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Élimination de l'amiante dans les usines d'incinération des ordures ménagères : une alternative écologique ?
Quelle est la meilleure façon d'éliminer les déchets d'amiante ? Selon une étude de la Haute école spécialisée de Suisse orientale, l'incinération des déchets d'amiante liés à des matières organiques dans une usine d'incinération des ordures ménagères constitue une alternative intéressante à la mise en décharge.
De nombreux bâtiments, en particulier ceux construits dans les années 70, contiennent des matériaux amiantés. Lorsque ces bâtiments sont transformés ou déconstruits, ces matériaux cancérigènes doivent être assainis de façon appropriée. Les déchets qui en résultent sont généralement déposés dans une décharge. Comme ces déchets sont souvent associés à une matrice organique, une telle mise en décharge peut s’avérer problématique. Il se peut en outre que de telles décharges doivent être assainies à l'avenir.
Pour ces raisons, il existe différents projets de recherche visant à trouver des alternatives à la mise en décharge.
Sur mandat de l'Association suisse des exploitants d'installations de traitement des déchets (ASED), de la Conférence des chefs des services de la protection de l'environnement (CCE) et de l'Office fédéral de l'environnement (OFEV), la Haute école spécialisée de Suisse orientale a étudié si l'élimination des déchets d'amiante dans des usines d'incinération des ordures ménagères ordinaires pouvait constituer une alternative à la mise en décharge. L'étude complète est disponible en allemand sur le site de l’OFEV.
Andreas Gauer est l'un des auteurs de l'étude. Nous avons pu lui poser quelques questions.
Andreas Gauer, vous avez étudié ce qui se passe avec les déchets amiantés dans les usines d’incinération des ordures ménagères (UIOM). Comment cette enquête a-t-elle été menée ?
En Suisse, les déchets incinérables contenant de l'amiante sont actuellement mis en décharge type E. Cependant, la mise en décharge de matériaux incinérables n'est pas toujours judicieuse, surtout s’il s’agit de déchets contenant beaucoup de matières organiques. De plus, l'espace disponible dans les décharges est limité et l'amiante introduit pourrait entraver d'éventuels assainissements ultérieurs des décharges. Les résultats d'un essai à grande échelle mené par l'OFEV pour tester l'élimination de déchets d'amiante incinérables à l'UIOM de Trimmis (GR) en 2017 ont constitué le point de départ de notre étude. A l'époque, aucune fibre d'amiante n'avait pu être détectée dans les résidus d'incinération, c'est-à-dire dans les cendres volantes, les fumées et les mâchefers. Nous sommes donc partis du principe que les fibres avaient été détruites soit thermiquement, soit par des gaz très agressifs dans le four.
L'objectif de l'étude « AsbEx » était de mettre en lumière la persistance des fibres d'amiante dans les conditions de l'UIOM et d'expliquer la « disparition de l'amiante » observée dans l'UIOM de Trimmis.
Avant d'en venir aux résultats : l'amiante est généralement considéré comme ignifuge. Donc, en principe, l’incinération ne devrait pas impacter les fibres d’amiante. N'est-ce pas le cas ?
Les fibres d'amiante minérales sont en effet résistantes au feu jusqu'à des températures élevées, mais seulement de manière limitée dans le temps. Dans le cas de l'amiante chrysotile, au-dessus de 700°C environ, l'eau de cristallisation est évacuée des fibres minérales et la structure cristalline commence à se transformer. Par le biais de produits intermédiaires, le chrysotile, le minéral d'amiante de loin le plus utilisé, se transforme en forstérite, et plus la température est élevée et plus la durée d'exposition est longue, plus cette transformation progresse. Au microscope, les fibres de forstérite ne se distinguent guère des fibres de chrysotile, mais elles sont très fragiles et se désintègrent en cas de légère sollicitation mécanique. La forstérite est donc décrite dans la littérature comme n'étant pas dangereuse pour la santé.
Pouvez-vous résumer la manière dont vous avez procédé pour cette enquête ?
Nous avons d’abord effectué des essais en laboratoire afin d'étudier le comportement de l'amiante dans des conditions contrôlées et semi-réalistes. Nous avons commencé par des essais dans un four à moufle, dans lequel nous avons chauffé des échantillons de fibres de chrysotile non agglomérées à des températures comprises entre 500 et 1000°C. Nous y avons ajouté différents additifs chimiques (par ex. des chlorures), comme ceux que l'on trouve dans les déchets. Nous avons ensuite chauffé des échantillons de cordons amiantés et de sol de type cushion-vinyle contenant du chrysotile mélangés avec des scories d'UIOM dans notre four rotatif de laboratoire. Ce dispositif a permis de simuler le « comportement d'écorçage », c'est-à-dire le brassage du matériau sur une grille de four UIOM.
Suite aux essais en laboratoire nous avons effectué des tests sur le terrain dans une UIOM en production. Nous avons soudé des morceaux de revêtement de sol amiantés dans des cages en acier et nous avons enroulé des bandes entières de revêtement de sol de manière très serrée et entourées de treillis métallique (pour créer des « rouleaux d'amiante »). Les cages en acier et les rouleaux d'amiante ont été jetés dans le four d'une UIOM. Les cages et les éventuels restes de rouleaux d’amiante ont été repêchés dans les scories après leur sortie du four.
