ETAT DE L ART DES TECHNOLOGIES D IDENTIFICATION ET DE TRI DES DECHETS

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1 ETAT DE L ART DES TECHNOLOGIES D IDENTIFICATION ET DE TRI DES DECHETS STATE-OF-THE-A RT OF WASTE IDENTIFICATION AND SORTIN TECHNOLOGIES Rapport révisé Septembre 2012 Etude réalisée pour le compte de l ADEME par AJI-Europe Christian Delavelle (Contrat n C0076) Coordination technique : Catherine Marioge Direction Consommation Durable et Déchets ADEME Angers RAPPORT FINAL Etat-de-l Art des technologies d identification et de tri des déchets 1

2 REMERCIEMENTS Nous tenons à remercier les organisations professionnelles, fabricants, responsables de centres de recherche et autres acteurs impliqués dans le développement ou l utilisation des systèmes de tri, qui nous ont permis de mener à bien cette étude. Le comité de pilotage est constitué des membres suivants : Jérôme BETON (ADEME), Igor BILIMOFF (FEDEREC), Michel COLIN (MEEDDM), V.LEBLANC (FNADE), Catherine MARIOGE (ADEME), Clotilde VERGNON (FNADE), Daniel ZIMMERLIN (FEDEREC). Toute représentation ou reproduction intégrale ou partielle faite sans le consentement de l auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause est illicite selon le Code de la propriété intellectuelle (art. L 122-4) et constitue une contrefaçon réprimée par le Code pénal. Seules sont autorisées (art ) les copies ou reproductions strictement réservées à l usage privé de copiste et non destinées à une utilisation collective, ainsi que les analyses et courtes citations justifiées par la caractère critique, pédagogique ou d information de l œuvre à laquelle elles sont incorporées, sous réserve, toutefois, du respect des dispositions des articles L à L du même Code, relatives à la reproduction par reprographie. Any representation or reproduction of the contents herein, in whole or in part, without the consent of the author(s) or their assignees or successors, is illicit under the French Intellectual Property Code (article L 122-4) and constitutes an infringement of copyright subject to penal sanctions. Authorised copying (article 122-5) is restricted to copies or reproductions for private use by the copier alone, excluding collective or group use, and to short citations and analyses integrated into works of a critical, pedagogical or informational nature, subject to compliance with the stipulations of articles L L incl. of the Intellectual Property Code as regards reproduction by reprographic means. Etat-de-l Art des technologies d identification et de tri des déchets 2

3 SOMMAIRE RÉSUMÉ 7 SUMMARY 8 1 OBJECTIFS 9 2 CHAMP DE L ÉTUDE CHAMP DES TECHNOLOGIES CHAMP GÉOGRAPHIQUE 10 3 MÉTHODOLOGIE 11 4 STRUCTURE DU RAPPORT 12 5 LES TECHNOLOGIES DE TRI ET DE CONTRÔLE QUALITÉ LES 13 TECHNOLOGIES DE TRI RECENSÉES POSITIONNEMENT DANS LE SPECTRE ÉLECTROMAGNÉTIQUE DES TECHNOLOGIES DE TRI PAR SPECTROMÉTRIE LES TECHNOLOGIES MAITRISÉES LES TECHNOLOGIES EN DÉVELOPPEMENT L OFFRE DE TECHNOLOGIES DE TRI 23 6 LES APPLICATIONS DES TECHNOLOGIES DE TRI DES DÉCHETS CLASSEMENT DES APPLICATIONS PAR GISEMENT DE DÉCHETS CLASSEMENT DES APPLICATIONS PAR TECHNOLOGIE DE TRI SECTEURS LES PLUS PORTEURS D INNOVATION CLASSEMENT DES APPLICATIONS PAR TECHNOLOGIE DE TRI ET DIFFÉRENTIEL DE DÉVELOPPEMENT DES TECHNOLOGIES EN FRANCE PAR RAPPORT AUX PAYS LES PLUS EN POINTE FACTEURS EXPLICATIFS DU DIFFÉRENTIEL DE DÉVELOPPEMENT DES TECHNOLOGIES EN FRANCE PAR RAPPORT AUX PAYS LES PLUS EN POINTE CLASSEMENT DES APPLICATIONS PAR FONCTIONNALITÉ DE TRI 35 7 ATTENTES DES INDUSTRIELS EN MATIÈRE DE TRI DES DÉCHETS LES ATTENTES CLES ATTENTES LIÉES AU CONTRÔLE QUALITÉ DES DÉCHETS TRIÉS AUTRES ATTENTES EXPRIMÉES PAR LES INDUSTRIELS ET PAR LES ORGANISMES EN CHARGE DE LA GESTION DES FILIÈRES ETAT DE LA R&D SUR LES TECHNOLOGIES DE TRI 48 Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 3

4 8.1 VUE D ENSEMBLE LES INVESTISSEMENTS D AVENIR LES PROJETS DE R&D IDENTIFIÉS LA R&D RELATIVE AUX AMÉLIORATIONS POLYVALENTES 52 9 PISTES À PROMOUVOIR POUR LA R&D LES OBJECTIFS DU GRENELLE DE L ENVIRONNEMENT PISTES À PROMOUVOIR POUR LA R&D 56 ANNEXE 1 ACRONYMES ET ABRÉVIATIONS 60 ANNEXE 2 FICHES «TECHNOLOGIES DE TRI» RAYONS X PAR TRANSMISSION (XRT) RAYONS X PAR FLUORESCENCE (XRF) INDUCTION PILOTÉE (IND) 68 3 BIS : INDUCTION MAGNÉTIQUE TOMOGRAPHIE PLANAIRE (PMIT) SPECTROMÉTRIE D ÉMISSION OPTIQUE (SEO) SPECTROMÉTRIE PROCHE INFRAROUGE (NIR) THERMOGRAPHIE INFRAROUGE MOYEN (MIR) ANALYSE DE LA COULEUR (VISIBLE) RECONNAISSANCE DE FORME COMBINAISON PROCHE INFRAROUGE + VISIBLE (NIR + VIS) COMBINAISON PROCHE INFRAROUGE + VISIBLE + INDUCTION SPECTROSCOPIE DE PLASMA INDUIT PAR LASER (LIBS) INCORPORATION DE TRACEURS DANS LES POLYMÈRES SPECTROSCOPIE TERAHERTZ (THZ) ULTRA-SONS SPECTROSCOPIE RAMAN 100 ANNEXE 3 FICHES «APPLICATIONS» 101 OMR-1 : TRI DES CORPS CREUX EN PLASTIQUE ET DES FIBREUX CONTENUS DANS LA FRACTION SÈCHE DES UNITÉS DE TMB 104 OMR-2 : RÉDUCTION DE LA TENEUR EN CHLORÉ DE LA FRACTION SÈCHE DES UNITÉS DE TMB, POUR LA PRÉPARATION DU CSR 105 OMR-3 : TRI DES INDÉSIRABLES (MÉTAUX, INERTES) CONTENUS DANS LA FRACTION ORGANIQUE DES OMR 106 E+P-1 : SÉPARATION DES PLASTIQUES (PRINCIPALEMENT LES CORPS CREUX) ET DES FIBREUX (PRINCIPALEMENT DES PRODUITS PLATS) CONTENUS DANS LES EMBALLAGES ISSUS DE LA COLLECTE SÉLECTIVE. 107 E+P-2A : SUR TRI DES PAPIERS / CARTONS ENTRE EUX 110 E+P-2B : SUR TRI EN VUE DE L OBTENTION D UNE FRACTION EMR À PARTIR DE LA FRACTION FIBREUX. 113 E+P-2C : SUR TRI EN VUE DE L OBTENTION D UNE FRACTION PAPIERS ADAPTÉE AU RECYCLAGE EN PAPIER IMPRESSION 114 Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 4

5 E+P-2D : CONTRÔLE QUALITÉ DES VIEUX PAPIERS DESTINÉS À LA FABRICATION DU PAPIER IMPRESSION 115 E+P-3A : SUR-TRI DES CORPS CREUX EN PLASTIQUE 116 E+P-3B : 1/: ELIMINATION DU PVC DANS UN FLUX DE BOUTEILLES PET, POUR LA FABRICATION DE FIBRES DE REMBOURRAGE (KAPOK) ; 2): TRI COULEUR DES BOUTEILLES PET (CLAIR/AZUR, COLORÉ) ET ÉLIMINATION DU PVC, POUR LE RECYCLAGE «BOTTLE TO BOTTLE» 119 E+P-3C : TRI DES CARTOUCHES DE MASTIC AU SILICONE 122 E+P-4 : RÉCUPÉRATION DES MÉTAUX NON SÉPARÉS PAR TRI MAGNÉTIQUE ET PAR COURANT DE FOUCAULT 123 VER-1 : TRI DES INFUSIBLES DANS LES BOUTEILLES USAGÉES 125 VER-2 : TRI COULEUR DES BOUTEILLES EN VERRE 127 DEE-1 : PRÉ TRI D APPAREILS ENTIERS OU DE PARTIES D'APPAREILS 128 DEE-2 : TRI DES PILES SELON LEUR COUPLE ÉLECTROCHIMIQUE. 129 DEE-3 : EXTRACTION DES CÂBLES SELON LEUR RAPPORT LARGEUR/LONGUEUR 131 DEE-4 : TRI DES PLASTIQUES CONTENANT DES ADDITIFS BROMÉS 132 DEE-5 : TRI DU VERRE AU PLOMB ET DU VERRE AU BARYUM DANS LES TUBES CATHODIQUES 133 DEE-6 : TRI COULEUR DES MÉTAUX NON FERREUX CONTENUS DANS LES PAM 134 DEE-7 : TRI DE MÉLANGES DE POLYMÈRES (PET, PEHD, PP, PVC, ABS ) ET DE MÉTAUX ISSUS DE DEEE BROYÉS 135 VHU-1 : TRI DE PIÈCES PLASTIQUES ENTIÈRES PRÉALABLEMENT DÉMONTÉES 138 VHU-2 : TRI DU VERRE SÉRIGRAPHIÉ DANS LES PARE-BRISES (ÉCHANGE STANDARD) 139 VHU-3 : TRI D'UN MÉLANGE DE POLYMÈRES BROYÉS (PET, PEHD, PP, PS, PE, PVC, ABS) ET DE MÉTAUX ISSUS DE RBA 140 CD-1 : TRI DES MENUISERIES EN PVC 143 CD-2 : TRI DES BITUMES, DES TERRES CUITES ET DU PLÂTRE 145 MET-1 : TRI DES MÉTAUX ET DES ALLIAGES ENTRE EUX 146 TEX-1 : TRI DES TEXTILES PAR MATÉRIAU OU PAR COULEUR 149 BOIS-1 : TRI DES BOIS ENTRE EUX 150 ANNEXE 4 FICHES DE CARACTÉRISATION DES PROJETS DE RECHERCHE 151 ANNEXE 5 ENTRETIENS RÉALISÉS DANS LE CADRE DE L ÉTUDE 164 ANNEXE 6 BIBLIOGRAPHIE 167 Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 5

6 Liste des tableaux Tableau 1 : Les technologies maîtrisées 13 Tableau 2 : Les technologies en développement 13 Tableau 3 : Panorama des technologies maîtrisées 18 Tableau 4 : Panorama des technologies en développement 22 Tableau 5 : Principaux fabricants identifiés (systèmes de tri en continu) 23 Tableau 5 bis : Croisement «Technologie x type de déchet» des innovations fabricants au cours des 18 derniers mois 24 Tableau 6 : Applications des technologies de tri, classées par gisements 26 de déchets Tableau 7 : Nombre d applications recensées pour chaque couple 28 «gisement de déchets x technologie de tri» Tableau 8: Classement des applications par technologies de tri 30 Tableau 9 : Facteurs explicatifs du différentiel de développement 34 de certaines technologies de tri dans le tissu industriel français par rapport aux pays les plus en pointe. Tableau 10 : Classement des applications par fonctionnalités de tri 36 Tableau 11 : Attentes identifiées et technologies susceptibles d y répondre 43 Tableau 12 : Projets de recherche récents relatifs au développement 49 des technologies de tri Tableau 13 : Situation actuelle et objectif règlementaires de recyclage 55 par gisement de déchets Tableau 14 : Liste des principales attentes exprimées par les industriels 55 du tri Tableau 15 : Liste des fiches «Technologies de tri» 61 Tableau 16 : Liste des fiches «Applications» 100 Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 6

7 RESUME Contexte Les objectifs de valorisation des déchets sont définis par un cadre communautaire et national (directive cadre 2008/98/CE), loi Grenelle 1 (adoptée en octobre 2008) et la loi Grenelle (promulguée le 12 juillet 2010). Les objectifs de recyclage, de récupération et de valorisation des déchets fixés par ce cadre règlementaire pour la période concernent de nombreux types de déchets, dont les emballages ménagers, les VHU, les DEEE, les piles et accus et les déchets de construction et démolition. Dans ce contexte, pour augmenter les quantités recyclées et répondre aux différents objectifs européen et français, il importe d améliorer les techniques de tri actuelles, de les adapter pour mieux valoriser en qualité et en quantité les déchets produits et de développer de nouveaux couples déchet / technologie de tri adaptés aux évolutions des gisements. Ces derniers sont en effet de plus en plus diffus, complexes et comportent de nouveaux matériaux. Il importe aussi d améliorer la qualité du contrôle des flux triés. Objectifs et périmètre du document L objectif de cette étude est de réaliser un état de l art des technologies de tri et de contrôle qualité. Les déchets concernés comportent un ou plusieurs matériaux pouvant faire l objet principalement d un recyclage, mais le cas échéant d une autre forme de valorisation. Les technologies recensées peuvent être opérationnelles, en développement ou au stade de la recherche. L étude vise toutes les technologies de tri basées sur des techniques d analyse non destructive des matériaux, non purement mécaniques, applicables au tri des déchets entrants dans les installations de tri ainsi qu au contrôle qualité en sortie. Certaines des technologies de tri ici présentées, dont l'utilisation permettra l'accès à des gisements jusqu à présent peu ou pas valorisés, revêtent un caractère stratégique croissant pour la France, dans un contexte de tensions sur les matières premières. Ces technologies, associées à des procédés mécaniques (exemple : broyage), peuvent permettre de reconstituer des qualités de matière avec une purification / décontamination conforme aux évolutions des cahiers des charges industriels. Les applications prioritaires pour un développement pourront porter sur des déchets comportant des métaux et ou des terres rares (cartes électroniques, mâchefers d incinération ), matières sur lesquelles les tensions sont aujourd'hui particulièrement sensibles, et des plastiques, matériau dont la valorisation, très dépendante de la qualité du tri effectué en amont, reste à ce jour bien en deçà de son potentiel. Cet état de l art permet en outre d orienter de futurs travaux de recherche en matière d amélioration des performances de tri et de promouvoir les transferts de technologie appliqués à de nouveaux types de déchets. Le périmètre géographique de l étude est constitué de l Europe, des Etats-Unis, du Canada et du Japon. Cette étude est suivie d une veille et d une actualisation pendant 3 ans, jusqu en octobre Cibles Collectivités territoriales, exploitants de centres de tri des déchets, entreprises de traitement des déchets, éco-organismes, fabricants de systèmes de tri, centres de recherche. Mots clés Tri - Contrôle qualité - Déchet -Technologie - Optique - Application - Centre de tri. Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 7

8 SUMMARY Context The european directive 2008/98/EC, the «loi Grenelle 1» (October 2008) and the «loi Grenelle» (July 2010) provide the regulatory framework for the recycling, recovery and valorisation targets in France for the period Among others, household waste, ELV, WEEE, batteries / accumulators and construction / demolition waste are subject to these targets. In this context, there is a need to improve the existing sorting technologies, to adapt them in order to increase waste recovery on a qualitative and quantitative viewpoint and to develop new couples waste / sorting technology being able to treat waste which is increasingly dispersed and containing new materials. There is also a need to improve the quality control of sorted waste streams. Objectives and perimeter of the study This study is a State-of-the-Art of identification and sorting technologies, for waste being potentially recyclable. Nevertheless, other kinds of recovery (as RDF ) are also considered. These technologies may be operational, at pilot stage or at the R&D level. The study focuses on sorting technologies based on non destructive material analysis techniques, being non strictly based on a mechanical process, being applicable either to waste entering sorting plants or to the quality control of waste at the exit of the sorting plants. Due to the increasing scarcity of raw materials, many technologies presented in this report have a strategic interest in the French context. Indeed, they provide an opportunity to produce secondary raw materials from categories of waste which are not valorised for the time being. In combination with mechanical technologies (for example: grinding) they allow to get raw materials which meet the purification / decontamination criteria requested by the industry. Among others, the applications dealing with the recovery of rare earths and rare metals (from electronic cards, incineration slag ) are crucial because of the increasing value of these products. Moreover, these sorting technologies provide great opportunities for increasing the plastic waste recovery rate, which is currently still very low compared to its potential. Moreover, this State-of-the-Art provides an input to orientate future research works, as well as to promote technology transfers applied to new kinds of waste. The geographical perimeter of the study includes Europe, the United-States, Canada Japan. and An update of the study is performed every 6 months, during three years, until October Targets Municipalities, waste sorting enterprises, waste treatment enterprises, eco-organisms, sorting systems manufacturers, research centres. Key words Sorting Quality Control - Waste -Technology - Optical - Application Sorting Centre. Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 8

9 1 OBJECTIFS Ce rapport présente les résultats de l étude réalisée pour le compte de l ADEME entre mars et septembre 2010, puis mise à jour en juillet 2012, sur l état de l art des technologies de tri des déchets. L étude a pour objectif de donner une vision pertinente et objective des différentes technologies de tri, à travers un état des lieux de la situation existante et une analyse des perspectives de développement à moyen terme. Au-delà de la dimension «état des lieux», l étude débouche sur un diagnostic des principaux blocages au développement des technologies de tri et sur l identification des voies / technologies qui semblent présenter le meilleur potentiel. Elle met également en évidence les domaines pour lesquels l écart entre la qualité du tri actuel et les attentes est le plus problématique, afin de hiérarchiser l intensité des besoins d amélioration et d ouvrir des pistes de réflexion pour l établissement de priorités. L étude s attache à identifier des technologies «en rupture» susceptibles de modifier les possibilités de tri automatique sur le moyen/long terme (2020..voire au-delà). Il s agit en particulier de nourrir les réflexions sur la configuration du «Centre de tri du futur» en tenant compte du fait que l on évoluera peut-être, à ces horizons, vers des collectes moins sélectives qu actuellement. Un éclairage a été apporté aux perspectives de tri de certains gisements de déchets qui sont peu (ou pas) recyclés aujourd hui alors qu ils possèdent un potentiel de valorisation important. C est le cas des déchets de bois issus de l ameublement et des déchets du BTP. Enfin, il a semblé important que soient intégrées dans l analyse certaines opérations de tri conduisant à la préparation de produits destinés à la réutilisation et à la valorisation énergétique, par exemple, l optimisation du tri pour réduire la teneur en chlore dans le CSR issu des OMR et destiné à être utilisé dans les cimenteries. Ce rapport est mis à jour semestriellement pendant trois ans, jusqu en octobre 2013 Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 9

10 2 CHAMP DE L ETUDE 2.1 CHAMP DES TECHNOLOGIES Est incluse dans le champ de l étude toute technologie par laquelle un automate (système portatif ou en continu) mesure et traite un signal, puis l appareil (ou la personne qui utilise le système portatif) prend la décision de rejeter ou de garder le produit mesuré, que ce soit au niveau d une ligne de tri ou pour du contrôle qualité (en entrée comme en sortie). Sont exclues du champ de l étude : Les technologies qui rejettent automatiquement le produit, sans mesure de signal, telles que les tris balistique, électrostatique, magnétique, thermique, mécanique et hydraulique ; Le tri manuel ; Les technologies destructives (à l exception de la spectrométrie d émission optique), par exemple le processus de contrôle du contenu en produits chlorés dans un échantillon. 2.2 CHAMP GEOGRAPHIQUE Les pays / zones géographiques suivants ont été analysés : Europe Etats-Unis Canada Japon Dans l ensemble de ce rapport, nous utilisons l expression «Technologie de tri» pour caractériser les technologies appartenant au champ défini ci-dessus. Les technologies n entrant pas dans ce champ sont explicitées avec leur nom complet (par exemple : tri balistique, tri par flottation ) Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 10

11 3 METHODOLOGIE Les résultats de cette étude s appuient sur : la valorisation des principales sources publiées au niveau mondial relativement aux technologies de tri et de contrôle qualité des déchets, en particulier : la presse professionnelle les sites Internet les études antérieures disponibles et les études en cours au sein de l ADEME les bases de données généralistes et spécialisées des centres de documentation. Une cinquantaine d entretiens complémentaires 1 réalisés auprès : de plusieurs experts de l ADEME d industriels utilisateurs de systèmes de tri de concepteurs et constructeurs d équipements de tri de syndicats et organismes professionnels de grands groupes de traitement des déchets d éco-organismes de centres et laboratoires de recherche en France et à l étranger ainsi que plusieurs pôles de compétitivité d experts présents aux salons et colloques. Ces entretiens ont conduit à des informations que l on ne trouve pas dans les sources publiées. Ils ont permis en particulier : de porter un regard critique sur les performances des systèmes de tri annoncées par les fabricants de disposer d informations récentes sur les perspectives de développement des technologies innovantes de recueillir les attentes non satisfaites des industriels utilisateurs de technologies de tri. Chaque mise à jour semestrielle est réalisée en interrogeant plusieurs concepteurs de systèmes de tri sur les évolutions récentes au plan technologique, et plusieurs utilisateurs de systèmes de tri sur le plan de l évolution de leurs attentes. Une revue exhaustive de l avancement des projets de recherche identifiés est également réalisée. 1 La liste des contacts réalisés dans le cadre de l étude est présentée en Annexe 4. Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 11

12 4 STRUCTURE DU RAPPORT Le rapport est structuré en sept parties : Technologies de tri des déchets et de contrôle qualité (chap. 5) Applications des technologies de tri des déchets (chap. 6) Attentes des industriels en matière de tri des déchets et pistes envisageables pour répondre à ces attentes (chap. 7) Etat de la R&D sur les technologies de tri (chap. 8) Pistes à promouvoir pour la R&D (chap. 9) 15 fiches «Technologies de tri» 29 fiches «Applications». Les fiches contiennent l intégralité des informations collectées durant l étude. Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 12

13 5 LES TECHNOLOGIES DE TRI ET DE CONTROLE QUALITE 5.1 LES 13 TECHNOLOGIES DE TRI RECENSEES 9 technologies «maîtrisées» utilisées au plan industriel sur des systèmes de tri 2. Tableau 1 : Les technologies maîtrisées Sigle 1 Rayons X par transmission XRT 2 Rayons X par fluorescence XRF 3 Induction «pilotée» IND 3 bis Induction magnétique tomographie planaire PMIT 4 Spectrométrie d'émission optique SEO 5 Spectrométrie proche infrarouge NIR 6 Thermographie infrarouge moyen MIR 7 Analyse de la couleur (caméra ou spectrocolorimètre) VIS 8 Reconnaissance de forme FOR 5 technologies en développement, pour lesquelles les applications de tri des déchets en continu n ont pas atteint le stade industriel. Certaines d entre elles, comme la LIBS, en sont au stade de projets pilotes et pourraient émerger à court terme au plan industriel. Pour d autres (par exemple les marqueurs dans les polymères, les ultra-sons) la R&D se situe à un niveau plus amont et l horizon d émergence d applications industrielles pour le tri des déchets semble être le moyen/long terme. Tableau 2 : Les technologies en développement Spectroscopie de plasma induit par laser Incorporation de traceurs dans les polymères Spectroscopie Terahertz Ultrasons Spectroscopie Raman Sigle LIBS MAR TER ULTRA RAM 2 Les technologies permettant d effectuer du tri en continu sont au cœur de cet état de l art puisqu elles sont en mesure d effectuer des opérations en capacité industrielle. A l exception de la spectrométrie d émission optique, toutes les technologies indiquées dans ce tableau ont des applications en continu. Certaines de ces technologies sont également utilisées pour des applications de laboratoire ou pour des appareils portatifs. Ces fonctionnalités sont explicitées dans les différents chapitres de ce rapport. Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 13

14 5.2 POSITIONNEMENT DANS LE SPECTRE ELECTROMAGNETIQUE DES TECHNOLOGIES DE TRI PAR SPECTROMETRIE Le schéma ci-dessous montre la plage de longueurs d ondes couverte par chaque technologie de tri optique. Dans l ordre décroissant des longueurs d onde (de la droite vers la gauche du schéma) on trouve successivement l UV, le visible, le proche infrarouge, l infrarouge moyen et le Terahertz, ce dernier se situant à la limite de l infrarouge et des ondes millimétriques. La spectrométrie d émission optique peut utiliser différentes plages de longueurs d ondes dans l infrarouge et l UV. Terahertz SEO MIR NIR Fréquence (Hz) Ondes radio Micro-ondes Infrarouge V i s i b l e U V Rayons X Rayons Gamma Longueur d'onde (m) 5.3 LES TECHNOLOGIES MAITRISEES 1 : Rayons X par transmission (XRT) Le XRT utilise le principe de la radioscopie. Il permet de détecter la matière au niveau de l atome et convient particulièrement bien à la détection des métaux. La qualité du tri des métaux est d autant meilleure qu ils ont des masses atomiques éloignées. Le XRT peut également reconnaître un matériau dont la molécule contient des atomes spécifiques (par exemple des atomes de brome, pour la détection des retardateurs de flamme). Par contre, le XRT ne détecte pas les bouteilles remplies d'eau et ne permet pas de différencier les différentes molécules d'additifs bromés. La R&D porte principalement sur le développement de détecteurs «multi-énergie» pour améliorer l identification de métaux ayant des densités proches. Le projet NOPTRIX (NOuvelle Perspective de TRI par RX multi-énergie) fait partie des projets labellisés en 2009 par le pôle Optitec. Le XRT est utilisable en laboratoire, en portatif et en continu. 2 : Rayons X par fluorescence (XRF) Le principe de la fluorescence consiste à envoyer des rayons X sur les déchets à analyser. Ces rayons X «primaires» excitent les atomes, qui en retour émettent un rayonnement X «secondaire» (les atomes emmagasinent l'énergie puis la restituent sous forme de lumière à une autre longueur d onde) dont le spectre est analysé par un spectromètre. Le spectre de réémission est caractéristique de la composition atomique élémentaire de l échantillon et de la concentration massique de chaque élément. Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 14

