Etude des propriétés épuratoires des mâchefers d'incinération d ...

N° d’Ordre …. Année 2004 

Thèse 

Etude des propriétés épuratoires des 

Mâchefers d’Incinération d’Ordures 

Ménagères et de leur mise en œuvre 

Présentée devant 

L’institut National des Sciences Appliquées de Lyon 

Pour obtenir 

Le grade de docteur 

Ecole Doctorale 

Ecole Doctorale de Chimie de Lyon (Chimie, Procédés, Environnement) 

Formation doctorale 

Sciences et techniques du déchet 

Par 

Daniela RADU TIRNOVEANU 

Soutenue le 26 novembre 2004 devant la Commission d’examen 

Jury MM. 

Guy MATEJKA Rapporteur Professeur – Université de Limoges 

Peter LANG Rapporteur Professeur – Université Budapest 

Pierre MOSZKOWICZ Président Professeur – INSA de Lyon 

Belkacem BENADDA Directeur de thèse Professeur – INSA de Lyon 

Patrick GERMAIN Directeur de thèse Professeur – INSA de Lyon 

Gaelle DUCOM Examinateur Maître de Conférences – INSA de Lyon 

Christophe PASCUAL Invité Ingénieur – ELYO-Cylergie 

1

SIGLE ECOLE DOCTORALE NOM ET COORDONNEES DU RESPONSABLE 

E2MC 

E.E.A. 

E2M2 

EDIIS 

EDISS 

Math 

IF 

MEGA 

CHIMIE DE LYON 

ECONOMIE, ESPACE ET 

MODELISATION DES 

COMPORTEMENTS 

ELECTRONIQUE, 

ELECTROTECHNIQUE, 

AUTOMATIQUE 

EVOLUTION, ECOSYSTEME, 

MICROBIOLOGIE, MODELISATION 

http://biomserv.univ-lyon1.fr/E2M2 

INFORMATIQUE ET INFORMATION 

POUR LA SOCIETE 

http://www.insa-lyon.fr/ediis 

INTERDISCIPLINAIRE SCIENCES- 

SANTE 

http://www.ibcp.fr/ediss 

MATERIAUX DE LYON 

http://www.ec-lyon.fr/sites/edml 

MATHEMATIQUES ET 

INFORMATIQUE FONDAMENTALE 

http://www.ens-lyon.fr/MathIS 

MECANIQUE, ENERGETIQUE, GENIE 

CIVIL, ACOUSTIQUE 

http://www.lmfa.eclyon.fr/autres/MEGA/index.html 

M. Denis SINOU 

Université Claude Bernard Lyon 1 

Lab Synthèse Asymétrique UMR UCB/CNRS 5622 

Bât 308 ; 2ème étage 

43 bd du 11 novembre 1918 

69622 VILLEURBANNE Cedex 

Tél : 04.72.44.81.83 

sinou@univ-lyon1.fr 

M. Alain BONNAFOUS 

Université Lyon 2 

14 avenue Berthelot 

MRASH 

Laboratoire d’Economie des Transports 

69363 LYON Cedex 07 

Tél : 04.78.69.72.76 

Alain.Bonnafous@mrash.fr 

M. Daniel BARBIER 

INSA DE LYON 

Laboratoire Physique de la Matière ; Bâtiment Blaise Pascal 


Tél : 04.72.43.64.43 

Daniel.Barbier@insa-lyon.fr 

M. Jean-Pierre FLANDROIS 

UMR 5558 Biométrie et Biologie Evolutive 

Equipe Dynamique des Populations Bactériennes 

Faculté de Médecine Lyon-Sud Laboratoire de Bactériologie BP 1269600 OULLINS 

Tél : 04.78.86.31.50 

Jean-Pierre.Flandrois@biomserv.univ-lyon1.fr 

M. Lionel BRUNIE 

INSA DE LYON 

EDIIS ; Bâtiment Blaise Pascal 


Tél : 04.72.43.60.55 

lbrunie@if.insa-lyon.fr 

M. Alain Jean COZZONE 

IBCP (UCBL1) 

7 passage du Vercors 

69367 LYON Cedex 07 

Tél : 04.72.72.26.75 

cozzone@ibcp.fr 

M. Jacques JOSEPH 

Ecole Centrale de Lyon 

Bât F7 Lab. Sciences et Techniques des Matériaux et des Surfaces 

36 Avenue Guy de Collongue BP 163 

69131 ECULLY Cedex 

Tél : 04.72.18.62.51 

Jacques.Joseph@ec-lyon.fr 

M. Franck WAGNER 

Université Claude Bernard Lyon1 

Institut Girard Desargues 

UMR 5028 MATHEMATIQUES 

Bâtiment Doyen Jean Braconnier 

Bureau 101 Bis, 1er étage 


Tél : 04.72.43.27.86 

wagner@desargues.univ-lyon1.fr 

M. François SIDOROFF 

Ecole Centrale de Lyon ; 

Lab. Tribologie et Dynamique des Systêmes Bât G8 

36 avenue Guy de Collongue ; BP 163 

69131 ECULLY Cedex 

Tél :04.72.18.62.14 

Francois.Sidoroff@ec-lyon.fr 

3

Novembre 2003 

INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQUEES DE LYON 

Directeur : STORCK A. 

Professeurs : 

AMGHAR Y. LIRIS 

AUDISIO S. PHYSICOCHIMIE INDUSTRIELLE 

BABOT D. CONT. NON DESTR. PAR RAYONNEMENTS IONISANTS 

BABOUX J.C. GEMPPM*** 

BALLAND B. PHYSIQUE DE LA MATIERE 

BAPTISTE P. PRODUCTIQUE ET INFORMATIQUE DES SYSTEMES MANUFACTURIERS 

BARBIER D. PHYSIQUE DE LA MATIERE 

BASKURT A. LIRIS 

BASTIDE J.P. LAEPSI**** 

BAYADA G. MECANIQUE DES CONTACTS 

BENADDA B. LAEPSI**** 

BETEMPS M. AUTOMATIQUE INDUSTRIELLE 

BIENNIER F. PRODUCTIQUE ET INFORMATIQUE DES SYSTEMES MANUFACTURIERS 

BLANCHARD J.M. LAEPSI**** 

BOISSE P. LAMCOS 

BOISSON C. VIBRATIONS-ACOUSTIQUE 

BOIVIN M. (Prof. émérite) MECANIQUE DES SOLIDES 

BOTTA H. UNITE DE RECHERCHE EN GENIE CIVIL - Développement Urbain 

BOTTA-ZIMMERMANN M. (Mme) UNITE DE RECHERCHE EN GENIE CIVIL - Développement Urbain 

BOULAYE G. (Prof. émérite) INFORMATIQUE 

BOYER J.C. MECANIQUE DES SOLIDES 

BRAU J. CENTRE DE THERMIQUE DE LYON - Thermique du bâtiment 

BREMOND G. PHYSIQUE DE LA MATIERE 

BRISSAUD M. GENIE ELECTRIQUE ET FERROELECTRICITE 

BRUNET M. MECANIQUE DES SOLIDES 

BRUNIE L. INGENIERIE DES SYSTEMES D’INFORMATION 

BUFFIERE J-Y. GEMPPM*** 

BUREAU J.C. CEGELY* 

CAMPAGNE J-P. PRISMA 

CAVAILLE J.Y. GEMPPM*** 

CHAMPAGNE J-Y. LMFA 

CHANTE J.P. CEGELY*- Composants de puissance et applications 

CHOCAT B. UNITE DE RECHERCHE EN GENIE CIVIL - Hydrologie urbaine 

COMBESCURE A. MECANIQUE DES CONTACTS 

COURBON GEMPPM 

COUSIN M. UNITE DE RECHERCHE EN GENIE CIVIL - Structures 

DAUMAS F. (Mme) CENTRE DE THERMIQUE DE LYON - Energétique et Thermique 

DJERAN-MAIGRE I. UNITE DE RECHERCHE EN GENIE CIVIL 

DOUTHEAU A. CHIMIE ORGANIQUE 

DUBUY-MASSARD N. ESCHIL 

DUFOUR R. MECANIQUE DES STRUCTURES 

DUPUY J.C. PHYSIQUE DE LA MATIERE 

EMPTOZ H. RECONNAISSANCE DE FORMES ET VISION 

ESNOUF C. GEMPPM*** 

EYRAUD L. (Prof. émérite) GENIE ELECTRIQUE ET FERROELECTRICITE 

FANTOZZI G. GEMPPM*** 

FAVREL J. PRODUCTIQUE ET INFORMATIQUE DES SYSTEMES MANUFACTURIERS 

FAYARD J.M. BIOLOGIE FONCTIONNELLE, INSECTES ET INTERACTIONS 

FAYET M. (Prof. émérite) MECANIQUE DES SOLIDES 

FAZEKAS A. GEMPPM 

FERRARIS-BESSO G. MECANIQUE DES STRUCTURES 

FLAMAND L. MECANIQUE DES CONTACTS 

FLEURY E. CITI 

4

Novembre 2003 

FLORY A. INGENIERIE DES SYSTEMES D’INFORMATIONS 

FOUGERES R. GEMPPM*** 

FOUQUET F. GEMPPM*** 

FRECON L. (Prof. émérite) REGROUPEMENT DES ENSEIGNANTS CHERCHEURS ISOLES 

GERARD J.F. INGENIERIE DES MATERIAUX POLYMERES 

GERMAIN P. LAEPSI**** 

GIMENEZ G. CREATIS** 

GOBIN P.F. (Prof. émérite) GEMPPM*** 

GONNARD P. GENIE ELECTRIQUE ET FERROELECTRICITE 

GONTRAND M. PHYSIQUE DE LA MATIERE 

GOUTTE R. (Prof. émérite) CREATIS** 

GOUJON L. GEMPPM*** 

GOURDON R. LAEPSI****. 

GRANGE G. (Prof. émérite) GENIE ELECTRIQUE ET FERROELECTRICITE 

GUENIN G. GEMPPM*** 

GUICHARDANT M. BIOCHIMIE ET PHARMACOLOGIE 

GUILLOT G. PHYSIQUE DE LA MATIERE 

GUINET A. PRODUCTIQUE ET INFORMATIQUE DES SYSTEMES MANUFACTURIERS 

GUYADER J.L. VIBRATIONS-ACOUSTIQUE 

GUYOMAR D. GENIE ELECTRIQUE ET FERROELECTRICITE 

HEIBIG A. MATHEMATIQUE APPLIQUEES DE LYON 

JACQUET-RICHARDET G. MECANIQUE DES STRUCTURES 

JAYET Y. GEMPPM*** 

JOLION J.M. RECONNAISSANCE DE FORMES ET VISION 

Novembre 2003 

JULLIEN J.F. UNITE DE RECHERCHE EN GENIE CIVIL - Structures 

JUTARD A. (Prof. émérite) AUTOMATIQUE INDUSTRIELLE 

KASTNER R. UNITE DE RECHERCHE EN GENIE CIVIL - Géotechnique 

KOULOUMDJIAN J. (Prof. émérite) INGENIERIE DES SYSTEMES D’INFORMATION 

LAGARDE M. BIOCHIMIE ET PHARMACOLOGIE 

LALANNE M. (Prof. émérite) MECANIQUE DES STRUCTURES 

LALLEMAND A. CENTRE DE THERMIQUE DE LYON - Energétique et thermique 

LALLEMAND M. (Mme) CENTRE DE THERMIQUE DE LYON - Energétique et thermique 

LAREAL P (Prof. émérite) UNITE DE RECHERCHE EN GENIE CIVIL - Géotechnique 

LAUGIER A. (Prof. émérite) PHYSIQUE DE LA MATIERE 

LAUGIER C. BIOCHIMIE ET PHARMACOLOGIE 

LAURINI R. INFORMATIQUE EN IMAGE ET SYSTEMES D’INFORMATION 

LEJEUNE P. UNITE MICROBIOLOGIE ET GENETIQUE 

LUBRECHT A. MECANIQUE DES CONTACTS 

MASSARD N. INTERACTION COLLABORATIVE TELEFORMATION TELEACTIVITE 

MAZILLE H. (Prof. émérite) PHYSICOCHIMIE INDUSTRIELLE 

MERLE P. GEMPPM*** 

MERLIN J. GEMPPM*** 

MIGNOTTE A. (Mle) INGENIERIE, INFORMATIQUE INDUSTRIELLE 

MILLET J.P. PHYSICOCHIMIE INDUSTRIELLE 

MIRAMOND M. UNITE DE RECHERCHE EN GENIE CIVIL - Hydrologie urbaine 

MOREL R. (Prof. émérite) MECANIQUE DES FLUIDES ET D’ACOUSTIQUES 

MOSZKOWICZ P. LAEPSI**** 

NARDON P. (Prof. émérite) BIOLOGIE FONCTIONNELLE, INSECTES ET INTERACTIONS 

NAVARRO Alain (Prof. émérite) LAEPSI**** 

NELIAS D. LAMCOS 

NIEL E. AUTOMATIQUE INDUSTRIELLE 

NORMAND B. GEMPPM 

NORTIER P. DREP 

ODET C. CREATIS** 

OTTERBEIN M. (Prof. émérite) LAEPSI**** 

PARIZET E. VIBRATIONS-ACOUSTIQUE 

5

Novembre 2003 

PASCAULT J.P. INGENIERIE DES MATERIAUX POLYMERES 

PAVIC G. VIBRATIONS-ACOUSTIQUE 

PECORARO S. GEMPPM 

PELLETIER J.M. GEMPPM*** 

PERA J. UNITE DE RECHERCHE EN GENIE CIVIL - Matériaux 

PERRIAT P. GEMPPM*** 

PERRIN J. INTERACTION COLLABORATIVE TELEFORMATION TELEACTIVITE 

PINARD P. (Prof. émérite) PHYSIQUE DE LA MATIERE 

PINON J.M. INGENIERIE DES SYSTEMES D’INFORMATION 

PONCET A. PHYSIQUE DE LA MATIERE 

POUSIN J. MODELISATION MATHEMATIQUE ET CALCUL SCIENTIFIQUE 

PREVOT P. INTERACTION COLLABORATIVE TELEFORMATION TELEACTIVITE 

PROST R. CREATIS** 

RAYNAUD M. CENTRE DE THERMIQUE DE LYON - Transferts Interfaces et Matériaux 

REDARCE H. AUTOMATIQUE INDUSTRIELLE 

RETIF J-M. CEGELY* 

REYNOUARD J.M. UNITE DE RECHERCHE EN GENIE CIVIL - Structures 

RICHARD C. LGEF 

RIGAL J.F. MECANIQUE DES SOLIDES 

RIEUTORD E. (Prof. émérite) MECANIQUE DES FLUIDES 

ROBERT-BAUDOUY J. (Mme) (Prof. émérite) GENETIQUE MOLECULAIRE DES MICROORGANISMES 

ROUBY D. GEMPPM*** 

ROUX J.J. CENTRE DE THERMIQUE DE LYON – Thermique de l’Habitat 

RUBEL P. INGENIERIE DES SYSTEMES D’INFORMATION 

SACADURA J.F. CENTRE DE THERMIQUE DE LYON - Transferts Interfaces et Matériaux 

SAUTEREAU H. INGENIERIE DES MATERIAUX POLYMERES 

SCAVARDA S. (Prof. émérite) AUTOMATIQUE INDUSTRIELLE 

SOUIFI A. PHYSIQUE DE LA MATIERE 

SOUROUILLE J.L. INGENIERIE INFORMATIQUE INDUSTRIELLE 

THOMASSET D. AUTOMATIQUE INDUSTRIELLE 

THUDEROZ C. ESCHIL – Equipe Sciences Humaines de l’Insa de Lyon 

UBEDA S. CENTRE D’INNOV. EN TELECOM ET INTEGRATION DE SERVICES 

VELEX P. MECANIQUE DES CONTACTS 

VERMANDE P. (Prof émérite) LAEPSI 

VIGIER G. GEMPPM*** 

VINCENT A. GEMPPM*** 

VRAY D. CREATIS** 

VUILLERMOZ P.L. (Prof. émérite) PHYSIQUE DE LA MATIERE 

Directeurs de recherche C.N.R.S. : 

BERTHIER Y. MECANIQUE DES CONTACTS 

CONDEMINE G. UNITE MICROBIOLOGIE ET GENETIQUE 

COTTE-PATAT N. (Mme) UNITE MICROBIOLOGIE ET GENETIQUE 

ESCUDIE D. (Mme) CENTRE DE THERMIQUE DE LYON 

FRANCIOSI P. GEMPPM*** 

MANDRAND M.A. (Mme) UNITE MICROBIOLOGIE ET GENETIQUE 

POUSIN G. BIOLOGIE ET PHARMACOLOGIE 

ROCHE A. INGENIERIE DES MATERIAUX POLYMERES 

SEGUELA A. GEMPPM*** 

VERGNE P. LaMcos 

Directeurs de recherche I.N.R.A. : 

FEBVAY G. BIOLOGIE FONCTIONNELLE, INSECTES ET INTERACTIONS 

GRENIER S. BIOLOGIE FONCTIONNELLE, INSECTES ET INTERACTIONS 

RAHBE Y. 

Directeurs de recherche I.N.S.E.R.M. : 

BIOLOGIE FONCTIONNELLE, INSECTES ET INTERACTIONS 

KOBAYASHI T. PLM 

PRIGENT A.F. (Mme) BIOLOGIE ET PHARMACOLOGIE 

6

Novembre 2003 

MAGNIN I. (Mme) CREATIS** 

* CEGELY CENTRE DE GENIE ELECTRIQUE DE LYON 

** CREATIS CENTRE DE RECHERCHE ET D’APPLICATIONS EN TRAITEMENT DE L’IMAGE ET DU SIGNAL 

***GEMPPM GROUPE D'ETUDE METALLURGIE PHYSIQUE ET PHYSIQUE DES MATERIAUX 

****LAEPSI LABORATOIRE D’ANALYSE ENVIRONNEMENTALE DES PROCEDES ET SYSTEMES INDUSTRIELS 

7

Remerciements 

En tout premier lieu, j'exprime ma reconnaissance à Christophe PASCUAL pour avoir soutenu 

ma candidature en thèse et pour m’avoir guidé, aidé et fait confiance pendant ces trois ans. Sa 

rigueur et de ses qualités scientifiques et techniques furent une grande source d’inspiration 

pour moi. 

J'exprime également ma reconnaissance au professeur Pierre MOSZKOWICZ pour m'avoir 

accueilli au sein du Laboratoire d'Analyse Environnementale des Procédés et Systèmes 

Industriels (LAEPSI), dont il est le directeur. 

Je remercie les professeurs Peter LANG et Guy MATEJKA, pour avoir accepté d’être les 

rapporteurs et de juger mon travail de thèse. 

Je remercie Monsieur Olivier GREZE (société Novergie) d’avoir participé au jury de cette 

thèse. 

Je remercie Patrick GERMAIN, mon directeur de thèse, pour son aide immense, pour son 

sérieux, sa rigueur, pour ses idées, pour sa présence continue tout au long de ce travail. 

Je remercie Belkacem BENADDA, également mon directeur de thèse, pour sa confiance, pour 

les orientations qu’il m’a données tout au long de ces trois années et pour son soutient. 

Je remercie Gaëlle, pour sa contribution à ce travail, pour sa patience, sa rigueur et sa grande 

aide. 

Je pense aussi à Christian GOUIN sans lequel mon travail de terrain n’aurait pas pu aboutir 

dans de si bonnes conditions. Je lui dis un grand, grand MERCI ! 

Pour ces mêmes raisons je remercie Régis TUTAK, Nathalie BARBAR, Ludovic FINE 

(CNRS) Raphaël ECOIFFIER et Nathalie ROUSSEL, qui m’ont aussi énormément aidés. 

Toute ma gratitude à l’équipe de ELYO-Cylergie, pour l’accueil qu’elle m’a fait et ses 

encouragements tout au long de ces trois ans. Je remercie Sylvie pour sa touche « artistique » 

apporté au document. 

Mes pensées pleines amitié à tous mes amis du labo qui m’ont fait oublier que j’étais si loin de 

chez moi. Pour ne pas oublier certains je ne donne pas de noms, mais ils se reconnaîtront. 

Je pense très affectueusement à mes anciens collègues de bureau et à mes anciens amis d’ici, 

qui sont loin maintenant. 

Et encore merci a tous ceux qui, de loin ou de près m’ont toujours soutenus. Je pense à toi 

aussi, Céline 

9

En fin, je dédie ce travail à mes parents en témoignage de ma profonde affection et mon 

éternelle reconnaissance pour les sacrifices sentimentaux qu’ils ont consentis, une fois mon 

départ. 

10

11 

A Andreea, 

A mes parents

Résumé 

L’évolution de nos sociétés, et en particulier des modes de consommation associés, conduit à 

une augmentation constante du gisement de déchets, en particulier en provenance des 

ménages. 

Malgré une volonté politique de favoriser le tri/recyclage des ordures ménagères, une grande 

partie de ces dernières est éliminée au sein de deux filières : le stockage en centre 

d’enfouissement technique et l’incinération. Le stockage en conditions anaérobies, conduit à la 

formation de biogaz de décharge qui contient une proportion de méthane permettant sa 

valorisation énergétique, mais également des composés à l’état de traces (sulfures, composés 

organiques volatils) malodorants, corrosifs, agressifs, et nuisibles à l’environnement. 

L’incinération, quant à elle, génère des sous-produits solides, en particulier des mâchefers 

d’incinération d’ordures ménagères (MIOM), qu’il faut à leur tour stocker ou valoriser après 

traitement. 

Notre étude porte sur une nouvelle voie de valorisation des mâchefers : l’épuration du biogaz 

de décharge. Dans ce contexte, une expérimentation de taille pilote a été conçue et utilisée sur 

le site du centre d’enfouissement technique de Roche la Molière (département 42). Cette 

installation a permis de tester le potentiel épuratoire d’un mâchefer provenant de l’usine 

d’incinération de Lyon-Nord (département 69), sur du biogaz réel. Le suivi analytique par 

chromatographie en phase gazeuse a porté principalement sur les composés soufrés (sulfure 

d’hydrogène, mercaptans), mais également sur quelques composés organiques volatils 

majoritaires. Des études de désorption thermique ont par ailleurs été réalisées en laboratoire. 

Les résultats montrent que les mâchefers présentent des capacités épuratoires significatives, en 

particulier vis-à-vis des composés soufrés qui se trouvent ainsi minéralisés après réaction 

chimique. La quantification du potentiel épuratoire du mâchefer a permis un dimensionnement 

à l’échelle du terrain et a conduit à une proposition de leur utilisation au sein d’une décharge 

pour un traitement in situ du biogaz. 

Mots-Clés : MIOM – biogaz – valorisation – incinération – épuration – nuisances olfactives – 

composés soufrés – composés organiques volatils – chromatographie – centre d'enfouissement 

technique. 

13 

Daniela TIRNOVEANU RADU - Thèse en Science et Techniques du déchet/2004 

Institut National des Sciences Appliquées de Lyon

Abstract 

The evolution of our societies, and specifically the associated trends in consumer consumption, 

have led to a continual increase in waste production, and particularly household waste. 

Despite a strong political will to develop source separation and recycling of household waste, 

the majority of this waste stream is disposed of by two main techniques : storage in engineered 

landfills and incineration. Storage in anaerobic conditions, leads to the formation of landfill 

biogas which contains sufficient methane for combustion and energy recovery, but also 

contains compounds (sulphides, volatile organic compounds) in trace amounts which produce 

olfactory nuisances and are corrosive, aggressive and hazardous to the environment. As for 

incineration, it produces solid wastes and in particular bottom ash which needs to be stored or 

reused after treatment. 

Our study focuses on a new way of reusing incinerator bottom ash, notably for the purification 

of landfill biogas. As part of this study, a pilot test unit was developed and operated at the 

Roche la Molière engineered landfill (department 42). The purification potential of bottom ash 

from the North-Lyon (department 69) incineration plant was tested on real landfill biogas 

using this pilot test unit. The gas phase chromatography analysis was mainly used to measure 

sulphur based compounds (hydrogen sulfide and mercaptans), but was also used to measure 

the main volatile organic compounds. Thermal desorption studies were also completed in the 

laboratory. The results show that the incinerator bottom ash presents significant purification 

potential and in particular with regards to the sulphur compounds which are mineralised by 

way of chemical reactions. The quantification of the purification potential of the incinerator 

bottom ash allowed for full scale dimensioning and the validation of their use directly within 

the landfill for in situ biogas treatment. 

Keys Words : MSWI – biogas –valorisation – incineration – purification – olfactory nuisances 

- sulfurated compounds – volatil organic compounds – chromatography – landfill. 

14 



Abréviations 

ADEME : Agence De l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie 

AFNOR : Association Française de Normalisation 

BRGM : Bureau de Récherches Géologiques et Minières 

BTP : Bâtiment Travaux Publics 

CET : Centre d’Enfouissement Technique 

CIT : Carbone Inorganique Total 

COT : Carbone Organique Total 

DIB : Déchets Industriels Banals 

DMA : Déchets Ménagers et Assimilés 

DRIRE : Directions Régionales de l’Industrie, de la Recherche et de l’Environnement 

GC-MS : Chromatographie en phase Gazeuse couplée avec la Spectrométrie de Masse 

(Gas Chromatograhy - Mass Spectrometry Detection) 

IME : Installation de Maturation et d'Elaboration 

ITOM : Installations de Traitement des Ordures Ménagères et assimilés 

LAEPSI : Laboratoire d’Analyse Environnementale des Procédés et des Systèmes 

Industriels 

M : Maturable 

MIOM : Mâchefer d’Incinération d’Ordures Ménagères 

MS : Matière Sèche 

OM : Ordures Ménagères 

PCI : Pouvoir Calorifique Inférieur 

PF : Perte au feu 

REFIOM : Résidu d’Epuration des Fumées d’Incinération d’Ordures Ménagères 

S : Stockable 

SARM : Service d’Analyse des Roches et Minéraux 

STEP : STation d’EPuration 

TP : Travaux Publics 

UIOM : Usine d’Incinération d’Ordures Ménagères 

V : Valorisable 

15 



Sommaire Général 

17

SOMMAIRE 

RESUME……………………………………………………………………………………...13 

ABSTRACT…………………………………………………………………………………..14 

ABRÉVIATIONS…………………………………………………………………………….15 

CHAPITRE 1 : ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE 

REMERCIEMENTS………………………………………………………………………….9 

RÉSUMÉ……………………………………………………………………………………...13 

ABSTRACT…………………………………………………………………………………..14 

ABRÉVIATIONS…………………………………………………………………………….15 

INTRODUCTION GÉNÉRALE…………………………………………………………….27 

1.1. LES DÉCHETS MÉNAGERS ET ASSIMILÉS...................................................................... 31 

1.1.1. La composition des déchets ménagers……………………………………………...32 

1.1.2. La production de déchets ménagers………………………………………………..33 

1.1.2.1. Les déchets ménagers en France............................................................................... 33 

1.1.2.2. La situation à l’étranger ............................................................................................ 35 

1.1.3. Le contexte réglementaire…………………………………………………………..36 

1.1.4. Les filières de valorisation et élimination des déchets ménagers…………………37 

1.1.4.1. La situation en France............................................................................................... 37 

1.1.4.2. La situation dans le monde ....................................................................................... 40 

1.1.4.3. Les modes de traitement et valorisation des déchets ................................................ 41 

1.1.4.4. Bilan.......................................................................................................................... 46 

1.2. LE BIOGAZ DE DÉCHARGE............................................................................................. 47 

1.2.1. Biodégradation des déchets ménagers dans un centre d’enfouissement technique. 

Généralités……………………………………………………………………………………47 

1.2.1.1. Biodégradation des déchets ménagers ...................................................................... 47 

1.2.1.2. Facteurs influençant le processus de biodégradation de déchets .............................. 50 

1.2.2. Les ressources de biogaz en Europe………………………………………………..51 

1.2.3. Composition et caractéristiques du biogaz de décharge………………………….52 

1.2.3.1. Composition moyenne du biogaz.............................................................................. 53 

1.2.3.2. Propriétés physico-chimiques du biogaz .................................................................. 54 

1.2.3.3. Nuisances et risques pour la santé associés au biogaz.............................................. 55 

1.2.4. La valorisation du biogaz…………………………………………………………...56 

1.2.4.1. Cadre réglementaire.................................................................................................. 57 

1.2.4.2. Modes de valorisation du biogaz .............................................................................. 58 

1.2.4.3. Perspectives d’évolution ........................................................................................... 59 

19 



1.2.5. Récupération du biogaz……………………………………………………………..60 

1.2.6. Les techniques d’épuration du biogaz……………………………………………..61 

1.2.7. Bilan..............................................................................................................................62 

1.3. LES MÂCHEFERS D’INCINÉRATION D’ORDURES MÉNAGERES .................................. 63 

1.3.1. Vision globale sur le processus d’incinération.........................................................63 

1.3.2. Contexte réglementaire……………………………………………………………..65 

1.3.3. Le gisement de mâchefers en France………………………………………………67 

1.3.4. Caractéristiques des mâchefers d’incinération d’ordures ménagères…………...68 

1.3.4.1. Caractéristiques physiques des mâchefers ................................................................ 68 

1.3.4.2. Composition minéralogique des mâchefers .............................................................. 70 

1.3.4.3. Caractéristiques chimiques des mâchefers................................................................ 73 

1.3.4.4. Comportement à la lixiviation des mâchefers – Impact environnemental................ 75 

1.3.4.5. Propriétés d’adsorption des mâchefers ..................................................................... 77 

1.3.5. Traitement et élaboration des mâchefers avant valorisation……………………..77 

1.3.5.1. Maturation................................................................................................................. 78 

1.3.5.2. Elaboration................................................................................................................ 81 

1.3.6. La valorisation des MIOM en France……………………………………………...81 

1.3.7. Bilan…………………………………………………………………………………..83 

CHAPITRE 2 : CONTEXTE DE L’EXPERIMENTATION SUR SITE 

2.1. NTRODUCTION……………………………………………………………………..89 

2.2. DESCRIPTION DU SITE……………..……………………………………………..89 

2.2.1. Caractéristiques générales………………………………………………………….89 

2.2.1.1. Les déchets, réception et stockage…………………………………………………….90 

2.2.1.2. Les lixiviats…………………………………………………………………………...91 

2.2.1.3. Le biogaz : récupération, traitement et valorisation…………………………………...91 

2.2.2. Caractéristiques de la centrale de valorisation énergétique ……………………….92 

2.3. CARACTÉRISTIQUES DE L’INSTALLATION PILOTE………………..………93 

2.3.1. Raccordement de l’installation au réseau de biogaz ………………………………93 

2.3.2. Le réacteur pilote et son environnement …………………………………………...95 

2.3.3. Mâchefer utilisé……………………………………………………………………...98 

2.3.3.1. Provenance et prélèvement …………………………………………………………98 

2.3.3.2. Conditionnement avant manipulations……………………………………………..99 

2.3.4. Bilan…………………………………………………………………………………100 

CHAPITRE 3 : SUIVI ANALYTIQUE : MATERIEL, METHODES ET 

RESULTATS 

3.1. INTRODUCTION……..……………………………………………………….……105 

20 



3.2. LES TECHNIQUES ANALYTIQUES 

UTILISEES…………………………………………………….……………………………105 

3.2.1. Analyses effectuées sur le mâchefer………………………………………………105 

3.2.1.1. Test de lixiviation…………………………………………………………………105 

3.2.1.2. Tests complémentaires …………………………………………………………….106 

3.2.2. Analyses effectuées sur le biogaz …………………………………………….………107 

3.2.2.1. La chromatographie en phase gazeuse ……………………………………………..107 

3.2.2.2.Détection par spectrométrie de masse ………………………………………………..111 

3.2.2.3.Le couplage µGC/MS …………………………………………………...……………113 

3.2.3. Les paramètres d’analyses ……………………………………………...……………113 

3.2.3.1. Paramètres des analyses chromatographiques ……………………………………..113 

3.2.3.2. Etalonnage………………………………………………………………………….114 

3.2.3.3. Calcul de la concentration du composant « cible » ………………………………...114 

3.2.3.4. Calcul du débit volumique et massique instantané du composant « cible » ……….115 

3.2.3.5. Calcul de la masse cumulée du composant « cible » ………………………………115 

3.3. CARACTERISTIQUES DU MACHEFER ET DU BIOGAZ 

UTILISE……………………………………………………………………………..………116 

3.3.1. Caractéristiques physico-chimiques du mâchefer……………………………….116 

3.3.1.1. Contenu élémentaire du mâchefer………………………………………………...116 

3.3.1.2. Test de lixiviation…………………………………………………………………118 

3.3.2. Le biogaz ……………………………………………………………………………119 

3.3.3. Désorption thermique du mâchefer en fin d’essais………………………………120 

3.4.BILAN…………………………………………………………………..……………….121 

CHAPITRE 4 : SUIVI DE LA RETENTION DES COMPOSES SOUFRES PAR LE 

MACHEFER 

4.1. INTRODUCTION……………………………………………………………….……..127 

4.2. MISE AU POINT DES PROTOCOLES EXPERIMENTAUX…………………...127 

4.2.1. Objectif des tests préliminaires ……………………………………………………128 

4.2.2. Exemples d’expérimentations réalisées …………………………………………...128 

4.2.2.1. Fluctuation de la température du gaz entrant………………………………………128 

4.2.2.2. Fluctuation de la composition du gaz entrant dans le pilote………………………129 

4.2.2.3. Suivi de l’adsorption d’H2S en discontinu………………………………………...130 

4.2.3. Conditions générales de conduite des manipulations……………………………131 

4.2.4. Bilan et remarques générales sur les paramètres influant………………………132 

4.3. MANIPULATIONS CONCERNANT L’ETUDE DE LA RETENTION D’H2S ET 

DE MERCAPTANS PAR LE MIOM……………………………………………..134 

4.3.1. Suivi de la rétention d’H2S par le mâchefer………………………………………...134 

4.3.1.1. Manipulation 1 (à débit élevé)……………………………………………………..135 

4.3.1.2. Manipulation 2 (à débit réduit) ……………………………………………………136 

4.3.1.3. Manipulation 3 (jusqu’à la saturation du mâchefer)……………………………….137 

21 



4.3.1.4. Comparatif des résultats obtenus …………………………………………………..139 

4.3.1.5. Bilan………………………………………………………………………………..140 

4.3.2. Suivi de la rétention des mercaptans par le mâchefer…………………………...142 

4.3.2.1. Manipulation 4…………………………………………………………………….142 

4.3.2.2. Comparaison des résultats …………………………………………………………145 

4.3.2.3. Bilan……………………………………………………………………………….147 

4.4. PERFORMANCES D’UN MELANGE MIOM-COKE (10 %) POUR LA 

RETENTION DES COMPOSES SOUFRES……………………………………….148 

4.5. BILAN SCIENTIFIQUE ET DISCUSSIONS………………………………………151 

4.5.1. Bilan matière sur le soufre………………………………………………………...151 

4.5.2. Données physico-chimiques concernant les composés soufrés étudiés ………….154 

4.5.3. Interprétations et hypothèses concernant les mécanismes mis en jeu…………..155 

4.5.3.1. Hydrogène sulfuré (H2S)…………………………………………………………..155 

4.5.3.2. Méthylmercaptan et di-méthylmercaptan (CH3-SH et CH3-S-CH3)………………156 

4.5.4. Autres remarques déduites des expériences…………………………………………156 

4.5.5. Conclusions…………………………………………………………………………..157 

CHAPITRE 5 : MANIPULATIONS COMPLEMENTAIRES 

5.1. INTRODUCTION…………………………………………………………………….163 

5.2. MANIPULATIONS CONCERNANT L’ETUDE DE LA CAPACITE DE 

RETENTION DES COMPOSES ORGANIQUES VOLATILS PAR LE MACHEFER164 

5.2.1. Procédure expérimentale…………………………………………………………...165 

5.2.1.1. Analyses en discontinu (manipulation 10)…………………………………………165 

5.2.1.2. Analyses en continu sur le site (manipulation 11)…………………………………165 

5.2.1.3. Précisions sur les conditions expérimentales ………………………………………165 

5.2.1.4. Commentaires sur la présentation des résultats ……………………………………166 

5.2.2.Résultats…………………………………………………………………………….....167 

5.2.2.1. Suivi de la rétention du dichlorométhane par le mâchefer………………………...167 

5.2.2.2. Suivi de la rétention du chloroéthène par le mâchefer……………………………..169 

5.2.2.3. Suivi de la rétention de l’éthanol par le mâchefer…………………………………170 

5.2.2.4. Suivi de la rétention du butane…………………………………………………….171 

5.2.2.5. Résultats pour l’ensemble des COV suivis ………………………………………...174 

5.2.3.Conclusions……………………………………………………………………………176 

5.3. ETUDE DES INTERACTIONS MIOM - CH4 ET MIOM - CO2 …………………176 

5.3.1. Interactions mâchefer – CH4 ……………………………………………………….176 

5.3.2. Interactions mâchefer – CO2 ……………………………………………………….176 

5.4. ETUDE DE LA DESORPTION THERMIQUE……………………………………179 

5.4.1. Objectif……………………………………………………………………………...179 

5.4.2. Manipulation de désorption thermique par palier de températures…………...179 

5.4.3. Manipulation de désorption thermique en continu……………………………...180 

5.4.4 Résultats de désorption…………………………………………………………….180 

5.4.5. Conclusions ………………………………………………………………………….183 

22 



CHAPITRE 6 : TRANSFERT DES RESULTATS A L’ECHELLE DU TERRAIN 

6.1. INTRODUCTION…………………………………………………………………….189 

6.2. QUELQUES CARACTERISTIQUES DES CENTRES D’ENFOUISSEMENT 

TECHNIQUE………………………………………………………………………………..190 

6.3. HYPOTHESES ET CALCUL DE DIMENSIONNEMENT A L’ECHELLE D’UNE 

ALVEOLE D’ENFOUISSEMENT………………………………………………………...191 

6.3.1. Base de calculs……………………………………………………………………...191 

6.3.2. Dimensionnement obtenu par calcul pour différents composés du biogaz ……..192 

6.4. HYPOTHÈSES ET CALCUL DE DIMENSIONNEMENT A PARTIR DES 

RÉSULTATS À L’ECHELLE PILOTE…………………………………………………..193 

6.5. IMPACT PRÉVISIBLE SUR UN CENTRE D’ENFOUISSEMENT TECHNIQUE 

………………………………………………………………………………………………..195 

6.6. REFLEXIONS SUR LE DIMENSIONNEMENT ET L’APPROVISIONNEMENT 

EN MACHEFER……………………………………………………………………………196 

6.7. BILAN…………………………………………………………………………………197 

CONCLUSION GENERALE………………………………………………………………201 

ANNEXES…………………………………………………………………………………...205 

LISTE DES FIGURES ET DES TABLEAUX……………………………………………233 

BIBLIOGRAPHIE………………………………………………………………………….239 

23 



Introduction Générale 

25

Introduction Générale 

27 


Institut National des Sciences Appliquées de Lyon 

Introduction générale 

La prise en compte de l’environnement dans les politiques et les stratégies de développement, 

peut être considérée comme l’un des faits majeurs des réflexions et initiatives des dernières 

années, sur le devenir des sociétés. Ainsi, aujourd'hui plus que jamais, la gestion des déchets 

est devenue un axe prioritaire de la politique environnementale de la France. 

La connaissance des déchets ménagers, industriels et agricoles, leur gestion, traitement et 

valorisation représentent incontestablement des paramètres importants du développement d’un 

pays. 

Actuellement, chaque français produit plus d’1 kg d’ordures ménagères par jour, chiffre qui ne 

cesse d’augmenter. 

En France, la loi « déchets » du 13 juillet 1992, théoriquement entrée en vigueur le 1 er juillet 

2002, devrait à terme limiter l’utilisation des Centres d’Enfouissement Technique (CET) au 

stockage des seuls déchets « ultimes ». Néanmoins, à l’heure actuelle, fin 2004, cet objectif est 

loin d’être atteint. Ce sont encore près de la moitié des déchets ménagers qui sont stockés en 

décharges contrôlées. L’enfouissement de ces déchets, en conditions anaérobies, génère un 

gaz, communément appelé biogaz de décharge. Une tonne d'ordures ménagères produit de 

120 à 150 m 3 de biogaz pendant sa fermentation. 

Non traité, ce biogaz contribue à l'effet de serre du fait de ses fortes teneurs en méthane et en 

dioxyde de carbone. Sa production et ses émissions dans l'atmosphère peuvent durer jusqu'à 30 

ans après la fermeture d'une décharge. 

De plus, le biogaz contient des composés à l’état de traces (sulfures, composés organiques 

volatils, etc.) malodorants qui sont responsables d'une partie des nuisances causées par les 

CET. Enfin, c'est un gaz combustible et explosif, déjà à l'origine de plusieurs accidents. 

Cependant, ce biogaz peut être considéré comme une source d’énergie grâce au méthane qu’il 

contient. Sa combustion : 

dans des groupes électrogènes à moteur thermique, génère de l’électricité consommée sur 

site ou réinjectée sur le réseau, 

dans des brûleurs à gaz, génère de la chaleur utile pour alimenter par exemple des 

installations de séchage de fourrages ou des lixiviats. 

La collecte du biogaz par réseau de captage et sa valorisation constituent l’une des techniques 

de traitement et de dépollution les plus pertinentes [ADEME, 2000]. 

La seconde voie de traitement des ordures ménagères (environ 40 %) en France est représentée 

par la filière incinération, souvent combinée à une valorisation matière en amont (collecte 

sélective). Les procédés mis en œuvre dans les Usines d’Incinération d’Ordures Ménagères 

(UIOM) conduisent à la production d’effluents gazeux qui sont traités, mais également de 

résidus solides dont le plus important, en quantité, est le Mâchefer d’Incinération d’Ordures 

Ménagères (MIOM). Le flux annuel de mâchefers produits par les incinérateurs français est 

de l’ordre de 3,5 millions tonnes. Ce gisement est actuellement en partie valorisé, sous réserves 

réglementaires, dans le domaine des travaux publiques (TP) en remplacement de granulats 

naturels. 

Cette étude est consacrée à l'exploration de la possibilité d'utilisation du mâchefer 

d’incinération d’ordures ménagères comme « filtre » pour les principaux composés pénalisants 

du biogaz de décharge. Elle a fait l’objet d’une Convention Industrielle de Formation par la 

Recherche (CIFRE) entre le groupe ELYO et le Laboratoire d’Analyse Environnementale des

28 



Introduction générale 

Procédés et des Systèmes Industriels (LAEPSI) de l’INSA de Lyon, via l’Association 

Nationale de la Recherche Technique (ANRT). L'objectif principal est donc d’expérimenter 

une nouvelle voie de valorisation des mâchefers. Il s’agit d’utiliser certaines de leurs propriétés 

(adsorption et/ou absorption, réactivité chimique, etc.) pour épurer le biogaz produit par la 

fermentation anaérobie des matières organiques lorsque les ordures ménagères sont stockées 

en centre d’enfouissement technique. 

L’intérêt de cette étude est donc de coupler le traitement du biogaz à la valorisation des 

mâchefers. 

Cette épuration a un intérêt dans deux configurations : 

quand on veut limiter l’impact des fuites de biogaz à la surface des alvéoles, 

pour épurer le biogaz afin de faciliter sa valorisation énergétique. 

L’objectif général de ce travail de thèse est de quantifier la capacité épuratoire du mâchefer 

dans des conditions assez proches de la réalité, c'est à dire sur du biogaz réel prélevé dans le 

réseau de collecte d'un CET. 

Les quantités de mâchefers utilisées ont dû être relativement importantes de façon à avoir un 

échantillon représentatif. Cela permet de ne pas ajouter d'opérations de préparation 

particulières du mâchefer après leur sortie de l’usine d’incinération (criblage, broyage) et de 

rester ainsi le plus proche possible des conditions futures d'utilisation. 

Le premier chapitre du document comporte une étude bibliographique portant sur quelques 

notions fondamentales concernant les ordures ménagères (caractérisation, dégradation, 

valorisation actuelle, etc.), sur le biogaz de décharge (production, composition, valorisation, 

etc.) et sur quelques propriétés des résidus d’incinération d’ordures ménagères et leur 

valorisation actuelle. 

Après une brève description du centre d’enfouissement technique de Roche la Molière (42) où 

nos travaux se sont déroulés, le second chapitre présente l’ensemble de l’installation pilote et 

son environnement, ainsi que le descriptif de son fonctionnement. L’origine et les conditions 

de prélèvement du mâchefer utilisé y sont également décrites. 

Le chapitre 3 est consacré, dans un premier temps, aux caractéristiques principales des 

mâchefers utilisés comme charge filtrante du biogaz. Les méthodes analytiques, 

essentiellement chromatographiques, qui nous ont permis de suivre les taux de rétention de 

quelques constituants « cible » du biogaz sont présentées, de même que les méthodes de calcul 

associées. 

La mise au point des protocoles expérimentaux sur le site est détaillée en début de chapitre 4, 

la suite étant consacrée aux expérimentations de longue durée qui ont permis d’évaluer le 

potentiel épuratoire des mâchefers vis-à-vis des composés soufrés. Les résultats sont 

également utilisés pour fournir des hypothèses quant aux mécanismes physico-chimiques mis 

en jeu dans les interactions biogaz-mâchefer. Quelques manipulations ont également été 

réalisées avec des mélanges mâchefer-coke. 

Des manipulations complémentaires sont discutées et commentées dans le 5 ème chapitre. Elles 

concernent, de façon plus qualitative, les interactions entre le mâchefer et certains composés 

organiques volatils (COV) contenus dans le biogaz. L’impact des mâchefers sur les composés 

majoritaires du biogaz : le méthane et le gaz carbonique, est également précisé. En fin de 

chapitre 5, nous décrivons les expériences de désorption thermique d’un mâchefer ayant été 

mis en contact avec le biogaz et les résultats associés. 

Le dernier chapitre est consacré à une extrapolation de nos résultats à l’échelle du terrain. Les 

calculs et réflexions pratiques permettent de préciser concrètement les conditions 

d’applicabilité du procédé au sein même d’une décharge d’ordures ménagères. 

Enfin, la conclusion permettra de positionner le travail effectué par rapport aux objectifs, à la 

fois scientifiques et appliqués, définis par notre partenaire socio-économique.

Chapitre 1 

Etude Bibliographique 

29

1 

ETUDE 

BIBLIOGRAPHIQUE 

1.1. Les déchets ménagers et assimilés 

31 



Chapitre 1 - Bibliographie 

Avant d’aborder les problématiques relatives aux Mâchefers d’Incinération d’Ordures 

Ménagères (MIOM) et au biogaz produit par les décharges, il est important de faire une 

succincte présentation des déchets ménagers et assimilés et de leur mode de traitement. 

Les déchets ménagers et assimilés (DMA) sont ceux produits par les ménages y compris les 

déchets dits "occasionnels" tels que les encombrants, les déchets verts et les déchets de 

bricolage. Ce sont également les déchets industriels banals produits par les artisans, les 

commerçants et les activités diverses de service, collectés en mélange avec les déchets des 

ménages [ADEME (a), 2003, Prévot H., 2000]. 

La responsabilité de la collecte et du traitement des déchets ménagers et assimilés revient 

aujourd’hui à la commune ou à la collectivité locale [FNADE 1 (a), 2003], mais la situation n’a 

pas toujours été celle-ci. Nous savons que les déchets sont un indicateur de l’évolution de nos 

sociétés, le reflet de chaque civilisation. Les restes que nos ancêtres préhistoriques 

abandonnaient à l’endroit où ils consommaient leurs repas, ont permis aux archéologues de 

tirer des conclusions sur le degré d’évolution sociale, artistique et technique des populations. 

C’est en Grèce qu’a été mis en place le premier système d’enlèvement des ordures. Au Moyen 

Age, on jetait encore tout à la rue et, vers 1870, il devint interdit de jeter par les fenêtres les 

ordures des foyers. En 1884, le préfet de la Seine, Eugène POUBELLE signa un premier arrêté 

concernant la récupération des ordures avec un véhicule et fixa les dimensions des récipients à 

ordures [http://www.cité-sciences.fr, 2003]. 

A cause de l’urbanisation, de l’industrialisation et de la multiplication des produits de grande 

consommation et des emballages, la production de déchets augmente de 2 % par an à partir des 

années 1970. En 2001, on produisait en France environ 450 kg de DMA par habitant et par an. 

Jusqu'à il y a encore dix ans, le particulier ne se souciait pas de ses ordures, une fois jetées 

dans sa poubelle. Alors, brûlées ou mises en décharge, elles n'étaient pas l'objet d'autant de 

préoccupations et de débats, jusqu'au jour où les usines d'incinération et les décharges sont 

1 Fédération Nationale des Activités de la Dépollution et de l'Environnement

32 




arrivées à saturation et furent suspectées de pollution. Le déchet est finalement une fatalité dès 

lors qu’on ambitionne de produire et de consommer ; il est une conséquence de notre mode de 

vie et sa composition dépend des nombreux facteurs sociétaux. La rudologie, science des 

déchets, est une approche pluridisciplinaire d’un phénomène de dimension planétaire. Le 

déchet est défini dès lors, comme le résidu d’un processus de production, de transformation ou 

d’utilisation, comme toute substance, matériau, produit ou plus généralement tout bien, meuble 

abandonné ou que le détenteur destine à l’abandon. 

Pour éliminer ces déchets dans les meilleures conditions et parer à leur augmentation, une loi 

française a été votée en 1992 et qui sera présentée dans le § 1.1.4. 

Tout au long de ce document, les déchets ménagers et assimilés seront notés simplement 

déchets ménagers. 

Par la suite, nous allons détailler les informations concernant la composition, la production, et 

les modes de traitement des déchets ménagers en France et dans le monde. 

Il faut préciser que les données qui vont être fournies proviennent d’études statistiques 

réalisées par divers organismes. En conséquence, ces études statistiques ne sont pas réalisées 

de façon régulière et les données peuvent différer d’une source à l’autre. 

1.1.1. La composition des déchets ménagers 

Le gisement d’ordures ménagères pouvant être admis en « décharge en tant que déchets 

ménagers » a une composition assez diverse et varie en fonction de nombreux 

facteurs [Delineau T., 2000] : 

Le type d’habitat (résidentiel ou urbain), 

La saison (tonte de gazon au printemps, feuilles mortes à l’automne, coquilles d’huîtres et 

papiers d’emballage à Noël) et les jours de la semaine (déchets de jardin après le weekend, 

etc.), 

La géographie : à l’échelle d’une région et d’un pays (alimentation et habitudes 

différentes), 

La réglementation locale et/ou nationale par rapport aux types de déchets admis : déchets 

ménagers, boues, déchets industriels banals, 

Les méthodes de gestion des déchets (collectes sélectives, tri préalable des déchets 

ménagers spéciaux, des déchets verts, admission de déchets industriels, etc.). 

La composition des déchets ménagers évolue également en fonction du temps : en quelques 

années, la composition des déchets a évolué (de plus en plus de déchets d’emballages par 

exemple, modification des produits eux-mêmes : piles, emballages, ordinateurs). Les 

décharges actuelles ne reçoivent plus les mêmes déchets qu’il y a 10 ou 20 ans. 

Parallèlement à la composition, certaines caractéristiques comme l’humidité initiale et la 

distribution granulométrique des déchets vont déterminer : 

le comportement hydraulique des déchets dans la décharge : capacité d’emmagasinement 

de l’eau (rôle des matériaux à base de papier), écoulement de l’eau, 

leur biodégradabilité : influence sur la production et la composition du biogaz, la 

composition des lixiviats, 

la cinétique et l’amplitude des tassements, 

la stabilité mécanique des déchets. 

En dépit de cette variabilité des apports, le contenu organique biodégradable des déchets 

placés en décharge conserverait des propriétés assez constantes [El-Fadel et al., 1996].

33 




Une composition moyenne des ordures ménagères en France en 2000, nous est fournie par 

l’ADEME et est présentée sur la figure 1. 

Figure 1 : Composition moyenne des ordures ménagères en France 

Il est à noter que les déchets putrescibles (ou fermentescibles) représentent, avec près de 30 %, 

une fraction importante de la composition des ordures ménagères. Viennent ensuite les papiers 

et cartons avec 25 %, le verre et les matières plastiques à un niveau voisin, de l’ordre de 10 %. 

Selon Barlaz et al. [1990], la cellulose et l’hémicellulose représentent 90 % de la fraction 

biodégradable des déchets ménagers. La présence de cette fraction fermentescible dans les 

déchets ménagers favorise la production du biogaz de décharge (cf. § 1.2.2). 

1.1.2. La production de déchets ménagers 

1.1.2.1. Les déchets ménagers en France 

La production française de déchets municipaux (dont les déchets ménagers), est aujourd’hui 

d’environ 50 Mt 2 par an (d’après l’ADEME). Le tableau 1 regroupe le bilan de la production 

des déchets municipaux en France pendant l’année 2000. 

2 millions de tonnes 

Métaux 

4% 

Verre 

13% 

Plastiques 

11% 

Autres 

18% 

Putrescibles 

29% 

Papier-Cartons 

25%

Tableau 1 : Production des déchets municipaux en France 

COLLECTIVITES MENAGES ENTREPRISES 

14 Mt 31 Mt 98 Mt 

DECHETS DES 

COLLECTIVITES 

Déchets du 

nettoiement : 4 Mt 

Déchets 

d'assainissement 

collectif : 9 Mt 

Déchets verts des 

collectivités : 1 Mt 

DECHETS DES MENAGES 

Déchets 

encombrants 

des ménages : 

9,5 Mt 

DECHETS MUNICIPAUX : 49,5 Mt 

Ordures 

ménagères 

(OM) au sens 

strict : 

21,4 Mt 

dont : 

- Matériaux 

recyclables 

: 2,7 Mt 

- Fraction 

résiduelle : 

18,7 Mt 

34 




DECHETS BANALS DES 

ACTIVITES ECONOMIQUES ET 

TERTIAIRES 

Déchets des 

artisans et 

petits 

commerçants 

collectés avec 

les OM : 

4,5 Mt 

ORDURES MENAGERES au 

sens large : 26 Mt 

Source : ADEME (a), 2002 

Déchets des 

industries 

agroalimentaires : 

43 Mt 

Déchets de 

construction : 

9 Mt 

Entreprises de 10 

salariés et plus : 

22 Mt 

Entreprises de 

moins de 10 

salariés : 

6 Mt 

Autres secteurs : 

14 Mt 

Du total des déchets municipaux produits chaque année en France, seulement 26 Mt sont des 

déchets ménagers et assimilés. En 25 ans, la quantité de déchets ménagers reçus par les 

installations collectives de traitement a triplé. Elle représente environ 1,2 kg d’ordures par 

habitant et par jour, soit en moyenne près de 450 kg/habitant/an [ADEME (b), 2001]. Mais ces 

450 kg ne correspondent qu'à une moyenne nationale puisque, selon l'origine rurale ou urbaine, 

les quantités peuvent varier de 300 à plus de 500 kg. 

En France comme dans tous les pays industrialisés, la quantité de déchets, ordures ménagères 

ou déchets industriels, ne cesse d'augmenter [Joussellin S., 2004] (1 à 1,8 %/an). Cette 

augmentation est un reflet des changements de modes de vie et de consommation de la société, 

lié au revenu brut des ménages et à l’évolution démographique.

1.1.2.2. La situation à l’étranger 

35 




Une étude menée par l’IFEN 3 pendant la période 1980 – 1995 montre qu’au niveau européen, 

la production moyenne d’ordures ménagères a augmenté jusqu’en 1995 (fig. 2). 

La production des déchets dans les Etats membres s’est élevée en 1995 à environ 430 

kg/habitant, contre 400 kg/habitant en 1990 et 350 kg/habitant en 1985. Ces données doivent 

néanmoins être interprétées avec précaution, car la définition de déchets varie d’un Etat 

membre à l’autre, d’un continent à l’autre. 

La tendance à l’augmentation est certaine depuis 1980. La quantité de déchets générés dans les 

Etats est aussi étroitement liée au degré d’urbanisation, aux types et modes de consommation, 

au niveau des revenus et au style de vie des ménages. 

