Les travaux proposés portent sur la caractérisation par rayons X des matériaux, en vue du tri de certains d'entre eux dans un flux de déchets. L'objectif final du tri est la valorisation de certains matériaux par le biais des circuits de recyclage. Deux méthodes d'analyse utilisant les rayons X sont décrites : la méthode par transmission bi-énergie et la fluorescence X. Ces deux méthodes sont abordées sous un angle théorique et expérimental. Le mémoire se compose de trois parties. La première partie présente le contexte général de l'étude, les différents scénarios de tri envisagés, les différentes méthodes existantes ainsi que les machines de tri industrielles déjà commercialisées. La seconde partie est consacrée à l'analyse par transmission X bi-énergie. Dans cette partie nous présentons tout d'abord le principe de la décomposition d'un matériau dans une base de deux autres matériaux. Ensuite nous utilisons un code de simulation analytique développé au laboratoire afin d'une part d'optimiser la géométrie du détecteur mais également de prévoir les performances de cette méthode en fonction des scénarios et des matériaux recherchés. Nous avons introduit un critère permettant de quantifier la performance d'un scénario donné. Cette méthode a permis de montrer que plusieurs scénarios de tri et en particulier celui du tri des retardateurs de flamme dans un flux de plastiques sont envisageables par cette méthode. Un prototype de machine industrielle a été construit par la société Bertin Technologies et installé dans les locaux de la société Pellenc ST pour réaliser des tests en conditions réelles de tri. Les résultats de simulation ont été comparés aux essais en conditions réelles. Cette partie se conclue avec une introduction aux méthodes multi-énergie. La troisième et dernière partie s'intéresse à la fluorescence X. L'objectif est de mettre au point une méthode permettant d'identifier la nature du matériau en tenant compte des contraintes industrielles (temps d'acquisition faible), c'est-à-dire lorsque le niveau de signal contenu dans le spectre de fluorescence est faible et bruité. Un banc expérimental a été mis au point au laboratoire et a permis de définir la limite de détection qui dépend du matériau analysé et du temps d'acquisition pour réaliser la mesure. Le second point développé dans cette partie est la mise au point d'une technique de simulation de fluorescence combinant le calcul analytique et le calcul par méthode Monte Carlo. L'avantage de cette technique est d'avoir une méthode de simulation plus rapide par rapport à un calcul qui serait réalisé entièrement par Monte Carlo. En conclusion, nous discutons de la complémentarité des informations issues de ces différentes techniques ainsi que leurs avantages et inconvénients.

La méthanisation est un procédé biologique au cours duquel la matière organique est convertie en un gaz riche en méthane (biogaz). Parmi les technologies industrielles, les procédés de digestion par voie sèche (taux de matière sèche supérieur à 15 %) sont de plus en plus utilisés car ils présentent des avantages concurrentiels important par rapport aux procédés classiques par voie humide. Cependant, la nature très pâteuse du milieu de digestion lui confère des propriétés mal connues et non étudiées (comportement rhéologique, équilibres, transferts, cinétiques biologiques). Cette thèse comporte deux axes de recherche : i) la nature des équilibres chimiques (sorption, diffusion) intervenant dans les milieux de digestion, ii) la mise en place et l’application d’un modèle cinétique adapté à l’étude des milieux secs. Sur le premier volet, nous avons mis en évidence que le transfert diffusionnel est fortement réduit avec l’augmentation de la teneur en matière sèche des milieux en absence d’agitation. Une des conséquences est l’importance du transfert liquide-gaz pour la production de biogaz. Sur le deuxième volet, nous avons développé un modèle cinétique dédié qui nous a permis, par comparaison avec l’expérience, de mieux cerner la variabilité de la cinétique en fonction de la teneur en matière sèche des milieux. Les répercussions de ce travail se situent aussi bien à l’échelle du laboratoire, en particulier pour l’exploitation des essais d’activité méthanogène, qu’à l’échelle industrielle, avec la nécessité de contrôler le taux de matière sèche des procédés pour une efficacité optimale, et d’adapter l’agitation à ce taux pour améliorer les rendements de dégradation. Le modèle développé pourra constituer une base pour le dimensionnement et la conduite des installations. / Anaerobic digestion is a biological process that converts organic matter into a methane rich gas (biogas). Among industrial technologies, dry processes (above 15 % total solid content) are more and more used because of their advantages in comparison with conventional wet processes. However, dry anaerobic digestion processes are poorly known and studied because of the “pasty” nature of digestion media (rheological behavior, equilibria, transfers, biological kinetics). This thesis focuses on two major aspects: i) the nature of the chemical equilibria (sorption, diffusion) involved in digestion media, ii) the establishment and application of a kinetic model adapted to dry media. We first demonstrated that the diffusional mass transfer is highly reduced with increasing total solid without any agitation. One of the consequences is the importance of the liquid-gas transfer for the production of biogas. Then, we have developed a dedicated kinetic model that enables to understand the variability of the kinetic with total solid content. The impacts of this work are both at the laboratory scale, especially for the operation of Specific Methanogenic Activity tests, and at industrial scale, with the need to control total solid content for optimal efficiency, and to adapt the agitation to improve degradation yields. The developed model can be useful for the design and operation of biomethanization facilities.

