Etude relative à l analyse des PCB et autres substances dangereuses potentiellement présents dans les condensateurs

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1 Publications Eco-systèmes Etude relative à l analyse des PCB et autres substances dangereuses potentiellement présents dans les condensateurs Synthèse : Juin

2 Problématique et objectifs En France, les condensateurs extraits de DEEE listés dans l annexe II de la directive européenne 2002/96/CE sont aujourd hui tous dirigés, par principe de précaution, vers la technologie d élimination destinée au traitement des déchets contenant des PCB. Cette technologie d incinération spécialisée haute température est non seulement la plus coûteuse mais exclut également la possibilité de valoriser les matériaux des condensateurs qui ne contiendraient pas de PCB. L étude menée par l OCAD3E (qui regroupe les 4 éco-organismes en charge de la collecte et du traitement des DEEE sur le territoire français : Eco-systèmes, Ecologic, ERP, Recylum) vise à définir des scénarios alternatifs de tri et de traitement des condensateurs extraits des DEEE au regard : De l analyse des différentes natures de condensateurs présents dans les DEEE et leurs quantités, de leurs substances internes (PCB, autres substances dangereuses) et des possibilités de tri des condensateurs techniquement envisageables selon des critères pertinents (reconnaissance visuelle ou autre), De l analyse technico-économique des autres technologies de traitement existantes, adaptées au traitement de ces composants et garantissant l élimination conforme des substances dangereuses présentes autres que le PCB. Cette étude donne des éléments d aide à la décision pour faire évoluer la mise en filières d élimination des condensateurs issus des DEEE en vue d en réduire le coût, dans le strict respect des prescriptions réglementaires environnementales nationales et européennes. 2 Résultats Technologies de condensateurs dans les DEEE et substances internes identifiées Le tableau ci-après synthétise l ensemble des technologies de condensateurs incorporées dans les DEEE pour chaque flux de traitement (résultats de la phase d enquêtes producteurs et recherches documentaires). Les couleurs symbolisent le niveau de présence potentielle en PCB et autres substances dangereuses.

3 Résultats Technologies de condensateur Famille Forme Enveloppe externe Marquages caractéristiques Taille GEM HF GEM F ECRANS PAM 3 Cylindrique radial, oblong Métallique ou plastique Aucun / «no PCB» pour certains h > 25 mm non concerné Parallépipédique à cosse Plastique Aucun h ou > 25 mm non concerné Dans le champ annexe II directive 2002/96/CE A papier/film Cylindrique axial Plastique Aucun h ou > 25 mm Petite taille rectangulaire / «goutte d eau», à pattes Plastique Aucun h > 25 mm non concerné Electrolytique Aluminium Cylindrique, radial ou axial à souder/visser CMS (chip) Métallique «+» et/ou «-» h ou > 25 mm Plastique «+» et/ou «-» h < 25 mm Hors champ annexe II Electrolytique Tantale Céramique «Goutte d eau» «Goutte d eau» Non détaillé ici Non détaillé ici h < 25 mm h < 25 mm Mica «Goutte d eau» h < 25 mm non concerné non concerné non concerné Avec présence potentielle de PCB. Avec présence potentielle de substances dangereuses autres que PCB (substituts au PCB pour imprégnation du film dans le cas des condensateurs à film, ou substances dans électrolyte des condensateurs électrolytiques, ou encore ignifugeants bromés dans enveloppe plastique), potentiellement dans le champ annexe II Directive 2002/96/CE. Avec présence potentielle de substances dangereuses autres que PCB, néanmoins hors champ annexe II Directive 2002/96/CE (vol. < 12,3 cm 3 ). Dépourvu de PCB et autres substances dangereuses. Remarques Seules les technologies de condensateurs à film et électrolytiques Aluminium sont dans le champ de l annexe II de la directive 2002/96/CE. Les condensateurs à film sont susceptibles de contenir des PCB (ou des substituts au PCB) imprégnés sur le film interne (diélectrique).les condensateurs électrolytiques en sont tous dépourvus (par construction, source : fabricants de condensateurs, littérature).

