Documentation

Le WtE comprend une série de technologies utilisées pour convertir les déchets restants après recyclage en électricité et en chaleur.  Bien qu’il soit souvent utilisé pour désigner la combustion des déchets solides municipaux résiduels, le terme englobe tout processus qui utilise les déchets comme combustible pour produire de l’énergie.

Une installation WtE utilisant la combustion consiste à brûler les déchets résiduels à des températures élevées, sans ajout de combustible supplémentaire, et dans des conditions contrôlées.  Les émissions sont nettoyées pour répondre à des normes rigoureuses de qualité de l’air avant d’être rejetées dans l’atmosphère.  La chaleur issue du processus de combustion est utilisée pour produire de la vapeur, qui entraîne une turbine pour générer de l’électricité.  La chaleur peut également être recyclée pour fournir de la vapeur à basse pression, de l’eau chaude, du chauffage ou même de la réfrigération dans des bâtiments industriels ou domestiques.

Il s’agit d’un moyen graphique de montrer les priorités en matière de gestion des déchets solides. La première priorité est d’éviter la production de déchets (par exemple, réduction de la consommation de biens, moins d’emballages), suivie du recyclage (papier, métaux, plastiques) et du compostage des déchets organiques triés à la source, puis de la combustion avec valorisation énergétique (« waste-to-energy »), et enfin de la mise en décharge. Cependant, toutes les décharges ne sont pas identiques. Les décharges « sanitaires » modernes nécessitent un investissement et des efforts importants pour protéger les eaux de surface et souterraines et pour collecter les gaz de décharge (GDC) et les utiliser pour produire de l’énergie.

La valorisation énergétique des déchets est plus qu’une simple incinération.  Le seul but d’un incinérateur à l’ancienne était d’éliminer les matériaux indésirables en les brûlant.  Une installation moderne de valorisation énergétique des déchets par combustion est une centrale électrique qui utilise le processus de traitement thermique pour produire de l’électricité et de la chaleur.  Il nettoie en profondeur les gaz de combustion avant leur émission dans l’atmosphère et implique l’extraction des métaux en postcombustion et la réutilisation des cendres.

1. La valeur de l’énergie électrique produite.
2. Le droit d’entrée (redevance de déversement) payé par les municipalités qui utilisent l’installation WTE.
3. La valeur des déchets ferreux et non ferreux collectés.
4. La valeur de la chaleur cogénérée qui est utilisée par les installations industrielles adjacentes ou pour le chauffage urbain.
5. Le changement climatique devenant plus évident (par exemple, la tempête Sandy de 2012), les installations WTE bénéficieront également de crédits carbone pour les énergies renouvelables. Par exemple, la Chine accorde déjà un crédit de 30 $/MWh à l’électricité produite par les usines WTE.

Les technologies WtE sont des technologies éprouvées et fiables qui sont actuellement utilisées au Canada par de nombreuses autorités locales.  Il existe 6 installations WtE situées dans des zones urbaines et rurales.  Il existe un énorme potentiel au Canada pour augmenter le nombre de WtE afin de fournir de l’énergie et de parvenir à une gestion plus durable des déchets.

Selon l’emplacement, la taille et d’autres facteurs, le coût d’investissement par tonne annuelle de capacité WTE varie d’environ 650 $/tonne annuelle de capacité, pour une usine récente en Floride, à 240 $/tonne, pour plusieurs usines modernes en Chine.

En règle générale, les collectivités qui investissent dans des usines WTE, en raison des avantages énergétiques et environnementaux décrits ci-dessus, font également autant que possible du recyclage avant d’envoyer les déchets non recyclables à leur WTE. Malgré toutes les bonnes intentions et tous les efforts, certains déchets ne sont pas recyclables économiquement aux États-Unis en raison du coût relativement faible des combustibles fossiles. Par exemple, sur les 25 millions de tonnes de plastique produites chaque année aux États-Unis, seulement 1,5 million de tonnes sont recyclées, 3,5 millions sont brûlées et 20 millions de tonnes sont mises en décharge, malgré le fait que leur pouvoir calorifique soit supérieur au meilleur charbon américain. Le graphique ci-dessous montre que les nations qui ont pratiquement éliminé la mise en décharge l’ont fait, invariablement, par une combinaison de recyclage et de WTE.

Il existe des économies d’échelle dans tout projet de construction, et la construction d’une usine WTE ne fait pas exception. Des installations plus grandes permettent de réduire les coûts par tonne de déchets solides traités. Aux États-Unis, la plupart des installations WTE fonctionnent entre 500 et 3 000 tonnes par jour. Dans l’Union européenne, des usines plus petites sont toutes en service.

Environ la moitié de l’énergie produite dans les installations de valorisation énergétique des déchets est renouvelable car elle est d’origine biogénique (par exemple, déchets de bois contaminés, résidus de compostage ou de digestion anaérobie, etc.) Ces déchets constituent donc de la biomasse et aident ainsi les États membres à atteindre leurs objectifs en matière d’énergies renouvelables.