Le nombre croissant de déchets d’équipements électriques et électroniques (DEEE) et le renforcement des législations relatives à leur collecte et leur traitement développent l’intérêt porté à la gestion de ces déchets. En Belgique, outre le système conventionnel de collecte-traitement géré par les organismes officiels mis en place par les producteurs d’équipements électroniques afin de se conformer à l’obligation de reprise imposée par l’Europe, d’autres acteurs de collecte et de traitement existent. Parmi eux se retrouvent les entreprises d’économie sociale (ES) actives dans le réemploi et le démantèlement manuel. Si certaines d’entre elles sont impliquées dans la filière conventionnelle, d’autres ont développé leur propre filière de fin de vie des DEEE.Bien que le recyclage et le tri des déchets ne fassent pas partie des secteurs principaux investis par les entreprises d’ES, ils constituent pour elles un domaine important pour trois raisons principales. Premièrement, le secteur du recyclage et de la récupération est une activité historique des entreprises d’ES qui y ont été des pionnières. Deuxièmement, le recyclage, la récupération ainsi que, plus largement, le développement durable et l’économie circulaire sont des secteurs d’activité et des concepts gourmands en main-d’oeuvre qui offrent de ce fait de grandes perspectives en matière de création d’emplois. Le secteur du recyclage et du tri des déchets, ne nécessitant généralement pas une main-d’oeuvre très qualifiée, est donc investi par des entreprises se positionnant dans l’insertion par l’emploi. Troisièmement, les entreprises d’ES poursuivent différents objectifs parmi lesquels se retrouvent la préservation de l’environnement et la favorisation du développement durable. Le recyclage et la récupération y sont incontestablement attachés. Il existe donc un lien inhérent entre les entreprises d’ES et la gestion des déchets. Cette constatation amène à se demander si ces entreprises génèrent des impacts environnementaux spécifiques liés à leur gestion des DEEE.Ce travail s’intéresse plus particulièrement à la gestion de fin de vie de deux types de DEEE :les tours d’ordinateurs de bureau et les panneaux photovoltaïques de première génération. Pour ces deux flux, les différentes filières de collecte et de traitement sont tout d’abord mises en évidence sur la base de données de la littérature et de contact avec des acteurs actifs dans la fin de vie des DEEE. Ensuite, une analyse des flux de matières est réalisée pour déterminer les quantités de DEEE générés en Belgique francophone et leur répartition dans les différentes filières. Enfin, une analyse de cycle de vie permet de déterminer les impacts spécifiques des entreprises d’ES, avec une attention particulière pour l’épuisement des ressources abiotiques.Les résultats obtenus montrent que les entreprises d’ES actives dans la fin de vie des deux flux étudiés, grâce au réemploi et à la récupération plus importante de matériaux permise par le démantèlement manuel, contribuent positivement à l’impact environnemental global de cette fin de vie. En particulier, dans le cas d’étude dédié aux ordinateurs, les bénéfices environnementaux relatifs à l’épuisement des ressources sont près de 30% plus importants dans la filière de l’ES que dans la conventionnelle. Pour une tonne d’ordinateurs traitée, cette différence correspond à des bénéfices équivalents aux émissions de trois européens. L’importance de cette contribution positive est toutefois conditionnée par les quantités captées par les entreprises d’ES et le potentiel de démantèlement qu’offre le DEEE.La comparaison des deux cas d’étude permet de mettre en évidence que l’implication des entreprises d’ES dans la gestion de fin de vie d’un DEEE dépend de critères législatifs et technico-économiques. Sur cette base, des recommandations peuvent être dégagées pour soutenir les entreprises d’ES. Ainsi, les inclure dans la législation relative aux DEEE ou favoriser leur inclusion via l’utilisation d’indicateurs de recyclage effectif et des clauses sociales dans les appels d’offre permettrait à ces entreprises d’occuper une place plus importante dans la gestion des DEEE en Belgique francophone et en améliorerait le bilan environnemental global. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Dans ce travail, une étude est réalisée sur le développement d'une méthodologie permettant la génération et l'évaluation de nouvelles trajectoires de valorisation pour des déchets. Ainsi, pour répondre à cette problématique, trois sous problèmes ont été identifiés. Le premier concerne un cadre de modélisation permettant la représentation structurée et homogène de chaque trajectoire, ainsi que les indicateurs choisis pour l'évaluation de ces dernières, permettant une sélection ultérieure. Le deuxième se concentre sur le développement d'une méthodologie puis la réalisation d'un outil permettant la génération de nouvelles trajectoires en s'appuyant sur d'autres connues. Enfin, le dernier sous problème concerne le développement d'un second outil développé pour modéliser et estimer les trajectoires générées. La partie de création d'un cadre de modélisation cherche à concevoir des structures globales qui permettent la catégorisation des opérations unitaires sous plusieurs niveaux. Trois niveaux de décomposition ont été identifiés. La Configuration générique de plus haut niveau, qui décrit la trajectoire sous de grandes étapes de modélisation. Le second niveau, Traitement générique propose des ensembles de structures génériques de traitement qui apparaissent régulièrement dans les trajectoires de valorisation. Enfin, le plus bas niveau se focalise sur la modélisation des opérations unitaires. Un second cadre a été créé, plus conceptuel et comportant deux éléments : les blocs et les systèmes. Ces cadres sont ensuite accompagnés par un ensemble d'indicateurs choisis à cet effet. Dans une volonté d'approche de développement durable, un indicateur est sélectionné pour chacune de des composantes : économique, environnemental et social. Dans notre étude, l'impact social se limite à l'estimation du nombre d'emplois créés. Afin de calculer cet indicateur, une nouvelle approche se basant sur les résultats économiques d'une entreprise a été proposée et validée.L'outil de génération de nouvelles trajectoires s'appuie sur l'utilisation de la connaissance en utilisant un système de raisonnement à partir de cas (RàPC). Pour être adapté à notre problématique, la mise en œuvre de ce dernier a impliqué la levée de plusieurs points délicats. Tout d'abord, la structuration des données et plus largement la génération de cas sources sont réalisées par un système basé sur des réseaux sémantiques et l'utilisation de mécanismes d'inférences. Le développement d'une nouvelle méthode de mesure de similarité est réalisé en introduisant la notion de définition commune qui permet de lier les états, qui sont des descriptions de situations, à des états représentant des définitions générales d'un ensemble d'états. Ces définitions communes permettent la création d'ensembles d'états sous différents niveaux d'abstraction et de conceptualisation. Enfin, un processus de décompositions des trajectoires est réalisé afin de résoudre un problème grâce à la résolution de ses sous-problèmes associés. Cette décomposition facilite l'adaptation des trajectoires et l'estimation des résultats des transformations. Basé sur cette méthode, un outil a été développé en programmation logique, sous Prolog. La modélisation et l'évaluation des voies de valorisation se fait grâce à la création d'outil spécifique. Cet outil utilise la méta-programmation permettant la réalisation dynamique de modèle de structure. Le comportement de ces structures est régi par la définition de contraintes sur les différents flux circulants dans l'ensemble de la trajectoire. Lors de la modélisation de la trajectoire, ces contraintes sont converties par un parser permettant la réalisation d'un modèle de programmation par