4 Les principales substances dangereuses rencontrées autres que PCB sont le biphényl, le naphtalène, le phtalate de dibutyle ainsi que le dimethyl biphenyl. Ces substances caractérisées par leur toxicité, leur caractère dangereux pour l environnement et/ou toxique pour la reproduction se retrouvent principalement dans les condensateurs à film. Les condensateurs électrolytiques sont quant à eux principalement caractérisés par la présence d acide borique, d éthylène glycol, de diméthylacétamide et d acide sulfurique. Ces substances peuvent être qualifiées comme toxiques, irritantes ou corrosives. 4 D après les résultats précédents, voici comment il est possible, sur la base des caractéristiques externes des condensateurs, de les classer par nature de technologie (pour ceux listés dans l annexe II de la directive 2002/96/CE). Classement des condensateurs par nature de technologie, reconnaissance visuelle des condensateurs cylindriques : NON Marquage externe + et/ou -? OUI Condensateur à film/papier susceptible de contenir du PCB Condensateur électrolytique Propriétés/Caractéristiques : A une enveloppe externe métallique ou plastique. Contient un film (ou papier) qui peut être imprégné de fluide (ou non : on parle alors de technologie sèche dans ce cas). S il est imprégné, le fluide d imprégnation contient : - Soit du PCB, - Soit des substituts au PCB à caractère dangereux (cf. tableau ci-avant), - Soit des substituts au PCB à caractère non dangereux (ex : vaseline). Propriétés/Caractéristiques : A une enveloppe métallique externe en aluminium. Est toujours dépourvu de PCB. Contient des substances susceptibles d être dangereuses dans l électrolyte. Peut être marqué «no PCB» (démarche volontaire du fabricant, marquage non normé ni encadré par aucun référentiel).

5 Résultats des prélèvements et analyses de condensateurs par flux Les tableaux et graphiques ci-dessous font état des résultats des prélèvements et analyses de condensateurs (155 kg) extraits des 4 flux de traitement. Quantités de condensateurs prélevées par flux de traitement pour analyse Poids d appareils Quantité de condensateurs (1) Flux analysés En nombre En poids GEM HF kg 833 unités 69,6 kg 5 GEM F kg 108 unités 6,5 kg ECRANS kg unités 37,3 kg PAM kg unités 41,5 kg TOTAL 4 FLUX kg unités 154,9 kg (1) Seuls les condensateurs concernés par l annexe II de la directive ont été prélevés des appareils. Résultats de répartition des condensateurs en nombre par nature d appareil de provenance, pour chaque flux de traitement : Flux GEM HF Flux GEM F Micro-ondes 6 % Autres 2 % Autres 9 % Sèche linge 12 % Lave linge 59 % Congélateurs 10 % Réfrigérateurs congélateurs 66 % Lave vaisselle 21 % Réfrigérateurs 15 % Flux ECRANS Autres 2 % Autres 37 % Flux PAM UC 18 % Ordinateurs 32 % Téléviseurs 66 % Magnétoscopes 13 % Cartes seules 5 % Imprimantes 11 % Lecteurs DVD 6 % Micro-ondes 10 % 130 condensateurs issus de ces prélèvements ont été analysés en laboratoire pour mesurer leur teneur interne en PCB. 82 comportaient de l huile à l intérieur. Aucune teneur en PCB n a été détectée dans les huiles de ces condensateurs. Il est à noter néanmoins que la taille limitée de l échantillon ayant fait l objet d analyses chimiques ne permet pas de garantir un niveau de représentativité suffisant pour valider ce résultat.

6 Résultats par flux de répartition en poids des condensateurs par nature de technologie : Flux GEM HF 0,1 % Flux GEM F 6 40,4 % 40 % 59,5 % 60 % (avec marquage +/-, absence de PCB) à enveloppe plastique à enveloppe métallique Dont 16 % marqués no PCB à enveloppe plastique à enveloppe métallique Flux ECRANS 0,8 % Flux PAM 48,4 % 44,8 % 99,2 % (avec marquage +/-, absence de PCB) à enveloppe plastique 6,8 % (avec marquage +/-, absence de PCB) à enveloppe plastique à enveloppe métallique Dont 22 % marqués no PCB