15 Cette technologie est utilisée principalement pour l analyse fine de la composition d'alliages métalliques et pour le tri d alliages contenant des métaux avec des teneurs différentes. Elle permet d effectuer une quantification de la masse totale de chacun des métaux contenus (plomb, mercure, cadmium, chrome VI). Elle peut également reconnaître et mesurer d autres atomes lourds comme le brome. Par contre, le XRF ne permet pas de déterminer la proportion des différentes molécules présentes contenant un élément considéré. Ainsi, on peut détecter la présence de retardateurs de flammes bromés dans les plastiques des DEEE mais on ne peut pas connaître le type précis de retardateur dont il s'agit. Les axes d amélioration portent sur l efficacité du tri et l élargissement à de nouvelles applications. Le XRF est utilisable en laboratoire, en portatif et en continu. 3 : Induction «pilotée» (IND) Le principe du tri par induction consiste à créer un champ magnétique à l aide de bobines, dans lequel on fait passe les déchets à trier. La distorsion du champ créée par le passage d un objet constitue une signature dans le cas des métaux. L induction permet de séparer les métaux des autres matériaux et de trier les ferreux et les non ferreux (souvent au moyen de machines de tri en cascade). Plus sélective et plus souple que la technologie de tri par courant de Foucault, l induction pilotée peut identifier et trier des produits très fins tels que des cheveux d ange (fils de cuivre de 2/10ê de mm de diamètre). Elle est également efficace pour éliminer les indésirables dans certaines fractions. On peut atteindre jusqu à 99,9% de pureté sur les plastiques et sur le cuivre affiné. Des expérimentations sont en cours dans plusieurs centres de tri pour développer le tri par induction pilotée des pièces métalliques légères et des fines contenues dans les emballages issus de la collecte sélective (capsules de café en aluminium, feuilles à base d étain entourant le goulot des bouteilles de vin). L induction pilotée est utilisée sur des systèmes en continu. 3 bis : L induction magnétique tomographie planaire (PMIT) 3 est une variante de l induction pilotée, qui permet de reconnaître et de trier les métaux ferreux (dont les inox) et les non ferreux de petit calibre en continu. L application la plus répandue de cette technologie concerne le tri des petits morceaux métalliques, morceaux de câbles, feuilles et plaques métalliques contenus dans les mâchefers d incinérateurs (granulométrie comprise entre 6 et 25 mm). La PMIT comble la lacune liée à la résolution de 25 à 50 mm des détecteurs à induction traditionnels. Elle peut également s appliquer à l extraction des métaux dans les résidus de broyage (en combinaison avec un système à courant de Foucault), dans le RDF, dans les déchets de bois et dans le verre usagé. 4 : Spectrométrie d émission optique (SEO) La SEO s appuie sur la mesure quantitative du spectre d émission optique provenant d atomes ou de molécules stimulés à de hauts niveaux d'énergie, pour déterminer la concentration de la substance à analyser. Elle répond bien aux besoins de l'industrie métallurgique (contrôle, production, inspection des matières premières, tri des déchets). Elle constitue la technique de référence pour l'analyse élémentaire (composition en masse) d'échantillons métalliques solides, qu il s agisse d alliages, 3 PMIT: Planar Magnet Induction Tomography. Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 15

16 d aciers ou de produits contenant des inclusions non métalliques indésirables. On l utilise fréquemment pour les bases fer/acier, aluminium, cuivre, nickel, zinc et plomb. La R&D vise à améliorer les performances de la SEO dans deux domaines : l analyse des basses teneurs et l amélioration de la justesse et des limites de détection. La SEO est une méthode destructive. Elle est utilisée en laboratoire et en portatif. 5 : Spectrométrie proche infrarouge (NIR) La spectrométrie proche infrarouge («Near infra-red») est basée sur l'analyse d'un spectre de réflexion dont la signature révèle la structure des molécules. Elle est donc capable de reconnaître les matériaux. Grâce aux progrès réalisés ces dernières années, le NIR est utilisé à grande échelle pour trier un nombre croissant de matériaux, en particulier : les polymères entre eux et les fibreux (papier, coton, textiles) entre eux les polymères, les fibreux et les inertes dans un flux mélangé. Elle permet en particulier de reconnaître le PVC et les autres chlorés. On l utilise couramment en combinaison avec un séparateur à courant de Foucault pour réaliser un tri complet sur des mélanges multi matériaux (par exemple des emballages). Par contre, le NIR ne «voit» pas les métaux, les retardateurs de flamme bromés, les objets sombres, noirs (en particulier les pièces contenant du noir de carbone) les liquides (bouteilles pleines) et les déchets ayant la forme de rubans. Des progrès réguliers sont réalisés pour étendre le champ d application du NIR au tri de nouveaux matériaux (plâtre.). Le NIR est utilisable en laboratoire, en portatif et en continu. 6 : Thermographie infrarouge moyen (MIR) Le principe consiste à analyser la différence de température d un objet avant et après éclairage par une source MIR. Le capteur détecte la dispersion de la chaleur en fonction de la matière et de l'épaisseur du matériau. Le développement de cette technologie au plan industriel est récent. La thermographie MIR apporte une réponse en matière de tri des papiers et cartons selon leur grammage. Le MIR reconnaît également les «non papiers» comme les plastiques même noirs et les ELA. La R&D est principalement orientée vers l identification de nouvelles applications de tri (plastiques et caoutchoucs noirs, plastiques contenant des retardateurs de flamme bromés), la miniaturisation du spectromètre et la réduction du temps de mesure. 7 : Analyse de la couleur par caméra ou spectrométrie (VIS) On distingue deux technologies différentes de capteurs : le système de caméra couleur couplée à un prisme, qui effectue des mesures sur les couleurs primaires (rouge, vert et bleu) en fonction de leur intensité et le spectromètre qui analyse la totalité du spectre visible et permet d obtenir des résultats plus sélectifs et plus précis que la caméra couleur. La spectrométrie dans le visible est bien adaptée au tri des matières plastiques par couleur (par exemple le PET), des papiers cartons et du verre. Les efforts des concepteurs se concentrent sur l amélioration du traitement du signal, afin de mieux discriminer les matières en fonction de leur couleur. Elle est utilisable en laboratoire, en portatif et en continu. Combinaisons de technologies de tri Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 16

17 Les progrès réalisés au cours des dernières années s appuient souvent sur le développement de combinaisons de technologies de tri, soit au moyen de systèmes multi capteurs intégrés dans une même machine, soit au moyen de machines installées en cascade. En particulier, la combinaison de la détection proche infrarouge (NIR), de la détection couleur (VIS) et de l induction est largement utilisée dans l industrie. C est une solution éprouvée, dont le nombre d applications augmente régulièrement. Elle est utilisée pour le tri des bouteilles PET cristal en vue du recyclage «bottle to bottle» et le tri des métaux et des polymères contenus dans les cartes électroniques broyées. Plusieurs autres combinaisons sont utilisées selon les besoins (NIR+ induction, NIR+XRT.). 8 : Reconnaissance de forme (FOR) En perte de vitesse pendant plusieurs années, la technologie de reconnaissance de forme dans le domaine du tri a fait l objet de développements récents, comme la reconnaissance des fils et câbles dans un mélange d objets métalliques et le tri des têtes de cartouches de mastic au silicone (ce dernier étant un poison pour le recyclage du PEHD). La R&D porte prioritairement sur l augmentation des débits de tri, sur le traitement de volumes de données très élevés et sur la stabilisation des critères de forme. Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 17

18 Tableau 3 : Panorama des technologies maîtrisées Technologie Rayons X par transmission (XRT) Rayons X par fluorescence (XRF) Niveau de développement Très utilisée Souvent utilisée Détection Détecte la matière au niveau de l atome. Convient bien à la détection des métaux. Reconnaît certains atomes spécifiques comme le brome (détection des retardateurs de flamme). Composition atomique élémentaire et concentration massique de chaque élément. Laboratoire (L) Portatif P) Continu ( C) Principaux développements (R&D) L/P/C Détecteurs «multi énergie» pour améliorer l identification de métaux ayant des densités proches. L/P/C - Efficacité du tri - Elargissement à de nouvelles applications. Induction pilotée (IND) Induction magnétique tomographie planaire (PMIT) Très utilisée Analyse fine de la composition d'alliages métalliques et tri d alliages contenant des métaux avec des teneurs différentes. Distingue les métaux des autres matériaux. Tri des ferreux et des non ferreux (machines de tri en cascade). Plus sélective et plus souple que la technologie de tri par courant de Foucault. En démarrage Tri des métaux conducteurs ferreux (dont les inox) et non ferreux. Convient bien au tri des petits morceaux métalliques dans les mâchefers d incinération. C Tri des pièces métalliques légères et des fines de «non ferreux» contenues dans les emballages issus de la collecte sélective, dans le compost, les résidus de broyage des DEEE et des VHU. C Etat-de-l Art des technologies d identification et de tri des déchets 18

19 Spectrométrie d émission optique (SEO) Très utilisée Extraction des métaux dans les résidus de broyage (en combinaison avec un système à courant de Foucault), dans le RDF, dans les déchets de bois et dans le verre usagé. Analyse élémentaire (composition en masse) d'échantillons métalliques solides (alliages, aciers, produits contenant des inclusions non métalliques indésirables). L/P Septembre Analyse des basses teneurs - Amélioration de la justesse et des limites de détection. Spectrométrie proche infrarouge (NIR) Méthode destructive Très utilisée Reconnaît les matériaux (polymères entre eux, papier, bois) L/P/C - Reconnaissance des produits noirs - Extension du champ d application au tri de nouveaux matériaux. Thermographie infrarouge moyen (MIR) Analyse de la couleur par caméra ou spectromètre (VIS) Utilisée Tri des papiers et cartons selon leur grammage. Tri des «non papiers» comme les plastiques, les ELA et les métaux. Très utilisée Tri des matières plastiques par couleur (par exemple le PET), des papiers cartons, du verre, de certains métaux. P/C - Nouvelles applications de tri (plastiques et caoutchoucs noirs, plastiques contenant des retardateurs de flamme bromés) - Miniaturisation - Réduction du temps de mesure L/P/C Amélioration du traitement du signal. Reconnaissance de forme (FOR) Peu utilisée Reconnaissance des fils et câbles dans un mélange d objets métalliques, des cartouches de silicone etc. P/C -Augmentation des débits de tri -Capacité et vitesse de traitement des données -Stabilisation des critères de forme. Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 19

20 5.4 LES TECHNOLOGIES EN DEVELOPPEMENT 11 : Spectroscopie de plasma induit par laser (LIBS) La LIBS est une technique d analyse chimique rapide qui utilise un laser de courte impulsion pour créer un micro plasma à la surface du produit analysé. Le rayonnement émis par ce gaz ionisé est analysé par spectroscopie optique. La LIBS fournit des informations très précises non seulement sur la nature du matériau mais également sur sa composition. Connue depuis près de 30 ans, la technologie LIBS était jusqu'à récemment confinée à des usages de laboratoire du fait de sa complexité et de son coût. Elle était utilisée comme technologie complémentaire au XRF, au NIR et au Raman. La LIBS est utilisable pour des métaux, semi-conducteurs, verres, tissus biologiques, matériaux isolants, plastiques. Par exemple, pour des déchets de bronze, elle permet de déterminer le degré de pureté du morceau étudié. La limite de détection de la LIBS pour les métaux lourds est de l ordre du ppm. La LIBS est capable de reconnaître les atomes légers (contrairement au XRT), de reconnaître les dérivés bromés (contrairement au NIR) et de différencier les différents types d'additifs bromés (contrairement au XRT). Elle possède également des atouts par rapport à la fluorescence X, qui affiche certaines limites sur les éléments légers et par rapport à la spectrométrie étincelle (SEO) qui peut poser des problèmes d encrassement des électrodes sur certains matériaux. La capacité de la LIBS à effectuer une analyse de l'intérieur du produit à trier (analyse stratigraphique d'un matériau) est controversée. Pour certains experts, la LIBS reste avant tout un capteur de surface. De nombreux travaux de R&D ont été réalisés ces dernières années. Les axes d amélioration portent principalement sur la réduction des temps d analyse et de traitement des informations, l augmentation des cadences de mesure, l amélioration de la fiabilité des mesures, la réduction des coûts (des capteurs en particulier) et la miniaturisation. Le tri en ligne fait également partie des objectifs de nombreux travaux de R&D. 12 : Incorporation de traceurs dans les polymères (TRA) Le principe consiste à incorporer en faible quantité des «traceurs» dans les polymères fabriqués, qui seront facilement détectables par les systèmes de tri une fois que le produit est devenu déchet. Les options technologiques pour la détection et le tri de déchets contenant des traceurs sont relativement ouvertes, que ce soit au niveau du choix du type de procédé (magnétique, fluorescence X, fluorescence UV, IR, activation neutronique, détection magnétique) ou au niveau du choix du traceur (fer et ses oxydes, terres rares, dérivés de la coumarine.). La technologie d identification et de tri de matériaux au moyen de traceurs est utilisée pour des applications de tri des métaux, en biologie et en médecine. Elle n est pas utilisée industriellement pour le tri des déchets. Plusieurs projets de R&D visent à améliorer la rapidité et la qualité du tri des polymères contenus dans les VHU en utilisant une signature avec traceurs détectée par tri spectrométrique (fluorescence X ou UV) et à étendre cette technologie de tri à d'autres matériaux polymères et d'autres secteurs industriels tels que les DEEE et les emballages. Les traceurs pourraient s avérer utiles pour le tri de déchets broyés, le marquage des pièces n étant plus reconnaissable. Les traceurs tels que les terres rares ont un coût élevé mais nécessitent des concentrations de l ordre du ppm. Les traceurs magnétiques, peu coûteux nécessitent aussi de faibles quantités. Les avis des industriels interrogés (fabricants de systèmes de tri, constructeurs automobiles, éco-organisme DEEE) sur l horizon de développement des traceurs pour le tri des déchets de polymères sont partagés. D importantes contraintes de nature organisationnelle et normative (en particulier la difficulté potentielle d imposer une norme internationale sur le sujet) devront en effet être surmontées. Certains voient dans les marqueurs un «serpent de mer» qui n émergera pas avant 20 ou 30 ans, tandis que d autres estiment l horizon d émergence industrielle à une dizaine d années. En outre, il faut tenir compte de la durée de vie Etat-de-l Art des technologies d identification et de tri des déchets 20

21 des pièces à trier : dans le cas des polymères utilisés dans les véhicules, il faudra en effet attendre 8 à 10 ans après la fabrication des pièces pour que les premières pièces «marquées» puissent être triées. C est la raison pour laquelle le projet TRIPTIC étudie également les perspectives liées à des produits à plus courte durée de vie comme certains DEEE. 13 : Spectroscopie Terahertz (THz) La spectroscopie Terahertz est une technique de détection fine basée sur l émission d'une onde dont la fréquence se situe entre 0,1 et 10 THz. Non destructive, elle permet d analyser la structure moléculaire d un produit, soit en réflexion soit en transmission. La caractérisation des produits peut atteindre un niveau très fin, comme la différenciation de deux isomères (structure moléculaire). Les applications existantes concernent principalement le médical et la sécurité. Le Térahertz est utilisé dans certains aéroports pour la détection de produits dangereux. Aucune piste n a été identifiée dans le domaine du tri des déchets. La spectroscopie Terahertz a été peu explorée jusqu'à récemment à cause de l'absence de sources et de détecteurs. La R&D porte principalement sur la stabilité et la précision des sources d émission (les lasers à cascades quantiques requièrent souvent des températures extrêmement basses et ne fournissent pas une bonne pureté spectrale). Le projet «Terapepo» développe une source optique de rayonnement Terahertz à base GaN, compacte, continue et à spectre fin. L horizon de développement de la technologie Terahertz pour des applications de tri des déchets semble être le moyen/long terme. 14 : Ultrasons (ULT) Les ultrasons sont utilisés industriellement pour le tri dans l'industrie alimentaire mais pas pour le tri des déchets. Des travaux de R&D visent à appliquer cette technologie à la détection des corps sombres et pour la production de polyoléfines de haute pureté à partir de déchets. 15 : Spectroscopie Raman (RAM) Cette technique non destructive permet de caractériser la composition moléculaire et la structure d'un matériau. Limitée aux applications de laboratoire, la technologie Raman pourrait toutefois ouvrir des pistes en matière de reconnaissance des matériaux sombres et des bouteilles multicouches. Son coût d utilisation reste très élevé. Aucune application de tri des déchets en continu n a été identifiée. Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 21

22 Tableau 4 : Panorama des technologies en développement Technologie Spectroscopie de plasma induit par laser (LIBS) Incorporation de traceurs dans les polymères (TRA) Spectroscopie Terahertz (THz) Horizon de développement Court/moyen terme Horizon d émergence : 5 à. 20 ou 30 ans Moyen/long terme. Détection Nature d un matériau et sa composition : métaux, semi-conducteurs, verres, tissus biologiques, matériaux isolants, plastiques, etc. Peut effectuer une analyse de l'intérieur du produit à trier (analyse stratigraphique d'un matériau) mais ce point est controversé. Technologie utilisée pour des applications de tri des métaux, en biologie et en médecine. Pas utilisée industriellement pour le tri des déchets. Analyse la structure moléculaire d un produit. La caractérisation des produits peut atteindre un niveau très fin, comme la différenciation de deux isomères. Laboratoire (L) Portatif P) Continu (C) L/P L Discontinu (portiques de sécurité) Principaux développements (R&D) - Réduction des temps d analyse et de traitement des informations. - Augmentation des cadences de mesure, - Amélioration de la fiabilité des mesures - Réduction du coût des capteurs - Miniaturisation - Tri en ligne Améliorer la rapidité et la qualité du tri des polymères contenus dans les VHU Extension à d'autres polymères et d'autres secteurs industriels tels que les DEEE et les emballages (en particulier pour le tri de déchets broyés). Améliorer la stabilité et la précision des sources d émission. Les applications existantes concernent principalement le médical et la sécurité (aéroports) pour la détection de produits dangereux. Pas d application dans le domaine du tri des déchets. Ultrasons (ULT) - Tri dans l'industrie alimentaire L Détection des corps sombres Spectroscopie Raman (RAM) Pas utilisée pour les déchets. - Caractérise la composition moléculaire et la structure d'un matériau. Pas d application de tri des déchets en continu. L Production de polyoléfines de haute pureté à partir de déchets. Reconnaissance des matériaux sombres et des bouteilles multicouches. Etat-de-l Art des technologies d identification et de tri des déchets 22

23 5.5 L OFFRE DE TECHNOLOGIES DE TRI L offre de technologies de tri des déchets en continu est caractérisée par la prédominance des concepteurs / fabricants américains, allemands, français et norvégien. Au plan mondial, une trentaine d acteurs significatifs ont été recensés, dont une vingtaine occupent une place centrale sur ce marché 4 : 9 en Allemagne : S+S, Binder, Steinert, Hamos, Mogensen, Rhewum, Incodecs, Unisensor, IMRO 6 aux Etats-Unis : MSS, NRT, Austin, Olympus, Satake, Green Machine 1 en Autriche : Redwave 1 en Belgique : Best 1 en France : Pellenc ST 1 au Canada : EagleVizion 1 en Norvège : TiTech 5 1 à Singapour : Eveready 1 en Australie Rofin. Aucun fabricant japonais d envergure internationale n a été identifié. Au plan mondial, on note depuis environ 5 ans une augmentation significative du nombre d acteurs et du nombre de systèmes dans le domaine du tri automatique des déchets. Un recensement réalisé aux USA en 2006 par la société Perkins avait permis d identifier 8 fabricants proposant au total 23 systèmes dans le domaine du tri automatique des plastiques. Quatre ans plus tard, ce nombre est passé à 18 fabricants et 52 systèmes de tri. Même si l on redresse ces chiffres 6 on arrive à la conclusion que le nombre de systèmes proposés sur le marché américain est passé de 6 à 18 en quatre ans. Tableau 5 : Principaux fabricants de systèmes de tri avancé des déchets Technologie XRT XRF IND NIR MIR VIS NIR + VIS USA NRT Innov'X Austin MSS MSS NRT NRT Satake MSS NRT Green Machine NIR VIS + IND FOR Allemagne S+S Steinert Mogensen Steinert Incodecs (PIMT) SEA/Hamos S+S Steinert S+S Steinert Mogensen Rhewum Binder BT Wolfgang Binder LLA IMRO Steinert France Pellenc ST Pellenc ST Pellenc ST Pellenc ST Pellenc ST Pellenc ST Autres Best Ti Tech Redwave Ti Tech Ti Tech Eagle Vizion Ti Tech Ti Tech Best Eveready Rofin Ti Tech Ti Tech 4 Les systèmes proposés par les fabricants de systèmes de tri recensés sont décrits dans les différentes fiches «Technologies de tri» en Annexe 2. 5 Titech est le nom de marque des équipements. La société diffusant la marque est Tomra Sorting Solutions. 6 Pour tenir compte du fait que le recensement de 2010 inclut neuf systèmes de tri des DEEE qui n étaient pas inclus dans le champ en Etat-de-l Art des technologies d identification et de tri des déchets 23

24 L innovation en matière de tri des métaux et des plastiques est extrêmement dynamique. Ceci s explique en partie par les prix élevés des métaux, par la prise de conscience par les traiteurs de déchets de la nécessité d aller chercher les métaux dans le RBA au moyen de procédés autres que la flottation, ainsi que par les nouveaux objectifs règlementaires de valorisation des déchets aux horizons 2015/2020. L offre de systèmes de tri des plastiques est particulièrement riche en innovations, en particulier au niveau de l identification des plastiques sombres et des plastiques chargés en retardateurs de flamme bromés. Tableau 5 bis : Croisement «Technologie x type de déchet» des innovations fabricants au cours des 18 derniers mois Métaux CSR, RDF Plastiques Métaux précieux Verre Piles Papier Cables Fluorescence X et UV LIBS NIR + VIS NIR + VIS + induction XRT Tri magnétique Raman Induction Laser de surface Optique, non spécifié Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 24

25 6 LES APPLICATIONS DES TECHNOLOGIES DE TRI DES DECHETS 6.1 CLASSEMENT DES APPLICATIONS PAR GISEMENT DE DECHETS 29 applications des technologies de tri ont été recensées, réparties sur les neuf gisements de déchets et de produits en fin de vie suivants 7 : Ordures ménagères résiduelles Emballages (ménagers et industriels) Verre (emballage) DEEE domestiques et professionnels VHU Déchets de construction et démolition Métaux en mélange Textiles Bois Le tableau de la page suivante liste les applications de tri en continu recensées dans le cadre de cette étude. Cette liste couvre des applications pertinentes par rapport à la problématique de l étude et a pour but d illustrer la diversité des possibilités offertes par les technologies de tri. Elle n est toutefois pas exhaustive. Les gisements pour lesquels les applications sont les plus nombreuses sont clairement les emballages et les DEEE, et dans une moindre mesure les ordures ménagères résiduelles. Le cas du verre est spécifique puisque les besoins de tri sont circonscrits à deux problématiques, le tri couleur et la séparation des indésirables ; Dans le cas des déchets de métaux, l application «Tri des métaux et alliages entre eux» recouvre en pratique de nombreuses sous applications ; En revanche, les déchets de construction / démolition, les déchets textiles et les déchets de bois comptent peu d applications de tri. Aucune application de tri n a été identifiée pour les gisements «BPHU» et «avions en fin de vie». Les BPHU qui arrivent chez les démanteleurs sont des coques vides préalablement dépolluées et vidées de tous les équipements pouvant être réutilisés en pièces détachées (mâts en aluminium, GPS...). La récupération des principales pièces, surtout en bois mais aussi en métal et plastiques (composites à 80%) est effectuée au moyen d'un grappin ou d'une grue avec bras articulé. Les bateaux démantelés aujourd'hui sont âgés de 30 à 50 ans. L éco-conception est quasi-inexistante. La déconstruction des avions en fin de vie concerne avant tout les problématiques de démontage et de dépollution. 7 Les fiches «Applications» en annexe 3 sont classées dans cet ordre. Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 25