En France, l’objectif fixé par la loi sur l’élimination des déchets du 15 juillet 1975 et modifiée 

par celle de 13 juillet 1992, n’a pas été atteint (cf. le 5 ème programme d’action de l’UE). En 

2000 la quantité de déchets ménagers produite par an et par habitant continuait à augmenter 

[Joussellin S., 2004]. 

kg/hab/an 

500 

400 

300 

200 

100 

Figure 2 : Evolution de la production des ordures ménagères en Europe 

Source : [IFEN (a), 2000] Eurostat et OCDE 4 

Aux Etats-Unis, la quantité d’ordures ménagères produite par habitant et par année est 

pratiquement le double de celle en Europe. Ainsi, les américains des Etats-Unis produisent 

près de 2 kg de déchets par jour et par habitant. 

3 Institut Français de l’ENvironnement 

0 

340 350 400 430 

1980 1985 1990 1995 2000 

4 Organisation pour la Coopération et le Développement Economique 

300 

Année 

Prévisions

1.1.3. Le contexte réglementaire 

36 




En France, plusieurs lois importantes sur la gestion des déchets doivent être citées. Les plus 

anciennes sont la loi du 15 juillet 1975 sur l’élimination de déchets et la récupération des 

matériaux, et la loi du 19 juillet 1976 sur les installations classées. 

La politique menée depuis l’adoption de ces deux lois, a permis des progrès importants en 

matière de gestion des déchets : optimisation des collectes, renforcement des normes de 

fonctionnement des unités d’élimination, etc. Malgré un bilan positif dans le temps, cette 

politique a rencontré ses propres limites en raison de l’augmentation des volumes de déchets et 

de la réduction des possibilités d’enfouissement technique. 

La loi 92-646 du 13 juillet 1992 (dite loi « déchets » ou Royal) relative à l’élimination des 

déchets et aux installations classées pour la protection de l’environnement, est venue compléter 

et renforcer cet édifice législatif. Cette loi modifie celle du 15 juillet 1975 et vise à ce que la 

France mette sa politique, en matière de traitement des déchets, en conformité avec les 

objectifs fixés par l’Union Européenne. Les objectifs principaux de cette loi sont : 

les décharges sont désormais des installations classées qui sont soumises à des mesures 

contraignantes de protection de l’environnement et s’appellent centres d’enfouissement 

technique (CET), 

l’interdiction de mettre en décharge au 1er juillet 2002 dans tous les CET de France, des 

déchets autres que les déchets ultimes, 

la nécessité pour les exploitants d’installation de stockage de constituer une garantie 

financière pour la surveillance et les interventions éventuellement nécessaires en cas 

d’accident (y compris après la fermeture de la décharge), 

l’instauration d’une taxe de décharge pour financer des installations de recyclage et de 

traitement, 

la mise en conformité des installations existantes, 

la mise en œuvre de schémas régionaux d’élimination des déchets spéciaux. 

La circulaire du ministère de l’Aménagement du territoire et de l’Environnement du 28 avril 

1998 précise que le déchet ultime pouvant être mis en décharge au-delà du 1 er juillet 2002 

(date reportée à juillet 2003), est considéré comme la fraction non récupérable des déchets, 

définition qui peut dépendre des conditions techniques et économiques locales. Les 

collectivités locales doivent renforcer leurs efforts pour généraliser et étendre la collecte 

sélective à tous les habitants et au plus grand nombre de déchets récupérables. 

La politique de modernisation de gestion des déchets, induite par la loi de juillet 1992, s'est 

traduite par l'élaboration des plans départementaux d'élimination des déchets et le 

développement croissant du recyclage et de la valorisation. 

La mise en œuvre de ces plans devait répondre aux objectifs suivants, afin d’évaluer, prévenir 

ou réduire la production et la nocivité des déchets [IFEN (b), 2003] : 

faire le choix des modes de traitement les plus adaptés, en insistant sur le réemploi, le 

recyclage et la récupération, 

prévoir et planifier les investissements et les installations de traitement nécessaires ; être 

un outil pédagogique d'information sur le sujet. 

Le décret n°93-1410 du 29 décembre 1993 prévoit la publication, par les préfets de 

département, d'un document précisant l'état actualisé de la résorption des décharges brutes, 

ainsi que les mesures prises ou prévues pour assurer la poursuite de cette résorption.

37 




Enfin, l'arrêté ministériel du 9 septembre 1997 établit les prescriptions techniques de 

conception, d'aménagement, d'exploitation et de contrôle des centres de stockage de classe 2 

(c’est à dire réservés aux déchets ménagers et assimilés) existants et nouveaux. 

Au niveau communautaire, la directive 1999/31/CE du 26 avril 1999 sur la mise en décharge 

des déchets établit les prescriptions techniques d'exploitation et de contrôle des décharges pour 

prévenir ou réduire leurs effets négatifs sur l'environnement. Les Etats membres ont dû en 

outre définir une stratégie nationale, avant le 16 juillet 2003, visant à réduire les quantités de 

déchets municipaux biodégradables mis en décharge. Cette stratégie comporte aussi des 

mesures permettant d’atteindre les objectifs de réduction (en poids), fixés par la directive. 

La COMMISSION EUROPEENE (2001/118/CE) a réalisé une classification des déchets, qui 

est parue dans le JOCE 5 L 47/3 du 16 janvier 2001. Les déchets ménagers figurent dans cette 

liste sous le code 20 6 . Cette liste (qui se trouve dans son intégralité dans l’Annexe 1 du 

document), sera périodiquement revue sur la base de nouvelles connaissances et, notamment, 

de résultats de la recherche et, au besoin, remaniée selon la procédure prévue à l'article 18 de la 

directive 75/442/CEE. 

1.1.4. Les filières de valorisation et élimination des déchets ménagers 

1.1.4.1. La situation en France 

Le devenir des déchets ménagers est apparu ces dernières décennies, comme une des 

préoccupations environnementales majeures des français. 

L'accumulation de déchets provoque des inquiétudes pour la santé et l'environnement. La 

gestion des ordures ménagères et assimilés est actuellement organisée selon différents modes 

de traitement et/ou de valorisation. Ces filières répondent à des problématiques spécifiques et 

ont de ce fait, des évolutions différentes : 

La valorisation matière : cette filière a pour objet de valoriser par fermentation une partie des 

ordures ménagères en compost utilisable pour l’amendement organique des sols, 

Le recyclage : il concerne des produits tels que certains emballages, le papier ou le verre, 

réutilisables après traitement, 

L’incinération : elle consiste à brûler les ordures ménagères dans des fours spéciaux afin d’en 

réduire le volume et la nocivité. Elle peut se faire avec ou sans valorisation de l’énergie 

produite, 

La mise en décharge contrôlée : les déchets sont répandus en couches successives sur un 

terrain dont les caractéristiques hydrogéologiques permettent d’éviter tout risque de pollution. 

La gestion des déchets, le choix des filières doit se faire en tenant compte du contexte régional 

(géographique, pédoclimatique 7 et économique) et des aspects socio-économiques 

[http://www.insu.cnrs-dir.fr]. 

En 2003, l’ADEME a synthétisé de façon schématique les filières de gestion des ordures 

ménagères et assimilés (fig. 3). 

5 Journal Officiel des Communautés Européennes 

6 

Déchets Municipaux (déchets ménagers, déchets assimiles provenant des commerces, des industries et des 

administrations), y compris les fractions collectées séparément 

7 lié au sol et au climat

Figure 3 : Filières de gestion d’ordures ménagères et assimilés 

38 




Sur environ 24 ou 26 millions de tonnes d’ordures ménagères récupérées annuellement en 

France (valeurs qui différent en fonction des sources), 19 millions tonnes sont présentées pour 

recyclage ou valorisation (matière ou énergétique). 

Sont présentés par la suite, la répartition des ordures ménagères en fonction du mode de 

traitement et le taux de recyclage, de valorisation et d’élimination d’ordures ménagères en 

France (tableau 2 et figure 4).

Mode de traitement 

Tableau 2 : Répartition des ordures ménagères selon le mode de traitement 

TRAITEMENT BIOLOGIQUE 

Compostage OM brutes ou grises 

Compostage bio-déchets des ménages 

Compostage de déchets verts 

Autre compostage 

Méthanisation 

TRI DE MATERIAUX RECYCLABLES 

Tri de matériaux recyclables issus de la 

collecte sélective 

Tri de Déchets Banals Entreprises 

TRAITEMENT THERMIQUE 

Incinération avec récupération d'énergie 

Incinération sans récupération d'énergie 

STOCKAGE 

TOTAL 

[ADEME (c), 2000] 

Quantités (tonnes) 

39 




Unités 

de 

traitement 

% 

1 826 978 97 7,57 

1 605 149 

97 712 

8 117 

26 000 

90 000 

74 

18 

2 

2 

1 

6,65 

0,40 

0,033 

0,11 

0,37 

1 575 703 195 6,52 

1 567 747 

7 956 

191 

4 

6,49 

0,033 

10 186 359 211 42,21 

8 866 065 

1 320 294 

105 

106 

36,74 

5,47 

10 542 419 352 43,68 

24 131 631 855 

Il est évident que chaque mode de traitement présente des avantages et des inconvénients. Le 

mode de traitement le plus adapté sera déterminé en fonction du contexte socio-économique 

local.

Stockage 

44 % 

40 




Figure 4 : Taux de recyclage, valorisation et élimination des ordures ménagères en 2000 

Comme on peut le constater, sur plus de 24 millions de déchets ménagers produits chaque 

année en France, environ 42 % sont actuellement incinérés, le reste est pour l’essentiel mis en 

décharge (~ 45 %) ou composté (~ 8 %), ou encore recyclé (~ 7 %). 

La mise en décharge et l’incinération sont ainsi les deux principales filières d’élimination des 

déchets en France malgré la loi de 1992 (applicable au 1er juillet 2002), qui aurait dû limiter la 

mise en décharge. 

1.1.4.2. La situation dans le monde 

Traitement 

Biologique 

8 % 

Tri des 

matériaux 

recyclables 

6 % 

Traitement 

thermique 

42 % 

L’ADEME, proposait en 1997 une comparaison des politiques nationales de traitement des 

déchets dans plusieurs pays. Ces résultats sont rassemblés dans le tableau 3.

41 




Tableau 3 : Comparaison de quelques politiques internationales de traitement des déchets 

États Recyclage Incinération Décharge 

Stockage 

France 12 % (dont 6 % de compost) 40 % 48 % 

Allemagne 18 % (dont 2 % de compost) 34 % 48 % 

Suède 23 % (dont 5 % de compost) 40 % 37 % 

Norvège 13 % (dont 1 % de compost) 18 % 69 % 

Danemark 20 % 60 % 20 % 

Pays-Bas 43 % (dont 20 % de compost) 26 % 31 % 

Belgique 

(Flandre, Wallonie) 

35 % - 11 % 29 % - 31 % 36 % - 58 % 

Italie 9 % (dont 2 % de compost) 6 % 85 % 

Royaume-Uni 25 % 5 % 70 % 

États-Unis 24 % 15 % 61 % 

Japon 11 % 74 % 15 % 

Canada 30 % 4 % 66 % 

Suisse 39 % 47 % 14 % 

Autriche 33 % (dont 17 % de compost) 12 % 55 % 

Espagne 13 % (compost) 4 % 83 % 

Source : ADEME juin 1997 

Dans la plupart des pays, l’incinération et le stockage sont les deux principaux modes 

d’élimination des déchets. Les Pays Bas, où les ordures ménagères sont remarquablement 

recyclées, font exception. 

Au Danemark, la plupart des déchets était incinérée en 1997, la même situation se retrouvant 

au Japon, en Suisse et en Suède. Pour les autres pays répertoriés, les ordures ménagères 

allaient principalement en décharge en 1997. 

Ces principaux modes de traitement et de valorisation des déchets sont traités plus amplement 

par la suite. 

1.1.4.3. Les modes de traitement et valorisation des déchets 

a\ Valorisation matière et recyclage 

La valorisation des déchets, lorsqu'elle est possible, permet d'en retirer des produits utiles ou 

de l'énergie. Ce mode de traitement des déchets passe tout d’abord par le système de collecte. 

Les déchets collectés arrivent aux centres de tri où toute matière recyclable comme les 

matières premières (papier, carton, plastiques, fer, aluminium, verre, déchets fermentescibles) 

peuvent être ainsi récupérés. La récupération se fait de manière manuelle ou mécanique selon 

le type de matrices (courant de Foucault, tri aéraulique, électroaimant). Les déchets triés 

pourront servir ultérieurement comme matières premières dans les industries consommatrices. 

Bien que le recyclage présente des avantages évidents comme la préservation des ressources 

naturelles et un traitement en général peu polluant, il présente aussi des

42 




inconvénients (motivation des populations, coût plus élevé, mise en œuvre de circuits 

économiques spécifiques). 

Il existe actuellement plusieurs types de collectes : 

Collecte usuelle 

Presque toute la population bénéficie d’un service de collecte d'ordures ménagères : poubelles 

traditionnelles, sacs ou bacs roulants. Les déchets sont collectés en vrac, en mélange, dans des 

sacs poubelles, par le service de ramassage des ordures. 

Collecte séparative 

Les collectes séparatives consistent à collecter, dans un ou plusieurs bacs ou conteneurs, les 

produits valorisables, en particulier les emballages (papiers, cartons, métaux ferreux et non 

ferreux, etc.). Les collectes séparatives peuvent être en porte à porte avec un ou plusieurs 

conteneurs individuels adaptés aux déchets que l’on désire collecter pour recyclage ou 

valorisation (tri à la source), ou en apport volontaire, dans des bennes ou colonnes situées à 

des emplacements étudiés en centre ville ou en périphérie, de façon à permettre une desserte 

satisfaisante de la population. 

En 2000, 61 % des tonnages sortant de la filière tri donnaient lieu à une valorisation matière , 

soit un peu moins de 3 millions de tonnes. Actuellement en France, environ 7 % des déchets 

ménagers sont récupérés et recyclés. 

b\ La valorisation énergétique – l’incinération 

L'incinération représente le deuxième principal mode de traitement des déchets ménagers, 

après la mise en décharge en France. Brûler les déchets non recyclables permet d'en réduire la 

masse, le volume et de récupérer l'énergie de combustion. Cette énergie peut ainsi servir à 

chauffer des logements, à produire de l'électricité et donc à économiser les combustibles 

traditionnels. 

Conforme une source FNADE, en 1999 en France 11,4 millions de tonnes de déchets 

ménagers et assimilés ont été traités par incinération, dont 10,1 millions avec récupération 

d’énergie, ce qui représente 26 % du tonnage global d´ordures ménagères et assimilées traité. 

Selon une source ADEME datant d’octobre 2002, 120 UIOM (Usines d’Incinération d’Ordures 

Ménagères) sont recensées en France, dont plus d'une centaine qui pratiquent la récupération 

d'énergie, recevant 88 % du tonnage incinéré d'ordures ménagères et assimilées. Leur capacité 

de traitement est de 2000 tonnes de déchets par heure. 

L'incinération avec récupération d'énergie est la valorisation énergétique la plus répandue, 

mais il en existe d'autres types tels que la pyrolyse ou la thermolyse qui sont des techniques 

relativement peu développées en France. 

Cette technique de traitement et valorisation des déchets présente de nombreux avantages : 

applicable et possible pour la plupart des catégories de déchets, 

permet la destruction quasi-totale des éléments organiques, 

permet la réduction du volume (90 %) et de la masse (70 %) des déchets entrants, 

permet la récupération d’énergie thermique et électrique : le pouvoir calorifique des 

ordures ménagères 8 est d’environ un quart de celui du charbon, et un cinquième de celui 

du pétrole ; celui des déchets industriels, très variable selon le type déchet, est deux à trois 

fois plus important, 

8 PCI des déchets inférieur ou égal à 6000 kcal/kg

43 




permet l’hygiénisation : bactéries et virus sont détruits avant 200°C. C’est pour cette 

raison que le traitement thermique est la seule solution envisagée pour les déchets 

hospitaliers infectieux, 

permet une économie d´émission de gaz à effet de serre par rapport au stockage sans 

contrôle des ordures. Cette économie est réalisée grâce à l´augmentation du taux de 

valorisation énergétique et surtout grâce aux émissions de CH4 évitées, 

des coûts moyens : 70 à 120 € par tonne [Bröns-Laöt G., 2000]. 

L’incinération présente aussi quelques inconvénients. Ce processus génère principalement 

deux sous-produits solides : 

d’une part les cendres volantes ou les REFIOM 9 (entre 2,5 et 5 % en masse du tonnage 

entrant), destinées à être stockées en décharge de classe 1, 

d’autre part les MIOM (Mâchefers d’Incinération d’Ordures Ménagères), qui représentent 

entre 25 et 30 % en poids du tonnage entrant, valorisables sous condition. Les deux sousproduits 

ont des circuits séparés dans le procédé de traitement thermique 

[http://www.guide-dechets.com]. 

Les mâchefers issus du processus d’incinération peuvent être valorisés directement ou dirigés 

vers un centre de maturation (IME) 10 . L’incinération des ordures ménagères et assimilées 

produit actuellement en France près de 3 millions de tonnes de mâchefers, dont 70 % sont 

valorisés après passage sur des plates-formes de traitement et de maturation et moins de 30 % 

sont stockés en décharge de classe 2 [Ademe (d), 2002]. 

Les REFIOM, sont des résidus solides constitués de cendres volantes et de sels, produits par 

les traitements acido-basiques des fumées. Compte tenu de leur caractère polluant, ils sont 

considérés comme « déchets ultimes » et ne sont pas mélangés aux mâchefers. Ils sont 

stabilisés et stockés dans des centres de stockage de classe 1, conformément à la législation sur 

les installations classées. 

Le processus de traitement thermique des déchets ménagers a des incidences sur 

l’environnement et la santé et ce, tout particulièrement, si l’usine d’incinération est dépourvue 

d’équipements d’épuration des gaz de combustion et de traitement des résidus. De plus, selon 

que le traitement des fumées est sec ou humide, un traitement complémentaire des eaux doit 

être envisagé. 

L’incinération est soumise à un certain nombre de réglementations. Nous pouvons citer les 

arrêtés du 20 septembre 2002, qui ont transposé en droit national la nouvelle réglementation 

européenne relative à l’incinération (directive 2000/76/CE). Ces textes fixent un cadre encore 

plus sûr pour l’incinération des déchets. L’ensemble des installations existantes devra se mettre 

en conformité avec ces dispositions le 28 décembre 2005 au plus tard. Une première étape a 

été fixée au 28 juin 2003, date limite à laquelle les études de mise en conformité ont été 

remises à l’administration. 

c\ Le stockage 

Le stockage est le maillon final de toute filière de traitement d’ordures ménagères et de déchets 

industriels. Aujourd’hui les centres de stockage représentent des unités de traitement de 

déchets à part entière. Ils s’insèrent dans un environnement devant polluer le moins possible. 

Conformément à la loi 92-646 du 13 juillet 1992, à compter du 1er juillet 2002, les centres de 

stockage ne sont autorisés à accueillir que des déchets ultimes, dont on aurait tiré toutes les 

9 Résidus d'Epuration des Fumées d'Incinération des Ordures Ménagères 

10 Installation de Maturation et d’Elaboration des mâchefers

44 




possibilités de valorisation. L'arrêté du 9 septembre 1997 réglemente étroitement les 

conditions d'exploitation des centres de stockage des déchets ménagers et assimilés , dits aussi 

décharges de classe 2 ou centres d'enfouissement technique (CET), appellation moins négative 

que décharge. On compte actuellement en France 6700 décharges contrôlées, dont 5000 

décharges brutes (non autorisées) et 1100 de classe 2 [Gerard M., 1998]. 

Les CET sont classés en trois catégories : 

Le centre d’enfouissement technique de classe 1 est destiné aux déchets spéciaux, 

Le centre d’enfouissement technique de classe 2 est destiné aux déchets ménagers et 

assimilés et aux déchets industriels banals, 

Le centre d’enfouissement technique de classe 3 est destiné à recevoir des déchets 

inertes (déblais, gravats, etc.). 

Les Centres d’Enfouissement Technique de classe 2 sont des installations classées pour la 

protection de l'environnement soumises à autorisation préfectorale. Ils sont habilités à 

recevoir : les déchets ménagers, les déchets industriels banals, dont a préalablement été extraite 

la fraction valorisable, et les résidus des filières de traitement et de valorisation des ordures 

ménagères. 

Ces installations sont fortement réglementées. Elles doivent être situées à une distance 

minimum des zones habitées ou sensibles (zones de captage d'eau par exemple) et implantées 

dans un site garantissant l'imperméabilité du sol, renforcée par l'utilisation de diverses 

membranes. Un CET est subdivisé en casiers (alvéoles) dont les volumes sont délimités par 

une digue stable étanche (perméabilité inférieure à 10 -9 m/s sur au moins un mètre d'épaisseur 

et inférieure à 10 -6 m/s sur au moins 5 mètres), dont la géométrie doit permettre d'éviter les 

transferts et débordements de lixiviats 11 d'un casier à un autre (figure 5). Le fond et les flancs 

des casiers sont munis d'une géo-membrane 12 surmontée d'une couche de drainage. Pour 

limiter l'action de l'eau sur les déchets et donc diminuer la production de lixiviats, des fossés 

captent et détournent les eaux pluviales. Les lixiviats collectés par le système 

d'étanchéité/drainage sont traités par une installation interne ou externe : traitements physicochimique, 

biologique, chimique, etc., prenant en compte la variabilité de qualité des lixiviats. 

La figure ci-dessous nous présente une coupe d’un centre d’enfouissement technique des 

déchets. 

11 Solution contenant les éléments solubilisés ou entraînés par lessivage. 

12 Mélange de fibres textiles en PEHD.

Figure 5 : Coupe d’un centre d’enfouissement technique de déchets 

45 




Les centres de stockage constituent un réservoir de biogaz. Ce gaz de décharge est produit 

spontanément par les déchets fermentescibles qui y sont régulièrement déposés. Son émission 

peut durer plusieurs dizaines d'années, d'abord à un rythme croissant, puis décroissant. Ce 

biogaz produit est capté et valorisé ou brûlé en torchère [ADEME (e), 2000]. 

La durée d'exploitation d'un site est de l'ordre d'une vingtaine d'années. Pour toute partie 

couverte, un programme de suivi-exploitation 13 doit être prévu pour une période d'au moins 30 

ans après la fermeture du site. 

Le secteur industriel du biogaz fait partie intégrante de l’industrie du traitement des déchets 

organiques [Ministère de l’écologie et du développement durable, 2003]. La méthanisation, 

dans le cas d'une valorisation du biogaz peut, elle aussi, être considérée comme une 

valorisation énergétique. Cette production/valorisation du méthane constitue une des 

préoccupations majeures de notre travail et fera l'objet du chapitre 1.2. 

13 Plan de réhabilitation.

1.1.4.4. Bilan 

46 




Actuellement, on peut distinguer trois filières principales de gestion des ordures ménagères et 

assimilés, qui répondent à des problématiques et des évolutions différentes : 

Le recyclage, 

Le traitement thermique, 

Le stockage. 

Les lois des 15 juillet 1975 et 13 juillet 1992 relatives à la modernisation de la gestion des 

déchets et à la maîtrise des coûts d'élimination mettent en avant les priorités suivantes : la 

prévention et la réduction de la production et de la nocivité des déchets, la limitation du 

transfert des déchets en distance et en volume, la valorisation des déchets par réemploi, 

recyclage ou toute autre action visant à obtenir, à partir des déchets, des matériaux réutilisables 

ou de l'énergie. La date du 1er juillet 2002 a été fixée par le législateur comme échéance à 

partir de laquelle seuls les déchets ultimes seront admis en décharge. Il faut à nouveau noter 

que cet objectif est loin d’être atteint en 2004. 

A l’horizon 2005 – 2007, on s’oriente vers une stagnation globale de la capacité d’incinération, 

par ailleurs modernisée, et une diminution des tonnages mis en décharge au profit de la 

récupération de matériaux et du traitement biologique. 

En ce qui concerne les centres de stockage, nous avons vu qu’ils constituent une source 

importante de biogaz, qui fait l’objet du chapitre suivant.

1.2. Le biogaz de décharge 

47 




Le biogaz de décharge est un gaz combustible résultant de la fermentation anaérobie 14 

naturelle de la fraction organique 15 des déchets déposés dans les décharges. Il est constitué 

principalement de méthane (CH4) 16 et de dioxyde de carbone (CO2). Appelé également « gaz 

naturel renouvelable », il fait partie des cinq énergies renouvelables actuellement connues : 

thermique (solaire), hydraulique, biomasse 17 , éolien, géothermique. Aujourd’hui, ces énergies 

sont sous-exploitées par rapport à leur potentiel. Comme nous l’avons vu dans le chapitre 

précédent, notre société est de plus en plus sensible aux considérations environnementales 

relatives aux déchets. Cependant, ces derniers peuvent être considérés comme une source 

d’énergie qui, intelligemment valorisée constitue un gisement non négligeable. 

L’exploitation du biogaz produit à partir de la fermentation des déchets organiques a 

sensiblement progressé ces dernières années, principalement en raison de la montée en 

puissance de la valorisation énergétique du biogaz de décharge. De nombreux travaux de 

recherche, comme notre étude, visent à améliorer les conditions de valorisation existantes et à 

développer de nouvelles utilisations pour le biogaz. 

1.2.1. Biodégradation des déchets ménagers dans un centre 

d’enfouissement technique. Généralités 

Les premières recherches menées sur la fermentation anaérobie, ont été effectuées à la fin du 

XIX ème siècle et étaient seulement descriptives. A l’époque, on voulait comprendre les 

processus. Dans les années 1920, l’allemand Imhoff met au point un système de digestion 

continu afin de produire de l’énergie, qui équipe quelques années plus tard plusieurs villes 

allemandes. Les premiers systèmes fonctionnels discontinus de biométhanisation ont été 

développés en Algérie dès 1939, puis en France par MM. Isman et Ducellier. Durant quelques 

années, ces techniques ont été oubliées avant d’être réintroduites dans les années 70, lorsque 

les chocs pétroliers ont montré la nécessité de rechercher des sources d’énergies alternatives 

[Jeanmaire M., 1999]. 

1.2.1.1. Biodégradation des déchets ménagers 

Généralement, une tonne d’ordures ménagères contient 150 à 250 kg de matières organiques 

qui sont biologiquement dégradables. 

La biodégradation des déchets débute par une phase nommée « aérobiose » et est suivie de la 

phase « anaérobie » proprement dite. 

14 

Dégradation enzymatique d'une substance par un microorganisme (levure, bactérie, etc.) en l’absence 

d’oxygène 

15 

On considère généralement que la matière organique biodégradable est composée de trois types de 

constituants fondamentaux : glucides (cellulose, hémicellulose et lignine principalement ; sucres simples, etc.), 

lipides (graisses et huiles) et protéines 

16 

Dans l’annexe 2 : Composition du biogaz selon ses origines 

17 

La biomasse englobe toutes les matières organiques provenant de formes biologiques diverses comme celles 

issues de l’industrie agroalimentaire, de l’industrie agricole et du bois, des cultures énergétiques, de la fraction 

organique des déchets urbains solides et des ordures ménagères et les boues d’épuration

Phase aérobie 

48 




Au moment où les déchets sont mis en place dans un centre d’enfouissement technique, de 

l'oxygène est piégé initialement dans l'espace des pores et, jusqu’à ce qu’ils soient recouverts, 

l’activité de micro-organismes aérobies 18 déclenche le phénomène de fermentation aérobie des 

ordures ménagères. Cette étape se caractérise principalement par une élévation de la 

température qui peut monter jusqu’à 60 – 70 °C, un dégagement de gaz carbonique et de 

vapeur d’eau qui résulte de la dégradation des matières organiques via la respiration des microorganismes. 

L’intensité de la phase de fermentation aérobie dépend de l’épaisseur des couches de déchets 

et du temps d’exposition à l’air. Cette étape a une forte influence sur la vitesse d’établissement 

de la phase méthanogène, au cours de laquelle le biogaz se crée [Aran C., 2001 ; Delineau T. et 

Boudka A., 2001]. Des études récentes [Lanini et al., 1997 ; Lanini S., 1998 ; Aguilar et al., 

1999] ont montré l’importance de cette phase aérobie. Des mauvaises conditions comme par 

exemple le pH, la température et l’humidité au sein des déchets, peuvent devenir inhibiteurs 

pour les réactions méthanogènes. 

Après quelques semaines, lorsque l’oxygène contenu au sein de la décharge est épuisé, la 

fermentation des déchets devient anaérobie. 

Phase anaérobie 

A la suite de l’étape d’aérobiose et sous l’effet des micro-organismes agissant en milieu 

anaérobie 19 , cette matière organique est décomposée et donne lieu au dégagement de gaz de 

décharge ou biogaz. 

Les mécanismes de la fermentation anaérobie sont regroupés de façon simplifiée dans la 

figure 6. 

18 Micro-organismes qui vivent en contact avec l'air et ont besoin de l'oxygène pour leur croissance 

19 Bactéries Anaérobies : micro-organismes qui vivent et se reproduisent dans un environnement ne contenant 

aucun oxygène "libre" ou dissous

Figure 6 : Schéma du processus de fermentation anaérobie 

49 




Le schéma de la dégradation anaérobie comprend quatre étapes successives : l'hydrolyse, 

l'acidogénèse, l'acétogénèse, et la méthanogénèse : 

Hydrolyse : cette première phase consiste à hydrolyser les matières organiques 

complexes contenues dans les déchets (protéines, graisses, cellulose, etc.), et à les 

transformer en molécules plus simples (sucres simples, acides aminés, alcools, etc.). C’est 

aussi le passage des conditions aérobies aux conditions anaérobies. 

Acidogénèse (ou fermentation acide) : au cours de cette étape, les substrats issus de 

l'hydrolyse sont transformés en acides gras volatils (AGV), alcools, ammoniaque, dioxyde 

de carbone et hydrogène. L’acidogénèse est réalisée par divers organismes anaérobies 

stricts ou facultatifs 20 . Ils ont un taux de croissance généralement élevé et s’adaptent 

rapidement à une augmentation brutale de la charge organique. 

20 Sont appelés organismes anaérobies stricts ceux qui meurent en présence d'oxygène , alors que les autres 

sont appelés anaérobies facultatifs

50 




Acétogenèse : Les produits de l’étape de l’acidogenèse se transforment sous l’action des 

bactéries acétogènes en hydrogène, dioxyde de carbone et acétate (CH3COO - ), qui est le 

principal produit de la fermentation. Ces bactéries se développent dans des milieux riches 

en dioxyde de carbone (CO2), ce qui est très souvent le cas dans les habitats anaérobies. 

Elles sont pour la plupart autotrophes 21 et peuvent se développer en présence de CO2 et 

d’H2. 

Méthanogenèse : C’est l'étape finale de la digestion anaérobie, qui transforme l'acétate et 

l’hydrogène en méthane et dioxyde de carbone. Les réactions chimiques produites 

pendant cette phase sont lentes et peu exothermiques. Elles génèrent néanmoins 70 % du 

méthane produit. La formation du CH4 s’accompagne d’une consommation d’H2. La 

méthanogénèse est mise en œuvre par les bactéries méthanogènes, qui ont un taux de 

croissance optimum vers un pH compris entre 7 et 7,6. La méthanisation complète les 

réactions précédentes et les accélère : les trois phases décrites auparavant sont donc 

indissociables, formant un tout dynamique appelé fermentation méthanique [Poulleau J., 

2002]. 

A la fin de ces 4 étapes, la matière organique se stabilise pendant la période dite de 

« maturation ». Les phénomènes de biodégradation et la production de biogaz cessent. La 

matière organique faiblement biodégradable subit une lente métabolisation, conduisant à la 

formation de molécules complexes du type acides humiques et/ou fulviques. Ceci se traduit par 

la remontée du potentiel redox et la basification du milieu ambiant. 

1.2.1.2. Facteurs influençant le processus de biodégradation de déchets 

Selon la nature des déchets traités, leur mode de traitement et les variations climatiques, la 

composition du biogaz peut différer en pourcentage de CH4 et CO2 en particulier. 

Les facteurs qui influencent le processus de biodégradation sont : 

la nature des déchets, 

leur composition, 

le degré de compactage des ordures, 

le taux d’humidité, 

la couverture de la décharge, 

la taille de la décharge, 

la température. 

Ces facteurs ont une influence directe sur la qualité de vie des micro-organismes générateurs 

de méthane [Technique de l’ingénieur, Traité Environnement G 2102-13]. Toutefois, dans une 

décharge il n’est possible d’intervenir que sur un nombre limité de ces paramètres : par 

exemple la température est difficilement maîtrisable dans ce milieu. 

21 

Se dit d’un organisme vivant, utilisant strictement le dioxyde de carbone de l’air pour la synthèse de ses 

constituants et tirant son énergie de composés minéraux

1.2.2. Les ressources de biogaz en Europe 

51 




La fermentation anaérobie, permettant la production de biogaz se déroule spontanément dans 

les décharges, mais ce processus est naturel et l'on peut l'observer par exemple dans les marais. 

On peut aussi le provoquer artificiellement dans des enceintes appelées "digesteurs" où l'on 

introduit à la fois des déchets organiques solides ou liquides et des cultures bactériennes. Cette 

technique de méthanisation volontaire peut s'appliquer aux ordures ménagères brutes ou à leur 

fraction fermentescible, aux boues de stations d'épuration des eaux usées urbaines ou 

industrielles, aux déchets organiques industriels, ainsi qu'aux déchets de l'agriculture et de 

l'élevage. 

Depuis les années 1990, les unités de production de biogaz se développent de façon constante 

au sein des pays de l’Union Européenne. Fin 2001, la production de biogaz avait lieu dans 

environ 3700 unités de méthanisation. A ceci s’ajoutent environ 450 centres d’enfouissement 

technique. 

Les différents types de gisement de biogaz sont regroupés dans le tableau 4. 

Tableau 4 : Gisements de biogaz en Europe 

Gisement Nombre Part de la 

production 

Valorisation 

énergétique 

STEP urbaines 1500 ÷ 1600 32,5 % Généralement interne, 

cogénération 22 

Biogaz à la ferme 1500 ÷ 1600 2 % Cogénération 

STEP industrielles ≈ 425 24,5 % Interne sous forme de 

chaleur 

DECHARGES ≈ 450 37 % Electricité exportée vers 

le réseau 

Unités de méthanisation de déchets 

municipaux 

65 2,5 % Cogénération 

Unités collectives de codigestion 55 1,5 % Electricité et/ou chaleur 

Source : [Observ’ER 2002 – SOLAGRO] 

On observant le tableau 4, une remarque peut être faite : la part de chacun des gisements dans 

la production totale n’est pas proportionnelle au nombre d’unités. 

Seules les boues de STEP urbaines conservent une adéquation entre leur nombre et leur place 

dans le bilan de la production du biogaz en Europe. Bien que moins nombreux, les centres de 

stockage des déchets se révèlent être le premier gisement pour la production du biogaz, avec 

un chiffre de 37 %. De même, avec seulement 425 unités installées, les boues de STEP 

industrielles représentent 24,5 % de la production européenne. Par contre les 1500 installations 

agricoles ne pèsent pas lourd une fois converties en tep 23 . 

22 La cogénération est un système de production énergétique qui permet de produire simultanément de la 

chaleur et de l'électricité 

23 tonne équivalent pétrole

52 




Le tableau 5 fournit les valeurs de la production énergétique liée au biogaz dans l’Union 

Européenne en 2001. 

Tableau 5: Production énergétique dans l’Union Européenne en 2001 

Pays 

Production 

(en milliers de tep) 

Royaume-Uni 1085 

Allemagne 530 

France 276 

Pays-bas 150 

Italie 145 

Suède 122 

Espagne 101 

Danemark 72 

Belgique 50 

Autriche 35 

Irlande 25 

Finlande 25 

Portugal 7 

Luxembourg 2 

Grèce 2 

Total 2627 

[source Observ’ER 2003 : http://www.observ-er.org] 

Les pays qui génèrent le plus d’énergie à partir du gisement de biogaz sont : 

la Grande Bretagne qui est le leader de la filière « biogaz ». La production était de 1085 

ktep dont la majeure partie est issue de centres de stockage de déchets, 

l’Allemagne avec 530 ktep, 

la France avec un volume nettement inférieur aux autres pays (276 ktep). 

Si la production de biogaz est ramenée au nombre d’habitants des pays, ce sont la Suède et le 

Danemark qui se situent derrière l’incontestable leader, la Grande Bretagne. 

Ce classement met la France encore plus en « retard » concernant l’exploitation de son 

potentiel énergétique naturel, le biogaz [Source : Baromètre du biogaz, décembre 2002]. 

Par la suite, nous nous intéressons essentiellement au biogaz issu des décharges. 

1.2.3. Composition et caractéristiques du biogaz de décharge 

Très rapidement, après quelques semaines d’enfouissement des déchets, du biogaz est produit 

avec une teneur en CO2 de l’ordre de 50 à 60 % et une teneur en méthane de 40 à 50 % 

[Delineau T, 2000]. Progressivement, la teneur en méthane devient supérieure à celle en 

dioxyde de carbone. Le contenu élevé de méthane fait du biogaz une excellente source 

d’énergie renouvelable qui peut remplacer le gaz naturel et d’autres combustibles fossiles 

[Poulleau J., 2002].

1.2.3.1. Composition moyenne du biogaz 

53 




Le processus de "digestion" des déchets dure de 15 à 30 ans et, si le biogaz est aspiré 

régulièrement et sous contrôle, sa composition moyenne est la suivante : 

Tableau 6 : Composition moyenne de biogaz de décharge 

Composé Concentration 

Caractéristiques 

+ - 

Méthane (CH4) 45 à 65 % Combustible Effet de serre 

Gaz carbonique 

(CO2) 

25 à 45 % Effet de serre 

Hydrogène sulfuré 

(H2S) 

0 - 2000 ppm Odorant/corrosif 

Composés halogénés < 300 ppm Odorants/effet de 

serre 

Azote ammoniacal < 20 ppm Odorants 

Eau (H2O) Saturé en eau en sortie de 

puits de captage 

(≈ 6 % après séchage) 

O2 ≈ 2 % 

Hydrocarbures < 0,2 % Odorants 

Mercaptans traces Odorants/Corrosifs 

[Source : www.observ-er.org, 2003] 

Les deux principaux constituants du biogaz sont le méthane et le dioxyde de carbone. 

L’oxygène, l’azote et l’hydrogène sulfuré sont également présents. N2 et O2 résultent 

principalement de l’emprisonnement d’air durant la mise en place des déchets et aussi de la 

diffusion d’air atmosphérique à travers la couverture principalement lors de la phase 

d’extraction du biogaz par pompage 24 . 

Les traces de composés soufrés et de composés organiques volatils sont à l’origine de la 

plupart des problèmes posés par le biogaz. Outre certains halogénés et certains hydrocarbures 

(alcènes, aromatiques, etc.), des composés de type alcools, cétones, éthers, esters, etc., sont 

également présents dans le biogaz de décharge et sont très volatils. Certains sont cancérigènes 

comme le benzène, beaucoup sont toxiques comme les hydrocarbures, enfin d'autres sont des 

irritants pour la peau, les muqueuses, les yeux. 

Ils sont générés pendant le processus de biodégradation, ou peuvent résulter d’un apport de 

déchets. Stegmann R. [1996] indique que les concentrations en hydrocarbures halogénés 

peuvent atteindre 200 mg/Nm 3 dans les 3 premières années et diminuent ensuite 

progressivement pour atteindre des teneurs inférieures à 50 ppm. L’ensemble des composés 

volatils représente de l’ordre de 1 % en volume [El-Fadel et al., 1996]. Leur teneur peut 

évoluer dans le temps. 

24 Dans l’annexe 2 : Composition du biogaz selon ses origines et dans l’annexe 3 : Propriétés physico-chimiques 

des composants du biogaz

54 




Quand le biogaz n’est pas capté, ou mal capté, ces composés sont à l’origine des odeurs qui 

s’échappent des centres de stockage et pourraient créer des nuisances dans le voisinage s'ils 

n'étaient pas traités (§ 1.2.7). D’autre part, quand le biogaz est capté pour être valorisé, ces 

composés peuvent perturber le fonctionnement des générateurs d’énergie dans lesquels il sera 

utilisé : les composés soufrés et chlorés vont provoquer des problèmes d’acidification des 

huiles dans les moteurs ou dans les fumées, donc des problèmes de corrosion. H2S attaque les 

surfaces métalliques et en particulier les différentes pièces des moteurs à gaz (détendeur, 

vannes, joints, etc.). Aussi, comme il brûle dans l'oxygène en formant du SO2, les gaz 

d'échappements contiennent de l’acide sulfurique corrosif (H2SO4). D’autre part, H2S est 

toxique pour l'homme : une exposition d’une demi heure à une concentration de 0,05 % d’H2S 

dans l'air est mortelle. Un empoisonnement par ce composé entraîne l’irritation des muqueuses 

(et des yeux), nausées, vomissement, étouffements, coloration de la peau, délires et crampes, 

jusqu'à l'asphyxie et l'arrêt du cœur. 

Les composés contenant de la silice (siloxanes, silanes, etc.) peuvent encrasser les moteurs par 

dépôt de silicates solides au niveau des chambres de combustion. 

Il apparaît donc très intéressant de pouvoir capter ces composés pour limiter les 

nuisances olfactives, limiter la maintenance sur les installations de valorisation du 

biogaz de décharge et augmenter leur durée de vie. 

1.2.3.2. Propriétés physico-chimiques du biogaz 

Dans ce paragraphe nous allons donner quelques caractéristiques du biogaz de décharge. Le 

tableau de l’annexe 3 donne plus de détails sur les propriétés physico–chimiques des 

principaux gaz trouvés dans le biogaz. 

a\ Densité 

Dans des conditions stabilisées, les deux principaux constituants du biogaz sont le 

méthane (45 – 65 % en volume) et le dioxyde de carbone (25 – 45 %). Les ratios 

volumiques CH4/CO2 fréquemment rencontrés vont de 1,2 à 1,5. Le CO2 est plus 

lourd que l’air (sa densité relative à l’air est de 1,53) et le méthane est plus léger que 

l’air (densité relative de 0,55). Le biogaz est donc théoriquement plus lourd que l’air 

lorsque la teneur en méthane est en dessous de 54 % et plus léger si la teneur en 

méthane dépasse 54 % [Massaci, 1996 cité par Delineau T., 2000]. 

b\ Saturation avec l’eau – composés organiques 

Le biogaz est en réalité un mélange saturé par la vapeur d’eau (la masse volumique 

est donc en général supérieure à celle de l’air). A la température normale atteinte 

dans une décharge (entre 40 et 60°C), certains composés traces sont présents à l’état 

de vapeur (cf. annexe 3). Le refroidissement du gaz dans le réseau entraîne la 

formation de condensat qui peut être contaminé par la dissolution de ces composants.

c\ Potentiel énergétique et pouvoir calorifique 

55 




Selon certains auteurs [Stegmann R., 1996], le potentiel calorifique du biogaz de 

décharge (à 55 % de CH4), est estimé à environ 5,9 kWh/m 3 soit les deux tiers de 

celui du gaz naturel. 

Le pouvoir calorifique inférieur (PCI 25 ) du biogaz est proportionnel à sa teneur en 

méthane : 9,42 x 0,7 = 6,59 kWh/m 3 pour un biogaz à 70 % de méthane, à 15°C et à 

pression atmosphérique normale (1 m³ de méthane équivaut à un litre d'essence). 

On considère également que 1 m 3 de biogaz représente environ 1,75 kWh d’énergie 

électrique plus 2,8 kWh d’énergie thermique (utilisable). 

1.2.3.3. Nuisances et risques pour la santé associés au biogaz 

a\ H2S 

b\ CH4 

La principale nuisance générée par la décomposition des déchets d'ordures 

ménagères est olfactive. L’odeur d’œuf pourri caractéristique émise par le biogaz est 

due à la présence, en quantité relativement faible de sulfure d’hydrogène (H2S), et 

d’autres composés soufrés présents à l'état de trace dans le biogaz, comme les 

mercaptans. 

H2S est en conditions normales, un gaz très inflammable et très toxique. Son odeur 

caractéristique d’œuf pourri est ressentie par l’homme à partir du seuil de 0,13 ppm 

[Sienko M.J et Plane R. A., 1974]. Sa présence dans le biogaz peut entraîner des 

troubles chez l'homme à partir d'une concentration d'environ 150 ppm. A partir de 

300 ppm, H2S devient réellement dangereux pour la santé [Massacci, 1996]. Dans la 

majorité des situations, la dilution du biogaz dans l’atmosphère est suffisante pour 

qu’il n’y ait pas de danger particulier. Dans le cas d’atmosphère confinée (par 

exemple au-dessus des puits de biogaz en travaux), des précautions doivent être 

prises. 

Le biogaz représente également un risque en raison de la présence du méthane, qui 

est un gaz explosif à l'air dans un seuil compris entre 5 et 15 % en volume. Il est 

donc nécessaire d'éviter tout risque de migration hors de son lieu de formation. Le 

fait que le méthane soit rapidement dilué dans l'air ou qu'il soit collecté par un réseau 

de drains diminue fortement ces risques. Le méthane est reconnu comme un gaz qui 

contribue beaucoup à l’effet de serre 26 , 20 fois plus que le CO2 [Popov V. et Power 

H., 1999]. Les émissions de méthane dues aux décharges étaient estimées à environ 6 

% des émissions totales de méthane dans le monde en 1993 [Thorneloe et al., 1999]. 

25 

Le pouvoir calorifique d'un combustible est la quantité de chaleur dégagée par la combustion complète de 

l'unité de quantité de combustible. On appelle PCI le Pouvoir Calorifique Inférieur lorsque l'eau produite par 

cette combustion reste à l'état de vapeur 

26 L’effet de serre est dû à la présence dans l’atmosphère de certains gaz (le dioxyde de carbone CO2, méthane 

CH4 et les chlorofluorocarbures CFC), qui absorbent et renvoient le rayonnement thermique issu de la Terre et 

réchauffent ainsi celle-ci. L’effet de serre est nécessaire ; sans lui, la température moyenne à la surface du 

globe serait de - 20°C. En revanche, une augmentation de la teneur naturelle des gaz à effet de serre entraîne un 

réchauffement et donc des changements climatiques

c\ CO2 

d\ CO 

56 




Le méthane n’est pas toxique mais, en migrant, il remplace l’oxygène d’où risque 

d’asphyxie dans certaines conditions, par exemple pour les végétaux au niveau de 

fuites superficielles importantes, mais aussi pour l’homme dans le cas d’espaces 

confinés. Pour diminuer les rejets de biogaz celui-ci peut être récupéré et brûlé ce qui 

permet de transformer le CH4 en CO2 (réduisant ainsi le potentiel d’effet de serre) et 

de le valoriser en produisant de l'électricité (§ 1.2.5.2). 

Le CO2 est classé comme un produit intermédiaire entre les produits toxiques et les 

non toxiques. En raison de sa densité, il a tendance à s’accumuler dans les couches 

basses de l’air. La limite d’exposition de courte durée (15 minutes consécutives 

d’exposition, 4 fois par jour) est de 1,5 % en volume. Une exposition à une 

concentration supérieure à 5 % en volume représente un danger mortel. 

Le monoxyde de carbone est un gaz très dangereux pour l'homme puisqu'il se fixe 

préférentiellement sur l'hémoglobine du sang, Il est mortel après une exposition de 

quelques minutes à une concentration de 5000 ppm. La valeur limite seuil (limite 

d’exposition pour 8 heures par jour, temps moyen pondéré) est de 25 ppm. Sa 

concentration dans le biogaz serait donc à prendre en compte. 

e\ Effet de serre 

Les publications sur les émissions diffuses de biogaz sont nombreuses ; parmi les 

plus récentes, on peut citer Meadows et al. [1999] et Bogner et Matthews [1999]. 

Comme indiqué dans le paragraphe sur le CH4, certains gaz issus des décharges, 

participent à l’effet de serre. Néanmoins, pour la France, l'industrie des déchets ne 

participe aux émissions de gaz à effet de serre qu'à hauteur de 3 %. 

Dans le tableau suivant, l’ADEME nous fournit des valeurs permettant d’évaluer les 

émissions des gaz à effet de serre, pour les différentes filières de gestion des déchets. 

Tableau 7 : Emissions des gaz à effet de serre 27 en tonne équivalent CO2 

1.2.4. La valorisation du biogaz 

Activité Emissions 2001 (teq CO2)* 

Stockage 8360000 

Incinération 2473000 

Collecte 632000 

Total 11465000 

*valeurs calculées suivant des modèles pilotes reconnus 

dans l’industrie des déchets 

Le biogaz de décharge peut avantageusement faire l'objet d'une valorisation énergétique et ceci 

pour des raisons à la fois environnementales et technico-économiques. Il peut être utilisé soit 

en l'état, soit après épuration (§ 1.2.7). 

27 CH4, CO2, CFC (chlorofluorocarbures), NOX, etc.

57 




Raisons environnementales : offrir une nouvelle source d’énergie renouvelable à partir de 

déchets organiques et lutter de façon efficace contre les émissions de méthane qui, comme 

nous avons vu, est un gaz à effet de serre vingt fois plus nocif que le gaz carbonique. 

Raisons technico-économiques : le Club d'ingénierie prospective énergie et environnement a 

évalué en 2000 à 7,4 Mtep le potentiel énergétique cumulé de cette filière en retenant les 

hypothèses suivantes : 

Fin de la mise en décharge des déchets fermentescibles à compter du 1er juillet 2002, 

conformément aux dispositions de la loi du 13 juillet 1992 relative à l'élimination des 

déchets. A partir de cette date, le gisement de biogaz s'épuise progressivement et, au-delà 

de 2020, la production est si réduite que la valorisation énergétique risque de devenir 

rapidement non rentable. 

Croissance linéaire du taux d'équipement des centres d'enfouissement technique de classe 

2 (ordures ménagères et déchets industriels banaux) de production supérieure à 20000 t/an 

en moyens de captage et de valorisation jusqu'en 2002, date à laquelle tous les CET 

susceptibles d'être équipés devraient l'être effectivement. 

Valorisation principalement sous forme électrique (60 %) du biogaz capté. 

1.2.4.1. Cadre réglementaire 

L’arrêté du 9 septembre 1997 impose aux exploitants de centres d’enfouissement de capter le 

biogaz et de le valoriser, ou à défaut, de le brûler en torchère. Depuis, les quantités valorisées 

ont augmenté, les études de faisabilité lancées il y a plus de 10 ans se concrétisent et les appels 

d’offres se multiplient. 

Si le marché bénéficie depuis 1998 d’un certain nombre de facteurs qui ont déclenché un 

intérêt par rapport à la production d’énergie « verte », dont le biogaz (appel d’offres EDF en 

1999, directive du 27 septembre 2001 relative à la promotion de l'électricité produite à partir 

de sources d'énergie renouvelables sur le marché intérieur de l'électricité, suivie de l’arrêté du 

3 octobre 2001 sur le rachat de l’électricité, etc.), d’autres éléments concourent au 

développement de ce secteur. Tout d’abord, un positionnement favorable de l’administration, 

notamment au travers de l’action des DRIRE, qui a récemment évolué : au niveau des 

demandes d’extension des centres de stockage, la DRIRE requiert la valorisation du biogaz 

dans l’arrêté d’exploitation. Par ailleurs, la valorisation du biogaz permet de donner une image 

plus « environnementale » du site. 

Depuis avril 2002, les unités de méthanisation bénéficient de tarifs d'achat de l’électricité 

produite à partir de biogaz. Actuellement, ce sont des unités d'une puissance de 2 MW 

électriques (MWe) en moyenne qui sont mises en service. De la même manière que pour la 

méthanisation, un retour d'expérience sur ces unités facilitera un développement optimal de ces 

techniques. Afin d'atteindre les objectifs de développement des énergies renouvelables qu'il a 

arrêtés dans la programmation pluriannuelle des investissements de production d'électricité du 

7 mars 2003, le ministre en charge de l'énergie a décidé, en application de l'article 8 de la loi n° 

2000-108 du 10 février 2000 relative à la modernisation et au développement du service public 

de l'électricité, de lancer un appel d'offres portant sur les installations de production 

d'électricité à partir de biomasse et de biogaz en France. Ce dernier, doit porter sur une 

puissance supplémentaire de 200 MWe à partir de biomasse et de 50 MWe à partir de biogaz, à 

installer d’ici le 1 er janvier 2007. Les candidatures retenues par le Ministre en charge de 

l'énergie pouraient représenter, au total, moins que les quantités recherchées [www.cre.fr], 

[www.biogaz.atee.fr].

1.2.4.2. Modes de valorisation du biogaz 

58 




Le biogaz de décharge est donc une ressource énergétique intéressante, même si son gisement 

est limité en taille et en durée. 

À l'heure actuelle, deux modes de valorisation du biogaz de décharge sont utilisés 

industriellement : 

La combustion dans une chaudière pour la production de chaleur (chauffage). C’est 

la voie de valorisation la plus ancienne, la mieux maîtrisée et la plus courante. La teneur 

en CH4 du biogaz peut descendre jusqu'à 20 % et les contraintes d'épuration sont légères. 

La combustion dans un moteur produisant soit de l'électricité, soit de la chaleur et 

de l'électricité en cas de cogénération. La production d'électricité seule ou en 

cogénération peut s'effectuer avec une chaudière au biogaz, suivie d'une turbine à vapeur. 

Cette voie très classique pose peu de problèmes techniques et les contraintes d'épuration 

du biogaz sont celles que réclament les chaudières. L'autre voie, explorée depuis quelques 

années, consiste à installer des moteurs à gaz, soit à étincelles, soit dual fuel. Ces derniers 

sont plus lents, plus souples, plus durables, mais ils sont aussi environ deux fois plus 

chers. Les moteurs exigent un biogaz contenant au moins 40 % de méthane et peuvent 

nécessiter un traitement préalable (charbon actif) pour l’élimination de certains composés 

(comme H2S). L’électricité produite peut être utilisée sur place ou revendue à EDF. 

La production de chaleur et d’électricité représente 90 % des modes de valorisation mis en 

œuvre dans les pays scandinaves, pays où la filière biogaz connaît un fort développement. 

La filière biogaz-électricité est encore embryonnaire en France. La valorisation électrique du 

biogaz de décharge est devenue un sujet fédérateur des professionnels de l'énergie et des 

déchets, comme en témoigne la création du Club Biogaz 28 au sein de l'Association Technique 

Energie Environnement (ATEE). 

D'autres utilisations du biogaz sont en développement (à la fois pour le biogaz de décharge et 

pour le biogaz issu d’autres sources) : 

l'injection dans le réseau gaz existant, après une mise aux normes "gaz naturel", 

la production de carburant pour véhicules, 

le biogaz produit par les digesteurs industriels peut être utilisé en autoconsommation, pour 

le chauffage, la production de vapeur (moyenne ou haute pression), le séchage 

alimentaire, la production électrique ou la cogénération. Le biogaz peut alimenter des 

fours de procédés (traitement thermique, cimenteries, briqueteries, séchage, etc.). 

D’après l’ADEME (f), en 2002, la valorisation électrique du biogaz de décharge a progressé de 

20 % par rapport à 2000. 

Cette tendance est confirmée sur la figure 7, qui présente l’évolution de la valorisation du 

biogaz de décharge entre 1997 et 2003 sous forme d’électricité (en GWh électrique) et sous 

forme de chaleur (en ktep thermique). 

28 

Créé en 1999, le Club Biogaz regroupe les principaux acteurs du biogaz et de la méthanisation (industriels, 

collectivités, fournisseurs d'énergie, d'équipements, bureaux d'études, etc.) et s'est fixé comme objectif de 

promouvoir la filière biogaz – électricité

Figure 7 : Evolution de la valorisation du biogaz de décharge 

59 




Il apparaît que depuis 1997, la valorisation du biogaz de décharge sous forme de chaleur reste 

à peu près constante (7 à 8 ktep), alors que la valorisation sous forme d’électricité augmente 

quasi-linéairement depuis 1997. Elle atteint presque 500 GWh en 2003 [http://www.energieplus.com]. 