Et qu'ont montré les différentes expériences ?
Les essais en laboratoire ont montré qu'au bout de 15 minutes à 850°C, le chrysotile était déjà entièrement transformé en forstérite, qui se laissait facilement broyer. Lors de l'essai sur le terrain, les échantillons dans les cages en acier étaient complètement incinérés après le passage au four et les fibres étaient totalement transformées. Quant aux rouleaux d’amiante, ils ont également été incinérés en grande partie et les fibres trouvées dans les noyaux encore non incinérés étaient constituées de forstérite, sauf pour l’un des rouleaux.
Nous avons ainsi pu expliquer la disparition de l'amiante observée dans l'UIOM de Trimmis : la forstérite fragile a déjà été partiellement broyée par la circulation du matériau dans le four. Après le four, les scories tombent dans un bain d'eau et, au contact de l'eau, de nouveaux minéraux se forment. Les fibres de forstérite présentes dans les scories ont été intégrées dans la matrice minérale en formation. Si l'on broie des particules de scories pour vérifier si elles contiennent des fibres d'amiante agglomérées, celles-ci se cisaillent au niveau des surfaces de rupture des particules minérales. Dans une matrice de scories liée contenant des fibres de forstérite, ces fibres ne peuvent donc plus être libérées par les processus de broyage et n'ont donc pas pu être trouvées au microscope. Et même si on pouvait les trouver, elles ne seraient pas dangereuses.
Pour parvenir à ces résultats, vous avez d'abord dû développer des méthodes d'analyse appropriées, car il est impossible de distinguer les fibres de chrysotile des fibres de forstérite, que ce soit avec le microscope à lumière polarisée PLM ou sous MEB-EDX ? Comment avez-vous procédé ?
Tout d'abord, le comportement de broyage des fibres après les traitements respectifs a été évalué qualitativement en les broyant dans un mortier. Les fibres de chrysotile non transformées sont flexibles et ne peuvent pas être broyées lors d'un traitement par friction dans un mortier. Cependant, si les fibres étaient fragilisées sous forme de forstérite, elles pouvaient être très facilement réduites en poudre. Pour mettre en évidence directement la transformation sur le plan minéralogique, nous avons examiné le matériau par diffraction des rayons X (XRD). En comparant le spectrogramme avec des valeurs de référence pour le chrysotile et la forstérite, nous avons pu déterminer si les fibres examinées étaient composées de forstérite ou de chrysotile.
L'analyse de l'amiante à de faibles concentrations n'est pas facile. Pouvez-vous nous parler de la fiabilité de l'analyse des matériaux par diffraction des rayons X ?
La diffraction des rayons X présente l'avantage de pouvoir déterminer simultanément un grand nombre de minéraux contenus dans un échantillon en un seul passage de mesure. Cela fonctionne également avec des fragments de fibres, sans qu'ils soient identifiés comme tels au microscope. En outre, la méthode XRD est utile pour la détermination minéralogique exacte du type d'amiante ou des produits de transformation correspondants. Dans le cadre de ce projet, nous n'avons pas étudié où se situe la concentration critique d'amiante pour une détection parfaite. Nous avons travaillé avec des matériaux présentant des teneurs en amiante relativement élevées afin d'obtenir des résultats clairs. Il faudrait encore déterminer dans quelle mesure la méthode XRD se prête à l'étude des concentrations d'amiante typiques des déchets.
D'autres points critiques sont la température et la durée de rétention des déchets dans le foyer de l'incinérateur. Pouvons-nous être sûrs que les températures nécessaires sont atteintes dans les usines d'incinération des déchets conventionnelles ?
Dans les UIOM, les déchets sont généralement incinérés à des températures entre 800 et 1100°C et mettent environ une heure pour traverser le four. Cela suffit en principe pour transformer la grande majorité des fibres. Dans les cages en acier et les rouleaux d’amiante pour l'essai sur le terrain, nous avions en outre installé des morceaux de métal avec différents points de fusion afin de déterminer la température de pointe à laquelle les échantillons étaient exposés. Ces morceaux de cuivre étaient fondus, les matériaux des échantillons étaient donc exposés à des températures d'au moins 1080°C, ce qui se situe à l'extrémité supérieure des profils de température « normaux » dans les UIOM. Il semble que l’incinération de la matrice organique dans laquelle l'amiante est noyé entraîne un échauffement particulièrement important des matériaux des échantillons.
Dans les conclusions de votre étude, vous écrivez : « Tant que les déchets incinérables contenant du chrysotile sont isolés (et non sous la forme de paquets ou de rouleaux épais maintenus par du fil d'acier), nous supposons qu'une transformation complète du chrysotile en forstérite a lieu ». Cela semble encore incertain. Que serait-il nécessaire afin de pouvoir faire une déclaration plus ferme à ce sujet ?
