Ordures ménagères résiduelles (OMR) : modèle, mise en monture et stabilisation/solidification

Municipal solid waste (MSW) : model, shredding and solidification/stabilisation

• Auteur / Autrice : Leo Saouti
• Direction : Nathalie Leblanc, Daniel Levacher
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 20/12/2023
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Normande de biologie intégrative, santé, environnement (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation de la thèse : UniLaSalle (Beauvais - Rouen)
• Partenaire(s) de recherche : établissement co-accrédité : Université de Rouen Normandie (1966-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Transformations et Agro-Ressources (Beauvais ; 2016-...)
• Jury : Président / Présidente : Irini Djeran-Maigre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Agnès Smith, Zoubeir Lafhaj, Hafida Zmamou, Frédéric Pflanz
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Agnès Smith, Zoubeir Lafhaj

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cendres volantes

Biomasse -- Conversion

Laitiers (métallurgie)

Activation (chimie)

Recyclage (déchets, etc.)

Déchets -- Élimination

Mots clés libres

Ordures ménagères résiduelles

Solidification de déchets

Activation alcaline

Laitiers

Cendres volantes et de sous foyer de biomasse

Municipal solid waste

Waste solidification

Alkaline activation

Slag

Biomass fly ash and bottom ash

Résumé

Des millions de tonnes de déchets sont traités chaque année dans le monde entier. Il existe de grandes disparités dans les techniques de traitement des déchets en fonction du niveau de développement des pays. En France, une start-up angevine nommée Néolithe propose une nouvelle voie de traitement des déchets non dangereux non inertes, la fossilisation. Ce procédé est le suivant : broyage des déchets, mélange avec un liant hydraulique puis extrusion pour en faire des granulats appelés Anthropocite®. Les travaux de cette thèse concernent le traitement des ordures ménagères résiduelles (OMR). Ils comportent trois parties : la préparation d’un modèle représentatif des OMR, la valorisation de cendres en matrices liantes, et la solidification du modèle OMR avec différents liants retenus. La préparation du modèle représentatif des OMR nécessite pour les fractions organiques un séchage et un broyage adapté à la finesse de mouture souhaitée. Pour les déchets plastiques il convient d’utiliser des broyeurs spécifiques. Les cendres de biomasse - cendres volantes et de sous foyer - ont été étudiées : caractérisation et réactivité. Des essais d’activation (NaOH et Na2SiO3) ont porté sur les deux types de cendres avec comme variables : le ratio eau sur liant (E/B) et le ratio activateur sur précurseur (A/P). Un précurseur composé de cendres (P1) et de laitier (P3) a été proposé. Les conditions favorables pour l’obtention de résistances en compression minimales de 25 MPa à 28 jours sont un ratio de E/B de 0,4, un ratio A/P de 0,2 et un ratio P1/P3 de 1,50. Pour l’étude de mélanges avec les moutures d’OMR, les liants retenus ont été les suivants : un laitier activé, un précurseur composé de cendres et de laitier, un liant hydraulique dénommé Ligam et un ciment Portland (CEM I) Les premiers essais sur les mélanges ont permis d’établir les protocoles d’inclusion de fermentescibles d’ordures résiduelles (FOR). Tous les liants accusent des retards de prise et de solidification lors d’inclusion. Il est essentiel d’hydrater les déchets (FOR) lors du mélange avec les liants mais chaque liant présente un optimum d’ajout d’eau aux FOR différent. Il est possible de solidifier le modèle représentatif des OMR avec des liants hydrauliques comme avec des liants activés par des alcalins. Les liants hydrauliques semblent plus robustes quant à la nature des composants que représente l’inclusion du modèle OMR à des mortiers. Ces travaux permettent d’établir une base de données, nécessaire à la poursuite des travaux sur la solidification/stabilisation des OMR.

Millions of tonnes of waste are treated every year throughout the world. There are wide disparities in waste treatment techniques, depending on the level of development of individual countries. In France, an Anjou-based start-up called Néolithe is proposing a new way of treating non-hazardous, non-inert waste: fossilisation. The process involves shredding the waste, mixing it with a hydraulic binder and then extruding it to produce aggregates called Anthropocite®. The work in this thesis concerns the treatment of municipal solid waste (MSW). It consists of three parts: the preparation of a model representative of residual household waste, the use of ash as a binder matrix, and the solidification of the residual household waste model with various selected binders. For organic fractions, the preparation of a model representative of household waste requires drying and shredding to suit the fineness of grind required. Specific shredders should be used for plastic waste. The characterisation and reactivity of biomass ash - fly ash and underfired ash - were studied. Activation tests (NaOH and Na2SiO3) were carried out on the two types of ash with the following variables: water to binder ratio (W/B) and activator to precursor ratio (A/P). A precursor composed of ash (P1) and slag (P3) was proposed. Favourable conditions to obtain minimum compressive strengths of 25 MPa at 28 days are a W/B ratio of 0.4, an A/P ratio of 0.2 and a P1/P3 ratio of 1.50. The following binders were selected for the study of mixes with SRM grindings: an activated slag, a precursor composed of ash and slag, a hydraulic binder called Ligam and a Portland cement (CEM I). The initial tests on the mixes enabled protocols for the inclusion of fermentable residual waste (FRW) to be established. All binders show delays in setting and solidification during inclusion. It is essential to hydrate the waste (FRW) when mixing with the binders, but each binder has a different optimum to add water to FRW. It is possible to solidify the model representative of MSW with hydraulic binders as well as with alkali-activated binders. Hydraulic binders appear to be more robust in terms of the nature of the components than the inclusion of the MSW model in mortars. This work makes it possible to establish a database, which is necessary for further work on the solidification/stabilisation of MSW.