Une dizaine d’unités de valorisation par production électrique a été installée courant 2002, 

portant le nombre de sites en France produisant de l’électricité à partir du biogaz de décharges 

à 20 environ. La filière de valorisation électrique totalise la plus grande puissance développée, 

alors que la production de chaleur stagne avec 7 unités en exploitation. 

1.2.4.3. Perspectives d’évolution 

Les perspectives de développement restent très favorables, avec une croissance de la 

valorisation électrique de 30 % en 2002 et 20 % en 2003. En parallèle, le marché de la 

valorisation thermique du biogaz devrait continuer à stagner [ADEME (g), 2002]. Des progrès 

techniques notables ont été enregistrés dans ce domaine (meilleure tenue des équipements 

notamment par rapport à la qualité du biogaz). Ceci a permis d’abaisser le seuil de rentabilité 

des capacités sur lesquelles on peut valoriser du biogaz. En conséquence, le potentiel de 

marché est plus large qu’il y a trois ou quatre ans. Le premier critère de sélection étant la taille 

de l’installation de stockage, les investissements ne se feront donc plus uniquement sur les 

centres de stockage de taille significative (c’est-à-dire entre 150 et 600 kt OM/an), même si ces 

centres seront les premiers équipés, mais également sur les moyennes capacités (environ 70 kt 

OM/an). Certains opérateurs, comme SITA, ont mis en place un programme d’investissements 

à moyen terme des CET de classe 2 dont ils sont propriétaires. Si le potentiel de valorisation 

du biogaz de décharge arrivera inévitablement à saturation à très long terme, d’autres 

gisements (déchets des industries agro-alimentaires, déchets agricoles, biodéchets des 

ménages, etc.) ou d’autres modes de traitement, comme les stations de méthanisation, 

constituent des voies alternatives de développement possible. Enfin, le développement des 

filières émergentes reste toujours limité : pas d’évolution en ce qui concerne l’injection du 

biogaz dans le réseau de gaz naturel, et, en veille, 3 ou 4 projets d’études pour l’utilisation du 

biogaz en gaz carburant.

1.2.5. Récupération du biogaz 

60 




La valorisation du biogaz de décharge implique d’abord le captage du biogaz produit par les 

déchets. 

Au sein de la décharge, la formation du biogaz engendre une augmentation de pression. En 

conséquence, cette différence de pression force le gaz à traverser la masse de déchets. La 

perméabilité horizontale de la masse des déchets étant plus grande que la perméabilité 

verticale, le gaz a tendance à migrer vers les limites extérieures du centre d’enfouissement 

technique et à polluer l’air ambiant. Le captage forcé du gaz et son élimination contrôlée 

s’imposent. Il existe plusieurs systèmes de captage du biogaz : 

Système à puits verticaux – le mode le plus conventionnel qui consiste à extraire le gaz à 

l’aide de puits verticaux (fig. 8), 

Système à puits horizontaux – constitué à l’aide de tuyaux horizontaux perforés, dans 

des tranchées de gravier, qui sont placés à différentes hauteurs dans la masse de la 

décharge, 

Système à puits verticaux et horizontaux – couplage des deux techniques précédentes. 

Le système d’extraction par puits verticaux est le plus utilisé, alors que l’extraction horizontale 

est réservée aux CET peu profonds. 

Géomembrane 

Déchets 

Tête de puits 

en P.E.H.D. 

Terre 

végétale 

Figure 8 : Représentation d’une tête de puits verticale 

En général, les performances du système de drainage doivent permettre de : 

collecter le maximum de biogaz produit, 

maintenir une qualité constante du gaz pour alimenter régulièrement les systèmes de 

valorisation ou de traitement de biogaz, 

offrir la possibilité d’intervention au cours de la production du gaz. 

Pour atteindre ces objectifs, une extraction active des gaz avec un compresseur est souvent 

indispensable. 

Un réseau de collecte de biogaz peut être schématisée selon la figure 9.

Figure 9 : Représentation d’un réseau de collecte de biogaz 

TFA : très faible activité 

Source : [http://www.champagne-ardenne.drire.gouv.fr]. 

1.2.6. Les techniques d’épuration du biogaz 



61 


Quel que soit l'usage final du biogaz, il est quasiment impossible de le valoriser tel qu'il est 

produit ou récupéré. La seule fraction valorisable est le méthane qu'il contient en proportion 

plus ou moins grande. Les autres composants sont inutiles, gênants, voire nuisibles. Une ou 

plusieurs étapes d'épuration sont donc nécessaires. 

Selon le mode de valorisation souhaité, les nécessités d’épuration ne sont pas les mêmes : 

Pour une valorisation en chaudière, il faut enlever du biogaz l’eau et éventuellement le 

soufre (H2S,). 

Pour une valorisation énergétique (production d’électricité et/ou cogénération), il faut 

enlever du biogaz l’eau, le soufre (H2S) et éventuellement les composés organo-halogénés 

et siliciés. 

Pour la valorisation du biogaz comme carburant, il faut enlever de celui-ci l’eau le soufre 

(H2S), les organo-halogénés (éventuellement), le dioxyde de carbone (CO2) et les métaux 

(éventuellement). 

Pour la réinjection dans un réseau gaz, il faut éliminer du biogaz l’eau, le soufre (H2S), les 

organo-halogénés, le dioxyde de carbone (CO2), les dérivés de métaux et l’oxygène. 

Pour éliminer la vapeur d'eau, il existe de nombreux moyens. Si les contraintes de point de 

rosée 29 ne sont pas trop strictes, un dévésiculateur suivi d'un séparateur diphasique suffira. 

Pour l'injection dans le réseau, la teneur en eau doit être inférieure à 30 mg/Nm 3 et l'on fera 

appel à des techniques comme la cryogénie, l'absorption sur glycols ou encore, la solution la 

plus courante, les tamis moléculaires. Pour l'usage en tant que carburant, la concentration en 

eau doit encore être divisée par deux (point de rosée -25°C) et il faudra se tourner vers le 

système PSA (Pressure System Adsorption). 

29 Température pour laquelle un gaz doit être refroidi pour qu'il y ait condensation



62 


Le soufre, présent sous forme de sulfure d'hydrogène (H2S), s’élimine assez facilement par 

passage sur de l'oxyde de fer ou du charbon actif, ce dernier étant plus facile à régénérer, mais 

on peut également effectuer un lavage à l'eau sous pression, qui élimine aussi le CO2. Une 

petite partie du méthane se dissout dans l'eau, mais le pouvoir séparateur est néanmoins 

important car les solubilités du H2S et du CO2 sont respectivement 85 et 30 fois supérieures à 

celle du méthane. 

On se débarrasse des composés organo-halogénés, ainsi que des métaux lourds, par passage sur 

du charbon actif qui, le plus souvent, est ensuite incinéré. 

Quant à l'oxygène, s'il faut vraiment l'éliminer (par exemple pour l'injection en réseau), on le 

fait par traitement thermique catalytique, qui a l'inconvénient de consommer aussi une partie 

du méthane. 

Ces opérations d'épuration, si elles doivent être couplées, ne se font pas dans n'importe quel 

ordre. L'hydrogène sulfuré étant un poison pour les catalyseurs, la désulfuration devra précéder 

le traitement thermique catalytique, qui lui-même précédera la décarbonatation et la 

déshydratation, puisque la combustion libère du CO2 et de la vapeur d'eau. Il faudra alors 

désulfurer sur charbon actif, car le traitement à l'hydroxyde de fer s'effectue après 

décarbonatation. 

La compression est également une opération critique du conditionnement du biogaz avant son 

utilisation, notamment pour l'injection dans le réseau et la transformation en carburant. Elle 

s'opère en une ou deux étapes qui s'intercalent elles-mêmes entre les étapes d'épuration. Le bon 

choix des matériaux constitutifs des compresseurs, ainsi que des canalisations, vannes, etc., est 

évidemment primordial au regard des risques de corrosion [http://www.energie-plus.com, 

1998]. 

1.2.7. Bilan 

Les décharges sont une source importante de biogaz. Depuis le 9 septembre 1997, il est 

obligatoire de capter le biogaz, ainsi que de le valoriser, ou à défaut de le brûler en torchères. 

D’autre part, ce biogaz contient un certain nombre de composés odorants, nocifs et/ou donnant 

lieu à un important effet de serre. Pour cela il doit être épuré. 

Correctement exploité, ce biogaz peut permettre la production d’électricité et/ou de chaleur. En 

fonction du type de valorisation envisagée, le traitement du biogaz sera différent. 

Comme nous l’avons expliqué dans l’introduction, il devrait être possible d’utiliser les 

mâchefers afin d’épurer, au moins partiellement, le biogaz. 

Ainsi, dans le chapitre suivant, nous nous intéressons aux mâchefers, à leurs caractéristiques, 

leurs propriétés et leur valorisation actuelle.

1.3. Les Mâchefers d’Incinération d’Ordures 

Ménageres 



63 


Les mâchefers d'incinération d'ordures ménagères (MIOM) sont les scories ou résidus solides 

récupérés à la sortie des fours d’usine d’incinération des déchets ménagers et déchets 

industriels banals. Ils se présentent sous la forme de granules de couleur grise et leur 

composition globale est, à plus de 80 %, à base de silice, aluminium, calcium, fer et 

d’imbrûlés. 

Les mâchefers ont vu leurs premières utilisations à grande échelle vers les années 1970, mais 

les recherches sur la connaissance de leurs caractéristiques ont commencé seulement aux 

alentours des années 80. Depuis, de nombreuses études ont montré que les mâchefers 

possédaient des propriétés suffisamment intéressantes pour justifier certaines valorisations. 

Les différents éléments que les mâchefers possèdent (ferrailles, verres, aluminium), peuvent 

être extraits et valorisés. Les MIOM sont utilisés généralement en remblai, couche de forme ou 

couche de fondation (ce dernier usage étant réservé aux voies à faible trafic). De plus, leurs 

propriétés adsorbantes peuvent justifier leur emploi pour traiter des effluents pollués, 

notamment de jus de décharges [Billard H., 1988 ; Blanchard J-M. et al. 1998 ; Pilay G., 

1985]. Nous nous sommes attachés à ce dernier point et, dans ce mémoire, nous souhaitons 

montrer que les propriétés adsorbantes des mâchefers ne doivent pas être négligées car ce 

« produit » peut également présenter une importante capacité épuratoire vis-à-vis de certains 

composés gazeux présents dans le biogaz de décharge. 

1.3.1. Vision globale sur le processus d’incinération 

L’incinération des déchets est une pratique ancienne ; les premières installations ont été 

construites en Angleterre, il y a plus d’un siècle. En 1890, on parle pour la première fois d’une 

valorisation énergétique sous forme de vapeur mais ce concept reste encore inconnu en 

Europe ; il s’y développe quinze années plus tard. 

Dans le présent chapitre, nous nous proposons de donner une vision globale de ce que 

représente aujourd’hui le processus de traitement thermique des déchets. 

Selon les termes de la directive du Conseil CEE n° 89/369 du Juin 1989 sur l’incinération des 

déchets, on appelle installation d’incinération, « tout équipement technique affecté au 

traitement des déchets municipaux par incinération, avec ou sans récupération de la chaleur de 

combustion produite, (…). La présente définition couvre le site et l’ensemble constitué par les 

installations d’incinération, de réception, de stockage et de traitement préalable des déchets sur 

le site même, ses systèmes d’alimentation en déchets, en combustible et en air, la chaudière, 

les installations de traitement ou de stockage des résidus, des gaz de combustion et des eaux 

usées, la cheminée, les appareils et dispositifs de commande des opérations d’incinération et 

les systèmes d’enregistrement et de surveillance des conditions d’incinération » [Iskandar A. 

D., 2000]. 

Le schéma ci-dessous rassemble les principales étapes parcourues par les déchets dans une 

usine d’incinération et, en même temps, ce schéma nous propose un bilan moyen des quantités 

de matières solides lors de l’incinération d’1 tonne d’ordures ménagères [Gagnepain B., 1998].

Ordures 

Ménagères 

1000 kg 

Fines 

sous 

grilles 

5 kg 

Chambre de 

combustion 

Mâchefers 

250 kg 

Chaudières 

Cendres 

sous 

chaudières 

5 kg 



64 

Systèmes de 

dépoussiérage 

Poussières 

sous 

filtres 

20 kg 

Traitement 

des fumées 

Résidus des 

traitement des 

fumées 

12 kg 


Fines non piégées 

0,05 kg 

Figure 10 : Principales étapes parcourues par les déchets dans une usine d’incinération et bilan 

global des matières solides résultantes 

La première fonction d’un incinérateur consiste à transformer, par la combustion, des déchets 

de nature hétérogène en un résidu inerte, tout en générant le minimum de pollution dans 

l’environnement. 

La qualité de l'incinération dépend de plusieurs facteurs : type de four, excès d'air, 

température, temps de séjour, etc. Il existe plusieurs types des fours. Actuellement, on 

distingue deux principales technologies : les fours à grilles mobiles et fours oscillants (ou fours 

tournants). Il existe d’autres technologies comme l’utilisation de fours à lits fluidisés ou la 

thermolyse 30 [Delville N., 2003]. 

Bien que les conditions dans lesquelles l’incinération est conduite doivent être conçues de 

manière à garantir l’incinération des déchets, les mâchefers résultants à la fin du processus 

contiennent encore des matières appelées « imbrûlés ». Ces imbrûlés proviennent des fractions 

pyrolysées 31 mais non brûlées, des fractions combustibles n’ayant pas séjourné suffisamment 

longtemps dans le four ou ayant été protégées des flammes par d’autres constituants. 

Conformément à la figure 10 et comme nous l’avons vu au § 1.1.5.3, le traitement des déchets 

par incinération génère deux principaux types de résidus solides : les mâchefers d’incinération 

d’ordures ménagères (MIOM), qui sont récupérés au niveau du four et les résidus d’épuration 

des fumées d’incinération d’ordures ménagères (REFIOM), qui constituent la majorité des 

déchets solides issus du traitement des fumées (neutralisation, du lavage et du dépoussiérage). 

30 4 

Lors de la thermolyse, les déchets sont décomposés entre 450 et 550°C sous vide (~10 Pa). Cette technique 

a été développée à partir du principe de la fabrication du charbon 

31 

La pyrolyse est la décomposition thermique de la matière par l’action de la chaleur en atmosphère inerte. 

Désigne quelquefois la première étape de combustion



65 


Les mâchefers sont les principaux résidus solides de l’incinération des déchets (une tonne de 

déchets incinérés génère 200 à 300 kg de mâchefers). Les mâchefers ont un caractère 

complexe et évolutif et, par conséquent, nécessitent une bonne connaissance afin d’être 

valorisés au maximum ou d’être éliminés dans les meilleures conditions. 

1.3.2. Contexte réglementaire 

a\ En France 

La loi du 13 juillet 1992 dite « Code de l'Environnement » relative à l'élimination des déchets 

et aux installations classées pour la protection de l'environnement, fixant à l’horizon 2002 de 

ne plus admettre les déchets ménagers dans les centres de stockage mais uniquement les 

déchets ultimes, a accéléré la mise en place de nouvelles usines d’incinération. Les mâchefers 

résultant de ce processus thermique, en raison de leur provenance, sont en charge des élus 

communaux et sont devenus une priorité réglementaire du Ministère de l’Environnement. 

Ainsi, pour mettre fin à la diversité des pratiques liées à l’incinération et à l’élimination des 

mâchefers, une circulaire a été publiée. Il s’agit de la Circulaire DPPR 32 /SEI/BPSIED n° 94- 

IV-1 du 9 mai 1994 relative à l'élimination des mâchefers. Depuis 1994, les mâchefers 

doivent subir un test de lixiviation 33 qui va déterminer leur possibilité de valorisation en 

technique routière et permettre un classement. 

Les paramètres pris en compte conformément à la norme NF/X 31 210 de Mai 1998 sont : 

1\ analyse des métaux lourds (mercure, plomb, cadmium, arsenic, chrome hexavalent), 

2\ analyse des sulfates, 

3\ teneur en carbone organique total (COT), 

4\ fraction soluble, 

5\ taux d’imbrûlés. 

Les MIOM sont alors classés suivant leur caractère polluant. On distingue trois catégories : 

La catégorie « V » (comme valorisation) : ce sont des mâchefers à faible fraction 

lixiviable. Ils peuvent être valorisés directement en TP 34 , sous-couche routière, remblai, 

etc. 

La catégorie « M » (comme maturation) : ce sont les mâchefers intermédiaires. Ils 

doivent subir une maturation (stabilisation naturelle) de 3 mois minimum à 12 mois 

maximum avant de pouvoir être valorisés. Ils peuvent également être éliminés en Centre 

d’Enfouissement Technique de classe 2. 

La catégorie « S » (comme stockage) : ce sont les mâchefers à forte fraction lixiviable ou 

ne correspondant pas aux qualités environnementales requises (relargage de métaux 

lourds, par exemple). Ils doivent être stockés en Centre d’Enfouissement Technique de 

classe 2. 

Ces trois catégories sont définies par rapport aux seuils indiqués dans le tableau 8. 

32 Direction de la Prévention des Pollutions et des Risques 

33 

Mise en solution par l’eau ; Ce test consiste à mettre en contact un échantillon de cent grammes de 

mâchefers avec un litre d'eau afin d'évaluer les quantités de polluants solubilisés 

34 Travaux Publics

Tableau 8 : Catégories de mâchefers en fonction de leur potentiel polluant 

Mâchefer V Mâchefer M Mâchefer S 

Taux d’imbrûlés 1 < 5 % < 5 % > 5 % 

Fraction soluble 2 

Hg lixiviable 2 

Pb lixiviable 2 

Cd lixiviable 2 

As lixiviable 2 

< 5 % < 10 % > 10 % 

< 0,2 mg/kg < 0,4 mg/kg > 0,4 mg/kg 

< 10 mg/kg < 50 mg/kg > 50 mg/kg 

< 1 mg/kg < 2 mg/kg > 2 mg/kg 

< 2 mg/kg < 4 mg/kg > 4 mg/kg 

Cr 6+ lixiviable 2 < 1,5 mg/kg < 3 mg/kg > 3 mg/kg 

(SO4) 2- lixiviable 2 

C.O.T lixiviable 2 



66 


< 10 000 mg/kg < 15 000 mg/kg > 15 000 mg/kg 

< 1 500 mg/kg < 2 000 mg/kg > 2 000 mg/kg 

Source : Circulaire du 9 mai 1994 [http://www.senat.fr. Guacolou H., 2001]. 

1 quantifié par calcination sur solide, 

2 quantifié après lixiviation normée NF/X31-210 sur la solution obtenue et ramené en 

poids par rapport au poids de solide initial. 

b\ A l’étranger 

Au niveau européen, même si la directive sur l’incinération publiée le 4 décembre 2000 fixe un 

cadre harmonisé sur les conditions de combustion des déchets au niveau communautaire, cette 

directive reste très générale concernant la valorisation des résidus solides, et en particulier 

celle des mâchefers. La Directive expose seulement « qu’avant de définir les filières 

d’élimination ou de recyclage des résidus (…) des essais appropriés seront réalisés afin de 

déterminer les caractéristiques physiques et chimiques, ainsi que le potentiel de pollution des 

différents résidus d’incinération. Ainsi, en Europe, la façon dont les mâchefers sont valorisés 

est très hétérogène d’un pays à l’autre. Pour les principaux pays, il existe une réglementation 

propre mais qui est difficilement transposable d’état en état » [Méhu J. et Orphelin M., 2001]. 

Aux Etats Unis, la législation concernant les résidus solides de l’incinération varie également 

d’un état à un autre. Néanmoins, la Cour Suprême a décidé en 1994 que les résidus devront 

subir un test de potentiel polluant (TCLP 35 ) afin de les stocker soit en décharge traditionnelle 

soit en décharge pour déchets ultimes. Bien que la valorisation énergétique soit bien 

développée aux Etats Unis, le réemploi du mâchefer n’est pas une technique majoritairement 

adoptée par les Etats. 

Au Japon, c’est la loi de 1991 qui définit la politique de la gestion des déchets. Elle classe les 

déchets de l’incinération en deux lots : les MIOM et les REFIOM, les mâchefers étant gérés 

comme les ordures ménagères et les déchets industriels banals [Chandler et al, 1997 cités par 

Delville N., 2003]. 

En conclusion, si les réglementations nationales existent parfois, il manque encore un texte au 

niveau européen [Méhu J. et Orphelin M., 2001]. Le peu de détails de la Directive Européenne 

du 4 décembre 2000 l’illustre bien. L’enquête réalisée par Juniper Consultancy 36 en 1999, 

montre que la valorisation des mâchefers est la priorité la plus citée par les acteurs de 

35 Toxicity Characteristic Leaching Procedure 

36 Société anglaise de consulting, leader en outre dans l’analyse du management environnemental



67 


l’incinération des déchets. La majorité des pays souhaite trouver des marchés pérennes pour la 

réutilisation des mâchefers par la promulgation de textes réglementaires et une action plus 

valorisante des Etats. 

1.3.3. Le gisement de mâchefers en France 

Comme nous l’avons vu au § 1.1.5, sur un total de 26 millions d’ordures ménagères récupérés 

annuellement en France, environ 40 % ont été incinérés [ADEME (i), 2003]. 

L’incinération conduit actuellement à une production de plus de 3,5 millions de tonnes de 

mâchefers par an [Boisseau P., 2001], les régions en produisant le plus étant l’Ile de France et 

Rhône-Alpes [Bodénan F., Piantone P., 1999]. La répartition du gisement de mâchefers est la 

suivante (tableau 9). Elle est fonction de la capacité des unités d’incinération. 

Tableau 9 : Estimation de la répartition régionale de la production de MIOM 

Régions Pourcentages 

Ile de France 30 % 

Rhône Alpes 11 % 

Provence Alpes Côte d’Azur 8 % 

Bretagne – Nord Pas de Calais 7 % 

Pays de Loire 5 % 

Alsace – Aquitaine 4 % 

Centre – Midi Pyrénées – Haute Normandie 3 % 

11 autres régions < 2 % 

Source : ADEME, données TIRU, 1998 

L’évolution des quantités de mâchefers produits entre 1994 et 2001 est présentée dans le 

tableau suivant : 

Tableau 10 : Evolution des quantités de mâchefers produits entre 1994 et 2001 

Années 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 

Quantités de mâchefers produits 

(en milliers de tonnes) 

3 135 3260 3390 3490 3562 3804 +9 % +7 % 

Source : ADEME à partir d’estimations et prévisions BIPE 37 (1999) – Cercle national du 

recyclage 

La progression de la production de MIOM qui s’est effectivement poursuivie en 2000 et 2001, 

est directement liée à l’accroissement des capacités d’incinération. 

Pour les années à venir, les grandes tendances semblent être une baisse de production annuelle 

des grands centres urbains liée à l’essor de la collecte sélective et une légère croissance de 

production à l’échelle globale du pays, due à l’ouverture de nouvelles usines d’incinération 

[Boisseau P., 2001]. 

37 Société européenne de conseil s'appuyant sur la prévision économique et la prospective appliquée



68 


Par manque de données récentes, la quantité de mâchefers valorisable est plus difficile à 

estimer. En 1995, le taux de mâchefers valorisés était de 56,2 %, chiffre qui correspond à 

environ 1,5 millions de tonnes [Boisseau P., 2001]. Les experts s’accordent à dire 

qu’aujourd’hui, la part de la catégorie V pourrait monter jusqu’à plus de 80 % à la suite des 

progrès attendus autour des performances des unités d’incinération d’ordures ménagères et de 

la généralisation des plates-formes de traitement et de maturation des mâchefers [www.cerclerecyclage.asso.fr., 

2003]. L’ADEME estime que, en sortie d’usine, 46 % des mâchefers sont de 

catégorie V, 37 % de catégorie M et 17 % de catégorie S. 

On compte actuellement en France plus de 40 installations de traitement et de maturation des 

mâchefers (IME), qui traitent près de 70 % de la production totale de mâchefers. Ces IME sont 

réparties de façon inégale sur le territoire français, car la filière incinération est moins 

développée dans certaines régions (tableau 9) [Lac C., Fourcy P., 2001]. 

Avant d’utiliser les mâchefers, il est intéressant et important de connaître leurs principales 

caractéristiques. Celles-ci seront présentées de façon succincte dans le paragraphe suivant. 

1.3.4. Caractéristiques des mâchefers d’incinération d’ordures ménagères 

Les mâchefers présentent un caractère complexe et fort évolutif. Leur composition est en 

relation directe avec le lieu où ils ont été produits et dépend de : 

la composition des déchets incinérés (habitudes de vies de la population, éventuel tri en 

amont, saison, etc.), 

la qualité de l’incinération (type du four, excès d’air utilisé, température, temps de séjour, 

etc.). 

Dans un premier temps, nous présenterons les principales caractéristiques physiques des 

mâchefers, puis leur composition minéralogique, leurs propriétés d’adsorption et leurs 

caractéristiques chimiques. 

1.3.4.1. Caractéristiques physiques des mâchefers 

a\ Aspect général 

b\ Teneur en eau 

Le mâchefer est un matériau poreux, qui s’apparente à une grave grisâtre hétérogène. 

Certains éléments peuvent facilement être identifiés, comme des débris de verre, des 

céramiques, des ferrailles. C’est un milieu poreux constitué d’une matrice solide, 

d’une phase liquide et d’une phase gazeuse. 

Les mâchefers sont principalement constitués de la partie lourde et incombustible des 

déchets incinérés. Il s’agit d’une matrice essentiellement minérale. 

En sortie de four, les mâchefers sont refroidis, le plus souvent à l'eau. La teneur en 

eau monte alors jusqu'à 30 % en poids, en fonction du mode de refroidissement. Le 

mâchefer humide dégage une légère odeur âcre, odeur qui s’approche à celle d’un 

ciment et qui s’atténue après quelques jours de stockage. 

Le pourcentage d’eau des mâchefers humides agit sur la densité maximale obtenue 

par compactage et, par là même, sur sa stabilité interne et sa capacité à ne pas évoluer 

lors de son utilisation en génie civil ou lors de sa stabilisation avec des liants [Albino 

et al, 1996, Chandler et al, 1997].

c\ Masse volumique 

d\ pH 



69 


La masse volumique réelle des mâchefers varie entre 1500–1700 kg/m 3 , ce qui en fait 

un matériau léger [Blanchard J-M. et al, 1989]. La masse volumique apparente des 

MIOM secs (déferraillés et concassés) est généralement estimée à 1100 à 1200 kg/m 3 

[Goacolou H., 2001]. 

Le pH naturel des MIOM est basique et oscille entre 12 et 13 en sortie du four. Cette 

alcalinité correspond au pH résultant de la mise en contact des mâchefers avec de 

l'eau déminéralisée et est essentiellement due à la présence de portlandite (hydroxyde 

de calcium 38 ), produit de l'hydrolyse de la chaux vive (oxyde de calcium 39 ) et à des 

composés de type silicates calciques. Après maturation ou traitement aux liants 

hydrauliques (voir § 1.3.6), le pH de mâchefers chute jusqu’à des valeurs comprises 

entre 9 et 10. 

e\ Perte au feu ou taux d’imbrûlés 

La perte au feu peut témoigner du niveau de maîtrise de la combustion. Elle 

correspond à la teneur en carbone organique (majoritaire), en carbonates et à l'eau 

d'hydratation liée. Les fours récents sont capables de maintenir une perte au feu 

inférieure à 2 % [Chandler A. et al , 1997]. 

Le taux d’imbrûlés du mâchefer sera déterminé par la perte de masse exprimée en 

pourcentage du poids sec de l'échantillon initial après 4 heures de calcination à 500 

°C. Les résultats sont fortement dépendants de la nature du four où l’incinération a eu 

lieu. 

f\ Surface spécifique et porosité 

Les données sur la surface spécifique des mâchefers sont assez rares. La littérature 

propose une valeur de 4 à 30 m 2 /g mesurée par la méthode B.E.T 40 . Le diamètre 

moyen des pores est comprise entre 0,07 et 2,11 µm, donnée qui montre que la 

surface spécifique des MIOM est importante, ce qui favorise les échanges chimiques. 

Cependant, le diamètre des pores est très petit, ce qui peut induire un retard dans les 

échanges chimiques [Delville N., 2003]. 

g\ Granulométrie 

38 Ca(OH)2 

39 CaO 

Une fois sortis d’usine d’incinération et passés par les principales étapes de 

traitement que sont le déferraillage et le criblage, les MIOM se présentent sous forme 

d’une grave 0/20 ou 0/31,5 mm, conformément aux attentes des utilisateurs 

potentiels. 

40 Brunauer, Emmett et Teller (http://www.granuloshop.com/qc/sorption.htm#ssb)



70 


Comme certaines de leurs propriétés s'apparentent à celles de graves naturelles 

(granulométrie, portance, absence de sensibilité au gel, etc.), du point de vue du 

génie civil, les mâchefers présentent des caractéristiques très intéressantes. 

Conformément à la circulaire ministérielle du 9 mai 1994 il est possible d’utiliser les 

mâchefers en technique routière, s’ils répondent à des critères bien spécifiques. Les 

mesures de la granulométrie permettent de déterminer la dimension des grains des 

mâchefers, la proportion des particules de différentes grosseurs ainsi que trois 

paramètres importants : le Dmax 41 , la valeur tamisée à 80 µm et la valeur tamisée à 2 

mm. Les tests granulométriques s’effectuent selon les normes P94-056 et P94-057 

[Bruder-Hubscher V., 1998]. 

h\ Caractéristiques géotechniques 

Selon le Guide Technique de la réalisation des remblais et couches de forme du 

SETRA-LCPC [1992], les mâchefers sont classés F6-1 à F6-2 et sont assimilables à 

des matériaux naturels [Delville N., 2003]. Ils présentent une bonne portance et une 

bonne traficabilité. Lorsqu’ils sont valorisés en techniques routières ou en remblais, 

les mâchefers se substituent à un matériau naturel face auquel ils peuvent présenter 

un inconvénient majeur : la sensibilité à l’eau. Un taux d’humidité trop important 

peut entraîner un gonflement et un matelassage des couches de MIOM, ce qui 

engendre des déformations de la surface routière [www.cercle-recyclage.asso.fr ; 

Bauchard M., 1977]. De nombreuses auteurs ont investigué les raisons de 

l’apparition de ces gonflements [Goacolou H. et al, 1995]. Ces investigations ont 

abouti de manière systématique à la découverte de particules d’aluminium métal plus 

ou moins décomposée, proche de l’interface du revêtement bitumineux. 

Plusieurs études ont montré que leurs caractéristiques géotechniques moyennes 

demeurent toutefois en dessous de celles des matériaux traditionnels [Guacolou H., 

2001]. 

En outre, le développement de la collecte sélective entraîne une forte baisse du 

pourcentage de la fraction de verre (ou silice) contenue dans les mâchefers. De 

nombreux acteurs se posent d’ores et déjà la question de savoir quel sera l’impact de 

cette évolution sur le comportement des mâchefers et en particulier sur ses 

caractéristiques géotechniques. 

1.3.4.2. Composition minéralogique des mâchefers 

Le MIOM est un matériau essentiellement constitué de minéraux. On trouve dans sa matrice 

solide : 

des déchets et des granulats naturels qui n’ont pas subi de modification pendant la 

combustion, appelés « phases reliques », 

des minéraux formés à haute température au sein du four, appelés « phases primaires », 

une matrice vitreuse résultant de la trempe d’un liquide silicaté (trempe en sortie de four 

après la fusion), 

des phases formées à basse température au contact de l’air et de l’eau, après la sortie du 

four appelées « phases secondaires », 

des alliages métalliques, 

41 Diamètre maximum

des résidus imbrûlés (en général inférieurs à 3 %). 



71 


Le tableau 11 regroupe les constituants du mâchefer par familles chimiques et par espèces. 

Tableau 11 : Composition minéralogique d’un MIOM 

Famille Espèce minérale Formule chimique Formation 

Silicates Alite Ca3SiO5 

Clinopyroxène Ca(Fe,Mg,Al)(Si,Al)2O6 

Géhlénite Ca2Al2SiO7 

Larnite Ca2SiO4 

Mullite Al2SiO5 

Olivine calcique (Fe,Mg,Ca)SiO4 

Plagioclases (Ca,Na)Al(Si,Al)4O8 

Pseudowollastonite CaSiO3 

Quartz SiO2 

Talc Mg3(OH)2Si4O10 

Oxydes Corindon Al2O3 

Hématite Fe2O3 

Hercynite FeAl2O4 

Magnétite Fe3O4 

Rutile TiO2 

Spinnelle MgAl2O4 

Wüstite FeO 

Zincite ZnO 

Hydroxydes Portlandite Ca(OH)2 

Chloroaluminate 

hydraté 

Boehmite- 

Bayerite-Gibbsite Al(OH)3 

Goethite FeO(OH) 

Carbonates Calcite CaCO3 

Siderite FeCO3 

Chlorures Halite NaCl 

Nantokite CuCl 

Sylvite KCl 

Ca2Al(OH)6Cl, 2H2O 

Au sein du four, à haute 

température 

(= phases primaires) 

Hydratation rapide de CaO 

au contact de l’humidité de 

l’air, avant la trempe du 

MIOM, puis hydratation 

partielle de CaO au moment 

de la trempe 

Hydroxylation des métaux 

après la trempe du mâchefer en 

sortie du four (= phases 

secondaires) 

Minéraux de basse température 

se formant dès la sortie du four 

après la trempe 

(= phases secondaires)

Famille Espèce minérale Formule chimique Formation 

Sulfates Anhydrite CaSO4 

Gypse Ca[SO4], 2H2O 

Ettringite 

Ca6[Al (OH) 6]2(SO4)3, 

26H2O 

Phosphates Apatite Ca5(PO4)3(OH,F,Cl) 

Sulfures Pyrrhotite FeS 

Métaux Aluminium métal Al 0 

Fer métal Fe 0 

Cuivre métal Cu 0 

Graphite C 

Autres Verre néoformé (Si, Na, Ca, Al, ± Fe) 

Constitutifs 

de roches 

naturelles 

Feldspaths potassiques, certains pyroxène, 

quartz, biotite 

Source : [Clozel-Leloup B. et al., 1999] 



72 


Four (oxydation des sulfures) et 

extinction du mâchefer en sortie 

de four 

Fragments résiduels issus des 

déchets incinérés (= phases 

reliques) 

Sortie du four après la trempe 

(= phases secondaires) 


température 


température 



reliques), se transformant 

rapidement en hydroxydes 



reliques) 


température 



reliques) 

Compte tenu de la grande diversité des composés présents dans les mâchefers, ces résultats 

sont seulement qualitatifs, car il est difficile de les quantifier. Toutefois, les caractéristiques 

minéralogiques des mâchefers jouent un rôle important dans le comportement à la lixiviation, 

et notamment dans le contrôle de la solubilisation des éléments. 

Nous verrons au § 1.3.5.4 l’importance des métaux lourds d’un point de vue environnemental. 

Les métaux lourds sont sous forme de composés extrêmement variables. Par exemple, le 

plomb peut exister sous forme de plomb métal (Pb), d’oxyde (PbO), de silicates divers 

(Pb2SiO4, etc.), de chlorure (PbCl2), de phosphate, d’alliages divers. 

Il existe encore peu de données disponibles au sujet de la localisation des métaux lourds. 

Dans les phases primaires, les métaux lourds se trouvent essentiellement dans : 

les oxydes (Cd, Ni, Cu, Cr, V, Zn, Pb, Sn), 

les silicates (Ni, Zn, Cr, Pb), 

les sulfates (Pb, Cr, Zn), 

les halogénures (Pb, Cu, Zn), 

les sulfures (Cu, Zn, Sn). 

Lorsqu’ils se trouvent dans des silicates ou des oxydes les métaux lourds seront en général peu 

lixiviés (ils seront donc immobilisés dans le minéral).



73 


Dans les phases secondaires, la répartition des métaux lourds est très complexe, car 

dépendante des conditions physico-chimiques du milieu (température, humidité, pH du milieu, 

etc.). En effet, les minéraux secondaires qui les contiennent sont très instables au cours du 

temps. 

1.3.4.3. Caractéristiques chimiques des mâchefers 

Sur le plan chimique, la composition élémentaire globale du mâchefer est très proche de celle 

de certaines roches volcaniques basiques comme les basaltes, ou encore de certaines 

pouzzolanes [Goacolou H. et al., 1995]. On trouve dans les MIOM près de la moitié de la 

classification de Mendeleïev. Leur composition chimique est dépendante du procédé 

d’incinération. Leurs caractéristiques chimiques varient fortement dans le temps et dans 

l’espace et est en relation directe avec la composition des déchets incinérés. Une incinération 

effectuée dans des conditions bien maîtrisées conduit à des mâchefers de composition et 

caractéristiques physico-chimiques relativement stables. 

Le tableau 12 regroupe la composition chimique de quelques mâchefers français (données 

fournies par POLDEN 42 - 2003). 

42 POLlution - Déchets - ENvironnement

Tableau 12 : Composition chimique des mâchefers 

Composition des mâchefers 



74 


Paramètre Unité Minimum Maximum Médianes 

Imbrûlés % sur sec 1,1 5 2,4 

Si % sur sec 30 61 49 

Ca % sur sec 7,4 15 11 

Fe % sur sec 3,9 18 7,6 

Al % sur sec 1,6 18 5,8 

Na % sur sec 0,86 8 4,1 

Mg % sur sec 0,7 3,5 1,6 

Sulfates % sur sec 0,11 6,4 1 

K % sur sec 0,22 1,6 0,75 

Ti % sur sec 0,12 2,3 0,57 

P % sur sec 0,4 0,75 0,51 

Cl % sur sec 0,01 0,58 0,3 

Zn mg/kg MS 1250 3570 2195 

Pb mg/kg MS 431 3763 1731 

Cu mg/kg MS 810 3000 1423 

Mn mg/kg MS 630 2127 944 

Cr mg/kg MS 165 800 433 

Sn mg/kg MS



75 


(Polychlorodibenzo-p-furanes), les CB (Chlorobenzènes), les CP (Chlorophénols), les PCB 

(Polychlorodyphényls) et les HAP (Hydrocarbures Polycycliques Aromatiques). A titre 

d’exemple, les concentrations en dioxines et furannes de mâchefers de 5 usines testées varient 

de 4 à 20 nanogrammes (10 -9 g) par kg [Damien, 1997]. 

1.3.4.4. Comportement à la lixiviation des mâchefers – Impact environnemental 

La lixiviation est l’opération qui consiste à faire passer un solvant au travers d’un solide afin 

d’extraire l’ensemble des composés solubles. Dans le cas des mâchefers, un test de lixiviation 

a été mis en œuvre en France (§ 1.3.3). Le but de ce test est d’extraire les quantités maximales 

de produits solubles dans l’eau pour pouvoir en conséquence décider de leur devenir, c’est-àdire 

savoir dans quel type de scénario ils pourront êtres valorisés : matériaux de constructions, 

technique routière, stockage, ou autre. 

Pour évaluer l'impact environnemental de l'élimination du mâchefer, il est donc nécessaire de 

comprendre les mécanismes physico-chimiques intervenants pendant sa mise en contact avec 

l'eau. Cette mise en contact modifie l'équilibre à l'interface et déclenche le processus de 

transfert éventuel des polluants. Il se traduit par la mise en place d'un flux massique dans la 

phase mobile et immobile du liquide (lixiviant et solution des pores), tendant vers un nouvel 

équilibre. Au tout début de la mise en contact du mâchefer avec le lixiviant le phénomène de 

lessivage 43 est prépondérant. Le relargage des polluants comprend d'une part les réactions 

physico-chimiques de mobilisation des espèces, et d'autre part, le transport qui amène les 

polluants hors du mâchefer, dans le liquide de lixiviation. Le transport des polluants se fait par 

diffusion des espèces selon le gradient de concentration entre le matériau et la solution de 

lixiviation. Puis, dans le liquide de lixiviation, il se fait par convection et dispersion. 

Pendant le contact mâchefer - eau, de nombreuses réactions chimiques interviennent ainsi 

qu’un grand nombre d’équilibres chimiques [Chandler, A. et al. cites par Bröns-Laöt G., 

2002]. 

Plusieurs types de réactions chimiques sont susceptibles de contrôler la solubilisation des 

éléments contenus dans les mâchefers lors de sa mise en contact avec l’eau : 

Réactions de précipitation/dissolution - Les caractéristiques minéralogiques des 

mâchefers contrôlent principalement la solubilisation des éléments lors du contact avec le 

lixiviat et ceci est bien évidemment directement lié à un contexte chimique : composition 

(éléments minoritaires ou traces, amphotères, etc.) et pH. Etant données les teneurs en 

oxydes alcalins et alcalino-terreux des mâchefers, sous l’action des eaux météoriques, si 

ces oxydes se dissolvent, ils donneront naissance à une solution de pH tel que les 

dissolutions des hydroxydes amphotères d’aluminium, de plomb, de zinc, de cadmium, 

etc. seront favorisées. Les cinétiques de ces réactions sont variables selon les composés ; 

elles peuvent être instantanées ou très lentes (exemple de la dissolution des 

aluminosilicates) [Bröns-Laöt G., 2002 ; Veron J. et al., 1989]. 

Réactions de complexation - Dans les lixiviations de mâchefers, les principales réactions 

rencontrées sont l'hydrolyse et la complexation avec les carbonates [Meima J., Comans R, 

1997]. Les complexes Cd-Cl font partie des complexes inorganiques fréquemment 

rencontrés, surtout dans les lixiviats de mâchefers frais 44 . Certains métaux comme le 

cuivre forment des complexes stables avec des ligands organiques provenant de la matière 

43 mise en solution des espèces présentes à la surface 

44 Mâchefer issu de l’incinérateur ; qui n’a pas encore subi une maturation



76 


organique imbrûlée ou partiellement brûlée dans les mâchefers. Le relargage du cuivre à 

pH basique est ainsi contrôlé par ce phénomène. Il faut noter que l'analyse des éluats (par 

spectrométrie d'émission plasma notamment), donne une réponse globale, c'est-à-dire que 

la concentration d'un élément correspond à la concentration de l'élément sous toutes ses 

formes, complexées ou non [Bröns-Laöt G, 2002]. 

Réactions de sorption - Le terme «sorption» englobe en général tous les phénomènes de 

transfert d'espèces chimiques de la phase liquide vers la phase solide, à l'exception des 

réactions de précipitation/dissolution. Dans les mâchefers, les oxydes de fer et 

d'aluminium amorphes ou cristallins, les aluminosilicates et la calcite peuvent constituer 

des surfaces sorbantes (accepteurs de solutés). De récentes études ont montré que ces 

réactions pouvaient décrire le comportement des éléments traces (tels que les métaux) 

provenant des mâchefers [Meima J. et Comans R., 1997]. 

Réactions d’oxydoréduction - En général, un mâchefer frais impose au lixiviant des 

conditions oxydantes. Lors de la lixiviation de mâchefers frais, le pH varie entre 11 et 13. 

Les éléments les plus lixiviables sont le calcium, le sodium et le potassium. Les relargages 

du sodium et du potassium sont indépendants du pH ; ils sont contrôlés par la disponibilité 

des composés solubles tels que NaOH, KOH, NaCl, KCl et K2Ca(SO4)2 [Kida A. K. et 

al., 1996]. Les sources de Ca 2+ relativement solubles sont : la portlandite (Ca(OH)2), le 

gypse (CaSO4.2H2O) et l'anhydrite (CaSO4). Le potentiel redox peut cependant vite chuter 

lors du stockage ou de l'utilisation des mâchefers grâce à la biodétérioration de la matière 

organique résiduelle et/ou par la présence de phases minérales réduites. Les variations de 

ce potentiel peuvent avoir des répercussions importantes sur la mobilité des métaux. Par 

exemple, les relargages du cuivre, du chrome, de l'arsenic et du vanadium augmentent en 

conditions plus oxydantes, alors que le relargage du fer diminue [Meima J.et Comans R, 

1997]. 

Des études menées par le BRGM 45 sur la stabilité chimique des mâchefers soumis à l’altération 

météorique ont notamment montré que la qualité des lixiviats s’améliore au cours du temps 

pour les sels solubles et les métaux (Pb, Zn, etc.). A l’inverse, le potentiel de relarguage des 

sulfates (SO4 2- ) augmente dans le temps. Ces évolutions opposées sont essentiellement liées à 

la dilution des sels et au processus de carbonatation qui stabilise les métaux et augmente la 

solubilité des sulfates [Bodénan F.et Piantone P.,1999]. 

Du point de vue environnemental, ce sont surtout les métaux lourds présents dans les 

mâchefers qui sont susceptibles de poser problème. Cependant, seule une très faible partie 

d'entre eux peut généralement se solubiliser dans les eaux [Blanchard J-M et al., 1998]. De ce 

point de vue, le risque de pollution par les métaux lourds est donc en réalité limité [Kosson D. 

S. et al.,1998]. 

Coutaz L., dans son étude de 1996 avait constaté qu’il existe de grandes différences de 

lixiviabilité entre différents sites de production des mâchefers mais que les concentrations en 

métaux dans les lixiviats suivent toutes la même évolution en fonction de la granulométrie. Ces 

éléments polluants ne sont détectés qu’à l’état de trace et rarement quantifiables. 

Deux voies sont en général considérées pour réduire le potentiel polluant des MIOM : la voie 

physique et la voie chimique. La voie physique consiste à solidifier le MIOM par l’ajout d’un 

liant, méthode qui permet d’emprisonner les éléments polluants dans une matière solide à 

faible perméabilité. Par la voie chimique, on cherche à stabiliser les éléments polluants en les 

immobilisant par des liaisons chimiques fortes, dans des complexes non hydrolysables en 

milieu alcalin ou acide [Gouacalou H., 2001]. 

45 Bureau de Recherches Géologiques et Minières

1.3.4.5. Propriétés d’adsorption des mâchefers 



77 


Dès les années 1978 le Laboratoire Chimie Physique Appliquée et Environnement (L.C.P.A.E) 

de l’INSA de Lyon a procédé à des études sur les mâchefers d’incinération d’ordures 

ménagères dans le but d’appréhender leur impact éventuel sur l’environnement, et en 

particulier sur la nappe phréatique, dans le cas de leur mise en décharge. Dans son travail de 

thèse réalisé dans cet ancien laboratoire, devenu actuellement le L.A.E.P.S.I., Pilay G P. 

[1985] avait montré que les mâchefers pouvaient épurer les lixiviats de décharge. A l’époque, 

il s’agissait d’un traitement tout à fait original qui a fait d’ailleurs l’objet d’un brevet déposé 

par la société France Déchets. Ensuite, entre 1986 et 1987, l’INSA et France Déchets ont lancé 

une étude expérimentale sur site, concernant la faisabilité de l’épuration de lixiviats de 

décharge directement par un tas de mâchefers. Cette expérimentation a eu lieu près de Rouen 

sur le site de Tourville La Riviere (Fosse Marmitaine). Dans les conditions spécifiques de mise 

en œuvre de ce procédé (Brevet INSA – Simond J.), les lixiviats de décharge ont vu diminuer 

leur potentiel polluant sur les paramètres classiques (DCO, COT, Métaux lourds, NH4 + ). 

En 1998, les études réalisées au LAEPSI par Blanchard et al., ont mis en évidence les 

propriétés d’adsorbant du mâchefer vis-à-vis du phénol contenu dans certaines boues de 

peinture. 

D’autres propriétés de filtration, d’adsorption, de neutralisation et oxydation sur les effluents 

liquides pollués (lixiviats de décharge notamment), ont été mises en évidence par le même 

laboratoire [Olivier S., 1990 ; Pellegatta P., 1991]. 

Ces recherches ont amené ELYO-Cylergie a étudier un procédé de déchloruration des fumées 

d’incinération d’ordures ménagères, basé sur l’utilisation des MIOM. Les essais effectués sur 

dispositif laboratoire et pilote ont permis de mettre en évidence les propriétés et les capacités 

épuratoires des MIOM vis-à-vis d’HCl gazeux [Pascual C., 1991]. 

Notre étude devrait permettre d’apporter de nouvelles informations sur les propriétés 

adsorbantes des mâchefers. 

1.3.5. Traitement et élaboration des mâchefers avant valorisation 

Une fois sortis de la chambre de combustion de l’usine d’incinération, les mâchefers subissent 

plusieurs traitements. Ils sont tout d'abord refroidis, le plus souvent par lavage à l'eau. Ensuite, 

les grosses pièces imbrûlées sont éliminées par criblage (passage des mâchefers sur des grilles 

qui "filtrent" les éléments inférieurs à 200 mm). Un premier déferraillage, par tri magnétique, 

peut également intervenir selon la qualité du mâchefer. Quand il n'est pas opéré en sortie de 

four, le déferraillage est réalisé ultérieurement, dans les plates-formes de traitement des 

mâchefers. 

Après ce premier traitement, les mâchefers sont stockés dans l'attente d'une évacuation vers 

des installations de traitement, dites "installations de maturation et d'élaboration" (IME) 

[Senat (a), 1998]. Ces IME sont des installations de plein air classées au titre de la protection 

de l'environnement, destinées à traiter les mâchefers des usines d'incinération d'ordures 

ménagères. L'aménagement, l'étanchéité, la collecte des eaux de ruissellement, de même que le 

traitement de chaque lot de mâchefer, sont étroitement réglementés. 

Les lots de mâchefers d'UIOM sont stockés dans les IME séparément et identifiés par usine de 

production. Ces étapes (maturation et élaboration) sont décrites aux § 1.3.6.1 et 1.3.6.2.

1.3.5.1. Maturation 



78 


Pendant la durée du stockage, qui peut aller de trois mois à une année maximum en fonction de 

la qualité initiale du mâchefer, un phénomène de maturation intervient. Ce phénomène permet 

de stabiliser les caractéristiques chimiques du mâchefer : oxydation naturelle du mâchefer, 

carbonatation de la chaux (CaO), baisse du potentiel d'hydrogène (pH), réduisant ainsi le 

potentiel polluant du mâchefer par immobilisation de certains métaux lourds amphotères. 

De profondes transformations minéralogiques se déroulent pendant cette période dite « de 

maturation », car le mâchefer est thermodynamiquement instable en conditions atmosphériques 

[Senat (a), 1998]. Très vite, l’on observe par exemple des dépôts de carbonates et de sulfates 

en surface. Le mâchefer évolue en présence du dioxyde de carbone atmosphérique, modifiant 

ainsi ses propriétés physico-chimiques. 

Le phénomène de maturation implique essentiellement : 

le stockage à l’air libre de 3 à 12 mois, 

l’oxydation des ferrailles et des imbrûlés, 

le lessivage des chlorures, 

le lessivage des sulfates, 

la carbonatation : [Ca(OH)2] se carbonate majoritairement [Bodénan F., Piantone P., 

1999]. Des composés à base de Mg, K, Na se carbonatent également. 

Lors d’un colloque organisé à l’INSA de Lyon en 1987, J. Veron spécifiait qu’aussitôt après 

leur mise en tas, un effet thermique se développe au sein des mâchefers. De façon 

concomitante, le tas de mâchefer est le siège des équilibres calco-carboniques qui induisent au 

bout de quelques mois, des effets de type liant hydraulique (carbonatation). La teneur en 

chaux et en carbonate de calcium du mâchefer, permet de maintenir entre 8 et 10 le pH des 

lixiviats percolant en son sein, ce qui est extrêmement intéressant pour abaisser à des niveaux 

très faibles, les teneurs en métaux lourds [Veron J., 1987]. Ces deux principaux phénomènes 

(effet thermique et carbonatation), sont décrits dans les paragraphes suivants. 

a\ Effet thermique généré par le mâchefer 

Depuis plusieurs années, de nombreuses études ont montré que dès lors que les mâchefers sont 

déposés seuls et en quantité suffisante, on observe une élévation de température du matériau. 

Ce phénomène peut durer plusieurs années. Lié essentiellement à la teneur en imbrûlés des 

mâchefers et à la présence de fer oxydable, cet effet thermique provoque l’évaporation de 

quantités significatives d’eau [Pilay G P., 1985]. 

Le dégagement de chaleur observé pendant la période de maturation semble également être lié 

à la mise en solution de minéraux analogues aux composés du ciment [Freyssinet P. et al., 

1998 ; Pascual C. et al., 1994]. Selon ces derniers auteurs, l’augmentation de la température est 

provoquée par des réactions d’oxydation et/ou d’hydrolyse des imbrûlés et des métaux. Elles 

peuvent être catalysées par d’autres métaux présents dans le mâchefer, par exemple par les 

nombreux oxydes métalliques [Pilay G P., 1985]. 

Les principales réactions sont, par ordre décroissant d’importance : 

(1) Fe +3/2 O2 →Fe2O3 ∆rH 0 298 = -14732 kJ/kg 

(2) C + O2 → CO2 ∆rH 0 298 = -32865 kJ/kg 

(3) Al + 3H2O → Al(OH)3 + 3/2H2 ∆rH 0 298 = -15493 kJ/kg



79 


D’autre part, en 1984, Revin Ph. a estimé qu’1 m 3 de mâchefer dans lequel il y aurait 6 % de 

carbone, 10 % d’hydroxyde de calcium Ca(OH)2 et 30 % de fer pourrait, en théorie évaporer 

1,67 m 3 d’eau, à température ambiante. Le même auteur estime à 2 mois la durée du régime 

transitoire (la montée en température) et à environ 15 ans au minimum, la durée du régime 

permanent (stabilisation de la température). Ces valeurs sont bien sûr influencées par la 

composition des mâchefers, la conception du dépôt et les conditions climatiques. 

L’oxygène intervenant dans ces réactions provient essentiellement de l’air ambiant, qui pénètre 

d’autant mieux dans le mâchefer que ce dernier est peu compacté. La décroissance de la 

température, observée au fil du temps, est provoquée par un ralentissement des réactions 

(contact plus difficile), plus que par un épuisement des réactifs. Aucune autre réaction en 

phase gazeuse n’a été observée : lors de l’ouverture mécanique d’un tas de mâchefer et 

analyse, il n’a été détecté ni méthane, ni hydrogène sulfuré, ni oxydes de soufre ou d’azote 

[Pilay G., 1985]. 

b\ Carbonatation 

En plus du phénomène thermique, les mâchefers sont le siège d’un autre phénomène très 

important, qui est celui de carbonatation. Celui-ci ce traduit par la formation de carbonate de 

calcium (CaCO3), ce qui a pour conséquence principale de durcir le matériau. D’après 

Freyssinet P. et al. [1998], la carbonatation est en fait le principal processus intervenant dans la 

maturation des mâchefers. Il résulte de la dissolution de minéraux du type portlandite 

(Ca(OH)2), larnite (Ca2SiO4), ettringite (Ca6[Al (OH) 6]2(SO4)3, 26H2O), etc. (produites dans le 

four), qui libèrent de grandes quantités de calcium, d’hydroxyde et produisent des pH 

supérieurs à 12. 

La forte alcalinité des lixiviats favorise la mise en solution du CO2 atmosphérique, ce qui 

entraîne la précipitation des carbonates (CO3 2- ). Les lixiviats se rééquilibrent vis-à-vis de 

l’atmosphère en précipitant la calcite (CaCO3), ce qui fait diminuer le pH. 

pH > 12 Ca(OH)2 + CO2 (aq) CaCO3 + H2O 

Les carbonates précipités se présentent sous forme de solutions solides à plusieurs pôles 

comme Ca, Fe, Pb, Zn ou Mg. La carbonatation a, comme autre conséquence, de piéger 

certains éléments comme par exemple les cations métalliques et de faire obstacle à la 

progression des lixiviats. 

Ce phénomène apporte également un certain effet thermique mais celui-ci représente 

seulement 3 à 4 % du phénomène total. La carbonatation se développe d’autant plus 

complètement que l’effet thermique est important. La montée en température assure l’essentiel 

de l’approvisionnement en CO2 même si des études menées au laboratoire ont pu mettre en 

évidence la formation de CaCO3 sous la seule influence du CO2 dissous dans l’eau de pluie 

[Revin P., 1984]. 

