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Auteur(s)
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Pierre MOSZKOWICZ : Laboratoire d’analyse environnementale des procédés et des systèmes industriels Institut national des sciences appliquées de Lyon
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Radu BARNA : Polden‐Insavalor
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L’industrialisation et l’urbanisation se sont développées pendant le XIX e siècle et la première moitié du XX e en ignorant pratiquement les conséquences environnementales des nouvelles pratiques de consommation et de production mises en œuvre. Les modes de vie sont devenus de moins en moins « économes » en matières premières et en énergie consommées et de plus en plus générateurs de déchets. Dans la seconde moitié du XX e siècle, les flux de produits matériels se sont intensifiés et globalisés à l’échelle de la planète. Les matières et matériaux utilisés se sont « artificialisés », avec des caractéristiques qui rendent plus difficile leur réinsertion dans les cycles biogéochimiques naturels. Depuis la fin des années 1950, une prise de conscience écologique s’est développée : les évolutions démographiques, la raréfaction prévisible des ressources naturelles, les crises énergétiques, les catastrophes écologiques ont fixé des bornes à une croissance industrielle incontrôlée. Aujourd’hui, les préoccupations écologiques sont présentes dans tous les secteurs de l’activité économique et le management des entreprises intègre de plus en plus la composante environnementale. Les méthodes de gestion et de traitement des déchets sont au cœur de cette problématique et conditionnent souvent la pérennité des modes de production ou de consommation.
Les procédés de stabilisation‐solidification des déchets ont été largement développés au stade industriel et permettent de trouver des solutions économiques et fiables. L’industrie nucléaire a été un précurseur dans le domaine puisqu’il a fallu, dès l’origine, prévoir un mode de gestion efficace et sûr pour des déchets radioactifs dont la nocivité à long terme est évidente. Aujourd’hui, l’incinération est une filière particulièrement développée pour le traitement des ordures ménagères avec, en général, une valorisation énergétique. Des déchets industriels sont aussi éliminés par incinération. Ces procédés thermiques engendrent des résidus solides : des mâchefers, des résidus d’épuration des fumées d’incinération d’ordures ménagères ou de déchets industriels (REFIOM ou REFIDI). La solidification à l’aide de liants hydrauliques permet de stabiliser ces déchets ultimes et d’obtenir des solidifiats qui peuvent être stockés dans des sites spécialement aménagés, dans de bonnes conditions de sécurité environnementale (centres de stockage de déchets ultimes stabilisés). Plus récemment, la vitrification des cendres volantes provenant de l’incinération des déchets connaît aussi un développement en France, laissant présager une possible valorisation des solidifiats obtenus.
Les procédés de stabilisation‐solidification apparaissent ainsi comme un maillon essentiel et en plein développement des filières de gestion des déchets industriels et urbains.
Les filières de traitement des déchets visent différents objectifs :
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recyclage total ou partiel ;
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retour « écocompatible » dans l’environnement (cas de la stabilisation‐solidification) ;
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décomposition en espèces chimiques « inoffensives ».
Toutes ces filières nécessitent la mise en œuvre de techniques très variées, étudiées dans les articles de la rubrique « Déchets » Approche systémique des déchets et suivants de ce traité Environnement.
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- Version courante de janv. 2011 par Radu BARNA, Denise BLANC
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3. Vitrification
3.1 Vitrification des déchets nucléaires
Depuis les débuts de la filière électronucléaire française, la vitrification a été développée pour le confinement à long terme de déchets radioactifs issus du retraitement du combustible usé [1]. En fin de cycle, il s’agit alors de traiter des déchets ayant une forte charge radioactive et la solidification a pour objectif d’obtenir une forme solide sûre pour le confinement à long terme, comme le stockage profond, par exemple. Les conditions technico‐économiques et les exigences de sécurité sont particulières au cas des déchets radioactifs. Il n’y a, dans ce cas, pas d’alternative pour la gestion à long terme des déchets résultant du retraitement des combustibles usés. La vitrification intervient en bout de chaîne de traitement et s’applique à des solutions concentrées de produits de fission, qui sont séchées puis calcinées. On obtient alors, par fusion, des vitrifiats qui permettent de satisfaire aux exigences de sûreté posées par le stockage à long terme.
Le Commissariat à l’énergie atomique a conduit de très nombreuses études qui ont débouché sur des procédés industriels mis en œuvre depuis une vingtaine d’années. De nombreux matériaux ont été testés. Les verres obtenus doivent satisfaire à un cahier des charges exigeant. Ce sont des matériaux ne présentant aucune porosité et dont le pouvoir de confinement est garanti par leur stabilité. Ils doivent pouvoir résister aux flux thermiques et à l’irradiation dus aux éléments radioactifs présents dans la matrice solide ainsi qu’aux éventuelles agressions chimiques lors de contacts avec l’eau, dans les différents scénarios de stockage. Un verre est en effet « altéré » s’il reste en contact prolongé avec une solution aqueuse. La vitesse d’altération doit être extrêmement faible pour que le produit vitrifié soit satisfaisant. Le CEA a mis au point des tests spécifiques pour apprécier les qualités des vitrifiats obtenus et leur comportement à long terme.
Pour la vitrification des déchets nucléaires, les calcinats des solutions de fission n’ont pas une composition qui permette d’obtenir un verre directement par fusion et il est nécessaire d’ajouter des oxydes manquants (notamment silice et borate). Les verres silicoboratés ont montré une grande aptitude...
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