L'objectif général de cette thèse est de tirer des enseignements sur les facteurs qui impactent l'acte de tri des DEEE des consommateurs à l'échelle urbaine. Enquêter sur le geste de tri à l'échelle urbaine signifie contribuer au débat scientifique concernant la gouvernance de déchets en ville, qui est un thème très important du fait du rôle que les espaces urbains jouent aujourd'hui en tant qu'acteurs clés de la transition vers un développement durable. En particulier, en adoptant une approche multi-échelle et transdisciplinaire, la thèse est construite comme une étude de cas comparative entre Milan et Paris, où la mise en oeuvre de la filière des DEEE est analysée et les comportements de tri des consommateurs sont interprétés. L'objectif global de l'étude n'est pas seulement de mettre l'accent sur les liens entre la dimension macro des politiques de gestion et celle des comportements individuels et sociaux, mais aussi de comprendre quelle est la configuration prise par les différents acteurs impliqués dans la gestion des DEEE et quelles sont les points faibles et forts de la chaîne. Cette réflexion devait fournir des clés de lecture utiles pour nous permettre de suggérer des méthodes alternatives de gestion des DEEE en ville ainsi que des pistes de réflexion pour encourager le bon tri des DEEE par les citoyens-consommateurs. / The overall objective of this thesis is to draw insights about the factors that impacts the act of WEEE disposal by consumers at urban scale. Investigate such issue at the urban scale means contributing to the scientific debate concerning the governance of waste in the cities, which is a very important topic because of the role that urban areas now play as key actors in the transition to sustainable development goals. In particular, by adopting a multi-scalar and cross-disciplinary approach, the analyzed and the related consumer disposal behaviour is interpreted. The overall objective of the study is not to focus on the links between the macro dimension of management policies and those of individual and social behaviours, but alsi to understand what is the configuration taken by the different actors involved in the management of WEEE and what are the strengths and weaknesses of the chain. The discussion should provide useful key-readings to frame alternative methods of management of WEEE on urban scale as well as useful insights to foster citizens consumers' proper disposal.

Les déchets industriels spéciaux constituent une source potentielle de pollution importante. A ce titre il est nécessaire de les traiter en vue d'aboutir soit à une valorisation soit à un rejet écocompatible et au stockage d'un déchet ultime. La mise en oeuvre pratique de ces traitements fait intervenir une grande variété de filières et de procédés suivant la nature et les caractéristiques du déchet. Le choix d'une solution de traitement est une opération délicate qui implique la connaissance de toutes les options disponibles et de leurs critères de choix. Pour aider les producteurs de déchets, nous avons identifié dans deux contextes différents, les raisonnements et les données qui permettent d'aboutir à la liste des solutions applicables : centres et filières de traitement dans le cas du traitement externe, procédés de traitement et position dans l'unité productrice du déchet pour le traitement interne. Ce travail méthodologique, dont l'objectif est la proposition d'outils pour aider les industriels dans le choix de solutions de traitement, a débouché sur deux systèmes informatiques d'aide à la décision : * le premier pour l'orientation des déchets industriels spéciaux vers des solutions externes de traitement, * le second pour l'identification de solutions de traitement interne pour les ateliers de traitement de surface. A travers le développement de ces outils, nous avons pu mettre en évidence l'importance des systèmes d'identification et de caractérisation des déchets et proposer une méthode générale pour l'identification de solutions de traitement.

Ce travail porte sur l'étude des potentiels du procédé de gazéification thermique (conversion en gaz combustible de la matière organique et du carbone fixe) pour associer traitement et valorisation (matière et énergie) durable des boues de station d'épuration. De ce procédé, il émane des rejets polluants (conséquences de la composition des boues, notamment des teneurs en métaux et azote). Dans un premier temps, la distribution des métaux entre les phases (solide et gaz) est examinée, en fonction des conditions opératoires du procédé. La localisation (phases porteuses), la spéciation et la mobilité des métaux retenus dans le solide obtenu sont aussi étudiées, afin de déterminer les risques environnementaux qu'il entraîne. Le suivi de la production de composés azotés et soufrés montre ensuite que température et atmosphère sont les paramètres opératoires clé. Grâce à cela, un procédé bi-étagé en température, avec un premier étage de dépollution et un deuxième étage de production de gaz combustibles est proposé. Enfin, la base d'un modèle théorique portant sur l'hydrodynamique et la cinétique dans un réacteur de gazéification à lit fluidisé est proposée. / This work focuses on the potential of thermal gasification process (organic matter and fixed carbon conversion to combustible gases) to combine sustainable sewage sludge treatment and valorization (matter and energy). Some pollutants are produced by this process (as a consequence of the sewage sludge composition, mainly metal and nitrogen's content). Firstly, the influence of operating conditions on metal's distribution among the phases (solid and gas) is investigated. The localization (bearing phases), speciation and mobility of metals retained in the produced solid are also analyzed, aiming to determine the environmental risks which they involve. Next, produced nitrogen and sulfur compounds are followed, showing that temperature and treatment atmosphere are the main parameters. Those findings allowed us to propose à two-thermal-stage process, the first stage aiming to get rid of pollutants in the solid and the second one aiming to produce combustible gases. Finally, a theoretical model basis concerning hydrodynamics and kinetics in a fluidized bed is proposed.