26 Tableau 6: Applications des technologies de tri, classées par gisements de déchets (voir détails de ces innovations dans les fiches "Applications" en Annexe 3) (x: Applications opérationnelles au stade industriel; O: Applications au stade de la R&D) Technologies de tri Gisement Fiche application Applications XRT XRF IND SEO NIR MIR VIS NIR + VIS NIR + VIS + IND FOR PMIT LIBS MAR TER ULTR A RAM Autres OMR-1 Tri des corps creux en plastique et des fibreux contenus dans la fraction sèche des unités de TMB x x OMR OMR-2 Réduction de la teneur en chlorés dans la fraction sèche des unités de TMB, en vue de la préparation de combustible solide résiduel x OMR-3 Tri des indésirables (métaux, inertes) contenus dans la fraction organique des OMR à l entrée du digesteur des unités de TMB x x E+P-1 Séparation des produits non fibreux (principalement les bouteilles en PET et en PEHD) et des fibreux (papiers, cartons ) x x Tri des films dans les déchets issus de la collecte sélective des emballages x Tri des barquettes dans les déchets issus de la collecte sélective des emballages x E+P-2 Surtri des papiers et cartons E+P-2A Sur tri des papiers / cartons entre eux x x x NIR + IND Emballages issus de la collecte sélective + JRM E+P-2B Tri en vue de l obtention d une fraction EMR x E+P-2C Tri en vue de l obtention d une fraction JRM x x E+P-2D Contrôle qualité des vieux papiers destinés à la fabrication du papier impression x E+P-3 Surtri des plastiques mélangés E+P-3A Sur tri des corps creux plastiques x x x E+P-4 E+P-3B 1/: Elimination du PVC dans un flux de bouteilles PET, pour la fabrication des fibres de rembourrage; 2): Tri couleur des bouteilles PET (clair/azur, coloré) x (1) x (2) x (2) x (2) Filtre polarisant (1) et élimination du PVC, pour le recyclage «bottle to bottle» E+P-3C Tri des cartouches de mastic x Récupération des métaux non séparés par tri magnétique et par courant de Foucault x 26 Etat-de-l Art des technologies d identification et de tri des déchets

27 Verre DEEE VHU Applications des technologies de tri, classées par gisements de déchets (voir détails de ces innovations dans les fiches "Applications" en Annexe 3) Gisement Déchets de construction / démolition Fiche application XRT XRF IND SEO NIR MIR VIS NIR + VIS VER-1 Tri des infusibles dans les bouteilles usagées x x O VER-2 Tri couleur des bouteilles usagées x DEE-1 Pré-tri d appareils entiers ou de parties d'appareils O DEE-2 DEE-3 Tri des piles et accumulateurs selon leur couple électrochimique Extraction des câbles selon leur rapport largeur/longueur dans la fraction métallique d un résidu de broyage x DEE-4 Tri des plastiques contenant des additifs bromés x x x x O DEE-5 DEE-6 DEE-7 VHU-1 VHU-2 VHU-3 CD-1 CD-2 (x: Applications opérationnelles au stade industriel; O: Applications au stade de la R&D) Applications Tri du verre au plomb et du verre au baryum dans les tubes cathodiques Tri couleur des métaux non ferreux contenus dans les PAM Tri de mélanges de polymères (PET, PEHD, PP, PVC, ABS, ABS/PVC ) et de métaux issus de DEEE broyés Tri de pièces plastiques entières préalablement démontées Tri du verre sérigraphié dans les pare-brises (échange standard) Tri d'un mélange de polymères broyés (PET, PEHD, PP, PS, PE, PVC, ABS, ABS/PVC, ABS/PC, HIPS, PC) et de métaux... issu de RBA Tri des menuiseries en PVC après broyage, par nuances de blanc Tri des bitumes, terre cuite et plâtre dans une fraction issue de matériaux de démolition x x x x NIR + VIS + IND FOR PMIT LIBS MAR TER ULTR A x x O O O x O O x x x x O O x x x x Technologies de tri RAM Autres Couplage hommexmachine Chromatographie / spectrométrie de masse Tri optique (non spécifié) XRF: tri des déchets cuivreux Tri selon la dureté Caméra haute résolution Déchets métalliques MET-1 Tri des métaux et alliages entre eux x x x x x x x O Textiles TEX-1 Tri des textiles par couleur et par matière O O NIR + Thermal Impulse Response + LIBS MIR + FOR Bois BOIS-1 Tri des bois entre eux x Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 27

28 6.2 CLASSEMENT DES APPLICATIONS PAR TECHNOLOGIE DE TRI Le tableau ci-dessous montre que le XRT, le NIR, le VIS et leurs combinaisons sont, de loin, les technologies maîtrisées les plus fréquentes. Elles représentent à elles seules 26 des 42 couples recensés dans ces tableaux. Tableau 7 : Nombre d applications recensées pour chaque couple «technologie de tri x application» (sur la base des technologies maîtrisées uniquement) OMR E+P VER DEE VHU CD MET TEX BOI Total XRT XRF IND PIMT 1 1 SEO 1 1 NIR MIR VIS FOR NIR + VIS 2 2 NIR + VIS + IND Total SECTEURS LES PLUS PORTEURS D INNOVATION Le tableau ci-après recense les applications industrielles dont les développements sont les plus foisonnants en matière de tri des déchets. Ces applications concernent principalement le tri des métaux, mais le sur-tri des corps creux et des films en plastique, la préparation du CSR, le tri des DIB et des pare-chocs sont également cités. Croisement «Technologie x type de déchet» des applications industrielles innovantes recensées depuis dix-huit mois VHU Métaux CSR, RDF Plastiques Métaux précieux DIB Fluorescence X et UV LIBS NIR NIR + VIS NIR + VIS + induction XRT Hydro+pyro-métallurgie Tri magnétique Flottation Induction Optique, non spécifié Etat-de-l Art des technologies d identification et de tri des déchets 28

29 6.4 CLASSEMENT DES APPLICATIONS PAR TECHNOLOGIE DE TRI ET DIFFERENTIEL DE DEVELOPPEMENT DES TECHNOLOGIES EN FRANCE PAR RAPPORT AUX PAYS LES PLUS EN POINTE Les tableaux des pages suivantes présentent les mêmes couples «Technologie x Application» qu au chapitre précédent, mais le critère d entrée est cette fois la technologie de tri. La colonne intitulée «Stade de développement France» indique le niveau moyen de diffusion de la technologie dans le tissu industriel français, pour l application concernée. La colonne intitulée «Stade de développement Monde (exemple de pays avancé)» indique le niveau de diffusion de la technologie au plan international, en précisant le (ou les) pays où cette technologie est la plus utilisée. Compte tenu du nombre élevé de couples «Technologie x Application», le tableau est subdivisé en trois parties : technologies maîtrisées, combinaisons de technologies maîtrisées et technologies en développement. Il convient d insister sur le caractère parfois subjectif des informations contenues dans ces trois colonnes. Elles ont été obtenues en recoupant des sources bibliographiques et des entretiens avec des constructeurs de systèmes de tri et force est constater que les informations sont parfois divergentes. Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 29

30 Tableau 8: Classement des applications par technologies de tri Technologies maitrisées Septembre 2012 Fiche Technologie Fiche application Applications Stade de développement Gisements déchets et produits en fin de vie Monde (exemple de pays France OMR EMB VER DEEE VHU CD MET avancé) Textile s Bois OMR-3 E+P-3B Tri des indésirables (métaux, inertes) contenus dans la fraction organique des OMR à l entrée du digesteur des unités de TMB - + Tri couleur des bouteilles PET (clair/azur, coloré) et élimination du PVC : 1/: pour la fabrication des fibres de rembourrage; 2/: pour le recyclage «bottle to bottle» Espagne Allemagne XRT DEE-2 Tri des piles et accumulateurs selon leur couple électrochimique - + Allemagne DEE-4 Tri des plastiques contenant des additifs bromés + + USA DEE-5 Tri du verre au plomb et du verre au baryum dans les tubes cathodiques - + MET-1 Tri des métaux entre eux + ++ Pays-Bas VER-1 Tri des infusibles dans les bouteilles usagées + ++ Allemagne XRF IND DEE-4 Tri des plastiques contenant des additifs bromés - + USA MET-1 Tri des métaux entre eux - ++ Allemagne E+P-4 Récupération des métaux non séparés par tri magnétique et par courant de Foucault + + Allemagne DEE-2 Tri des piles et accumulateurs selon leur couple électrochimique + + France MET-1 Tri des métaux entre eux +/- + SEO MET-1 Tri des métaux entre eux Europe La technologie est fréquemment utilisée au stade industriel La technologie commence à être utilisée au stade industriel La technologie est peu utilisée au stade industriel Etat-de-l Art des technologies d identification et de tri des déchets 30

31 Technologies maitrisées (suite 1) Septembre 2012 Fiche Technologie Fiche application Applications Stade de développement Gisements déchets et produits en fin de vie Monde (exemple de pays France OMR EMB VER DEEE VHU CD MET avancé) Textile s Bois OMR-1 Tri des corps creux en plastique et des fibreux contenus dans la fraction sèche des unités de TMB + ++ Europe (Espagne en particulier) NIR OMR-2 OMR-3 E+P-1 E+P-2D Réduction de la teneur en chlorés dans la fraction sèche des unités de TMB, en vue de la préparation de combustible solide résiduel + + Séparation des indésirables (métaux, inertes) contenus dans la fraction organique des OMR à l entrée du digesteur des unités de TMB Benelux, Italie, Allemagne - + Pologne Séparation des produits non fibreux (principalement les bouteilles en PET et en PEHD) et des fibreux (papiers, cartons ) + + Europe Contrôle qualité des vieux papiers destinés à la fabrication du papier impression - + Allemagne, Espagne E+P-3A Surtri des corps creux plastiques + ++ Europe, USA DEE-4 Tri des plastiques contenant des additifs bromés - + VHU-3 Tri d'un mélange de polymères broyés et de métaux issu du RBA - + BOIS-1 Tri des bois entre eux + + E+P-2A Surtri des papiers / cartons entre eux + - France MIR (thermographie) MIR (spectroscopie) E+P-2B Tri en vue de l obtention d une fraction EMR +/- - France E+P-2C Tri en vue de l obtention d une fraction JRM + + G de Bretagne, Allemagne E+P-3A Surtri des corps creux plastiques + - France VHU-1 Tri de pièces plastiques entières préalablement démontées + + Europe La technologie est fréquemment utilisée au stade industriel La technologie commence à être utilisée au stade industriel La technologie est peu utilisée au stade industriel Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 31

32 Technologies maitrisées (suite 2) Fiche Fiche Technologie application Applications Stade de développement Gisements déchets et produits en fin de vie Monde (exemple de pays France OMR EMB VER DEEE VHU CD MET avancé) Septembre 2012 Textile s Bois VIS FOR E+P-2A Surtri des papiers / cartons entre eux Europe DEE-6 Tri couleur des métaux non ferreux contenus dans les PAM + + Allemagne CD-1 CD-2 Tri (ou contrôle qualité) des menuiseries en PVC après broyage, par nuances de blanc - + Allemagne Tri des bitumes, terre cuite et plâtre dans une fraction issue de matériaux de démolition - - MET-1 Tri des métaux entre eux + + E+P-3C Tri des cartouches de mastic - + DEE-3 Extraction des câbles selon leur rapport largeur/longueur dans la fraction métallique d un résidu de broyage - + MET-1 Tri des métaux et alliages entre eux - + PMIT MET-1 Tri des métaux et alliages entre eux - + Combinaisons de technologies maitrisées NIR + VIS NIR + VIS + IND E+P-2C Tri en vue de l obtention d une fraction papiers - - E+P-3A Surtri des corps creux plastiques + + E+P-3B 1/: Elimination du PVC dans un flux de bouteilles PET, pour la fabrication des fibres de rembourrage; 2): Tri couleur des bouteilles PET (clair/azur, coloré) et élimination du PVC et des métaux, pour le recyclage «bottle to bottle» + ++ DEE-4 Tri des plastiques contenant des additifs bromés + séparation des métaux + + DEE-7 Tri de mélanges de polymères et de métaux issus de DEEE broyés + + VHU-3 Tri d'un mélange de polymères broyés (PET, PEHD, PP, PS, PE, PVC, ABS, ABS/PVC, ABS/PC, HIPS, PC) et de métaux... issu de RBA - - La technologie est fréquemment utilisée au stade industriel La technologie commence à être utilisée au stade industriel La technologie est peu utilisée au stade industriel Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 32

33 Technologies en développement (suite 3) Septembre 2012 Fiche Technologie Fiche application Applications VER-1 Tri des infusibles dans les bouteilles usagées O DEE-4 Tri des plastiques contenant des additifs bromés Stade de développement Gisements déchets et produits en fin de vie France Monde OMR EMB VER DEEE VHU CD MET + (portatif) O + (portatif) Textile s Bois LIBS DEE-7 Tri de mélanges de polymères et de métaux issus de DEEE broyés O O VHU-3 Tri d'un mélange de polymères broyés et de métaux issu du RBA O O MET-1 Tri des métaux et alliages entre eux + (portatif) + (portatif) DEE-7 Tri de mélanges de polymères (PET, PEHD, PP, PVC, ABS, ABS/PVC ) et de métaux... issus de DEEE broyés O O MAR VHU-1 Tri de pièces plastiques entières préalablement démontées O O VHU-3 Tri d'un mélange de polymères broyés (PET, PEHD, PP, PS, PE, PVC, ABS, ABS/PVC, ABS/PC, HIPS, PC) et de métaux... issu de RBA O O ULTR DEE-7 Tri de mélanges de polymères (PET, PEHD, PP, PVC, ABS, ABS/PVC ) et de métaux... issus de DEEE broyés O O + o La technologie commence à être utilisée au stade industriel La technologie est au stade du développement. Elle n'est pas diffusée au plan industriel. Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 33

34 6.5 FACTEURS EXPLICATIFS DU DIFFERENTIEL DE DEVELOPPEMENT DES TECHNOLOGIES EN FRANCE PAR RAPPORT AUX PAYS LES PLUS EN POINTE A la lumière des tableaux des pages précédentes, on constate que les industriels du tri des déchets en France sont plutôt en pointe pour l utilisation de certaines technologies, tandis que pour d autres technologies ils accusent un retard par rapport à d autres pays. Les REP constituent des facteurs stimulants pour la diffusion des nouvelles technologies de tri de déchets. C est le cas en particulier pour les emballages, les papiers, les VHU et les DEEE. Le tableau ci-dessous illustre, au moyen de quelques exemples, les multiples causes pouvant être à l origine de ces situations. Ces causes sont variables selon le couple «technologie x application» considéré. Tableau 9 : Facteurs explicatifs du différentiel de développement de certaines technologies de tri dans le tissu industriel français par rapport aux pays les plus en pointe. Technolo gie NIR Couple «technologie x application» Application E+P-2D (contrôle qualité des vieux papiers destinés à la fabrication du papier impression) Degré de diffusion de la technologie dans le tissu industriel français 8 - Degré de diffusion dans les pays les plus avancés + (ALL, ESP) Facteurs explicatifs 9 Le développement de l application a été réalisé par un centre technique français mais avec un partenaire industriel d un autre pays. XRT MET-1 (tri des métaux entre eux) - + (PB) L utilisation fréquente de XRF MET (ALL) IND E+P-4 (sur tri des métaux non ferreux) OMR-1 (tri des corps creux en plastique et des fibreux contenus NIR dans la fraction sèche des unités de TMB) OMR-2 (réduction de la teneur en NIR chlorés dans la fraction sèche des unités de TMB, en vue de la préparation de combustible solide résiduel) XRT DEE-4 (tri des plastiques contenant des additifs bromés) + + (ALL) + + (Europe) - + (ITA, Benelux, ALL) +/- + (USA) - + (USA) ces applications en Allemagne et aux Pays- Bas est la conséquence du degré de développement des filières de recyclage des déchets de la métallurgie dans ces pays. En France, les unités de TMB existantes sont peu orientées vers la valorisation matière de la fraction sèche des OMR. Les industriels français du tri/recyclage matière des polymères en mélange issus des VHU et des DEEE ont opté le 8 Avance / retard par rapport aux pays les plus en pointe. 9 Il s agit ici d un facteur identifié comme significatif. D autres facteurs peuvent également expliquer la situation constatée. Etat-de-l Art des technologies d identification et de tri des déchets 34

35 XRF DEE-4 (tri des plastiques contenant des additifs bromés) XRF VER-1 (tri des infusibles dans les bouteilles usagées) + ++ (ALL) MIR E+P-2A (sur tri des papiers / - + cartons entre eux) FRA) MIR E+P-2B (tri en vue de l obtention - +/- d une fraction EMR) (FRA) MIR E+P3A (sur tri des corps creux - + plastiques) FRA FOR E+P-3C (tri des cartouches de mastic) - + FOR DEE-3 (extraction des câbles selon leur rapport largeur/longueur dans la fraction - + métallique d un résidu de broyage) FOR MET-1 (tri des métaux entre eux) - + NIR OMR-3 (tri des indésirables (métaux, inertes) contenus dans la fraction organique des OMR à l entrée du digesteur des unités de TMB) XRT DEE-2 (tri des piles et accumulateurs selon leur couple électrochimique) IND DEE-2 (tri des piles et accumulateurs selon leur couple électrochimique) + - FRA Septembre 2012 plus souvent pour des procédés de flottation différentielle. A contrario, aux USA par exemple, les industriels du tri ont développé des procédés de tri sur déchets secs. On observe un regain d intérêt en France pour les technologies par voie sèche. Les innovations réalisées par chaque concepteur de systèmes de tri ont tendance à diffuser préférentiellement (tout au moins dans un premier temps) au sein des industriels du pays où ce concepteur est implanté. - + ALL Les industriels font des choix technologiques différents selon le pays. - + FRA 6.6 CLASSEMENT DES APPLICATIONS PAR FONCTIONNALITE DE TRI Le tableau récapitulatif de la page suivante visualise les applications recensées sous l angle des fonctionnalités de tri. On distingue trois types de fonctionnalités différents selon le niveau auquel se situe le tri dans la chaîne de valorisation des déchets : dans la partie amont de la chaîne de valorisation, il s agit soit d effectuer un pré tri d appareils entiers afin d optimiser la répartition des flux en vue du démantèlement, du tri et du recyclage, soit de trier des pièces préalablement démontées. Les DEEE sont particulièrement concernés ; dans la partie intermédiaire de la chaîne de valorisation pour des opérations de tri ou de sur tri de déchets en morceaux Tri de flux multi matières Extraction d'indésirables Tri de flux mono matière dans la partie aval de la chaîne de valorisation, pour les opérations de contrôle qualité destinées s assurer de la conformité du flux trié aux spécifications requises. Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 35

36 Tableau 10: Classement des applications par fonctionnalités de tri Prétri sur pièces ou appareils entiers Tri d'un flux multimatières Extraction d'une fraction minoritaire en vue de sa valorisation Extraction d'indésirables Tri de flux monomatière Contrôle qualité Métaux Polymères Verre Papier, carton Bois Textiles OMR OMR-1 Corps creux plastiques (et éventuellement fibreux) dans la fraction sèche TMB OMR-2 Chlorés dans la fraction CSR OMR-3 Inertes dans la fraction organique Etat-de-l Art des technologies d identification et de tri des déchets Emballages (collecte sélective) E+P-1 Tri fibreux / plastiques E+P-2A Fibreux entre eux E+P-3B PVC dans les bouteilles PET E+P-3C Cartouches de mastic E+P-4 Sur tri des métaux Verre (coll. sélective) VER-1 Infusibles dans le calcin E+P-3A Sur-tri des corps creux en plastique E+P-3B Bouteilles PET: tri couleur et/ou tri matériau (élimination du PVC) et/ou induction. VER-2 Tri couleur des bouteilles E+P-2B Tri en vue de l obtention d une fraction EMR E+P-2C Tri en vue de l obtention d une fraction JRM apte au recyclage en papier impression E+P-2D Papiers (entrée papeteries) DEEE VHU Constr/démol. Métaux Textiles Bois DEE-1 Pré-tri d'appareils entiers DEE-2 Piles et accumulateurs DEE-3 Câbles (rapport longueur/largeur) DEE-4 Plastiques contenant des additifs bromés DEE-5 Verre au plomb dans les ETC DEE-6 Non ferreux contenus dans les PAM (tri couleur) DEE-7 Mélange de polymères broyés VHU-1 Tri de pièces démontées (parechocs ) VHU-2 Verre sérigraphié dans pare-brises VHU-3 Mélange de polymères issus du RBA CD-1 Fenêtres PVC CD-2 Bitûmes, plâtre.. MET-1 Tri des métaux et alliages entre eux TEX-1 Tri des textiles par matériau et couleur BOI-1 Bois (entre eux) Septembre

37 7 ATTENTES DES INDUSTRIELS EN MATIERE DE TRI DES DECHETS 7.1 LES ATTENTES CLES Les attentes exprimées en matière d optimisation du tri par les industriels et par les organismes gestionnaires des filières de valorisation des déchets concernent principalement 6 types de déchets : les ordures ménagères résiduelles les emballages issus de la collecte sélective le verre bouteille les DEEE les VHU les métaux en mélange 10. Pour les OMR, deux attentes prédominent : La réduction de la teneur en PVC dans la fraction sèche des unités de TMB lors de la préparation du CSR. La technologie NIR est efficace pour les CSR "légers" mais l est moins dans le cas des CSR "lourds" du fait de la teneur élevée de ces derniers en plastiques sombres ; L optimisation du tri des corps creux en plastique (en particulier les bouteilles PET) contenus dans la fraction sèche des unités de TMB. Une proportion non négligeable des déchets d emballages plastiques et papiers cartons se retrouve en effet dans les OMR du fait du nonrespect des consignes de tri à la source. L amélioration du tri des déchets d emballages et de papiers issus de la collecte sélective suscite plusieurs attentes fortes: Le tri des plastiques (principalement les corps creux PET et HDPE) et des fibreux, (principalement des produits plats en papier carton). Il s agit en particulier d améliorer l efficacité et la vitesse du tri optique, d améliorer la discrimination entre les différents polymères, les cartons et les papiers dans les corps plats et de mieux identifier les produits noirs et sombres en plastique (tasses à café, barquettes.) ; Le tri des papiers cartons en vue de l obtention d une fraction EMR conforme à la PTM pose un gros problème aux gestionnaires de centres de tri. Les EMR correspondent en effet à une qualité «règlementaire» que les capteurs ne sont pas aptes à détecter ; Le tri en vue de l obtention d une fraction papiers adaptée au recyclage en papier impression, et la séparation entre papiers «blancs» (papiers bureautiques) et autres papiers (journaux et magazines en particulier). Les solutions techniques semblent exister mais ne diffusent que lentement ; 10 Seules les attentes les plus fortes (***) sont décrites ici. Le tableau situé à la fin du paragraphe 7.2 récapitule l ensemble des attentes identifiées ainsi que les technologies envisageables pour y répondre. Etat-de-l Art des technologies d identification et de tri des déchets 37

38 Le sur tri des corps creux en plastiques mélangés issus des centres de tri. La présence croissante de bouteilles multicouches (PE/PA/EVOH ), d étiquettes manchons sur les bouteilles, voire de bouteilles imprimées (sans étiquettes), nuit à l efficacité du tri. Des solutions techniques semblent émerger ; A l horizon 2013/2015, si l extension de la consigne de tri de la collecte sélective aux films, pots et barquettes se concrétise, on pourrait être confronté au problème du tri des barquettes et des bouteilles PET dans la fraction mélangée PE/PP/PS/PVC (les grades PET étant différents). Cette opération serait réalisée dans des centres de sur-tri spécialisés, en aval des centres de tri actuels. Le tri des pots de produits laitiers frais (pots de yaourts et pots «familiaux») suscite également une attente forte. La présence croissante de films plastiques dans les déchets issus de la collecte sélective se traduit par une baisse considérable de la densité des déchets triés, et donc des débits massiques (certains flux de bouteilles sont ainsi passés de 2-3 t/h à 0,2-0,3 t/h avec des bouteilles + films). Pour pallier cette contrainte, les opérateurs de lignes de tri ont tendance à saturer leurs machines de tri, avec pour conséquence l obligation d effectuer un sur-tri manuel plus poussé en bout de ligne de tri. Il en résulte un impact économique négatif que les industriels du tri peinent à surmonter. Verre bouteille issu de la collecte sélective La principale attente concerne l optimisation du processus d éjection des indésirables, notamment les infusibles transparents (vitrocéramiques du type «Vitroceram»). L obtention d un bon compromis efficacité/rendement est un objectif majeur des gestionnaires de centres de tri. DEEE L attente principale réside dans la possibilité de trier efficacement les plastiques contenant des additifs bromés, présents en proportion élevée dans de nombreux DEEE, en identifiant autant que possible séparément les additifs bromés autorisés et non autorisés. VHU L obligation de réutilisation ou de recyclage des VHU à 85% à l horizon 2015 suscite des attentes très fortes en matière d amélioration du tri des polymères en mélange contenus dans le RBA, en particulier dans les trois domaines suivants : le tri du PP chargé talc : Le PP est l un des plastiques les plus recherchés pour le recyclage car il est très utilisé dans la fabrication des véhicules, mais la distinction entre le PP pur et le PP chargé (au talc notamment) est délicate ; le tri des plastiques sombres. Le tri optique est relativement peu développé pour l'instant dans la séparation des plastiques issus des VHU car beaucoup de pièces plastiques sont sombres (compartiment moteur, baguettes latérales de caisse, pièces d habitacle ). C est un obstacle important à l'efficacité des machines de tri actuelles et cela pourrait expliquer le faible taux de pénétration du tri optique chez les industriels de la valorisation des VHU ; le tri des métaux dans le RBA génère également des attentes fortes en matière d amélioration de l efficacité du tri, dans les deux domaines suivants : Séparation du cuivre dans la fraction «acier» issue des VHU, du fait de la multiplication du nombre des servomoteurs dans les véhicules (le cuivre est un poison lors du processus de recyclage de l'acier) ; Tri des différentes nuances de métaux dans les fractions métalliques récupérées, en particulier les nuances d aluminium (tôles vs. pièces de fonderie) et les nuances d inox. D autre part, les coûts élevés de tri par flottation et les cours élevés des métaux incitent certains industriels du tri à se tourner vers les technologies de tri du RBA par voie sèche. Les attentes en matière de tri du RBA par voie sèche sont particulièrement fortes dans deux domaines : Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 38