La carbonatation, contrôlée par la diffusion du CO2 atmosphérique, implique donc une baisse 

du pH de 12 à 8-9, ceci favorisant la précipitation des métaux lourds en hydroxydes 

métalliques insolubles. 

Dans la diagramme de la figure 11 nous pouvons observer que la solubilité de certains métaux 

lourds diminue avec la baisse du pH.

B 

Figure 11 : Diagrammes Pourbaix de solubilité de quelques métaux 

La formation des hydroxydes métalliques se réalise conformément à la réaction : 

M x+ + xH2O M(OH)x +xH + 



80 


Ces réactions sont principalement influencées par la température, par l’état de densification du 

mâchefer et par sa teneur en eau [Gouacolou H., et al., 1995]. 

c\ Evolution des caractéristiques environnementales du mâchefer pendant la maturation 

Nous pouvons donc conclure que le stockage améliore de façon sensible les caractéristiques 

environnementales du mâchefer à l’exception notable des sulfates. Pour les paramètres pris en 

compte par la réglementation lors de la maturation, on obtient : 

Une baisse importante du carbone organique total (COT), 

Une baisse légère de la fraction soluble provoquée par la recombinaison de certaines 

espèces solubles, une baisse plus importante peut résulter d’un lavage du mâchefer avec 

les eaux météoriques, dans ce cas, les eaux doivent subir un traitement avant rejet, 

Une baisse du plomb qui est liée à la baisse du pH (en dessous du pH 10, le plomb est 

souvent non détecté dans les lixiviats à l’aide des méthodes classiques d’analyse), 

Une augmentation des sulfates ; mais les valeurs de départ étant souvent faibles, nous 

pouvons penser que l’on restera la plupart du temps, en dessous du seuil réglementaire 

pour ce paramètre, 

Les chlorures, qui sont des composants essentiels de la fraction soluble n’évoluent 

pratiquement pas s’ils ne sont pas soumis à un lessivage, 

Les propriétés mécaniques ne sont généralement pas modifiées par la maturation, sauf 

quand celle-ci s’accompagne d’une prise hydraulique du stock [Pascual C., 1995].

1.3.5.2. Elaboration 



81 


L'élaboration, ou la préparation proprement dite, a pour but de donner une homogénéité au 

mâchefer et de retirer, soit les éléments indésirables, soit au contraire les éléments valorisables. 

Plusieurs opérations interviennent : le tri aéraulique pour éliminer les imbrûlés légers 

(plastiques, papiers), le tri magnétique pour éliminer les métaux ferreux, le tri par induction 

pour éliminer l'aluminium. 

Les chaînes de traitement dans les IME sont très variées et peuvent être classées en 4 grands 

types (tableau 13) : 

Tableau 13 : Proposition de classement des IME par type de procédé 

Type de procédé Répartition des 

installations 

Type I – traitement de base : criblage et séparation des 

26 % 

ferreux 

Type II – Option non ferreux : criblage, séparation des 

ferreux et des non ferreux 

Type III – a : Option broyage, criblage, séparation des 

ferreux et des non ferreux, broyage des refus (par concasseur 

ou à la pelle) 

Type III – b : Option séparation des imbrûlés légers : 

équivalent au Type III-a avec séparation des imbrûlés légers 

par tri aéraulique ou manuel 

Type IV – Granulométrie élaborée par concassage, 

séparation des ferreux ou non ferreux 

19 % 

10 % 

42 % 

Les procédés de type III sont les plus rencontrés. Ils sont utilisés sur des IME de capacités de 

traitement très variables : de 30000 t/an à 260000 t/an. Les procédés plus simples, de type I ou 

II, équipent plutôt des plates-formes ayant des capacités faibles (moins de 35000 t/an) [Lac C., 

2001]. 

On compte actuellement environ une quarantaine de plates-formes qui traitent plus de 2,25 

millions de tonnes par an, soit près de 70 % de la production totale de mâchefers. 

En 2000, 180 mille tonnes de métaux et 644 mille tonnes de mâchefers ont été valorisés 

[ADEME (f)]. Cela représente la quasi totalité des métaux récupérés après l’incinération et 22 

% des mâchefers. 

De nombreuses études menées sur la stabilité chimique des mâchefers dans le temps, montrent 

une grande complexité des phénomènes chimiques, que l’on ne cerne pas encore 

complètement. 

Dans les plate formes de traitement, on peut noter, à partir d’expériences effectuées par le 

BRGM, que même à partir du moment où un mâchefer est reconnu valorisable, il continue à 

évoluer minéralogiquement et chimiquement. 

1.3.6. La valorisation des MIOM en France 

Le développement de l’utilisation du mâchefer produit par le traitement des déchets des 

collectivités, a fait l’objet de nombreuses études, recherches et constatations. 

3 %



82 


Depuis la circulaire du 9 mai 1994 (§ 1.3.3), le devenir des mâchefers issus de l’incinération 

des ordures ménagères (MIOM) est précisé. Selon leurs caractéristiques physico-chimiques et 

leur potentiel polluant, ceux-ci peuvent être soit valorisés soit stockés en centre 

d’enfouissement technique de classe 2. 

Certaines des caractéristiques physiques des mâchefers, notamment leur bonne portance 

permettent d'envisager leur valorisation en substitution des granulats naturels. Les utilisations 

en remblai et couche de forme sont courantes ; c’est le mode de valorisation privilégié et 

validé dans le cadre des restrictions imposées par la circulaire de 1994 [Silvestre P., 2001]. 

Mais les besoins en matériaux de substitution ne sont pas partout importants et, aujourd’hui, la 

moitié du gisement français de mâchefer suit encore une filière d’élimination en CET de classe 

2, soit parce qu’il ne trouve pas d’autres débouchés, soit parce qu’il n’a pas la qualité requise 

pour une valorisation. 

La connaissance des caractéristiques des mâchefers nécessite encore quelques adaptations de 

certains essais existants ou de nouveaux essais qui devront intégrer de plus en plus une plus 

ample connaissance de ce matériau, afin de lui trouver de nouveaux débouchés en tant que 

« matériau ». 

Les Filières de valorisation 

Aujourd’hui, en France, les MIOM sont principalement utilisés dans les terrassements, 

remblais et couches de forme, ainsi que dans les structures de chaussées et de parkings. 

Par ailleurs, les performances mécaniques accrues de ce matériau permettent un élargissement 

du domaine d’emploi (en assise de chaussée, par exemple). 

Les différentes utilisations des MIOM en technique routière sont décrites dans la circulaire 

ministérielle du 9 mai 1994. Elles sont reprises sur la figure suivante. 

Couche de base 

Couche de fondation 

Couche de forme 

Remblai 

Figure 12 : Utilisations des mâchefers en technique routière 

D’autres utilisations sont étudiées par les professionnels, comme la consolidation de carrière 

ou comme charge de bétons, pour des travaux n’ayant aucune incidence mécanique sur la 

tenue d’un ouvrage. 

Technique routière 

Les mâchefers valorisés en technique routière sont utilisés bruts ou traités aux liants 

hydrauliques. Dans ce deuxième cas, la sécurité vis-à-vis du risque environnemental par 

lixiviation est renforcée. 

Pour répondre aux spécifications de la grave routière, l’aluminium doit être extrait au 

maximum des mâchefers, car celui ci provoque une expansion et donc la déstructuration de la



83 


sous-couche routière due à des gonflements. Les précautions d’emploi consistent notamment à 

éviter le contact avec les eaux superficielles ou souterraines. 

Remblais 

Compactés selon des critères géotechniques très précis, les remblais doivent être protégés par 

une couverture qui assure une certaine imperméabilisation en surface : structure de chaussée 

ou de parking, bâtiment ou d’un substrat d’au moins 50 cm portant une couverture végétale. 

Stabilisation de carrières 

Les mâchefers, une fois calibrés sont ensuite mélangés à un liant hydraulique afin d’obtenir 

une sorte de mortier que l’on peut pomper et injecter en carrière. Avec le temps, ce mortier se 

transforme en matériau peu perméable et relativement inerte vis-à-vis de l’environnement. 

La circulaire du 9 mai 1994 stipule qu’il est interdit d’utiliser les mâchefers : 

dans les remblaiements de chaussées comportant des canalisations métalliques ou en 

construction de systèmes drainants, 

dans les zones inondables, 

à une distance inférieure à 30 m d’un cours d’eau, 

à moins de 50 cm du niveau des plus hautes eaux connues sur le lieu d’utilisation. 

Nous pouvons noter que : 

le développement de la collecte sélective est fatalement liée à une forte réduction du taux 

de verre dans les mâchefers, alors que ce dernier en est le principal composé minéral. 

Cette évolution de la nature des MIOM engendre une diminution de la résistance au 

compactage et altère les qualités du matériau. Cela aura pour conséquence une réticence 

des utilisateurs potentiels de MIOM, 

la présence éventuelle de dioxine dans les mâchefers est également un sujet très glissant. 

En effet, le manque de connaissances à ce sujet ne condamne pas l’utilisation de ces 

produits mais peut toutefois laisser planer un doute au-dessus des chantiers routiers 

utilisateurs de MIOM, 

Au cours des prochaines années, le développement prévisible des procédés thermiques 

tels que l’incinération sur lits fluidisés ou encore la thermolyse posera également le 

problème de la valorisation de résidus de composition différente. 

Les multiples expériences menées par des structures publiques telles que les Laboratoires des 

Ponts et Chaussées, le BRGM et des laboratoires universitaires, doivent venir éclairer toutes 

les zones d’ombre que connaît encore la filière mâchefer. 

La problématique originelle qui était de se débarrasser d’un déchet à moindre coût, devient, à 

la charge des structures privées que sont les IME, de vendre un produit au moins équivalent au 

matériau naturel, afin de pouvoir y greffer une valeur marchande réelle. Les mâchefers peuvent 

alors être considérés comme un « produit recyclé » ou une matière première secondaire. 

1.3.7. Bilan 

Chaque année, environ 3 millions de tonnes de mâchefers sont produits en France. Ces 

mâchefers présentent des propriétés intéressantes d’un point de vue géotechnique et sont



84 


assimilables à un grave. Environ 50 % des mâchefers sont valorisables mais ne sont pas 

toujours valorisés, faute de débouchés. A l’heure actuelle, la plupart des valorisations se fait en 

technique routière. 

De nombreuses recherches sont en cours pour mieux apprécier les caractéristiques et le 

comportement des MIOM, mieux connaître leur impact sur l’environnement et également 

définir de nouveaux procédés d’élaboration de matériaux issus de ces MIOM. 

Ces recherches sont d’autant plus nécessaires et importantes que depuis 1 er juillet 2002, la 

France se trouve face à la disparition de la filière de stockage des déchets ménagers. Les 

chercheurs doivent donc poursuivre l’effort d’optimisation des modes de gestion de la filière 

incinération entrepris ces dix dernières années. 

Dans notre étude, nous nous intéressons à une autre voie possible de valorisation des 

mâchefers, tirant partie de ses propriétés d’adsorption et de sa réactivité possible, pour l’instant 

très peu exploitées. En effet, nous avons vu (§ 1.2.5) que le biogaz issu des CET permet de 

produire de la chaleur et de l’énergie, mais que celui-ci doit être épuré auparavant. L’idée de 

notre travail de recherche est donc d’utiliser les mâchefers afin d’épurer ce biogaz. 

Notre but est donc d’une part de contribuer à la valorisation des mâchefers pour qu’ils 

deviennent une alternative technique et économique dans le cadre de la gestion des matériaux, 

et d’autre part, d’épurer le biogaz issu des CET. 

Il s’agit d’évaluer les capacités épuratoires des MIOM vis-à-vis de certains composés 

« cibles » présents dans le biogaz et indésirables, tels que les composés soufrés (H2S et 

mercaptans) et certains composés organiques volatils (COV).

Chapitre 2 

Contexte de l’expérimentation sur site 

85

Sommaire Chapitre 2 

2.1. INTRODUCTION.............................................................................................................. 89 

2.2. DESCRIPTION DU SITE ................................................................................................... 89 

2.2.1. CARACTÉRISTIQUES GÉNÉRALES ................................................................................. 89 

2.2.1.1. Les déchets, réception et stockage............................................................................ 90 

2.2.1.2. Les lixiviats............................................................................................................... 91 

2.2.1.3. Le biogaz : récupération, traitement et valorisation.................................................. 91 

2.2.2. CARACTÉRISTIQUES DE LA CENTRALE DE VALORISATION ÉNERGÉTIQUE ................... 92 

2.3. CARACTÉRISTIQUES DE L’INSTALLATION PILOTE ...................................................... 93 

2.3.1. RACCORDEMENT DE L’INSTALLATION AU RÉSEAU DE BIOGAZ ................................... 93 

2.3.2. LE RÉACTEUR PILOTE ET SON ENVIRONNEMENT.......................................................... 95 

2.3.3. MÂCHEFER UTILISÉ...................................................................................................... 98 

2.3.3.1. Provenance et prélèvement ....................................................................................... 98 

2.3.3.2. Conditionnement avant manipulations ..................................................................... 99 

2.3.4. BILAN......................................................................................................................... 100 

87 



2 

Chapitre 2 - Contexte de l’expérimentation sur site 

Contexte de 

l’expérimentation sur 

site 

2.1. Introduction 

Compte tenu du cahier des charges établi par contrat entre la société Elyo-Cylergie et le 

Laboratoire d’Analyse Environnementale de Procédés et des Systèmes Industriels de l’INSA 

de Lyon, l’essentiel des expérimentations a été réalisé sur le site industriel du centre 

d’enfouissement technique de Roche la Molière situé dans le département de la Loire. 

C’est dans ce contexte « terrain » qu’a été conçu et développé un pilote instrumenté ainsi que 

sa ligne de raccordement au réseau de biogaz provenant des alvéoles de stockage des déchets. 

Cette installation devait, d’une part répondre aux normes de sécurité en vigueur sur le site, et 

d’autre part, permettre de répondre le plus précisément possible au questionnement 

scientifique défini. 

La quasi-absence de connaissances quantitatives sur les capacités épuratoires du mâchefer visà-vis 

de certains composés indésirables du biogaz, notamment les composés soufrés, a 

nécessité de concevoir un « réacteur » facilement modulable pour en adapter la charge 

adsorbante. 

Dans ce chapitre seront présentés l’environnement dans lequel a été implantée l’installation, 

puis le pilote lui même et son raccordement au réseau de biogaz. 

2.2. Description du site 

2.2.1. Caractéristiques générales 

Le centre d'enfouissement technique de Roche la Molière est, de par ses dimensions, le 

premier centre d’enfouissement de classe 2 de la région Rhône-Alpes. Ce CET reçoit sur ses 

89 




60 hectares, dont 30 aujourd'hui exploités, environ 480000 t/an de déchets ménagers en 

provenance de la région de Saint Etienne. Sa durée de vie prévisible est supérieure à 20 ans, ce 

qui projette la fin d'exploitation vers 2025. 

Il s'agit d'un CET moderne, réparti en casiers étanchéifiés, dans lesquels le biogaz est récupéré 

totalement depuis plusieurs années. Le biogaz valorisé est issu de la fermentation anaérobie 

des ordures ménagères et de déchets industriels banals. Jusqu'au mois de février 2000, ce 

biogaz était brûlé en torchères (fig. 16). Aujourd’hui, le biogaz alimente sept moteurs qui 

produisent en permanence de l'électricité vendue à EDF. La capacité de production représente 

50 millions de kWh/an, soit l'équivalent de la consommation annuelle de 3000 foyers. Avec 

environ 6000 MW électriques raccordés au réseau, c'est la plus grosse opération européenne 

actuelle de valorisation du biogaz [http://www.energie-plus.com]. 

Le centre d’enfouissement technique de Roche la Molière est exploité par la société 

SATROD 1 , filiale à 100 % du groupe SITA, qui appartient au Pôle Environnement de Suez 

[http://www.satrod.fr]. 

2.2.1.1. Les déchets, réception et stockage 

Les camions qui arrivent au CET sont soumis d’abord à un contrôle administratif, afin de 

vérifier la nature et la provenance des déchets. Ils sont ensuite pesés afin de connaître le 

tonnage enfoui. Ensuite, ces camions arrivent au front de déchargement. Les déchets sont 

répartis et compactés (voir fig. 14) dans des alvéoles ayant des surfaces comprises entre 2500 

et 5000 m 2 et allant de 8 à 20 m en hauteur. Les alvéoles en cours de remplissage sont 

régulièrement recouvertes de matériaux argileux afin de limiter les envols de déchets 

(plastiques, papiers) et de limiter les pollutions olfactives. 

Sur les photos ci-dessous (figure 13 et 14), sont présentées deux vues du centre de stockage. 

Réseau de 

captage 

Tête de puits 

de captage 

Figure 13 : Vue générale d’une zone en cours de réhabilitation du CET situé à Roche la Molière 

1 

Filiale du groupe SITA, SATROD est une société stéphanoise, spécialisée dans le transfert et le traitement 

des déchets ménagers et assimilés par stockage en classe 2 ; < www.satrod.fr> 

90 




Figure 14 : Vue partielle d’une zone en cours d’exploitation du CET situé à Roche la Molière 

2.2.1.2. Les lixiviats 

Le site est imperméabilisé, dégazé et drainé en lixiviats. Ces derniers subissent un traitement 

biologique, physico-chimique et une ozonation, dans une centrale de traitement située à 

proximité. Le rejet des eaux dépolluées en milieu naturel est donc opéré après ces traitements, 

contrôles et analyses. 

2.2.1.3. Le biogaz : récupération, traitement et valorisation 

Le biogaz issu de la décharge est capté par aspiration au travers d’un réseau constitué de puits 

(fig. 15) verticaux et de drains horizontaux. Des collecteurs relient le système de drainage au 

système de combustion (valorisation énergétique). 

91 



Figure 15 : Photo d’une tête de puits de captage 


En aval du système de collecte, le gaz passe par une unité d’épuration du biogaz par 

condensation. 

Le gaz, qui est d’abord amené de la décharge par une canalisation en PEHD 2 de diamètre 500 

mm, arrive dans une nourrice où il est filtré. Ensuite il est surpressé et passe dans un 

refroidisseur où sa température est ramenée à 25°C environ. Un second refroidisseur alimenté 

en fréon, abaisse son point de rosée à 5°C et le passage dans un séparateur enlève les deux tiers 

de l'eau, et une partie des composés polluants condensables. 

Ensuite, le biogaz est envoyé à la centrale pour produire de l’électricité. 

2.2.2. Caractéristiques de la centrale de valorisation énergétique 

En 2001, au début de nos expérimentations, la décharge produisait 4500 à 5000 m 3 /h de 

biogaz, ce qui correspondait à peu près à la capacité de 7 moteurs. Un an plus tard, cette 

capacité était souvent dépassée, avec des pics de production avoisinant les 6000 m 3 /h. Les 

torchères, visibles sur la figure 16, permettent de brûler l’excédent de biogaz, particulièrement 

lors de l’arrêt d’un moteur défaillant ou en maintenance. 

La centrale a été dimensionnée pour une puissance totale de 20 MWh PCI. Elle comporte donc 

sept moteurs tournant à 1000 tr/min, d'une puissance unitaire de 995 kW mécaniques. A 

l'allure nominale, ils délivrent un peu plus de 6 MWe nets sur le réseau à 20 kV en 

consommant environ 18,8 MWh PCI de biogaz, ce qui donne un rendement électrique moyen 

de l’ordre de 33 % [www.satrod.fr, 2004]. 

Sur la photo ci-dessous (fig. 16) nous avons une vue générale de la station d’épuration du 

biogaz et des torchères. L’emplacement de notre installation pilote est indiqué. 

2 PolyEthylène Haute Densité 

92 



Installation pilote 

Torchères 


Figure 16 : Photo de la station d’épuration du biogaz et des torchères 

2.3. Caractéristiques de l’installation pilote 

La mise en œuvre du pilote et son installation sur le site, à proximité de la station de traitement 

du biogaz, a nécessité la prise en compte : 

des normes de sécurité du site : risques d’explosion, protection du personnel, 

des conditions de circulation des flux de biogaz dans le contexte d’une exploitation 

industrielle, 

de la qualité, en particulier la teneur en eau et de la variabilité du biogaz après traitement. 

2.3.1. Raccordement de l’installation au réseau de biogaz 

Le réacteur proprement dit a été positionné à l’intérieur d’un module préfabriqué de 10 m 2 

installé en bordure extérieure de l’unité de traitement de biogaz. Il a été relié au réseau de 

biogaz par une vingtaine de mètres de tuyauterie souple (φ = 10 mm). 

Les points de raccordement et le sens de circulation du gaz sont représentés schématiquement 

sur la figure 17. 

93 



Deuxième 

refroidisseur

ARRIVEE du BIOGAZ 

du C.E.T. 

N 

O 

U 

R 

R 

I 

C 

E 

PILOTE 


Figure 17 : Raccordement du pilote au réseau du biogaz 

La figure 18 est une photo du point de raccordement de l’installation pilote au réseau de 

biogaz. 

Figure 18 : Raccordement du pilote au réseau du biogaz 

Le gaz entrant dans le pilote est prélevé après les surpresseurs à une pression relative voisine 

de + 250 mbar. La sortie du pilote est reliée à un collecteur en amont de la station de 

traitement, dans laquelle le gaz est en dépression relative à -150 mbar. Ce choix technique a 

94 



C 

O 

M 

P 

R 

E 

S 

S 

E 

U 

R 

F 

I 

L 

T 

R 

E 

- 150 mbar + 250 mbar 

S 

E 

C 

H 

E 

U 

R 

Vers les 

MOTEURS 

Point de raccordement


été effectué afin de permettre une circulation « naturelle » du biogaz dans le pilote. Cette 

circulation était assurée par une différence de pression amont/aval de l’ordre de 400 mbar, au 

moment de l’installation en 2001. Par la suite, la montée en puissance de la production du 

biogaz au sein de la décharge a conduit les exploitants à réduire fortement la dépression du gaz 

entrant. Cette évolution nous a conduit à modifier le circuit de sortie du pilote et à évacuer le 

biogaz épuré directement à la pression atmosphérique, pour assurer un débit suffisant dans 

notre installation. 

Il faut noter également que la sécurité aux points de raccordement a été assurée par des 

électrovannes « antidéflagrantes » en acier inoxydable, conçues sur mesure. L’ouverture et la 

fermeture de ces électrovannes étaient commandées par un timer associé à deux relais. L’utilité 

du timer était de pouvoir programmer en toute sécurité la commande des électrovannes tout en 

préservant la possibilité d’un arrêt d’urgence. 

2.3.2. Le réacteur pilote et son environnement 

Le pilote, conçu et réalisé au L.A.E.P.S.I., est constitué d’une colonne de 30 cm de diamètre, 

associant plusieurs éléments modulables en PVC, comme cela est visible sur la figure 19. Dans 

sa configuration maximale (fig. 20), avec deux éléments intermédiaires, sa hauteur totale est de 

l’ordre de 170 cm et sa charge en mâchefer prévue pour 90 kg. 

Micro 

chromatographe 

Septum 

Colonne pilote 

Figure 19 : Photo de l’installation pilote fonctionnant en simple charge 

95 



Débitmètre Manomètre 


Condenseur 

Figure 20 : Photo de l’installation pilote fonctionnant en double charge 

L’entrée du biogaz se fait au niveau de l’élément inférieur qui reste vide et permet 

l’homogénéisation du gaz par brassage et passage au travers d’une grille. Les éléments 

intermédiaires (1 ou 2), contiennent la charge de mâchefer choisie. Dans ces éléments, le 

mâchefer repose sur une grille en INOX recouverte d’une couche de tissu non tissé (bidim). La 

surface supérieure du mâchefer est également recouverte de ce tissu, dont le rôle est d’éviter 

tout colmatage et toute migration des particules fines de mâchefer. 

La partie supérieure du pilote est conique afin d’éviter la stagnation du gaz en sortie. La 

colonne est pourvue de trois points de prélèvement (S3, S4, S5 sur la figure 21), équipés de 

septums et qui peuvent également être utilisés pour un suivi de température à l’aide de 

thermocouples. 

La figure 21 ci-dessous, permet de visualiser le « réacteur » ainsi que son environnement. 

96 



4 

3 

2 

1 

Légende : 

S1 

M 

ARRIVEE BIOGAZ 

+ 250 mbar 

1. Electrovanne d'entrée. 

2. Condenseur 

3. Raccord rapide pour entrée d'air 

4. Robinet - vanne 

5. Débitmètre à flotteur (FI) 

6. Vanne ¼ de tour 

7. Colonne à double étage 



10. Filtres à laine de verre 

11. Electrovanne de sortie 

12. Pompe pour vidange 

PI - Manomètre 

S1 à S5- Septum 

5 

FI 

PI 

Figure 21 : Schéma de l'installation 


97 



6 

S2 

7 

S5 

S4 

S3 

9 

8 

10 

11 

M 

SORTIE BIOGAZ 

- 150 mbar 

VIDANGE DU 

PILOTE 

12


A l’entrée de l’installation, le biogaz provenant du collecteur est refroidi par un bain 

thermostaté (2) à 5 °C, afin de condenser une partie de l’eau encore contenue dans le gaz. Ce 

point froid permet d’assurer une pression de vapeur d’eau faible et relativement constante, 

dans le biogaz mis en contact avec le mâchefer. Le débit d’entrée est modulé par une vanne en 

inox à 10 tours (4), il est mesuré par un débitmètre BROOKS à flotteur, sur une gamme de 1 à 

2 m 3 /h. Deux septums (S1 et S2), ont été positionnés sur cette partie amont du pilote, pour 

permettre l’analyse du gaz entrant et mesurer sa température. 

La sortie du biogaz se fait en haut de colonne par un tuyau en inox, comportant un T équipé de 

vannes ¼ tour. Ce dispositif permet d’isoler la sortie proprement dite (8) et le circuit de 

vidange (9). En fin de manipulation, le biogaz restant dans la colonne est vidangé par 

aspiration à l’aide d’une pompe primaire (12). La colonne peut alors être ouverte en toute 

sécurité. 

Par ailleurs, pendant la manipulation, le biogaz traité passe à travers un filtre à particules (10), 

(pour éviter tout transport de poussières de mâchefer), avant d’être réinjecté dans le réseau 

principal allant vers les moteurs. 

2.3.3. Mâchefer utilisé 

2.3.3.1. Provenance et prélèvement 

Le mâchefer utilisé dans le cadre de notre étude provient de l’usine d’incinération d’ordures 

ménagères VALORLY, située à RILLIEUX (69). Cette unité traite une partie des déchets 

ménagers de la communauté urbaine de Lyon (Lyon – Nord). 

Un lot de 3 t de MIOM environ a été constitué en une seule fois pour réaliser tous les essais à 

partir du même produit. Il a été prélevé sur le site de la plate-forme de maturation de MIOM de 

Saint Priest (69) (fig. 22). Il s’agit d’un mâchefer « frais » (prélevé rapidement après son 

arrivée sur le site), résultant de l’incinération d’ordures ménagères uniquement. 

Malgré tout, le MIOM a subi une légère préparation avant prélèvement pour réduire son 

humidité et stopper son évolution. Il a été étalé sur une épaisseur d’environ 10-15 cm et séché 

à l’air pendant trois jours, sur la plate-forme de traitement. Le taux d’humidité du mâchefer 

après cette période était de 8 % environ et les premiers tests sur les lixiviats nous ont donné 

une valeur du pH aux alentours de 9,8. 

Ensuite, le mâchefer a été stocké dans des seaux fermés hermétiquement, chaque seau ayant 

une capacité de 16 L (autour de 27 kg). La masse volumique de ce lot de MIOM était 

d’environ 1700 kg/m 3 . La faible valeur du pH indique que le MIOM a subi une carbonatation 

partielle pendant cette période de préparation et de séchage. 

Les photos ci-dessous présentent une vue de la campagne de prélèvement sur site (fig. 22) 

ainsi qu’une vue de détail du mâchefer (figure 23). 

98 



Figure 22 : Prélèvement du mâchefer sur site 

Figure 23 : Echantillon de mâchefer – vue de détail 


Il s’agit d’un solide granulaire de couleur grise, essentiellement composée de morceaux de 

verres, de cailloux, de cendres et de particules imbrûlées. La granulométrie varie et peut 

atteindre, voire dépasser 30 mm de diamètre. 

2.3.3.2. Conditionnement avant manipulations 

Avant toute manipulation et analyse, le mâchefer a été ramené à un taux d’humidité d’environ 

15 % 3 . Ensuite, afin de réaliser les manipulations, le mâchefer humidifié a servi pour remplir la 

3 Cette valeur de l’humidité correspond aux moyennes d’humidité des mâchefers stockés en IME 

99 




colonne pilote par des couches successives, tassées à l’aide d’une dame (fig. 24) selon un 

même protocole opératoire. 

En fin de chaque manipulation, le mâchefer a été extrait de l’installation pilote et des 

échantillons d’analyse ont été constitués. Les protocoles opératoires concernant 

l’humidification, le remplissage du pilote, le compactage du mâchefer, la vidange et la 

constitution des échantillons, sont détaillés en annexe 4. 

Figure 24 : Photo d’un élément de pilote pendant la phase de compactage du mâchefer 

2.3.4. Bilan 

Ce court chapitre a permis de présenter le contexte « terrain » dans lequel ont été préparées les 

manipulations. Le travail de recherche au sein d’un centre d’enfouissement technique a 

demandé une adaptation aux réalités industrielles. La localisation du réacteur expérimental et 

la circulation du biogaz dans celui-ci ont été définis en fonction des paramètres du circuit 

d’alimentation des moteurs à gaz et en respectant les normes de sécurité en vigueur sur ce site. 

L’approvisionnement en mâchefer a, lui aussi, été effectué en respectant au mieux la 

représentativité industrielle du matériau stockée sur une plateforme de maturation. 

Le chapitre qui suit présentera les techniques analytiques employées pour caractériser les 

mâchefers utilisés et pour suivre la composition du biogaz pendant les expériences. 

100 



Chapitre 3 

Suivi analytique : Matériel, méthodes et résultats 

101

102


3.1. INTRODUCTION............................................................................................................ 105 

3.2. LES TECHNIQUES ANALYTIQUES UTILISÉES .............................................................. 105 

3.2.1. ANALYSES EFFECTUÉES SUR LE MÂCHEFER .............................................................. 105 

3.2.1.1. Test de lixiviation ................................................................................................... 105 

3.2.1.2. Tests complémentaires............................................................................................ 106 

3.2.2. ANALYSES EFFECTUÉES SUR LE BIOGAZ.................................................................... 107 

3.2.2.1. La chromatographie en phase gazeuse.................................................................... 107 

3.2.2.2. Détection par spectrométrie de masse..................................................................... 111 

3.2.2.3. Le couplage µGC/MS ............................................................................................. 113 

3.2.3. LES PARAMÈTRES D’ANALYSES ................................................................................. 113 

3.2.3.1. Paramètres des analyses chromatographiques ........................................................ 113 

3.2.3.2. Etalonnage .............................................................................................................. 114 

3.2.3.3. Calcul de la concentration du composant « cible »................................................. 114 

3.2.3.4. Calcul du débit volumique et massique instantané du composant « cible » ........... 115 

3.2.3.5. Calcul de la masse cumulée du composant « cible » .............................................. 115 

3.3. CARACTÉRISTIQUES DU MÂCHEFER ET DU BIOGAZ UTILISÉ.................................... 116 

3.3.1. CARACTÉRISTIQUES PHYSICO-CHIMIQUES DU MÂCHEFER......................................... 116 

3.3.1.1. Contenu élémentaire du mâchefer .......................................................................... 116 

3.3.1.2. Test de lixiviation ................................................................................................... 118 

3.3.2. LE BIOGAZ ................................................................................................................. 119 

3.3.2.1. Composition moyenne du biogaz de décharge ....................................................... 119 

3.3.3. DÉSORPTION THERMIQUE DU MÂCHEFER EN FIN D’ESSAIS........................................ 120 

3.4. BILAN............................................................................................................................ 121 

103 



104

3 

Suivi analytique 

Matériel, méthodes 

et résultats 


105 



Chapitre 3 – Suivi analytique 

Dans ce chapitre seront précisées les caractéristiques du mâchefer et du biogaz de décharge 

employés, de même que l’instrumentation ayant permis le suivi analytique. 

Enfin sera décrite la mise en œuvre des expérimentations de désorption thermique réalisées au 

laboratoire, ainsi que les paramètres des analyses effectuées. 

3.2. Les techniques analytiques utilisées 

3.2.1. Analyses effectuées sur le mâchefer 

3.2.1.1. Test de lixiviation 

Afin de caractériser les MIOM, ceux-ci doivent subir des tests de lixiviation (contexte 

réglementaire § 1.3.3). Ces tests, qui consistent à mettre en contact un échantillon de cent 

grammes de mâchefer avec un litre d'eau, vont déterminer sa possibilité de valorisation en 

technique routière et permettre un classement en fonction des quantités de polluants 

solubilisées. Ils ont été réalisés par le laboratoire d’analyses d’ELYO-Cylergie conformément 

à la norme NF X 31-210.

3.2.1.2. Tests complémentaires 

106 




La lixiviation n’apportant que peu de renseignements sur la spéciation des éléments mineurs 

(polluants métalliques), dans le mâchefer et aucune information sur la composition en éléments 

majoritaires, des tests complémentaires ont été effectués sur la matrice solide du mâchefer. 

Ces analyses complémentaires concernent le dosage du contenu moyen en éléments majeurs et 

traces présents dans les mâchefers. Elles ont été réalisées au Service d'Analyse des Roches et 

Minéraux (SARM) du Centre de Recherches Pétrographiques et Géochimiques au CNRS de 

Nancy 1 . 

Ci-après sont décrites la méthode de mise en solution par fusion alcaline utilisée ainsi que les 

méthodes d’analyses utilisées pour déterminer les teneurs en éléments majeurs, éléments trace, 

le dosage des chlorures, de soufre et de carbone. 

a\ La préparation des échantillons 

Il existe différentes techniques pour préparer les échantillons pour l’analyse de leur contenu en 

éléments inorganiques telles que la fusion alcaline, la mise en solution par attaques acides ou 

la digestion par micro-ondes. L’ensemble de ces techniques vise à mettre en solution la totalité 

du matériau ou des éléments spécifiques à doser. La solution ainsi obtenue est ensuite analysée 

par une méthode spécifique de l’élément à doser. 

A partir d’un échantillon homogène, une première opération de séchage à 105°C permet de 

déterminer le teneur en eau des échantillons. Le matériau séché est ensuite très finement broyé 

pour obtenir une poudre d’une granulométrie inférieure à 80 µm. 

Le principe de cette technique consiste à réaliser un verre alcalin, en portant à 980°C pendant 1 

heure, l’échantillon solide mélangé avec un fondant, du tétraborate de lithium (Li2B2O4). Ce 

verre est ensuite dissout dans de l’acide nitrique 1M, à froid, sous agitation. Cette technique est 

classique pour l’analyse spécifique des éléments présents en faibles teneurs (métaux lourds en 

particulier). Toutefois l’étape de fusion et dissolution par HNO3 peut entraîner la perte de 

certains composés (Hg, As, Se par exemple) par volatilisation lorsqu’ils sont dans des états 

d’oxydation élevée. 

b\ Le dosage des éléments majeurs 

Pour doser les éléments majoritaires présents dans le mâchefer, deux techniques analytiques 

ont été employées : 

la spectrométrie d'émission (ICP-AES), 

l’absorption atomique (AA). 

Les appareillages utilisés ont été : un spectromètre Jobin-Yvon JY 70 (pour la spectrométrie 

d'émission) et un appareil Perkin Elmer 5000 et 5100, pour l’absorption atomique. 

c\ Le dosage des éléments trace 

La plupart des composés sous forme de traces présents dans le mâchefer a été analysée avec 

plusieurs méthodes d’analyse. 

la spectrométrie d'émission (ICP-AES), 

l’absorption atomique (AA), 

1 http://www.crpg.cnrs-nancy.fr/SARM/

l'absorptiométrie. 

107 




Les appareillages utilisés pour la spectrométrie d'émission et l’absorption atomique sont les 

mêmes que pour les éléments majeurs. 

L'absorptiométrie a été réalisée à l’aide d’un appareil Beckman DU62 sur des échantillons de 

mâchefer de masse comprise entre 200 et 500 mg. 

D’après les données fournies par ce laboratoire, les échantillons ont subi avant analyse, soit 

une fusion au métaborate de lithium suivie d'une mise en solution acide, soit une fusion au 

carbonate de sodium soit une attaque acide (en fonction de l'élément analysé). 

d\ Le dosage des Chlorures 

Les chlorures ont été analysés par un Absorptiomètre Beckman DU62. 

Le principe de dosage consiste à réaliser une fusion alcaline du matériau au carbonate de 

sodium (Na2CO3) à 1000°C. Les chlorures sont dosés par colorimétrie, après mise en solution. 

e\ Le dosage du Soufre total, du CO2 total, du Carbone minéral et organique 

Tous ces éléments ont été dosés avec la même méthode analytique et dans le même type 

d’appareil : le Doseur Soufre-Carbone LECO SC144 DRPC. 

D’après les données fournies par le laboratoire SARM, la prise d’essais pour ces analyses, 

variait entre 25 et 500 mg de mâchefer. 

Chaque échantillon a subi avant analyse une préparation qui comportait une combustion sous 

oxygène à 1400°C, après destruction des carbonates par HCl. 

L’appareil a permis de doser quantitativement le soufre, le carbone total CT et le carbone 

organique total COT contenu dans des échantillons solides. Le carbone total CT représente la 

somme du carbone inorganique total CIT (ou le carbone minéral ; carbonates, 

hydrogénocarbonates, etc.) et du carbone organique total COT. Le CIT est obtenu par le 

calcul: CIT = CT – COT. 

3.2.2. Analyses effectuées sur le biogaz 

3.2.2.1. La chromatographie en phase gazeuse 

L’analyse qualitative et quantitative des composés « cibles » du biogaz, en amont et en aval 

du pilote, a été réalisée essentiellement par chromatographie en phase gazeuse (CPG). 

Quelques manipulations ont nécessité un complément d’identification (composés organiques 

volatils), effectué par spectrométrie de masse couplée avec le chromatographe gaz (µGC-MS). 

a\ Principe 

La chromatographie en phase gazeuse est une technique analytique de séparation, qui repose 

sur la différence d’affinité entre les solutés et une phase stationnaire contenue dans une 

colonne capillaire. Plus un soluté a d’affinité avec la phase stationnaire et plus il sera retenu.

108 




Les solutés parcourent les colonnes avec des temps proportionnels à leurs propriétés 

intrinsèques (taille, structure, etc.) ou à leur affinité avec la phase stationnaire (polarité, etc.). 

Les produits ainsi séparés, sont élués par une phase mobile (hélium, azote, argon, hydrogène), 

jusqu’au détecteur qui mesure en continu la quantité de chacun des constituants du mélange. 

La chromatographie en phase gazeuse s’applique aux échantillons gazeux susceptibles d’être 

vaporisés sans décomposition dans l’injecteur du chromatographe. 

Un appareil de chromatographie en phase gazeuse comporte donc trois parties : injecteur, 

colonne et détecteur (fig. 25), à travers lesquelles un gaz vecteur entraîne les substances d’un 

mélange à séparer. Le débit du gaz est ajusté par un régulateur. 

La phase mobile balaie en permanence la colonne ou les colonnes de l’appareil. Ces dernières 

sont constituées d’un tube de faible section enroulé sur lui même et contiennent la phase 

stationnaire. Les colonnes chromatographiques sont placées dans un four thermostaté. Un 

grand choix de détecteurs permet l’analyse qualitative et quantitative de mélanges très 

complexes, sous réserve d’étalonnage. 

Figure 25 : Schéma de principe d’un appareil de chromatographie en phase gazeuse 

Les analyses chromatographiques aboutissent à l'obtention d'un chromatogramme (fig. 26 et 

27), qui représente l'évolution d'un paramètre (signal électrique provenant du détecteur) lié à la 

concentration instantanée du constituant élué (ou soluté), en fonction du temps. 

Le chromatogramme est une représentation graphique où des pics émergent de la ligne de base 

(tracé obtenu en l'absence de composés). L’exploitation d’un chromatogramme nécessite : 

l’identification de composées correspondant à chacun de pics (temps de rétention) 

pour chaque composé identifié, la détermination de sa concentration dans le gaz ne peut se 

faire qu’après un étalonnage spécifique.

Figure 26 : Exemple général d’un chromatogramme 

109 




Figure 27 : Exemple de chromatogramme obtenu par CPG (CP-2003) lors de la détection de l’H2S 

b\ Les chromatographes utilisés pour analyses 

Dans le cadre de notre travail nous avons utilisé deux micro-chromatographes (µGC) portables 

en phase gazeuse. Il s’agit d’un micro-chromatographe CP 2003 (VARIAN) et d’un microchromatographe 

Agilent 3000 (SRA Instruments). 

Le micro-chromatographe CP-2003 

Le micro-chromatographe CP 2003 a été utilisé pour l’analyse du méthane, du gaz carbonique, 

des mercaptans, de l’hydrogène sulfuré et de certains composés organiques volatils. La 

température maximale pouvant être appliquée aux échantillons est de 180°C. Contrairement 

aux chromatographes de laboratoire, ce chromatographe portable n’est pas programmable en 

température. Il convient donc de trouver un compromis de température permettant à la fois de 

séparer correctement les composés « cibles » et d’analyser le plus de composés possibles 

pendant la durée d’analyses.

110 




Les principales caractéristiques du chromatographe sont les suivantes : 

Durée d’analyse de l’échantillon d’environ 120 secondes, 

Il dispose d’une batterie électrique, rechargeable, d’une autonomie de 4 heures, 

Il contient une cartouche de gaz vecteur (hélium), d’une autonomie de deux jours, en 

fonctionnement continu, 

Il détient une pompe interne qui aspire l’échantillon gazeux, 

Les volumes d’échantillon sont compris entre 1 et 10 µL 

Il comporte également deux modules indépendants, comprenant chacun un injecteur, une 

colonne et une résistance chauffante (entre 30 et 180°C), ainsi qu’un détecteur à 

catharomètre qui se réduit à une carte électronique de moins de 1 cm 2 . 

L’injection : L’échantillon gazeux a été injecté directement grâce à une vanne extérieure et à la 

pompe d’aspiration intégrée dans le chromatographe. 

La séparation : Les deux modules permettent d’avoir en parallèle deux colonnes analytiques 

différentes, afin d’analyser divers types de composés sans avoir à changer la colonne. 

Les deux colonnes capillaires que nous avons utilisées sont : CP-MOLSIEVE 5A et 

PORAPLOT Q, dont les caractéristiques sont les suivantes : 

CP-MOLSIEVE 5A (colonne capillaire à phase tamis moléculaire) : 

Longueur : 10 m, 

Diamètre interne : 0,32 mm, 

Système « back flush » qui permet l’isolement de certaines molécules par 

rapport à leur taille moléculaire, 

Constituants analysés : H2, O2, Ne, N2, CH4, C2H6. 

PORAPLOT Q (colonne capillaire) : 



Constituants analysés : les composés soufrés, H2O, certains composés 

organiques volatils, CO, CO2, et CH4. 

La détection : Elle s’effectue grâce à un détecteur à conductibilité thermique (catharomètre), 

comme dans le cas précédent. Le principe consiste à comparer la conductivité thermique du 

gaz vecteur pur (référence) à celle des mélanges gaz vecteur-soluté arrivant de la colonne 

d’analyse. Son fonctionnement est basé sur la technique du pont de Wheatstone. 

De plus, une des caractéristiques principales du catharomètre est sa linéarité de réponse en 

fonction de la concentration, de quelques ppmV à 100 %, ce qui permet des analyses 

quantitatives. 

Le micro-chromatographe Agilent 3000 

Ce chromatographe, appartenant au Service Central d’Analyses (SCA) du CNRS situé à 

Solaize (69), a l’avantage d’avoir été équipé d’un module analytique complémentaire à ceux 

du µGC CP 2003, et de pouvoir de ce fait séparer une plus grande gamme de produits, en 

particulier parmi les composés organiques volatils.

111 




L’injection : L’injecteur automatique permet d’introduire des volumes programmables 

d’échantillons compris entre 1 et 10 µL, ce qui, associé aux colonnes capillaires, permet des 

analyses très courtes, mais malgré tout d’une bonne efficacité. 

Lors de cette injection, il se produit un phénomène de division, c'est-à-dire que seulement une 

petite partie de ce qui est aspiré par le µGC est injectée. 

La séparation : Elle s’effectue dans deux colonnes capillaires : (CP-MOLSIEVE 5A et 

PORAPLOT U). Les caractéristiques de la colonne CP-MOLSIEVE 5A sont les mêmes que 

celles citées dans le paragraphe ci-dessus. Les caractéristiques de la colonne PORAPLOT U 

sont les suivantes : 

PORAPLOT U (colonne capillaire) : 



Constituants analysés : les composés soufrés, H2O, CO, CO2, et CH4. 

La détection : Le détecteur utilisé est un catharomètre qui discrimine les gaz à partir de leur 

conductivité thermique. 

3.2.2.2. Détection par spectrométrie de masse 

Dans le cas d’analyses de composés organiques volatils, un complément d’appareillages a été 

nécessaire pour l’identification. Ainsi, nous avons utilisé un spectromètre de masse (MS) 

couplé au micro-chromatographe portable appartenant au laboratoire SCA du CNRS de 

SOLAIZE (69). 

a\ Principe de la spectrométrie de masse 

Cette méthode d’identification peut s’appliquer à la majorité des espèces moléculaires 

(gazeuses et liquides). 

Le spectromètre de masse est un appareil qui fait correspondre à chacune des masses des 

éléments d’un corps (atomes, molécules, fraction ou association de molécules, radicaux libres, 

etc.), après ionisation sous vide élevé, une indication chiffrée renseignant sur la présence et les 

quantités relatives des éléments constitutifs de ce corps. 

Les mesures sont qualitatives, car le spectre constitue une empreinte digitale plus ou moins 

caractéristique selon l’échantillon, de sa structure moléculaire en fonction des conditions 

d’ionisation ; elles sont aussi quantitatives, puisque l’amplitude du signal pour un fragment 

quelconque est directement proportionnelle à la masse de produit déposé dans l’appareil. Les 

banques de spectres renferment plus de 120000 produits, organiques pour la plupart. Les 

moyens informatiques permettent de comparer le spectre d’un échantillon, a priori inconnu, 

avec ceux de la banque et d’en déduire en quelques minutes son identité ainsi que la quantité 

présente. 

Dans le cas du couplage µGC/MS, le spectromètre de masse est considéré comme un détecteur 

servant à identifier les composés séparés par le µGC. La quantification, bien que difficile, est 

possible. La sensibilité du spectromètre de masse est supérieure d’un facteur 50 à celle du 

microcatharomètre (quelques dizaines de ppb).

\ Appareil utilisé 

Le spectromètre utilisé est un Agilent 5973N (fig. 28). 

Figure 28 : Photo du spectromètre de masse Agilent 5973N 

112 




Il se compose d’une source à impact électronique, d’un analyseur quadripolaire, d’un détecteur 

multiplicateur d’électrons et d’une pompe à diffusion d’huile associée à une pompe à palettes 

maintenant un vide de 10 -3 Pascal environ. 

Le spectromètre enregistre en continu des spectres de masse avec une cadence prédéfinie. 

Chaque spectre présente une série de pics de masse dont les intensités sont automatiquement 

additionnées, et cette somme, elle-même affichée en fonction du temps, est appelée le courant 

ionique total. La surface des pics ainsi obtenus pour les différents produits préalablement 

séparés est proportionnelle aux quantités introduites dans le spectromètre de masse. 

Ionisation des solutés - Les solutés sont ionisés par interaction avec un faisceau d’électrons 

générés par un filament en tungstène au cours d’un processus thermo-ionique. Lorsque 

l’énergie cinétique des électrons est proche de 70 eV, le soluté est ionisé et absorbe l’énergie 

résiduelle. La molécule peut alors se dissocier pour former des ions fragments, restituant ainsi 

l’excédent énergétique. Ce rendement d’ionisation est faible, de l’ordre de 10 -6 . 

Sélection des ions - Cette sélection est effectuée par un filtre de masse quadripolaire constitué 

de quatre barres parallèles, entre lesquelles on applique un potentiel continu. Il se crée un 

champ électrique dont on fait varier progressivement la fréquence. Pour une fréquence donnée, 

les ions d’une masse précisément définie, appelés ions résonnants, sont animés d’un 

mouvement oscillatoire d’amplitude limitée. Les autres s’écartent de plus en plus de l’axe 

optique, jusqu’à être éjectés du filtre quadripolaire. La vitesse de balayage est de 2500 u.m.a. 

(unité de masse atomique) par seconde. 

Détection, conversion et analyse du signal - Le détecteur est une diode à haute énergie, 

couplée à un multiplicateur d’électrons. Il se trouve à la sortie du filtre de masse quadripolaire. 

Il reçoit les ions qui ont traversé le filtre de masse et génère un signal électrique proportionnel 

au nombre d’ions qui le frappent. Le courant ainsi généré est acheminé vers un convertisseur 

analogique/numérique qui le convertit en information numérique. Ce signal numérique est 

alors transcrit en comptages d’abondance et envoyé vers l’écran du logiciel de l’appareil. 

Acquisition des données - Deux modes d’acquisition des données sont possibles : 

Le mode SCAN (balayage) qui permet l’enregistrement exhaustif de l’ensemble des 

masses entre 1,6 et 800 u.m.a. selon une fréquence réglable. Ce mode est le plus utilisé car 

il permet l’identification et quantification d’éléments inconnus dans le mélange gazeux 

étudié,

113 




Le mode SIM (Selected Ion Monitoring) qui permet l’acquisition jusqu’à 250 u.m.a. 

spécifiées par l’utilisateur. Ce mode est seulement utilisé pour obtenir une plus grande 

sensibilité en enregistrant uniquement les masses caractéristiques du, ou des, produits 

analysés. 

3.2.2.3. Le couplage µGC/MS 

Le couplage micro-chromatographe gaz - spectromètre de masse, représente un grand intérêt 

associant rapidité, performance, souplesse et fiabilité. 

Le chromatographe portable sépare rapidement les gaz des mélanges. La spectrométrie de 

masse identifie les espèces par un algorithme puissant et à l’aide d’une librairie. 

Cette interface développée au sein du Service Central d’Analyse, fait l’objet du brevet 

CEA/CNRS réf.2817347 du 29 novembre 2000. Elle est composée d’un tube capillaire en 

silice fondue désactivée. L’une de ses extrémités est raccordée de façon étanche à la source du 

spectromètre de masse, l’autre étant approchée au plus près de la sortie du catharomètre, mais 

avec une liaison ouverte sur l’atmosphère. On maintient ainsi une perte de charge de 1 bar 

entre le micro-chromatographe et le spectromètre de masse permettant un fonctionnement 

optimal des deux détecteurs. On dispose ainsi de 2 moyens de détection en série. 

L’interface entre le catharomètre et la source du détecteur de masse a plusieurs fonctions : 

Assurer un fonctionnement du catharomètre à pression atmosphérique, gage de la 

sensibilité optimale du détecteur et de la linéarité de la réponse en fonction de la 

concentration, 

Prélever l’intégralité du flux quittant le premier détecteur pour obtenir la réponse 

maximale avec le second, conserver la séparation des espèces et les transférer dans la 

source du spectromètre de masse, sous vide secondaire, 

Maintenir un vide suffisant dans le spectromètre de masse pour obtenir une sensibilité 

optimale du second détecteur. 

3.2.3. Les paramètres d’analyses 

3.2.3.1. Paramètres des analyses chromatographiques 

La programmation en température étant impossible sur les micro-chromatographes utilisés, des 

conditions optimales d’analyses ont été déterminées avant chaque campagne de mesures. 

Le tableau ci-dessous rassemble les paramètres utilisés pour l’analyse des composés « cible » 

du biogaz.

Composé Colonne Température 

(°C) 

H2S PORAPLOT 

Q 

CO2 

CH4 

CP- 

MOLSIEVE 

5A 

CP- 

MOLSIEVE 

5A 

CH3SH PORAPLOT 

Q 

CH3SCH3 PORAPLOT 

Q 

COV PORAPLOT 

Q et U 

Tableau 14 : Les paramètres des analyses 

Système 

Back 

Flush 

Pression en 

tête de 

colonne 

114 




Temps de 

rétention 

(min) 

Sensibilité 

du détecteur 

35 - 100 kPa 1,6 maximale 

50 6 sec 80 kPa 0,64 moyenne 

50 6 sec 80 kPa 1,15 moyenne 

115 - 100 kPa 1,23 maximale 

115 - 100 kPa 2,33 maximale 

115 - 100 kPa - maximale 

Chaque analyse impliquait trois prélèvements successifs, afin de pouvoir vérifier la 

reproductibilité des analyses. 

Dans des conditions optimales, la limite de sensibilité des µGC portables indiquée par les 

constructeurs, est de l’ordre du ppmV. Nous rediscuterons de cette limite par la suite, à partir 

de la réalité des analyses de terrain. 

3.2.3.2. Etalonnage 

L’étalonnage du chromatographe a été effectué pour chacun des composés « cible », par 

injection directe d’échantillons étalons, dans le chromatographe. 

Nous avons réalisé des étalonnages répétés, à partir de bouteilles contenant soit des mono 

éléments (CO2, CH4 dilués dans du gaz inerte), soit des mélanges gazeux constitués et 

conditionnés en bouteille métallique, par la société Air Liquide. 

Plus exactement, pour l’analyse des composés soufrés, nous avons réalisé les étalonnages à 

partir d’une bouteille conçue «sur mesure» par Air Liquide, contenant un mélange gazeux 

constitué de 33 ppmV de di-méthylmercaptan, 77 ppmV de méthylmercaptan et 200 ppmV 

d’hydrogène sulfuré, le tout dans une atmosphère inerte d’azote. 

Pour chaque composé, les gammes de concentration pour l’étalonnage ont été choisies de 

façon à encadrer largement les valeurs moyennes des compositions dans le biogaz. La réponse 

du chromatographe est linéaire pour chaque étalonnage et représente la concentration (en % 

volumique) en fonction de la surface du pic. Un exemple de courbe d’étalonnage est présenté 

dans l’annexe 6. 

3.2.3.3. Calcul de la concentration du composant « cible » 

Le calcul de la composition en composé cible «a» dans les échantillons du biogaz, a été 

effectué comme suit :

c = k ⋅ S 

115 



a 

a 

a 


Avec : ca la concentration du composé « a » (en % volumique) dans l’échantillon de gaz 

analysé, ka la pente de la droite d’étalonnage pour ce composé, Sa la surface du pic 

chromatographique pour le composé. 

3.2.3.4. Calcul du débit volumique et massique instantané du composant « cible » 

Nous avons calculé le débit volumique instantané de composé analysé à partir des mesures de 

débit volumique total et des concentrations instantanées pour ce composé. 

Q = Q ⋅C 

va 

Où : Qva représente le débit volumique instantané en composé a (en L/h) et Qtotal représente le 

débit volumique (L/h) de biogaz mesuré en entrée. 

Le calcul du débit massique instantané de composé analysé a été effectué à partir des mesures 

du débit volumique et de la masse volumique correspondante au composé. 

ma 

total 

Q Q ρ ⋅ = 

Où : Qma représente le débit massique instantané en composé a (en g/h) et ρa représente la 

masse volumique (g/L) du composé estimée dans les conditions de température propres à 

chaque analyse. 

3.2.3.5. Calcul de la masse cumulée du composant « cible » 

La masse cumulée pour une durée définie de manipulation, est obtenue par l’intégration du 

débit massique instantané en composant cible, sur la durée totale de l’expérimentation. La 

méthode que nous avons employée est celle des trapèzes, car elle convenait à la fréquence de 

nos analyses (toutes les 10 minutes). 