Le contexte de la gestion des déchets est soumis à des orientations politiques changeantes qui se font l’écho, d’une part de la volonté de préserver les ressources, d’autre part, de l’avènement de l’écologie industrielle. Pour aborder ces enjeux, cette recherche, conduite à l’interface entre sciences de l’ingénieur, sciences sociales et sciences du territoire, s’intéresse plus précisément aux dimensions technico-économiques, sociopolitiques et spatiales des filières de récupération-recyclage. Elle aborde la manière avec laquelle est favorisé le développement territorial de ces filières, en se focalisant particulièrement sur la filière des déchets d’équipements électriques et électroniques (DEEE). Elle s’interroge sur la contribution du système local de recyclage au développement des démarches d’écologie industrielle. Elle s’appuie notamment sur l’analyse systémique de la mise en oeuvre de l’opération de récupération-recyclage des DEEE en Midi-Pyrénées.Cette recherche montre comment l’objet DEEE met à l’épreuve la territorialisation de la réglementation européenne et française de la gestion des déchets. Basée au départ sur une étude quantitative des flux de matières et d’énergie de la filière, la question se déplace progressivement vers l’étude qualitative des divers positionnements du système d’acteurs qui pilotent le métabolisme de la filière. / Legislative frameworks of waste management are impacted by resource management and industrial ecology’s paradigm. Considering this issues through engineering science, social sciences and regional planning, this work focuses on technical, political and spatial dimensions of recovery-recycling chain. It aims at analyzing its regional development, through the example of the treatment of Waste Electrical and Electronic Equipment (WEEE). It reveals how local recycling system contributes to the development of territorial ecology, while focusing on a systemic approach of WEEE recovery and recycling in Midi-Pyrénées (France).This work shows how WEEE’s management interacts with European and French legislative frameworks. Based on a material flow analysis of the recovery-recycling chain, this study shows the strategic issues of the chain’s metabolism which results from the dynamics of the various organizations involved.

Le dispositif d'étanchéité des installations de stockage de déchets est constitué d'une barrière d'argile compactée surmontée d'une géomembrane. En théorie, cette technique permet d'assurer un niveau de protection maximal en prévenant le contact entre les éléments polluants contenus dans les lixiviats et le milieu environnant. Cependant, des défauts existent dans la géomembrane, liés à sa mise en place ou à de l'endommagement postérieur, et ceux-ci forment des passages préférentiels d'écoulement pour les lixiviats. D'autre part, le contact parfait entre la géomembrane et la surface de la barrière minérale n'existe pas car aucun de ces composants n'est parfaitement plan. Il en résulte l'existence d'une interface, qui provoque une surface d'infiltration du lixiviat bien supérieure à la seule aire du défaut dans la géomembrane. Des solutions analytiques et des outils empiriques permettant de quantifier, en régime permanent, les débits de fuite dans les dispositifs d'étanchéité comprenant une interface d'épaisseur uniforme sont disponibles dans la littérature. Cependant, des observations in situ et au laboratoire sont venues invalider le modèle d'un écoulement radial à partir d'un défaut circulaire et d'un écoulement bidimensionnel à partir d'un défaut longitudinal, les écoulements d'interface se révélant d'une nature bien plus complexe et dépendant essentiellement de la non-uniformité de l'épaisseur de l'interface. Les outils bibliographiques disponibles atteignent rapidement leur limite vis-à-vis de la prise en compte de cette non-uniformité de l'épaisseur de l'interface et il apparaît qu'une autre approche doit être suivie pour parvenir à une quantification précise des débits de fuite à travers l'étanchéité composite. Le travail de thèse a consisté à d'abord quantifier la variabilité spatiale de l'interface, puis à adopter un modèle d'écoulement issu des flux dans les milieux poreux fracturés avec lesquels les écoulements d'interface partagent des similitudes. La méthodologie développée consiste à combiner à la fois (1) des observations de terrain qui permettent de connaître les états de surface de la barrière minérale dans des conditions réelles (2) des expérimentations réalisées au laboratoire qui fournissent des mesures de débit de fuite et la géométrie exacte d'une interface reconstituée et (3) des simulations numériques d'écoulement à partir des géométries d'interface fournies, avec une comparaison des flux simulés et mesurés pour évaluer la validité du modèle.Le travail expérimental a été complété par une étude du cas particulier, mais néanmoins courant sur les installations de stockage de déchet françaises, où un géotextile est placé à l'interface. L'impact de cette pratique sur le débit de fuite engendré en cas de défaut dans la géomembrane a été évalué en comparant les données de flux mesurées avec celles obtenues dans les mêmes conditions sans géotextile.

