Brevet FR2938650A1 — publié le 20100521

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR EVALUER LE TAUX DE MATIERE ORGANIQUE DANS DES DECHETS. L'invention est relative à un procédé pour évaluer le taux de matière organique fermentescible dans des déchets. Dans le domaine de la valorisation des déchets, l'évaluation du taux de fermentescibles des déchets est devenue nécessaire et systématique du fait du développement des installations de traitement biologique des déchets telles que : méthanisation, stabilisation et compost. La connaissance et la vérification du taux de matière organique ~o fermentescible sont essentielles à différents stades d'un projet de traitement de déchets : - pour caractériser le gisement des déchets qui seront traités, afin de concevoir et dimensionner les équipements et calculer de façon fiable le bilan technico-économique ; 15 - pour valider contractuellement la nature des déchets admis pendant les essais de réception des installations ; - pour établir des bilans massiques annuels des différents flux et suivre leur évolution dans le temps à l'échelle d'une semaine, d'un mois, ou d'une année. 20 Une méthode connue pour déterminer le taux de fermentescibles des déchets consiste, lors d'une première opération, à effectuer des prélèvements multiples d'une fraction des déchets sur une durée déterminée de manière à obtenir une certaine représentativité de l'ensemble des prélèvements. Cette opération manuelle est simple, la représentativité étant surtout fonction du 25 nombre et de la durée des prélèvements. Un mélange de tous les prélèvements, puis plusieurs quartages, permettent d'homogénéiser les déchets collectés et de réduire la quantité qui sera examinée. Les déchets sont ensuite étalés et triés manuellement de manière à extraire chacune des fractions identifiables, pour des raisons d'hygiène les 30 déchets sont parfois séchés avant le tri manuel. Une analyse pondérale est effectuée pour chaque fraction et peut être complétée par un taux d'humidité, un taux d'inertes, une analyse élémentaire et granulométrique. La fraction non identifiable est traitée thermiquement de manière à déterminer la fraction inerte. La caractérisation et la classification pondérales des déchets 35 prélevés donnent un résultat précis mais le nombre de campagnes de mesure est limité de sorte qu'il permet difficilement d'établir une valeur moyenne fiable sur une longue période, et ignore les variations extrêmes. En effet, il est trop coûteux de mobiliser du personnel tout au long de l'année pour assurer le prélèvement et le tri des échantillons prélevés. En conséquence, les résultats de la caractérisation s'avèrent souvent très variables et sont parfois assez différents de la réalité car ils ne reflètent pas les variations saisonnières et climatiques. II peut en résulter des conceptions et des dimensionnements d'installations de traitement non adaptés et des performances médiocres lors de l'exploitation des installations. ~o Cette méthode pondérale s'avère finalement mal adaptée pour caractériser un gisement de déchets hétérogènes, qui peut être très fluctuant. Il est donc souhaitable de disposer d'un procédé d'évaluation quasi-immédiate et suffisamment représentative du taux de matière organique fermentescible de déchets, pouvant être utilisé fréquemment à tout moment, au 15 lieu d'une évaluation pondérale précise mais relativement peu fréquente et finalement peu représentative de l'ensemble fluctuant des déchets. L'invention a ainsi pour but de fournir un procédé d'évaluation du taux de matière organique dans des déchets qui permet une évaluation rapide, suffisamment précise et représentative, avec possibilité d'être utilisé 20 fréquemment à tout moment. Selon l'invention, le procédé pour évaluer le taux de matière organique fermentescible de déchets est caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - les déchets sont étalés en couche mince et uniformément répartis 25 sur une surface de travail ; - les déchets ainsi étalés sont ensuite éclairés uniformément par au moins une source lumineuse ; - au moins une image numérique des déchets étalés est prise à distance de la surface de travail ; 30 - l'image numérique est analysée pour déterminer un taux pondéré de réflexion du rayonnement réfléchi par les déchets, - et une comparaison du résultat de l'analyse est effectuée avec des résultats types pour en déduire une évaluation du taux de matière organique des déchets étalés. 35 De préférence, les déchets sont étalés selon une couche d'épaisseur uniforme et variable selon leur nature et leur taille, comprise entre 1 et 10 cm. Généralement, les déchets sont étalés sur une aire comprise entre environ 1 m2 et 100 m2. Les déchets peuvent être éclairés selon des spectres lumineux différents et larges, en particulier entre l'ultraviolet et l'infrarouge. Le visible est aussi englobé. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre 5 du procédé défini ci-dessus, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte : - une surface de travail sur laquelle les déchets à évaluer sont étalés en couche mince, et répartis uniformément ; - des moyens d'éclairage pour éclairer uniformément les déchets à évaluer étalés sur la surface de travail, ~o - un moyen de prise d'images numériques fixé à distance de la surface de travail pour établir des clichés continus ou discontinus des déchets étalés, - un moyen d'analyse de l'image pour déterminer un taux pondéré de réflexion du rayonnement renvoyé par les déchets étalés, et 15 - un moyen de comparaison du résultat de l'analyse avec des résultats types mis en mémoire. Généralement, la surface de travail est horizontale. Les moyens d'éclairage peuvent comprendre plusieurs sources à spectres lumineux différents (ultraviolet, visible et infrarouge). 