un modèle mathématique qui simule un lit d'ordures ménagères en combustion sur une grille mobile. Ce modèle décrit la plupart des phénomènes physicochimiques et thermiques intervenant lors de l'incinération : séchage et pyrolyse de la charge, combustion et gazéification du carbone résiduel, transferts thermiques, effondrement du lit, brassage... Il intègre également une description des mécanismes de volatilisation des métaux lourds et de formation des NOx. La cinétique de départ des métaux lourds est modélisée en tenant compte des différentes étapes de transport (transfert externe, diffusion intraparticulaire, volatilisation) au moyen de l'approche des temps caractéristiques additifs. Dans le cas simulé du cadmium, la prédiction d'une volatilisation quasi-complète est conforme aux résultats de la littérature. Le sous-modèle NOx prend en compte les mécanismes de formation thermique, prompt, combustible, par l'intermédiaire de N2O, ainsi que les mécanismes de réduction homogène par recombustion et hétérogène par le carbone résiduel. Les calculs révèlent que prédominent la formation par le mécanisme combustible et la destruction par la réduction hétérogène. Enfin, le modèle de lit a été utilisé pour étudier l'influence des divers paramètres opératoires : température, débit et distribution d'air primaire, taille des particules de déchets, brassage et schéma de brassage. Les résultats sont présentés et discutés en détail. L'influence des conditions opératoires sur l'efficacité du procédé et sur les émissions de Cd et NOx est analysée.

Dans une optique de maîtrise du procédé d’incinération des ordures ménagères et de ses possibles émissions polluantes, nous avons développé un modèle mathématique qui simule un lit d’ordures ménagères en combustion sur une grille mobile. Ce modèle décrit la plupart des phénomènes physicochimiques et thermiques intervenant lors de l’incinération : séchage et pyrolyse de la charge, combustion et gazéification du carbone résiduel, transferts thermiques, effondrement du lit, brassage… Il intègre également une description des mécanismes de volatilisation des métaux lourds et de formation des NOx. La cinétique de départ des métaux lourds est modélisée en tenant compte des différentes étapes de transport (transfert externe, diffusion intraparticulaire, volatilisation) au moyen de l’approche des temps caractéristiques additifs. Dans le cas simulé du cadmium, la prédiction d’une volatilisation quasi-complète est conforme aux résultats de la littérature. Le sous-modèle NOx prend en compte les mécanismes de formation thermique, prompt, combustible, par l’intermédiaire de N2O, ainsi que les mécanismes de réduction homogène par recombustion et hétérogène par le carbone résiduel. Les calculs révèlent que prédominent la formation par le mécanisme combustible et la destruction par la réduction hétérogène. Enfin, le modèle de lit a été utilisé pour étudier l’influence des divers paramètres opératoires : température, débit et distribution d’air primaire, taille des particules de déchets, brassage et schéma de brassage. Les résultats sont présentés et discutés en détail. L’influence des conditions opératoires sur l’efficacité du procédé et sur les émissions de Cd et NOx est analysée / As a tool for controlling the Municipal Solid Waste (MSW) incineration process and its possible pollutant emissions, a mathematical model of the MSW bed burning on travelling grate of an incinerator was developed. The model describes most of the physico-chemical and thermal phenomena taking place in incineration like the drying and pyrolysis of the feed, combustion and gasification of char, oxidation of pyrolysis gases, heat transfer, bed shrinking, feed stirring, etc. Also described in the model are the mechanisms of Heavy Metals (HM) volatilization and NOx formation. Kinetics of HM release was modelled using the approach of additive reaction times accounting for the various transport mechanisms involved: external transfer, intra-particle diffusion and actual volatilization. In the case simulated, i.e. of Cd, almost total volatilization is predicted, which is confirmed by literature findings. The NOx sub-model takes into account most of the common mechanisms of formation like thermal, prompt, fuel, N2O intermediate and also NOx reduction by homogeneous reburning and heterogeneous reduction by char. Calculations show that NOx formation is predominated by the fuel mechanism and destruction by the heterogeneous reduction. Finally, the bed model was applied to study the influence of various operating parameters like flow rate, temperature and distribution of air under grates, waste particle size, feed stirring and the stirring scheme. The results are presented and discussed in detail and the influence of operating conditions on process efficiency and on emissions of Cd and NOx is analyzed