39 la séparation des métaux imbriqués dans les plastiques (en particulier dans les câbles) au moyen d une combinaison de technologies de reconnaissance de forme, de NIR et de détection de métaux la séparation des autres «non-plastiques». Plus généralement, en matière d optimisation du tri des métaux les attentes des industriels sont fortes. Elles visent : - à valoriser les métaux résiduels (surtout l'inox, le cuivre rouge et l'aluminium) dans des mélanges d autres matériaux (bois, plastiques ). La tendance au renchérissement de la valeur commerciale des métaux justifie l intérêt économique de ce sur-tri ; - à éliminer les métaux résiduels dans les fractions où leur présence est indésirable (par exemple les broyats de plastiques destinés au recyclage matière.) ATTENTES LIEES AU CONTROLE QUALITE DES DECHETS TRIES Le contrôle qualité en continu basé sur des technologies de pointe existe depuis longtemps dans plusieurs secteurs industriels, comme l agro-alimentaire (contrôle de la couleur des fruits après cueillette, contrôle de la couleur des biscuits industriels. ). Dans le domaine des déchets, le contrôle qualité en continu des déchets triés est déjà une réalité pour certaines applications, comme les papiers destinés à la fabrication du papier impression (NIR) ou la couleur des menuiseries en PVC après broyage. Toutefois, la procédure la plus fréquemment utilisée reste le contrôle qualité par échantillonnage, par exemple pour la teneur en cadmium et en antimoine dans le RDF destiné à l industrie cimentière (XRF), pour la teneur en chlorés dans le CSR destiné aux cimenteries, pour la teneur en humidité des balles de papiers usagés ou encore pour la composition des alliages de métaux (SEO). Selon les cas, le contrôle qualité peut s effectuer à deux niveaux distincts de la chaîne de valorisation des déchets : - le contrôle qualité «amont», au niveau du préparateur de la matière première de recyclage, durant le processus de traitement des déchets ; - le contrôle qualité «aval», au niveau de l utilisateur de la matière première de recyclage, en entrée d unité de fabrication. Dans le cas des déchets plastiques, le sur-tri automatique est couramment pratiqué à l entrée des unités de recyclage, afin d éliminer les indésirables subsistant dans le flux de déchets. C est le cas des unités soumises à des spécifications de MPR très strictes, par exemple chez les fabricants de bouteilles PET recyclées «bottle to bottle» ou chez les recycleurs de corps creux en PEhd. Le contrôle qualité automatique en sortie des centres de tri est très peu utilisé. Les procédés de tri des déchets plastiques sont conçus pour atteindre une efficacité de tri prédéterminée. D autre part, si le contrôle qualité est effectué avec la même technologie que celle utilisée pour le tri en amont, le risque est grand de reproduire les mêmes dérives. Par exemple, si un cahier des charges exige des balles contenant au minimum 97% de bouteilles PET triées, le système de contrôle qualité ne détectera pas plus le PET «non-bouteilles» que le capteur de tri en amont, si la technologie utilisée est la même. Les attentes sont fortes dans le cas du contrôle qualité du CSR destiné aux fours de cimenteries. Actuellement, les contrôles de teneur en chlore effectués séparément par les préparateurs de CSR et par les utilisateurs de CSR, dont les résultats sont souvent contradictoires, peuvent constituer une cause de polémiques. Dans le cas des déchets de métaux ferreux et non ferreux, les utilisateurs (sidérurgistes et métallurgistes) n effectuent pas de sur-tri. Ils procèdent à deux types de contrôle qualité : Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 39

40 - un contrôle visuel destiné à vérifier l aspect général des lots de déchets reçus (dimension des déchets ) - un contrôle en continu sous portique, visant à détecter d éventuelles traces de contamination radioactive. En ce qui concerne la teneur en cuivre dans les déchets ferreux, des spécifications précises élaborées au niveau européen permettent de définir la qualité des lots de déchets. Dans le cas des papiers usagés, les centres de tri procèdent à un contrôle visuel en bout de ligne, par échantillonnage, A la réception des MPR par le papetier, aucun sur-tri n est effectué de manière systématique. Les balles de déchets reçues font généralement l objet d un contrôle de la teneur en humidité (par carottage) et d un contrôle visuel de la présence éventuelle d indésirables non fibreux (plastiques rigides ou films plastiques) ou fibreux (en particulier les papiers teintés dans la masse). Dans le cas du verre, l organisme collecteur du verre usagé s engage à livrer un calcin conforme à la spécification imposée par le verrier, en particulier au niveau des teneurs limites en composants non vitreux : métaux ferreux, métaux non ferreux, substances inorganiques non métalliques et non vitreuses (céramique, pierres, porcelaine, pyrocéramique.) et substances organiques (papier, caoutchouc, plastique, tissu, bois.). Toutefois, les centres de préparation du calcin sont tous équipés de systèmes de tri des infusibles et certains d entre eux de systèmes de tri permettant d identifier et de trier les vitro-céramiques AUTRES ATTENTES EXPRIMEES PAR LES INDUSTRIELS ET PAR LES ORGANISMES EN CHARGE DE LA GESTION DES FILIERES. Outre les attentes spécifiques au tri de tel ou tel flux de déchets, les acteurs rencontrés ont également exprimé quatre attentes de nature plus transversale : Pouvoir pré-trier les flux le plus en amont possible dans le processus de valorisation ; Valoriser certains gisements de déchets sans avoir besoin d une collecte sélective aussi poussée qu actuellement : Optimiser la gestion quantitative du tri en temps réel ; Réduire le «stress du trieur». Pré-trier les flux le plus en amont possible dans le processus de valorisation L objectif du pré tri est de «reconnaître» les appareils entiers en fin de vie, afin de pouvoir constituer des flux homogènes, chaque flux pré-trié étant ensuite orienté vers une séquence de dépollution et de traitement spécifique. Cette attente concerne surtout les acteurs de la filière de valorisation des DEEE. Le pré-tri permettrait de répondre à des contraintes telles que : la présence de nouveaux polluants en quantités croissantes dans certains appareils (par exemple les tubes à mercure dans les téléviseurs à écran plats) ; la séparation des appareils GEM froid contenant des mousses chargées en CFC et en pentane (seuls les premiers nécessitent une dépollution) ; la détection de la présence d'amiante dans les vieux fours, les semelles de vieux fers à repasser ou certains toasters. Il ne semble pas exister pour l instant de solution technologique satisfaisante pour ce type d opération de pré-tri. L éventail des possibilités reste très ouvert, depuis des systèmes de tri en continu basés sur la reconnaissance automatique des appareils et de leur contenu (à partir d une banque de données appropriée) jusqu au couplage homme-machine. Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 40

41 Valoriser certains gisements de déchets sur la base d une collecte sélective moins poussée qu actuellement La recherche de solutions alternatives à la collecte sélective actuelle des déchets d emballages ménagers afin de moins trier en amont fait l objet de réflexions de la part des pouvoirs publics, des organismes de gestion des filières déchets et des industriels. Deux scénarios sont envisageables : le premier consisterait par exemple à demander aux ménages de concentrer leurs efforts de tri à la source sur les déchets faciles à reconnaître (déchets alimentaires, déchets dangereux) et de mettre en vrac tout le reste dans un seul bac ; le deuxième, moins radical, consisterait à étendre les consignes de tri, en incluant les films plastiques et les barquettes. L amélioration des performances des systèmes de tri depuis une dizaine d années (cf. fiches applications E+P-1 à E+P-3, annexe 3) permet d envisager des centres de tri (ou de sur-tri) automatisés capables de trier des mélanges complexes, d où sortiraient des fractions papiers, PET, PEHD, ELA, ferreux et non ferreux répondant aux attentes des industriels du recyclage, ainsi que tous les autres polymères et matières valorisables. Deux contraintes restent toutefois à surmonter pour que ces «centres de tri du futur» aient des performances réellement optimales : parvenir à un tri des fractions «papier graphique» et EMR d une qualité suffisante par rapport aux spécifications requises 11. Plusieurs projets sont en cours pour tester et développer cette application ; le sur tri / contrôle qualité manuel reste parfois incontournable aujourd hui si l on veut obtenir des fractions PET, papiers, EMR.. aux les spécifications requises. Optimiser la gestion quantitative du tri en temps réel Une attente forte exprimée par certains industriels vise à améliorer le traçage des flux de déchets au moyen de bilans quantitatifs sur les flux triés, à travers les informations fournies en temps réel par les calculateurs des systèmes de tri. L élaboration de tels bilans pourrait s avérer utile dans plusieurs contextes, par exemple : pour mesurer et contrôler l'efficacité de la dépollution de certains flux de déchets ou produits en fin de vie (métaux lourds dans les broyats, CFC dans les GEM froids, additifs bromés dans les DEEE ) ; pour faire remonter automatiquement les bilans depuis les prestataires vers les responsables de filières et les éco-organismes ; pour améliorer la flexibilité du tri. Le procédé de tri séquencé auto adaptatif développé par Véolia apporte des éléments de réponse à cette attente. Il s appuie en effet sur la remontée des informations issues du tri optique et permet de totaliser la quantité de chaque matériau trié dans chaque flux. Réduire le «stress du trieur» L INRS a travaillé sur la conception et les conditions d agencement des centres de tri pour prévenir les troubles physiques et psychiques encourus par les travailleurs au sein des installations. Il s'agit principalement de règles pour la prévention des risques chimique, 11 Des modifications règlementaires (prescriptions techniques minimales) sur les emballages papier carton et sur les papiers permettraient de s affranchir de cette contrainte de tri et d extraire tous les papiers en automatique sans pénaliser pour autant la recyclabilité des papiers. Toutefois ce point est hors du champ de l étude. Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 41

42 acoustique, gestuel...le «stress du trieur» est mentionné dans le cadre d'une (éventuelle) opération de sur tri manuel : «l'opérateur est le dernier à pouvoir agir sur la qualité du produit valorisable, ce qui peut conduire à un certain stress lié à la difficulté de faire vite et bien.». Les recommandations faites dans les documents de l INRS découlent des différentes directives européennes relatives à la sécurité et à la santé au travail. De nombreuses autres attentes ont été identifiées. Les tableaux des pages suivantes récapitulent l ensemble des attentes identifiées ainsi que les technologies envisageables susceptibles d y répondre. Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 42

43 Attentes identifiées pour le tri des ordures ménagères résiduelles Septembre 2012 Tableau 11-1: Attentes identifiées et technologies envisageables susceptibles d y répondre Gisement: OMR (ordures ménagères résiduelles) Fiche application Souscode Application Attentes Impact escompté d une amélioration du tri Technologies OMR-1 Tri des corps creux en plastique et des ** Extraire les corps creux en plastiques et les papiers cartons contenus dans les OMR fibreux contenus dans la fraction sèche des en vue de leur valorisation matière. unités de TMB Elevé. Une proportion croissante de corps creux et de fibreux pourrait être valorisée directement à partir des OMR. NIR + VIS» sur la partie «lourde» (>80mm) de la fraction sèche OMR-2 Réduction de la teneur en chlorés dans la fraction sèche des unités de TMB, en vue de la préparation de combustible solide résiduel *** Améliorer la qualité du tri dans le CSR 3D. Le NIR est efficace pour les CSR "légers" (2D), mais peu efficace pour les CSR "lourds" (3D) car la teneur en "noirs" y est élevée. - Améliorer le contrôle qualité post-tri, par un suivi en temps réel de la teneur en chlore dans le CSR livré aux cimenteries. Elevé. Amélioration de la qualité du CSR fabriqué. Augmentation de la part du CSR dans le mix énergétique des cimentiers. NIR NIR + XRT OMR-3 Tri des indésirables (métaux, inertes) contenus dans la fraction organique des OMR à l entrée du digesteur des unités de TMB ** Améliorer le tri des morceaux métalliques et inertes de dimension inférieure à 50 mm. Gain de productivité lié à un nettoyage moins fréquent du digesteur. XRT Tri positif (NIR) de la matière organique Etat-de-l Art des technologies d identification et de tri des déchets 43

44 Attentes identifiées pour les emballages ménagers (hors verre) et industriels issus de la collecte sélective Tableau 11-2: Attentes identifiées et technologies envisageables susceptibles d y répondre Fiche application Souscode Application Attentes Impact escompté d une amélioration du tri Technologies Septembre 2012 E+P-1 *** Améliorer l efficacité et la vitesse du tri optique *** Améliorer la discrimination entre les plastiques, cartons et papiers dans les corps plats. Séparation des produits non fibreux *** Mieux identifier les produits noirs et sombres en plastique (tasses à café, barquettes.) (principalement les bouteilles en PET et en ** Mieux identifier les produits multicouches, présents en quantité croissante. PEHD) et des fibreux (papiers, cartons ) ** Anticiper les effets de la consigne de tri étendue (films, pots, barquettes).la présence croissante de films plastiques dans les déchets issus de la collecte sélective se traduit par une baisse considérable de la densité des déchets triés, et donc des débits massiques. Très élevé. Amélioration du rendement et de la qualité du tri dans les centres de tri d emballages. NIR + VIS Tunnels de stabilisation E+P-2 Surtri des papiers et cartons E+P-3 Surtri des plastiques mélangés E+P-4 E+P-2A E+P-2B E+P-2C E+P-2D E+P-3A E+P-3B Surtri des papiers / cartons entre eux Tri en vue de l obtention d une fraction EMR Tri en vue de l obtention d une fraction JRM Contrôle qualité des vieux papiers destinés à la fabrication du papier impression Surtri des corps creux plastiques 1/: Elimination du PVC dans un flux de bouteilles PET, pour la fabrication des fibres de rembourrage; 2): Tri couleur des bouteilles PET (clair/azur, coloré) et élimination du PVC, pour le recyclage «bottle to bottle» ***Améliorer la qualité du tri des EMR et des JRM (voir «Applications» EMB-2B et EMB-2C). *** A l horizon 2013/2015, si l extension de la consigne de tri de la collecte sélective aux films, pots et barquettes se confirme, on observera une proportion croissante de produits plats en plastique (barquettes, films ) dans la fraction «fibreux»». Très élevé. Amélioration du rendement et de la qualité du Attente relative aux limites des systèmes de tri mécanique : surtri des fibreux. *** Les systèmes de tri mécanique ne reconnaissent pas corps creux écrasés. On les retrouve en quantités importantes dans la fraction "petits fibreux". ** Il reste une proportion non négligeable de cartonnettes dans le flux de papiers graphiques, ce qui fait que ce flux trié n est pas conforme au standard Il est donc nécessaire de prévoir un tri manuel complémentaire sur ce flux trié de papiers graphiques. *** Pouvoir trier les déchets de la fraction EMR afin d'atteindre la conformité à la PTM *** Améliorer la qualité du tri des JRM en vue du recyclage papier impression. *** Améliorer la séparation entre papiers "blancs" (reprographie) et autres papiers (journaux magazines en particulier). * Pouvoir contrôler rigoureusement et rapidement les principaux critères de qualité du papier reçu. *** Bouteilles multicouches (PE/PA/EVOH ) et étiquettes "manchons" *** A l horizon 2013/2015, extension de la consigne de tri de la collecte sélective aux films, pots et barquettes. On sera confronté au problème du tri du flux mélangé constitué de barquettes et de bouteilles PET. * Bidons de lessive "sombres" (peu nombreux) * A terme, besoin d'identification des bioplastiques ** Elimination du PVC dans le PET recyclé (contamination PVC et métal <20 ppm). *** Reconnaitre les bouteilles munies d'étiquettes "manchons" ** Trier les «blends» en PET/PA et de mélanges polymère + additif Très élevé. Le tri manuel exige des ressources considérables en main-d œuvre pour obtenir les EMR avec le taux de pureté requis. L automatisation du tri conduirait à des gains de productivité significatifs. Très élevé. Amélioration de la qualité du papier recyclé utilisé par les papetiers pour la fabrication du papier impression. Très élevé. Les bouteilles et flacons en PET, PEHD, PP représentent un gisement annuel de 400 à tonnes/an. Elevé. - Amélioration de la qualité de la fraction PET triée - Au niveau du contrôle qualité après tri, amélioration de la vérification de l'adéquation des fractions sortantes aux PTM. NIR + induction MIR VIS MIR NIR + VIS MIR NIR 1/: NIR + VIS 2/: MIR 3/: Tri séquentiel auto-adaptatif E+P-3C Tri des cartouches de mastic ** Eliminer au maximum les cartouches de mastic au silicone dans les flux de PEHD. Amélioration de la qualité du PEHD recyclé. Reconnaissance de forme ** Améliorer le surtri sur les refus des pièces légères à base de métaux non ferreux, Elevé. Le gisement estimé des petits objets en non ferreux Récupération des métaux non séparés par principalement de l aluminium. dans les flux d emballages issus de la collecte sélective est Induction tri magnétique et par courant de Foucault ** Mieux trier les éléments métalliques tels que les ressorts à l intérieur des flacons ou les estimé à environ tonnes/an flacons fermés avec des bouchons métalliques. NIR + VIS Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 44

45 Attentes identifiées pour le tri du verre bouteille Septembre 2012 Tableau 11-3: Attentes identifiées et technologies envisageables susceptibles d y répondre Gisement: Emballages verre VER-1 Tri des infusibles dans les bouteilles usagées *** Améliorer la fiabilité et la sélectivité du processus d éjection des morceaux de céramiques, vitrocéramiques et cailloux à rejeter. VER-2 Tri couleur des bouteilles usagées **Améliorer le rendement de tri des machines de tri couleur. Très élevé. L amélioration de la qualité du calcin UV permettrait d augmenter le taux de calcin dans le Laser verre fabriqué (60% en moyenne aujourd hui, plus de Visible (couleur) 90% pour la fabrication de certaines bouteilles de XRF couleur verte). Elevé. Accroissement de la capacité française de recyclage du verre blanc. Attentes identifiées pour le tri des DEEE Tableau 11-4: Attentes identifiées et technologies envisageables susceptibles d y répondre Gisement: DEEE Fiche application Souscode Application Attentes Impact escompté d une amélioration du tri Technologies DEE-1 DEE-2 DEE-3 DEE-4 DEE-5 DEE-6 DEE-7 Pré-tri d appareils entiers ou de parties d'appareils Tri des piles et accumulateurs selon leur couple électrochimique Extraction des câbles selon leur rapport largeur/longueur dans la fraction métallique d un résidu de broyage Tri des plastiques contenant des additifs bromés Tri du verre au plomb et du verre au baryum dans les tubes cathodiques Tri couleur des métaux non ferreux contenus dans les PAM ** Détecter les appareils contenant des produits dangereux et devant faire l objet d un processus de dépollution spécifique. Caractériser le contenu et la localisation des produits dangereux dans chaque appareil. * Pas d'attente majeure. *** Mieux trier les câbles pour les valoriser. *** Mieux trier les plastiques contenant des additifs bromés. ** Séparer les additifs bromés autorisés et non autorisés. * Il n y a pas d attente majeure. * Il n y a pas d attente majeure. Tri de mélanges de polymères (PET, PEHD, PP, PVC, ABS, ABS/PVC ) et de ** Améliorer la qualité du tri et étendre le champ du tri à de nouveaux polymères. métaux... issus de DEEE broyés Elevé. Optimisation de la qualité de la dépollution et de l efficacité du tri des DEEE. Moyen. Le flux des piles usées collectées en France est trié à 100% en vue du recyclage. Parmi les 5 industriels impliqués dans cette activité, un seul (SNAM) effectue un tri automatique. Elevé. Les câbles une fois séparés sont valorisables dans de meilleures conditions économiques que s ils restent avec les autres métaux en mélange. Très élevé. Augmentation des quantités de plastiques recyclées en boucle fermée. Elevé. Amélioration du rendement et de la qualité du tri des polymères contenus dans les DEEE. Couplage homme-machine Tri magnétique avec capteur XRT Reconnaissance de forme XRT XRF IR Chromatographie LIBS XRT Visible (couleur) NIR + VIS + IND LIBS Marqueurs Ultra sons Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 45

46 Attentes identifiées pour le tri des VHU Septembre 2012 Tableau 11-5: Attentes identifiées et technologies envisageables susceptibles d y répondre Gisement: VHU Fiche application Souscode Application Attentes Impact escompté d une amélioration du tri Technologies VHU-1 VHU-2 Tri de pièces plastiques entières préalablement démontées Tri du verre sérigraphié dans les parebrises (échange standard) ** Reconnaissance des pare-chocs en PP chargés talc ou pas ** Augmentation du rendement de tri du PP. * Il n y a pas d attente majeure. Moyen. Amélioration de la productivité des opérations de démontage de pièces de VHU. NIR Tri optique VHU-3 Tri d'un mélange de polymères broyés et de métaux issu de RBA *** Tri du PP chargé talc *** Reconnaissance des plastiques sombres (compartiment moteur, baguettes latérales de caisse, pièces d habitacle ). ** Extraction des polyamides ** Tri des faisceaux de câbles après broyage. *** Séparation des métaux imbriqués dans les plastiques (en particulier dans les câbles) Très élevé. Toute solution technique appropriée permettrait de contribuer à l atteinte de l objectif de valorisation des VHU. NIR Traceurs Attentes identifiées pour le tri des déchets de construction / démolition Tableau 11-6: Attentes identifiées et technologies envisageables susceptibles d y répondre Gisement: Déchets de construction / démolition Fiche application Souscode Application Attentes Impact escompté d une amélioration du tri Technologies CD-1 CD-2 Tri des menuiseries en PVC après broyage, par nuances de blanc Tri des bitumes, terre cuite et plâtre dans une fraction issue de matériaux de démolition ** Systèmes de tri automatique couplant plusieurs technologies en une seule étape. ** S assurer de ne pas sortir le caoutchouc en même temps que le PVC couleur. * Eliminer tout ce qui n est pas gris dans la fraction mélangée. Elevé. Amélioration du rendement et de la qualité du tri des menuiseries en PVC. Moyen. Permettrait de mieux réutiliser certaines fractions mélangées issues des déchets de construction/ démolition. Caméra haute résolution NIR Tri selon la dureté Couleur NIR Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 46

47 Attentes identifiées pour le tri des déchets métalliques Tableau 11-7: Attentes identifiées et technologies envisageables susceptibles d y répondre Gisement: Déchets métalliques Fiche application Application Attentes Impact escompté d une amélioration du tri Technologies Septembre 2012 ** Les inox doivent être séparés car leur présence empêche le recyclage des autres métaux. La collecte des métaux (en particulier l'aluminium ménager) issus des mâchefers est un enjeu majeur et les industriels recherchent des solutions techniques. MET-1 Tri des métaux et alliages entre eux Dans la filière VHU *** Proportion croissante de cuivre dans la fraction «acier» issue des VHU (multiplication du nombre des servomoteurs dans les véhicules. Le cuivre est un poison lors du processus de recyclage de l'acier). *** Mieux trier les différentes nuances de métaux dans les fractions métalliques récupérées, en particulier : '- nuances d aluminium (tôles vs. pièces de fonderie) '- nuances d inox. pour le tri de l inox. Très élevé, dans le contexte de raréfaction et de renchérissement de nombreux métaux. XRF LIBS ** Mieux trier les fines (qui sont pour la plupart directement envoyées en décharge): - pour valoriser les métaux contenus - du fait de leur teneur souvent élevée en métaux lourds. ** Améliorer le processus d échantillonnage. Attentes identifiées pour le tri des déchets textiles et de bois Tableau 11-8: Attentes identifiées et technologies envisageables susceptibles d y répondre Gisement: Déchets textiles et déchets de bois Fiche application TEX-1 Application Attentes Impact escompté d une amélioration du tri Technologies Tri des textiles par matériau ou par couleur ** Tri capable d'identifier telle ou telle matière synthétique. Elevé. Amélioration de la productivité et de la qualité des opérations de tri des textiles. Visible MIR LIBS Fiche application Souscode Souscode Souscode Application Attentes Impact escompté d une amélioration du tri Technologies BOIS-1 Tri des bois entre eux Elevé. ** Difficultés pour discerner les bois A et B. '- Le développement du tri des bois dans les encombrants est ** Les traverses de chemins de fer sont systématiquement traitées au créozote. La présence de un objectif de la politique nationale de recyclage. peinture, de produits retardateurs de flamme, de pigments à base de métaux lourds est '- Impact positif pour les industriels de la préparation de également très contraignante. panneaux agglomérés et pour l utilisation du bois en chaudières. NIR + VIS Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 47

48 8 ETAT DE LA R&D SUR LES TECHNOLOGIES DE TRI 8.1 VUE D ENSEMBLE La R&D relative aux technologies de tri des déchets est extrêmement dynamique et foisonnante au plan mondial. Dans la majorité des pays, l innovation est portée par la R&D réalisée en interne par les concepteurs / fabricants de systèmes de tri. Leurs efforts portent à la fois : sur le développement de combinaisons de technologies existantes ; sur l identification de nouvelles applications à partir de technologies existantes ; sur le développement de nouvelles technologies. Parallèlement, les programmes de recherche partiellement financés par des budgets publics (nationaux ou communautaires) sont plutôt consacrés aux technologies dont l horizon d émergence d applications industrielles est plus lointain. Ces projets associent des concepteurs / fabricants de systèmes de tri et des laboratoires et centres de recherche. En France, les projets s inscrivent principalement dans deux programmes : Eco-Industries, financé par le Ministère de l'industrie (dossiers instruits par OSEO et l ADEME selon leurs procédures propres de financement) avec un budget de 20 millions d euros pour chacune des années 2010 et L appel à projets le plus récent a été ouvert le mars 2012 ; Le programme Ecotechnologies-Eco services (ECO-TS) de l Agence nationale de la recherche (ANR). 8.2 LES INVESTISSEMENTS D AVENIR Depuis 2010, l ADEME gère plusieurs programmes dans le cadre des Investissements d avenir. Un appel à manifestation d intérêt (AMI) a été lancé dans le cadre du programme «Collecte, tri, recyclage et valorisation des déchets», la date limite de dépôt des projets relatifs à ce programme étant novembre L AMI précisait que les projets doivent privilégier la coopération entre acteurs de la chaîne de valeur, comporter des analyses des impacts environnementaux et sanitaires complétées si besoin par des analyses économiques et sociales, et conduire à des mises sur le marché à court et moyen terme afin d avoir un retour sur investissement rapide. 8.3 LES PROJETS DE R&D IDENTIFIES Les projets de R&D récents (France et Union européenne) identifiés dans le domaine du tri des déchets sont récapitulés dans le tableau des pages suivantes. Etat-de-l Art des technologies d identification et de tri des déchets 48