20 Le moyen d'analyse d'image comprend un ordinateur dans lequel est installé un logiciel d'analyse des pixels de l'image numérique fournie par le moyen de prise d'images numériques. Les moyens d'éclairage et le moyen de prise d'images numériques peuvent être fixés à un portique fixe ou mobile positionné au-dessus de la 25 couche de déchets. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'un exemple de réalisation décrit avec référence au dessin annexé, mais qui n'est nullement limitatif. Sur ce dessin : 30 Fig. 1 est un schéma, en élévation, d'un dispositif selon l'invention pour évaluer le taux de matière organique fermentescible de déchets et Fig. 2 est un schéma illustrant l'évaluation par analyse comparative d'images numériques. En se reportant à Fig. 1 du dessin, on peut voir un dispositif D pour 35 évaluer le taux de matière organique fermentescible dans des déchets 1. Le dispositif comprend une surface de travail plane 2, de préférence horizontale. Cette surface de travail 2 peut être prévue sur le sol, ou sur une table. Les déchets peuvent arriver dans des sacs qui sont ouverts de manière à ce que les déchets soient visibles. Les déchets 1 à évaluer sont étalés selon une couche 3, et répartis uniformément. La couche 3 est une couche mince dont l'épaisseur e est adaptée selon la taille et la nature des déchets. Certains types de déchets 1 peuvent subir un broyage avant l'opération d'évaluation du taux de fermentescible, notamment lorsque la taille des déchets les plus encombrants ne permet pas de discerner les matières incorporés. La couche de déchets appliquée sur la surface support 2 correspond à un prélèvement dans un lot de déchets qui, au préalable, a été remué et mélangé pour que le prélèvement soit suffisamment représentatif du to lot de déchets. L'aire suivant laquelle les déchets 1 sont étalés est variable et dépend de la nature et de l'hétérogénéité des déchets. L'aire de la couche 3 peut ainsi varier de 1 m2, ou moins, à environ 100 m2. Des moyens d'éclairage L sont prévus pour éclairer uniformément la 1s couche 3 de déchets. Ces moyens d'éclairage L peuvent comprendre au moins une et, de préférence, plusieurs sources lumineuses L1, L2, supportées, notamment par un portique 4, à distance appropriée au-dessus de la surface de travail 2. De préférence, les différentes sources lumineuses L1, L2 ont des spectres lumineux différents qui sont adaptés en fonction de la réflexion 20 lumineuse des matériaux, notamment un spectre plutôt situé vers l'infrarouge pour l'une des sources, et un spectre plutôt situé vers l'ultraviolet pour l'autre source. Le spectre lumineux utilisé pour l'éclairage de la couche 3 peut être choisi selon les déchets à identifier. Le cas échéant un filtre optique peut être inséré entre la source lumineuse et la couche 3 à éclairer de manière à limiter 25 l'étendue du spectre lumineux qui éclaire la couche 3. Les sources lumineuses L1, L2 peuvent être continues ou intermittentes. Un moyen de prise d'images numériques 5 est fixé, au-dessus, à une distance convenable de la surface 2 pour que son champ angulaire englobe toute la couche 3 afin de fournir une image numérique de l'ensemble de la 30 couche 3. Le moyen de prise d'images 5 est constitué par un appareil photo numérique, ou par une caméra numérique. Le moyen 5 peut être fixé au portique 4, et permet de prendre des clichés continus ou discontinus. Un moyen d'analyse de l'image 6 est relié au moyen de prise d'images 5. L'image est analysée afin de comptabiliser les surfaces pour 35 déterminer le taux pondéré de réflexion du rayonnement réfléchi par la surface des déchets notamment dans différents spectres lumineux : visible, infrarouge, ultraviolet. Le moyen d'analyse 6 peut comprendre un ordinateur dans lequel est installé un logiciel d'analyse des pixels ou points élémentaires de l'image fournie par le moyen 5 de prise d'images numériques. Le moyen 6 détermine à partir de l'analyse numérique des pixels de l'image, la signature de la réflexion lumineuse des composants s Le résultat de l'analyse, pour une plage de longueur d'onde déterminée, peut être fourni sous la forme géométrique d'un cercle 7 (Fig. 2) ou autre forme, de teinte homogène correspondant à une moyenne pondérée des couleurs ou teintes de chaque pixel de l'image. Cette moyenne pondérée constitue la signature photonumérique du pouvoir réflecteur lumineux de la ~o couche 3 en cours d'évaluation. Le résultat de l'analyse effectuée par les moyens 6 est envoyé à un moyen 8 de comparaison de ce résultat (cercle), avec des résultats types sous forme de cercles 7.1...7.8 illustrés sur Fig. 2. Les résultats types 7.1...7.8 correspondent, par exemple, à des ts signatures photonumériques de mélanges types de déchets contenant respectivement 10 %...80 % de matière organique fermentescible. Les résultats types 7.1...7.8 sont stockés en mémoire, sous forme d'une bibliothèque, et sont établis de préférence sur la base d'une analyse pondérale précise de référence. Par exemple, on réalise un mélange de 20 déchets dont la teneur