Ce mémoire présente mes recherches de modélisation appliquée à la valorisation matière et au stockage de déchets industriels et radioactifs. Le dénominateur commun consiste au couplage avec le code HYTEC des réactions chimiques et des processus hydrodynamiques dans l'optique de la prédiction de la durabilité des géomatériaux soumis aux aléas de leur environnement industriel ou naturel et, réciproquement, du relargage de polluants et leur migration dans les sols et les aquifères. Travaux de recherche publiés Dans une première partie orientée numérique, une validation de HYTEC par intercomparaison de codes est développée autour de la dissolution oxydative de UO2 et de la migration d'uranium en subsurface. Les possibilités de numérisation des tests de lixiviation au laboratoire sont également discutées. Différentes recherches découlant de l'application de HYTEC sont ensuite présentées en détails. L'évolution de l'interface ciment/argile est modélisée dans le cadre d'études de performance des barrières d'un stockage de déchets radioactifs et de l'analogue anthropique du tunnel de Tournemire ; ce qui permet une hiérarchisation des processus physico-chimiques en jeu. Les processus physico-chimiques de tests d'altération d'éprouvettes de pâtes de ciment par des champignons sont analysés en mettant l'accent sur l'hydrolyse et la complexation des acides carboxyliques d'origine biologique. La modélisation des termes-sources et des cinétiques de vieillissement visant à décrire la libération des polluants est discutée en prenant l'exemple de l'altération des pastilles de combustibles nucléaires usés en conditions de stockage par dissolution radiolytique, effet inhibiteur des produits et décroissance radioactive d'une part, et l'exemple de l'effet de la fracturation sur le confinement des déchets stabilisés en décharge d'autre part. Les recherches associées à la valorisation routière de laitiers d'aciérie et de mâchefers d'incinération d'ordures ménagères (MIOM) clôt ce mémoire. Un test de lixiviation est simulé dans le premier cas. Le second cas consiste en l'évolution de la chimie des lixiviats de deux routes pilotes construites en MIOM, avec un retour d'expérience inédit en terme de durée (10 ans). Perspectives de recherche Dans le contexte du système multi-barrières d'un stockage de déchets radioactifs, une perspective immédiate est la modélisation des transitoires, notamment l'effet d'un gradient thermique (T) et de la phase de resaturation en eau (H) sur les interactions chimiques (C). Des expériences en cellules de diffusion comprenant de la bentonite Febex compactée, du fer métal (interactions fer/argile) ou du béton (interactions ciment/argile) sont en cours de modélisation. Une autre perspective est la modélisation des effets d'environnement sur les matrices de déchets vitrifiés en privilégiant le modèle mécanistique GRAAL du CEA basé sur l'interphase réactive passivante. Dans le cadre de la modélisation de la biodégradation des géomatériaux, les effets de différents types d'acides biogéniques sur des ciments CEM-I et CEM V sont à l'étude de même que la réactivité fer-argile catalysée par des bactéries sulfato et ferri-réductrices. HYTEC est également en cours d'application pour mieux caractériser les mécanismes chimiques mis en jeu lors des traitements des sols à la chaux dans le contexte de la durabilité des propriétés géotechniques.

Les normes en vigueur de la caractérisation environnementale des déchets s'appuient sur l'analyse de granulats ou réduits en poudre. La modification de propriétés du matériau risque de fausser le relargage d'éléments polluants. L'objectif principal de ce travail de thèse est de mettre au point une méthodologie de lixiviation sur matériau monolithique.Des formulations cimentaires de type mortier ou sous-couche routière incorporant des sédiments traités par le procédé NOVOSOL® (STN) ont été réalisées. Leur caractérisation montre l'augmentation de la porosité et la surface lors de l'ajout de STN. Les caractéristiques mécaniques sont proches de celles des matériaux de type routier.Une longue phase de mise au point a permis de concevoir la cellule d'essai et le protocole permettant de tester des matériaux monolithiques en percolation à débit contrôlé. Un protocole de traçage couplé à une modélisation par un logiciel de transport permet de déterminer les caractéristiques hydrodynamiques des matériaux durant percolation.Les résultats d'essais mettent en évidence la bonne stabilité des métaux lourds contenus dans les STN comparés aux métaux apportés par le liant cimentaire. Ainsi, pour certains métaux, l'introduction de STN tend à diminuer les quantités relarguées, pour d'autres la teneur en polluant des percolats soit stable, soit en augmentation. Même si la complexité des phénomènes mis en jeu nous amène à considérer les données avec précaution, certains résultats tendent à montrer l'existence d'un lien entre surface de contact et relargage. La comparaison des résultats obtenus en laboratoire et des mesures réalisés in situ atteste de la représentativité du test mis au point