Le traitement des déchets non recyclables par la valorisation énergétique des déchets permet de compenser les émissions de gaz à effet de serre.

Pourquoi ? Parce que les déchets non recyclables ne finissent plus dans les décharges. Parce que les usines WtE récupèrent et fournissent de l’énergie. Et parce que les usines WtE récupèrent les métaux et les minéraux, évitant ainsi l’extraction d’autres matériaux.

En particulier, le détournement des déchets des décharges empêche la production d’émissions de méthane, qui est jusqu’à 84 fois plus puissant que le CO2 sur une période de 20 ans.

Par rapport aux décharges qui ne récupèrent pas de gaz d’échappement (c’est-à-dire 80 % des décharges dans le monde), l’avantage du WTE par rapport à la mise en décharge, y compris la réduction des gaz à effet de serre et la production d’électricité, est d’une tonne de CO2 par tonne de déchets solides municipaux. La comparaison avec les décharges qui pratiquent la récupération du gaz d’enfouissement et qui récupèrent donc 50% du gaz d’enfouissement, réduit l’avantage de la technologie WTE à environ 0,5 tonne de CO2/tonne de MSW.

La mise en décharge est moins chère, sauf dans des cas comme celui de la ville de New York où les DSM doivent être transférés sur de longues distances. Par exemple, dans le cas de New York, les frais de mise en décharge sont d’environ 30 dollars, mais le transport par camion coûte 70 dollars de plus. Toutefois, si l’on tient compte des coûts environnementaux « externes », le WTE est moins coûteux dans tous les cas. D’une part, l’utilisation sans cesse croissante de terres pour la mise en décharge n’est pas durable. Dans le cas de la décharge de Freshkills à New York, environ 3 500 acres de terrain ont été perdus pour la mise en décharge sur une période de cinquante ans. La charge a maintenant été transférée à la Pennsylvanie et à d’autres États, mais à cela s’est ajouté le coût environnemental du transport par camion des déchets solides de New York à l’État de Pennsylvanie.

Les installations WtE sont équipées de technologies avancées qui contrôlent et surveillent les émissions. La technologie de contrôle de la pollution atmosphérique constitue une partie importante de l’infrastructure de l’usine. L’étendue de la technologie de contrôle des émissions atmosphériques, 24 heures sur 24, associée à des réglementations environnementales strictes, signifie que les installations WtE sont conçues et exploitées de manière à n’avoir aucun impact significatif sur la qualité de l’air ou la santé.

Dans le cadre de toute demande de planification WtE, une évaluation de la qualité de l’air sera effectuée pour examiner la qualité de l’air existante, l’impact potentiel de l’installation et du trafic associé sur la qualité de l’air local et les mesures d’atténuation éventuelles.

Les dioxines et les furannes peuvent être produits chaque fois que quelque chose est brûlé, comme des cigarettes, des barbecues, des feux de joie dans les jardins, des fours industriels ou des incendies accidentels. La combustion de déchets résiduels dans une usine de traitement des déchets ne contribue que très peu aux niveaux de fond existants de dioxines dans notre environnement.  Les données démontrent que la mise en œuvre de réglementations strictes pour les installations de WtE aux États-Unis et dans l’UE a entraîné une réduction de plus de 99 % des émissions de dioxines par rapport aux émissions de 1990.

Il n’existe aucune preuve scientifique examinée par des pairs pour étayer cette affirmation. Un rapport du gouvernement britannique de 2004, qui a examiné 23 études réputées et 4 documents de synthèse sur les schémas de maladie autour des installations de valorisation énergétique des déchets, a conclu que le risque de cancer lié au fait de vivre à proximité d’une installation de valorisation énergétique des déchets est si faible qu’il ne peut être mesuré.

Les installations de valorisation énergétique des déchets répondent aux exigences les plus strictes en matière d’émissions industrielles imposées à toute industrie de l’UE en termes de polluants surveillés, de valeurs limites d’émission et de conditions d’exploitation.

En 2019, un examen des recherches publiées axées sur la compréhension des impacts sur l’environnement et la santé humaine à proximité des usines de valorisation énergétique des déchets « n’a trouvé aucune étude indiquant que les usines d’incinération des déchets de technologie moderne, qui respectent la législation sur les émissions, constituent un facteur de risque de cancer ».

Toujours en 2019, une étude majeure menée par une équipe de l’Imperial College London et financée par Public Health England et le gouvernement écossais n’a trouvé aucun lien concluant avec les effets sur la santé des incinérateurs de déchets.

L’industrie WTE reçoit les normes MACT (Maximum Control Technology) du New Clean Air Act de l’EPA. Dans une lettre de 2002, les administrateurs adjoints de l’EPA, Jeffery Holmstead, Office of Air and Radiation, et Marianne Lamont Horinkont, Office of Solid Waste and Emergency Response, ont reconnu le « rôle vital de l’industrie nationale de la transformation des déchets municipaux en énergie » et ont conclu que « ces usines produisent 2800 mégawatts d’électricité avec moins d’impact sur l’environnement que presque toutes les autres sources d’électricité ». Le tableau ci-dessous montre les émissions de dioxines/furanes TEQ aux États-Unis provenant de diverses sources qui incluent également les WTE. La figure suivante compare les émissions de mercure des WTE et des centrales électriques au charbon aux États-Unis.