La masse cumulée est calculée suivant la relation : 

va 

( Q ) + Q ) ⋅ ( t t ) 

n ⎛ ⎞ 

a( 

k−1 

ak k − k −1 

M = ∑ ⎜ 

⎟ 

a ⎜ 

⎟ 

k= 

1 ⎝ 2 ⎠ 

Où : Ma représente la masse cumulée de composé (en g), n le nombre de mesures sur la durée 

de la manipulation, Qak le débit massique du composé a (en g/h) à l’instant tk (h). 

a 

a

116 




3.3. Caractéristiques du mâchefer et du biogaz 

utilisé 

3.3.1. Caractéristiques physico-chimiques du mâchefer 

3.3.1.1. Contenu élémentaire du mâchefer 

Les analyses du contenu élémentaire du mâchefer n’étaient pas prévues dans le cadre de cette 

étude. Cependant, dans le cadre de la thèse de Sonia Kaibouchi (2004) réalisée au LAEPSI, ces 

analyses complémentaires ont été réalisées sur 4 échantillons provenant de la même usine 

d’incinération (UIOM de RILLIEUX - 69), et produits pendant la même période que le lot de 

mâchefer employé pour nos analyses. 

Nous avons trouvé intéressant de présenter les résultats de ces analyses ici. En effet, les teneurs 

en éléments majeurs, notamment en silice et en calcium, restent pratiquement constantes d'une 

année sur l'autre et cela malgré l'apparente hétérogénéité des mâchefers. Ce résultat est 

d'ailleurs confirmé par l'étude de Delville (2003) qui montre que l'écart type des teneurs en 

éléments majeurs de MIOM prélevés dans la même UIOM sur une durée de 2 ans est très 

faible. 

L’intérêt de ces analyses est de mettre en évidence la composition élémentaire du mâchefer et 

la proportion relative de chacun des éléments (sous forme d’oxydes pour les majeurs). 

Le tableau 15 ci-après regroupe les données sur la composition médiane en éléments des 4 

mâchefers provenant de l’UIOM de RILLIEUX (VALORLY).

Tableau 15 : Composition mâchefer 

VALORLY 

Eléments majoritaires 

Oxydes (% en 

masse) 

Technique 

analytique 

utilisée 

SiO2 49,3 ICP-AES 

CaO 16,3 ICP-AES 

Al2O3 7,5 ICP-AES/AA 

Fe2O3 7,6 ICP-AES/AA 

MnO 0,1 ICP-AES/AA 

MgO 2,6 ICP-AES/AA 

Na2O 6,0 ICP-AES/AA 

K2O 1,1 ICP-AES/Abso. 

TiO2 0,6 ICP-AES/Abso. 

P2O5 1,2 ICP-AES/Abso. 

Perte au Feu (à 

980°C) 

% en 

masse 

6,9 

S tot 0,3 SC 

Cl 0,4 Abso. 

CO2 tot 7,6 SC 

Corg 1,1 SC 

C minéral 1 SC 

Eléments Trace 

ppb 

Hg 135,0 AA 

Où : 

ICP-AES = Spectrométrie d'émission 

AA = Absorption Atomique 

Abso = Absorptiométrie ; 

SC = Doseur Carbone-Soufre 

Eléments 

trace 

117 




ppmV Technique analytique 

utilisée 

As 16,4 ICP-AES 

Ba 101 ICP-AES 

Bi 3,0 ICP-AES 

Cd 4,4 AA 

Ce 29,3 ICP-AES 

Co 27,7 ICP-AES 

Cr 505,2 ICP-AES 

Cs 2,3 ICP-AES 

Cu 2020,2 AA 

Dy 1,4 ICP-AES 

Er 0,7 ICP-AES 

Eu 0,4 ICP-AES 

Ga 8,7 ICP-AES 

Gd 1,5 ICP-AES 

Ge 0,9 ICP-AES 

Hf 3,4 ICP-AES 

Ho 0,2 ICP-AES 

In 0,7 ICP-AES 

La 12,6 ICP-AES 

Lu 0,1 ICP-AES 

Mo 11,6 ICP-AES 

Nb 6,8 ICP-AES 

Nd 9,0 ICP-AES 

Ni 77,5 ICP-AES 

Pb 976,4 ICP-AES 

Pr 2,7 ICP-AES 

Rb 33,6 AA 

Sb 49,2 ICP-AES 

Sm 1,5 ICP-AES 

Sn 210,0 AA 

Sr 298,8 ICP-AES/AA 

Ta 0,9 ICP-AES 

Tb 0,2 ICP-AES 

Th 4,0 ICP-AES 

Tm 0,1 ICP-AES 

U 1,8 ICP-AES 

V 26,9 AA 

W 23,7 ICP-AES 

Y 8,4 ICP-AES 

Yb 0,7 ICP-AES 

Zn 3168,5 AA 

Zr 152,2 AA

118 




Comme nous pouvons le constater, la composition des mâchefers est minérale à plus de 98 % 

si l’on intègre l’eau d’hydratation. 

Les principaux constituants du mâchefer sont des composés du silicium, du calcium, ainsi que 

des oxydes de fer et d’aluminium. Globalement ce sont ces éléments majeurs et les formes 

minéralogiques associées, qui détermineront l’essentiel de la réactivité physico-chimique du 

matériau. Les métaux lourds (Hg, As, Cd, etc.) sont présents dans le mâchefer en très faibles 

quantités. 

Ces résultats mettent en évidence d’une part la cohérence entre la composition des mâchefers 

analysés et celles moyennes du MIOM français, et d’autre part, la similitude de ce matériau 

avec des matrices naturelles telles que les roches ignées basaltiques ou granitiques [Belevi et 

al., 1992]. 

3.3.1.2. Test de lixiviation 

Les tests de lixiviation ont été effectués sur deux échantillons de mâchefer, issus du lot étudié. 

Ces tests nous ont permis d’évaluer le risque de migration des éléments polluants vers le 

milieu naturel. 

Un exemple de résultats d’un test de lixiviation et d’une analyse sur le solide, est présenté dans 

le tableau 16. 

Tableau 16 : Résultats d’analyses sur la fraction lixiviable du mâchefer étudié (échantillon initial) 

et analyse sur solide 

Masse sèche lixiviée (g) 

Mâchefer avant manipulations 

Analyses du lixiviat 

95,46 

Résidu sec total sur matière sèche (%) 1,79 

pH (ISO 10523) 9,82 

Sulfates (mg/kg) (NF T 90-042 = ISO 10304-2) 4 838,7 

Chrome VI (mg/kg) (NF T 90-043) < 0,42 

Plomb (mg/kg) 

Sous-traité 

(ISO 11885) 

< 0,34 

COT Total (mg/kg) Sous-traité (NF T 90-102 = NF EN 1484) 679,7 

Cadmium (mg/kg) 

Sous-traité 

(ISO 11885) 

< 0,06 

Arsenic (mg/kg) Sous-traité (ICP-MS) 0,045 

Mercure (mg/kg) 

Sous-traité 

(NF T 90-113) 

Analyses sur solide 

< 0,015 

Refus à 4 mm (%) 64,1 

Humidité (%) (24h à 103°C) 14,0 

Taux d'imbrûlés sur 4 mm (%) (4h à 500°C) 3,84

119 




Les paramètres pris en compte par la norme NF X 31-210 nous montrent que le mâchefer 

étudié lors de nos essais est un mâchefer à faible fraction lixiviable ou « V », c’est-à-dire que 

dans le cas d’une valorisation en technique routière, ce mâchefer n’aurait pas besoin de passer 

par l’étape dite de maturation, et pourrait être utilisé sans traitement complémentaire. 

Comparaison des résultats d’analyses 

Le tableau 17 ci-dessous regroupe les résultats des deux types d’analyses effectuées sur le 

mâchefer. Ces résultats concernent quelques métaux lourds, principaux éléments polluants du 

mâchefer. 

Tableau 17 : Comparatif entre les résultats de lixiviation et de l’analyse élémentaire 

Résultats analyse élémentaire (mg/kg) Résultats de lixiviation (mg/kg) 

Cr 505,2 < 0,42 

As 16,4 0,045 

Pb 976,4 < 0,34 

Cd 4,4 < 0,06 

Hg (µg/kg) 135 < 0,015 

Ce tableau comparatif nous montre que très peu d’éléments polluants sont relargués des 

mâchefers au cours de leur mise en contact avec l’eau, dans les conditions du test réalisé (NF 

X31-210) 

Néanmoins il faut rester prudent, car la mobilisation des métaux lourds est largement 

dépendante du contexte chimique, et tout particulièrement du pH de la solution lixiviante. 

3.3.2. Le Biogaz 

3.3.2.1. Composition moyenne du biogaz de décharge 

Le tableau 18 présente les données sur la composition moyenne du biogaz provenant du centre 

de stockage de Roche la Molière.

120 




Tableau 18 : Composition moyenne du biogaz provenant du CET de Roche la Molière 

Méthane (CH4) 45 à 49 % sur gaz sec 

Gaz carbonique (CO2) 24 à 39 % sur gaz sec 

O2 

N2 

Environ 2 % vol (sur gaz sec) 

11 à 15 % vol. (sur gaz sec) 

H2O 21 à 50 g/Nm 3 

Hydrogène sulfuré (H2S) 97 à 150 mg/Nm 3 

SO2 

4 à 96 mg/Nm 3 

Total COV* en mg/Nm 3 900 à 1700 mg/Nm 3 

La densité moyenne du gaz sec = 1281 g/Nm 3 . 

* Parmi les composés organiques volatils suivis, une analyse détaillée permet de mettre en 

évidence plusieurs familles chimiques : aromatiques, cétones, hydrocarbures aliphatiques et 

cycliques, composés halogénés, alcools, acides organiques, esters, soufrés, aldéhydes, 

siloxanes, furaniques, composés azotés, phtalates, polyaromatyques, éthers, composés 

organiques divers. 

L’annexe 3 du document propose une liste plus exhaustive des composés contenus dans du 

biogaz de décharge ainsi que quelques- unes de leurs propriétés physico-chimiques. 

Les fourchettes de données présentes dans le tableau 18, ont été obtenues après trois ans 

d’analyses successives (effectuées dans les mêmes conditions) sur le biogaz de décharge de 

Roche la Molière. Comme on peut facilement le constater, dans certains cas (COV, SO2, etc.) 

certaines valeurs sont fortement variables d’une année à l’autre. 

Ces variations des composés présents à l’état de trace ont impliqué des difficultés lors de leur 

suivi par µGC et µGC/MS. 

3.3.3. Désorption thermique du mâchefer en fin d’essais 

Objectif de la désorption 

L’objectif principal de la désorption thermique, était de préciser, parmi les composés retenus 

par le MIOM (COV, CO2, gaz soufrés), ceux susceptibles d’être désorbés à une température 

inférieure à 50°C, c’est à dire dans les conditions que l’on peut potentiellement atteindre dans 

un centre de stockage en exploitation. 

Le second objectif était, en montant à des températures plus élevées (jusqu’à 100°C), de tenter 

de désorber le plus de COV possible pour essayer de réaliser des bilans massiques de 

captation. 

Schéma de l’installation 

Le schéma de l’installation est dans la figure ci-dessous :

Figure 29 : Schéma de l’installation de désorption thermique 

Principe de fonctionnement de l’installation de désorption 

121 




Deux types de manipulations ont été réalisées entre la température ambiante et 100°C. Ces 

expérimentations ont été effectuées sur du mâchefer ayant traité le biogaz, et qui a été conservé 

au congélateur. 

désorption thermique par paliers de température – réalisé au laboratoire L.A.E.P.S.I., 

désorption thermique en continu – réalisé par le laboratoire S. C.A du CNRS 

Pour les deux types de manipulations, le principe de fonctionnement était le même. Un 

échantillon de MIOM (25 g) a été mis dans un four en INOX et chauffé progressivement. Les 

COV relargués du MIOM ont été ensuite entraînés et transportés par le gaz vecteur (argon ou 

hélium), puis analysés par chromatographie gazeuse ou par un couplage µGC/MS après 

passage dans un déshumidificateur. 

Les résultats des manipulations seront présentés dans le chapitre 5. 

3.4. Bilan 

Au vu des résultats d’analyses qui viennent d’être présentés, il apparaît que nos deux objets 

d’études : mâchefer d’incinération d’ordures ménagères et biogaz de décharge, ont des 

compositions extrêmement complexes.

122 




Le MIOM, matrice minérale, contient un nombre conséquent d’éléments de la classification de 

Mendeleïev dont les teneurs peuvent varier. C’est particulièrement le cas pour les éléments à 

l’état de traces. Ils possèdent néanmoins une « identité » physico-chimique qui leur est 

conférée par les teneurs relatives constantes en éléments majeurs : silice, chaux et quelques 

composés métalliques ferreux et non ferreux (Fe, Al). 

Il en est de même pour le biogaz, dont le contenu en composés organiques minoritaires est très 

riche et évolutif selon la nature même des déchets stockés. 

Le suivi et la quantification de ces multiples composés volatils sont difficiles et devront faire 

appel à des techniques analytiques spécifiques. 

L’ensemble de ces informations devra être pris en compte pour l’interprétation des résultats 

expérimentaux décrits dans la suite de ce travail.

Chapitre 4 

Suivi de la rétention des composes soufres 

par le mâchefer 

123

124


4.1. INTRODUCTION............................................................................................................ 127 

4.2. MISE AU POINT DES PROTOCOLES EXPÉRIMENTAUX ................................................ 127 

4.2.1. OBJECTIF DES TESTS PRÉLIMINAIRES......................................................................... 128 

4.2.2. EXEMPLES D’EXPÉRIMENTATIONS RÉALISÉES........................................................... 128 

4.2.2.1. Fluctuation de la température du gaz entrant.......................................................... 128 

4.2.2.2. Fluctuation de la composition du gaz entrant dans le pilote................................... 129 

4.2.2.3. Suivi de l’adsorption d’H2S en discontinu.............................................................. 130 

4.2.3. CONDITIONS GÉNÉRALES DE CONDUITE DES MANIPULATIONS.................................. 131 

4.2.4. BILAN ET REMARQUES GÉNÉRALES SUR LES PARAMÈTRES INFLUANT ...................... 132 

4.3. MANIPULATIONS CONCERNANT L’ÉTUDE DE LA RÉTENTION D’H2S ET DE 

MERCAPTANS PAR LE MIOM................................................................................................ 134 

4.3.1. SUIVI DE LA RÉTENTION D’H2S PAR LE MIOM.......................................................... 134 

4.3.1.1. Manipulation 1 (à débit élevé) ................................................................................ 135 

4.3.1.2. Manipulation 2 (à débit réduit) ............................................................................... 136 

4.3.1.3. Manipulation 3 (jusqu’à la saturation du mâchefer) ............................................... 137 

4.3.1.4. Comparatif des résultats obtenus ............................................................................ 139 

4.3.1.5. Bilan........................................................................................................................ 140 

4.3.2. SUIVI DE LA RÉTENTION DES MERCAPTANS PAR LE MIOM ....................................... 142 

4.3.2.1. Manipulation 4........................................................................................................ 142 

4.3.2.2. Comparaison des résultats....................................................................................... 145 

4.3.2.3. Bilan........................................................................................................................ 147 

4.4. PERFORMANCES D’UN MÉLANGE MIOM - COKE (10 %) POUR LA RÉTENTION DES 

COMPOSÉS SOUFRÉS .............................................................................................................. 148 

4.5. BILAN SCIENTIFIQUE ET DISCUSSIONS ....................................................................... 151 

4.5.1. BILAN MATIÈRE SUR LE SOUFRE ................................................................................ 151 

4.5.2. DONNÉES PHYSICO-CHIMIQUES CONCERNANT LES COMPOSÉS SOUFRÉS ÉTUDIÉS .... 154 

4.5.3. INTERPRÉTATIONS ET HYPOTHÈSES CONCERNANT LES MÉCANISMES MIS EN JEU..... 155 

4.5.3.1. Hydrogène sulfuré (H2S)......................................................................................... 155 

4.5.3.2. Méthylmercaptan et di-méthylmercaptan (CH3-SH et CH3-S-CH3) ....................... 156 

4.5.4. AUTRES REMARQUES DÉDUITES DES EXPÉRIENCES................................................... 156 

4.5.5. CONCLUSIONS ............................................................................................................ 157 

125 



126

4 

127 



Chapitre 4 - Manipulations 

SUIVI DE LA 

RETENTION DES 

COMPOSES SOUFRES 

PAR LE MACHEFER 


Le cadre spécifique et contractuel dans lequel a été défini le travail de recherche sur le 

potentiel épuratoire du mâchefer et de mélanges mâchefer-coke (10 %), n’a pas permis 

d’approche expérimentale « amont » en laboratoire. De ce fait, la mise au point des 

manipulations a été réalisée sur le terrain et a nécessité une adaptation délicate au contexte de 

l’exploitation industrielle du biogaz (chapitre 2). 

Nous avons choisi de commenter, dans ce chapitre, quelques unes des analyses préliminaires 

qui ont permis d’approcher, puis d’affiner les protocoles expérimentaux. Cette phase de 

réglage a mis en évidence l’influence de certains paramètres physiques, liés au contexte, sur 

les réponses analytiques. 

Dans la seconde partie nous présentons les séries d’expériences consacrées au suivi de la 

rétention par les mâchefers de composés soufrés du biogaz : le sulfure d’hydrogène (H2S) et 

deux mercaptans (méthylmercaptan, CH3-SH et di-méthylmercaptan, CH3-S-CH3). 

4.2. Mise au point des protocoles expérimentaux 

Après les phases de montage du pilote et de son raccordement au réseau de biogaz, décrites 

précédemment dans le chapitre 2, une série de manipulations « tests » a été effectuée sur une 

période d’environ un mois.

4.2.1. Objectif des tests préliminaires 

128 




Ces premiers essais ont permis : 

de s’assurer de la fiabilité de l’ensemble de l’installation : étanchéité, sécurité, débits de 

biogaz accessibles dans le pilote, 

de mettre au point les protocoles de chargement (humidification et compactage de la 

charge absorbante) et de vidange du pilote afin d’assurer au mieux la reproductibilité de 

certaines conditions expérimentales (densité, porosité, humidité du MIOM), 

de mettre en évidence les principaux paramètres physiques pouvant être déterminants dans 

l’interprétation et l’exploitation des résultats. Certains de ces paramètres sont inhérents au 

contexte même de la décharge, ou aux conditions atmosphériques sur le site. Ils sont, par 

leur nature, non maîtrisables. Ce sont en particulier les pressions en amont et en aval du 

pilote qui sont déterminées par les flux de biogaz produits par la décharge et les conditions 

d’exploitation des moteurs. De même, la température extérieure n’est pas maîtrisable, et 

conditionne la température du gaz entrant dans le pilote en raison des transferts thermiques 

possibles dans les tuyaux (environ 20 m) reliant le collecteur et l’entrée du pilote. 

L’humidité du gaz entrant s’est avérée être également un paramètre à prendre en compte, 

même si le captage du biogaz a été effectué en aval du refroidisseur, 

d’optimiser les paramètres contrôlables tels que la charge de mâchefer, le débit de biogaz 

et la durée des manipulations, 

d’établir les protocoles d’analyses des gaz « cibles » par le micro-chromatographe (choisir 

les colonnes analytiques, établir les conditions optimales de température et de pression 

dans les colonnes chromatographiques ainsi que la durée et la fréquence des 

prélèvements). 

4.2.2. Exemples d’expérimentations réalisées 

Tous les essais effectués pendant cette phase de réglage ne seront pas présentés ci-dessous. 

Nous allons présenter simplement des exemples de mise en évidence de quelques fluctuations 

constatées et qui nous ont conduit à affiner les protocoles opératoires et à relativiser certaines 

interprétations de résultats. 

Les exemples ci-dessous étant plutôt qualitatifs, les paramètres de l’analyse 

chromatographique ne sont pas précisés. Ils ont été détaillés dans le § 3.2.3.1. 

4.2.2.1. Fluctuation de la température du gaz entrant 

Les premiers essais de circulation du biogaz dans le pilote ont été réalisés en l’absence de 

mâchefer. Lors de ces essais, la température du gaz s’est révélée être un paramètre 

particulièrement évolutif. Les enregistrements en continu sur une période de 4 jours (pendant 

le mois de septembre), sont rapportés sur la figure 30.

Température (°C) 

35 

30 

25 

20 

15 

10 

5 

0 

0 24 48 72 96 

temps (h) 

Figure 30 : Evolution de la température du gaz entrant dans le pilote 

129 




Nous pouvons constater des variations importantes de la température du gaz arrivant du 

collecteur de biogaz. Le graphique nous montre en effet l’influence de la température 

extérieure (facteur incontrôlable) sur la température du gaz. Celle-ci fluctue en fonction des 

cycles périodiques (nocturnes/diurnes en particulier). Ces observations nous ont conduit à 

modifier le conditionnement du biogaz entrant pour « amortir » au mieux ces variations. Ces 

modifications seront décrites par la suite. 

4.2.2.2. Fluctuation de la composition du gaz entrant dans le pilote 

Sur les figures 31 et 32 sont présentés deux exemples de courbes d’évolution de la 

concentration de constituants du biogaz au cours du temps (di-méthylmercaptan CH3-S-CH3 

pour la figure 31 et H2O pour la figure 32). Les suivis ont été réalisés dans la colonne pilote 

vide (sans mâchefer). 

unité de surface de pic 

12000 

9000 

6000 

3000 

0 

0 24 48 

temps (h) 

72 

Figure 31 : Evolution de la quantité de di-méthylmercaptan contenue dans le biogaz

unité de surface de pic 

10000000 

8000000 

6000000 

4000000 

0 24 48 72 96 

temps (h) 

Figure 32 : Evolution de la quantité d’eau contenue dans le biogaz 

130 




Nous pouvons constater une évolution relativement périodique des concentrations des 

composés suivis avec des fluctuations de l’ordre de 15 % autour d’une concentration moyenne 

(représentée sur chaque figure par les droites pointillées). 

Remarque : Les surfaces des pics représentés ont été obtenues dans des conditions différentes 

et sur des colonnes chromatographiques différentes pour les deux composés suivis. Elles ne 

sont donc pas comparables en terme de concentration. 

Les variations constatées au sein de notre installation ne sont pas forcément représentatives 

d’une évolution du biogaz de la décharge, mais probablement liées au positionnement du pilote 

par rapport au collecteur principal de biogaz et aux variations de la température extérieure. 

Ces observations nous ont servi à régler la fréquence des analyses chromatographiques en 

entrée et en sortie du pilote. 

4.2.2.3. Suivi de l’adsorption d’H2S en discontinu 

Il s’agit, là encore, d’une constatation lors d’un premier suivi de l’adsorption de l’hydrogène 

sulfuré par le mâchefer. Les analyses de gaz ont été effectuées en discontinu, sur une période 

de 5 jours, à raison d’environ 8 h d’analyses par jour. La circulation du biogaz dans le 

mâchefer a été coupée entre deux périodes de mesures successives. 

Les résultats sont présentés sur la figure 33, ci-après.

taux de rétention d'H 2 S, (%) 

100 

80 

60 

40 

20 

0 

0 12 24 36 48 

temps (h) 

Arrêt : 7 h 16 h 24 h 31 h 

131 




Figure 33 : Variation du taux d’H2S retenu par le mâchefer en fonction du temps 

L’ordonnée donne le rapport (en %) entre la quantité d’H2S retenu dans le MIOM et la quantité 

moyenne d’H2S dans le biogaz entrant (environ 100 ppmV, c'est-à-dire environ 150 mg/Nm 3 ). 

Les discontinuités très nettes qui apparaissent sur le graphique correspondent à la reprise 

d’analyses après une période d’arrêt en fin de journée. 

L’interprétation de ce phénomène est délicate. Avant chaque reprise de la manipulation, nous 

avons déterminé le taux d’H2S dans le pilote (celui-ci était nul). Ainsi, nous avons vérifié qu’il 

n’y avait pas de désorption d’H2S pendant les périodes d’arrêt de l’installation. Nous pensons 

donc qu’il peut s’agir d’un déplacement des équilibres chimiques dans l’eau des pores du 

mâchefer. Pendant les périodes de circulation du biogaz, le temps de contact très court avec le 

mâchefer n’est probablement pas favorable à la stabilisation des équilibres de 

dissolution/précipitation des sulfures. Il est donc possible que cette stabilisation du matériau se 

fasse pendant les périodes d’arrêt et conduise à une forme de régénération des surfaces 

réactives de l’adsorbant. Quoi qu’il en soit, cette manipulation nous a conduit à définir, pour la 

suite, un protocole de manipulations en continu. Elle nous a également permis de préciser un 

premier rapport entre charge de mâchefer, débit de biogaz et durée de manipulation. 

4.2.3. Conditions générales de conduite des manipulations 

Grâce à l’ensemble des tests préliminaires dont quelques exemples démonstratifs ont été 

présentés au § 4.2.2, nous avons établi un certain nombre de paramètres initiaux de 

manipulation. Au vu de certains constats ultérieurs et des modifications techniques de 

l’exploitation du biogaz sur site, diverses évolutions expérimentales ont été effectuées et sont 

expliquées par la suite. 

Les conditions expérimentales sont donc les suivantes :

132 




Régulation de la température du biogaz et de son taux d’humidité 

Le gaz entrant a été refroidi par passage dans un condenseur (récipient fermé immergé dans un 

bain d’eau régulé à 5°C par un cryostat). Cette installation (figure 20 du § 2.3.2) a permis de 

diminuer très fortement les fluctuations de température du biogaz et de réguler sa teneur en eau 

par condensation. Compte tenu des débits de biogaz utilisés et des temps de séjour dans le 

condenseur, la température du biogaz est régulée à des valeurs comprises entre 9 et 26°C en 

entrée du pilote en fonction des saisons. 

Fréquence des prélèvements en amont et en aval de l’installation pilote 

Pour la majorité des analyses, ne disposant que d’un seul chromatographe, les gaz « cibles » 

ont été suivis en continu en sortie de pilote, après épuration par le mâchefer. Ces gaz ont été 

analysés en discontinu dans le biogaz entrant, à intervalles réguliers. Pour certains constituants 

du biogaz, en particulier les composés soufrés, la teneur dans le biogaz entrant, après le 

condenseur, peut être considérée comme relativement stable. Les évolutions constatées seront 

explicitées par la suite, dans les cas où elles étaient significatives. 

Autres paramètres expérimentaux : charge de mâchefer et débit de biogaz 

Compte tenu des premières constatations quantitatives encourageantes, concernant la rétention 

d’H2S par le mâchefer, nous avons défini un ratio entre les réactifs MIOM et biogaz permettant 

une durée de manipulation de l’ordre de 3 semaines (500 h). Les valeurs initiales ont été fixées 

à 13 kg de MIOM pour un débit de biogaz de l’ordre de 2 m 3 /h. Cette quantité relativement 

faible de mâchefer, en regard de la taille du pilote s’est imposée pour permettre, malgré tout, 

une multiplication des expériences et garantir ainsi une fiabilité des résultats quantitatifs. 

4.2.4. Bilan et remarques générales sur les paramètres influant 

Comme il a été indiqué précédemment, le biogaz de décharge est un mélange gazeux très 

complexe constitué de composés majeurs (CH4, CO2, H2O, N2, O2) et de composés sous forme 

de traces. Ces derniers, qui représentent 1 à 2 % du mélange, appartiennent à de nombreuses 

familles chimiques ; leurs teneurs s’échelonnent entre plusieurs centaines de ppmV et moins 

d’un ppmV. 

Nous avons constaté, au cours des tests préliminaires et durant toute l’étude, une variabilité des 

teneurs de certains des composés traces suivis en entrée du pilote. 

Quelques remarques peuvent être faites à ce propos. Si le biogaz doit être considéré comme un 

gaz « vivant » dont la composition moyenne dépend de la nature des déchets de la décharge, 

on peut quand même considérer sa composition comme relativement stable sur des courtes 

périodes. 

Nous avons formulé quelques hypothèses pour expliquer les origines des variations que nous 

avons constatées : 

Le paramètre qui semble le plus important est la température du gaz entrant dans le pilote, 

qui est fortement conditionnée par la température extérieure (cycle nocturne/diurne en 

particulier). Ces écarts de température sont à l’origine de phénomènes de 

condensation/vaporisation dans le réseau d’alimentation (20 m depuis le collecteur 

principal de biogaz), en amont du pilote. La condensation d’eau a été constatée de manière 

évidente par des phénomènes de siphon dans les points bas du tuyau semi–rigide 

d’alimentation. Il est possible que d’autres composés du biogaz condensables (ou solubles) 

dans l’eau, s’accumulent, puis se revaporisent ainsi en fonction des variations de 

température. Les conséquences sont, bien entendu, une modification de la teneur relative 

de ces composés par rapport aux constituants non condensables, 

Le second paramètre à considérer est celui de la pression du gaz dans le pilote. Au début 

des expérimentations le gaz circulait grâce à une différence de pression (amont/aval du 

pilote) de l’ordre de 400 mbar. Les conditions d’exploitation ayant permis de diminuer la

133 




dépression sur la décharge, notre installation a dû subir des modifications (rejet du biogaz 

sortant du pilote à la pression atmosphérique). La différence de pression (amont/aval) 

n’était plus que d’une centaine de mbar. Ces changements ont pu avoir une légère 

influence sur les pressions partielles des constituants du biogaz analysé, 

Compte tenu de notre appareillage, l’analyse du biogaz a été réalisée la plupart du temps 

en continu à la sortie du pilote, mais seulement ponctuellement en entrée du pilote, 

Le pourcentage de rétention d’un composé donné du biogaz a été calculé à partir d’une 

moyenne de teneurs en entrée et d’un suivi chromatographique continu en sortie. Toute 

variation de teneur en entrée se répercute alors sur le résultat du taux de rétention dans le 

cas d’une variation non détectée dans le biogaz en amont du pilote, 

Enfin, la précision absolue du chromatographe est au mieux de l’ordre de ± 1 ppmV, ce 

qui peut entraîner des incertitudes assez fortes lorsque la teneur des composés suivis est 

faible (inférieure à 10 ppmV). 

L’ensemble de ces remarques sur des paramètres influants, mais hors de notre contrôle, nous 

conduisent à relativiser les écarts de concentrations constatés dans la suite de l’étude. 

Compte tenu de ces remarques, certains des résultats présentés par la suite, doivent être 

considérés plutôt comme des « tendances » (c’est le cas, en particulier d’une partie des 

résultats concernant les composés organiques volatils de faible teneur, de basse pression de 

vapeur et/ou solubles dans l’eau de condensation), alors que d’autres (concernant les composés 

soufrés notamment) permettent de fournir des informations plus quantitatives. 

12 manipulations exploitables (d'une durée cumulée d’environ 150 jours), ont été réalisées à la 

suite de ces tests préliminaires. 

Elles ont été centrées en grande partie sur le suivi de l’adsorption d’H2S et des mercaptans par 

le MIOM et un mélange MIOM-Coke, à raison de 10 % de coke.



134 


4.3. Manipulations concernant l’étude de la 

rétention d’H2S et de mercaptans par le MIOM 

4.3.1. Suivi de la rétention d’H2S par le MIOM 

L’hydrogène sulfuré (H2S) est le principal composé soufré contenu dans le biogaz décharge. 

Au cours des manipulations réalisées, nous avons constaté que la concentration de ce produit 

ne connaissait que de faibles variations. La teneur moyenne d’H2S dans le biogaz étudié se 

situe autour d’une valeur de 100 ppmV, ce qui est relativement faible par rapport au biogaz 

d’autres décharges (jusqu’à 500 ppmV, voire plus). 

Nous présenterons, par ordre chronologique, les résultats des trois manipulations effectuées et 

dont les principaux paramètres expérimentaux sont résumés dans le tableau 19 qui suit. 

N° Exp. Quantité de 

MIOM (kg) 

Tableau 19 : Conditions expérimentales 

Débit biogaz 

corrigé (L/h) 

Température 

Moyenne du 

biogaz (°C) 

Durée totale de 

Manipulation 

(h) 

1 13 1710 9,0 69 

2 13 879 9,0 134 

3 13 895 14,0 404 

D’un point de vue général, les manipulations se sont déroulées à charge de MIOM constante et 

à deux débits de biogaz fixés. 

Les variations de température ont été imposées par les conditions extérieures et, pour la plupart 

des manipulations, collectées par un enregistreur de température (situé après le passage du 

biogaz dans le condenseur). 

Les débits mentionnés dans ce tableau, sont les débits normaux (corrigés en pression et 

température). Les corrections de débit sont détaillées dans l’annexe 7. 

Le MIOM sec a été humidifié et homogénéisé à chaque début d’expérience, jusqu’à 

l’obtention d’un MIOM avec une humidité se situant aux alentours de 15 %. 

Chaque échantillon de MIOM humidifié a ensuite été compacté selon un protocole opératoire 

identique et présenté dans l’annexe 4. 

Les analyses chromatographiques d’H2S ont été réalisées, après étalonnage, selon les 

conditions définies dans le tableau 14 du chapitre 3. 

Les résultats seront présentés au travers de l’évolution du pourcentage d’H2S retenu par le 

mâchefer (taux de rétention) en fonction du temps. Ce pourcentage est calculé à partir de la 

teneur du composé en sortie de colonne (mesurée en continu) et en entrée de colonne (mesurée 

en discontinu ; teneur moyenne).

Taux de rétention 

(% ) 

[H 

= 

135 



2 

S] 

entrée 

[H 

2 

S] 

-[H 

2 

entrée 

S] 

sortie 


× 100 

Compte tenu de la fréquence des analyses (toutes les 10 minutes) et de la durée des 

expériences, tous les points expérimentaux ne sont pas portés sur les graphiques. 

Afin d’avoir une idée plus concrète des quantités totales de composé retenu au cours de la 

durée de l’expérience, nous avons également « traduit » les résultats en terme d’accumulation 

d’H2S (en grammes), dans la charge de mâchefer. L’allure de ces courbes d’accumulation 

apporte également des informations qualitatives sur l’état de saturation du mâchefer. 

4.3.1.1. Manipulation 1 (à débit élevé) 

Cette première expérience a été menée en continu sur une durée d’environ 70 heures. 

Elle peut être considérée comme un test exploratoire des capacités épuratoires du mâchefer 

vis-à-vis d’H2S. Le débit, relativement élevé, de 1,7 m 3 /h était le maximum accessible compte 

tenu des caractéristiques de l’installation. La charge de mâchefer, de 13 kg, était, quant à elle 

une limite inférieure au vu de la colonne utilisée. 

L’objectif de ce premier test était de fournir des résultats permettant d’adapter au mieux, pour 

les manipulations suivantes, les paramètres expérimentaux « maîtrisables » (débit de biogaz et 

charge de mâchefer), pour une durée de manipulation raisonnable. 

Les résultats sont présentés sur la figure 34, ci-après. 

taux de rétention (%) 

100 

90 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

0 24 48 72 96 

temps (h) 

Figure 34 : Evolution du taux de rétention d’H2S en fonction du temps (manipulation 1) 

L’évolution du taux de rétention d’H2S dans les conditions définies ci avant, traduit une 

diminution assez rapide de l’efficacité du mâchefer. Le taux de rétention, initialement de 100 

%, chute d’environ 40 % dans les premières heures, pour se stabiliser dans les 60 heures 

suivantes.

136 




L’H2S est retenu à hauteur de 50 % pendant cette deuxième période. Il semble que le débit 

élevé de biogaz (par rapport à la charge de mâchefer) ne permette pas la saturation complète 

du mâchefer en raison d’un temps de contact trop faible, de l’ordre de 11 secondes. 

Le temps de contact entre la charge de mâchefer et le biogaz est : 

V 

t = 

MIOM 

c 

Qbiogaz 

Avec : VMIOM - volume de mâchefer dans le pilote. Ce volume qui tient compte de la porosité 

du MIOM (30 %) est d’environ 5 L. 

Qbioga - débit de biogaz dans le pilote (L/s) 

Dans la première période, nous pensons qu’il y a saturation des surfaces externes des particules 

de mâchefer et que la pénétration du réactif (l’H2S) dans les pores, est limitée. Il s’agirait alors 

d’une réactivité inter-granulaire plutôt qu’intra-granulaire. 

Ces réflexions nous ont amené à modifier le flux de biogaz, en réduisant son débit, pour la 

seconde manipulation. 

4.3.1.2. Manipulation 2 (à débit réduit) 

L’objectif dans cette deuxième série d’analyses était de confirmer nos hypothèses sur 

l’influence du débit, donc du temps de contact biogaz-mâchefer, sur la rétention d’H2S. 

Le débit a été divisé par deux à charge de mâchefer constante (13 kg). La durée de suivi a été 

de 134 heures, en circulation continue. Le temps de contact biogaz-mâchefer est alors 

d’environ 20 s. 

Les résultats sont portés sur la figure 35. 

taux de rétention (%) 

100 

90 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

0 24 48 72 

temps (h) 

96 120 144 

Figure 35 : Evolution du taux de rétention d’H2S en fonction du temps (manipulation 2)

137 




L’évolution du taux de rétention d’H2S en fonction du temps, présente une allure sensiblement 

différente de la précédente. 

L’efficacité du MIOM reste importante et relativement constante pendant toute l’expérience. 

La charge de mâchefer retient 80 à 85 % de l’hydrogène sulfuré entrant avec une légère 

diminution dans le temps. 

En terme de cumul d’H2S fixé par le mâchefer, le graphique de la figure 36 apporte d’autres 

informations. 

H 2 S accumulé (g) 

18 

16 

14 

12 

10 

8 

6 

4 

2 

0 

0 50 100 150 

temps (h) 

y = 0,1166x 

Figure 36: Accumulation d’H2S au sein du mâchefer en fonction du temps (manipulation 2) 

Pendant la totalité de la manipulation, environ 16 g d’H2S ont été retenus par les 13 kg de 

mâchefer. 

Nous pouvons définir une vitesse d’accumulation d’H2S au sein du mâchefer, qui correspond à 

la pente de la droite d’accumulation. Sur la figure 36, cette vitesse est d’environ 0,12 g/h. 

Par ailleurs, la linéarité de la courbe d’accumulation semble indiquer que le mâchefer n’est pas 

saturé au bout de 134 heures de circulation continue du biogaz. Cela nous a amené à prévoir, 

naturellement, une troisième manipulation en conservant les conditions expérimentales de la 

manipulation 2 (débit de biogaz et charge de mâchefer), mais sur une durée plus longue pour 

atteindre, si possible, un état de saturation maximale. 

4.3.1.3. Manipulation 3 (jusqu’à la saturation du mâchefer) 

Comme indiqué précédemment, le débit du biogaz et la charge de mâchefer ont été conservés 

identiques à ceux de la manipulation 2. Aucune durée de suivi n’avait été prédéfinie, dans la 

mesure ou l’objectif était d'atteindre la saturation du MIOM ou, au minimum, de tendre vers 

une efficacité de rétention proche de zéro (concentration d’H2S en entrée = concentration 

d’H2S en sortie). 

Malheureusement, cette manipulation a du être stoppée en raison des très basses températures 

sur le site pendant quelques jours (période hivernale). Cet épisode climatique a provoqué une 

condensation, puis le gel progressif de l'eau dans les canalisations de transport du biogaz. Cela

138 




s'est d'abord traduit par un assèchement total du biogaz en entrée de pilote, puis, quand les 

canalisations ont été totalement obturées par la glace, l'arrêt de la circulation du biogaz, donc 

l'arrêt de l’expérience. 

Les résultats de cette expérience sont présentés sur la figure 37. 

taux de rétention d'H 2 S (%) 

100 

90 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

0 100 200 300 400 500 

temps (h) 

Figure 37: Evolution du taux de rétention d’H2S en fonction du temps (manipulation 3) 

Vague de 

froid 

On remarque très nettement les conséquences de la période de températures extérieures 

négatives. Notre interprétation de la chute brutale de l’efficacité du mâchefer avant l’arrêt 

définitif est la suivante : durant la première phase de refroidissement externe, le biogaz froid et 

sec entrant dans le pilote, s’est réchauffé et réhydraté en traversant le mâchefer (à une 

température plus élevée dans le bungalow). Le mâchefer s’est donc asséché progressivement, 

ce qui a entraîné une chute assez brutale de la rétention d’H2S, comme cela est nettement 

visible sur la courbe de la figure 37. 

Ces hypothèses sont étayées, en particulier par le constat que le taux d’humidité du mâchefer, 

lorsque nous l’avons sorti du pilote, était quasiment nul. Il apparaît ainsi que l’eau interstitielle 

joue un rôle fondamental dans la réactivité d’H2S avec certains constituants du mâchefer. 

En dehors de ce problème, les 400 heures de fonctionnement « normal », montrent une 

diminution très lente du % d’H2S retenu en fonction du temps. La valeur au bout de 400 heures 

est encore de l’ordre de 50 % de rétention. La charge de MIOM n’était donc pas encore 

totalement saturée. 

Au vu de l’évolution quasi-linéaire du pourcentage d’H2S retenu en fonction du temps, nous 

avons estimé, par extrapolation, que la durée de saturation totale aurait été de l’ordre de 900 à 

1000 h. 

De plus on remarque que sur les 120 premières heures de fonctionnement, l’évolution du taux 

de rétention d’H2S est tout à fait comparable avec celle obtenue lors de la manipulation 2, 

réalisée dans les mêmes conditions. Les résultats semblent donc reproductibles. 

La courbe d’accumulation a également été tracée (fig. 38) entre 0 et 400 heures de circulation 

du biogaz (17 jours).

H2S accumulé (g) 

50 

45 

40 

35 

30 

25 

20 

15 

10 

5 

0 

139 




Figure 38: Accumulation d’H2S au sein du mâchefer en fonction du temps (manipulation 3) 

Les 13 kg de MIOM ont retenu environ 39 g d’H2S pendant les 400 heures de manipulation. 

Nous remarquons que la vitesse d’accumulation d’H2S dans le mâchefer pendant les 200 

premières heures, est de 0,11 g/h, ce qui est tout à fait comparable à la valeur obtenue pour la 

manipulation 2. Par ailleurs, l’évolution de la masse d’H2S accumulée au sein du mâchefer en 

fonction du temps montre qu’au delà de 300 heures, la courbe s’infléchit indiquant 

l’orientation asymptotique vers une limite haute de saturation. La vitesse d’accumulation est 

alors plus faible (0,08 g/h). 

4.3.1.4. Comparatif des résultats obtenus 

y = 0,1115x 

y = 0,0804x + 6,5373 

0 100 200 300 400 500 

temps (h) 

Afin de permettre une première estimation comparative des capacités épuratoires du mâchefer 

vis-à-vis d’H2S, nous avons rassemblé dans le tableau 20, les principaux paramètres des 

manipulations 1, 2 et 3, ainsi que les résultats. Nous avons arrondi volontairement certaines 

valeurs pour tenir compte des incertitudes expérimentales. C’est le cas, en particulier, des 

volumes cumulés de biogaz traité, dont les valeurs dépendent à la fois des débits volumiques, 

des corrections de température et de la durée des manipulations.

N° 

Exp. 

140 




Tableau 20 : Comparatif des résultats obtenus pendant les manipulations 1, 2 et 3 

Débit 

biogaz 

corrigé 

(L/h) 

Durée 

(h) 

T (°C) Volume 

biogaz traité 

(m 3 ) 

g H2S 

retenu/kg 

MIOM 

Efficacité 

globale du 

MIOM 

m 3 Biogaz 

épuré/kg 

MIOM 

1 1710 69 9°C 118 0,81 56,0 % 5,1 

2 879 134 9°C 119 1,21 84,0 % 7,7 

3* 895 135 14°C 121 1,15 82,0 % 7,6 

3 895 404 14°C 362 2,97 70,0 % 19,5 

Dans ce tableau, nous avons calculé une efficacité globale du mâchefer. Ce facteur d’efficacité 

représente le rapport entre la masse d’H2S retenue par le mâchefer et la masse d’H2S contenue 

dans le volume de biogaz entré dans le pilote. Ce facteur est, bien entendu, dépendant du 

volume de biogaz traité, donc de la durée de l’essai, mais aussi des conditions de l’expérience 

en terme de débit. 

Pour une meilleure comparaison, nous avons introduit dans le tableau 20, une expérience notée 

3 * . Il s’agit en fait des données prélevées sur la manipulation 3 jusqu’à 135 h. De ce fait, les 

expériences notées 1, 2 et 3* sont tout à fait comparables, puisqu’elles concernent un volume 

de biogaz traité équivalent, de l’ordre de 120 m 3 . 

Les manipulations 2 et 3 * , qui ont été effectuées dans des conditions quasi-identiques, sauf en 

ce qui concerne la température, donnent des résultats tout à fait comparables, avec une 

efficacité d’épuration légèrement supérieure à 80 % dans les deux cas. L’influence du temps de 

contact est évidente si l’on compare les résultats des expériences 1 et 2. Ce premier comparatif 

est cohérent d’un point de vue qualitatif ; il nous permet également d’apporter une réponse 

quantitative quant au potentiel de rétention d’H2S par le mâchefer. 

Les calculs effectués à partir de la troisième manipulation (400 h) conduisent au résultat 

suivant : 1 kg de mâchefer (à 15 % d’humidité) absorbe l’équivalent de tout le sulfure 

d’hydrogène (à 100 ppmV) contenu dans environ 19,5 Nm 3 de biogaz. Compte tenu des 

commentaires faits précédemment sur cette expérience, il s’agit là d’une valeur « par défaut » 

et le potentiel épuratoire réel du mâchefer est probablement supérieur à 20 Nm 3 / kg de 

mâchefer. 

4.3.1.5. Bilan 

Cette première série de tests a permis de valider l’ensemble de la chaîne expérimentale, de la 

ligne de prélèvement de biogaz depuis le circuit industriel jusqu’à la circulation dans le pilote 

et également les protocoles d’analyses avec le micro-chromatographe. 

Un compromis entre le débit de biogaz et la charge de mâchefer a été optimisé. Ces paramètres 

seront conservés pour les manipulations ultérieures, afin de pouvoir garder un aspect 

comparatif fiable. Certes, nous étions conscients que le pilote n’était pas utilisé dans des 

conditions optimales, en raison d’un temps de contact biogaz-mâchefer très court dans la 

colonne (de l’ordre de quelques dizaines de secondes), mais cela a été le seul moyen d’assurer 

des temps de manipulations raisonnables, de quelques centaines d’heures malgré tout. 

Les résultats scientifiques ont pu être validés (ils sont reproductibles) malgré les problèmes 

expérimentaux rencontrés. 

La capacité du mâchefer à réduire le taux d’H2S d’un biogaz réel a été démontrée. Ce potentiel 

épuratoire est plus conséquent que nous l’avions envisagé lors de la conception et du

141 




dimensionnement du pilote ; son estimation quantitative, par défaut, a été réalisée lors de deux 

manipulations cohérentes. 

La discussion scientifique concernant ces résultats sera effectuée globalement en fin de 

chapitre pour tous les composés soufrés suivis.

4.3.2. Suivi de la rétention des mercaptans par le MIOM 


Si H2S est le composé soufré majoritairement contenu dans les biogaz de décharge, les 

mercaptans sont également souvent présents à des teneurs plus faibles. Ils font partie des 

constituants indésirables des biogaz, en particulier en raison de leur caractère nocif et 

malodorant. 

Compte tenu de notre matériel d’analyses chromatographiques, et après quelques essais de 

fiabilité, nous avons choisi de suivre les interactions du mâchefer avec deux mercaptans : le 

méthylmercaptan (CH3-SH) et le di-méthylmercaptan (CH3-S-CH3). 

Les teneurs moyennes de ces composés dans le biogaz sont d’environ 4 ppmV (environ 9 

mg/Nm 3 ) pour le CH3-SH et d’environ 30 ppmV (environ 80 mg/Nm 3 ) pour le CH3-S-CH3. 

Les conditions d’analyse et d’étalonnage ont été précisées dans le chapitre 3. 

Il faut tout de même noter que la teneur très faible du CH3-SH se situe très près de la limite de 

sensibilité de notre chromatographe portable. En conséquence, les interprétations des résultats 

devront être faites avec prudence, du moins sur l’aspect purement quantitatif. 

La rétention de ces deux composés soufrés par le mâchefer a été suivie au cours de 4 

expériences distinctes de celles concernant H2S, en raison de conditions d’analyse spécifiques 

(température des colonnes chromatographiques plus élevée). 

Ces manipulations ont été conduites dans des conditions expérimentales très proches de celles 

concernant l’H2S. Le tableau 21 les résume. 

Tableau 21 : Conditions expérimentales concernant l’analyse des mercaptans 


MIOM (kg) 

Débit biogaz 

corrigés (L/h) 

Température 

Moyenne du 

biogaz (°C) 


Manipulation 

(h) 

4 13 914 20,2 93 

5 13 898 15,0 164 

6 13 821 19,7 85 

7 13 820 19,5 136 

Il faut noter que ces 4 expériences ont duré une centaine d’heures dans le but de tester la 

reproductibilité des phénomènes. En effet, devant les contraintes de temps et financières, nous 

avons privilégié 4 manipulations de 100 heures plutôt qu’une seule de 400 heures. 

4.3.2.1. Manipulation 4 

Par souci de ne pas surcharger le mémoire, une seule manipulation parmi les 4 sera présentée 

en détail dans ce chapitre. Tous les graphiques correspondant aux autres manipulations, sont 

reportés dans l’annexe 5. Par contre, les résultats de toutes les expériences en terme 

142 



143 




d’efficacité du mâchefer vis-à-vis de deux mercaptans seront présentés et discutés de manière 

comparative. 

Les résultats portés sur la figure 39 concernent donc l’évolution du taux de rétention du 

méthylmercaptan par le mâchefer à 15 % d’humidité (lors de la manipulation n° 4). 

taux de retention (%) 

100 

90 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

0 24 48 72 96 

temps (h) 

Figure 39 : Evolution du taux de rétention de CH3-SH en fonction du temps (manipulation 4) 

Plusieurs remarques s’imposent au vu de ces résultats. 

Tout d’abord on peut dire que le méthylmercaptan est globalement bien retenu par le mâchefer 

tout au long de l’expérience, à des taux qui sont souvent voisins de 100 %. 

Nous avons tenté de comprendre l’origine des baisses « périodiques » du taux de rétention qui 

correspondent à des périodes d’analyses nocturnes. Nous pensons que ces phénomènes sont 

probablement liés à des variations de teneur du mercaptan au sein du biogaz entrant dans le 

pilote. Il s’agit alors plutôt d’un artefact lié à notre mode de calcul du taux de rétention pour 

lequel nous considérons (faute de pouvoir la suivre en continu) que la teneur du composé dans 

le biogaz entrant est constante. 

Il faut également rappeler que la très faible teneur du gaz suivi au regard de la sensibilité 

analytique impose la plus grande prudence dans les interprétations. Nous avons néanmoins 

utilisé ces résultats pour tracer la courbe d’accumulation du composé (fig. 40) dans la charge 

du mâchefer.

CH 3 -SH accumulé (g) 

0,6 

0,5 

0,4 

0,3 

0,2 

0,1 

0 

0 24 48 72 96 

y = 0,0061x 

temps (h) 

144 




Figure 40 : Accumulation de CH3-SH au sein du mâchefer en fonction du temps (manipulation 4) 

L’évolution quasi linéaire pendant la centaine d’heure de circulation du gaz, semble indiquer 

que le mâchefer n’est pas encore saturé. Pendant toute cette durée de manipulation le 

méthylmercaptan est retenu à une vitesse moyenne voisine de 6*10 -3 g/h. En 84 heures, ce sont 

0,5 g de méthylmercaptan qui sont extraits du biogaz par les 13 kg de mâchefer. 

Compte tenu des remarques précédentes, il s’agit là encore, d’une valeur par défaut. 

En ce qui concerne le di-méthylmercaptan (CH3-S-CH3), les résultats provenant de la même 

expérience sont reportés sur la figure 41, ci-après. 


60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

0 24 48 

temps (h) 

72 96 

Figure 41 : Evolution du taux de rétention de CH3-S-CH3 en fonction du temps (manipulation 4)

145 




La différence est, cette fois, très nette par rapport au méthylmercaptan. Nous constatons 

globalement une chute très rapide du taux de rétention, qui se stabilise aux environs de 10 à 20 

%. Comme dans le cas précédent, nous pouvons remarquer des fluctuations assez importantes 

du pourcentage de di-méthylmercaptan retenu. La périodicité de ces évolutions est moins nette 

que sur la figure 39, et les variations observées sont difficilement explicables. 

Les calculs indiquent une efficacité moyenne de 16 % dans nos conditions expérimentales 

(débit de biogaz de 914 L/h et durée de manipulation de 93 h). 

La courbe d’accumulation est représentée sur la figure 42. 

CH 3 -S-CH 3 accumulé (g) 

1,2 

0,8 

0,6 

0,4 

0,2 

y = 0,0046x + 0,5563 

y = 0,0114x 

Figure 42 : Accumulation du di-méthylmercaptan au sein du mâchefer en fonction du temps 

(manipulation 4) 

Bien que l’efficacité du mâchefer soit relativement faible vis-à-vis du di-méthylmercaptan, les 

13 kg de mâchefer permettent tout de même de retenir environ 1 g pendant la durée de 

manipulation. 

La vitesse moyenne d’accumulation est de l’ordre de 0,011 g/h (au début de l’expérience) et 

semble diminuer en fin de manipulation (0,005 g/h), ce qui peut traduire un début de saturation 

du mâchefer vis-à-vis de ce composé. 

4.3.2.2. Comparaison des résultats 

1 

0 

0 24 48 72 96 

temps (h) 

Dans le tableau 22 ci-après sont rassemblés les résultats caractéristiques des 4 manipulations 

concernant l’étude de la capacité d’adsorption des mercaptans par le mâchefer.

N° 

Exp. 

146 




Tableau 22 : Résultats caractéristiques sur la capacité de rétention des mercaptans par le 

mâchefer 

Débit biogaz 


Durée 

(h) 

4 914 93 

4* 

76 

5 898 164 

5* 

78 

6 821 85 

7 820 136 

7* 

85 

Nom 

Produit 

Vol. 

biogaz 

traité (m 3 ) 

g mercaptan 

retenu /kg 

MIOM 

Efficacité globale 

du MIOM 

m 3 biogaz 

épuré/kg 

MIOM 

CH3-SH 85 0,044 90,1 % 5,9 

CH3-S-CH3 

0,075 16,4 % 1,1 

CH3-SH 70 0,037 91,6 % 4,9 

CH3-S-CH3 

0,072 18,3 % 1,0 

CH3-SH 147 0,030 67,0 % 10,7 

CH3-S-CH3 

0,378 73,0 % 8,2 

CH3-SH 70 0,019 86,2 % 4,8 

CH3-S-CH3 

0,180 75,0 % 4,0 

CH3-SH 70 0,024 75,0 % 4,0 

CH3-S-CH3 

0,070 20,0 % 1,1 

CH3-SH 112 0,019 42,8 % 3,7 

CH3-S-CH3 

0,086 15,1 % 1,3 

CH3-SH 70 0,013 48,1 % 2,6 

CH3-S-CH3 

0,067 19,0 % 1,0 

Les 4 manipulations ayant des durées différentes, afin de pouvoir comparer leurs résultats, 

nous avons choisi de présenter aussi les résultats de manipulations notées 4*, 5*, et 7* qui 

correspondent aux manipulations 4, 5 et 7, arrêtées après passage d’un même volume de 

biogaz (70 m 3 ).

4.3.2.3. Bilan 

147 




Nous avons tenu à présenter les résultats de ces 4 manipulations, malgré les différences qui 

peuvent être observées, et pour lesquelles nous n’avons pas toutes les explications. 

En effet, on observe que le taux de rétention du méthylmercaptan est plus élevé pour la 

manipulation 5 que pour les autres, et celui du di-méthylmercaptan est plus faible pour la 

manipulation 7. 

Ces manipulations, d’une durée totale de près de 500 heures, permettent néanmoins de 

formuler quelques remarques générales concernant le piégeage par le mâchefer des deux 

mercaptans suivis. 

La première information, qualitative, concerne leurs différences de comportement vis-à-vis du 

mâchefer. Il apparaît très nettement que le méthylmercaptan est mieux retenu que le diméthylmercaptan. 