49 Tableau 12 : Projets de recherche récents relatifs au développement des technologies de tri Septembre 2012 Nom du projet Projet financé par Porteur du projet Année de démarrage/ fin Technologie(s) concernée(s) Description Idéalibs Optitec Bertin Technologies 2006 / 2008 LIBS L objectif de ce projet était de développer un prototype d appareil de terrain pour analyser les sols pollués avec la technologie LIBS. TRITR@CE Pôle national de Traçabilité de Valence Traceurs Le projet visait à valider le système de «traceurs» sur des polymères ciblés. Il a démontré la faisabilité du procédé d'identification des polymères en fin de vie, la traçabilité des polymères marqués (REACH) et la faisabilité des recyclages multiples. Memfis 7ëme PCRD Technikon (Autriche) 2008 / 2011 MIR Faisabilité d'un analyseur spectroscopique MIR : - Miniaturisation - Réduction du temps de mesure - Application des concepts et des moyens «novel translational photonic MEMS» - Création d'un prototype. Sort It 7ëme PCRD Papiertechnisc he Stiftung 2008 / 2011 NIR + Couleur Nouvelles technologies pour un tri plus efficace et plus rentable des papiers et cartons, basées sur : - de nouveaux détecteurs NIR, analyse d'image et colorimétrie - de nouveaux outils de séparation (robots) - de nouveaux concepts de tri. W2 Plastics 7ëme PCRD Technische Universiteit Delft 2008 / 2012 Magnétique et ultrasons Tri magnétique et capteurs à ultrasons pour la production de polyoléfines de haute pureté à partir de déchets. Tri des plastiques en mélange dans les DEEE, au moyen du procédé de solvolyse. Le projet a permis de déterminer des plafonds de taux d impuretés acceptables (PS, ABS ) dans le REDEMPTIR Armines (CMGD Alès) NIR + VIS HIPS et dans le PP, a montré que le PS dans le HIPS n est pas rédhibitoire jusqu à une certaine proportion, a permis de réaliser un tri haute pureté de plusieurs mélanges de polymères issus des DEEE et de réaliser des pièces industrielles contenant entre 50% et 100% de matière recyclée. Etat-de-l Art des technologies d identification et de tri des déchets 49

50 Nom du projet Financeme nt du projet Porteur du projet Année de démarrage/ fin Technologie(s) concernée(s) Description Terapepo Optitec LPMC 2008 / 2011 Terahertz Ce projet a permis la mise au point d une source optique de rayonnement terahertz à base GaN, compacte, continue et à spectre fin. Plastilibs ADEME CRITT Matériaux Alsace 2009 / 2011 LIBS Le projet a permis de tester les potentialités d utilisation de la LIBS comme technique de reconnaissance des matériaux plastiques et composites dans les DEEE. Le projet a démontré l aptitude de la LIBS à la caractérisation des plastiques contenus dans les DEEE et à la détection des éléments dangereux dans ces plastiques. Triple 7ême FUI Sita, BRGM Pôle Axelera 2009 / Mise au point d une méthodologie normalisée des gisements de plastiques issus du traitement des DEEE et optimisation des techniques de tri. Elit Systems ADEME Bertin Technologies LIBS Tri et séparation des déchets plastiques dans les DEEE et les VHU. Mise au point d un système portable (ou transportable, appareil d environ 50 kg, à utiliser en contrôle qualité, à poste en démontage manuel ou à fixer au-dessus d une ligne de production). Saturn Programme européen Eco- Innovation I.A.R - RWTH Aachen University (Allemagne) Saturn : Sensor-sorting Automated Technology for advanced Recovery of Non-ferrous metals. Amélioration des technologies de tri des métaux non ferreux (cuivre et aluminium en particulier) dans les déchets du type RBA ou câbles. Construction d un pilote. Tricomen ADEME BRGM NIR Optimisation du tri matière dans les unités de traitement mécano-biologique des ordures ménagères résiduelles. La possibilité de récupérer les plastiques par tri optique, en vue d une valorisation matière a été évaluée dans plusieurs installations de TMB. Triptic ANR INSA Lyon (projet labellisé Axelera Plastipolis) 2010 / 2013 XRF Récupérer les plastiques contenus dans les VHU après opérations de démontage ou après broyage & tri en utilisant une signature avec traceurs détectables par tri spectrométrique (fluorescence X). Une démonstration de tri à grande vitesse a été effectuée sur un site industriel, qui a permis de valider les principales caractéristiques. Eco CND Ecotech (ANR) IXTREM Ultrasons Le projet a étudié les conditions de remplacement des techniques polluantes de ressuage et de magnétoscopie de contrôle qualité par une génération d ultrasons par laser, couplée à une réception «Electromagnetic Acoustic Transducer». Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 50

51 Nom du projet Financeme nt du projet Porteur du projet Année de démarrage/ fin Technologie(s) concernée(s) Description TRI+ Oseo Pellenc ST VPCO Eco- Emballages Véolia Propreté / Nantes Métropole -LIBS -Rayons X - 5 nouvelles autres technologies de tri optique sans contact NIR + VIS Le projet porte sur l optimisation de plusieurs technologies de tri, la plupart des filières de déchets étant concernées : emballages, DEEE, ordures ménagères. L un des thèmes développés est l affinage des différentes sortes de papier, afin d obtenir un flux de papier blanc et propre par combinaison des spectrométries NIR + MIR. Budget global de 20,5 Millions d euros. Le projet a consisté à orienter les flux de PP et de PS (résultant des erreurs dans le geste de tri) vers le flux de PEhd existant. Le flux mélangé obtenu (bouteilles, flacons, pots et barquettes) a été ensuite sur-trié. Noptrix 11ême FUI Bertin Technologies (labellisé par le Pôle Optitec) RX spectrométrique Développement d'une Nouvelle technologie RX pour le tri de mélanges complexes de déchets. Nouvelles approches du traitement du signal en analysant la structure spectrale de chaque pixel pour améliorer l'identification des matériaux. Budget : 3,9 M. CALIPSO ADEME IVEA LIBS Valoptic Eco- Emballages Véolia Propreté / Sigidurs Le projet concerne l optimisation du choix de l instrumentation pour les analyses LIBS de terrains pollués et l évaluation au plan quantitatif des performances (reproductibilité ) du système choisi. Deux types de systèmes sont développés : un instrument du type «ultraportable» (pistolet), et un système mobile équipé d un laser UV. Les instruments (statiques) sont opérationnels chez IVEA. Le projet s'articule principalement autour du procédé TSA2 (tri séquentiel auto-adaptatif). Le procédé trie en plusieurs flux (PET clair, PET coloré, PP, PS et PVC). Les trois derniers flux sont obtenus en effectuant un sur-tri du refus de tri de PET. WEELIBS LIFE + CRITT Matériaux Alsace Démarrage fin 2012 LIBS L objectif est la mise au point d un démonstrateur de tri des plastiques, appliqué au démantèlement des DEEE, sous la forme d un appareil portatif. FRISP Paprec, Pellenc ST Fin Induction pilotée et XRT haute résolution Conception d'une chaîne de tri automatique des déchets plastiques contenant des retardateurs de flamme Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 51

52 L une des caractéristiques des projets de R&D est la grande diversité des technologies de tri concernées. Les technologies LIBS et fluorescence X sont les plus fréquemment rencontrées dans les projets recensés, mais les technologies «traceurs», combinaison NIR + MIR, combinaison NIR + Visible, fluorescence UV, induction pilotée et XRT haute résolution apparaissent également dans différents projets. Les DEEE sont les types de déchets les plus étudiés. Septembre 2012 Croisement «Technologie x type de déchet» des projets de recherche cités VHU DEEE Papiers Emballages Terrains pollués Métaux CSR, RDF Plastiques Fluorescence X et UV LIBS Traceurs NIR NIR + MIR NIR + VIS Ultrasons XRT Non spécifié 8.4 LA R&D RELATIVE AUX AMELIORATIONS POLYVALENTES Au-delà des innovations destinées à mettre au point de nouvelles technologies de tri et de nouvelles applications, la R&D cible également des améliorations plus polyvalentes, susceptibles de s appliquer à plusieurs technologies de tri. Cinq axes d amélioration ont été recensés. Améliorer l efficacité des capteurs multifonctions Les capteurs multifonctions permettent d éviter les systèmes de tri en cascade. Dans le cas d objets à trier de petite taille, une difficulté récurrente aux systèmes à capteurs multifonctions (généralement des doubles ou triples capteurs) consiste à s assurer que les signaux captés correspondent bien à la même pièce analysée. Ceci requiert une bonne «superposition» des mesures effectuées par les deux capteurs. Si la superposition des mesures n est pas parfaite on risque de ne pas éjecter la bonne pièce. Ce problème est récurrent à toutes les technologies utilisant deux capteurs (ou plus) sur une même machine. Il ne concerne évidemment pas les machines installées en cascade. A noter également que dans le mécanisme de reconnaissance d un objet, sa position (selon qu il se présente transversalement ou longitudinalement sur le tapis) est un paramètre particulièrement délicat à contrôler. Des progrès significatifs ont été réalisés récemment dans ce domaine, en particulier par les sociétés Pellenc ST, TiTech et IMRO. Optimiser la phase d'éjection des produits Compte tenu des énormes progrès réalisés au cours des dix dernières années sur la partie optique des systèmes de tri, la phase d'éjection des produits devient un déterminant de plus en plus critique de l efficacité du tri. Les concepteurs cherchent à optimiser leurs systèmes en trouvant le meilleur compromis entre des mailles fines (donc une qualité de détection élevée mais une éjection plus difficile) et des mailles plus grosses (donc une qualité de détection moindre mais une éjection plus facile). Si l'éjection est mal coordonnée à la détection, soit on n'éjecte pas le bon morceau, soit on entraîne en même temps un ou plusieurs morceaux indésirables car l'espacement entre les buses d'air comprimé est trop grand par rapport à la taille des morceaux. Il en résulte une Etat-de-l Art des technologies d identification et de tri des déchets 52

53 dégradation de l'efficacité du tri pour certains produits, qui oblige à effectuer un sur tri manuel. Ce problème se pose par exemple de façon aigue pour le tri des indésirables dans le verre issu de la collecte sélective. Il semble que les progrès futurs passeront par une maîtrise accrue de l'électronique en temps réel et par des innovations en matière de conception de la partie "mécanique" des machines de tri. Pour les gros objets, certains concepteurs développent par exemple des systèmes de reprise des morceaux éjectés par des tapis roulants auxiliaires. Pour les petits objets, ils essaient de rapprocher les buses d'air comprimé. Les concepteurs de machines de tri font d importants efforts de R&D pour optimiser cette phase d éjection et pour réduire les coûts d exploitation correspondants. Réduire la consommation d air comprimé La consommation d air comprimé constitue un poste important du coût d exploitation d un système de tri. La société Steinert et TiTech (système «Suppix») annoncent un gain de 20 à 40% sur la consommation d air comprimé des systèmes de tri par induction, par XRT, par colorimétrie et par NIR. Ce gain est obtenu par l optimisation du système de contrôle d ouverture et de fermeture de chaque vanne d air comprimé, permettant de réduire le temps de latence entre l interruption du courant électrique et la chute de pression à la fermeture de la vanne. Ce système peut s adapter sur des installations existantes. Améliorer la flexibilité des systèmes de tri Véolia Environnement développe depuis 2007 un système appelé «tri séquentiel autoadaptatif» (la dernière version étant TSA2) qu elle a développé en collaboration avec la société Pellenc ST et qui permet de programmer la machine pour extraire plusieurs matières (jusqu à une dizaine) les unes après les autres, en plusieurs séquences, sur le même tapis de tri. L innovation réside principalement dans un algorithme de calcul qui, conjugué avec un système optique de reconnaissance des matières, analyse en continu la composition du flux de déchets défilant sur un convoyeur circulaire. À partir de cette information, le système adapte automatiquement la consigne de tri à la catégorie de matière détectée comme majoritaire. Après une première séquence de tri opéré selon la consigne, et tandis que de nouveaux déchets arrivent sur le convoyeur, la composition du flux se trouve naturellement modifiée. Une nouvelle analyse déclenche alors une nouvelle séquence de tri. Ce procédé est destiné en priorité aux centres de tri de petite capacité. Le premier prototype industriel a été réalisé en 2008 au centre de tri de la société Véolia Propreté à Châteaubernard (Charente). Cette unité traite t/an de déchets ménagers issus des collectes sélectives. Couplé à une machine de tri optique MISTRAL de Pellenc ST, le TSA est situé en aval de la chaîne de tri et sépare 5 types de matériaux : les bouteilles PET transparentes incolores, les bouteilles PET transparentes de couleur, les flacons opaques en PEHD, les briques alimentaires et les papiers résiduels. Plusieurs autres installations ont été réalisées, à Laluque (Landes), Sarcelles et Vaux-le-Penil. Le tri séquentiel contribue à l amélioration du tri sur les plans suivants: - l augmentation des débits de tri ; - l éjection des matériaux par ordre de priorité quantitative libère de la place sur la chaîne de tri et permet de continuer à faire entrer les déchets en continu sans saturer le process ; - on réalise sur une seule machine ce qui en nécessitait cinq auparavant, d où un gain en termes d investissement machine et d emprise foncière ; - le système permet de trier davantage dans le détail et de récupérer plus de matières usagées. Développer le couplage «homme-machine» Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 53

54 Le tri télé-opéré permet le tri sans contact entre les déchets et les opérateurs depuis la salle des opérations d un centre de tri. Le principe consiste à faire passer les déchets devant une caméra sur un système de tri en continu. C est l'opérateur qui décide d'éjecter le produit en appuyant sur un bouton. Un logiciel détermine des ordres d éjection. Véolia Propreté fait tourner un pilote depuis 2010 sur son unité prototype de St Priest (Rhône)., en partenariat avec Pellenc ST, pour montrer la faisabilité du système et étudie les impacts en termes de simplicité du geste de tri et d optimisation de la valorisation des déchets. Le procédé comporte 3 niveaux : - la prise d'image, la désignation des objets et leur éjection. Une caméra haute définition et un éclairage spécifique fournissent une qualité d'image optimale pour la reconnaissance visuelle des objets. Le travail sur la prise d'image s'adapte au type de déchets et de matière que les opérateurs devront sélectionner. Les images doivent fournir le maximum d'informations aux opérateurs pour favoriser les discriminations entre type de matière. - l'interface graphique, conçue pour offrir à l'opérateur une ergonomie de désignation efficace. L interface doit permettre aux équipements de tri une souplesse équivalente aux conditions actuelles d'organisation des cabines de tri. - le traitement informatique détecte les contours, localise et suit les déchets en temps réel. En une fraction de seconde, les objets désignés sont éjectés pour être valorisés (tri binaire). Ce concept pourrait s appliquer par exemple aux cas suivants : - pour remplacer des opérations de sur-tri manuel de déchets «faciles» ; - au tri de déchets «difficiles», tels que certains déchets de métaux très hétérogènes. Le couplage homme-machine permettrait à l opérateur d apporter son expérience en matière de reconnaissance des déchets ; - au tri industriel en vue de l'échantillonnage des DEEE (voir fiche application DEE-1) ; - au tri industriel des pièces entières de DEEE en flux homogènes (projet «Triple» du pôle Axelera) - enfin, le couplage «homme-machine» pourrait favoriser le transfert (à personnel constant) du tri manuel vers le contrôle qualité, et apporter ainsi une réponse à l enjeu social important représenté par le tri manuel pour les collectivités locales. Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 54

55 9 PISTES A PROMOUVOIR POUR LA R&D 9.1 LES OBJECTIFS DU GRENELLE DE L ENVIRONNEMENT L article 46 de la loi de programmation du 3 août 2009, repris dans le Plan Déchets , définit les objectifs de recyclage du Grenelle de l Environnement au plan national. L amélioration des performances des technologies de tri des déchets constitue un levier d action important pour atteindre ces objectifs ambitieux. Tableau 13 : Objectifs règlementaires de recyclage par gisement de déchets Types de déchets Date objectif Objectifs à atteindre Textes de référence Emballages ménagers Déchets banals des entreprises (hors BTP, 2012 Recyclage : 75 % Loi Grenelle 2 agriculture, IAA et activités spécifiques) Ordures ménagères et Réduire la production d ordures ménagères assimilées et assimilées de 7 % par habitant pendant Loi Grenelle 2 les cinq prochaines années. Véhicules hors d usage 01/01/2015 Réutilisés ou recyclés à 85 % Directive européenne Réutilisés ou valorisés à 95 % 2000/53/CE sur les VHU Déchets ménagers et Recyclage matière et valorisation organique : 2012 / 2015 assimilés 35 % en 2012, 45% en 2015 Loi Grenelle 2 Taux de collecte minimum de 45 % avec un Directive européenne Piles et accumulateurs rendement minimum de recyclage, qui varie, 26/09/ /66/CE sur les piles par exemple, entre 50 et 75 % pour les piles et accumulateurs et accumulateurs nickel cadmium Collectés à 65 %, réutilisés et recyclés à un DEEE ménagers et Directive européenne sur taux compris entre 50 et 80 % (selon les professionnels 2016 les DEEE en cours de catégories de DEEE), et valorisés à un taux révision compris entre 70 et 80 % Papier, métal, verre, plastique contenus dans Directive cadre 2020 Réemploi ou recyclage : >50 % les déchets ménagers et 2008/98/CE assimilés Déchets de construction Directive cadre 2020 Réemploi, recyclage et valorisation : >70 % et de démolition 2008/98/CE Quantité réduite à 35 % (en poids) de la Déchets biodégradables Directive cadre 16/07/2016 totalité des déchets municipaux mis en décharge 2008/98/CE biodégradables produits en 1995 Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 55

56 9.2 PISTES A PROMOUVOIR POUR LA R&D Les enseignements des chapitres précédents permettent d identifier six axes d amélioration prioritaires. 1 er axe d amélioration : Promouvoir la mise au point de solutions technologiques répondant aux principales attentes exprimées par les industriels du tri. Ces attentes ont été explicitées en détail au chapitre 7. Elles visent : à améliorer l efficacité des techniques de tri actuelles (en qualité de tri et en rendement) en tenant compte de la complexité croissante de certains flux de déchets ; pour certaines d entre elles, à anticiper les contraintes liées à l extension possible des consignes de tri d emballages. Tableau 14 : Liste des principales attentes exprimées par les industriels du tri OMR-2 : OMR Réduction de la teneur en chlorés dans la fraction sèche des unités de TMB OMR-1 : Optimisation du tri des corps creux en plastique contenus dans la fraction sèche des unités de TMB E+P-1 : Emballages Séparation des plastiques et des fibreux dans les emballages ménagers issus de la issus de la collecte sélective. Tri des pots, barquettes et films contenus dans les déchets. collecte E+P-2B : sélective Sur tri des papiers cartons en vue de l obtention d une fraction EMR conforme à la PTM E+P-2C : Sur tri des papiers cartons en vue de l obtention d une fraction papiers adaptée au recyclage en papier impression. E+P-3A : Sur tri des corps creux en plastique Verre VER-1 : bouteille Tri des infusibles transparents DEEE DEE-4 : Tri des plastiques contenant des additifs bromés VHU-3 : VHU Tri du PP chargé talc Tri des plastiques sombres MET-1 : Métaux Séparation du cuivre dans la fraction «acier» issue des VHU Tri des différentes nuances de métaux dans les fractions métalliques récupérées, en particulier les nuances d aluminium (tôles vs. pièces de fonderie) et les nuances d inox. 2ême axe d amélioration : Promouvoir les améliorations transversales susceptibles de s appliquer à plusieurs technologies de tri. Ce point concerne les axes suivants : Améliorer l efficacité des capteurs multifonctions Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 56

57 Optimiser la phase d'éjection des produits Réduire la consommation d air comprimé Améliorer la flexibilité des systèmes de tri Développer le couplage homme-machine. Septembre ême axe d amélioration : Promouvoir les technologies qui permettront de valoriser les déchets d emballages sur la base d une collecte sélective moins poussée qu actuellement Il s agit d identifier les technologies de tri qui permettraient de trier des déchets plus mélangés que les déchets issus des collectes sélectives actuelles. Les emballages sont à priori les déchets les plus concernés par cette problématique 12. Deux obstacles devront toutefois être surmontés (cf. chapitre 7) la mise au point de technologies de tri permettant d obtenir des fractions «papier graphique» et EMR d une qualité suffisante par rapport aux spécifications ; la mise au point de technologies pouvant se substituer aux opérations de sur-tri manuel. 4ême axe d amélioration : Favoriser les transferts de technologie vers des types de déchets mal triés et mal valorisés actuellement Le tableau 7 ci-avant montre que les technologies utilisées aujourd hui pour le tri en continu sont principalement focalisées sur les déchets d emballages et les DEEE. A contrario, peu de technologies de tri industriel ont été identifiées pour les déchets de construction/démolition, les textiles, les encombrants, les BPHU et les avions en fin de vie. L intérêt des transpositions suivantes mériterait d être approfondi en priorité : transposition des technologies de tri des métaux, des inertes et des polymères au tri des déchets de construction / démolition ; transposition des technologies de tri des bois au tri de certains encombrants (dont en particulier les meubles) ; transposition des technologies de tri couleur ou de tri MIR à certains déchets textiles. Plusieurs acteurs interrogés ont également souligné l importance des enjeux liés à la mise au point de systèmes de tri qui permettraient une meilleure valorisation des déchets ultimes. La plupart des filières (construction/démolition, VHU, emballages.) génèrent en effet des quantités significatives de déchets ultimes généralement constitués de mélanges complexes de métaux, plastiques, papiers cartons et verre. L objectif serait de trier suffisamment ces déchets 12 La collecte sélective concerne aujourd hui les déchets et les produits en fin de vie suivants : Emballages Imprimés DEEE Piles et accumulateurs Médicaments non utilisés Textiles, chaussures et linge de maison Déchets d activité de soins à risque infectieux. Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 57

58 en mélange pour pouvoir en extraire les fractions recyclables. L impact économique serait significatif puisque cela éviterait (en partie) d avoir à supporter des coûts croissants de mise en décharge. Si les métaux sont généralement faciles à trier, il n en est pas de même des plastiques et des papiers cartons. Les progrès réalisés dans le domaine du tri des flux d emballages pourraient être transposés au tri de ces déchets ultimes. Dans le même ordre d idées, le développement du tri en vue de la récupération et du recyclage des métaux rares (Cobalt, Titane, Tungstène, Beryllium, Vanadium, Platine, Palladium, Osmium, Lanthanides, Scandium, Yttrium) permettrait de répondre, au moins partiellement, au double défi de réduire la consommation de ressources primaires et de sécuriser les approvisionnements stratégiques de l industrie française. La France souffre en effet d un déficit majeur en ressources primaires de métaux rares sur son territoire. Cette situation est préoccupante car la production de ces métaux est souvent contrôlée par un nombre réduit de pays, induisant de ce fait des risques au niveau de la sécurité d approvisionnement. En outre, la plupart de ces métaux sont essentiels à la fabrication de pièces critiques dans des secteurs stratégiques au plan économique (microprocesseurs, aéronautique, énergies renouvelables (cellules photovoltaiques) ou au plan de la sécurité (missiles, systèmes de guidage, satellites). Les progrès réalisés dans le domaine du tri des métaux «classiques» (fer, aluminium, zinc ) pourraient être transposés au tri des déchets contenant des métaux rares. De nombreux laboratoires travaillent à l identification de pistes concernant le tri et la séparation des fractions contenant des métaux stratégiques, notamment la séparation post-broyage des cartes électroniques (contenues dans les DEEE voire les VHU), mais aussi des aimants (contenant des terres rares) ou encore des fractions d'écrans plats concentrant l'indium. 5ême axe d amélioration : Favoriser la diffusion des technologies dont le taux de pénétration sur le marché français est plus faible que celui des pays les plus en pointe. Les réseaux commerciaux des principaux concepteurs / fabricants de systèmes de tri européens et américains sont suffisamment denses pour que les industriels français aient accès sans difficulté à l information sur la majorité des technologies de tri disponibles sur le marché mondial. Par contre, l étude montre que certaines technologies tendent à diffuser plus lentement dans le tissu industriel français que dans les pays étrangers les plus en pointe. C est le cas en particulier pour les couples «technologie x application» suivants (cf. tableaux du par. 6.2): XRT : Tri des indésirables (métaux, inertes) contenus dans la fraction organique des OMR à l entrée du digesteur des unités de TMB (OMR-3) Tri des piles et accumulateurs selon leur couple électrochimique (DEE-2) XRF : Tri des plastiques contenant des additifs bromés (DEE-4) Tri des métaux entre eux (MET-1) NIR : Réduction de la teneur en chlorés dans la fraction sèche des unités de TMB, en vue de la préparation de combustible solide résiduel (OMR-2) Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 58