Certaines dioxines sont toxiques (l’EPA a déterminé que 50 grammes de dioxines totales mesurées équivalent à 1 gramme de dioxines toxiques – 1 gramme TEQ). Cependant, les dioxines existent dans la nature et sont le résultat d’activités humaines (combustion de la biomasse, du charbon et des déchets solides, production de métaux, etc.) et naturelles (feux de forêt, volcans). Il y a quinze ans, l’EPA faisait état d’émissions de dioxines de 12 000 grammes TEQ. Grâce à la mise en œuvre des technologies de contrôle maximales réalisables (MACT) de l’EPA, les émissions américaines ont diminué jusqu’à atteindre environ 1 200 grammes TEQ (12 grammes pour les DEEE, 60 grammes pour les centrales électriques au charbon, 500 grammes pour les brûlages dans les jardins). En dehors de l’accident chimique industriel de Seveso (Italie) et des allégations concernant l’utilisation de l’agent orange pendant la guerre du Viêt Nam, le seul cas d’empoisonnement à la dioxine signalé est celui de M. Iouchtchenko, l’actuel président de l’Ukraine, qui a récemment été intoxiqué par une quantité indéterminée de dioxines mélangées à sa nourriture. Il a survécu à cette attaque.

Elle représente entre 15 et 25 % du poids des déchets solides municipaux traités et environ 10 % du volume des déchets solides municipaux traités. Environ 85 % des cendres sont des mâchefers qui, dans l’Union européenne, sont utilisés pour la construction de routes. Aux États-Unis, les cendres mixtes sont utilisées comme couverture quotidienne dans les décharges, à la place de la terre.

En général, les résidus de WTE peuvent être différenciés en deux fractions : Le terme cendres volantes fait référence aux fines particules qui sont retirées des gaz de combustion. Cependant, les cendres volantes comprennent généralement aussi les résidus d’autres dispositifs de contrôle de la pollution atmosphérique, tels que les épurateurs. Les cendres volantes représentent généralement 10 à 20 % du poids total des cendres.

Le reste des cendres du WTE est appelé cendres résiduelles (80-90% en poids). Les principaux composants chimiques des cendres sont la silice (sable, quartz), CaO, Fe2O3, et Al2O3 pour une usine WTE à combustion de masse. Habituellement, les cendres ont une teneur en humidité de 22 à 62 % en poids sec. La composition chimique des cendres dépend fortement de la matière première MSW d’origine et du processus de combustion.

Jurgen Vehlow, de Karlsruhe Research et associé de recherche de la CEE, a compilé des données sur la composition des cendres provenant de plusieurs études (voir la figure ci-dessous). Par exemple, le Hg peut varier de 0,1 à 10 ppm dans les cendres résiduelles et de 1 à 30 ppm dans les cendres volantes (avant traitement).

Les cendres WTE sont réutilisées dans la construction depuis le début des années 70. Les applications courantes sont les matériaux de sous-base, les remblais structurels et les agrégats dans l’asphalte ou le béton. Cependant, dans le passé, les concentrations de contaminants dans les cendres volantes dépassaient les valeurs seuils autorisées. La réutilisation des cendres est donc limitée à des procédés éprouvés. Comme il n’existe pas de normes nationales aux États-Unis, moins de 5 % des cendres WTE sont utilisées de manière bénéfique (par rapport à une réutilisation des cendres résiduelles de ~70 % en Allemagne et de ~90 % aux Pays-Bas). Le gouvernement des Bermudes utilise la totalité des cendres WTE dans des produits en béton pour les récifs artificiels ou les abatis de rivage. Le Conseil de recherche et de technologie sur la valorisation énergétique des déchets adopte donc une approche innovante pour comprendre et utiliser les cendres de manière bénéfique. Un groupe de recherche interdisciplinaire et interinstitutionnel mènera un projet complet sur les applications de réutilisation telles que les agrégats artificiels, les blocs de ciment, l’asphalte, la réhabilitation des friches industrielles et des mines abandonnées, et le béton. L’un des principaux objectifs est de recommander des spécifications standard faisant autorité à l’échelle nationale.

Les cendres qui ne peuvent pas être réutilisées sont mises en décharge. Habituellement, les cendres combinées WTE ne remplissent pas les conditions requises pour une mise en décharge sans restriction mais sont placées dans des monofills. Il est plus facile de placer les cendres résiduelles seules car elles dépassent rarement les concentrations maximales autorisées pour la mise en décharge. En revanche, les cendres volantes seules peuvent devoir être traitées comme des déchets dangereux et posent donc des problèmes supplémentaires si elles ne sont pas stabilisées avant leur élimination.