La rétention du di-méthylmercaptan est en effet relativement faible et sa 

teneur est visiblement perturbée par des phénomènes extérieurs en amont des points d’analyse. 

Par ailleurs, et malgré les fluctuations observées il est possible d’estimer un taux de rétention 

moyen de ces deux composés. Dans les conditions expérimentales, il est de l’ordre de 20 % 

pour le di-méthylmercaptan et supérieur à 50 - 60 % pour le méthylmercaptan. 

Des interprétations sur les mécanismes possibles d’interactions de ces composés avec le 

mâchefer seront faites dans le bilan scientifique, en fin de chapitre.

148 




4.4. Performances d’un mélange MIOM - coke 

(10 %) pour la rétention des composés 

soufrés 

L’objectif de ces manipulations était de mesurer les améliorations apportées à la capacité de 

rétention d’H2S et des mercaptans, lorsqu’on utilise comme « filtre » non pas du MIOM seul, 

mais un mélange MIOM–coke (10 % de coke), le coke étant un résidu carboné issu de la 

pyrolyse de déchets agricoles. 

Ces expériences complémentaires ont été demandées par le contractant NOVERGIE, pour des 

raisons spécifiques. Ces expériences peuvent être considérées comme relativement marginales 

dans la mesure où il est peu probable qu’elles aboutissent à un procédé techniquement et 

économiquement viable à l’échelle du terrain. 

Nous avons donc réalisé deux séries d’analyses : une pour suivre la rétention d’H2S par ce 

mélange (manipulation 8), et la seconde pour suivre celle du méthylmercaptan et du diméthylmercaptan 

(manipulation 9). 

Le mâchefer utilisé faisait partie du même lot que précédemment, les 10 % de coke y ont été 

mélangés intimement. Des charges filtrantes de 13 kg de ce mélange ont été placées dans la 

colonne pilote. Les autres conditions de manipulation (notamment débit de biogaz) et 

d’analyses sont restées identiques aux précédentes. Elles sont présentées dans le tableau 23. 

Résultats 


MIOM-coke 

(kg) 


Débit biogaz 


Température 

Moyenne du 

biogaz (°C) 


Manipulation 

(h) 

8 13 823 19,7 589 

9 13 814 26,2 261 

Les résultats sont portés sur la figure 43 pour la rétention d’H2S. En ce qui concerne les deux 

mercaptans qui ont été suivis pendant la même manipulation, les données expérimentales sont 

regroupées sur la figure 44.


100 

95 

90 

85 

80 

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 

temps (h) 

149 



H2S 


Figure 43 : Evolution du taux de rétention d’H2S par le mâchefer-coke en fonction du temps 



100 

80 

60 

40 

20 

0 

0 48 96 144 

temps (h) 

192 240 

CH3-SH CH3-S-CH3 CH3-SH CH3-S-CH3 

Figure 44 : Evolution du taux de rétention du méthyl et di-méthylmercaptan par le mâchefer-coke 

en fonction du temps (manipulation 9) 

Au vu de ces résultats il est manifeste que l’addition de coke améliore largement l’efficacité de 

la charge filtrante. C’est le cas pour les taux de rétention d’H2S et du méthylmercaptan (CH3- 

SH) qui restent à 100 % pendant près de 600 heures et 240 heures respectivement.

150 




Les courbes d’accumulations (présentées en annexe 5) concernant ces deux composés restent 

linéaires pendant la durée des manipulations, indiquant ainsi que la saturation n’a pas été 

atteinte. Les quantités de gaz sulfurés retenues par les 13 kg de matériau sont d’environ 74 g 

pour H2S et de 1,6 g pour CH3-SH. Compte tenu des remarques précédentes, il s’agit, là 

encore, de valeurs minimales par défaut. 

Concernant la rétention de CH3-S-CH3, nous pouvons constater qu’elle est relativement faible 

mais néanmoins supérieure à celle du mâchefer seul (fig. 39). Des fluctuations assez 

importantes et périodiques sont nettement visibles. Le pas de temps entre les points bas est 

remarquablement constant et de l’ordre d’une douzaine d’heures. Ce phénomène, bien que 

difficilement explicable, ne peut être attribué qu’à des fluctuations extérieures de même 

périodicité, ayant un impact sur le taux de CH3-S-CH3 entrant dans le pilote Le même 

comportement avait été observé, avec une moindre périodicité, dans les quatre manipulations 

effectuées sans ajout de coke. 

Pendant cette expérience de près de 200 h, le biogaz a tout de même été épuré d’environ 11 g 

de CH3-S-CH3. 

Le tableau ci-dessous regroupe les principaux résultats rapportés à 1 kg de mélange MIOM – 

coke (10 %). 

Tableau 24 : Résultats caractéristiques sur la capacité de rétention de composés soufrés par du 

MIOM – coke (10 %) 

N° 

Exp. 

Débit biogaz 

corrigé 

(L/h) 

Durée 

(h) 

Nom 

Produit 

Vol. 

biogaz 

traité 

(m 3 ) 

g retenu /kg 

MIOM-coke 

Efficacité 

globale du 

MIOM-coke 

m 3 biogaz 

épuré/kg 

MIOM-coke 

8 823 589 H2S 485 5,7 99,9 % 37 

9* 814 86 

9 814 261 

CH3-SH 70 0,04 100 % 5,4 

CH3-S- 

CH3 

0,32 38,0 % 2 

CH3-SH 212 0,12 98,9 % 16 

CH3-S- 

CH3 

0,84 40,0 % 7 

Nous faisons apparaître dans ce tableau une manipulation notée 9* qui correspond à la 

manipulation 9, arrêtée après passage d’un volume de biogaz de 70 m 3 . Cela permet de 

comparer les résultats obtenus avec le mélange mâchefer-coke, avec ceux obtenus avec le 

mâchefer seul lors des manipulations 4*, 5*, 6 et 7*. 

Les valeurs regroupées dans ce tableau permettent donc par comparaison de confirmer le gain 

d’efficacité épuratoire apporté par l’ajout de coke. Il faut néanmoins rester prudent dans ces 

évaluations comparatives dans la mesure où les débits de circulation de gaz ne sont pas tout à 

fait identiques. Ces éléments seront repris dans le bilan scientifique qui suit.

4.5. Bilan scientifique et discussions 

151 




Les neuf manipulations d’une durée totale voisine de 2000 heures sur le site industriel 

permettent de tirer un premier bilan quant au potentiel épuratoire du mâchefer vis-à-vis d’une 

partie des composés soufrés du biogaz. Quelques analyses complémentaires ont été réalisées et 

seront commentées. 

4.5.1. Bilan matière sur le soufre 

Lors de certaines expérimentations, des prélèvements des échantillons de mâchefer ont été 

réalisés avant et après épuration du biogaz dans le pilote. 

Ces échantillons ont été analysés par le Service d’Analyses des Roches et Minéraux (SARM), 

du CNRS de Nancy. 

Le contenu total en soufre a ainsi été obtenu avant et après piégeage des composés soufrés du 

biogaz (H2S, CH3-SH et CH3-S-CH3). La différence des contenus en soufre donne accès à la 

quantité de soufre fixée pendant l’expérimentation (bilan solide). Ce résultat (exprimé en mg 

S/kg de mâchefer) est comparé pour 3 manipulations à la quantité de soufre (piégé) calculée à 

partir des analyses chromatographiques (bilan gaz). 

Nous proposons donc une première approche de bilan matière sur le soufre pour les 

manipulations 1, 2 et 3. 

En ce qui concerne le bilan sur le biogaz, nous avons considéré que les seuls composés soufrés 

retenus par le mâchefer étaient les 3 composés étudiés précédemment (H2S, CH3SH et CH3-S- 

CH3). Nous avons donc évalué la quantité de soufre provenant de chacun de ces composés et 

piégée par le mâchefer. 

Nous avons besoin de connaître, pour chaque composé et chaque manipulation, la quantité 

retenue par kg de MIOM. Cette donnée est fournie pour les composés suivis dans les tableaux 

récapitulatifs (tableau 20 pour les manipulations 1, 2, 3). Or, pour les expériences 1, 2 et 3, 

seul H2S avait été suivi par analyse chromatographique. La quantité d'H2S piégée est donc 

connue. Par contre, nous avons dû estimer la quantité de S retenue provenant de CH3SH et 

CH3-S-CH3. 

Prenons l'exemple de la manipulation 1 : 0,81 g d'H2S sont retenus par kg de MIOM, donc il 

est facile de calculer la quantité de S retenu provenant de ce composé (762 mg/kg MIOM si 

l'on considère une masse molaire de 32 g pour S et de 34 g pour H2S : S d'H2S = 810*32/34). 

La difficulté consiste à estimer les quantités de S retenu provenant des composés qui n'ont pas 

été suivis (CH3-SH et CH3-S-CH3). 

En effet, la quantité de composé retenue est bien évidemment dépendante de la durée de la 

manipulation. De plus, nous avons vu au cours de ce chapitre que la quantité retenue dépendait 

aussi du débit de biogaz. Les autres paramètres influants (température) sont négligés. Nous 

considérerons de plus, pour la suite que l'influence du débit de biogaz est également 

négligeable pour les manipulations 2 à 7 (entre 820 et 920 L/h). 

La manipulation 1 pose problème car elle a été réalisée à un débit différent (1710 L/h) des 

autres manipulations. Nous avons vu en effet pour H2S, par comparaison avec la manipulation 

2 qu'à un débit de biogaz plus élevé, pour un même volume de biogaz traité, la quantité retenue 

était plus faible. Ne disposant pas de données sur la rétention des mercaptans pour un débit de 

1710 L/h, nous allons ici aussi négliger l’influence du débit de biogaz.


L’estimation des quantités retenues de CH3SH et CH3-S-CH3 peut être réalisée à partir des 

résultats des manipulations 4 à 7. Pour ces composés, nous avons vu que les résultats n'étaient 

pas très reproductibles : nous ferons donc une moyenne sur les 4 manipulations. 

Pour les manipulations 1 et 2, nous avons besoin de connaître les quantités de mercaptan 

retenues pour un volume traité de 118 m 3 . Malheureusement, les manipulations 4, 6 et 7 ont été 

arrêtées avant. Le même problème se pose pour la manipulation 3, où le volume traité est de 

362 m 3 . Par contre, nous disposons des données des 4 manipulations pour un volume traité de 

70 m 3 . En moyenne sur les 4 manipulations, 0,023 g de CH3SH et 0,097 g de CH3-S-CH3 sont 

retenus par kg de MIOM. 

Pour estimer les quantités de mercaptan retenues pour un volume traité de 118 ou 362 m 3 , le 

plus simple est de considérer que la quantité de mercaptan retenue est proportionnelle au 

volume de biogaz traité, soit (0,039 g de CH3SH et 0,166 g de CH3-S-CH3 par kg de MIOM 

pour 118 m 3 traités et 0,119 g de CH3SH et 0,502 g de CH3-S-CH3 par kg de MIOM pour 362 

m 3 traités). 

Il faut alors rester conscient, en particulier au moment de l'interprétation des résultats, du fait 

que les quantités retenues seront ainsi surestimées car nous avons vu qu'au bout d'une certaine 

durée de manipulation, la vitesse d'accumulation diminuait. 

Le tableau 25, ci-dessous, regroupe les résultats de ces calculs comparatifs. 

N° 

Exp. 

S du 

CH3-SH 

[mg/kg 

MIOM] 

Tableau 25 : Bilan matière comparatif sur le soufre fixé 

Bilan gaz Bilan solide Ecart 

S du 

CH3-S-CH3 

[mg/kg 

MIOM] 

S d’H2S 

[mg/kg 

MIOM] 

S tot gaz 

[mg/kg 

MIOM] 

S tot [mg/kg 

MIOM] 

1 26 86 762 874 700 + 25 

2 26 86 1138 1250 1000 + 25 

3 79 259 2795 3133 3300 - 5 

L’écart observé sur le bilan matière de soufre est inférieur ou égal à 25 % pour les trois 

manipulations. 

Il faut préciser que la détermination de la quantité de soufre par analyse du MIOM solide est 

effectuée par une différence de deux valeurs (avant/après piégeage), qui sont petites et 

génèrent une incertitude relativement importante. Ces analyses sont réalisées sur un 

échantillon de 50 g seulement dont la représentativité par rapport au lot de MIOM traité n’est 

pas absolue (échantillonnage, effet pépite, etc.). L’incertitude absolue sur la différence calculée 

représente la somme des deux incertitudes d’analyses. Nous pouvons l’estimer à environ 10 % 

en relatif. 

Compte tenu de ces remarques, le bilan comparatif des deux approches est plutôt satisfaisant. 

Les valeurs de quantité de soufre estimées par les deux méthodes sont du même ordre de 

grandeur. 

Le bilan matière sur le soufre permet de valider (au minimum sur les composés soufrés), 

l’approche pilote réalisée et la fiabilité du suivi chromatographique. 

Par ailleurs, les analyses sur solide confirment la minéralisation du soufre piégé. Si tel n’avait 

pas été le cas, les composés soufrés volatils auraient en grande partie disparu lors des 

prétraitements des échantillons (broyage, séchage). 

152 



[%]

153 




Ce dernier point est particulièrement intéressant pour l’application à l’épuration du biogaz de 

décharge, et devrait être confirmé par une très faible désorption thermique des composés 

soufrés (chapitre 5).

154 




4.5.2. Données physico-chimiques concernant les composés soufrés étudiés 

Nous avons regroupé dans le tableau 26 quelques caractéristiques des trois sulfures concernés par 

notre étude. Ces éléments d’ordre physique et chimique, constituent des informations comparatives 

utiles à l’approche scientifique des résultats obtenus. 

Composé Etat 

physique 

à 25°C 

Sulfure 

d’hydrogène 

H2S 

méthylmercaptan 

CH3SH 

diméthylmercaptan 

C2H6S 

Tableau 26 : Quelques propriétés physico-chimiques d’H2S et des mercaptans 

gaz 

Masse 

moléculaire 

(g/mol) 

Température 

d’ébullition à 

pression 

atmosphérique 

(°C) 

Température 

de fusion à 

pression 

atmosphérique 

(°C) 

Pression 

de 

vapeur 

à 25 °C 

(kPa) 

Constante 

d’Henry* 

(25°C) 

mol/g*atm 

pKa 

34,08 -60 -86 1810 9,5*10 -2 pKa1 = 

7,05 

pKa2 = 

12,9 

gaz 48,10 6 -123 0,87 4,1*10 -1 pKa = 

10 

liquide 62,13 37 -121 0,84 4,5*10 -1 Pas de 

caractère 

acide 

Source : Encyclopédie des gaz - Air Liquide (1976)

155 




4.5.3. Interprétations et hypothèses concernant les mécanismes mis en jeu 

4.5.3.1. Hydrogène sulfuré (H2S) 

Le sulfure d'hydrogène est un diacide dont les constantes d’acidité (tableau 26) permettent de 

préciser l’état de dissociation (ou les formes prédominantes) selon le pH du milieu. 

Les équilibres de dissociation sont : 

H2S → HS - + H + pKa1 = 7,05 

HS - → S 2- + H + pKa2 = 12,9 

Le mâchefer d’incinération d’ordures ménagères est un milieu divisé dans lequel l’eau des 

pores et l’eau interstitielle se trouvent toujours à un pH basique, voire très basique. 

En sortie d’incinération et après refroidissement à l’eau, le pH des lixiviats de mâchefer atteint 

fréquemment des valeurs de pH > 11. Compte tenu de la dilution lors de la lixiviation, on peut 

considérer que l’eau des pores est à un pH > 12. 

Il s’agit en fait du pH d’une solution saturée de chaux, Ca(OH)2. Ce composé est une base 

forte, formée lors de l’hydratation de l’oxyde de calcium, CaO, pendant la phase de 

refroidissement : 

CaO + H2O → Ca(OH)2 

Dans les conditions de pH ci-dessus, le sulfure d’hydrogène n’existe quasiment pas sous sa 

forme moléculaire (H2S), mais sous forme ionique avec prédominance de la forme S 2- . 

Dès lors, les ions sulfure en milieu basique sont susceptibles de réagir chimiquement avec de 

nombreux cations présents en solution pour former des sulfures métalliques. On peut faire 

l’hypothèse de la formation de sulfure de fer, de plomb, de zinc, etc. Les expériences de 

lixiviation sur des mâchefers ont montré que tous ces métaux sont relargués à des degrés divers 

selon le pH du milieu et leur caractère (amphotère ou non). 

Le mécanisme prioritaire de rétention d’H2S par le mâchefer est donc probablement de nature 

réactionnelle au sein de l’eau de pores et interstitielle. Il s’agit alors de réactions de type acidobasique 

avec libération d’ions sulfure et hydrogéno-sulfure réagissant eux-mêmes avec les 

cations métalliques en solution. Compte tenu des produits de solubilité faibles des sulfures 

métalliques, il est également probable qu’ils précipitent majoritairement. 

Le soufre provenant d’H2S est en conséquence minéralisé et stabilisé en majeure partie sous 

forme solide. 

Ces interprétations confirment le rôle majeur de l’eau d’hydratation des mâchefers dans le 

processus. Cette phase aqueuse constitue le milieu réactionnel nécessaire et indispensable à 

l’établissement des équilibres physico-chimiques décrits (solubilisation des espèces, réactions 

chimiques). La chute brutale d’efficacité du mâchefer au cours de l’expérience ayant conduit à 

son assèchement total est tout à fait cohérente avec nos hypothèses sur les mécanismes 

réactionnels et le rôle de l’eau (manipulation n° 3).

156 




4.5.3.2. Méthylmercaptan et di-méthylmercaptan (CH3-SH et CH3-S-CH3) 

Bien qu’appartenant tous les deux à une même famille chimique, ces composés possèdent des 

caractéristiques physico-chimiques sensiblement différentes. 

Le méthylmercaptan, de par sa structure, possède un caractère ionisable dans certaines 

conditions. Son pKa est de l’ordre de 10 et en milieu basique (pH > 11), il peut être considéré 

comme très fortement dissocié. Il est donc susceptible, comme l’H2S, de participer à des 

réactions de type acido-basiques en présence d’une base forte, comme Ca(OH)2, présente dans 

l’eau des pores. 

De ce fait, nous considérons qu’il est retenu par le mâchefer au travers de réactions chimiques 

de type acido-basique et que le soufre qu’il contient se trouve minéralisé en fin de processus. 

Le cas du di-méthylmercaptan est différent. Il ne possède pas de proton à caractère acide ; c’est 

une molécule symétrique apolaire ou peu polaire. De ce fait il présente assez peu d’affinité 

pour l’eau qui est polaire et il est difficile d’imaginer des mécanismes d’interactions d’ordre 

chimique avec le mâchefer. Nous pensons que la rétention de ce composé relève plutôt de 

phénomènes d’adsorption physique. Il ne s’agit là que d’une hypothèse, mais les résultats 

expérimentaux mettent en évidence que sa rétention dans nos conditions expérimentales, n’est 

que de l’ordre de 20 % alors qu’elle est nettement plus élevée pour le méthylmercaptan (de 50 

% à 90 %). 

Il faut signaler également que ces deux mercaptans ont des températures d’ébullition voisines 

de la température ambiante (tableau 26). Compte tenu de ces données, les fluctuations notées 

sur les courbes expérimentales, peuvent être interprétées moyennant quelques réserves. Si l’on 

prend le cas du di-méthylmercaptan, dont la température d’ébullition est de 37°C, il est évident 

que de faibles variations de température du biogaz entrant dans le pilote, peuvent le faire 

facilement passer de l’état gazeux à l’état liquide, ou du moins, s’il est liquide, modifier 

sensiblement sa pression de vapeur. 

Il est possible que l’allure « erratique » de l’évolution de son taux de rétention soit simplement 

due à des phénomènes de condensation/vaporisation dans les circuits d’entrée du biogaz, ou, 

au sein même du mâchefer. 

4.5.4. Autres remarques déduites des expériences 

En dehors de nos hypothèses concernant les mécanismes d’interactions entre les composés 

soufrés et le mâchefer, il faut également replacer les résultats quantitatifs obtenus dans 

l’objectif global et appliqué de notre travail. 

L’efficacité du mâchefer vis-à-vis de la rétention d’H2S, et probablement de tous les composés 

soufrés retenus, est directement liée à la vitesse de passage du gaz au sein de la matrice solide. 

Le temps de contact a, bien entendu, une forte influence sur les quantités cumulées des 

composés fixés pendant les manipulations. Nous rediscuterons de ce paramètre dans le dernier 

chapitre de ce mémoire, consacré à l’application à l’échelle industrielle. En ce qui concerne les 

performances épuratoires des mélanges mâchefer–coke (10 %), les quelques expériences 

réalisées montrent une amélioration très sensible par rapport à celles du mâchefer seul. Même 

si l’utilisation de ces mélanges a peu de chance d’être transférée à l’échelle industrielle, nous 

pouvons néanmoins en tirer quelques conclusions. Tout d’abord, le coke de pyrolyse est connu 

pour présenter des caractéristiques d’adsorption physique, comparables à celles d’un 

« mauvais » charbon actif. Il est donc logique qu’il puisse agir en tant que tel. Malgré tout, il 

est étonnant que le di-méthylmercaptan ne soit pratiquement pas plus adsorbé, que par le 

mâchefer seul. Cette observation nous a amené à la réflexion suivante, qu’il conviendrait de 

vérifier. La présence du coke solide, de granulométrie nettement plus homogène que le

157 




mâchefer pourrait permettre une meilleure répartition de l’eau interstitielle qui constitue le 

milieu réactionnel et augumenter les surfaces de contacts réactifs du mâchefer. Dans cette 

hypothèse, le coke, en plus de ses caractéristiques d’adsorbant physique, améliorerait 

l’efficacité réactionnelle du mâchefer lui même. 

Enfin, ces expériences ont permis de quantifier la quantité de biogaz épuré par kg de mâchefer 

pour chacun des gaz soufrés suivis. Les remarques faites dans ce chapitre indiquent une bonne 

reproductibilité expérimentale en ce qui concerne H2S, et, dans une moindre mesure pour les 

deux mercaptans. Nous pensons que les valeurs moyennes données ci-dessous, sont des 

valeurs « seuil » dans la mesure où nous n’avons jamais atteint la saturation des mâchefers 

pour ces composés. 

4.5.5. Conclusions 

Tableau 27 : Volume de biogaz épuré par kg de mâchefer 

Composé soufré m 3 de biogaz épuré par kg de MIOM 

H2S ≥ 19,5 

CH3-SH ≥ 6 

CH3-S-CH3 ≥ 1 

Les manipulations qui viennent d’être décrites et les bilans qui en ont été déduits, montrent que 

les mâchefers d’incinération d’ordures ménagères possèdent des capacités de séquestration des 

composés soufrés tout à fait intéressantes. C’est particulièrement net pour le sulfure 

d’hydrogène (H2S) qui est le composé soufré majoritairement présent dans le biogaz de 

décharge. Ces résultats sont très prometteurs dans l’objectif d’une application in situ au cœur 

d’une décharge. 

Certains paramètres influants, comme le temps de contact mâchefer-biogaz, la température des 

réactifs et l’humidité résiduelle du mâchefer ont été mis en évidence. 

L’ensemble de ces conclusions sera repris dans le dernier chapitre de ce mémoire pour une 

extrapolation aux conditions réelles de mise en œuvre. 

Le premier objectif étant atteint, nous avons réalisé une série d’expériences complémentaires 

destinées à suivre le comportement du mâchefer par rapport à d’autres composés trace (les 

composés organiques volatils), et, également par rapport aux deux constituants majeurs du 

biogaz : le méthane (CH4) et le dioxyde de carbone (CO2).

Chapitre 5 

Manipulations complémentaires 

159

160


5.1. INTRODUCTION............................................................................................................ 163 

5.2. MANIPULATIONS CONCERNANT L’ÉTUDE DE LA CAPACITÉ DE RÉTENTION DES 

COMPOSÉS ORGANIQUES VOLATILS PAR LE MIOM .......................................................... 164 

5.2.1. PROCÉDURE EXPÉRIMENTALE.................................................................................... 165 

5.2.1.1. Analyses en discontinu (manipulation 10).............................................................. 165 

5.2.1.2. Analyses en continu sur le site (manipulation 11) .................................................. 165 

5.2.1.3. Précisions sur les conditions expérimentales.......................................................... 165 

5.2.1.4. Commentaires sur la présentation des résultats ...................................................... 166 

5.2.2. RÉSULTATS ................................................................................................................ 167 

5.2.2.1. Suivi de la rétention du dichlorométhane par le mâchefer...................................... 167 

5.2.2.2. Suivi de la rétention du chloroéthène par le mâchefer............................................ 168 

5.2.2.3. Suivi de la rétention de l’éthanol par le mâchefer .................................................. 169 

5.2.2.4. Suivi de la rétention du butane................................................................................ 170 

5.2.2.5. Résultats pour l’ensemble des COV suivis............................................................. 171 

5.2.3. CONCLUSIONS ............................................................................................................ 174 

5.3. ETUDE DES INTERACTIONS MIOM - CH4 ET MIOM - CO2 ..................................... 176 

5.3.1. INTERACTIONS MIOM - CH4 ..................................................................................... 176 

5.3.2. INTERACTIONS MIOM – CO2 .................................................................................... 176 

5.4. ETUDE DE LA DÉSORPTION THERMIQUE .................................................................... 179 

5.4.1. OBJECTIF.................................................................................................................... 179 

5.4.2. MANIPULATION DE DÉSORPTION THERMIQUE PAR PALIER DE TEMPÉRATURES......... 179 

5.4.3. MANIPULATION DE DÉSORPTION THERMIQUE EN CONTINU....................................... 180 

5.4.4. RÉSULTATS DE DÉSORPTION ...................................................................................... 180 

5.4.5. CONCLUSIONS ............................................................................................................ 183 

161 



162

5 

MANIPULATIONS 

Chapitre 5 – Manipulations Complémentaires 

COMPLEMENTAIRES 


Après les manipulations concernant la capacité épuratoire du mâchefer sur les principaux 

composés soufrés contenus dans le biogaz de décharge, une autre série expérimentale ciblant 

cette fois-ci les composés organiques volatils, le méthane et le gaz carbonique, a été réalisée et 

fait l’objet du présent chapitre. 

Ces expérimentations ont été réalisées dans le but d’acquérir des informations 

complémentaires utiles, dans l’objectif d’une mise en œuvre industrielle du procédé 

d’épuration du biogaz au sein d’un CET, en particulier dans le cas d’une valorisation 

énergétique du biogaz traité. 

En effet, nous avons vu dans le chapitre bibliographique, que le biogaz contient un certain 

nombre de COV qui sont souvent nuisibles à sa valorisation. Ainsi, il serait intéressant qu’en 

plus des composés soufrés, certains COV soient également retenus par le mâchefer. Il n’est 

cependant pas possible de suivre tous les COV en détail, étant donné leur nombre et leur 

diversité. 

D’autre part, le biogaz est principalement composé de méthane et de dioxyde de carbone, gaz à 

forte influence sur l’effet de serre. Nous avons donc voulu savoir si ces composés étaient 

retenus ou pas. Cette étude nous permettra de comprendre certains mécanismes réactionnels. 

De plus, dans la perspective d’une valorisation énergétique, il est important que le méthane ne 

soit pas retenu par le mâchefer. 

Enfin, nous avons voulu savoir si les composés piégés par le mâchefer étaient susceptibles 

d’être désorbés, et dans quelles conditions. Pour cela, une étude de désorption thermique a été 

réalisée et est décrite en fin de chapitre. 

Les conditions expérimentales concernant ces manipulations complémentaires (hors désorption 

thermique), sont rassemblées dans le tableau 28. 

163 




MIOM (kg) 

10 

COV 

11 

COV 

5 

CH4 

12 

CO2 


Débit biogaz 



Température 

moyenne du 

biogaz (°C) 


manipulation 

(h) 

13 880 9 96 

20 875 19 92 

13 898 15 164 

13 897 25 47 

Les conditions chromatographiques nous ont permis de suivre le méthane lors de la 

manipulation n°5, commune pour l’étude de la capacité de rétention du mâchefer vis-à-vis de 

deux mercaptans. 

Comme mentionné auparavant dans le chapitre 4, les débits donnés dans ce tableau sont les 

débits normaux (corrigés en pression et température). Le protocole opératoire concernant la 

préparation du mâchefer est identique à celui des manipulations précédentes (paragraphe 

4.3.1). 

5.2. Manipulations concernant l’étude de la 

capacité de rétention des Composés 

Organiques Volatils par le MIOM 

Le biogaz de décharge contient, en dehors des composés soufrés étudiés précédemment, un 

grand nombre de Composés Organiques Volatils (COV). Les composés organiques volatils 

sont des composés organiques contenant un ou plusieurs atomes de carbone, à forte pression de 

vapeur, et qui, par conséquent sont facilement vaporisés dans l'atmosphère. 

Ces composés, dont la teneur varie de moins de 1 ppmV à plusieurs centaines de ppmV, 

appartiennent à de nombreuses familles chimiques : alcools, éthers, esters, dérivés halogénés, 

aromatiques, terpènes, etc. 

Compte tenu du nombre de ces composés, une étude aussi poussée que pour les gaz 

précédemment étudiés n’était pas possible ; nous avons donc opté pour des essais semi – 

quantitatifs et comparatifs. 

Deux séries d’expérimentations avec une durée de circulation du biogaz de 96 heures ont été 

réalisées : 

une manipulation avec analyse des COV en discontinu, 

une manipulation avec analyse des COV en continu sur le site. 

164 



5.2.1. Procédure expérimentale 

5.2.1.1. Analyses en discontinu (manipulation 10) 


La première série d’analyses des COV a été effectuée à partir de prélèvements discontinus 

(journaliers) de biogaz en amont et en aval du pilote. 

Les objectifs étaient, d’une part, d’identifier les principaux COV grâce aux spectres de masse, 

et d’autre part, de préciser l’évolution qualitative des teneurs (aval/amont du pilote) dans le 

temps. 

Ces tests ont également permis d’affiner les paramètres expérimentaux de la manipulation 

suivante (quantité de mâchefer). 

Les prélèvements d’échantillons gazeux ont été réalisés dans des flacons en verre (1 L) 

préalablement purgés sous vide. Chaque jour, deux séries de prélèvements (entrée et sortie) ont 

été réalisées à un intervalle de 3h. Les quatre flacons d’échantillons ainsi prélevés ont été 

analysés le jour même du prélèvement, par chromatographie gaz couplée avec un spectromètre 

de masse au centre d’Analyse du CNRS de Solaize (69). 

5.2.1.2. Analyses en continu sur le site (manipulation 11) 

Des analyses du même type ont été effectuées en continu sur le pilote lors d’une autre série de 

manipulations, dans l’objectif d’acquérir des informations complémentaires. Pour un meilleur 

contact du gaz avec le mâchefer, nous avons utilisé, dans le cadre de cette manipulation, une 

plus grande charge de mâchefer (20 kg au lieu de 13 kg), que nous avons répartie dans les deux 

éléments de la colonne pilote. 

Le suivi des COV dans le gaz d’entrée sur le pilote a été réalisé par un chromatographe gaz 

portable appartenant à Cylergie. Le gaz de sortie, après passage dans le MIOM a été suivi avec 

le matériel du CNRS (chromatographe gaz portable couplé avec un spectromètre de masse). 

5.2.1.3. Précisions sur les conditions expérimentales 

Le travail que nous avons développé a été conditionné par les limites analytiques (qualitatives 

et quantitatives) des appareils utilisés et par les fluctuations incontrôlables des paramètres 

expérimentaux de l’installation pilote, et du réseau de captage du biogaz de BIOVALE (en 

particulier la température). 

Nous nous attendions à ce que ces manipulations (en continu et en discontinu) soient 

complémentaires. Cependant, bien que les analyses aient été réalisées avec le même 

appareillage, les COV détectés en entrée dans le cas des deux manipulations sont souvent 

différents. Certains COV ont néanmoins été détectés dans chacune des deux manipulations 

(c’est le cas de l’acétone, de l’éthanol et du dichlorométhane) mais à des concentrations 

différentes. D’autre part, au cours d’une même manipulation, la concentration de certains 

COV, en entrée comme en sortie, varie en forte proportion. 

Afin d’expliquer ces différences, un certain nombre de commentaires peuvent être faits sur les 

limites comparatives des deux méthodes de suivi : 

Dans le cas du prélèvement en flacon, les échantillons gazeux ont été analysés plusieurs 

heures après prélèvement. Ce délai a pu conduire à un certain nombre d’évolutions 

165 




physico-chimiques au sein du gaz qui expliquent des différences de teneur (parfois 

importantes), pour certains COV. Ces modifications peuvent être liées à des changements 

de température (phénomène de condensation/dissolution en phase liquide) et de pression. 

Par ailleurs, certaines recombinaisons chimiques peuvent avoir lieu dans un milieu aussi 

complexe et confiné. 

Concernant la seconde série d’analyses, en continu sur le site, les résultats présentés ciaprès 

montrent également, pour certains COV, une dispersion des teneurs dans le biogaz 

entrant. Cette variabilité n’est probablement pas imputable à un changement de 

composition du biogaz de décharge sur une période aussi courte (quelques jours). Nous 

pensons qu’il s’agit plutôt de phénomènes liés à la disposition du pilote par rapport au 

réseau principal de biogaz, comme nous l’avons déjà expliqué au paragraphe 2.3.1. 

D’autre part, il faut noter que les conditions climatiques étaient fort différentes lors des 

deux manipulations. En particulier, la température était de l’ordre de 9°C pour la 

manipulation pour laquelle les analyses ont été réalisées en en discontinu et de 19°C pour 

le cas des analyses en continu. Ceci peut expliquer en partie que, même pour les COV 

détectés au cours des deux manipulations, l’ordre de grandeur des concentrations soit 

différent. En effet, certains composés organiques volatils ont des températures d’ébullition 

très faibles à pression atmosphérique (voir annexe 3) et donc la moindre variation de 

température engendre logiquement leur passage (partiel voire total) à l’état liquide, d’où 

des fluctuations incessantes de leur concentration dans le biogaz. 

5.2.1.4. Commentaires sur la présentation des résultats 

Pour l’ensemble de ces raisons, il n’a pas été possible de réaliser, pour les COV, des bilans 

aussi précis que pour les autres composés étudiés. En effet, il était impossible de calculer une 

quantité cumulée de composé adsorbé au cours d’une manipulation. 

Nous avons choisi de présenter les résultats sous forme de taux de rétention des composés 

calculés à partir des moyennes de teneur dans les gaz entrant et sortant du pilote. 

Les comparatifs entrée/sortie permettent de classer les rétentions des COV en quatre gammes : 

1. composés bien retenus – efficacité relative entrée/sortie > 50 % 

2. composés un peu retenus – efficacité relative entrée/sortie > 20 et < 50 % 

3. composés très peu retenus – efficacité relative entrée/sortie < 20 % 

4. composés non retenus – entrée confondue avec la sortie 

Nous distinguerons aussi les COV dont la teneur est < 15 ppmV pour lesquels il s’agit du seuil 

bas de fiabilité du point de vue analytique. Ce seuil peut paraître élevé, mais étant donnée la 

dispersion des concentrations en entrée, nous pouvons penser que pour les COV ayant une 

teneur < 15 ppmV, les résultats sont peu fiables. 

Nous présentons dans ce paragraphe plusieurs exemples de courbes expérimentales obtenues. 

Les autres résultats sont donnés sous forme de tableaux. 

Dans la plupart des cas, aucune tendance n’a pu être observée en entrée (aucune augmentation 

ou diminution linéaire de la concentration d’un des composés). Nous avons rarement pu 

observer une rétention diminuant régulièrement jusqu’à éventuelle saturation du mâchefer, 

comme c’était le cas pour les composés soufrés. 

Afin de faciliter la lecture des résultats, nous avons opté pour une présentation par familles 

chimiques. Les composés suivis ont été regroupés par spécificités chimiques. 

166 




Moyennant l’ensemble de ces remarques les analyses effectuées apportent des informations 

intéressantes sur la capacité du MIOM à retenir ou non les composés organiques volatils 

suivis. 

5.2.2. Résultats 

Les courbes expérimentales que nous présentons par la suite représentent l’évolution des 

concentrations du dichlorométhane, du chloroéthène, de l’éthanol et du butane en fonction du 

temps. Elles sont données à titre d’exemple afin d’expliquer la manière dont nous avons 

exploité les résultats en terme de taux de rétention ou taux d’abattement. 

5.2.2.1. Suivi de la rétention du dichlorométhane par le mâchefer 

Les figures 45 et 46 présentent l’évolution des concentrations de dichlorométhane en entrée et 

en sortie du pilote, en fonction de la durée de la manipulation, au cours des manipulations pour 

lesquelles les analyses ont été effectuées respectivement en discontinu et en continu. 

Les losanges et les carrés représentent les valeurs expérimentales des concentrations de 

dichlorométhane respectivement en entrée (E) et en sortie (S). 

concentration de dichlorométhane (ppmV) 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

0 24 48 72 96 

temps (h) 

moyenne E moyenne S 

Figure 45 : Evolution des concentrations de dichlorométhane en entrée et en sortie du pilote au 

cours de la manipulation 10 (analyse en discontinu) 

Nous pouvons constater sur la figure 45 que les valeurs des concentrations ne sont pas 

constantes au cours du temps. La concentration moyenne en entrée est de 36 ppmV, mais les 

concentrations mesurées ont varié entre 24 et 50 ppmV. De même, en sortie, les concentrations 

ont varié de 10 à 50 ppmV, et la valeur moyenne est de 29 ppmV. Nous constatons que le 

dichlorométhane est retenu en moyenne à environ 20 %. Il est donc un peu retenu par le 

mâchefer. 

167 



concentration de dichlorométhane (ppmV) 

300 

250 

200 

150 

100 

50 

0 

0 24 48 

temps (h) 

72 96 

moyenne S moyenne E 


Figure 46 : Evolution des concentrations de dichlorométhane en entrée et en sortie du pilote au 

cours de la manipulation 11 (analyse en continu) 

Lors de la manipulation pour laquelle les analyses ont été effectuées en continu, les teneurs 

moyennes calculées sont de 202 ppmV en entrée et 163 ppmV en sortie du pilote (fig. 46). 

Nous voyons donc sur cet exemple que, pour un même composé, les teneurs sont fort 

différentes de celles observées pour la manipulation précédente. Ceci illustre les commentaires 

faits précédemment au § 5.2.1.3 : les concentrations sont plus faibles dans le cas des analyses 

réalisées en discontinu, ce qui peut être expliqué par des phénomènes de solubilisation dans 

l’eau de condensation pendant le transport, le dichlorométhane étant relativement soluble dans 

l’eau dans des conditions normales de température et pression (environ 20 g/L, voir annexe 3). 

De plus, la manipulation pour laquelle les analyses ont été effectuées en discontinu a eu lieu à 

une température moyenne nettement inférieure à celle pour laquelle les analyses ont été 

effectuées en continu. La température d’ébullition du dichlorométhane à pression 

atmosphérique étant de 40 °C (voir annexe 3), la teneur de ce composé dans la phase vapeur 

est forcément plus basse dans le cas des analyses en discontinu. 

5.2.2.2. Suivi de la rétention du chloroéthène par le mâchefer 

La figure 47 présente l’évolution des concentrations de chloroéthène en entrée et en sortie du 

pilote, en fonction de la durée de la manipulation, au cours de la manipulation pour laquelle les 

analyses ont été effectuées en continu. 

168 



concentration de chloroéthène (ppmV) 

10 

8 

6 

4 

2 

0 

0 24 48 72 96 

temps (h) 


S moyenne E E moyenne S 

Figure 47 : Evolution des concentrations de chloroéthène en entrée et en sortie du pilote au cours 

de la manipulation 11 (analyse en continu) 

Nous avons choisi de présenter le suivi du chloroéthène car il permet d’illustrer le cas des 

faibles teneurs en composé. La teneur moyenne de ce composé dans le biogaz en entrée du 

pilote est de d’environ 7 ppmV. En sortie, dans certains cas, les concentrations en chloroéthène 

étaient trop faibles pour être mesurées par les appareillages dont nous disposons. Le pic 

caractéristique du chloroéthène était parfois visible mais trop petit pour être intégré. Dans ce 

cas, nous avons considéré que la teneur en sortie était nulle. La teneur moyenne en sortie est 

alors de 2,04 ppmV 1 (soit un taux de rétention de 71 %). 

Si l’on considère par contre que la teneur était de 0,63 ppmV (valeur de la plus basse teneur du 

pic détecté), la teneur moyenne en sortie est alors de 2,29 ppmV, soit un taux de rétention de 

68 %). Dans ce cas, l’ordre de grandeur reste néanmoins le même. Dans d’autres cas, la 

différence peut être plus importante. Pour ces raisons, nous avons considéré que pour des 

teneurs en entrée < 15 ppmV, les résultats étaient peu fiables (§ 5.2.1.4). 

5.2.2.3. Suivi de la rétention de l’éthanol par le mâchefer 

De même que précédemment, la figure 48 présente l’évolution des concentrations de l’éthanol 

en entrée et en sortie du pilote, en fonction de la durée de circulation, au cours de la 

manipulation en continu. 

1 Ces valeurs exprimées en centième de ppmV n’ont, bien entendu, pas de sens de point de vue analytique, mais 

d’un point de vue « démonstratif » 

169 



concentration en éthanol (ppmV) 

350 

300 

250 

200 

150 

100 

50 


0 

0 24 48 72 96 

Figure 48 : Evolution des concentrations d’éthanol en entrée et en sortie du pilote au cours de la 

manipulation 11 

La concentration moyenne en éthanol en entrée est de 274 ppmV (fluctuations de 266 à 333 

ppmV). En sortie, elle est de 214 ppmV (entre 147 et 323 ppmV). L’éthanol est donc peu 

retenu (à 22 %) lors de cette série d’analyses. Par contre, dans le cas de la manipulation 10 

(analyse en discontinu), la concentration moyenne en éthanol était de 385 ppmV en entrée et 

de 183 ppmV en sortie, soit un taux de rétention de 52 %. 

Les concentrations en éthanol sont donc plus élevées dans le cas des analyses en discontinu (à 

9°C). Les différences ne peuvent donc pas être expliquées ici par les différences de 

température ni par des phénomènes de dissolution de l’éthanol dans l’eau. La différence en 

entrée paraît difficile à expliquer, mais on peut remarquer néanmoins que les concentrations en 

sortie sont très proches pour les deux manipulations (183 et 214 ppmV). 

5.2.2.4. Suivi de la rétention du butane 

moyenne E 

temps (h) 

S moyenne S E 

La figure 48 présente l’évolution des concentrations de butane en entrée et en sortie du pilote, 

en fonction de la durée de circulation du biogaz, au cours de la manipulation pour laquelle les 

analyses ont été effectuées en continu. 

170 



concentration de butane (ppmV) 

150 

100 

50 

0 

0 12 24 36 48 60 72 84 96 

temps (h) 

S moyenne E moyenne S E 


Figure 49 : Evolution des concentrations du butane en entrée et en sortie du pilote au cours de la 

analyse en discontinu 

Nous voyons sur la figure 49 que le butane n’est pas retenu. Si l’on considère que le premier 

point obtenu pour les valeurs en sortie est aberrant, les concentrations moyennes en entrée et 

sortie sont confondues. Le butane n’est donc pas retenu par le mâchefer, ce qui est tout à fait 

logique étant donnée la faible réactivité chimique de ce composé vis-à-vis du mâchefer. 

5.2.2.5. Résultats pour l’ensemble des COV suivis 

Les tableaux 32 et 33 rassemblent l’ensemble des résultats obtenus lors des deux 

manipulations (analyses en continu et discontinu). 

Dans le tableau 29, les composés sont classés par famille chimique. Dans une même famille, 

les résultats de la manipulation 10 sont d’abord présentés, puis ceux de la manipulation 11. 

Précisons à nouveau que seuls 3 COV ont été détectés à la fois dans les deux manipulations : 

l’acétone, l’éthanol et le dichlorométhane. 

Pour chaque composé, nous avons calculé l’efficacité relative de rétention par le MIOM (à 

partir des valeurs moyennes), puis nous avons apprécié sa rétention selon les seuils définis 

précédemment (§ 5.2.1.4). 

171 




Tableau 29 : Comparatif de la rétention des composés organiques volatils présentés par familles 

chimiques 

Catégorie Nom Type d’analyse Teneur 

moyenne en 

entrée 

(ppmV) 

Composés 

Chlorés 

Alcools 

Cétones 

Alcanes 

Efficacité 

relative 

(%) 

172 



Degré de 

rétention 

1,2 Dichloroéthène discontinue 74 13 * 

Trichloroéthène discontinue 234 (5) ? 

Tetrachloroéthène discontinue 230 24 ** 

Dichlorométhane discontinue 36 19 * 

Dichlorométhane continue 202 19 * 

Chloroéthène continue 7 (68 à 71) ? 

Dichloro 

difluorométhane 

continue 2 (67) ? 

Propanol discontinue 160 57 *** 

Butanol discontinue 225 28 ** 

1,1,2- triméthyl diméthyl 

silanol 

discontinue 72 0 - 

Ethanol discontinue 385 52 *** 

Ethanol continue 274 22 ** 

Méthanol continue 7 (62) ? 

Isopropanol continue 366 50 ** 

2-Butanone discontinue 391 26 ** 

Acétone discontinue 365 40 ** 

Acétone continue 402 12 * 

2-Méthylpentane discontinue 85 12 * 

Pentane discontinue 63 0 - 

Cyclohexane discontinue 180 8 * 

Propane continue 9 (12) ? 

Butane continue 98 4 * 

2-méthylpentane continue 410 12 * 

Alcènes Propène continue 12 (9) ? 

Aromatiques P-Xylène discontinue 129 15 * 

Ethers Diméthyl ether discontinue 4 (29) ? 

Légende : *** bien retenu ; ** un peu retenu ; 

* très peu retenu ; - pas retenu ,? faible fiabilité avec efficacité relative, notée 

entre parenthèses 

Voici quelques commentaires concernant le tableau 30 : 

Les composés chlorés sont globalement peu retenus, mis à part le chloroéthène qui, lui, est 

retenu à environ 70 % (voir § 5.2.2.2) mais dont la concentration en entrée est très faible.


Le dichlorométhane a été détecté lors des deux manipulations, mais à des concentrations 

en entrée différentes. Son taux de rétention est néanmoins d’environ 20 % pour les deux 

manipulations (voir § 5.2.2.1). Le fait que la concentration est plus faible en entrée pour la 

manipulation en discontinu, pourrait être expliqué en partie par des phénomènes de 

condensation et de dissolution dans l’eau du biogaz entre le prélèvement et l’analyse. 

Concernant les alcools à chaîne linéaire, ainsi que l’isopropanol, ils sont plutôt bien 

retenus (27 à 57 %) par le MIOM. Par contre, le silanol, dont la structure est plus 

complexe, n’est pas du tout retenu. On peut observer que ce sont les composés à courte 

chaîne carbonée qui sont les plus retenus. Cette remarque permet de proposer un 

mécanisme explicatif. Les alcools à courte chaîne sont les plus polaires et ont ainsi une 

meilleure affinité avec l’eau (solvant polaire) d’hydratation du MIOM. La réactivité des 

alcools serait alors dépendante d’une première étape de dissolution. Cette hypothèse est 

cohérente avec la non réactivité du silanol qui est une molécule peu polaire, par rapport 

aux autres alcools. 

L’éthanol est présent pour les deux manipulations à des concentrations comparables, mais 

avec des taux de rétention relativement différents (voir § 5.2.2.3). 

Les cétones (au nombre de deux) sont plutôt bien retenues par le MIOM. On observe 

néanmoins des écarts d’une manipulation à l’autre concernant l’acétone, qui semble être à 

une plus forte concentration en entrée pour la manipulation 11 (analyse en continu), mais 

moins bien retenue que pour la manipulation 10. 

Les alcanes ne sont globalement pas retenus. Etant donnée leur très faible réactivité 

chimique, il est logique qu’ils ne soient pas retenus. Quelques résultats expérimentaux sont 

néanmoins surprenants : quelques alcanes seraient retenus à environ 10 %. Ceci est 

probablement dû aux incertitudes expérimentales. Ces résultats doivent donc être 

relativisés. 

Trois autres composés ont été identifiés : un alcène et un éther à très faibles concentrations 

et un COV aromatique, le p-xylène, qui est un peu retenu (15 %). 

Pour plus de clarté, nous avons choisi de présenter ces mêmes résultats par concentration en 

entrée décroissante (tableau 30) pour les composés dont la concentration en entrée était 

supérieure à 15 ppmV. 

173 




Tableau 30 : Composés organiques volatils majoritairement présents dans le biogaz 

Nom Type d’analyse 

V biogaz = 82500 (L) 

Teneur 

moyenne en 

entrée 

(ppmV) 

Efficacité 

relative (%) 

174 



Degré de 

rétention 

2-méthylpentane continue 410 12 * 

Acétone continue 402 12 * 

2-Butanone discontinue 391 26 ** 

Ethanol discontinue 385 52 *** 

Isopropanol continue 366 50 ** 

Ethanol continue 274 22 ** 

Acétone discontinue 265 40 ** 

Butanol discontinue 225 28 ** 

Tetrachloroéthène discontinue 230 24 ** 

Dichlorométhane continue 202 19 * 

Cyclohexane discontinue 180 8 * 

Propanol discontinue 160 57 *** 

P-Xylène discontinue 129 15 * 

Butane continue 98 4 * 

2-Méthylpentane discontinue 85 12 ** 

1,2 Dichloroéthène discontinue 74 13 * 

1,1,2- triméthyl 

diméthyl silanol 

discontinue 72 0 - 

Pentane discontinue 63 0 - 

Dichlorométhane discontinue 36 19 * 

Légende : *** bien retenu ; ** un peu retenu ; 

* très peu retenu ; - pas retenu 

Nous pouvons citer les COV présents aux plus fortes concentrations : l’isobutane, l’acétone, la 

2-butanone, l’éthanol et l’isopropanol, qui sont présents à plus de 300 ppmV en entrée. 


Compte tenu des conditions expérimentales et des réserves émises à leur propos, ces 

manipulations ne donnent que des résultats semi – quantitatifs et comparatifs. 

Parmi les éléments intéressants et exploitables en terme de fiabilité, on peut retenir : 

Les composés organiques chlorés sont peu retenus par le mâchefer, 

Les alcools sont plutôt bien retenus. Les alcools les plus polaires sont les mieux retenus. 

Le silanol, qui est une molécule peu polaire par rapport aux autres alcools, est moins bien 

retenu. La réactivité des alcools semble dépendante d’une première étape de dissolution, 

Les cétones sont également bien retenues, probablement et comme dans le cas des alcools, 

en raison de leur bonne affinité avec l’eau, 

Les alcanes ne sont pas retenus.


D’une manière générale, le type de liaisons des COV avec les constituants du MIOM ne peut 

être interprété à ce stade l’étude. 

Pour des résultats véritablement quantitatifs, il serait nécessaire d’entreprendre des essais 

complémentaires, sur pilote taille laboratoire, en utilisant des gaz entrants de concentration 

parfaitement connue et constante. Ceci permettrait de réaliser des bilans matière fiables comme 

celui réalisé pour les composés soufrés. 

Un complément d’informations est fourni par la manipulation de désorption thermique 

présentée par la suite dans le § 5.4. 

175 




5.3. Etude des interactions MIOM - CH4 et MIOM - 

CO2 

Les interactions MIOM - CH4 et MIOM - CO2 ont été étudiées à partir de deux manipulations 

distinctes. Il s’agit de deux séries d’analyses qui pourraient, a priori, être considérées hors du 

cadre de cette étude compte tenu de la proportion de ces gaz dans le biogaz. Elles apportent 

néanmoins des informations complémentaires utiles, dans l’objectif d’une mise en œuvre 

industrielle du procédé d’épuration du biogaz au sein d’une décharge, en particulier dans le cas 

d’une valorisation énergétique du biogaz traité. 

5.3.1. Interactions MIOM - CH4 

L’étude des interactions mâchefer-CH4 a été réalisée pendant la manipulation 5 présentée dans 

le chapitre précédent, au cours de laquelle nous avons aussi étudié la capacité de rétention du 

mâchefer vis-à-vis de deux mercaptans. 

Les conditions expérimentales sont rassemblées dans le tableau 28 du paragraphe 5.1.1. 

La teneur en méthane du biogaz a été suivie ponctuellement en entrée du pilote et en continu 

en sortie après passage à travers de la charge de MIOM. 

Aucun tableau de résultats ne sera présenté, dans la mesure où le taux de méthane est identique 

(aux incertitudes analytiques près), en amont et en aval du traitement. 

Nous pouvons donc affirmer que le méthane n’est pas retenu par le MIOM. Il n’y aura pas 

d’appauvrissement énergétique du biogaz de décharge épuré par le MIOM. 

D'un point de vue physico-chimique, ce résultat n'est pas surprenant. Le méthane est un 

composé non polaire, peu soluble dans l'eau, il n'y a aucune raison pour qu'il interagisse avec 

les constituants minéraux du mâchefer. D'ailleurs, il faut noter que les autres alcanes (à l'état 

de trace), ne sont pas non plus retenus par le mâchefer, probablement pour les mêmes raisons 

(tableau 30). 

5.3.2. Interactions MIOM – CO2 

Manipulation 12 

Comme pour le méthane, les conditions expérimentales de cette manipulation sont présentées 

dans le tableau 28 du paragraphe 5.1.1. La teneur en dioxyde de carbone du biogaz a été suivie 

ponctuellement en entrée du pilote et en continu en sortie. 

L’évolution du taux de rétention de CO2 en fonction du temps est présentée sur la figure 50 ciaprès. 

176 



taux de rétention, (%) 

14 

12 

10 

8 

6 

4 

2 

0 


Figure 50 : Variation du pourcentage de CO2 retenu en fonction du temps 

L’interprétation de cette courbe est sans ambiguïté. Le dioxyde de carbone est piégé par le 

MIOM pendant quelques heures. Par la suite, le taux de rétention chute jusqu’à une valeur 

nulle. Il est manifeste que la charge de MIOM est rapidement saturée et que le CO2 n’est plus 

du tout retenu. 

D’un point de vue quantitatif, les résultats des calculs présentés dans le tableau ci-dessous 

peuvent être considérés comme très fiables car les concentrations du dioxyde de carbone en 

entrée et en sortie du pilote sont très stables (pas de fluctuations observées) lors des réplicats 

des essais où nous avons suivi le CO2. 

N° Exp. Débit 

biogaz 

corrigé 

(L/h) 

0 12 24 36 48 

Tableau 31 : Résultats manipulation 12 

Durée 

(h) 

temps (h) 

Composé Vol. 

Biogaz 

(m 3 ) 

g CO2 

retenus 

/kg 

MIOM 

L CO2 

pur 

retenus 

/kg 

MIOM 

12 897 47 CO2 42 10,6 5,9 

Masse volumique du CO2 à 25°C = 1,8 g/L, 

La concentration du CO2 dans le biogaz au cours de cette manipulation est de 379000 

ppmV ( ≈ 38 %). 

Nous avons calculé la masse de CO2 fixée par un kg de mâchefer et converti ce résultat en 

litres de CO2 pur retenus par kg de MIOM. Cette donnée est intéressante car elle peut être 

reliée à celle obtenue lors d’une étude de vieillissement accéléré du mâchefer, sous flux de 

CO2 pur, réalisée au laboratoire LAEPSI [Kaibouchi S., 2004]. Ces expériences ont montré 

qu’un mâchefer « frais » en sortie d’usine d’incinération, absorbe au maximum de 6 à 8 L de 

CO2 avant d’être saturé. Les deux expériences réalisées dans des conditions très différentes 

sont en parfaite cohérence du point de vue de la rétention du CO2 par le MIOM. 

L’ensemble de ces informations permet deux conclusions intéressantes : 

177 




1. La rétention de CO2 par certains constituants du MIOM a pu être quantifiée et est 

reproductible. Dans les deux expériences, le MIOM utilisé provenait de la même usine 

d’incinération (VALORLY Lyon Nord). 