contraintes cohérent. Ce dernier peut ensuite être résolu grâce à des solveurs via une interface développée et intégrée au système. De même, plusieurs greffons ont été réalisés pour analyser et évaluer les trajectoires à l'aide des critères retenus. / In this work, a study is realised about the creation of a new methodology allowing the generation and the assessment of new waste recovery processes. Three elements are proposed for that. The first one is the creation of a modelling framework permitting a structured and homogeneous representation of each recovery process and the criteria used to asses them. The second one is a system and a tool generating new recovery processes from others known. Finally, the last element is another tool to model, to estimate and to asses the generated processes. The creation of a modelling framework tries to create some categories of elements allowing the structuring of unit operations under different levels of description. Three levels have been identified. In the higher level, the Generic operation which describes global structure of operations. The second one is Generic treatment which is an intermediate level between the two others. It proposes here too categories of operations but more detailed than the higher level. The last one is the Unit operation. A second framework has been created. It is more conceptual and it has two components : blocs and systems. These frameworks are used with a set of selected indicators. In a desire of integrating our work in a sustainable development approach, an indicator has been chosen for each of its components: economical, environmental and social. In our study, the social impact is limited to the number of created jobs. To estimate this indicator, we proposed a new method based on economical values of a company. The tool for the generation of new waste recovery processes used the methodology of case-based reasoning CBR which is based on the knowledge management. Some difficult points are treated here to adapt the CBR to our problem. The structuring of knowledge and generally the source case generation is realised by a system based on connections between data and the use of inference mechanisms. The development of a new method for the similarity measure is designed with the introduction of common definition concept which allows linking states, simply put description of objects, to other states under different levels of conceptualizations and abstractions. This point permits creating many levels of description. Finally, recovery process is decomposed from a main problem to some sub-problems. This decomposition is a part of the adaptation mechanism of the selected source case. The realisation of this system is under logic programming with Prolog. This last one permits the use of rules allowing inferences and the backtracking system allowing the exploration to the different possible solution. The modelling and assessment of recovery processes are done by a tool programmed in Python. It uses the meta-programming to dynamically create model of operations or systems. Constraint rules define the behaviour of these models allowing controlling the flux circulating in each one. In the evaluation step, a parser is used to convert theses rules into a homogeneous system of constraint programming. This system can be solved by the use of solvers with an interface developed for that and added to the tool. Therefore, it is possible for the user to add solvers but also to add plug-ins. This plug-ins can make the assessment of the activity allowing to have different kinds of evaluation for the same criteria. Three plug-ins are developed, one for each selected criterion. These two methods are tested to permit the evaluation of the proposed model and to check the behaviour of them and their limits . For these tests, a case-base on waste has been created Finally, for the modelling and assessment tool, a study case about the recovery process of used tyres in new raw material is done.