59 Contrôle qualité des vieux papiers destinés à la fabrication du papier impression (E+P-2D) Tri des plastiques contenant des additifs bromés (DEE-4) Tri d'un mélange de polymères broyés et de métaux issu du RBA (VHU-3) Tri (ou contrôle qualité) des menuiseries en PVC après broyage, par nuances de blanc (CD-1). 6ême axe d amélioration : optimiser les techniques de contrôle qualité en continu des déchets triés Il existe une attente forte liée à la mise au point d un système de contrôle qualité en continu du CSR destiné aux fours de cimenteries, en sortie des unités de préparation de CSR. Les attentes des industriels portent également sur deux autres thèmes : la mise au point de systèmes de contrôle qualité véritablement complémentaires de la technologie de tri utilisée, afin d éviter de dupliquer les erreurs ; une réflexion générale visant à définir si, pour une application de tri donnée, il est préférable de prévoir un système de contrôle qualité en ligne ou de faire du contrôle qualité par échantillonnage sur le flux de sortie. Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 59

60 ANNEXE 1 ACRONYMES ET ABREVIATIONS ABS : Acrylonitrile Butadiene-Styrene BTP : Bâtiment et Travaux Publics CFC : Chlorofluorocarbones CSR : Combustible solide de récupération DEEE : Déchets d équipements électriques et électroniques ELA : Emballage liquide alimentaire EMR : Emballages ménagers récupérés FOR: Reconnaissance de forme GEM : Gros électro-ménager HIPS : High-impact polystyrene IAA : Industries agro-alimentaires IND: Induction pilotée LIBS: Spectroscopie de plasma induit par laser MAR : Incorporation de traceurs dans les polymères (marqueurs) NIR : Near infra-red (proche infra-rouge) MIR : Medium infra-red (thermographie infra-rouge moyen) OMR : Ordures ménagères résiduelles PAM : Petits appareils en mélange PC : Polycarbonate PEBD : Polyéthylène basse densité PEHD : Polyéthylène haute densité PET : Polyethylène téréphtalate PIMT : Induction magnétique tomographie planaire ppm : Partie par million PS : Polystyrène PTM : Prescription technique minimale PVC : Chlorure de polyvinyle PVdC : Polychlorure de vinylidène RAM : Spectroscopie Raman RBA : Résidu de broyage automobile RDF : Refuse Derived Fuel SEO : Spectrométrie d'émission optique THz : Terahertz TMB : Tri mécano-biologique ULTRA : Ultrasons UV : Ultra-violets VIS : Spectrocolorimétrie (visible) VHU : Véhicule hors d usage XRF : Rayons X par fluorescence XRT : Rayons X par transmission Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 60

61 ANNEXE 2 FICHES «TECHNOLOGIES DE TRI» Numéro de fiche Tableau 15 : Liste des fiches «Technologies de tri» Technologie Sigle 1 Rayons X par transmission XRT 2 Rayons X par fluorescence XRF 3 Induction pilotée IND 3 bis Induction magnétique tomographie planaire PMIT 4 Spectrométrie d'émission optique SEO 5 Spectrométrie proche infrarouge NIR 6 Thermographie moyen infrarouge MIR 7 Analyse de la couleur (caméra ou spectrocolorimètrie) VIS 8 Reconnaissance de forme FOR 9 Combinaison proche infrarouge + Visible NIR + VIS 10 Combinaison proche infrarouge + visible + induction NIR + VIS + IND 11 Spectroscopie de plasma induit par laser LIBS 12 Incorporation de traceurs dans les polymères MAR 13 Spectroscopie Terahertz TER 14 Ultrasons ULTRA 15 Spectroscopie Raman RAM Le degré de développement des applications mentionnées pour chaque technologie est basé sur l échelle suivante : ++ La technologie est fréquemment utilisée au stade industriel + La technologie commence à être utilisée au stade industriel - La technologie est peu utilisée au stade industriel l Le signe indiqué dans la colonne «Monde» correspond à des exemples de pays/zones géographiques où le développement de la technologie est le plus avancé. Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 61

62 1- RAYONS X PAR TRANSMISSION (XRT) Principe de la technologie Terahertz SEO MIR NIR Fréquence (Hz) Ondes radio Micro-ondes Infrarouge V i s i b l e U V Rayons X Rayons Gamma Longueur d'onde (m) Une source de rayons X est envoyée sur l objet. L image obtenue par transmission présente des dégradés de tons en noir et blanc. Un traitement informatique de cette image permet, sur la base d un référentiel et par l'analyse de seuils d'intensité, de classer les métaux identifiés et de déclencher ou non la décision de rejet du morceau. Le XRT permet de détecter la matière au niveau de l atome, par exemple de reconnaître un matériau dont certaines molécules contiennent des atomes de brome (pour la détection des retardateurs de flamme). Il est utilisable en laboratoire, en portatif et en continu. Points forts Reconnaissance des substances dont les atomes ont une masse atomique élevée (métaux, halogènes.). Détection du verre au plomb et du verre au baryum. Limites / Contraintes en matière de produits entrants Le XRT : ne distingue pas les bouteilles remplies d'eau ni les bouteilles écrasées ; ne permet pas de différencier les différentes molécules d'additifs bromés. Pour la séparation du PVC dans les centres de recyclage de PET, le XRT est de plus en plus souvent remplacé par la combinaison NIR + Visible, plus simple d utilisation. La performance du tri des métaux à trier est d autant meilleure qu ils ont des masses atomiques éloignées (aluminium vs. cuivre). Développements / projets en cours Le développement de détecteurs multi énergie Il s agit d un axe de développement privilégié du XRT, dont l objectif est d améliorer l identification de métaux ayant des «densités» proches. Plusieurs concepteurs de systèmes de tri travaillent sur ce sujet. Le projet NOPTRIX (NOuvelle Perspective de TRI par RX multi-énergie) fait partie des projets labellisés par le pôle OPTITEC. D un budget de 3,9 M sur 3 ans, il a démarré en Porté Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 62

63 par Bertin Technologies, il vise à développer une nouvelle technologie RX spectrométrique pour le tri, en rupture par rapport aux solutions actuelles, en s'appuyant sur la technologie CdTe. Ce nouveau type de détecteur ouvre la voie à de nouvelles approches de traitement du signal analysant la signature spectrale de chaque pixel, afin d améliorer l identification des matériaux. Ce nouveau concept RX devrait permettre par exemple de remonter aux informations des différents constituants de mélanges complexes. Ce projet est très confidentiel. Principaux concepteurs / fabricants Nom du fabricant Systèmes proposés (pays) Best (Belgique) «Ixus» (continu» Elimination des polymères contenant des additifs chlorés et bromés (DEEE). Capacité : 1 t/h NRT (USA) «DXRT» (continu) «VinylCycle» (continu) Elimination du PVC dans un flux de PET. Capacité : 3 t/h Pureté : 99% Pellenc ST (France) S+S (Allemagne) Steinert (Allemagne) TiTech (Norvège) «XPert» (continu) Tri des métaux non ferreux entre eux (Al, Mg, versus Cu, Zn, Pb...), Détection des plastiques contenant des additifs bromés et chlorés. Epuration des matières organiques des inertes (pierres, infusibles et matériaux plus denses) Modèle 160 kev. Normes ASN françaises. «Varisort XS» (continu) Séparation du verre au plomb et du verre au baryum dans les tubes cathodiques. «XSS T» (continu) Tri des métaux non ferreux entre eux (Al, Mg, versus Cu, Zn, Pb...), Détection des plastiques contenant des additifs bromés et chlorés. «X-Tract» (continu) Tri des métaux (Al, Cu, Zn, Pb...), plastiques, verres, organiques / inorganiques. Extraction des cuivres ferreux contenus en faible proportion (<0,25%) dans les broyats Détection des plastiques contenant des additifs bromés et chlorés. Aspects économiques Le coût d investissement d un système de tri XRT est de l ordre de 250 à 350 k (installation incluse). Les capteurs photosensibles vieillissent et il est nécessaire de les remplacer tous les ans ou tous les deux ans selon l intensité d utilisation. Le montant de ce remplacement est de 5 à 7 k. Les lampes s'usent peu, leur coût d'entretien est donc négligeable. L énergie nécessaire aux systèmes de tri basés sur le XRT est globalement faible. Elle augmente sensiblement pour certaines applications comme le tri des métaux entre eux. Liste des applications Fiche application OMR-3 Applications Tri des indésirables contenus dans la fraction organique (compost) des OMR en amont du digesteur France Degré de développement Monde - + Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 63

64 E+P-3B Tri des bouteilles PET : 1/: pour la fabrication du kapok 2/: pour le recyclage «bottle to bottle» DEE-2 Tri des piles et accumulateurs selon leur couple électrochimique Septembre / DEE-4 Tri des plastiques contenant des additifs bromés +/- + DEE-5 Tri du verre au plomb et du verre au baryum + + dans les tubes cathodiques MET-1 Tri des métaux et des alliages entre eux - + Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 64

65 2- RAYONS X PAR FLUORESCENCE (XRF) Principe de la technologie Terahertz SEO MIR NIR Fréquence (Hz) Ondes radio Micro-ondes Infrarouge V i s i b l e U V Rayons X Rayons Gamma Longueur d'onde (m) Le principe de la fluorescence consiste à envoyer des rayons X, produits par un tube cathodique, sur les déchets à analyser. Ces rayons X «primaires» excitent les atomes, qui en retour émettent un rayonnement X «secondaire» (les atomes emmagasinent l'énergie puis la restituent sous forme de lumière à une autre longueur d onde) dont le spectre est analysé par un spectromètre. Le spectre de réémission est caractéristique de la composition atomique élémentaire de l échantillon et de la concentration massique de chaque élément. Points forts Le XRF est utilisé principalement pour l analyse fine de la composition d'alliages métalliques et pour le tri d alliages contenant des métaux avec des teneurs différentes. Il permet également d effectuer une quantification de la masse totale de chacun des métaux contenus (Plomb, mercure, Cadmium, Chrome-VI). Il peut reconnaître et mesurer d autres atomes lourds comme le brome, ce qui permet d identifier la présence de retardateurs de flamme. Un appareil portatif a un temps de mesure inférieur à 2 secondes et pèse moins de 2 kg. Limites / Contraintes en matière de produits entrants Le XRF ne permet pas de déterminer la proportion des différentes molécules présentes contenant un élément considéré. Ainsi, on peut détecter la présence de retardateurs de flammes bromés dans les plastiques issus des DEEE mais on ne peut pas connaître le type précis de retardateur dont il s'agit. Il est nécessaire de le coupler à de l infrarouge pour pouvoir différencier chaque retardateur sur la base de sa structure moléculaire. Développements - Projets en cours La spectroscopie XRF, dont l application au tri des déchets est récente, fait l objet d une R&D intense de la part des concepteurs de systèmes de tri. Les améliorations portent sur l efficacité du tri et l élargissement à de nouvelles applications. Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 65

66 Concepteurs - fabricants Nom du fabricant (pays) Ametek (USA) (société spécialisée dans l instrumentation d analyse) Septembre 2012 Systèmes proposés Instrument portatif capable de détecter des éléments tels que le cadmium, l antimoine etc. avec des teneurs ne dépassant pas 1 ppm. Cet instrument est destiné en particulier au contrôle qualité du RDF utilisé dans l industrie cimentière. Austin (USA) «QXR-Mme» (Austin, continu) Tri des métaux ferreux «QXR-mnf» (Austin, continu) Tri des métaux non-ferreux «QXR-W» (Austin, continu) Tri des bois. Matech (Pays-Bas) OBLF (Allemagne / Suisse) Pellenc ST (France) «QXR-EW» (Austin, continu) Tri des DEEE. «Tracer turbosd» (portatif) Analyse de la composition de mélanges ou d alliages. Identification de 25 éléments différents. «S1 Sorter» (portatif) Identification des matériaux à base de Fe, Co, Cu et Ni et leurs alliages (en bloc, en poudre...) «TEAMworks» (laboratoire) Analyses de contrôle qualité sur presque tous les éléments métalliques. Seuil de détection de quelques ppm. Possibilité de combiner les technologies XRF et SEO (en simultané ou indépendamment l'une de l'autre) et de faire deux analyses en parallèle. La technologie XRF est en cours d intégration dans la gamme. Redwave (Autriche) Spectro (Allemagne) «Redwave XRF-G»(continu) Industrie verrière : tri de mélanges de déchets en verre, sur des morceaux de 5mm à 300 mm. Tri du verre au plomb. Tri des plastiques contenant des retardateurs de flamme (jusqu à 99%). «Redwave QXR et QXRM» (continu) Tri des résidus de broyage de DEEE. Extraction du PVC noir et des composés bromés (en particulier dans les circuits imprimés). Capacité : 2 à 4 t/h. Pureté > 95%. «xsort» (portatif) Tri des métaux (technologie EDXRF). Jusqu'à 41 éléments détectés en une seule mesure. Steinert (Allemagne) Olympus (USA) «Spectro Midex» (laboratoire) Détection depuis le Sodium (11) jusqu'à l'uranium (92) «Spectro iq II» ; «Spectro XEPOS» (laboratoire) «XSS-F» (continu) Développé avec la société Innov-X (rachetée par Olympus). - Elimination du cuivre dans les ferrailles issues des VHU (teneur en cuivre < 0,20%) - Préparation d aciers inox de haute pureté, - Purification de l aluminium par élimination du zinc, du cuivre et autres métaux - Purification d alliages d aluminium par élimination du manganèse, du cuivre et du zinc - Préparation de cuivre à >90% de pureté. Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 66

67 TiTech (Norvège) / Austin (USA) Gamme «X-tract» Extraction des ignifugeants comme le chlore et le brome d'un flux de plastiques mélangés. La précision n'est affectée ni par la couleur, ni par la forme, ni par le taux d'humidité des matières, quelle que soit l'épaisseur du matériau. Coût d investissement Information non disponible. Liste des applications Fiche application Applications Degré de développement France Monde VER-1 Tri des infusibles dans les produits usagées + ++ DEE-4 Tri des plastiques contenant des additifs bromés - + MET-1 Tri des métaux et des alliages entre eux. Analyse de la composition d'alliages métalliques. Purification de fractions d aluminium par élimination du cuivre, du zinc. Tri du cuivre et du fer en vue du recyclage des aciers. Tri des aciers inox (avec séparation de l'inox 304 et de l'inox 316). Elimination des traces de zinc, de cuivre et d autres non ferreux dans une fraction d'aluminium. Préparation d'une fraction cuivre à plus de 90% de pureté Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 67

68 3- INDUCTION PILOTEE (IND) Principe de la technologie Le principe de l induction pilotée appliquée au tri des déchets consiste à créer un champ magnétique à l aide de bobines, dans lequel on fait passe les produits à trier. La distorsion du champ créée par le passage d un objet constitue une signature dans le cas des métaux. Cette distorsion est reconnue par un capteur approprié puis l information est transmise à l unité de traitement qui commande les électrovannes correspondantes et entraîne l éjection du produit identifié. Cette technologie est différente dans son principe des dispositifs à courant de Foucault, qui effectuent un tri automatique sans étape d analyse de la distorsion du champ électromagnétique (le produit s éjecte de lui-même). Points forts L induction pilotée permet : de séparer les métaux (y compris l inox) des autres matériaux ; de trier les ferreux et les non ferreux (en particulier dans les DEEE et les VHU) au moyen de machines de tri en cascade. L induction pilotée est plus sélective et plus souple que la technologie de tri par courant de Foucault. On contrôle mieux la nature du flux à trier et on peut adapter l intensité du soufflage selon les besoins. Elle peut identifier et trier des produits très fins tels que des cheveux d ange (fils de cuivre de 2/10ê de mm de diamètre). D autre part, elle offre la possibilité de corréler la signature du déchet analysé et l'intensité du soufflage d'éjection. L induction pilotée est souvent utilisée en aval d un tri magnétique et d une machine à courant de Foucault car ces technologies sont complémentaires. L induction pilotée est très efficace pour éliminer les indésirables dans certaines fractions. On peut atteindre : jusqu à 99,9% de pureté sur les plastiques ; des cuivres rouges à 99,9% lors de l affinage. Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 68

69 La qualité du tri résulte d un compromis coût/performance. L intérêt économique du tri est particulièrement élevé dans le cas du cuivre et de l aluminium car les prix de ces métaux sont fortement dépendants de leur taux de pureté. Limites / Contraintes en matière de produits entrants L'induction pilotée présente des limites dans plusieurs applications de tri des métaux : elle sait séparer les inox des non ferreux, mais pas des ferreux, dans le cas du tri en amont sur les lignes de broyage de pneus, elle ne permet pas de discriminer les fils métalliques (acceptables) et les morceaux de métal massif (indésirables). Il en résulte un risque de détérioration en cascade des broyeurs primaire et secondaire, qui peut s avérer extrêmement pénalisant. Développements Projets en cours Un projet est en cours (voir la fiche «application» E+P-4) pour développer le tri par induction pilotée des pièces métalliques légères et des fines contenues dans les flux traités par les centres de tri d emballages, telles que les capsules du type «Nespresso» en aluminium et les feuilles à base d étain entourant le goulot des bouteilles de vin. Ces objets ne sont pas captés par les machines à courant de Foucault, ces dernières ayant pour vocation principale de reconnaître les canettes boissons. Le gisement estimé de ces petits objets est d environ tonnes/an en France. Concepteurs et fabricants Nom du fabricant (pays) MSS (USA) Pellenc ST (France) Systèmes proposés «Metalsort» (continu) Extraction des métaux (ferreux, non ferreux, acier inoxydable) dans : - les granulés de plastiques : capacité 2 à 2,75 t/h - les débris de verre : capacité 20 à 27,5 t/h - les DEEE : capacité 3,75 à 5 t/h Efficacité du tri >95 %. Détecteurs électromagnétiques (continu). «Meltem» (continu) Le système «Meltem» en continu, basé sur l induction pilotée, est commercialisé depuis Il permet de maximiser le captage des métaux non ferreux dans les RBA et les DEEE broyés. La machine joue aussi un rôle d'épuration de la fraction plastique composée de plastiques techniques comme le HIPS, PS, ABC/PC, PP, PE... Elle permet également une régulation du flux entrant, réduisant l'étape de contrôle qualité souvent réalisée avec du tri manuel. Quatre machines sont en cours d'installation en France. TiTech (Norvège) Steinert (Allemagne) «Finder» (continu) Tri des métaux, acier inoxydable, plastiques visibles, séparation des polymères. Capteur électromagnétique, seul ou épaulé par un capteur NIR. «ISS» (continu) Tri des métaux. Efficacité du tri >90 %. Liste des applications Fiche application Applications Degré de développement France Monde E+P-4 Sur tri des non ferreux légers dans les fractions PET et PEHD des centres de régénération + + Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 69

70 DEE-2 Tri des piles et accumulateurs selon leur couple électrochimique MET-1 Tri des métaux et alliages entre eux : - pour valoriser les métaux résiduels (inox, cuivre rouge, aluminium) dans un mélange d autres matériaux (bois, plastiques ). Septembre /- + - pour éliminer les métaux résiduels indésirables (par exemple les broyats de plastiques destinés au recyclage matière) Coût d investissement Pas d information disponible. Pour mémoire, le coût d une machine à courant de Foucault (hors installation) est de l ordre de Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 70

71 3 BIS : INDUCTION MAGNETIQUE TOMOGRAPHIE PLANAIRE (PMIT) La technologie d induction magnétique tomographie planaire (PMIT) 13 est une forme particulière d induction pilotée, qui permet de reconnaître et de trier les inox et les non ferreux. Tous les métaux conducteurs peuvent être triés entre eux, même s ils sont recouverts de peinture. L application la plus répandue concerne le tri des inox et des petits morceaux métalliques non ferreux (morceaux de câbles, feuilles et plaques, dont la dimension est comprise entre 6 et 80mm) contenus dans les mâchefers d incinérateurs. Le tomographe permet, dans un premier tri, de séparer les inox et les métaux non ferreux en une fraction commune, sans trier l oxyde de fer (Fe2O3) qui se trouve en quantité parfois significative dans les mâchefers. La capacité maximale du système est de 60 t/h et la pureté de chaque métal trié (dont l acier inox) est supérieure à 90%. Dans une deuxième phase, le système peut séparer les métaux pré triés en plusieurs fractions (non ferreux, inox ). La société Incodecs (Allemagne) propose un système de tri (tomographe «Incodecs i-120») basé sur l induction magnétique tomographie planaire avec un calculateur en temps réel intégré. Le brevet du détecteur PMIT avec calculateur de tri intégré a été déposé sous la marque EMCAM (caméra électromagnétique). Le produit à trier passe en flux continu sur une bande transporteuse. Le détecteur EMCAM identifie tous les matériaux et transmet les informations au système de pilotage. Les buses éjectent alors les pièces identifiées. Vitesse de transport: 3,3 m/sec. Temps de scannage: 1/2000 sec. Capacité de tri: jusqu'à 2000 coups/sec. La PMIT comble la lacune liée à la résolution limitée de 25 à 50 mm des détecteurs à induction traditionnels ainsi qu à leur manque de sensibilité transversale. Les détecteurs peuvent donner une représentation très précise et en temps réel de pièces minuscules contenant des métaux. La PMIT peut s appliquer également à l extraction des métaux dans : les résidus de broyage, en combinaison avec un système à courant de Foucault ; le RDF ; les déchets de bois ; le verre usagé. Liste des applications Fiche application Applications Degré de développement France Monde MET-1 Tri des métaux non ferreux et des inox contenus dans les mâchefers d incinération PMIT: Planar Magnet Induction Tomography. Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 71

72 4- SPECTROMETRIE D EMISSION OPTIQUE (SEO) 14 Principe de la technologie Terahertz SEO MIR NIR Fréquence (Hz) Ondes radio Micro-ondes Infrarouge V i s i b l e U V Rayons X Rayons Gamma Longueur d'onde (m) Les atomes ou les molécules sont stimulés à de hauts niveaux d'énergie et réémettent à des niveaux d énergie plus bas en émettant de la lumière (spectre d émission ou luminescence). Cette émission de lumière est communément appelée émission atomique ou optique. La SEO utilise une mesure quantitative de l'émission optique provenant des atomes stimulés pour déterminer la concentration de la substance à analyser. Les atomes de la substance à analyser son vaporisés et atomisés par une étincelle, une décharge ou un plasma. La SEO employant une flamme, également appelée spectroscopie à émission de flamme (SEF) est largement répandue en analyse élémentaire. Elle peut être utilisée à la fois pour l'analyse quantitative et qualitative. Points forts La SEO répond bien aux besoins de l'industrie métallurgique (contrôle, production, inspection des matières premières, tri des déchets). Elle constitue la technique de référence pour l'analyse élémentaire (composition en masse) d'échantillons métalliques solides (alliages, aciers, produits contenant des inclusions non métalliques indésirables). On l utilise fréquemment pour les bases fer/acier, aluminium, cuivre, nickel, zinc et alliages, plomb. La technique SEO est capable de faire rapidement l'analyse simultanée de près de soixante éléments. Pas de source radioactive. Limites / Contraintes en matière de produits entrants La SEO est une méthode destructive, ce qui exclut à priori son utilisation sur des procédés de tri en continu. Développements / améliorations en cours 14 En anglais: Optical Emission Spectrometry (OES), Atomic Emission Spectrometry AES), Spark Emission Spectrometry Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 72

73 Les performances des spectromètres d émission optique à étincelle sont en amélioration constante dans deux domaines : l analyse des basses teneurs et l amélioration de la justesse et des limites de détection. C est dans le domaine des logiciels de traitement de l information que réside principalement le savoir-faire. La puissance croissante des calculateurs autorise l exploitation de modèles mathématiques qui permettent de résoudre les problèmes complexes relatifs aux effets inter éléments et aux chevauchements de raies. Concepteurs - fabricants Nom du fabricant (pays) Matech (Pays-Bas) OBLF (Allemagne / Suisse) Systèmes proposés «Minisort» (portatif) Identification des matériaux contenant les éléments suivants : Al, Cu, Fe, Mg, Ni, Ti, Zn, et leurs alliages. «GS 1000», «VeOS», «QSN 750», «SQG 750» (laboratoire) Système de contrôle qualité des métaux et de mesure de la composition des alliages. Spectro (Allemagne) «TEAMworks» (laboratoire) Analyses de contrôle qualité sur presque tous les éléments métalliques : -Combinaison des technologies XRF et SEO (en simultané ou indépendamment l'une de l'autre). Possibilité de faire deux analyses parallèles. -Seuil de détection de quelques ppm. «Spectrotest» (portatif) Métaux «Spectro Genesis» (laboratoire) Métaux, eaux, huiles... Technique OES avec création de plasma par induction (ICP). «Spectro Arcos» (laboratoire) Analyse élémentaire. Résolution de 8,5 picomètres dans une bande de longueur d'onde allant de 130 à 340 nm «isort» (portatif) Analyse d'alliages. «SPECTROMAXx», «SPECTROLAB» (laboratoire) Spectromètre à étincelle. En plus des métaux détectés normalement en SEO (Fe, Al, Cu, Ni, Co, Mg, Ti, Sn et Zn), Spectrolab permet de détecter les métaux précieux (Au, Ag, Pt, Pd et Ru). Liste des applications Fiche application Applications Degré de développement France Monde MET-1 Tri des métaux et alliages entre eux : - Analyse élémentaire d'échantillons métalliques solides: fer/acier, aluminium, cuivre, nickel, zinc, plomb, Mg, nickel, titane et alliages de zinc Caractérisation de fractions métalliques (alliages, aciers). contenant des inclusions non métalliques indésirables. Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 73