en matière organique fermentescible, déterminée de manière pondérale, est de 30 % en poids. On réalise une couche 3 avec ce mélange type ; on prend une image numérique de cette couche type et le résultat de l'analyse de l'image constitue le résultat type 7.3. Pour effectuer une évaluation du taux de fermentescibles par la 25 signature photonumérique du pouvoir réflecteur lumineux des matériaux, on procède de la manière suivante. Lorsqu'un lot de déchets de plusieurs tonnes arrive pour être traité, il est d'abord soumis à une opération de mélange, et, si nécessaire de broyage grossier, pour homogénéisation 30 Un échantillon est prélevé pour être étalé sur la surface de travail 2 et pour être soumis à l'évaluation exposée précédemment. La couche 3 ainsi réalisée est éclairée par au moins une source lumineuse et l'image numérique fournie par le moyen de prise d'images 5 est analysée pour donner le résultat de la signature photonumérique sous la forme du cercle 7 par exemple. 35 Le cercle 7 est ensuite comparé aux résultats types 7.1...7.8 de la photothèque numérique de déchets, caractérisés par catégories. Dans l'exemple représenté, le résultat de l'analyse correspond sensiblement au cercle 7.5 et à 50 % en poids de matières organiques fermentescibles. Cette opération peut être répétée, sur le même échantillon, à l'aide de sources lumineuses ayant des spectres lumineux différents, pour obtenir plusieurs évaluations. L'opération peut ensuite être répétée sur d'autres échantillons. Les différentes évaluations peuvent être confrontées pour donner une moyenne. Le procédé permet d'évaluer rapidement in situ, avec des moyens humains et matériels légers, sans manipulation manuelle, le taux d'une fraction particulière qui entre dans la composition de déchets hétérogènes. La précision ~o de l'évaluation n'est pas capitale, l'essentiel étant de pouvoir multiplier la fréquence et la répétitivité de l'évaluation afin d'obtenir une fiabilité dans le suivi des caractéristiques du gisement ou de l'apport de déchets, en particulier le taux de matière organique fermentescible. Le coût de la caractérisation est insignifiant par rapport à une 1s caractérisation pondérale classique. La qualification requise pour les opérateurs est du niveau de celle du personnel d'exploitation. Le dispositif à mettre en oeuvre est peu coûteux et simple d'utilisation. Le procédé et le dispositif peuvent être utilisés pour : 20 - des unités de compostage et de méthanisation ; - des unités de valorisation énergétique des déchets ; - des stations d'épuration des eaux usées ; en particulier, la couche 3 à évaluer peut être constituée de boues provenant de telles stations d'épuration ; 25 - toutes activités qui cherchent à caractériser des matériaux sans analyse élémentaire, ou pondérale. REVENDICATIONS1. Procédé pour évaluer le taux de matière organique fermentescible dans des déchets, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - les déchets sont étalés en couche mince et uniformément répartis sur une surface de travail ; - les déchets ainsi étalés sont ensuite éclairés uniformément par au moins une source lumineuse ; - au moins une image numérique des déchets étalés est prise à distance de la to surface de travail ; - l'image numérique est analysée pour déterminer un taux pondéré de réflexion du rayonnement réfléchi par les déchets, - et une comparaison du résultat de l'analyse est effectuée avec des résultats types, pour en déduire une évaluation du taux de matière organique des 15 déchets étalés. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les déchets sont étalés selon une couche (3) d'épaisseur variable selon la nature des déchets, de1à10cm. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les déchets sont éclairés selon des spectres lumineux différents, en particulier en ultraviolet, en visible et en infrarouge. 25 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les déchets sont étalés sur une aire comprise entre environ 1 m2 et 100 m2. 5. Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte : 30 - une surface de travail (2) sur laquelle les déchets (1) à évaluer sont étalés en couche mince (3), et répartis uniformément ; - des moyens d'éclairage (L) pour éclairer uniformément les déchets à évaluer étalés sur la surface de travail, - un moyen de prise d'images numériques (5) fixé à distance de la surface de 35 travail pour établir des clichés continus ou discontinus des déchets étalés, - un moyen d'analyse de l'image (6) pour déterminer un taux pondéré de réflexion du rayonnement renvoyé par les déchets étalés, et - un moyen de comparaison (8) du résultat de l'analyse avec des résultats types 20mis en mémoire. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la surface de travail (2) est horizontale. 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que les moyens d'éclairage comprennent plusieurs sources (LI , L2) à spectres lumineux différents (ultraviolet, visible et infrarouge). 8. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le ~o moyen d'analyse (6) comprend un ordinateur dans lequel est installé un logiciel d'analyse des pixels de l'image numérique fournie par le moyen (5) de prise d'image numérique. 9. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que les 15 moyens d'éclairage (L) et le moyen de prise d'images numériques (5) sont fixés à un portique fixe ou mobile (4) placé au-dessus de la couche (3) de déchets.