Il est possible de préciser également le mécanisme de piégeage du CO2. Il s’agit de la 

réaction chimique de carbonatation de la chaux avec formation de calcite CaCO3. Le 

dioxyde de carbone (CO2) du biogaz est minéralisé sous forme de carbonate. Cette 

réaction est irréversible ; la décomposition des carbonates de calcium, de sodium, etc. 

a lieu entre 600°C et 800°C. Nous ne devrions pas observer de relargage de CO2 par 

désorption thermique à basse température si cette hypothèse est valide. 

2. La deuxième conclusion que l’on peut tirer concerne l’efficacité du mâchefer avant et 

après carbonatation. La figure 50 montre que le mâchefer est totalement carbonaté au 

bout de quelques heures (environ 5h). Au vu de l’ensemble des manipulations réalisées 

concernant les composés soufrés et les COV, aucune chute du taux de rétention n’est 

constatée après ces quelques heures d’expérience. Cela signifie, de manière évidente, 

que la carbonatation rapide et complète du MIOM dans les premières heures de 

contact avec le biogaz n’affecte en rien son potentiel épuratoire vis-à-vis des gaz traces 

indésirables. Cette constatation est importante pour la mise en œuvre du procédé 

d’épuration du biogaz en décharge. Il sera en effet possible d’utiliser indifféremment 

du mâchefer frais ou du mâchefer vieilli et déjà carbonaté. Il s’agit d’un point positif 

en terme de contraintes logistiques d’approvisionnement et de pérennité d’efficacité 

sur des longues durées. 

178 



5.4. Etude de la désorption thermique 

5.4.1. Objectif 


L’objectif principal de cette étude était de préciser, parmi les composés retenus par le MIOM 

(COV, CO2, gaz soufrés), ceux susceptibles d’être désorbés à une température inférieure à 

50°C, c’est-à-dire dans les conditions que l’on peut potentiellement atteindre dans un centre de 

stockage en exploitation. 

Le second objectif était, en montant à des températures plus élevées (jusqu’à 100°C), de tenter 

de désorber le plus de COV possible pour essayer de réaliser des bilans massiques de 

captation. 

Après quelques tests préliminaires réalisés afin d’établir un protocole expérimental, plusieurs 

manipulations ont été effectuées sur du mâchefer issu des manipulations précédentes sur pilote 

et qui avait été conservé au congélateur. 

Deux types de manipulations ont été réalisées entre la température ambiante et 100°C : 

désorption thermique par paliers de température - LAEPSI 

désorption thermique en continu – CNRS 

Le schéma de l’installation ainsi que son principe de fonctionnement ont été décrits dans le 

paragraphe 3.3.3 du chapitre 3. 

5.4.2. Manipulation de désorption thermique par palier de températures 

Cette manipulation, d’une durée de 7 jours, a été menée au Laboratoire d’Analyses 

Environnementales des Procédés et des Systèmes Industriels de l’INSA de Lyon. 

Les échantillons de MIOM ont été séchés à l’air pendant 24 h avant la mise dans le four (dans 

le but de limiter le débit de vapeur d’eau qui pourrait se condenser au niveau du 

déshumidificateur et aussi de dissoudre les gaz désorbés). 

Au cours de cette manipulation, chaque échantillon de MIOM a été chauffé progressivement 

par paliers de température : après une analyse à température ambiante (~ 20°C), une 

température de consigne de 30°C a d’abord été fixée et maintenue constante pendant la période 

d’analyse. Une analyse par chromatographie a alors été réalisée toutes les 10 minutes jusqu’à 

ce que plus aucun composé ne soit détecté par le chromatographe. Une température de 

consigne de 40°C a alors été fixée et le même protocole a été poursuivi par palier de 10°C 

jusqu’à une température de 100°C. Pour chaque palier, nous avons attendu que tous les 

composés soient complètement désorbés. La durée d’un palier de température a donc duré 

entre quelques heures et 2 jours. 

Le gaz vecteur utilisé a été l’argon. Les colonnes du micro chromatographe employé ont été 

les mêmes que celles utilisées pour l’analyse des composés soufrés et des composés 

organiques volatils. Leurs caractéristiques sont détaillées dans le chapitre 3. 

Une manipulation spécifique a été réalisée pour évaluer la désorption d’H2S du MIOM. Le 

protocole expérimental a été le même que pour le suivi des composés organiques volatils, mais 

les condition d’analyse ont été adaptés à la détection de ce composé (tableau 14 du chapitre 3). 

179 



5.4.3. Manipulation de désorption thermique en continu 


Le deuxième type de manipulation de désorption thermique a été réalisé au Service Central 

d’Analyse (SCA) du CNRS situé à Solaize (69). 

Les analyses ont été réalisées à l’aide d’un couplage chromatographe portable - spectromètre 

de masse afin d’améliorer la détection et de quantifier les COV relargués du mâchefer. Le 

chromatographe du CNRS disposait, en plus des colonnes PORAPLOT et MOLSIEVE, d’une 

troisième colonne de type OV1 (conçue pour la détection des COV). 

L’intérêt de cette manipulation était de compléter les informations que nous avons pu obtenir 

avec le chromatographe portable dont nous disposions et qui ne nous permettait qu’une analyse 

d’un nombre restreint de composés de la classe des COV. De plus, pour cette manipulation, les 

échantillons de mâchefer utilisés n’ont pas été séchés à l’air avant le traitement thermique (le 

type d’appareillage utilisé le permettait). 

La désorption thermique a été réalisée avec la même installation que celle présentée dans le 

paragraphe 3.3.3. Pour cette manipulation, le gaz vecteur utilisé comme transporteur des COV 

vers le chromatographe est l’hélium. L’augmentation de la température de chauffage du 

MIOM a été réalisée de façon continue (et pas par palier) à une vitesse constante de 5°/min. 

Ainsi, la manipulation n’a duré qu’une demi-journée. 

Les analyses ont été effectuées tous les dix degrés, à partir de la température ambiante (aux 

alentours de 20°C) jusqu’à 100°C. 

5.4.4. Résultats de désorption 

Tout d’abord, il faut préciser que les colonnes dont nous disposons (sauf la colonne OV1) ne 

permettent pas de détecter tous les composés éventuellement relargués du mâchefer. 

Nous présentons dans un premier temps (tableau 32) les résultats obtenus sur la colonne 

PORAPLOT Q pour les deux manipulations (LAEPSI et CNRS). Seulement 6 composés ont 

été détectés par cette colonne : le méthanol, l’acétaldéhyde, l’éthanol, l’acétone, le sulfure de 

carbone et l’isopropanol. Notons que l’acétaldéhyde et le sulfure de carbone n’avaient pas été 

détectés lors de la manipulation concernant la rétention des composés organiques volatils. Ceci 

peut être expliqué par le fait que lors de la manipulation de rétention, les produits étant très 

nombreux, l’acétaldéhyde et le sulfure de carbone pouvaient co-éluer avec d’autres produits et 

être masqués d’un point de vue analytique. 

180 




Tableau 32 : Résultats manipulations LAEPSI et CNRS donnés par la colonne PORAPLOT 

T 

relargage 

(°C) 

20 

30 

40 

50 

60 

70 

80 

90 

100 

Méthanol 

Acétaldéhyde 

Ethanol 

Acétone 

Sulfure de 

carbone 

181 



Isopropanol 

Les « barres » grises correspondent aux manipulations menées au LAEPSI et les « barres » 

noires correspondent aux manipulations menées au CNRS. Le « haut » de la barre correspond 

à la température de début de relargage du composé. La taille des barres n’est pas du tout 

proportionnelle au volume désorbé. 

Globalement, les mêmes tendances sont obtenues pour les deux manipulations. Les quelques 

différences observées peuvent être expliquées en partie par le fait que le diamètre des colonnes 

utilisées par le LAEPSI et par le CNRS n’est pas identique et par la différence de gaz vecteur 

(voir 3.2.2.1). 

Notons également le cas de l’acétone, qui n’est plus désorbée au-delà de 70°C pour la 

manipulation réalisée au LAEPSI, alors qu’elle est désorbée au moins jusqu’à 100°C pour la 

manipulation du CNRS. Ceci s’explique facilement par les différences de protocole 

expérimental (dans le cas de la manipulation réalisée au LAEPSI, pour chaque palier, nous 

avons attendu que chaque composé soit complètement désorbé). Si la température du four 

varie trop vite, on n’atteint pas les équilibres. 

Au cours de ces expériences, la colonne MOLSIEVE servait uniquement à vérifier qu’il n’y 

avait pas d’entrée d’air dans l’installation, ce qui aurait pu fausser les résultats obtenus avec 

l’autre colonne (dilution des COV dans l’air). 

Le tableau 33 regroupe les résultats obtenus sur la colonne OV1 du Chromatographe 

appartenant au laboratoire SCA du CNRS.

Composé 


Tableau 33 : Résultats manipulation CNRS donnés par la colonne OV1 

1 Ethanol 

2 Acétone 

3 Isopropanol 

4 1 Propanol 

Température 

(°C) 

5 1,1,2- triméthyl di-méthyl silanol 

6 2 Butanone 

7 2 Butanol 

8 Dichloroéthène 

9 Méthyl Propanol 

10 1 Butanol 

11 2 Pentanone 

12 1,2,4 Trimétoxy Butane 

13 1,2,3 Triméthyl Benzène 

14 Méthyl Isobutyl Cétone 

15 Diméthyl Disulfure 

16 2 Hexanol 

17 Toluène 

18 Acide Butanoïque 

19 α Pinène 

20 

1 Méthyl 4-(1-méthyléthyl) 

Benzène 

21 1,2 Diméthylbenzène 

22 P-Xylène 

20 30 40 50 60 70 80 90 100 

Cette colonne a permis de détecter beaucoup plus de composés. Parmi les 22 composés 

détectés, les 8 premiers sont majoritaires (les autres sont à la limite de détection). Lors de la 

manipulation de rétention des COV, nous avions noté que tous ces composés (à l’exception du 

silanol) étaient bien retenus par le MIOM. Il semble donc que le silanol, lui aussi, soit au 

moins un peu retenu par le MIOM. 

Parmi les composés « minoritairement » désorbés (composés 9 à 22 du tableau), le plus grand 

nombre n’était pas observé lors de l’étude de rétention par le mâchefer. Ceci peut s’expliquer 

182 




également par la différence entre les conditions expérimentales in situ – la plupart non 

maîtrisables – (débit du biogaz, température extérieure, etc.) et par les conditions d’analyse 

lors de la manipulation de désorption thermique (mieux maîtrisables). 

Les composés majoritairement désorbés sont de type cétones et alcools. Il est logique qu’ils 

soient désorbés car, étant solubles dans l’eau, ils sont libérés lorsque l’eau commence à 

s’évaporer. 

Notons que le méthylmercaptan n’est pas désobé du MIOM, ce qui confirme notre hypothèse 

concernant sa réactivité chimique. 

Le di-méthylmercaptan n’est pas non plus désorbé, contrairement à nos hypothèses. Par contre, 

un composé non détecté dans le biogaz, le di-méthyl di-sulfure (CH3-S-S-CH3), apparaît à la 

désorption, à faible teneur. Il est possible que ce composé résulte des combinaisons de 

plusieurs mercaptans et en particulier du méhylmercaptan (CH3 - SH). 

Concernant la désorption d’H2S, l’expérience réalisée a montré qu’H2S n’est pas désorbé. Ce 

résultat confirme notre hypothèse sur le mécanisme de réaction acide-base d’H2S avec le 

mâchefer. 


Les deux manipulations de désorption thermique avaient été conçues pour apporter le 

maximum d’informations sur les conditions de relargage de certains composés du biogaz, 

préalablement piégés par le MIOM. Parmi les éléments intéressants il faut retenir que : 

Les composés soufrés du biogaz, malodorants et toxiques, ne sont pas désorbés dans 

les conditions expérimentales (20°C < T < 100°C). 

Cela confirme les hypothèses de véritable minéralisation du soufre. Le di-méthyledisulfure 

(CH3-S-S-CH3) qui est désorbé n’avait pas été observé lors des expériences 

d’adsorption. 

Le dioxyde de carbone (CO2), n’est pas désorbé, confirmant aussi l’hypothèse de 

minéralisation par formation de carbonates minéraux. 

Aucune trace de méthane (CH4) n’est observée lors de la désorption. Les autres 

alcanes observés sont à la limite de sensibilité du chromatographe. 

Concernant les composés organiques volatils (COV), un certain nombre sont relargués 

à la limite de la sensibilité du chromatographe et à assez basse température. Ce sont en 

particulier les alcools et les cétones, probablement dissous dans l’eau des pores du 

mâchefer. 

Cette étude ne permet pas un bilan quantitatif (adsorption/désorption) sur ces 

composés, compte tenu des faibles teneurs en composé (lors de la dilution dans le gaz 

vecteur). 

Globalement, un véritable bilan matière ne peut être envisagé sur chacun des gaz qu’au travers 

d’une étude beaucoup plus sélective en laboratoire et en utilisant des étalons gazeux 

parfaitement identifiés. 

183 



Chapitre 6 

Transfert des résultats a l’échelle du terrain 

185

186


6.1. INTRODUCTION ............................................................................................................ 189 

6.2. QUELQUES CARACTÉRISTIQUES DES CENTRES D’ENFOUISSEMENT TECHNIQUE..... 190 

6.3. HYPOTHÈSES ET CALCUL DE DIMENSIONNEMENT À L’ÉCHELLE D’UNE ALVÉOLE 

D’ENFOUISSEMENT....................................................................................................... 191 

6.3.1. BASE DE CALCULS...................................................................................................... 191 

6.3.2. DIMENSIONNEMENT OBTENU PAR CALCUL POUR DIFFÉRENTS COMPOSÉS DU BIOGAZ ... 

................................................................................................................................... 192 

6.4. HYPOTHÈSES ET CALCUL DE DIMENSIONNEMENT À PARTIR DES RÉSULTATS À 

L’ÉCHELLE PILOTE ...................................................................................................... 193 

6.5. IMPACT PRÉVISIBLE SUR UN CENTRE D’ENFOUISSEMENT TECHNIQUE.................... 195 

6.6. RÉFLEXIONS SUR LE DIMENSIONNEMENT ET L’APPROVISIONNEMENT EN MÂCHEFER. 

...................................................................................................................................... 196 

6.7. BILAN ............................................................................................................................ 197 

187 



188

6 

Chapitre 6 – Transfert de Résultats à l’Echelle du Terrain 

TRANSFERT DES 

RESULTATS A 

L’ECHELLE DU TERRAIN 


Compte tenu du contexte industriel dans lequel a été réalisée cette étude et des résultats qui 

viennent d’être décrits, il nous a paru nécessaire de compléter ce mémoire par une approche 

concrète d’une possible mise en œuvre du traitement du biogaz in situ, par les mâchefers. 

Nous rappellerons quelques caractéristiques des centres d’enfouissement technique (CET), 

associant les contraintes réglementaires au mode d’exploitation. 

Les bases de nos calculs de dimensionnement seront présentées pour aboutir finalement à une 

évaluation de la quantité de mâchefer à mettre en œuvre selon le tonnage d’ordures ménagères 

enfouies. 

Dans ce chapitre nous proposons également deux solutions techniques adaptées à deux cas 

différents dans l’organisation des réseaux de captage du biogaz. A partir des résultats obtenus, 

nous développerons une réflexion sur la faisabilité de la mise en œuvre du procédé en CET. 

Avant de conclure, nous discuterons des impacts « potentiels » des mâchefers sur le 

fonctionnement de la décharge et des moyens à mettre en œuvre pour réaliser le suivi 

scientifique d’une alvéole-test instrumentée. 

189 




6.2. Quelques caractéristiques des centres 

d’enfouissement technique 

Même si les centres d’enfouissement technique existant actuellement en France, peuvent se 

différencier entre eux par certaines caractéristiques de type géotechnique 1 et hydrogéologique 2 , 

la mise en œuvre des déchets, se réalise dans tous les cas, de la même manière, tout en tenant 

compte des recommandations préfectorales et des spécifications des arrêtés ministériels 

existants. 

Nous nous sommes appuyés sur certaines de ces sources réglementaires, afin de passer en 

revue les principales caractéristiques d’un centre d’enfouissement technique. Il s’agit de : la 

Circulaire du 4 juillet 2002 relative aux installations de stockage de déchets ménagers et 

assimilés, la Circulaire du 12 août 2002 (Guide de recommandations) et de l’Arrêté du 9 

septembre 1997 relatif aux installations de stockage de déchets ménagers et assimilés. 

Conformément aux sources citées ci-dessus, un CET se caractérise par les éléments suivants : 

Chaque CET est implanté dans un contexte géologique et hydrogéologie favorable 3. La 

barrière de sécurité passive, normalement constituée par le substratum du site, doit 

présenter, de haut en bas, une perméabilité inférieure à 1x10 -9 m/s sur au moins 1 mètre et 

inférieure à 1x10 -6 m/s sur au moins 5 mètres. Cette barrière de sécurité passive doit 

permettre d'assurer à long terme la prévention de la pollution des sols, des eaux 

souterraines et de surface par les déchets et les lixiviats, 

La barrière de sécurité active est normalement constituée, du bas vers le haut, par une 

géomembrane 4 ou tout dispositif équivalent, surmontée d'une couche de drainage, 

La zone à exploiter est divisée en casiers, eux-mêmes éventuellement subdivisés en 

alvéoles avec des surfaces pouvant aller de 2000 m 2 à 5000 m 2 , 

Les ordures ménagères sont déposées dans le CET en couches successives, couvertes de 

matériel de recouvrement 5 tous les 1 à 2 m de hauteur ; ces couches sont compactées de 

manière régulière à l’aide d’engins spéciaux, 

La hauteur finale des déchets dans un casier (qui peut aller de 8 à 20 m), doit être 

déterminée de façon à ne pas dépasser la limite de stabilité des digues et à ne pas altérer 

l'efficacité du système drainant, 

Chaque CET comporte : 

- une couche drainante, d'épaisseur supérieure ou égale à 0,3 mètre, 

- un réseau de drains permettant l'évacuation des lixiviats vers un collecteur 

principal, 

1 type de sol, inclinaison du terrain, etc. 

2 distance par rapport à la nappe phréatique 

3 

Le CET à exploiter doit être implanté et aménagé de telle sorte qu’il ne génère pas de nuisances qui ne 

pourraient faire l'objet de mesures compensatoires suffisantes et qui mettraient en cause la préservation de 

l'environnement et la salubrité publique 

4 assure l’étanchéité du site de stockage des déchets 

5 

(terre, argile, film plastique, pneus broyés, etc.) apportés sur site contre les envols, pour réduire la 

propagation d’odeurs et préserver le vide de fouille 

190 




- un réseau drainant conçu de manière à capter de façon optimale le biogaz et le 

transporter de préférence vers une installation de valorisation ou, à défaut, vers 

une installation de destruction par combustion, 

Chaque CET comporte également des équipements de collecte, de stockage et traitement 

des lixiviats, 

La production théorique de biogaz d’une tonne d’ordures ménagères est d’environ 150 m 3 

de biogaz. 

A partir de ces données, nous allons par la suite réaliser l’extrapolation de nos résultats 

obtenus dans l’installation pilote. 

6.3. Hypothèses et calcul de dimensionnement à 

l’échelle d’une alvéole d’enfouissement 

6.3.1. Base de calculs 

Les développements qui suivent sont basés, d’une part sur les résultats quantitatifs obtenus lors 

de notre étude, et d’autre part sur les données de terrain concernant le mode d’exploitation des 

CET. 

Nous avons considéré une production « théorique » de biogaz de 150 m 3 de biogaz par 

tonne d’ordures ménagères pendant la durée totale de fermentation (20 à 30 ans). 

L’alvéole type a une surface de 3500 m 2 et peut recevoir des ordures ménagères sur 

une hauteur maximale de 20 m, ce qui conduit au stockage d’environ 50000 tonnes 

d’ordures ménagères en considérant leur masse volumique moyenne : ρOM = 0,7 t/m 3 . 

Le mâchefer humide et compacté, a, quant à lui une masse volumique voisine de 1,7 

t/m 3 . 

Exemple de calcul à partir des résultats des expériences H2S – mâchefer 

Nous avons estimé, à partir des manipulations à l’échelle pilote, qu’un kg de mâchefer pourrait 

retenir l’équivalent de la totalité de l’hydrogène sulfuré (H2S) contenu dans 19,5 m 3 de biogaz. 

Pour une tonne d’ordures ménagères, produisant 150 m 3 de biogaz, l’épuration de l’hydrogène 

sulfuré nécessite environ 8 kg de mâchefers. 

A l’échelle de l’alvéole choisie, il faudrait prévoir environ 400 tonnes de mâchefers pour 

traiter la totalité du biogaz produit par la fermentation de 50000 tonnes d’ordures ménagères. 

Cela représente une épaisseur de l’ordre de 6 cm de mâchefer à répartir sur la surface de 3500 

m 2 de l’alvéole. 

Il faut remarquer sur cet exemple que le ratio de dimensionnement est très faible, bien que les 

capacités épuratoires du mâchefer, utilisées dans ce calcul soient des valeurs par « défaut », 

comme expliqué auparavant. 

Les résultats qui suivent ont été obtenus, à partir des mêmes bases, et avec le même mode de 

calcul. 

191 




6.3.2. Dimensionnement obtenu par calcul pour différents composés du 

biogaz 

Les résultats donnés dans les tableaux 34 et 35 ci-dessous ne concernent que les composés 

soufrés du biogaz dont l’épuration serait réalisée, soit par des mâchefers seuls, soit par des 

mélanges mâchefer-coke (10 %). Les valeurs déduites des calculs ont été arrondies à l’unité. 

Compte tenu des réserves précédemment émises à propos du suivi de quelques composés 

organiques volatils, ils ne sont pas intégrés à ces tableaux. Leur prise en compte dans les 

calculs de dimensionnement nécessiterait des études spécifiques, sur un pilote de taille 

laboratoire, en utilisant des gaz en contact avec le mâchefer, de caractéristiques parfaitement 

connues et constantes. Ce serait la seule manière d’effectuer des bilans matière fiables. Par 

ailleurs, il semble irréaliste de vouloir suivre la rétention de plusieurs centaines de composés 

organiques volatils par du mâchefer. 

Tableau 34 : Ratios théoriques de dimensionnement concernant la rétention des composés soufrés 

par le mâchefer 

Composé Volume de 

biogaz 

épuré/kg 

MIOM 

Quantité 

MIOM/t OM 

Quantité MIOM pour 

couvrir l’alvéole 

(50000 t OM) 

192 



Epaisseur MIOM 

« seuil » 

cm 

H2S 19,5 m 3 8 kg 400 t 6 

CH3-SH 6 m 3 25 kg 1250 t 21 

CH3-S-CH3 1 m 3 150 kg 7500 t 126 

Tableau 35 : Ratios théoriques de dimensionnement concernant la rétention des composés soufrés 

par le mâchefer mélangé avec le coke (10 %) 

Composé Volume de 

biogaz 

épuré/kg 

MIOM -coke 

Quantité 

MIOM - 

coke/t OM 

Quantité MIOM – coke 

pour couvrir l’alvéole 

(50000 t OM) 

Epaisseur 

MIOM – coke 

« seuil » 

H2S 37 m 3 4 kg 203 t 4 cm 

CH3-SH 16 m 3 9 kg 417 t 8 cm 

CH3-S-CH3 7 m 3 21 kg 1071 t 18 cm 

Par la suite, et pour les raisons déjà évoquées, les résultats utilisés seront ceux du tableau 34, 

qui concernent les mâchefers non additivés. Il faut également garder à l’esprit qu’il s’agit de 

seuils théoriques de dimensionnement ne tenant pas compte de la mise en œuvre qui sera 

discutée plus loin.


6.4. Hypothèses et calcul de dimensionnement à 

partir des résultats à l’échelle pilote 

Les descriptifs qui suivent correspondent à deux cas de mise en œuvre possible du procédé in 

situ en considérant les résultats obtenus précédemment. 

A l’heure actuelle, en France, il existe plusieurs types de réseaux de captage du biogaz (§ 

1.2.6) : 

Avec des drains horizontaux (figure 51), 

Sans drains horizontaux (figure 52). 

Dans ces deux cas de figure, que nous allons détailler par la suite, l'alvéole «traitée» par notre 

procédé aura une surface de 3500 m 2 et nous proposons de traiter la partie correspondant à la 

zone de drainage d’un puits de captage. La collecte de lixiviats dans l’alvéole contenant des 

mâchefers sera conçue afin de séparer ses lixiviats de ceux provenant des alvéoles non traitées, 

en prévoyant une adaptation des pentes du fond de l'alvéole qui draine les lixiviats de la zone 

d'étude (modalités à définir en fonction du mode de collecte des lixiviats sur le site). 

Cas d’une alvéole prévue avec des drains horizontaux 

Conformément aux textes en vigueur [ADEME (g), 1999] les drains horizontaux en fond 

d'alvéole seront enfouis dans une couche de MIOM de 30 cm environ. Puis, chaque couche 

d’ordures (d'épaisseur 2 m environ) sera recouverte, avec 20 cm* de MIOM, soit environ 300 

kg de MIOM/m 2 de couverture (tableau 36). Cette couche pourra éventuellement être 

augmentée. 

Dans ce premier cas de figure, des drains horizontaux de captages seront enfouis dans chaque 

couche de mâchefer, raccordés au drain vertical, pour obtenir une efficacité optimale de 

captage de gaz. Ce dispositif favorisera un déplacement vertical du biogaz l'obligeant ainsi à 

traverser une couche de mâchefer avant sa collecte (figure 51). 

BIOGAZ 

Mâchefer 

BIOGAZ 

Drains horizontaux 

Drain vertical de 

captage de biogaz 

Ordures 

Drains horizontaux de fond 

d’alvéole 

Figure 51 : Schéma de principe de la mise en œuvre du mâchefer 

* Le choix de cette valeur sera expliqué ultérieurement. 

193 



Cas d’une alvéole sans drains horizontaux 


Nous avons choisi de présenter cet exemple car il est spécifique au mode de récupération du 

biogaz utilisé sur le site de Roche la Molière. 

Il s’agit d’un système de captage uniquement à l’aide des puits verticaux. Dans ce cas, le 

biogaz suit plutôt une trajectoire horizontale pour rejoindre le puits vertical. La figure 52 

montre le schéma que nous avons imaginé pour la mise en œuvre du procédé sur ce CET. 

Déchets 

Figure 52 : Le mode de circulation du biogaz dans une alvéole sans drains 

horizontaux intermédiaires 

Dans ce cas particulier, quand l’alvéole ne présente pas de drains horizontaux, les besoins en 

mâchefers mis en œuvre seront très légèrement inférieurs au cas antérieur (moins de mâchefer 

au fond de l’alvéole). 

Le tableau 36 rassemble les quantités de mâchefer nécessaires pour la mise en œuvre du 

procédé, dans les deux cas de figure, en considérant un lit filtrant de mâchefer tous les deux 

mètres d’ordures ménagères. 

Hauteur de la couche de 

mâchefer 

Tableau 36 : Résumé sur la mise en œuvre du procédé in situ 

Quantité de MIOM/m 2 de 

surface recouverte (les couches 

d'OM ont 2m de haut) 

Rythme d’approvisionnement 

de MIOM pour traiter 1 couche 

d’OM de 3500 m 2 

Quantité de MIOM nécessaire 

pour la totalité de l’expérience 

(si l’alvéole remplie comporte 

10 couches d’OM) 

Sans drains horizontaux 

intermédiaires 

Avec drains horizontaux 

intermédiaires 

20 cm 20 cm en général et 20 cm 

autour des drains pour 

permettre leur enfouissement 

Environ 300 kg/m 2 Environ 300 à 310 kg/m 2 

1050 t à fournir 1 mois 

sur 2, l’autre mois étant 

consacré au remplissage 

de la zone « témoin » 

1050 à 1085 t à fournir 

1 mois sur 2, l’autre mois 

étant consacré au remplissage 

de la zone « témoin » 

10500 t sur 20 mois 10500 à 10850 t sur 20 mois 

Les dimensionnements obtenus dans les deux exemples décrits sont très proches. Le choix 

d’une épaisseur de 20 cm pour chaque couche de mâchefer a été dicté par des considérations 

194 



Mâchefers


techniques de mise en œuvre et de faisabilité du compactage par les engins actuellement 

utilisés. Ce choix, purement technique de l’épaisseur des lits filtrants de mâchefer, doit 

naturellement être confronté aux valeurs « seuils» théoriques présentées dans le tableau 34. 

Dans nos propositions de dimensionnement, l’épaisseur cumulée des couches de mâchefer 

serait de l’ordre de 200 cm, ce qui est largement suffisant pour piéger (au minimum) la totalité 

des composés contenant du soufre (H2S et mercaptans). 

Ce surdimensionnement, nécessaire pour les raisons techniques évoquées, ne pourra qu’être 

bénéfique à l’extraction d’autres composés organiques volatils vis-à-vis desquels le mâchefer 

est relativement peu efficace. 

Le suivi de l’alvéole éxpérimentale 

L’alvéole serait constituée, comme mentionné ci-dessus, de manière à pouvoir le mieux 

possible séparer le biogaz et les lixiviats qu’elle génère. Le suivi serait réalisé sur ces deux 

paramètres. 

Compte tenu de la lenteur de l’évolution des réactions de fermentation, seul un suivi mensuel 

devrait être prévu pour la première année de fonctionnement de l’alvéole. Par la suite, la 

fréquence serait réduite au trimestre, voire au semestre, si le suivi se prolonge plus de 3 ans. 

Des analyses seraient faites en parallèle sur la zone expérimentale et sur une zone 

traditionnelle d'une autre alvéole confectionnée durant la même période. 

Le biogaz devrait être analysé en sortie des puits (sur l’alvéole avec mâchefer et sur une autre 

sans mâchefer) par chromatographie gaz pour les composés les plus élémentaires (CH4, CO2, 

H2S, mercaptans). Des prélèvements dans des sacs Tedlar devraient être réalisés aux mêmes 

points pour réaliser des analyses en laboratoire par couplage µGC/MS sur les composés 

présents sous forme de traces (COV, composés chlorés, etc.). 

D’autre part, des prélèvements seraient réalisés sur les lixiviats des deux zones de suivi de 

l’alvéole. Les analyses effectuées seraient évolutives en fonction des premiers résultats. Les 

mêmes familles de composés que celles recherchées dans les gaz seraient analysées pour 

évaluer le transfert éventuel des polluants piégés par le mâchefer dans la phase liquide. Par 

ailleurs, il serait intéressant d’effectuer des mesures comparatives du pH des lixiviats 

d’alvéoles, avec et sans mâchefer. 

A partir de ces résultats, des bilans massiques élémentaires devraient être réalisés sur le chlore 

et le soufre notamment. 

6.5. Impact prévisible sur un centre 

d’enfouissement technique 

Si nos résultats permettent de proposer la mise en place de « lits » de mâchefer jouant le rôle 

de filtre épurateur du biogaz de fermentation issu des ordures ménagères, il est nécessaire de 

réfléchir aux conséquences possibles de ce procédé. 

Comme il a déjà été indiqué dans les rappels bibliographiques, les mâchefers sont des matrices 

minérales (à plus de 95 %) et la faible quantité de matière organique qu’ils contiennent ne 

devrait pas avoir d’impact notable sur la dégradation de la matière organique des ordures 

ménagères. 

Par contre, des interactions sont possibles entre les mâchefers et les lixiviats de la décharge. 

Ces derniers présentent en généralement un caractère plutôt acide pouvant, dans certains cas, 

atteindre des valeurs de pH = 4. Les lixiviats de mâchefers « frais », sont, quant à eux, 

195 




nettement basiques (pH de 11 à 12), comme il a déjà été indiqué. Des réactions de type acidobasique 

sont donc possibles entre les deux flux de lixiviats. 

Néanmoins, nos expériences ont montré que les mâchefers réagissent très rapidement avec le 

CO2 en forte proportion dans le biogaz. Ces réactions conduisent à une carbonatation qui a 

pour conséquence de faire baisser le pH jusqu’à des valeurs de 8 à 9. Ce phénomène est bien 

connu [Pourbaix M., 1966 ; Veron J et al. 1989 ; Bodénan F. et Piantone P., 1999], c’est celui 

qui se produit naturellement avec le CO2 atmosphérique lors du stockage des mâchefers 

pendant la période de maturation (3 à 12 mois) avant valorisation en BTP. La baisse de pH 

entraîne la précipitation d’un certain nombre de métaux lourds (Pb, Cd, Zn, etc.) sous forme 

d’hydroxydes insolubles (ou de carbonates) [Gomez A., 1993 ; Cambier et Mench, 1998, de 

Cockborne et al. 1999]. La carbonatation des mâchefers in situ est, en ce sens, un point plutôt 

positif puisqu’elle limitera fortement les relargages de ces métaux dans les lixiviats de la 

décharge. 

Les mâchefers pourront également avoir un effet bénéfique sur l’épuration des lixiviats de la 

décharge elle-même en raison de leur réactivité chimique et de leur pouvoir tampon important 

lorsqu’ils sont carbonatés [Blanchard J-M. et al. 1998]. 

La question peut d’ailleurs se poser en terme de compétition entre le biogaz et les lixiviats 

d’ordures ménagères vis-à-vis des mâchefers. 

Quoi qu’il en soit, une phase de mise en oeuvre réelle du procédé paraît nécessaire. Le suivi 

des évolutions, à la fois du biogaz et des lixiviats, sera déterminant pour préciser les impacts 

des mâchefers sur le fonctionnement global de la décharge-bioréacteur. 

Enfin, les mâchefers qui ont initialement une faible odeur de chaux, ne devraient apporter 

aucune modification sur le plan olfactif lors de leur introduction dans un CET. 

6.6. Réflexions sur le dimensionnement et 

l’approvisionnement en mâchefer 

Les ratios de dimensionnement estimés par calcul à partir de nos résultats demandent quelques 

commentaires. 

La quantité de 10500 tonnes de mâchefers qui est estimée nécessaire pour traiter tout le biogaz 

produit par une alvéole contenant environ 50000 tonnes d’ordures ménagères, peut sembler 

très importante dans l’absolu. Néanmoins, compte tenu des masses volumiques relatives 

mâchefers/ordures ménagères, cela représente moins de 10 % en volume. L’addition du 

mâchefer dans ces conditions ne pèsera donc pas trop sur les capacités de traitement de la 

décharge. Il faut également noter que l’adjonction de matériaux, autres que les ordures 

ménagères est déjà une réalité du fonctionnement des décharges. Les solides utilisés peuvent 

avoir plusieurs fonctions. Argile, granulats, déchets inertes (exemple : résidus de pneus broyés, 

etc.) servent à assurer les recouvrements intermédiaires et supérieurs des ordures ménagères, 

mais également, dans certains cas, de matériaux de drainage du biogaz, vers les puits de 

captage. Les mâchefers ont des répartitions granulométriques compatibles, au minimum avec 

cette dernière fonction, et pourraient entrer dans la décharge en substitution, et non en addition 

des granulats (ou autres matériaux) habituellement employés. 

En ce qui concerne l’aspect pratique et logistique, nous avons développé un bref calcul de 

faisabilité intégrant, en particulier, la disponibilité des mâchefers au niveau d’un incinérateur. 

Selon notre exemple, nous devons disposer de 10500 tonnes de mâchefers sur 20 mois, qui 

constitue une durée moyenne pour le remplissage de l’alvéole. 

Si l’on considère un ratio moyen MIOM/OM = 0,25 tonne MIOM /tonne OM incinérées la 

capacité de l’incinérateur qui pourrait fournir la charge totale de mâchefers pour une alvéole, 

196 




devrait être de 42000 tonnes d’ordures ménagères incinérées sur 20 mois soit 25200 tonnes/an. 

Ce résultat est tout à fait réaliste, puisque un bon nombre d’incinérateurs du parc français 

traitent actuellement des tonnages supérieurs à cette valeur. Pour exemple, l’usine 

d’incinération de Lyon nord (VALORLY), traite environ 160000 tonnes d’ordures 

ménagères/an et produit de l’ordre de 40000 tonnes de MIOM/an. 

Il semble, d’après cette simulation, qu’il ne devrait pas y avoir de problèmes majeurs 

d’approvisionnement en mâchefers pour traiter le biogaz d’une partie des CET. 

Par ailleurs, si l’on revient à l’échelle de l’alvéole, les 10500 tonnes de mâchefers nécessaires à 

son traitement pourraient être amenés sur le site au fil de l’eau. Un stock tampon maximum de 

1000 tonnes pourra être constitué sur le CET pour amortir les éventuelles ruptures 

d’approvisionnement. Dans sa globalité, cela correspond à 500 camions (20 mois), soit environ 

un camion/jour, ce qui là aussi paraît un rythme raisonnable. 

6.7. Bilan 

L’extrapolation des résultats de nos expérimentations à l’échelle d’une alvéole réelle permet de 

préciser les aspects quantitatifs d’une mise en œuvre du procédé de traitement du biogaz. 

Le dimensionnement proposé, qui correspond à une épaisseur d’environ 20 cm de mâchefers 

pour 2 m d’ordures ménagères, doit permettre d’immobiliser efficacement une partie 

importante des composés indésirables du biogaz de fermentation. Les quantités de mâchefers 

mises en œuvre sont telles, qu’elles ne devraient pas modifier sensiblement les « habitudes » 

d’exploitation des CET. Les mâchefers pourront se substituer aux matériaux drainants et de 

recouvrement, habituellement utilisés. 

D’un point de vue logistique et économique la mise en oeuvre du procédé devra naturellement 

avoir lieu dans des zones géographiques où la distance entre l’incinérateur et le CET n’excède 

pas quelques dizaines de km. Il conviendra également de s’assurer du gisement de mâchefer 

disponible par rapport à la capacité d’enfouissement de la décharge concernée. 

Bien entendu, il est nécessaire de tester le procédé à l’échelle d’une alvéole expérimentale. Des 

contrôles devront être mis en œuvre, à partir d’une instrumentation appropriée, sur l’alvéole 

test contenant des mâchefers et sur une alvéole témoin. Les analyses, en particulier du biogaz 

et des lixiviats, devront permettre à la fois de confirmer l’épuration effective du gaz, mais 

également de s’assurer que la charge filtrante ne perturbe pas le processus biologique de 

fermentation, ni la qualité des lixiviats. 

L’efficacité de l’épuration du biogaz par les mâchefers pourra également être suivie à partir 

d’analyses indirectes, notamment au niveau du pH des huiles moteur (influence de composés 

acides soufrés et chlorés) et de certaines pièces des moteurs brûlant le gaz (dépôts solides 

siliciés). 

Si les informations obtenues lors de cette étape confirment les résultats prometteurs de nos 

manipulations pilotes, le procédé pourra être diffusé à l’échelle industrielle chaque fois qu’une 

usine d’incinération d’ordures ménagères se trouvera à proximité d’un CET. 

Il convient toutefois de noter qu’il faudra prendre en compte le statut législatif des mâchefers 

(matières premières secondaires ou déchet) et ses évolutions possibles dans le cadre des 

réglementations européennes (en cours) concernant les résidus de procédés thermiques. 

197 



Conclusion générale 

199

200

Conclusion générale 



201 

Conclusion Générale 

L’étude qui a été confiée au Laboratoire d’Analyse Environnementale des Procédés et des 

Systèmes Industriels par la société NOVERGIE présentait un double objectif de faisabilité 

concernant l’épuration du biogaz de décharge par des mâchefers issus de filières 

d’incinération. 

Tout d’abord, il s’agissait de s’assurer de l’aptitude physico-chimique des mâchefers à 

interagir avec certains des constituants indésirables du biogaz. 

Le deuxième enjeu était de quantifier le potentiel épuratoire des mâchefers afin d’établir un 

dimensionnement pour la mise en œuvre du procédé à l’échelle industrielle. 

La réponse à ce double questionnement nous a conduit à développer une approche 

expérimentale la plus proche possible des conditions de terrain. Cette démarche a nécessité la 

conception et la réalisation d’un réacteur modulable qui a été implanté au sein du centre 

d’enfouissement technique de Roche la Molière (42). Ce contexte industriel a conditionné un 

bon nombre d’essais et d’adaptations techniques pour mettre au point des protocoles 

expérimentaux fiables et garantissant la meilleure reproductibilité des manipulations, tout en 

respectant les normes de sécurité en vigueur. 

Après cette phase de réglage à « l’aveugle » et non dénuée de surprises, comme, en particulier, 

l’influence de la température extérieure sur les propriétés relatives de certains constituants 

traces du biogaz entrant dans le pilote, les expérimentations ont été globalement satisfaisantes. 

La première série a été consacrée au suivi des performances épuratoires des mâchefers vis-àvis 

de trois composés soufrés présents dans le biogaz. Parmi ces derniers, le sulfure 

d’hydrogène (H2S), que l’on retrouve à des teneurs relativement élevées dans le biogaz, a été 

particulièrement suivi. Il présente à la fois un caractère malodorant et toxique mais il est 

également pénalisant car il provoque une acidification des huiles des moteurs utilisés pour la 

combustion du biogaz. 

Les résultats de ces expériences ont permis de mettre en évidence la réactivité du mâchefer et 

de quantifier son remarquable pouvoir de traitement (en kg de mâchefer/m 3 de biogaz épuré). 

Au travers de cette série d’expériences, nous avons également pu déduire le rôle fondamental 

de l’eau d’hydratation des mâchefers dans les phénomènes de transfert de réactifs et dans les 

réactions elles même. D’un point de vue plus fondamental, il apparaît vraisemblable qu’H2S, 

tout comme le méthylmercaptan (CH3-SH) sont retenus par le mâchefer au travers de réactions 

acido-basiques qui conduisent à la minéralisation, et donc à l’immobilisation du soufre sous 

forme de sulfures minéraux très peu solubles. 

L’addition de 10 % de coke, issu de la pyrolyse de déchets agricoles améliore de manière 

conséquente la rétention des gaz sulfurés du biogaz. Bien qu’intéressant, ce constat 

expérimental est relativement marginal dans cette étude dans la mesure ou un procédé de 

traitement du biogaz in situ utilisant ce type de mélange a peu de chance d’être mis en œuvre, 

pour des raisons à la fois techniques et économiques (approvisionnement, manipulation, mise 

en place, etc.). 

Une deuxième série d’expérimentations a permis de tester la réactivité du mâchefer vis-à-vis 

d’un certain nombre de composés organiques volatils présents dans le biogaz. Les résultats, 

qu’il faut considérer comme semi-quantitatifs apportent des informations quant aux familles 

des composés retenus par le mâchefer, à des degrés divers. Ce sont, en particulier les alcools et 

les cétones et, à un moindre degré quelques COV chlorés. Les quelques analyses de désorption



202 

Conclusion Générale 

thermique réalisées sur des échantillons de mâchefer ayant été en contact avec le biogaz ont 

permis de suivre, d’une part les espèces désorbées, et, d’autre part les températures de début de 

désorption. 

Aucune trace notable de composé soufré n’a été détectée, confirmant ainsi l’hypothèse d’une 

réelle minéralisation du soufre par réaction chimique. En ce qui concerne les autres COV, il 

s’agit plutôt d’une adsorption physique ou d’une dissolution dans l’eau d’hydratation puisque 

les composés détectés sont désorbés à partir de 20°C ou au delà. 

Enfin, tout comme les autres alcanes, le méthane n’est pas retenu par le mâchefer. Cela 

confirme qu’après filtration/épuration du biogaz, celui-ci conserve totalement son intégrité 

énergétique et ne pénalise pas sa valorisation. 

Le dioxyde de carbone (deuxième composé majoritaire du biogaz), est quant à lui très 

fortement piégé par le mâchefer dès la mise en contact avec le biogaz. Le mâchefer est 

rapidement saturé, après séquestration de 6 à 8 L de CO2 pur/kg de mâchefer sec. Le 

mécanisme mis en jeu est d’ordre chimique. Il s’agit d’une carbonatation « accélérée » 

comparable au phénomène naturel se produisant sur une durée beaucoup plus longue, en 

présence de CO2 atmosphérique pendant la maturation des mâchefers sur les plates-formes de 

stockage. Ce dernier résultat, corrélé aux précédents, est très intéressant, car il indique que la 

carbonatation des mâchefers ne réduit en rien leur potentiel épuratoire vis-à-vis des autres 

composés piégés, en particulier soufrés. 

D’un point de vue industriel cela signifie qu’il sera possible d’utiliser aussi bien un mâchefer 

frais (sortie d’usine) qu’un mâchefer déjà maturé, ou en cours de maturation. 

Ces éléments sont extrêmement positifs dans le cadre d’une mise en œuvre réelle sur une 

décharge : simplification des approvisionnements en mâchefers, stockage possible sur place, 

disponibilité immédiate. C’est sur cet aspect d’exploitation industrielle que nous concluons ce 

mémoire. 

Le transfert, en terme de dimensionnement, à l’échelle du terrain paraît réaliste. L’organisation 

des « lits » de mâchefer au sein des couches d’ordures ménagères semble compatible avec les 

modes de remplissage couramment employés actuellement dans les décharges. Par ailleurs, la 

granulométrie moyenne des mâchefers est assez proche de celle des matériaux utilisés dans le 

recouvrement des ordures ménagères qui favorisent la circulation et le drainage du biogaz vers 

les puits de collecte. 

Le procédé paraît viable, tant d’un point de vue scientifique, que technico-économique, avec 

un gain environnemental qui peut être important sur les émissions « parasites » des centres 

d’enfouissement technique. 

Le procédé est actuellement en cours de mise en œuvre dans une alvéole instrumentée d’un 

centre de stockage du nord-est de la France. Cette expérience, en grandeur réelle, devra 

permettre de tester l’efficacité épuratoire des mâchefers dans ces conditions, mais également 

de s’assurer que leur présence ne perturbe pas les processus de fermentation des ordures, ni la 

qualité et le traitement des lixiviats de la décharge. 

L’extension du développement de ce procédé pourra permettre de résoudre en même temps 

deux problèmes environnementaux relatifs aux filières majeures d’élimination des déchets en 

France : utiliser et valoriser les résidus de la filière « incinération » pour traiter et mieux 

valoriser le biogaz provenant de la filière « stockage ».

Liste des figures et tableaux 

231

232

Chapitre 1 

Liste des Figures 

Figure 1 : Composition moyenne nationale des ordures ménagères en France 35 

Figure 2 : Evolution de la production des ordures ménagères en Europe 37 

Figure 3 : Filières de gestion d’ordures ménagères et assimilés 40 

Figure 4 : Taux de recyclage, valorisation et élimination des ordures ménagères en 2000 42 

Figure 5 : Coupe d’un centre d’enfouissement technique de déchets 47 

Figure 6: Schéma du processus de fermentation anaérobie 51 

Figure 7 : Evolution de la valorisation du biogaz de décharge 61 

Figure 8 : Représentation d’une tête de puits verticale 62 

Figure 9 : Représentation d’un réseau de collecte de biogaz 63 

Figure 10 : Principales étapes parcourues par les déchets dans une usine d’incinération et bilan 

global des matières solides résultantes 67 

Figure 11 : Diagrammes Pourbaix de solubilité de quelques métaux 83 

Figure 12 : Utilisations des mâchefers en technique routière 86 

Chapitre 2 

Figure 13 : Vue générale d’une zone en cours de réhabilitation du CET situé à Roche la Molière 92 

Figure 14 : Vue partielle d’une zone en cours d’exploitation du CET situé à Roche la Molière 93 

Figure 15 : Photo d’une tête de puits de captage 94 

Figure 16 : Photo de la station d’épuration du biogaz et des torchères 95 

Figure 17 : Raccordement du pilote au rése au du biogaz 96 

Figure 18 : Raccordement du pilote au rése au du biogaz 96 

Figure 19 : Photo de l’installation pilote fonctionnant en simple charge 97 

Figure 20 : Photo de l’installation pilote fonctionnant en double charge 98 

Figure 22 : Prélèvement du mâchefer sur site 101 

Figure 23 : Echantillon de mâchefer – vue de détail 101 

Figure 24 : Photo d’un élément de pilote pendant la phase de compactage du mâchefer 102 

Chapitre 3 

Figure 25 : Schéma de principe d’un appareil de chromatographie en phase gazeuse 109 

Figure 26 : Exemple général d’un chromatogramme 110 

Figure 27 : Exemple de chromatogramme obtenu par CPG (CP-2003) lors de la détection de l’H2S 

110 

Figure 28 : Photo du spectromètre de masse Agilent 5973N 113 

Figure 29 : Schéma de l’installation de désorption thermique 122 

Chapitre 4 

Figure 30 : Evolution de la température du gaz entrant dans le pilote 131 

Figure 31 : Evolution de la quantité de di-méthylmercaptan contenue dans le biogaz 131 

Figure 32 : Evolution de la quantité d’eau contenue dans le biogaz 132 

Figure 33 : Variation du taux d’H2S retenu par le mâchefer en fonction du temps 133 

Figure 34 : Evolution du taux de rétention d’H2S en fonction du temps (manipulation 1) 138 

Figure 35 : Evolution du taux de rétention d’H2S en fonction du temps (manipulation 2) 139 

Figure 36: Accumulation d’H2S au sein du mâchefer en fonction du temps (manipulation 2) 140 

Figure 37: Evolution du taux de rétention d’H2S en fonction du temps (manipulation 3) 141 

233 



Figure 38: Accumulation d’H2S au sein du mâchefer en fonction du temps (manipulation 3) 142 

Figure 39 : Evolution du taux de rétention de CH3-SH en fonction du temps (manipulation 4) 146 

Figure 40 : Accumulation de CH3-SH au sein du mâchefer en fonction du temps (manipulation 4) 

147 

Figure 41 : Evolution du taux de rétention de CH3-S-CH3 en fonction du temps (manipulation 4) 

147 

Figure 42 : Accumulation du di-méthylmercaptan au sein du mâchefer en fonction du temps 

(manipulation 4) 148 

Figure 43 : Evolution du taux de rétention d’H2S par le mâchefer-coke, en fonction du temps 

(manipulation 8) 152 

Figure 44 : Evolution du taux de rétention du méthyl et di-méthylmercaptan par le mâchefer-coke, en 

fonction du temps (manipulation 9) 152 

Chapitre 5 

Figure 45 : Evolution des concentrations de dichlorométhane en entrée et en sortie du pilote au cours 

de la manipulation 10 (analyse en discontinu) 166 

Figure 46 : Evolution des concentrations de dichlorométhane en entrée et en sortie du pilote au cours 

de la manipulation 11 (analyse en continu) 167 

Figure 47 : Evolution des concentrations de chloroéthène en entrée et en sortie du pilote au cours de 

la manipulation 11 (analyse en continu) 168 

Figure 48 : Evolution des concentrations d’éthanol en entrée et en sortie du pilote au cours de la 

manipulation 11 169 

Figure 49 : Evolution des concentrations du butane en entrée et en sortie du pilote au cours de la 

analyse en discontinu 170 

Figure 50 : Variation du pourcentage de CO2 retenu en fonction du 176 

Chapitre 6 

Figure 51 : Schéma de principe de la mise en œuvre du mâchefer 191 

Figure 52 : Le mode de circulation du biogaz dans une alvéole sans drains 

horizontaux intermédiaires 192 

234 



Chapitre 1 

Liste des Tableaux 

Tableau 1 : Production des déchets municipaux en France 36 

Tableau 2 : Répartition des ordures ménagères selon le mode de traitement 41 

Tableau 3 : Comparaison de quelques politiques internationales de traitement des déchets 43 

Tableau 4 : Gisements de biogaz en Europe 53 

Tableau 5: Production énérgetique dans l’Union Européenne en 2001 54 

Tableau 6 : Composition moyenne de biogaz de décharge 55 

Tableau 7 : Emissions des gaz à effet de serre en tonne équivalent CO2 58 

Tableau 8 : Catégories de mâchefers en fonction de leur potentiel polluant 69 

Tableau 9 : Estimation de la répartition régionale de la production de MIOM 70 

Tableau 10 : Evolution des quantités de mâchefers produits entre 1994 et 2001 70 

Tableau 11 : Composition minéralogique d’un MIOM 74 

Tableau 12 : Composition chimique des mâchefers 77 

Tableau 13 : Proposition de classement des IME par type de procédé 84 

Chapitre 3 

Tableau 14 : Les paramètres des analyses 115 

Tableau 15 : Composition mâchefer VALORLY 118 

Tableau 16 : Résultats d’analyses sur la fraction lixiviable du mâchefer étudié (échantillon initial) et 

analyse sur solide 119 

Tableau 17 : Comparatif entre les résultats de lixiviation et de l’analyse élémentaire 120 

Tableau 18 : Composition moyenne du biogaz provenant du CET de Roche la Molière 121 

Chapitre 4 

Tableau 19 : Conditions expérimentales 137 

Tableau 20 : Comparatif des résultats obtenus pendant les manipulations 1, 2 et 3 143 

Tableau 21 : Conditions expérimentales concernant l’analyse des mercaptans 145 

Tableau 22 : Résultats caractéristiques sur la capacité de rétention des mercaptans par le mâchefer 

149 


Tableau 24 : Résultats caractéristiques sur la capacité de rétention de composés soufrés par du 

MIOM – coke (10 %) 153 

Tableau 25 : Bilan matière comparatif sur le soufre fixé 155 

Tableau 26 : Quelques propriétés physico-chimiques d’H2S et des mercaptans 156 

Tableau 27 : Volume de biogaz épuré par kg de mâchefer 159 

Chapitre 5 


Tableau 29 : Comparatif de la rétention des composés organiques volatils présentés par familles 

Tableau 30 : Composés organiques volatils majoritairement présents dans le biogaz 173 

Tableau 31 : Résultats manipulation 12 176 

Tableau 32 : Résultats manipulations LAEPSI et CNRS donnés par la colonne PORAPLOT 180 

Tableau 33 : Résultats manipulation CNRS donnés par la colonne OV1 181 

235 



Chapitre 6 

Tableau 34 : Ratios théoriques de dimensionnement concernant la rétention des composés soufrés par 

le mâchefer 190 

Tableau 35 : Ratios théoriques de dimensionnement concernant la rétention des composés soufrés par 

le mâchefer mélangé avec le coke (10 %) 190 

Tableau 36 : Résumé sur la mise en œuvre du procédé in situ 192 

236 



Bibliographie 

237

238

A 

BIBLIOGRAPHIE 

ADEME - La lettre de l'ADEME n°6. 2000. [en ligne], 2000. Disponible au : 

(consulté le 

20/10/2003) 

ADEME (a) - Déchets municipaux. Les chiffres clés. [en ligne], 2002. Disponible au : 

 

(consulté le 20/10/2003) 

ADEME (b) - Evolution de la production d'ordures ménagères. [en ligne], 2001. Disponible 

au : 


ADEME (c) - Le traitement des déchets ménagers et assimilés en 2000. [en ligne], 2000. 

Disponible au : 


ADEME (d) - Les installations de traitement des déchets ménagers et assimilés en 2000. [en 

ligne], 2000. Disponible au , (consulté 

le 11/02/2004) 

ADEME (e) - Promotion des énergies renouvelables – Biogaz. 2000. [en ligne], 2000. Disponible 

au 

 


ADEME (f) - Modernisation de la gestion de déchets. [en ligne], 2002. Disponible au : 

 


ADEME (g) - Les installations de stockage de déchets ménagers et assimilés - Techniques et 

recommandations. Paris : ADEME, 1999. 

ADEME (h) - Guide méthodologique du biogaz – Paris, 1999. [en ligne], 1999. Disponible 

au : 

239 



ADEME (i) - Les déchets. Les déchets municipaux : que deviennent nos déchets? 

Traitement thermique : les procédés. [en ligne], 2003. Disponible au : 

http://www.ademe.fr/Collectivites/Dechets-new/Devenir/cadre_devenir.htm. 




240 

Bibliographie 

ALBINO V., CIOFFI R., DE VITO B. and SANTORO L. - Evaluation of solid waste 

stabilization processes by means of leaching tests. In : Environmental Technology, 

vol 17, 1996, pp. 309-315. 