74 5- SPECTROMETRIE PROCHE INFRAROUGE (NIR) Septembre 2012 Principe de la technologie Terahertz SEO MIR NIR Fréquence (Hz) Ondes radio Micro-ondes Infrarouge V i s i b l e U V Rayons X Rayons Gamma Longueur d'onde (m) La spectrométrie proche infrarouge («Near infrared» NIR) est basée sur l'analyse d'un spectre de réflexion dont la signature révèle la structure des molécules. Elle est donc capable de reconnaître les matériaux. L objet est éclairé par des lampes halogènes et réfléchit une certaine quantité de lumière: Cette information est relevée par une tête de lecture qui l envoie à un spectromètre, qui décompose les signaux lumineux en différentes longueurs d onde puis envoie ces informations à l ordinateur qui les traite et effectue les calculs. Les buses éjectent les objets, qui sont triés en deux ou trois catégories. Schéma d un système de spectrométrie NIR (monochromateur) Le FT-IR (FT = transformée de Fourier) est une variante technique qui consiste à émettre un rayonnement infrarouge à travers un interféromètre de Michelson puis sur l'échantillon à analyser. Un détecteur mesure ensuite l'émission de l'échantillon postérieure à ce stimulus. Contrairement à celle utilisant un monochromateur, la technologie FT-IR permet une analyse simultanée de tout le spectre visé. Le diagramme obtenu (interférogramme) est ensuite converti via une transformée de Fourier pour être exprimé en spectre électromagnétique. Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 74

75 Ce spectre est ensuite comparé à ceux contenu dans la bibliothèque de référence. Le spectre est analysé bande par bande au lieu d être étudié globalement. Le montage est moins cher et l'analyse plus rapide. Atouts Les spectromètres NIR mis au point au cours des cinq dernières années permettent de caractériser et de trier un nombre croissant de matériaux. Ils sont surtout utilisés : pour trier les polymères entre eux et les fibreux (papier, bois) entre eux ; pour trier les polymères, les fibreux et les inertes dans un flux mélangé. Ils permettent en particulier de reconnaître le PVC, le PVdC et les autres chlorés Dans les centres de tri d emballages, le carton brun et le bois peuvent être séparés. On utilise couramment le NIR en combinaison avec un séparateur à courant de Foucault, pour réaliser un tri complet sur des mélanges multi matériaux (par exemple des emballages). Limites / Contraintes en matière de produits entrants Le NIR ne «voit» pas : les métaux ; les retardateurs de flamme bromés ; les objets sombres, noirs, en particulier les pièces contenant du noir de carbone. C est fréquemment le cas des pièces en PS. On estime qu environ 50% des plastiques contenus dans les DEEE sont gris foncé ou noirs. Les plastiques noirs peuvent être séparés sur la base de leur couleur (par colorimétrie) mais leur reconnaissance matière avec le NIR n est pas possible ; les liquides, car ils absorbent la lumière. D où l impossibilité de détecter des bouteilles pleines. La mesure de signal étant effectuée par réflexion, le NIR analyse le matériau en surface : si un produit en bois est recouvert de plastique, il est détecté comme un plastique et le tri est erroné. Développements - Projets en cours La réduction de la maille fonctionnelle La dimension des morceaux à trier a longtemps constitué un facteur limitatif à l utilisation de la spectrométrie NIR sur les plastiques. Les appareils ne permettaient pas de trier à grande vitesse des morceaux d une dimension inférieure à 30 mm, voire 60 mm, issus d un broyage. Cela réduisait la qualité du fractionnement de manière inacceptable puisque la dimension de la «maille fonctionnelle» est de l ordre de 25 mm. Les innovations réalisées au cours des cinq dernières années permettent d atteindre maintenant une maille de 3mm. L utilisation d une maille aussi fine est surtout rentable pour des tris consistant à enlever des contaminants (présents par exemple à raison de 2 à 3% dans un flux de déchets). Par contre, pour trier une fraction représentant 20% d un flux de déchets, une maille aussi réduite s avère peu rentable car les débits deviennent trop lents. Le tri ternaire Les appareils de tri ternaire commencent seulement à se développer dans le monde alors qu ils sont largement diffusés en France. Jusqu à présent, le tri binaire obligeait à prévoir des systèmes en cascade. Les polymères noirs ou sombres Compte tenu de l importance de l enjeu lié à la reconnaissance des produits noirs, ce sujet fait l objet d une R&D très active de la part de plusieurs concepteurs d appareils de tri. Application du NIR au tri de nouveaux matériaux Des progrès réguliers sont réalisés pour étendre le NIR à l'identification de nouveaux matériaux, comme le plâtre et d autres minéraux (talc, carbonate de calcium, etc).. Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 75

76 Concepteurs et fabricants Septembre 2012 Nom du fabricant (pays) Eagle Vizion (Canada) Hamos (Allemagne) / SEA (Italie) LLA (Allemagne) (fabricant de capteurs) NRT (USA) Systèmes proposés «Aquilla» (continu) Tri du HDPE et du PET (pureté 90%). Identification du HDPE, PP, PET, PS, PVC, ELA Capacité : 1 à 8 t/h. «E-plastics sorter» (continu) Tri de mélanges de plastiques issus des DEEE (ABS, PS, PP, PA, PVC, PE, PET, PUR.) Combinaison XRT + NIR pour le tri des plastiques, des métaux «Kusta 4004M» ; «Kusta MSI» (continu) Tri des plastiques mélangés, des papiers mélangés, pour des granulométries de 2 à 20mm. Elimination des impuretés dans les bouteilles PET broyées. Elimination du PVC dans le RDF. Epuration des déchets automobiles de leur contenu en PVC. Détection des retardateurs de flamme. Détection des papiers et des éventuels contaminants qu'ils contiennent. Détection des particules à partir de 4 mm. «Multisort IR» ; «SpydIR» (continu) Tri des plastiques (HDPE, PET, PS, PP, PVC). Capacité jusqu'à 5 t/h. Pureté du PET : 99% «Flake sort» (continu) Boulettes, copeaux, confettis de plastique Capacité jusqu'à 2,3 t/h Pellenc ST (France) «Mistral» (continu) Tous les plastiques entre eux (techniques et d emballages), papiers, cartons, journaux, magazines, bois, séparation du PET pour le procédé «bottle to bottle» (en combinaison avec un détecteur de métal), tri des DEEE, extraction des composants non organiques du compost (+ détecteur de métal). Tri des films PELD et PP Tri des PET opaques et PVDC Séparation du PE film du PEHD Séparation des films plastiques d un flux de fibreux Capacité jusqu à 10 t/h et plus. Efficacité du tri jusqu'à 99 %. Moins de 10ppm de PVC et de contaminants métalliques en recyclage PET Largeur des machines : de 800 à 2800mm en standard Vitesse du convoyeur : jusqu à 3m/sec Dimensions des objets : de 10 à 350 mm Surface d analyse : < ou égal 1cm2 2 niveaux de résolution : standard et haute résolution «Mistral haute résolution» (continu) Valorisation des petites granulométries et les fractions chlorées Dimensions des objets : de 5 à 200 mm «Mistral Finesort» (continu) : Tri universel pour les petites granulométries indépendamment de la taille et du poids des objets : Valorisation des très petites granulométries : Applications : paillettes plastiques : Pet, Polyoléfines Tri des métaux à la couleur RDF Dimensions des objets : de 2 mm à 30mm. Nouveauté : épuration des paillettes silicones dans les flux de PE. Plusieurs systèmes de buses adaptables : 25mm, 12,5mm, 3,125mm S + S (Allemagne) «Varisort NS-P» (continu) Tri des polymères (HDPE, PE, PET). Analyse sur 128 longueurs d'ondes. Capacité : 0,5 à 10t/h. Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 76

77 RTT Steinert (Allemagne) Septembre 2012 «UniSort P» ; «UniSort PX» ; «UniSort Multi5» ; «UniSort P4000» (continu) Tri des corps creux en plastique. Jusqu à 5 flux triés simultanément. UniSort RDF» (continu) Elimination du PVC dans le RDF. Pureté : 90% (en tri positif). RTT Steinert GmbH / Innospec GmbH TiTech (Norvège) «UniSort PM» (continu) Tri du PVC et des métaux dans un résidu de broyage. Capacité : 2,5 à 8 t/h. Pureté : jusqu à 80%. Spectraleye (continu) Combinaison d un spectromètre proche infrarouge dans la bande nanomètres et d un capteur CMOS dans la bande nanomètres. La fréquence de scanning atteint 400 Hz. Tri de tous les plastiques, en particulier les bouteilles PET usagées. «Autosort NIR1» (continu) Tri des polymères (briques alimentaires, PE, PP, PS, PVC, PET ) Papiers mélangés : extraction du papier dans un flux mixte. Production d une fraction de CSR. «Autosort NIR1-NIR2» (deux capteurs IR) (continu) Production d une fraction de RDF avec distinctions supplémentaires gravats/bois Tri des matières organiques/non organiques. «POLY Finder» (continu) Système couplé NIR + capteur électromagnétique. Tri des métaux, acier inoxydable, plastiques, séparation des polymères. Coût d investissement à par machine selon les tailles, les options et les configurations. Liste des applications Fiche application Applications Degré de développement France Monde OMR-1 Tri des corps creux en plastique et des fibreux dans la + ++ fraction sèche du TMB OMR-2 Réduction de la teneur en chlorés dans la fraction - + sèche des unités de TMB, en vue de la préparation de combustible solide résiduel OMR-3 Tri positif de la fraction organique dans les OMR en + - amont du digesteur E+P-1 Séparation des plastiques et des fibreux. Séparation + + des films plastiques. E+P-2D Contrôle qualité des vieux papiers destinés à la - + fabrication du papier impression E+P-3A Sur tri des corps creux plastiques issus des centres de tri DEE-4 Tri des plastiques contenant des additifs bromés - + VHU-3 Tri d'un mélange de polymères broyés et de métaux - + issu du RBA CD-1 Tri des menuiseries en PVC après broyage, par - + nuances de blanc (contrôle qualité) BOI-1 Tri des bois entre eux + + Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 77

78 6- THERMOGRAPHIE INFRAROUGE MOYEN (MIR) Principe de la technologie Les ondes MIR se situent dans la plage du spectre électromagnétique comprise entre le proche infrarouge et le terahertz. Terahertz SEO MIR NIR Fréquence (Hz) Ondes radio Micro-ondes Infrarouge V i s i b l e U V Rayons X Rayons Gamma Longueur d'onde (m) L objet à trier est éclairé par une source MIR. Une caméra détecte la température de l objet et envoie les informations à l unité de traitement. En fonction de la différence de température avant et après éclairage, l unité de traitement arrive à différencier les objets. L unité de traitement commande les électrovannes qui éjectent les objets. La thermographie MIR est basée sur l'analyse d'un spectre de réflexion dont la signature révèle certains aspects de la structure du matériau. Le capteur détecte la dispersion de la chaleur en fonction de la matière et de l'épaisseur du matériau, permettant de distinguer le papier du carton, ainsi que le grammage des papiers. Le MIR reconnaît également les «non papiers» comme les plastiques et les ELA. Note : La spectrométrie MIR (voir application VHU-1 en annexe 3) est une technologie différente de la thermographie MIR. Elle s inspire du même principe que la spectrométrie NIR mais possède des performances différentes. En particulier, elle permet de mieux détecter les produits sombres. Son utilisation se limite à des systèmes portatifs. Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 78

79 Points forts La thermographie MIR apporte une réponse en matière d amélioration du tri des papiers et des cartons selon leur grammage. A terme, elle pourrait également contribuer à améliorer les performances du tri dans les domaines suivants : le tri des plastiques et caoutchoucs noirs le tri des polyamides le tri des polymères en mélange le tri des plastiques contenant des retardateurs de flamme bromés. Limites / Contraintes en matière de produits entrants Les systèmes de tri MIR sont soumis à des contraintes fortes tant au niveau de la source d émission que des capteurs. Il faut en effet une source de chaleur importante (jusqu à 4,5 kw sous forme de lampes halogènes). L utilisation du MIR suppose une surface propre, sans peinture, sans saletés. Développements - Projet en cours Le projet «Memfis» ( ) financé dans le cadre du 7ême PCRD a permis d étudier la faisabilité d'un analyseur spectroscopique MIR basé sur le principe du spectromètre FT-IR optimisé par rapport aux critères suivants : - Miniaturisation du spectromètre ; - Réduction du temps de mesure sous la barre ou proche de la milliseconde en mode «scan» direct. Concepteurs et fabricants Nom du fabricant (pays) Pellenc ST (France) Bruker Optics Systèmes proposés «Boreas» (continu) - Tri des papiers et cartons entre eux - Séparation des papiers par qualité - Récupération des papiers dans un flux mixte (papiers+cartons) - Elimination des contaminants dans un flux papier - Obtention d un flux de journaux/magazines pur pour désencrage. Laboratoire. Coût d investissement Surcoût de quelques dizaines de milliers d euros par rapport à la technologie NIR. Exemples d applications Fiche application Applications Degré de développement France Monde E+P-2A Tri des papiers cartons entre eux ++ - E+P-2B Tri en vue de l obtention d une fraction «EMR» + - E+P-2C Tri en vue de l obtention d une fraction papiers + + E+P-3A Sur-tri des corps creux plastiques + - VHU-1 Tri de pièces plastiques entières préalablement démontées + + Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 79

80 7- ANALYSE DE LA COULEUR (VISIBLE) Principe physique de la technologie Terahertz SEO MIR NIR Fréquence (Hz) Ondes radio Micro-ondes Infrarouge V i s i b l e U V Rayons X Rayons Gamma Longueur d'onde (m) L objet est éclairé par des lampes halogènes et réfléchit une certaine quantité de lumière. Cette lumière réfléchie est relevée par un capteur (caméra ou spectrocolorimètre) situé dans la tête de lecture. Ces informations sont ensuite envoyées à l unité de traitement qui analyse l information et commande les électrovannes. Ces dernières éjectent alors les objets qui se retrouvent en deux ou trois catégories, par familles de couleurs. On distingue deux technologies différentes de capteurs : le système de caméra couleur couplée à un prisme, qui effectue des mesures sur les couleurs primaires (rouge, vert et bleu) en fonction de leur intensité ; Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 80

81 Septembre 2012 la spectrocolorimètrie, qui analyse la totalité du spectre visible et permet d obtenir des résultats plus sélectifs et plus précis que la caméra couleur. Points forts La spectrométrie dans le visible est bien adaptée au tri : des matières plastiques par couleur, par exemple le tri du PET clair/azuré et coloré ; des papiers cartons (détection des couleurs brunes fortement présentes dans les emballages et des couleurs grises plutôt présentes dans les journaux) ; des métaux. Développements - Projets en cours Les efforts des concepteurs se concentrent sur l amélioration du traitement du signal, afin de mieux discriminer les matières en fonction de leur couleur. Concepteurs et fabricants Nom du fabricant (pays) Binder + Co AG (Autriche) Mogensen (Allemagne) NRT (USA) MSS (USA) Systèmes proposés «Clarity» (continu) Système à trois voies combinant le tri du verre par couleur et le tri des «céramique-pierres-porcelaine» par l ultra-violet (capteur UV et caméra RVB permettant d identifier les verres spéciaux thermorésistants et les verres au plomb). Largeur de surface de tri : 700 à 1400 mm. «Compact» (continu) Mêmes fonctionnalités que «Clarity», pour des capacités inférieures. «Sort AK 0913» (continu) Tri du verre par couleur, morceaux >2,5 mm. Capacité jusqu à 10 t/h. «MultiSort ES» (continu) Tri des plastiques (PET, HDPE) Capacité jusqu'à 5 t/h. Pureté : 95% Glass ColorSort Tri des céramiques, pierres, vitrocéramiques. Capacité jusqu à 7,5 t/h Pellenc ST (France) Rhewum (Allemagne) Satake (USA) «Mistral VISION» (continu) Spectroscopie dans le visible Tri couleur des plastiques (PET et PEHD en particulier). Tri des films plastiques Tri des papiers, notamment de bureau Tri des métaux type cuivre, bronze, aluminium Efficacité du tri jusqu'à 98 % 3 fractions éjectées. «Datasort» (continu) Caméra CCD. Séparation des granulés et copeaux de polymères par couleur (PET, PE, PP, PS, PVC ) Capacité : 4 à 7,5t/h. Pureté jusqu à 97%. «Scanmaster IE» (continu) Caméra couleur. Tri du PVC dans un flux de PET. Capacité : 0,25 à 5 t/h. Pureté : jusqu à 99%. Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 81

82 S + S (Allemagne) «Scanmaster XE» (continu) Caméra CCD haute résolution. Capacité : 0,25 à 5 t/h. Pureté : 70 à 95% selon la taille des particules et le degré de contamination. «Flake purifier C» (continu) Caméra couleur CCD Tri couleur du PET Capacité : 0,5 à 10t/h. Pureté : 90 à 99% selon flux entrant. «Spektrum CS» (continu) Tri couleur de matériaux divers. Système d'apprentissage automatique. Possibilité de spécialisation de la machine pour le tri des métaux ou du verre notamment. Caméra CCD. «Varisort CSS-M» (continu) Tri couleur combiné à un détecteur de métaux. Détection via bobine et caméra CCD Détection simultanée de plusieurs métaux Système d'apprentissage automatique «K9 Flash» Tri du verre jusqu à 9 couleurs, pour des morceaux >0,2 mm. RTT Steinert (Allemagne) TiTech (Norvège) «UniSort C» (continu) Caméra CCD Séparation du PET par couleur. Capacité : 1,5 à 4 t/h. Pureté jusqu à 97% «FSS» (continu) Tri des polymères, des métaux Capacité jusqu'à 10 t/h Plage de granulométrie : 5 à 250 mm «Combisense» (continu) Tri par caméra couleur combinée à un détecteur de métaux. CRGB (caméra à balayage linéaire de couleurs de haute résolution) seule ou CRGB + EM (capteur électromagnétique). Tri des métaux, plastiques de couleurs. Autosort Vis (continu) Système basé sur la spectrométrie. Coût d investissement A partir de Liste des applications Fiche application Applications Degré de développement France Monde E+P-2A Tri des papiers / cartons (fraction «petits fibreux») entre eux DEE-6 Tri couleur des métaux non ferreux contenus dans + + les PAM CD-2 Tri des bitumes, terre cuite et plâtre dans une - - fraction issue de matériaux de démolition MET-1 Tri des métaux et alliages entre eux + + Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 82

83 8- RECONNAISSANCE DE FORME Septembre 2012 Principe de la technologie La reconnaissance de forme est basée sur des techniques et méthodes visant à identifier des motifs à partir de données brutes pour prendre une décision dépendant de la catégorie attribuée à ce motif. La reconnaissance de motifs peut être effectuée au moyen de divers algorithmes d'apprentissage automatique (réseau de neurones, analyse statistique, modèles de Markov cachés, recherche d'isomorphisme de graphes ou sous graphes). Les algorithmes de détection de contours peuvent travailler sur des images en noir et blanc. Ils peuvent aussi travailler sur des zones de l'image prédéfinies issues de la segmentation de l'image. Le système est constitué d une ou plusieurs caméras numériques ou analogiques (noir et blanc ou couleur), d un système d éclairage continu ou stroboscopique, d un logiciel de traitement et d interprétation d image numérisée et d un système d éjection. La vision peut se faire en 2D ou en 3D. Points forts Bien adapté au tri des produits qui ne peuvent se différencier ni par le matériau ni par la couleur. Limites / Contraintes en matière de produits entrants Les technologies de reconnaissance de forme appliquées au tri des déchets ont été en relative perte de vitesse pendant plusieurs années. Plusieurs contraintes peuvent expliquer ce fait : la faiblesse des débits de tri en continu ; les volumes d'informations à traiter ; la difficulté d obtenir une stabilisation des critères de forme ; les appareils actuels ne peuvent trier selon la forme que des morceaux ayant une dimension supérieure à 4 à 5 mm. Toutefois, cette technologie semble à nouveau porteuse d innovation depuis deux ou trois ans. Ainsi, la technologie de triangulation par laser semble prometteuse pour le tri des condensateurs au tantale dans les circuits imprimés usagés 15. Principaux acteurs identifiés Nom du fabricant (pays) Systèmes proposés Module «3DS» intégré au système de tri par induction «ISS (Induction Sorting System». Au moyen d un rayon laser, reconnaissance de la Steinert (Allemagne) forme et du volume des objets métalliques. Permet en particulier de distinguer les fils et câbles des autres objets métalliques. L efficacité du tri est améliorée et la consommation d air comprimé réduite. TiTech (Allemagne) 15 Article publié par le RWTH d Aix-la-Chapelle Février Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 83

84 Liste des applications Fiche application Applications Degré de développement France Monde E+P-3C Tri des têtes de cartouches de mastic au silicone - + DEE-3 Extraction des câbles selon leur rapport largeur/longueur - + dans la fraction métallique d un résidu de broyage MET-1 Tri des métaux et alliages entre eux - + Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 84

85 9- COMBINAISON PROCHE INFRAROUGE + VISIBLE (NIR + VIS) Principe de la technologie Voir fiches relatives aux deux technologies concernées. Atouts La combinaison de la détection proche infrarouge (NIR) et de la détection couleur (VIS) est une solution bien adaptée à certaines configurations. Par exemple, elle est souvent utilisée pour combiner le tri plastique par couleur et l élimination des matériaux indésirables, en particulier pour les flux d emballages traités dans les centres de tri et pour le tri des bois. Limites / Contraintes en matière de produits entrants Les produits sombres et noirs ne sont pas détectés. Développements Projets en cours La combinaison NIR + VIS est très largement utilisée dans l industrie. C est une solution éprouvée, dont le nombre d applications augmente régulièrement. Le projet «Sort-It» ( ) financé dans le cadre du 7ême PCRD, a permis de développer de nouvelles technologies pour un tri plus efficace et plus rentable des papiers et cartons en se basant sur : - de nouveaux détecteurs basés sur la spectrométrie dans le proche infrarouge, l'analyse d'image et la colorimétrie ; - de nouveaux outils de séparation (robots) ; - de nouveaux concepts de tri. Concepteurs et fabricants Nom du fabricant (pays) Best (Belgique), racheté par TOMRA SORTING SOLUTIONS Redwave (Autriche) Systèmes proposés «Genius» (continu) Caméra CCD haute résolution, couplée à des lasers, capteurs NIR, UV, LED ou fluorescence). Purification d un mélange par le tri couleur. Obtention de fractions PET, PVC et autres. Capacité : 1,5t/h. «Redwawe NIR + C» (continu) - Valorisation des matières plastiques. - Reconnaissance du PVC - RDF dans les ordures ménagères résiduelles - Valorisables dans les DIB - Pureté jusqu à 97% Eveready Manufacturing (Singapour) Green Machine (USA) LLA (Allemagne) MSS (USA) La version «Toboggan» est utilisée dans le tri du verre et le tri des fibreux. «NIRSort» (continu) Tri des polymères. Capacité : 2 à 4 t/h. Pureté : 99% «GreenEye» (continu) Tri des bouteilles en plastique par couleur et par matière. Pureté > 95% Tri des plastiques issus des emballages ménagers (mélanges de PE-HD, PE- LD, PP, PET, PS, PVC ). Granulométrie > 10mm. «Fibersort» (continu) Identification des "non papier" (textiles, métaux, films...) Capacité : 3 à 9 t/h Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 85

86 Glass ColorSort TM Permet d effectuer un tri du verre par la couleur, pour des capacités allant jusqu à 7,5t/h. Des fluctuations de couleurs très faibles peuvent être détectées. Le procédé permet également de séparer les céramiques, les pierres et les porcelaines jusqu à des débits de 30t/h. MSS (USA) NRT (USA) Pellenc ST (France) «Aladdin» (continu) Tri des bouteilles plastiques par résine et couleur Capacité : 4 à 5 t/h Efficacité du tri : 92/98 % Possibilité de 2 flux entrants triés chacun en trois flux distincts «Multisort IR/ES combo» (continu) Tri des plastiques (HDPE, PET, PS, PP, PVC) Jusqu'à 4,5 t/h "MISTRAL DUAL VISION" (continu) Combinaison spectroscopie NIR et spectroscopie dans le visible -Valorisation matière papiers et plastiques -Tri du bois par classe A/B -Tri des plastiques colorés. Extraction du PET transparent et du PEHD naturel. - Tri des cartons bruns et gris dans les papiers mélés, tri des papiers de bureau - Tri des cartons imprimés EMR -Tri des cartes électroniques dans le DEEE Modèle combinable en plusieurs canaux de tri : 1, 2, 3. Version HR Tri des cartes électroniques Plastiques par couleur : ABS blanc, HISP blanc Rofin Australia Pty Ltd. (Australie) Steinert (Allemagne) TiTech (Norvège) Version FINESORT Tri universel pour les petites granulométries indépendamment de la taille et du poids des objets : Valorisation des très petites granulométries Tri des câbles aluminium et cuivre Tri des flakes par couleur Tri paillettes : épuration polluants matière et couleurs (PVC + PET coloré) Rapid Sort 75 (continu) Tri de mélanges de polymères, tri couleur du PET. Jusqu à 5 bouteilles/seconde et par ligne de tri. Tri >99% de pureté (99,8% pour le tri du PVC dans le PET) Système «Unisort PC Paper» Tri des flux de papiers usagés selon leur matière, leur structure et leur couleur (journaux, magazines, catalogues, cartes postales, papiers revêtus, textiles, plastiques). Séparation des différentes qualités de papier selon leur contenu en lignine. L imagerie hyperspectrale permet d atteindre 7 millions de mesures par seconde. «Autosort NIR1-VIS» (continu) - Tri du PET, HDPE, LDPE, PP, PVC, PS, HIPS, ABS, PC - Tri du PET par couleur - Nettoyage du bois : production d une fraction bois/aggloméré propre par extraction des bois peints et revêtus. - Production d une fraction à désencrer propre. Capacité : jusqu à 10t/h. «Autosort NIR1-NIR2-VIS» (continu) Modèle polyvalent. Gamme de trois résolutions couvrant la plupart des granulométries, à partir de 5 mm. Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 86