Des quantités importantes de cendres (4,12 million kg en France en 2008) sont issues de l'incinération des boues de station d'épuration. La valorisation de ces cendres comme matière première secondaire pour l'élaboration de matériau dans le domaine du bâtiment et des travaux publics (BTP) a été étudiée dans cette thèse. La caractérisation physique et chimique des cendres et l'étude de leur réactivité ont révélé un comportement intermédiaire entre le ciment et le sable, proche du comportement de matériaux pouzzolaniques. Les tests de lixiviation réalisés sur les cendres ont montré qu'à l'exception du Se et du Mo, les éléments présents dans les cendres sont solubilisés à des concentrations inférieures aux seuils définis règlementairement pour les déchets inertes ou non-dangereux. Les liens entre la solubilisation des éléments et la minéralogie des matériaux ont été étudiés à travers la modélisation géochimique réalisée sous PhreeqC. L'influence du taux de substitution du ciment par les cendres sur les propriétés mécaniques des matériaux a également été étudiée. L'indice d'activité à 28 jours de la cendre est conforme à la spécification de la norme EN 450-1. La résistance du mortier diminue quand le taux de substitution augmente à cause de la faible teneur en CaO dans les cendres et de l'apport supplémentaire d'eau nécessaire. Pour le béton avec un taux de substitution de 10 %, la résistance est comparable à celle du béton témoin. L'essai de durabilité des matériaux cimentaires incorporant les cendres révèle une forte diminution de résistance mécanique sous l'effet de la sollicitation au gel/dégel. Une évaluation environnementale de ces matériaux a été réalisée par l'essai de lixiviation à l'échelle du laboratoire et à l'échelle pilote. Les quantités relarguées cumulées des éléments polluants et des anions sont inférieures aux seuils sans impact environnemental, acceptables en construction aux Pays-Bas et en France.

Le contexte de la gestion des déchets est soumis à des orientations politiques changeantes qui se font l'écho, d'une part de la volonté de préserver les ressources, d'autre part, de l'avènement de l'écologie industrielle. Pour aborder ces enjeux, cette recherche, conduite à l'interface entre sciences de l'ingénieur, sciences sociales et sciences du territoire, s'intéresse plus précisément aux dimensions technico-économiques, sociopolitiques et spatiales des filières de récupération-recyclage. Elle aborde la manière avec laquelle est favorisé le développement territorial de ces filières, en se focalisant particulièrement sur la filière des déchets d'équipements électriques et électroniques (DEEE). Elle s'interroge sur la contribution du système local de recyclage au développement des démarches d'écologie industrielle. Elle s'appuie notamment sur l'analyse systémique de la mise en oeuvre de l'opération de récupération-recyclage des DEEE en Midi-Pyrénées.Cette recherche montre comment l'objet DEEE met à l'épreuve la territorialisation de la réglementation européenne et française de la gestion des déchets. Basée au départ sur une étude quantitative des flux de matières et d'énergie de la filière, la question se déplace progressivement vers l'étude qualitative des divers positionnements du système d'acteurs qui pilotent le métabolisme de la filière.

Les "déchets" organiques sont utilisés pour fertiliser les terres agricoles depuis l'avènement de l'agriculture. Longtemps considérés comme des ressources, les résidus organiques urbains ne deviennent des déchets qu'au début du 20ème siècle. Ils sont alors délaissés par le monde agricole et entassés dans des décharges. Aujourd'hui leur valorisation s'impose comme un des axes majeurs des politiques de gestion des déchets. En parallèle, l'agriculture cherche les voies d'une augmentation de la production qui soit respectueuse de l'environnement. A la croisée de ces deux problématiques, le programme de recherche ANR "ISARD", qui constitue à la fois le cadre et l'objet de cette étude, vise à une "Intensification écologique des Systèmes Agricoles par le Recyclage des Déchets". Différents "produits résiduaires organiques" sont ainsi appelés à devenir de véritables intrants agricoles, sûrs et efficaces, participant à l'intensification de l'agriculture. Leur intégration dans des dispositifs industriels de normalisation, leur conférant le statut de produit commercial, apparaît comme le moyen le plus adapté pour répondre à ces attentes. En suivant les enseignements des sociologies pragmatistes prenant en compte le rôle des objets dans l'action, c'est à la description des différentes formes sociotechniques de la valorisation agricole (ressource, déchet, produit) que se consacre ce travail. La prise en compte d'une pluralité de formes de valorisation permet d'insister sur les déplacements induits par une logique "produit" et les reconfigurations qu'elle provoque, notamment par rapport à la pluralité des mondes agricoles.