D’après les limites d’acceptation pour la mise en décharge des déchets, les REFIOM (Résidus d’Epuration des Fumées d’Incinération d’Ordures Ménagères) sont considérés comme déchets dangereux, car ils libèrent des quantités importantes de chlorures et de métaux lourds lorsqu’ils entrent en contact avec de l’eau. Ces solides doivent par conséquent être traités avant leur mise en décharge. A côté des traitements visant l’acceptabilité des REFIOM en décharge, quelques recherches entrevoient la possibilité de valoriser ces résidus, notamment dans des matériaux cimentaires. <p>Les recherches présentées ici s’inscrivent dans cette tendance nouvelle et visent l’élaboration d’un procédé combinant traitement et valorisation des REFIOM. <p>Les REFIOM représentent en fait différents types de résidus provenant des installations que rencontrent les fumées issues de l’incinération des déchets. La composition des résidus diffère selon leur origine. Il est dès lors apparu essentiel de considérer chaque type de résidu séparément et de poursuivre l’élaboration d’un traitement sur un seul type de REFIOM. Nous avons choisi de concentrer les recherches sur les Cendres Volantes de Chaudière (CVC), ces résidus se retrouvant dans tout incinérateur. <p>Le traitement des CVC est basé sur l’extraction de fractions valorisables et la séparation de fractions contaminées, permettant d’obtenir des résidus acceptables en décharge ou, idéalement eux-mêmes valorisables. <p>Une séparation magnétique permet d’extraire environ 10% en poids des CVC mais ne semble pas exploitable dans le cadre du traitement des CVC car les particules magnétiques contiennent des impuretés (composés non magnétiques) et que le résidu final reste contaminé. <p>Une étude de la répartition des éléments en fonction de la taille des particules (granulochimie) est effectuée sur les CVC. Il apparaît intéressant de séparer la fraction inférieure à 38 µm obtenue lors d’une séparation granulométrique, effectuée en voie humide en utilisant une solution dense. En effet, cette fraction semble être nettement plus contaminée en Pb (soluble) que le reste des CVC. Une telle séparation constitue dès lors la première étape du traitement des CVC. Elle est suivie par des étapes de lavage des fractions obtenues, visant à extraire les sels solubles (chlorures et métaux). Les lavages sont envisagés à contre-courant afin d’utiliser au mieux l’eau de lavage. Une recirculation interne des solutions est également prévue, de sorte que, théoriquement, le procédé ne génère pas d’effluents liquides. Une étape de précipitation de composés métalliques (PbS dans ce cas-ci) est prévue après le lavage des boues. <p>Le procédé de traitement des CVC produirait ainsi des boues et des granulats décontaminés, des sels et des précipités métalliques. Seules certaines étapes du procédé ont été investiguées en laboratoire ;des essais supplémentaires sont encore nécessaires pour optimiser chaque étape, comprendre les phénomènes physico-chimiques qui se produisent et assurer des filières de valorisation. <p>/<p>Municipal Solid Waste Incineration (MSWI) fly ashes and Air Pollution Control (APC) residues are considered as hazardous waste according to the limits for the acceptance of waste at landfills, because high amounts of chlorides and heavy metals leach from the solids when those are in contact with water. These residues have thus to be treated before they can be accepted in landfill. Several treatments aim to limit the leaching of the residues. Beside these treatments, some research works go further the treatment and consider the valorisation of MSWI fly ashes and APC residues, e.a. in cementitious materials. <p>The present work follows the new trend and aims to build up a process that combines treatment and valorisation of MSWI fly ashes and APC residues. <p>MSWI fly ashes and APC residues come from the devices encountered by the flue gases from waste incineration. The residues composition differs according to their origin. It seems thus essential to consider each type of residues separately and to develop the treatment only on one sort of residue. Boiler Fly Ashes (BFA) were chosen because they exist in every modern MSWI plant. <p>The BFA treatment is based on the extraction of valorisable fractions and on the separation of contaminated fractions, which makes the final residues less hazardous; these final residues would then be acceptable in landfill, or, even better, be valorisable. <p>A magnetic sorting extracts ~10% (wt.) of BFA; however, such a separation would not be useful in a treatment process because the magnetic particles contain some impurities (non magnetic particles) and the final residue is still hazardous. <p>The repartition of the elements according to the particles size has been studied on BFA. It seems interesting to separate the BFA at 38 µm by a wet sieving process using a dense solution. The lower fraction presents a higher contamination in Pb (soluble) than the larger. Consequently, the first step of the BFA treatment consists of a wet sieving. Washing steps follow the sieving and aim to extract soluble salts (chlorides, heavy metals). These washings work in a counter-current way to optimise the use of water. The solutions are recycled in the process, which implies the absence of liquid effluents. A precipitation step of some metallic compounds (PbS in this case) is foreseen after the washing of the lower fraction. <p>The BFA treatment process would produce decontaminated sludge and coarse fractions, salts and metallic compounds. Some steps of the process have been investigated at lab-scale; further studies are necessary to optimise each step, to understand the observed reactions and to guarantee valorisation channels. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Au cours des dernières décennies, nous avons été témoins de la croissance des controverses relatives à l’incinération des déchets solides municipaux dans de nombreuses villes du monde. Cela est particulièrement vrai pour les grandes et moyennes villes en Chine. Diverses catégories d’acteurs, y compris l’État, les autorités locales, les acteurs du marché économique et de la société civile, tentent d’exercer leur influence sur la construction, l’extension et/ou l’opération des incinérateurs. Même si les controverses relatives à l’incinération des déchets solides municipaux abordées par le passé dans plusieurs disciplines, nous ne sommes pas en présence d’une véritable compréhension collective suffisante de la stabilité et du changement à l’échelle méso. La thèse traite de la question suivante: dans les débats et les affrontements autour de l’incinération, comment et jusqu’à quel point les interactions et les compétitions entre contestataires et adversaires contribuent-elles à définir un champ d’action stratégique où la structure industrielle et les politiques de gestion des déchets dominées par l’incinération sont remises en question ou reconduites ? Pour répondre à cette question, cette étude considère l’incinération des déchets solides municipaux en Chine sous l’angle d’un champ d’action stratégique. Elle essaie de clarifier ce qui se passe dans ce champ sous trois aspects: les acteurs, les actions stratégiques et les retombées politiques. Faisant appel à une démarche de recherche qualitative, un grand volume de données primaires et secondaires a été amassé, y compris 42 entretiens semi-structurés, 557 posts en ligne, des rapports de recherche, des documents d’archives, des rapports d’évaluation de l’impact sur l’environnement, des nouvelles en ligne, des données statistiques et des documents de politique. À l’aide de ces données, cette étude approfondi la compréhension des relations entre, d’un côté les acteurs s’opposant aux activités découlant de l’incinération – les contestataires – et, de l’autre, les adversaires dans le champ d’action stratégique, mettant en lumière leurs arguments respectifs. En outre, le processus par lequel les militants utilisent les réseaux sociaux pour la mobilisation du consensus a reçu une attention supplémentaire. De plus, cette étude a analysé l’évolution des interactions entre les militants et les décideurs politiques et a contextualisé la transformation du champ au cours des dernières décennies. Les résultats ont montré que les controverses autour de l’incinération des déchets solides municipaux sont allées au-delà des préoccupations pour les intérêts personnels et le bien-être environnemental. Cela permet d’introduire des explications plus nuancées comparativement aux discours conventionnels concernant les protestations contre l’incinération, fournissant une compréhension systématique de l’activisme local. Cette analyse exploratoire a permis également de mieux comprendre la signification politique et sociale des controverses publiques à travers des pratiques locales de gestion des déchets. Dans un sens plus large, la thèse permet de revoir les notions usuelles à l’égard des relations entre conflits et ordre. / The past few decades have witnessed the growth of controversies regarding municipal solid waste (MSW) incineration in many cities around the world. This is especially true when it comes to large and medium-sized cities in China. Various categories of actors—including the state, local authorities, market actors, and the civil society—seek to exert their influence on the construction, expansion, and/or operation of incinerators. Even though the controversies over MSW incineration have been discussed across a range of disciplines in previous literature, we are not in the presence of a sufficient collective understanding of stability and change of the meso-level social order. This dissertation addresses the following question: How and to what extent do interactions and competition between pro-incineration and anti-incineration groups contributes to defining a strategic action field (SAF) where the incineration-dominated industrial structure and waste disposal policies are challenged or maintained? To answer the question, this study considers MSW incineration in China an SAF and attempts to clarify what is happening in this SAF from three aspects: actors, strategic action, and policy impacts. Based on a qualitative research design, a great volume of primary and secondary data were collected, including 42 semi-structured interviews, 557 online posts, research reports, archival materials, environmental impact assessment reports, online news, statistical data, and policy documents. With the help of collected data, this study deepened the understanding of the relationship between proponents and opponents in the field of incineration and shed light on their respective arguments. In addition, the process through which activists used social media for consensus mobilization was given additional attention. Moreover, by analyzing the dynamics of the interplay between activists and policy makers, this study revealed and contextualized the evolution of the SAF over the past few decades. The findings showed that controversies around MSW incineration had gone beyond the concerns for personal interests and environmental well-being. This allows to introduce more refined explanations compared to conventional discourses regarding anti-incineration protests and provide a more nuanced understanding of local activism. This exploratory analysis also helped to better understand the political and social significance of public controversies through local practices of MSW management. In a broad sense, this dissertation makes it possible to review the usual conceptions with regard to the relations between conflict and order.