A l’heure actuelle, des sédiments fluviaux et lacustres se trouvent pollués par les polychlorobiphényles (PCB), à des degrés de gravité divers. Les PCB se présentent comme des micropolluants persistants dans l’environnement et nuisibles à la santé. Un programme de recherche « PCB-Axelera » est conduit afin de pencher sur cette problématique et explorer les solutions de diminution de cette pollution. En France, l'ensemble des arrêtés préfectoraux (30/10/2002 et 14/06/2000) et le décret du 18/04/2002 considèrent les sédiments pollués comme déchets et autorisent leur stockage dans les installations de stockage de déchets si leurs teneurs en PCB sont comprises entre 0,68 ppm et 50 ppm. L’objectif principal de cette étude est de concevoir une méthodologie adaptée pour une installation de déchets non-dangereux ISDND. Les géomatériaux dans ce stockage seront utilisés comme barrière d’étanchéité pour les sédiments pollués. L’étude est composée de trois parties : Dans la première partie la caractérisation hydromécanique chimique des sédiments pollués par les PCB est présentée. La classification des sédiments est effectuée. Le comportement mécanique du sédiment est déterminé à l’aide de l’œdomètre. Quant au comportement hydromécanique il est étudié à l’aide du filtre presse et du perméamètre à paroi rigide (PPR). Cette caractérisation est indispensable pour proposer la meilleure mise en œuvre des sédiments dans le centre de stockage. Dans la deuxième partie, les performances hydraulique (perméabilité) et mécanique (gonflement) des différents géomatériaux en contact avec un fluide extrait du sédiment et d’autres fluides synthétiques contenant des PCB sont explorées. L’étude du gonflement des géomatériaux est réalisée à l’échelle du laboratoire tandis que, l’étude de sa performance hydrique est réalisée sur deux échelles centimétrique et métrique. L’étude menée sur un pilote de 1,2 m3 de volume comprenant un système de pluviation automatique a permis de suivre les tassements à l’aide d’un capteur ultrason et de mesurer la perméabilité des sédiments et des géomatériaux sous conditions réelles de stockage. Dans la troisième partie, un modèle hydraulique 1D est développé afin de suivre le front d’eau au sein d’un échantillon de sédiment soumis à une charge hydraulique représentant l’expérimentation dans un PPR. La méthode VER est utilisée. Les résultats expérimentaux montrent que le degré de contamination en PCB de ces sédiments n’influence pas le comportement hydromécanique et donc la qualité d’étanchéité des géomatériaux étudiés. Les résultats numériques de simulation du comportement hydraulique du sédiment sont en concordance avec les résultats expérimentaux. La solution de stockage hors site des sédiments pollués est alors envisageable puisqu’elle confine la pollution en éliminant le risque de contamination du milieu environnant. / Currently, river and lake sediments are contaminated with polychlorinated biphenyls (PCBs), to varying degrees of severity. PCBs are persistent micropollutants in the environment and harmful to health. A research program "PCB-Axelera" is conducted to address this issue and explore solutions to eliminate or decrease the pollution. In France, all prefectural orders (30/10/2002 and 14/06/2000) and the Decree of 18/04/2002 considered contaminated sediments as waste and allow their landfilling in waste storage facility if their PCB concentrations are between 0.68 ppm and 50 ppm. The main objective of this study is to develop a methodology suitable for installation of non-hazardous waste landfill sites. Geomaterials in this storage will be used as a barrier for confinement of contaminated sediment. The study consists of three parts: 1. In the first part, hydro-chemical characterization of sediments contaminated with PCBs is presented. The sediment classification is performed. The mechanical behavior of the sediment is determined using oedometer tests. As for the hydro-mechanical behavior, it is studied using the filter press and the rigid wall permeameter (PPR). This characterization is essential to provide the best implementation of sediment in the storage center. 2. In the second part, the hydraulic performance (permeability) and mechanical (swelling) of various geomaterials in contact with a fluid extracted from the sediment and other synthetic fluids containing PCBs are being explored. The study of swelling of geomaterials is performed on a laboratory scale while studying its water performance was achieved on two centimetric and metric scales. The pilot scale study was conducted on a 1.2 m3 volume tank. The pilot test was equipped with an automatic rain system and an ultrasonic sensor to measure to measure the follow the settlements of the sediment. The permeability of sediments and geomaterials were measured using the pilot test under actual storage conditions . 3. In the third part, a 1D hydraulic model is developed to follow the waterfront in a sediment sample subjected to a hydraulic load representing a PPR experiment. The VER method is used. A water model of the sediment is proposed to reproduce the experimental results. The water retention curve of the sediment is calculated using Durner’s model (1994). The experimental results show that the degree of PCB contamination of the sediments does not affect the hydro-mechanical behavior and therefore the hydro-mechanical performance of the studied geomaterials studied. Numerical simulation results of the hydraulic behavior of sediment are consistent with the experimental results. The solution of landfilling the PCB contaminated sediment is possible since it assure the confinement of the pollution and eliminates the risk of environmental contamination.