Notre étude n'a fait que fournir les bases nécessaires pour expliquer la « disparition de l'amiante » lors de l'essai à grande échelle à l'UIOM de Trimmis. L'idéal aurait été de d’abord effectuer des essais en laboratoire, puis de réaliser des essais à grande échelle (et non l'inverse). Il incombe maintenant aux autorités en charge de la protection environnementale de décider si elles acceptent comme suffisants les résultats de l'essai à grande échelle de Trimmis ainsi que les explications que nous avons fournies. La question suivante n'est pas définitivement résolue : « Comment les déchets d'amiante liés à des matières organiques doivent-ils être conditionnés pour garantir une incinération complète ? » Si les rouleaux sont très gros, ils ne brûlent pas. C'est ainsi que l'on trouve parfois dans les scories d'UIOM des restes de tapis non brûlés, etc. Pour évaluer le bien-fondé de l'élimination de l'amiante lié aux matières organiques dans les UIOM, il faut également tenir compte de l'alternative, c'est-à-dire du « scénario de base » qui est la mise en décharge type E ou de l'incinération en tant que déchet spécial. Les avantages et les inconvénients des trois filières d'élimination potentielles sont les suivants :
- UIOM : destruction maximale de l'amiante (nettement supérieure à 98%), avec le risque que des morceaux isolés de matériaux non brûlés libèrent de l'amiante au cours du traitement des scories (problème de santé et de sécurité au travail).
- Décharge type E : tous les déchets amiantés sont déposés sans être détruits. Il s'agit d'une possibilité d'élimination sûre, à condition que le contenu de la décharge ne doive plus jamais être déplacé (p. ex. dans le cadre d'un assainissement de la décharge).
- Usine d’incinération des déchets spéciaux : la totalité de l'amiante est certes détruite, mais cette variante a un coût exorbitant.
Pour augmenter encore la précision de la variante « UIOM », on pourrait réaliser un autre essai à grande échelle. L'accent serait mis sur les exigences relatives au conditionnement du matériau de manière à garantir son incinération complète dans le four.
En revanche, vous êtes clair sur l'affirmation suivante : lorsque le chrysotile se présente sous forme liée à des minéraux, la transformation en forstérite n'a lieu que de manière limitée. Les déchets minéraux contenant de l'amiante n'ont donc définitivement pas leur place dans les UIOM, n'est-ce pas ?
Exactement ! Le ciment a un effet très isolant, de sorte qu'il n'y a pas d’incinération et que la transformation des fibres d'amiante ne se fait pas au contact direct de la flamme, mais uniquement par conduction thermique dans la matrice minérale. Nous avons fait quelques essais avec de l'amiante floqué et même avec des couches fines, la destruction de l'amiante était très fortement inhibée.
Vous faites également une déclaration prudente concernant les amiantes amphiboles. Vous écrivez notamment : « Il est probable que l'amiante amphibole, que l'on trouve rarement, soit également transformé dans les UIOM ». Ces amiantes sont considérés comme beaucoup plus dangereux. Que peut-on dire à ce sujet ?
L'étude s'est concentrée sur le chrysotile. Comme l'amiante amphibole ne représente qu'une petite partie de l'amiante utilisé, nous ne l’avons pas étudié en priorité dans ce projet de recherche. En raison de la rareté de l'amiante amphibole dans les déchets, il a été très difficile de se procurer des échantillons. L'amiante amphibole se transforme en plusieurs étapes en fibres minérales telles que le quartz ou l'hématite. Les températures de transformation sont généralement un peu plus élevées que pour le chrysotile, mais toujours dans la gamme typique des UIOM. Dans nos essais préliminaires, les fibres se cassaient également à partir de 850°C et les signaux spécifiques aux amphiboles n'étaient plus reconnaissables en XRD. Cependant, nous n'avons pas pu détecter clairement les produits de transformation. Notre conclusion à ce sujet : en respectant les mesures de protection du travail habituelles dans la branche, nous sommes d’avis qu’il n'y a pas de risque supplémentaire significatif lié à ces produits de transformation.
Allez-vous vous-même continuer à travailler sur ce thème ?
Les discussions sur la filière d'élimination à privilégier à l'avenir pour les déchets contenant de l'amiante et présentant une forte teneur en matières organiques sont toujours en cours, y compris auprès des autorités. Parallèlement, l'Association suisse des exploitants d'installations de traitement des déchets (ASED) élabore un guide à l'intention des UIOM, qui décrit en détail les types de déchets pouvant être acceptés et la façon de manipuler et d'incinérer ces déchets de la manière la plus sûre possible. Nous participons à ce groupe de travail et suivons bien sûr avec intérêt l'évolution de la situation.
A propos de la personne : Andi Gauer est un scientifique de l'environnement EPFZ spécialisé dans la biogéochimie et la dynamique des polluants. Il travaille aujourd'hui comme collaborateur scientifique à l'UMTEC, l'Institut pour l'environnement et le génie des procédés de la Haute école spécialisée de Suisse orientale à Rapperswil.
L'interview a été réalisée par Simon Schneebeli, responsable de la conférence spécialisée PolluConf.