AMOKRANE A. and BLANCHARD J-M. - Simulation expérimentale de divers modes de 

traitement des mâchefers. Convention INSAVALOR – France-Déchets, Rapport N° 

3808, Villeurbanne : Institut National des Sciences Appliquées, 1997, 151p. 

AMOKRANE A., BLANCHARD J.M., BILLARD H., CHATELET-SNIDARO L., 

DELINEAU T. and BOURDIER C. - Le devenir des mâchefers d'incinération d'ordures 

ménagères - Partie1: Caractérisation des mâchefers. In : DECHETS - SCIENCE ET 

TECHNIQUES, 1998, vol. 10, n°2. 

ARAN C. - Modélisation des écoulements de fluides et des transferts de chaleur au sein 

des déchets ménagers. Application à la réinjection de lixiviat dans un centre de 

stockage. Thèse – Toulouse : Institut National Polytechnique De Toulouse, 2001, 

202p. 

ASSOCIATION FRANÇAISE DE NORMALISATION (AFNOR) - NF X31-210. Déchets. 

Essai de lixiviation. Paris : AFNOR, 1992, 13p. 

ATTILI S., BAILLIF P. and TOURAY J-C. - Fractions fines et ultra fines de mâchefer 

d'incinération d'ordures ménagères: caractérisation, lixiviation et analyses de surface. In : 

DECHETS - SCIENCE ET TECHNIQUE, 1999, vol. 13, pp. 28-35. 

B 

BARLAZ M.A., HAM R.K. and SHAEFER D.M. - Methane production from municipal refuse 

: a refuse review of enhancement techniques and microbial dynamics. In : Critical 

Reviews in Environmental Control, 1990, vol. 19, n°6, pp. 557-584. 

BAUCHARD M. - Perspectives d'utilisation des mâchefers d'incinération d'ordures ménagères 

en technique routière. In : Bulletin Liaison Laboratoire Ponts et Chaussées, juillet 

août, 1977, vol 90.



241 

Bibliographie 

BELEVI H., STÄMPFLI D.M. and BACCINI P. - Chemical behaviour of municipal solid 

waste incinerator bottom ash monofills. In : Waste Management & Research, 1992, 

vol. 10, pp.153-167. 

BILLARD H. - Mâchefers des usines d'incinération d'ordures ménagères ; Les utilisations 

possibles. Annales de la voirie et de l'environnement, 1988, pp.280 - 283. 

BILLARD H. - Centres de stockage des déchets - Exploitation. In : Technique de l'ingénieur, 

Traité Environnement, 1998, pp. G2 102-1-G2 102-22. 

BIOLOGIE ET RECHERCHE - Les différentes techniques de chromatographie. [en ligne], 

2004. Disponible au (consulté 

le 31/03/2004) 

BLANCHARD J-M., COMEL C., NAVARRO A., REVIN Ph., VERON J. and PYLLAY G. - 

Les mâchefers d'incinération d'ordures ménagères - Principales propriétés. 1998, In : 

T.S.M-L'EAU, vol. 84, n°3, pp. 127-140. 

BODENAN F. and PIANTONE P. - Maturation des mâchefers d'incinération d'ordures 

ménagères: validation du mécanisme, mise au point d'un test prévisionnel Rapport BRGM-. 

1999, DR/LPM - N°99/156, Orléans : BRGM, 1999, 13p. 

BODENAN F., PIANTONE P. and CHATELET-SNIDARO L. - Phases minérales de basse 

température et processus de maturation des mâchefers d'incinération d'ordures ménagères. 

Quel avenir pour les MIOM? 16-17-18 octobre 2001, Orléans, pp. 139-145. 

BOISSEAU P. - Le gisement des MIOM en France: le parc d'usines, les grandes tendances, 

incinération, résidus produits, résidus valorisés. Quel avenir pour les MIOM? 16-17-18 

octobre 2001, Orléans, pp. 1-5. 

BOUCHELAGHEM A., MAGNIE M-C. and MAYEUX M. - Valorisation de mâchefer 

stabilisés pour le confortement de carrières souterraines - Etude du comportement à long 

terme. In : DECHETS - SCIENCE ET TECHNIQUE, 1997, vol 8[4 ème trimestre], pp. 31- 

37. 

BRONS-LAOT G. - Evaluation environnementale de la valorisation de mâchefers d'incinération 

d'ordures ménagères en remplissage de carrière. Thèse – Villeurbanne : Institut National 

des Sciences Appliquées de Lyon, 2002, 202p.



242 

Bibliographie 

BRUDER-HUBSCHER V. - Valorisation de mâchefers d'incinération d'ordures ménagères. 

Comparaison d'études d'impact sur le terrain et en laboratoire (lysimètres). Thèse - 

Strasbourg : Université Louis PASTEUR de Strasbourg, 1998, 193p. 

BRUDER-HUBSCHER V., LAGARDE F. and LEROY M. - Valorisation de mâchefers 

d'incinération d'ordures ménagères. Partie 1: Caractérisation des mâchefers. In : 

DECHETS - SCIENCE ET TECHNIQUE, 2000, 18[2 ème trimestre], pp. 3-7. 

C 

CAMBIER P. AND MENCH M. - Contamination des sols par les métaux lourds et autres 

éléments-traces. Sol : interface fragile. Paris : Rapport INRA, 1998, vol. 28, n°3, pp. 161- 

172. 

CERCLE NATIONAL DU RECYCLAGE - Quel devenir pour les mâchefers d'incinération 

d'ordures ménagères?, 2001, [en ligne], 2001. Disponible au : 

(consulté le 

29/09/2003) 

CHANDLER A.J., EIGHMY T.T., HARTLEN J., HJELMAR O., KOSSON D.S, SAWELL 

S.E., van der SLOOT H.A., and VEHLOV J.. Bottom Ash. In : Municipal Solid Waste 

Incinerator Residues, Amsterdam : Elsevier, 1995. pp. 339-357. 

CHATEAU L. Les limites de la réglementation actuelle et les nouvelles dispositions sur les 

Résidus de Procédés Thermiques (RPT). Quel avenir pour les MIOM? 16-17-18 octobre 

2001, Orléans, 2001, pp. 70-74. 

CHATELET-SNIDARO L. - Stockabilité des mâchefers d'incinération d'ordures ménagères. 

Centre d'Essais et de Recherches sur l'Elimination des Convention N° 9606034 ADEME - 

FRANCE DECHETS, Paris : ADEME, 1998. 

CIKALA V. and PASCUAL C. - Evaluation de l'écotoxicité et du comportement en scénario de 

mâchefers d'incinération d'ordures ménagères. Quel avenir pour les MIOM? 16-17-18 


CITE-SCIENCES. - DECHETS - Petit historique des déchets. [en ligne], 4-10-2003. Disponible 

au : 

(consulté le 

14/10/2003) 

CLIQUOT de MENTQUE – Mâchefers d’incinération – Les chemins de la valorisation. In : 

Environnement magazine. Dossier technique, Janvier – février, 2002 n° 1604, pp 47-51.



243 

Bibliographie 

CLOZEL-LELOUP B., BODENAN F. and PIANTONE P. - Bottom ash from municipal solid 

waste incineration : mineralogy and distribution of metals. In : Waste Stabilization & 

Environment, Société Alpine de Publication, Lyon, 1999, pp. 46-51. 

COMANS R.N.J., MEIMA J.A. and GEELHOED P.A. - Reduction of contaminant leaching 

from MSWI bottom as by addition of sorbing components, In : Waste Management, 1999, 

vol. 20, pp. 125-133. 

CONSEIL REGIONAL ILE DE FRANCE, SPRIR ILE DE FRANCE, and UNICEM 

CARRIERES ET MATERIAUX. - Les mâchefers d'incinération d'ordures ménagères. 

Guide technique pour utilisation des matériaux régionaux d'Ile de France. Paris : Conseil 

régional Ile de France, UNICEM Carrières et matériaux, 1998, pp. 5-43. 

COUTAZ L. - Valorisation des mâchefers d'usines d'incinération d'ordures ménagères. Thèse – 

Villeurbanne : Institut National des Sciences Appliquées de Lyon, 25-1-1996, 230p. 

CREST M. - Approche physico-chimique des interactions du dioxyde de carbone avec des résidus 

de procès thermiques. DEA, Lyon : Institut National des Sciences Appliquées de Lyon, 2-9- 

2002, 54p. 

CRIGNON C. – Etude expérimentale du gonflement des mâchefers d’Incinération d’Ordures 

Ménagères traités aux liants hydrauliques : rapport provisoire de thèse ; Lille : Université 

des Sciences Techniques de Lille, 1998, 71p. 

D 

DAMIEN A. - Etude des caractéristiques intrinsèques de certains déchets des usines 

d'incinération d'ordures ménagères et de déchets industriels spéciaux. Rapport du Ministère 

de l'Ecologie et du développement durable. Paris : Ministère de l’écologie et du 

développement durable, 1997, 24p. 

DAVOLI E., GANGAI M.L., MORSELLI L. and TONNELLI D. - Characterisation of 

odorants emission from landfils by SPME and GC/MS. In : Chemosphere [en ligne], 2002, 

vol. 51, pp. 357-368. Disponible au : 


DE COCKBORNE A.M., VALLES V., BRUCKLER L., SEVENIER G., CABIBEL B., 

BERTUZZI P. AND BOUISSON V. - Environnemental consequences of apple waste 

deposition, In : Journal of Environnemental Quality, 1999, vol. 28, n°3, pp. 1031-1037.



244 

Bibliographie 

De LOUVIGNY N. - Conséquences de l'apport de verre pilé à la surface du Champ et de son 

incorporation dans la couche travaillée. Thèse –Montpellier : Université Montpellier II, 

2001, 210p. 

DELINEAU T. and BOUDKA A. - Le Concept du bioréacteur. Convention ADEME / SITA n° 

99 06 013, Paris : ADEME, 2000, 297p. 

DELVILLE N., MONTEL J-M, BOIVIN P. and TORRENT G. - Phases reliques et phases de 

haute température : répartition des métaux lourds. Quel avenir pour les MIOM? 16-17-18 


DELVILLE N. - Etude minéralogique et physico-chimique des mâchefers d'incinération 

d'ordures ménagères (MIOM) en vue d'une utilisation en technique routière. – Thèse- 

Clermont-Ferrand : Université Blaise PASCAL de Clermont-Ferrand, 17-1-2003, 319p. 

DGEMP. - Rapport annuel 1999 ; Energies et Matières premières ; Le Biogaz. [en ligne], 1999. 

Disponible au : 


DROUADAINE I, PASCUAL C. and SEIGNEURIE C. - Etude de l'impact environnemental 

d'une chaussée réalisée à partir de mâchefer traité aux liants hydrauliques. In : DECHETS 

- SCIENCE ET TECHNIQUE, 1996, vol.1 [1er trimestre]. 

DROUADAINE I. and BADREDDINE R. - Valorisation des MIOM en technique routière - 

Evaluation de leur impact sur l'environnement par la réalisation d'une chaussée 

expérimentale. In : DECHETS - Spécial MIOM, 2003, vol.4 [1er trimestre], pp.32-38. 

DUFOUR A. - Mise au point d'un indicateur de l'état de maturation de mâchefers d'incinération 

d'ordures ménagères (MIOM) en vue de la valorisation. DEA – Villeurbanne : Institut 

National des Sciences Appliquées de Lyon, 3-9-2003. 99p. 

E 

EL-FADEL M., SALIBY E., LECKIE J., AND SHAZBAK S. - Comparative assessment of 

settlement models for municipal solid waste landfill applications. In : Waste Management 

and Research, 1996, vol. 17, pp. 347-368. 

ENERGIE PLUS. - Biogaz : les voies de valorisation [en ligne] Energie Plus, 15-10-1998, vol. 

213, 1998. Disponible au : 

(consulté le 

23/09/2001).



245 

Bibliographie 

ENERGIE PLUS - Biovale bat le record européen de puissance électrique [en ligne], Energie 

Plus, 15-12-2000, vol. 257, 2003. Disponible au : 


ENERGIE PLUS – Mâchefers et REFIOM – Retour d’expériences et perspectives. In : Energie 

plus, 15/2/1997, supplément au n° 180, 32p. 

EVANS, C.L. - The toxicity of H2S and other sulphides. [en ligne], 2001 In : Q. J. Exp. Physiol, 

1967, vol. 52, pp.231, disponible au : 

(consulté le: 23-9-2003). 

F 

FNADE - Traitement thermique des déchets - Fiches thématiques. [en ligne], 2001. Disponible au 

: (consulté le 16/10/2003) 

FNADE (a) - La gestion des déchets - Fiches thématiques. [en ligne], 2002. Disponible au : 


Forum des sciences 22 octobre - 13 avril 2003. - Que faire de nos déchets ? [en ligne], 2003. 

Disponible au: 

(consulté le 

07/11/2003) 

FRANCOIS D. - Retour d'expérience en construction routière : évaluation du comportement 

environnemental et mécanique de MIOM dans des chaussées sous trafic. Quel avenir pour 

les MIOM? 16-17-18 octobre 2001, Orléans, pp. 48-53. 

FREYSSINET.P., PIANTONE P., AZAROUAL M., CLOZEL B., BAUBRON J.C., HAU 

J.M., GUYONNET D., GUILLOU-FROTTIER L., PILLARD F. and JEZEQUEL P. - 

Evolution chimique et minéralogique des mâchefers d'incinération d'ordures ménagères au 

cours de la maturation. BRGM. Orléans, 1998, vol. 280, pp. 2-11. 

G 

GAGNEPAIN B. - Spéciation des métaux lourds dans les résidus solides d'usines d'incinération 

d'ordures ménagères et contribution à l'interprétation de la vaporisation des processus de 

vaporisation. 1998, In : Déchets Science et Techniques, 1998, pp 22 - 26. 

GENIN A., BLANCHARD J-M., VERON J. and REVIN Ph. - Rapport des travaux sur la 

solidification des boues de peinture effectués dans le laboratoire de chimie appliquée - 

Département Génie Energétique de l'INSA, Lyon : INSA, 1979.



246 

Bibliographie 

GERARD M. - Recyclage et valorisation des déchets ménagers - Rapport n° 415 - Office 

Parlementaire D'évaluation Des Choix Scientifiques Et Technologiques1998-1999. [en 

ligne],1999, disponible au : (consulté le 

27/10/2003) 

GOACOLOU H., OGER P., SEIGNEURIE C., JOZON C., PASCUAL C., DROUADAINE I, 

and TROESCH O. - Scorcim pour la valorisation des mâchefers en travaux routiers. In : 

Revue Générale Des Routes Et Des Aérodromes, 1995, vol. 729, pp.39-44. 

GUIDE DECHETS LANGUEDOC-ROUSSILLON. - Guide pratique des déchets en 

Languedoc-Roussillon- Filières de valorisation et de traitement. [en ligne], 2001. 

Disponible au : (consulté le 07/09/2003) 

GUILLAR O., ARAN C., and HOUI D. - Effects of landfill operations on temperature rise; 

Proceedings Sardinia. 1999, Sardinia, vol. II, pp. 559-566. 

H 

HOUOT S. and ROSE J. - Déchets agricols, urbains, industriels. Prospective SIC - Atelier n° 8 

INSU. [en ligne], 2002. Disponible au : 


HUMEZ N., HUMEZ A.L., JUSTE R., and PROST R. - A new assessment of mobility of 

elements in sediments and wastes. Chemical Speciation and Bioavailability, 1997, vol. 9, 

n°2, pp.57-67. 

I 

IFEN (a) - Production des déchets ménagers et assimilés [en ligne], Paris : IFEN, 2000. 

Disponible au (consulté le 20.01.2002) 

IFEN (b) - Déchets ménagers et assimilés. [en ligne], Paris : IFEN, 2000. Disponible au 

(consulté le 19.01.2004) 

ISKANDAR A.D. - Relargage de métaux lourds par les mâchefers d'incinération d'ordures 

ménagères: Etude Préliminaire. NOVERGIE Méditerranée. Notes : DESS, Paris, 2000. 

J 

JEANMAIRE M. - Travail semestriel interdisciplinaire 1999 - Historique, technologies et 

paramètres. [en ligne], 1999. Disponible au : 

(consulté le 19/09/1999).



247 

Bibliographie 

JAFFRIN A., BENTOUNES N., JOAN A.M., MAKHLOUF S. – Landfill biogas for heating 

greenhouses and providing carbon dioxide supplement for plant growth.In: Biosystems 

Engineering, vol 86, n°1, 2003, pp 113-123. Disponible au : . 

JOHNSON C.A., KERSTEN M., ZIEGLER F., and MOOR H.C. - Leaching behaviour and 

solubility - controlling solid phases of heavy metals in municipal solid waste incinerator 

ash. In : Waste Management, 1996, vol. 16, n°1-3, pp. 129-134. 

JOUSSELLIN S. - Nous produisons trop de déchets. [en ligne], 2003. Disponible au 


K 

KIDA A.K., NOMA Y., and IMADA T. - Chemical speciation and leaching properties of 

elements in municipal incinerator ashes. In : Waste Management, 1996, vol. 16, n°5\6, pp. 

527-536. 

L 

LABORATOIRE DE CHIMIE PHYSIQUE APPLIQUEE ET ENVIRONNEMENT. - 

Analyse et caractérisation des résidus d'incinération d'ordures ménagères du canton de 

Genève à l'usine des Chenevilers, Etude : Institut National des Sciences Appliquées de 

Lyon, 1992. 

LAC C. and FOURCY P. - Intérêt, enjeux et bilans des installations de maturation et 

d'élaboration des mâchefers. Quel avenir pour les MIOM? 16-17-18 octobre 2001, Orléans, 

pp. 17-22. 

LANINI S. - Analyse et modélisation des transferts de masse et de chaleur au sein des décharges 

d'ordures ménagères. HDR. Toulouse : L’Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse, 

1998, 148p. 

LANINI S., AGUILLAR O. LEFEBVRE X. BALLANSAT G. - Temperature increase in 

landfills during the aerobic period - Proceedings of the 6 th International Landfill 

Symposium. Sardinia, 1997, vol. I, pp. 121-126. 

LI MIN, XIANG JUN, HU SONG, SUN LU-SHI, SU SHENG, SUN XUE-XIN, AND LI 

SHENG-PEI. - Caracterization of solid residues from municipal solid waste incinerator. 

In : Waste Management, 22-1-2004, vol. 24, pp. 1-9. Disponible au 

M 



248 

Bibliographie 

MAGNIE M-C. - Confortement de carrières souterraines à l'aide des mortiers des mâchefers 

stabilisés : mise en oeuvre, suivi et évaluation de l'impact environnemental. Quel avenir 

pour les MIOM? 16-17-18 octobre 2001, Orléans, pp. 54-60. 

MEHU J. and ORPHELIN M. - Gestion des MIOM dans l'Union Européenne : essais et usages. 

Quel avenir pour les MIOM? 16-17-18 octobre 2001, Orléans, pp. 75-80. 

MEIMA J. and COMANS R.N.J. - Overview of geochemical processes controlling leaching 

characteristics of MSWI bottom ash. In : Waste Materials in Construction - Putting Theory 

into Practice, Amsterdam : Ed. Elsevier, 2004, pp. 447-458. 

MEIMA J.A., van der WEIJDEN R.D., EIGHMY T.T. and COMANS R.N.J. - Carbonation 

processes in municipal solid waste incinerator bottom ash and their effect on the leaching of 

copper and molybdenum. Applied Geochemistry, 2002, vol. 17, pp. 1503-1513. 

MINISTERE DE L'ECOLOGIE ET DU DEVELOPPEMENT DURABLE. - Arrêté du 9 

septembre 1997 relatif aux installations de stockage de déchets ménagers et assimilés. [en 

ligne], Paris : Ministère de l’écologie et du développement durable, 1997. Disponible au: 


MINISTERE DE L'ECOLOGIE ET DU DEVELOPPEMENT DURABLE. - Circulaire du 12 

août 2002 - Guide de recommandations à l'usage des tiers experts pour l'évaluation de 

l'équivalence en étanchéité passive de centre de stockage [en ligne]. Paris : Ministère de 

l’écologie et du développement durable, 2002, pp. 1-276. Disponible au :< 

http://www.lemoniteurexpert.com/archives/contenu/voir_article.asp?num_article=20020809-035>(consulté 

le 

15/04/2004) 

MINISTERE DE L'ECOLOGIE ET DU DEVELOPPEMENT DURABLE. - Guide de 

recommandations à l'usage des tiers experts pour l'évaluation de "l'équivalence" en 

étanchéité passive de centre de stockage. Paris : Ministère de l’écologie et du 

développement durable, 2002. 

MINISTERE DE L'ECOLOGIE ET DU DEVELOPPEMENT DURABLE. - Le parc des 

usines d'incinération d'ordures ménagères - Etat des lieux. [en ligne]. Paris : Ministère de 

l’écologie et du développement durable, 2002. Disponible au : 

(consulté 

le 02/02/2003)



249 

Bibliographie 

MINISTERE DE L'ENVIRONNEMENT. - Loi n° 75-633 du 15/07/75 relative à l'élimination 

des déchets et à la récupération des matériaux. [en ligne]. Disponible au : 

(consulté le 

30/09/2003) 

MINISTERE DE L'ENVIRONNEMENT. - Arrêté du 30 décembre 2002 relatif au stockage de 

déchets dangereux. [en ligne], 2002. In : J.O. n° 90 du 16 avril 2003, pp. 6752. Disponible 

au : 


MINISTERE DE L'ENVIRONNEMENT. - Circulaire DPPR/SEI/BPSIED n° 94-IV-1 du 9 mai 

1994 relative à l'élimination des mâchefers d'incinération des résidus urbains. [en ligne]. 

Disponible au : 

(Consulté le 

30/09/2003) 

MINISTERE DE L'ENVIRONNEMENT. - Circulaire DPPR/SDPD, du 10 janvier 1996 

relative aux résidus de l'incinération des déchets ménagers et assimilés dans des fours à lits 

fluidisés. [en ligne]. Disponible au : 

(Consulté le 

30/09/2003) 

MINISTERE DE L'ENVIRONNEMENT. - Arrêté du 7 mars 2003 relatif à la programmation 

pluriannuelle des investissements de production d'électricité. [en ligne], 2003. Disponible 

au : (consulté le 11/11/2004) 

MINISTERE DE L'ENVIRONNEMENT. - Appel d'offres pour des installations de production 

d'électricité à partir de biomasse et de biogaz. [en ligne], 2004. Disponible au : 

( 

consulté le 08/03/2004) 

MILLERO, F.J., HUBINGER, S., FERNANDEZ, M. ET GARNETT, S. - Oxidationof H2S in 

seawater as a function of temperature, pH, and ionics trength. In : Environ. Sci. Technol, 

1987, vol. 21, 439p. 

MINISTERE DE L'ÉCONOMIE, DES FINANCES ET DE L'INDUSTRIE. - Le biogaz. 

Extrait du rapport annuel de la DGEMP 1999. [en ligne], 1999. Disponible au : 

 

(consulté le 04/07/2000)



250 

Bibliographie 

MOUTON C., BECKELYNCK J., ALBAGNAC G., and DUBURGUIER H.C. - Production et 

récupération de biogaz produit par les ordures ménagères enfouies en décharge. In : 

T.S.M-L'EAU, 1985, vol. 80, n°9, pp. 391-404. 

O 

OBSERV'ER. - Energies Renouvelables. [en ligne], 2003. Disponible 

au : (consulté le 17/10/2003) 

OLIVIER J., PASCUAL C., SPERBER J., LE CLOIREC P. – Méthodologie de 

caractérisation d’un stock de mâchefer d’incinération d’ordures ménagères. In : TSM N° 9, 

Septembre 1995, pp 667 – 672. 

P 

PARIS I., VALENTIS G.FERRANDI L., and WICKER K. - Protocole d'échantillonnage sur 

flux de mâchefer frais d'incinération d'ordures ménagères. In : T.S.M-L'EAU, 1993, vol. 

213. 

PASCUAL C., TROESCH O., OLIVIER S., PONCET T., BRESSAT R., OTTERBEIN M., 

and VERON J. - Etude de la déchloruration des fumées par du mâchefer d'incinération 

d'ordures ménagères. In : T.S.M-L'EAU, 1991, vol. 86, n°3, pp. 133-138. 

PASCUAL C., BOOS B., TROESCH O., BEAUREZ R., and HERMANN M. - Etude de 

l'évolution des propriétés physico-chimiques et mécaniques d'un stock de mâchefer. In : 

Environnement et Technique- Info Déchets, 1994, vol 140, pp. 86-92. 

PASCUAL C. and TROESCH O. - Préparation et traitement des mâchefers d'incinération 

d'ordures ménagères en vue d'une valorisation en technique routière. In : L'eau, l'industrie, 

les nuisances 11-1-1995, Lyon, vol 180, pp. 34-37. 

PASCUAL C. and BOOS B. - Etude de la répétabilité de la réponse a un test de lixiviation sur 

du mâchefer d'UIOM. In : Déchets - Science Et Technique, 1997, vol 6[2eme trimestre], pp. 

26-30. 

PAULET L. – Test de percolixiviation de mâchefer en colonne : rapport de stage de fin d’études. 

Saint Etienne : I.U.T. de Saint Etienne, avril-juin 1998, 39p. 

PELLEGATTA P. - Déchloruration des fumées dans une installation pilote, à l'aide de 

mâchefers d'usines d'incinération d'ordures ménagères. Rapport 6-9-1990, Lyon : Institut 

National des Sciences Appliquées de Lyon.



251 

Bibliographie 

PELLEGATTA P. - Diplôme d'Etudes Approfondies - Le traitement des fumées d'usines 

d'incinération d'ordures ménagères. 25-6-1991, Lyon : Institut National des Sciences 

Appliquées de Lyon. 

PEPIN G., BARTET B., and NOMINE M. - Caractéristiques et détermination de la matière 

organique dans les mâchefers d'incinération d'ordures ménagères (MIOM). Quel avenir 

pour les MIOM? 16-17-18 octobre 2001, Orléans, pp. 146-151. 

PIANTONE P. and AUTRET E. MIOM - Progresse-t-on encore? In : Déchets - Science Et 

Technique 2003, vol. Spécial MACHEFER [4eme trimestre]. 

PILLAY G. - Etude des propriétés d'adsorption des mâchefers d'incinération d'ordures 

ménagères. Application à l'épuration des lixiviats de décharge, Lyon : Institut National des 

Sciences Appliquées de Lyon, 1985, pp. 12-129. 

POULLEAU J. - Caractérisation des biogaz. Bibliographie. Mesures sur sites. 2002. [en ligne], 

2002. Disponible au (consulté le 

13/avril/2003) 

POURBAIX M. - : Atlas of Electrochemical Equilibria in Aqueous Solutions. USA, New York : 

Pergamon Press, 1966, 644p. 

PREVOT H. - La récupération de l'énergie issue du traitement des déchets. [en ligne], 2000, 

pp.1-124. Disponible au : 


PREFECTURE ILE DE FRANCE. - Guide technique pour l'utilisation des matériaux régionaux 

d'Ile de France. Les mâchefers d'incinération d'ordures ménagères. – Paris : Préfecture Ile 

de France, 1998. 

R 

REMONTET-DUGENEST S. - Mâchefers d'incinération d'ordures ménagères - Caractérisation 

physico-chimique de la matière organique. Etudes cinétiques et mécanistiques. – Thèse. 

Lyon : Université Claude Bernard Lyon1, 10-12-1997, 308p. 

REVIN Ph. - Proposition méthodologique pour l'étude de la mise en décharge des déchets 

industriels. Savoie : Thèse Université de Savoie - Faculté des sciences et techniques de 

Chambéry, 21-9-1984, 314p. 

RICHARDIN P. - La chromatographie. [en ligne], 2003. Disponible au : 

(31/03/2004).



252 

Bibliographie 

ROBLES - MARTINEZ F. – Etude de l’évolution bio-physico-chimique des ordures ménagères 

en conditions de mise en balles enrubannées. Thèse – Lyon : Institut National des Sciences 

Appliquées de Lyon, 1999, pp.193. 

Robert H PERRY RH., GREEN Don W., O MALONEY J. - PERRY’S – Chemical Engineers 

Handbook, 5ème ed., London : McGraw-Hill, 1984, pp. 3-78. 

S 

SATROD. - La valorisation du biogaz. [en ligne], 2003. Disponible au : 


SANDER R. - Compilation of Henry's Law Constants for Inorganic and Organic Species of 

Potential Importance in Environmental Chemistry. [en ligne], 1999. Disponible au : 


SCOUFLAIRE S. - Etude de l'interaction d'un biogaz synthétique de décharge avec un mâchefer 

d'incinération d'ordures ménagères Rapport de stage -. Stage DUEP, Lyon : POLDEN, 

2000, 42p. 

SENAT (a). - La valorisation des mâchefers. [en ligne], 1998. Disponible 

au :(11/02/2004) 

SENAT (b). - Les métaux lourds dans les déchets. [en ligne], 1999. Disponible au : 


SIENKO, M.J., PLANE, R.A. - Chemical principles and properties. 2e édition. New York, NY : 

McGraw-Hill Publishing Co, 1974. 

SILVESTRE P. - Caractéristiques effectives du mâchefer utilisé en TP. Quel avenir pour les 

MIOM? 16-17-18 octobre 2001, Orléans, pp. 6-10. 

SIMOND J., BLANCHARD J-M., NAVARRO A., REVIN Ph., and VERON J. - Procédé de 

traitement d'effluents liquides pollués. Brevet français n°82 19718 -. 19-11-1982. 

SONG Geum-Ju., KIM Ki-Heon., SEO Chil-Yong, and KIM Sam-Cwan. - Caracteristics of 

ashes from different locations at the MSW incinerator equipped with various air pollution 

control devices. Waste Management, 2004, vol. 24, pp. 99-106. Disponible au : 



253 

Bibliographie 

SNIDE - Etude de la lixiviation des mâchefers d'incinération. Rapport 117R91, Lyon, 1991, 20p. 

STEGMANN R. - Landfill gas utilisation : an overview. In : Christensen T and Cossu R. 

Landfilling of wast: .Biogas, London : E & FN Spon, 1996, pp. 10-17. 

STEGMANN R., SCHNEIDER J. – Leaching potential of municipal wasteincinerator bottom 

ash as a function of particle size distribution. In : Waste materials in construction, Ed. 

Elsevier, 1991, pp 134 143. 

T 

Thorneloe S.A., Reisdorph A., Pelt R., and Bass R.L. - The U.S. environmental protection 

agency's landfill gas emissions model (landgem) – 1999, Proceedings SARDINIA. vol. IV, 

pp. 11-18. 1999. 

V 

van der SLOOT H.A. and KOSSON D.S. - Leaching tests as a tool in waste management to 

evaluate the potential for utilisation of waste materials. ECN - Energy innovation ECN - R- 

94029, Netherlands : Energy research Centre of the Netherlands, 1995, 35p. 

VERON J. - Les mâchefers - Origine et Composition. Colloque "Les déchets de la dépollution - 

Vers une stratégie de traitement global", Lyon : Institut National des Sciences Appliquées 

de Lyon, Lyon, 7-5-1987. 8p. 

VERON J., BLANCHARD J-M., NAVARRO A., and REVIN Ph. - Les mâchefers 

d'incinération d'ordures ménagères - Propriétés et utilisation en épuration des lixiviats. 

Lyon : Institut National des Sciences Appliquées de Lyon, Lyon, 1989. 

VESSERON P.- Ministère de l'Ecologie et du Développement Durable. Circulaire 

DPPR/SDPD/BPGS/LB n° 000870 du 4 juillet 2002 relative aux installations de stockage 

de déchets ménagers et assimilés. Paris, 30-9-2003, pp. 210-297. 

W 

WICKER K., VERON J., and BLANCHARD J-M. - Caractérisation physico-chimique des 

mâchefers d'incinération de déchets par percolixiviation. In : T.S.M 1995, vol. 4, 369p. 

WILLIAMS P.T. - Waste Treatement and Disposal. West Susex, England : Ed. John 

Wiley&Sons Ltd., 1998.

254

Annexes 

203

204

SOMMAIRE des Annexes 

Annexe 1 : DECISION DE LA COMMISSION EUROPEENE (2001/118/CE) – 

Liste de déchets 

Annexe 2 : COMPOSITION DU BIOGAZ SELON SES ORIGINES 

Annexe 3 : PROPRIETES PHYSICO-CHIMIQUES DES COMPOSANTS DU 

BIOGAZ 

Annexe 4 : PROTOCOLE DE MANIPULATION 

Annexe 5 : MANIPULATIONS CONCERNANT L’ETUDE DE LA RETENTION 

D’H2S ET DE MERCAPTANS PAR LE MACHEFER ET PAR LE 

MELANGE MACHEFER-COKE (10 %) 

Annexe 6 : EXEMPLE DE COURBE D’ETALONNAGE DU CO2 

Annexe 7 : MESURE EXPERIMENTALE DU DEBIT 

205 



206

Annexe 1 

Annexe 1 

DECISION DE LA COMMISSION EUROPEENE (2001/118/CE) parue dans le 

JOCE1 L 47/3 du 16 janvier 2001, concernant la liste de déchets ménagers. 

20 DECHETS MUNICIPAUX (DECHETS MENAGERS DECHETS ASSIMILES 

PROVENANT DES COMMERCES, DES INDUSTRIES ET DES 

ADMINISTRATIONS), Y COMPRIS LES FRACTIONS COLLECTEES 

SEPAREMENT 

20 01 fractions collectées séparément (sauf section 15 01) 

20 01 01 papier et carton 

20 01 02 verre 

20 01 08 déchets de cuisine et de cantine biodégradables 

20 01 10 vêtements 

20 01 11 textiles 

20 01 13 solvants 

20 01 14 acides 

20 01 15 déchets basiques 

20 01 17 produits chimiques de la photographie 

20 01 19 pesticides 

20 01 21 tubes fluorescents et autres déchets contenant du mercure 

20 01 23 équipements mis au rebut contenant des chlorofluorocarbones 

20 01 25 huiles et matières grasses alimentaires 

20 01 26 huiles et matières grasses autres que celles visées à la rubrique 20 01 25 

20 01 27 peinture, encres, colles et résines contenant des substances dangereuses 

20 01 28 peinture, encres, colles et résines autres que celles visées à la rubrique 20 01 27 

20 01 29 détergents contenant des substances dangereuses 

20 01 30 détergents autres que ceux visés à la rubrique 20 01 29 

20 01 31 médicaments cytotoxiques et cytostatiques 

20 01 32 médicaments autres que ceux visés à la rubrique 20 01 31 

1 Journal Officiel des Communautés Européennes 

207

20 01 33 piles et accumulateurs visés aux rubriques 16 06 01, 16 06 02 ou 16 06 03 et piles et 

accumulateurs non triés contenant ces piles 

20 01 34 piles et accumulateurs autres que ceux visés à la rubrique 20 01 33 

20 01 35 équipements électriques et électroniques mis au rebut contenant des composants 

dangereux (1) , autres que ceux visés aux rubriques 20 01 21 et 20 01 23 

20 01 36 équipements électriques et électroniques mis au rebut autres que ceux visés aux rubriques 

20 01 21, 20 01 23 et 20 01 35 

20 01 37 bois contenant des substances dangereuses 

20 01 38 bois autres que ceux visés à la rubrique 20 01 37 

20 01 39 matières plastiques 

20 01 40 métaux 

20 01 41 déchets provenant du ramonage de cheminée 

20 01 99 autres fractions non spécifiées ailleurs 

20 02 déchets de jardins et de parcs (y compris les déchets de cimetière) 

20 02 01 déchets biodégradables 

20 02 02 terres et pierres 

20 02 03 autres déchets non biodégradables 

20 03 autres déchets municipaux 

20 03 01 déchets municipaux en mélange 

20 03 02 déchets de marchés 

20 03 03 déchets de nettoyage des rues 

20 03 04 boues de fosses septiques 

20 03 06 déchets provenant du nettoyage des égouts 

20 03 07 déchets encombrants 

20 03 99 déchets municipaux non spécifiés ailleurs 

(1) 

Par composants dangereux provenant d'équipements électriques et électroniques, on entend notamment 

des piles et accumulateurs visés à la section 16 06 et considérés comme dangereux, des aiguilles de mercure, 

du verre provenant de tubes cathodiques et autres verres activés, etc. 

Annexe 1 

208

Composants Décharge 

d’Ordure 

ménagères 

(OM 

80%). 

Production 

naturelle 

sans 

aspiration 

Annexe 2 

Annexe 2 

COMPOSITION DU BIOGAZ SELON SES ORIGINES 

Décharge 

d’Ordure 

ménagères 

(OM 

80%). 

Production 

forcée, 

avec 

aspiration 

Décharge 

d’Ordure 

ménagères 

et des 

déchets 

industriels 

(50% - 

50%). 

Production 

forcée, 

avec 

aspiration 

209 

Ordures 

ménagères 

triées en 

digesteurs 

Boues de 

station 

d’épuration 

Lisiers de 

bovins ou 

d’ovins en 

fermenteurs 

Distillerie 

CH4 (% vol) 50 – 58 30 – 55 25 – 45 50 – 60 60 – 75 

CO2 (% vol) 25 - 34 22 - 33 14 - 29 38 - 34 33 - 19 

N2 (% vol) 18 - 2 26 - 6 49 - 17 5 - 0 1 - 0 

O2 (% vol) 1 - 0 8 - 2 8 - 5 1 - 0 < 0,5 

H2O (% vol) 4 (à 30°C) 4 (à 30°C) 4 (à 30°C) 6 (à 40°C) 6 (à 40°C) 

Total (% vol) 100 100 100 100 100 100 100 

H2S (mg/m 3 ) 20 - 50 5 - 20 100 - 900 100 - 900 1000 - 

4000 

3000 - 

10000 

NH3 (mg/m 3 ) - - - - - 50 - 100 - 

Aromatiques 

(mg/m 3 ) 

2 1 0 - 200 0 - 200 - - - 

Organochlorés 

ou 

organofluorés 

(mg/m 3 ) 

0 - 200 0 - 100 100 - 800 100 - 800 - - - 

Source : [ADEME (h), 1999] 

400

209

Annexe 3 

Composé 

Annexe 3 

PROPRIETES PHYSICO-CHIMIQUES DES COMPOSANTS DU BIOGAZ 

Formule 

Chimique 

Masse 

moléculaire 

(g/mol) 

Etat 

physique 

à 25°C 

211 

Masse 

Volumique 

(kg/Nm 3 ) 

Masse 

Volumique 

(kg/l) 

Densité 

relative 

de 

Température 

d’ébullition 

(°C) 

Température 

de fusion 

(°C) 

Ammoniaque NH3 17,00 Gaz 0,77 - 

vapeur 

0,60 -33,00 -78,00 

Monoxyde de carbone CO 28,10 Gaz 1,25 - 0,97 -191,00 -205,00 

Dioxyde de carbone CO2 44,01 Gaz 1,98 - 1,53 -78,50 - 

Méthane CH4 16,00 Gaz 0,72 - 0,55 -161,00 -182,00 

Ethane C2H6 30,10 Gaz 1,36 - 1,05 -88,60 -183,00 

Ethylène CH2=CH2 28,10 Liquide 1,26 - 0,97 104,00 -169,00 

Butane CH3-CH2- 

CH2-CH3 

58,10 Gaz 2,70 - 2,10 -0,50 -135,00 

Butylène CH3-CH2- 

CH=CH2 

56,10 Gaz 2,50 - 1,94 -6,30 -186,00 

Propane CH3-CH2-CH3 44,10 Gaz 2,00 - 1,60 -42,00 -190,00 

Propylène CH2=CH-CH3 42,10 Gaz 1,91 - 1,45 -48,00 -185,00 

Pentane C5H12 72,20 Liquide - 0,63 2,50 36,00 -131,00 

Hexane C6H14 86,20 Liquide - 0,66 2,97 58÷63 -98 à -154 

Cyclohexane C6H12 84,16 Liquide - 0,78 2,91 80,80 6,50 

Heptane C7H16 100,20 Liquide - 0,68 3,60 98,00 -90,00 

Octane C8H18 114,23 Liquide - 0,7 3,95 125,80 -56,80 

Nonane C9H20 128,26 Liquide - 0,72 4,43 150,80 -53,52 

Xylène C6H4(CH3)2 106,20 Liquide - 0,86 3,70 135,00 -50,00 

Toluène C6H5(CH3) 92,14 Liquide - 0,87 3,20 110,80 -95,00 

Benzène C6H6 78,11 Liquide - 0,88 2,70 80,20 5,50 

Ethylbenzène C6H5-C2H5 106,17 Liquide - 0,87 3,67 136,20 -94,40 

Tetrahydrobenzène C6H10 82,15 Liquide - 0,81 2,84 83,30 -103,50

Annexe 3 

Composé 

Formule 

Chimique 

Masse 

moléculaire 

(g/mol) 

Etat 

physique 

à 25°C 

212 

Masse 

Volumique 

(kg/Nm 3 ) 

Masse 

Volumique 

(kg/l) 

Densité 

relative 

de 

vapeur 

Température 


(°C) 

Température 

de fusion 

(°C) 

Isopropylbenzène C6H5CH(CH3)2 120,20 Liquide - 0,86 4,20 153,00 -97,00 

Chlorométhane CH3Cl 50,50 Gaz 2,30 - 1,79 -23,70 -98,00 

Dichlorométhane CH2Cl2 85,00 Liquide - 1,3 2,90 40,00 -95,00 

Chloroforme CHCl3 119,38 Liquide - 1,48 4,12 61,70 -63,50 

Tetrachlorométhane CCl4 153,82 Liquide - 1,59 5,30 76,70 -22,90 

1,1-Dichlorométhane CH3CHCl2 99,00 Liquide - 1,18 3,40 57,25 -96,60 

Trichloroéthane CH3-CCl3 133,40 Liquide - 1,32 4,60 74,00 -30,40 

Dichlorotetrafluoroéthane CClF2-CClF2 170,92 Gaz 7,67 - 5,89 3,50 -94,00 

Trichlorotrifluoroéthane CCl2F-CClF2 187,40 Liquide - 1,58 6,47 47,60 -35,00 

Chloroéthylène CH2=CHCl 62,50 Gaz 0,92 - 2,20 -14,00 -160,00 

1,1-Dichloroéthylène CH2CCl2 97,00 Liquide - 1,25 3,50 32,00 -122,00 

1,2 cis-Dichloroéthylène CHCl=CHCl 97,00 Liquide - 1,28 3,40 60,00 -80,00 

1,2 trans- 

CHCl=CHCl 97,00 Liquide - 1,26 3,40 48,00 -50,00 

dichloroéthylène 

Trichloréthylène CHCl=CCl2 131,39 Liquide - 1,46 4,54 87,00 -73,00 

Tetrachloroéthylène CCl2=CCl2 165,80 Liquide - 1,62 5,73 121,10 23,50 

Chlorotrifluoroéthylène CClF=CF2 116,47 Gaz 5,34 - 4,02 -28,40 -158,00 

Chlorodifluorométhane CHClF2 86,47 Gaz 3,88 - 2,98 -40,80 -160,00 

Chlorotrifluorométhane CClF3 104,46 Gaz 4,67 - 3,63 -81,90 -181,00 

Dichlorofluorométhane CHCl2F 102,90 Gaz 4,62 - 3,55 8,90 -135,00 

Dichlorodifluorométhane CCl2F2 120,90 Gaz 5,51 - 4,17 -29,80 -155,00 

Sulfure d’hydrogène H2S 34,10 Gaz 1,54 - 1,20 -60,00 -86,00 

Acide Thioglicolique CH2SHCOOH 92,12 Liquide - 1,33 3,3 104 -16,5 

Méthyl éthyl éther C3H8O 60,09 Liquide - 0,78 - 97,10 -90 

Diéthyl éther C4H10O 74,12 Liquide - 0,81 - 117,50 - 

Disulfure de Carbone CS2 76,14 Liquide - 1,21 2,67 46,5 -111,6

Annexe 3 

Composé 

Formule 

Chimique 

Masse 

moléculaire 

(g/mol) 

Etat 

physique 

à 25°C 

213 

Masse 

Volumique 

(kg/Nm 3 ) 

Masse 

Volumique 

(kg/l) 

Densité 

relative 

de 

vapeur 

Température 


(°C) 

Méthyl mercaptan CH3SH 48,10 Gaz 1,66 - - 6,00 -123 

Di-méthylmercaptan) C2H6S 62 Gaz 2,1 - - 37,00 -121 

[Source : Massacci, 1996 cité par Boudka et al. 2001] 

Température 

de fusion 

(°C)

214

Protocoles concernant le mâchefer 

Annexe 4 

Annexe 4 

PROTOCOLE DE MANIPULATIONS 

Tout mâchefer utilisé pour les manipulations effectuées dans le cadre de cette étude, a été 

humidifié selon le même protocole. 

Tout d’abord des mesures d’humidité ont été effectuées pour chacun des échantillons de 

mâchefer prélevés. Pour cela, nous avons suivi la norme X 31-102 1 . Conformément à cette 

norme, l’humidité initiale du mâchefer a été déduite de la différence entre la masse initiale 

d’échantillon de mâchefer utilisé et sa masse après séchage à 105°C. 

L’humidité est alors calculée comme suit : 

M i − M 

H = 

M 

i 

215 

f 

⋅100 

Avec : H l’humidité (%), Mi la masse initiale de mâchefer et Mf la masse finale de mâchefer 

après séchage. 

Prélevés dans les mêmes conditions et conservés de la même manière, chacun de nos 

échantillons avait une humidité voisine de 4 %. 

Tout mâchefer d’une humidité initiale ainsi mesurée, a été ramené à un taux d’humidité 

d’environ 15 % en suivant le protocole détaillé ci-après. 

Protocole d’humidification du mâchefer 

Peser tout d'abord chaque seau rempli de mâchefer en ayant soustrait la tare du seau, 

Pour que l’homogénéisation soit correcte et facile, diviser chaque seau de mâchefer en 2 à 

l'aide d'un seau vide, 

Peser à nouveau chaque seau en enlevant la tare, 

Calculer le volume d'eau à rajouter (voir ci-après), 

Ajouter ensuite l'eau de façon proportionnelle dans les 2 seaux, 

Refermer chaque seau, détacher leur anse, puis les renverser plusieurs fois, 

Les placer sur le flan, puis les faire rouler pendant 5 minutes pour l’homogénéisation, 

Remettre les seaux droits et les ouvrir pour vérifier l'homogénéité de l'humidité, 

Si nécessaire continuer l’agitation encore quelques minutes. 

Le calcul de la quantité d’eau à ajouter au mâchefer initial se fait comme suit : 

1 Détermination de l’humidité résiduelle

Annexe 4 

M 

H 2 O 

M i ⋅ H 

= 

1− 

H 

Avec : MH2O la masse d’eau à ajouter (L) pour obtenir l’humidité Hf souhaitée 

Remarque : dans notre calcul, nous avons tenu compte de l’humidité initiale (environ 4 %) du 

mâchefer. 

Protocoles concernant l’installation pilote 

Concernant le remplissage et la vidange d’un ou des deux éléments de la colonne avec du 

mâchefer humidifié au préalable, cela a été effectué en respectant des indications précises, et 

selon des protocoles identiques. 

Protocole de remplissage de la colonne pilote 

Placer dans un élément vide une grille métallique, puis, recouvrir cette dernière d'une 

couche de bidim (tissu non tissé), 

Faire la tare, 

Placer ensuite l’élément dans la brouette (à l'extérieur du bungalow de préférence), 

Ajouter un disque de PVC sous la colonne pour ne pas détériorer la grille, 

Commencer le remplissage à l'aide d'une petite pelle de façon à obtenir un lit de mâchefer 

d'environ 10 cm de haut, 

Au fur et à mesure de cette opération, remplir une barquette afin de constituer un 

échantillon pour l’analyse de laboratoire, 

Tasser le bord intérieur de la colonne avec un marteau, 

Utiliser ensuite la dame 3 fois de suite, selon le schéma suivant : 

Continuer de remplir et tasser de la même manière que précédemment, 

10 

1 

Amener ensuite la brouette près de la balance et peser afin de connaître la quantité exacte 

du mâchefer ajoutée, 

Utiliser le palan pour installer l’élément sur la colonne sans effort, 

Visser toutes les vis de fermeture sans trop les serrer (afin de ne pas écraser le joint). 

216 

2 

f 

f 

3

Protocole de mise en route de l’installation 

La mise en route de l’installation présentée sur la figure 21 du manuscrit, comporte les étapes 

suivantes : 

Ouverture du disjoncteur principal, 

Ouverture des trois fusibles, pour la mise en fonctionnement des électrovannes de sécurité 

(1) et (11), 

Mise en route et réglage du bain thermostaté (2), 

Vérifier que tout le circuit est bien fermé (vannes 4, 6, 8, 9 et celle du débitmètre), 

Mise en route du chromatographe et de l’ordinateur, 

Réaliser le couplage du système de refroidissement avec l’entrée du gaz (3) 

Ouvrir les vannes (4) et (6) en maintenant les vannes (8) et (9) fermées afin de vérifier la 

pression d’entrée de la colonne et les éventuelles fuites (si au bout d’un certain temps le 

flotteur du débitmètre ne monte pas, on a l’indication qu’il n’y a pas des fuites). 

Noter la pression en entrée, 

Ouvrir la vanne (8) et fermer la vanne (4) afin de vérifier la pression en sortie, 

Noter la pression de sortie, 

Ouvrir la vanne (4) et régler le débit désiré, 

Noter la pression en fonctionnement. 

Vidange et déchargement de l’installation 

Pour réaliser la vidange et ensuite le déchargement de l’installation il faut suivre les étapes 

suivantes : 

Fermeture des trois fusibles pour découpler les électrovannes et la circulation du gaz, 

Fermeture du disjoncteur principal, 

Arrêt du bain thermostaté, 

Fermeture de la vanne d’entrée (4), 

Fermeture de la vanne de sortie (8), 

Ouverture de la vanne du circuit de vidange (9), et ouverture du raccord rapide pour 

l’entrée d’air (3), 

Ouverture de la pompe pour vidange (12), 

Attente entre 15 et 30 min en fonction de la charge « filtrante », 

Arrêt du chromatographe et de l’ordinateur, 

Déchargement de l’installation (dans le CET de Roche la Molière). 

Annexe 4 

217

218

Annexe 5 

Annexe 5 

Manipulations concernant l’étude de la rétention d’H2S et des 

mercaptans par le mâchefer et par le mélange mâchefer-coke (10 %) 


taux de rétention CH 3 -SH, (%) 

100 

90 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

0 24 48 72 96 120 144 168 

temps (h) 


taux de rétention CH 3 -S-CH 3 (%) 

100 

90 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

0 24 48 72 96 120 144 168 

temps (h) 


219

Figure 3 : Accumulation du CH3-SH au sein du mâchefer en fonction du temps (manipulation 5) 

Annexe 5 

g CH 3 -SH accumulés 

g CH 3 -S-CH 3 accumulés 

0,6 

0,5 

0,4 

0,3 

0,2 

0,1 

Figure 4 : Accumulation du CH3-S- CH3 au sein du mâchefer en fonction du temps 


220 

y = 0,0018x + 0,0939 

y = 0,0033x 

0 

0 24 48 72 96 120 144 168 192 

5 

4,5 

4 

3,5 

3 

2,5 

2 

1,5 

1 

0,5 

y = 0,0297x 

temps (h) 

0 

0 24 48 72 96 120 144 168 

temps (h)


Annexe 5 

taux de rétention CH 3 -SH, (%) 


taux de rétention CH 3 -S-CH 3 , (%) 

100 

90 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

0 20 40 60 80 

temps (h) 

0 20 40 60 80 100 

temps (h) 


221


Annexe 5 



4,5 

4 

3,5 

3 

2,5 

2 

1,5 

1 

Figure 8 : Accumulation du CH3-S- CH3 au sein du mâchefer en fonction du temps 


222 

y = 0,0344x + 0,5775 

0,5 

y = 0,0461x 

0 

0 24 48 72 96 

2 

1,5 

1 

0,5 

0 

y = 0,0259x 

temps (h) 

y = 0,0151x + 0,1938 

y = 0,0039x + 0,7661 

0 20 40 60 80 

temps (h)




Annexe 5 

taux de rétention CH3-SH, (%) 

taux de rétention CH 3 -S-CH 3 , (%) 

100 

80 

60 

40 

20 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

0 

0 20 40 60 80 100 120 140 

temps (h) 

0 20 40 60 80 100 120 140 

temps (h) 

223


Annexe 5 



0,3 

0,25 

0,2 

0,15 

0,1 

0,05 

2 

1,6 

1,2 

0,8 

0,4 

0 

y = 0,0014x + 0,0519 

y = 0,0179x 

224 

y = 0,0066x + 0,2354 

0 24 48 72 96 120 144 

temps (h) 

y = 0,0014x + 0,0662 

y = 0,003x + 0,0108 

0 

0 24 48 72 96 120 144 

temps (h) 

Figure 12 : Accumulation du CH3-S-CH3 au sein du mâchefer en fonction du temps 

(manipulation 7)

Manipulation 8, mâchefer-coke (10 %) 

H2S 

Figure 13 : Accumulation du H2S au sein du mélange mâchefer-coke en fonction du temps 


Manipulation 9, mâchefer-coke (10 %) 

CH3SH 

Figure 14 : Accumulation du CH3-SH au sein du mélange mâchefer-coke en fonction du temps 


Annexe 5 

H 2 S accumulé (g) 

90 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

0 48 96 144 192 240 288 336 384 432 480 528 576 

y = 0,1325x 

temps (h) 

225

CH3S CH3 

Figure 15 : Accumulation du CH3-S-CH3 au sein du mélange mâchefer-coke en fonction du temps 


Annexe 5 

CH 3 SCH 3 accumulé (g) 

CH 3 SH accumulé (g) 

20 

16 

12 

8 

4 

2 

1,8 

1,6 

1,4 

1,2 

1 

0,8 

0,6 

0,4 

226 

y = 0,0057x + 0,1467 

0,2 

y = 0,0065x 

0 

0 50 100 150 200 250 300 

y = 0,0663x 

temps (h) 

y = 0,0345x + 1,8365 

0 

0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 

temps (h)

Annexe 6 

Annexe 6 

EXEMPLE DE COURBE D’ETALONNAGE DU CO2 

Concentration, (% vol) 

100 

90 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

0 2E+06 4E+06 6E+06 8E+06 1E+07 1E+07 

y = 9E-06x - 0,7761, R 2 = 0,9998 

227 

Surface

228

Annexe 7 

Annexe 7 

CORRECTION DU DEBIT DE BIOGAZ 

Le débit de biogaz a été mesuré à l’aide d’un débitmètre à flotteur BROOKS, en verre, avec 

une échelle allant de 1 à 36 L/min. 

Ce débitmètre, étalonné en conditions de pression et température normales (p = 1,013 bar, T = 

273 K) a été conçu pour la mesure du méthane. 

Pour la mesure du débit de biogaz qui est réellement passé dans l’installation pilote dans le 

cadre de nos expérimentations, une correction de la lecture du débit a été nécessaire. 

L’équation de correction est la suivante : 

Q 

Biogaz 

v 

= Q 

CH 4 

V ⋅ 

229 

ρ CH 4 

ρ 

Biogaz 

Avec : Qv Biogaz le débit du biogaz entrant dans la colonne pilote, 

Qv CH4 le débit lu, 

ρCH4 la masse volumique du méthane dans les conditions de l’expérimentation, 

ρbiogaz la masse volumique du biogaz dans les conditions de température et pression de 

l’expérimentation. 

Les masses volumiques du biogaz et du méthane dans les conditions de travail ont été obtenues 

avec la relation suivante : 

ρ0 

× T0 

× P1 

ρ 1 = 

P × T 

Ou : ρ1 est la masse volumique du biogaz ou du méthane dans les conditions de travail, 

0 

ρ0 est la masse volumique du biogaz ou du méthane dans les conditions normales de 

température et pression (P0 = 1,013 bar, T0 = 273 K), 

T1 et P1 sont respectivement la température et la pression du biogaz ou du méthane dans les 

conditions de travail. 

1

230

Etude des propriétés épuratoires des mâchefers d'incinération d ...

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?