87 Coût d investissement à par machine selon les options et les configurations. Liste des applications Fiche application Applications Degré de développement France Monde E+P-2C Tri en vue de l obtention d une fraction «journaux / - - magazines» E+P-3A Sur tri des corps creux plastiques + + Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 87

88 10- COMBINAISON PROCHE INFRAROUGE + VISIBLE + INDUCTION Principe de la technologie Voir les fiches relatives aux trois technologies concernées. Cette combinaison est largement utilisée au plan industriel, avec de nombreuses références. Concepteurs - fabricants Nom du fabricant (pays) IMRO maschinenbau Systèmes proposés IMRO Discovery Tri simultané des métaux, plastiques, papiers, bois et compounds. Pellenc ST (France) S + S (Allemagne) TiTech (Norvège) MISTRAL DUAL VISION + détecteur de métaux. Largeur des machines de 800 à 2800mm en standard Capacité : en fonction de la densité du flux Vitesse du convoyeur : jusqu à 3m/sec Dimensions des objets : de 7 à 350 mm (résolution standard, haute résolution) Varisort CMN Capacité jusqu à 7t/h. Offre sur demande. Coût d investissement Information non disponible. Liste des applications Fiche application Applications Degré de développement France Monde E+P-3B Tri couleur des bouteilles PET (clair/azuré, coloré) et + ++ élimination du PVC pour le recyclage «bottle to bottle» DEE-4 Tri des plastiques contenant des additifs bromés + + DEE-7 VHU-3 Tri de mélanges de polymères et de métaux issus de DEEE broyés Tri d'un mélange de polymères broyés et de métaux issus du RBA Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 88

89 11- SPECTROSCOPIE DE PLASMA INDUIT PAR LASER (LIBS) 16 Principe de la technologie La LIBS est une technique d analyse chimique rapide qui utilise un laser de courte impulsion (puissance d'environ 1 GW/cm²) pour créer un microplasma à la surface d un échantillon. Ce gaz ionisé est composé d éléments qui vont rayonner de manière spécifique. Ce rayonnement est analysé par spectroscopie optique. La LIBS permet d effectuer des analyses à des distances comprises entre environ 10cm et 1m. Points forts La LIBS est utilisable pour des échantillons de métaux, semi-conducteurs, verres, tissus biologiques, matériaux isolants, plastiques, terres, plantes, couche de peinture... Elle couvre une large palette d éléments, incluant les éléments légers comme H, Be, Li, C, N, O, Na, et magnésium. Elle fournit des informations très précises non seulement sur la nature du matériau mais également sur sa composition. Par exemple, pour des déchets de bronze, elle permet de déterminer le degré de pureté du morceau étudié. La limite de détection de la LIBS pour les métaux lourds est de l ordre du ppm. En outre, par rapport aux autres technologies, la LIBS est capable : de reconnaître les atomes légers, contrairement au XRT ; de reconnaître les dérivés bromés, contrairement au NIR ; de différencier les différents types d'additifs bromés, contrairement au XRT. Les retours d informations concernant les applications de détection des polluants dans les sols, (systèmes portatifs) montrent que la LIBS a également des atouts par rapport à : la fluorescence X, qui affiche certaines limites sur les éléments légers (en dépit de progrès récents) et s avère non optimale sur certaines applications ; la spectrométrie étincelle (SEO), qui peut poser des problèmes d encrassement des électrodes sur certains matériaux compte tenu de la distance de travail. Autres avantages de la LIBS : 16 * Egalement appelée LIPS (Laser Induced Plasma Spectroscopy). Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 89

90 Possibilité de mesure «à distance» ; Septembre 2012 Temps de mesure rapide (quelques secondes) pour une analyse «spot» ; Protocoles d échantillonnage variés depuis le sondage rapide d une surface d échantillon jusqu à l étude de composition en profondeur. Le fait d'effectuer plusieurs bombardements successifs sur un même point pourrait permettre d'envisager une analyse stratigraphique de l'intérieur d un matériau. Ce procédé suppose une étape préalable de «décapage» et de volatilisation en surface. Selon le matériau considéré, le plasma créé par chaque tir fait une tache d environ 100 microns de diamètre et de 1 micron de profondeur. Ce point est toutefois controversé. Pour certains experts, la LIBS est avant tout un capteur de surface. Limites / Contraintes en matière de produits entrants Le temps d analyse et de traitement constitue une contrainte forte. Une analyse qualitative et quantitative complète ex-nihilo demande un temps de traitement d'information long et est complexe à mettre en œuvre. Pour améliorer la vitesse on procède en général par comparaison avec une «bibliothèque de spectres» pré-établie et un système d'apprentissage. Dans ses développements en cours, le CRITT Alsace parvient à limiter la durée des mesures à environ 3/10 de seconde, en s'appuyant sur un ou plusieurs points de comparaison adéquats, permettant ainsi une analyse plus rapide. Cela s'inscrit dans l objectif de proposer du tri en ligne. D autre part, pour qu une mesure soit efficace, il faut effectuer en théorie au moins trois tirs pour effectuer une analyse (un tir pour décaper, un pour créer le plasma, un pour mesurer). En pratique, il est nécessaire d en réaliser beaucoup plus, probablement entre 5 et 10 tirs sur le point à analyser. En outre, il parfois nécessaire d effectuer plusieurs mesures, à différents endroits d une même pièce, si celle-ci est hétérogène (dans le cas d'un plastique chargé, cela limite le risque de tomber dans le plastique pur ou dans la charge pure). Au total, sachant qu un tir prend environ 1/100ê de seconde, on peut atteindre une cadence de 10 objets / seconde selon le CRITT Matériaux Alsace. TiTech, de son coté, indique une cadence d environ 100 objets / seconde sur son prototype en cours de réalisation. Compte tenu de cette contrainte de vitesse d analyse, la LIBS est d autant plus performante que : les déchets sont pré triés, afin de limiter le nombre de produits à reconnaître et permettre ainsi une identification plus rapide. Le pré tri entre polymères, métaux, etc permet également de calibrer l'appareil de manière optimale ; les déchets sont propres et décapés. Ceci permet une analyse directe de la matière. La LIBS permet en théorie de décaper le matériau via quelques tirs mais c'est un facteur chronophage ; la granulométrie est adéquate. Dans le cas du tri du verre, le broyage produit des fractions dont la granulométrie est très variable: les morceaux peuvent aller de petits grains à des morceaux de plusieurs cm de long. Développements en cours Connue depuis près de 30 ans, la technologie LIBS était jusqu'à récemment confinée à des usages de laboratoire du fait de sa complexité et de son coût. Elle était utilisée comme technologie complémentaire au XRF, au NIR et au Raman. Les équipements sont devenus plus abordables ces dernières années et cela a permis d'étendre la recherche. Il reste toutefois de gros progrès à faire, en particulier en termes de vitesse de mesure et de robustesse de la source laser. Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 90

91 Des pilotes de systèmes de tri en continu sont expérimentés : Bertin développe et teste un pilote sur des réfractaires passant sur un convoyeur, pour trier l alu et l acier ; TiTech développe un prototype industriel en continu (fonctionnement prévu au 4ême trimestre 2010), avec essais sur des alliages d aluminium et de magnésium, des inox et du bronze. La société Steinert a mis au point un système de tri en continu par laser de surface pour trier les câbles contenus dans les RBA. L institut Fraunhofer a mis au point un système de tri des métaux équipé de lasers 100 khz. Il permet d effectuer un tri de composés pierreux en fonction de la teneur en magnésium. Ce système est commercialisé par Ti Tech. Les recherches en cours visent principalement à : rendre les mesures plus fiables et réduire les dérives ; adapter les composants aux applications visées pour optimiser leur fonctionnement et les performances et parvenir à des solutions économiquement acceptables (présentation de l échantillon, caractéristiques du laser, type de spectromètre) ; réduire la taille des systèmes LIBS. Jusqu à présent, l effort de miniaturisation se faisait en partie au détriment de la performance du système. Le projet PLASTILIBS Porté par le CRITT Matériaux Alsace, ce projet ( ) a permis de tester les potentialités d utilisation de la LIBS comme technique de reconnaissance des matériaux plastiques et composites des DEEE, afin de proposer un ou plusieurs protocoles d analyses, non seulement pour classer et reconnaître les différents types de matériaux constitutifs des DEEE entre eux, mais également pour contrôler la présence de métaux lourds et de certains additifs selon les directives ROHS. Le CRITT Matériaux Alsace envisage la recherche selon une démarche progressive. Le premier axe concerne l'identification des différents polymères, puis l'éventuelle présence de métaux lourds, d'agents bromés... Il se penche également sur l'identification des plastiques chargés (quel que soit le matériau de charge). Pour l'instant, seule la phase concernant la détection est bien avancée. Le projet Swifts porté par la société de valorisation Floralis et l Université Joseph Fourier de Grenoble, a démarré en 2009 avec cinq partenaires industriels et institutionnels. Il vise à transférer et intégrer un nouveau type de spectromètre compact à haute résolution dans des applications industrielles, dont la LIBS (résolution équivalente à celle d un spectromètre du marché de 50 kg, mais dans une taille équivalente à celle d un téléphone portable). La technologie ne comporte aucun élément optique mobile et couvre toute la plage de rayonnement de 400 à 1000 nanomètres. Le projet SOLSTICE a été mené par le laboratoire CPMOH à Bordeaux sur l application de la LIBS pour l analyse des sols pollués, dans le cadre du programme de recherche Precodd de l ANR. Achevé fin 2008, ce projet a abouti à la mise au point d un système transportable (un chariot) utilisable pour quadriller un terrain potentiellement pollué par de multiples analyses rapides et cibler les zones où des analyses de laboratoire sont nécessaires. L'appareil ne mesure pas une concentration absolue sur les composés détectés, mais il est capable de classer les sols en fonction de leur concentration relative en polluants (détection de quelques dizaines de ppm de métaux dans les sols). Le projet CALIPSO approfondit le même sujet que SOLSTICE. Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 91

92 Concepteurs Fabricants Sociétés de développement technologique / Centres de recherche Fabricants d appareils de laboratoire Fabricants d appareils industriels en continu Inéris (France) Floralis (France) Ivea (France) DGA Département détection à distance (France) Fraunhofer ILT (Allemagne) Holo3 (France) CRITT Alsace (France) Bertin Technologies (France) Photon machines (USA) Laser Analysis (Autriche) Ocean optics (USA) Applied spectra (USA) Applied Photonics (GB) Cetac (USA) LLA (Allemagne) Steinert (Allemagne) Septembre 2012 Applications Les domaines d application de la LIBS se multiplient. Outre l analyse des sols et des matériaux, (en tri, en contrôle qualité ou en contrôle de contamination de surface) les domaines suivants semblent prometteurs : le tri des produits chlorés et bromés ; l identification des charges minérales. Des travaux de recherche sont également effectués sur les thèmes suivants : Tri des polymères pour le recyclage ; Analyse sur ligne de production en continu Tri du verre ; Analyse de pigments dans la peinture ; Mesure de concentration d'un élément. Liste des applications Fiche application VER-1 DEE-5 DEE-8 VHU-4 MET-1 Applications Tri des infusibles dans les bouteilles usagées Tri des plastiques contenant des additifs bromés Tri de mélanges de polymères (PET, PEHD, PP, PVC, ABS, ABS/PVC ) et de métaux... issus de DEEE broyés Tri d'un mélange de polymères broyés (PET, PEHD, PP, PS, PE, PVC, ABS, ABS/PVC, ABS/PC, HIPS, PC) et de métaux... issu de RBA Tri des métaux et alliages entre eux : Caractérisation de la nature et de la composition des déchets de bronze et d aluminium, de semi-conducteurs, de verres, de plastiques, de couches de peinture, de verres techniques, de bois. Séparation du zamac par lots de teneurs différentes en zinc. Coût d investissement Système portatif : 50 à selon les performances. Installation en continu : environ par unité. Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 92

93 Le prix des capteurs a tendance à diminuer avec le développement industriel de cette technologie. En outre, l optimisation des «bibliothèques» contribue à améliorer les performances à court terme. Pour le moment, l utilisation de la LIBS pour l identification et le tri des produits contenant des additifs bromés dans les plastiques issus des DEEE ne semble pas rentable. Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 93

94 12- INCORPORATION DE TRACEURS DANS LES POLYMERES Principe de la technologie Le principe consiste à incorporer dans un polymère lors de sa fabrication une molécule facilement reconnaissable par tri optique lorsque ce polymère devient un déchet. Les options technologiques pour la détection et le tri de déchets en présence de traceurs sont relativement ouvertes : au niveau du choix du type de procédé : magnétique, fluorescence X, fluorescence UV (ultra-violet), infrarouge), activation neutronique, détection magnétique au niveau du choix du traceur : fer et ses oxydes, terres rares, dérivés de la coumarine. La R&D porte sur plusieurs variantes technologiques 17 La détection par fluorescence X semble fiable ; La détection par fluorescence UV est sensible aux interférences liées à la présence de colorants incorporés dans les polymères, mais des solutions sont envisageables pour amplifier le signal du traceur. Les pièces sombres sont plus difficiles à détecter en fluorescence UV qu en XRF (la réflexion se fait mal) ; Avec la détection en proche infrarouge, les colorants noirs ou sombres ne permettent pas la détection des traceurs ; La détection par activation neutronique s est beaucoup développée grâce à la conception de sources de neutrons de petite taille et grâce à des temps d analyse très courts, une grande fiabilité et une bonne sensibilité des analyses ; La détection magnétique présente un intérêt. Elle n est pas sensible à la plupart des additifs des polymères et elle est bien développée. On ne trouve néanmoins pas toujours les quantités de traceurs magnétiques à utiliser en fonction de la puissance des aimants. Les systèmes de traceurs magnétiques nécessitent souvent des quantités de traceur de l ordre du pourcentage qui poseront sans doute moins de problèmes d homogénéisation de la matière que des traceurs utilisés avec des quantités de l ordre du ppm. En revanche, plus la quantité de traceur est importante, plus elle est susceptible de modifier les propriétés mécaniques, rhéologiques et le vieillissement du polymère. Par exemple, le fer est un catalyseur de dégradation du polypropylène. Il faudrait donc isoler le fer de la matrice PP en l utilisant dans un noir de carbone par exemple ; Dans le cas de la détection optique, on peut craindre les interférences optiques, en particulier avec les additifs des matières plastiques souvent méconnus et dont la nature et la composition sont susceptibles d évoluer. Développements en cours La technologie d identification et de tri de matériaux au moyen de traceurs est utilisée pour des applications de tri des métaux, en biologie et en médecine. Elle n est pas utilisée pour le tri des déchets de polymères. 17 Le contenu de cette page reproduit les conclusions de l étude réalisée par Record en 2007 : «État de l art technico-économique sur les procédés et techniques d incorporation de traceurs dans des matériaux polymères, en vue du tri automatisé des déchets plastiques des produits hors d usage». Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 94

95 L usage des traceurs dans la production des polymères n étant pas normalisé, il n existe pas d applications industrielles sur le tri de ces matières mais des brevets existent néanmoins. Plusieurs travaux de recherche sont en cours de réalisation sur la problématique du tri des polymères issus des DEEE et des VHU : L étude réalisée par Record en 2007 avait pour but de démontrer la faisabilité technique et économique de l utilisation de traceurs ajoutés dans du polypropylène vierge de couleur noire, le but étant d améliorer sa détection et son tri automatisé au stade industriel dans des gisements de résidus de broyage (granulométrie d environ 20mm) issus de VHU et de DEEE ; La thèse réalisée en 2007 par Feliks BEZATI a conclu à la pertinence d une poursuite de travaux de R&D sur les traceurs. Une nouvelle thèse est en cours, dont la soutenance est prévue entre octobre et décembre 2010 ; Le projet TRITR@CE ( ) a permis de tester validation du système «traceurs» sur des polymères ciblés et de réaliser des mélanges maîtres selon les procédures de fabrication des secteurs automobile, électrique, électronique et électroménager avec des matrices polymères ciblées, du polypropylène clair et noir et de l'abs ; Le projet TRIPTIC «Traceurs Répartis pour Identification des Polymères et Tri Industriel en Cadence» ( ) vise à apporter des éléments de réponse aux questions suivantes : Peut-on plus améliorer la rapidité et la qualité du tri des polymères contenus dans les VHU en utilisant une signature avec traceurs détectée par tri spectrométrique (fluorescence X ou UV)? Peut-on étendre cette technologie de tri à d'autres matériaux polymères et d'autres secteurs industriels tels que les secteurs des DEEE et des emballages? Le projet couvre un champ nettement plus large que l étude réalisée par Record, qui se focalisait sur le PP, des marqueurs à base d oxydes de terres rares et la détection XRF. Il prévoit la réalisation d un pilote (pas en continu). A l étranger des recherches ont été effectuées il y a une dizaine d années en Grande-Bretagne mais les projets publics se sont taris. Enjeux Les marqueurs semblent potentiellement utiles surtout pour le tri de déchets broyés car le marquage des pièces démontables n est plus reconnaissable. Il se pose en alternative (ou en complément) au démontage, qui est une source de préoccupation pour les constructeurs automobiles du fait de son coût élevé. Aspects économiques Les traceurs tels que les terres rares ont un coût élevé mais nécessitent des concentrations de l ordre du ppm. Les traceurs magnétiques, peu coûteux nécessitent aussi de faibles quantités au vu des capacités de détection des aimants à haute intensité. Horizon de développement des applications Les opinions des industriels interrogés (fabricants de systèmes de tri, constructeurs automobiles, éco-organisme DEEE) sur les perspectives de développement des traceurs pour le tri des déchets de polymères sont partagées. Il apparaît clairement que d importantes contraintes de nature organisationnelle et normative (en particulier la difficulté d imposer une norme internationale sur le sujet) devront être surmontées. Certains y voient un «serpent de mer» qui n émergera pas avant 20 ou 30 ans, tandis que d autres estiment l horizon d émergence industrielle à une dizaine d années. En outre, il faut tenir compte de la durée de vie des pièces : dans le cas des polymères utilisés dans les véhicules, ce n est que 8 à 10 ans plus tard que les premières pièces «marquées» seront utilisables pour le tri. C est la raison pour laquelle le projet TRIPTIC étudie également les perspectives liées à des produits à plus courte durée de vie comme certains DEEE. Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 95

96 Liste des applications Fiche application Applications Septembre 2012 DEE-8 Tri de mélanges de polymères (PET, PEHD, PP, PVC, ABS, ABS/PVC ) et de métaux... issus de DEEE broyés VHU-1 Tri de pièces plastiques entières préalablement démontées VHU-4 Tri d'un mélange de polymères broyés et de métaux... issu du RBA Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 96

97 13- SPECTROSCOPIE TERAHERTZ (THZ) Principe de la technologie Terahertz SEO MIR NIR Fréquence (Hz) Ondes radio Micro-ondes Infrarouge V i s i b l e U V Rayons X Rayons Gamma Longueur d'onde (m) La spectroscopie Terahertz est une technique de détection fine basée sur l émission d'une onde dont la fréquence se situe entre 0,1 et 10 THz, c est-à-dire à la limite de l infrarouge lointain et des ondes micrométriques. La plage la plus pertinente pour la spectroscopie se situe entre 0,5 et 2 THz. Les appareils travaillant à des fréquences supérieures à 2THz existent mais sont très coûteux du fait des exigences de précision au niveau de la fabrication. D autre part la stabilité du réglage sur une fréquence précise reste problématique. Plusieurs sources sont possibles pour produire des ondes THz: Laser à cascade quantique ; Carcinotron ; Photomélange ; Electronique (nano-transistors). Les détecteurs possibles sont les suivants : En «basses fréquences» (500 GHz), les techniques classiques de réception à changement de fréquences sont utilisées (diode mélangeuse ultra miniaturisée) ; Pour les fréquences supérieures à 1000 GHz, on utilise les masers ; Bolomètre (détecteur électro-optique). Points forts La spectroscopie Terahertz permet d analyser la structure moléculaire. Elle peut fonctionner soit en réflexion soit en transmission. La caractérisation des produits peut atteindre un niveau très fin, comme la différenciation de deux isomères. Elle est non destructive et le rayonnement n est pas ionisant. Limites / Contraintes en matière de produits entrants La mise au point de sources d émissions dans la gamme de fréquences 0,1-10 THz est difficile. D autre part, les lasers à cascades quantiques requièrent généralement des températures de fonctionnement extrêmement basses et ne fournissent pas une bonne pureté spectrale. Développements / projets en cours La spectroscopie Terahertz, peu explorée jusqu'à récemment à cause de l'absence de sources et de détecteurs est aujourd'hui en plein essor. Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 97

98 Teratec (Institut Fraunhofer IP) a mis au point un système THz-TDS pouvant fonctionner à température ambiante et avec un éclairage ordinaire (longueur d onde : 800 nm), grâce à une méthode de mesure «pulsée», avec un taux de répétition de 80 MHz. Les applications existantes concernent principalement le médical et la sécurité. Le Terahertz est utilisé dans certains aéroports pour la détection de produits dangereux. Aucune application opérationnelle ou en développement n a été identifiée dans le domaine du tri des déchets. Le projet «Terapepo» ( ) a permis de développer des sources optiques de rayonnement TeraHertz à base GaN, avec une source compacte, continue et à spectre fin. Perspectives de développement d applications dans le domaine du tri des déchets Les centres de recherche interrogés n ont pas d idées précises sur des applications possibles au tri des déchets. Ils nous ont toutefois signalé les pistes suivantes : Les matériaux non conducteurs tels que les vêtements, les plastiques, le papier et le carton sont transparents au terahertz ; Les matériaux d'emballage (blister, cartons, papiers...) sont transparents au THz. Si le matériau est entouré de métal, l'onde THz sera captée par ce métal ; L eau absorbe fortement les ondes THz ; Contrairement au visible et au NIR, le THz pénètre dans la plupart des matériaux (signal par transmission). Principaux acteurs Alpes Lasers (Suisse) LLA (Allemagne) Polytec (Allemagne) : Travaux en cours sur la technologie Terahertz pour détection des corps sombres. Smith Heimann (USA) : Fabricant de portiques de sécurité pour la détection de matières dangereuses dans les aéroports. Centre de recherche en Allemagne. Teratec (Allemagne) : «Center for Terahertz Technologies and Applications» : Créé récemment par l institut Fraunhofer IPM. TeraView (Royaume Uni) Toptica (Opton Laser International) (Allemagne / France) Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 98

99 14- ULTRA-SONS Le projet ECO CND ( ) vise à remplacer les techniques polluantes actuelles (ressuage et magnétoscopie) dans le domaine du contrôle qualité par une génération d ultrasons par laser, couplée à une réception EMAT (Electromagnetic Acoustic Transducer). Le projet comprend notamment la modélisation, la réalisation d un démonstrateur de laboratoire de type laser/emat et d un équipement TOFD multi éléments de nouvelle génération pour le contrôle des soudures, la plateforme d imagerie 3D des défauts et la qualification du procédé. Le projet W2 Plastics ( ) mené par Technische Universiteit Delft dans le cadre du 7ême PCRD développe le tri magnétique (Magnetic Density Separation) et les capteurs à ultrasons pour la production de polyoléfines de haute pureté à partir de déchets. Selon le «Leibnitz-Institut für Polymerforschung (Dresde), la combinaison du NIR et de la spectroscopie ultrasonique permet de déterminer la composition de mélanges PE/PS. Les informations recueillies au moyen des systèmes à ultra-sons sont très sensibles aux variations de température et de pression. Principaux acteurs Nom Polytec (Allemagne) SEA (Italie) / Hamos (Allemagne) Travaux en cours sur les technologies ultra sonique pour la détection des corps sombres notamment. Tri dans l'industrie alimentaire. Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 99

100 15- SPECTROSCOPIE RAMAN Principe de la technologie Le principe de la spectroscopie Raman consiste à envoyer une lumière monochromatique sur un échantillon et à analyser la lumière diffusée. Les photons incidents sont détruits et leur énergie sert à créer des photons diffusés et à créer (processus Stokes) ou détruire (processus anti-stokes) des vibrations dans l'échantillon étudié. C est une technique non destructive permettant de caractériser la composition moléculaire et la structure d'un matériau. Elle est complémentaire de la spectroscopie NIR qui permet également d'étudier les modes vibrationnels d'un matériau. L utilisation la plus fréquente de la spectroscopie Raman est la caractérisation de la composition chimique d'un matériau en laboratoire, dans des domaines variés comme la chimie ou la bijouterie. Les énergies de vibration sont caractéristiques non seulement du matériau, mais aussi de la structure cristalline dans le cas des solides. Points forts Limites La spectroscopie Raman permet de reconnaître les oxydes métalliques mais pas les métaux. Développements / projets en cours Le «Leibnitz-Institut für Polymerforschung (Dresde) effectue des travaux de recherche dans deux directions, identification des particules et morceaux sombres et l identification des bouteilles multi-couches. Sur ces deux points, la spectroscopie Raman semble présenter des performances supérieures au NIR. Les applications industrielles de tri des déchets en continu commencent à émerger.. Le système Powersort 200 développé par Unisensor GmbH est basé sur la spectroscopie laser (fluorescence et Raman). Il permet de séparer les morceaux plastiques en PET, PVC, nylon, silicone ainsi que les morceaux noirs/sombres et le PET chargé en TiO2. Il est principalement utilisé pour le recyclage du PET en «bottle-to-bottle». Aspects économiques Le coût des appareils de spectroscopie Raman est 5 à 10 fois plus élevé que celui des appareils NIR. Le développement rapide des applications liées à la chimie et au médical devrait toutefois conduire à une diminution des prix. Etat de l art des technologies d identification et de tri des déchets 100