7 Analyse des critères déterminants de tri et mises en filières alternatives Plusieurs critères de reconnaissance visuelle pouvant permettre un tri des condensateurs par technologie différenciée de traitement ont été analysés. Le tableau ci-dessous expose ces différents critères et leur pertinence. Critères Description / Commentaires Pertinence / fiabilité Critère 1 Marquage externe + et/ou - Marquage caractéristique des électrolytiques, qui sont des condensateurs polarisés et qui par construction sont tous dépourvus de PCB (source : littérature et fabricants de condensateurs) Critère pertinent pour un tri par technologie différenciée de traitement. 7 Critère 2 Marquage «no PCB» Marquage censé signifier une absence totale de PCB (utilisé uniquement pour les condensateurs à film, sans marquage +/-, principalement ceux provenant de micro-ondes où les tensions internes sont élevées). Il est apposé de manière volontaire par le fabricant. Bien que les fabricants interrogés le déclarent fiable, ce marquage n est encadré par aucune norme ni aucun référentiel international. Il ne fait pas l objet de contrôle par les autorités. Critère jugé non suffisamment sûr à 100%. Non retenu dans l élaboration des scénarios de tri ci-après. Critère 3 Nature d enveloppe externe (plastique/ métallique) pour les non marqués +/- (PCB suspect) Pour le cas des condensateurs à film (sans marquage +/-), il semble exister un certain lien de corrélation entre enveloppe externe en plastique et technologie sèche (absence de fluide imprégnant le film). Les fabricants de condensateurs interrogés confirment dans l ensemble cette tendance, certains ne garantissant pas à 100% que cela ait toujours été systématique. Les analyses internes(1) menées sur une centaine de condensateurs à enveloppe plastique de flux PAM et GEM F ont montré que tous étaient secs. Ceci n a pas été le cas pour le flux GEM HF pour lequel sur 7 condensateurs sur 54 à enveloppe plastique analysés (1), soit 13% en nombre, étaient imprégnés. Les natures de substances contenues dans le fluide d imprégnation n ont pas fait l objet d analyse (il est à noter, comme décrit dans les tableaux précédents, que ces substances peuvent être de caractère banal. Exemple : huiles végétales ou minérales). L éco-organisme espagnol Ecolec a réalisé en 2007 une étude sur les condensateurs, lors de laquelle condensateurs de GEM HF ont été percés en vue d observer si un fluide s écoulait ensuite pour chacun. Tous les condensateurs à enveloppe plastique ont été qualifiés comme secs (car absence d écoulement de fluide pour tous). Critère non retenu à ce stade dans l élaboration des scénarios de tri ci-après. (Serait potentiellement à approfondir sur de plus grandes quantités de condensateurs et selon une méthodologie fine d analyse). Critère 4 Densité (kg/l) des condensateurs Après mesures de densités sur un échantillon de 400 condensateurs, il n y a pas constat de différences significatives de densité entre technologies de condensateurs (électrolytiques, à film, à enveloppe plastique/métallique). Toutes les densités mesurées sont de l ordre de 1,2 à 1,5 en moyenne. Un tri densimétrique par voie mécanisée ne parait donc pas envisageable. Critère non pertinent. (1) Les condensateurs ont été ouverts intégralement à l aide d une mini-fraiseuse pour permettre de constater visuellement l imprégnation interne au niveau du film diélectrique.

8 Résultats d investigations de filières alternatives de traitement Après investigations, des filières alternatives de traitement ont été identifiées pour les condensateurs électrolytiques Aluminium, au regard des natures de leurs substances internes et leurs quantités, et des capacités de ces filières à accepter et traiter de manière conforme ces composants. Outre l élimination des substances, certaines filières permettent également la valorisation des métaux constitutifs de ces condensateurs. Les filières alternatives identifiées pour les condensateurs électrolytiques Aluminium sont : 8 Possibilité 1 : Elimination de type incinération spécifique déchets dangereux (Elimination DDS), Possibilité 2 : Enfouissement en CET de classe 1, Possibilité 3 : Valorisation matières avec élimination des substances internes dans un procédé spécifique combinant thermolyse et séparation des métaux (cf. détails ci-après). Ce procédé a fait l objet d un test de traitement d un lot de 10T de condensateurs électrolytiques. Remarque Sur le cas de condensateurs montés sur cartes électroniques (ex : flux PAM) : si ces cartes sont prises en charge directement par des affineurs (1) sans broyage préalable, il ressort d une enquête auprès de ces acteurs que leurs procédés haute température (2) sont en capacité d éliminer les condensateurs (et leurs substances internes) de manière conforme si ceux-ci n étaient pas retirés des cartes. Ceci concernerait donc uniquement certaines cartes de PAM, les cartes d écrans TRC nécessitant elles, dans la pratique, un broyage préalable avant envoi des résidus chez les affineurs. (1) Dotés en procédés pyrolytiques ou pyrométallurgiques. (2) Les affineurs de cartes par pyrométallurgie ou pyrolyse déclarent accepter les cartes encore pourvues en condensateurs et être en capacité de par leur procédé de fusion à haute température (~1200 C) d éliminer toutes les substances organiques internes (y compris PCB le cas échéant, les condensateurs des cartes en étant de toute façon dépourvues). Certains affineurs sont par ailleurs autorisés à recevoir des déchets contaminés au PCB d une manière générale. Détails complémentaires sur le procédé identifié de valorisation des condensateurs électrolytiques par thermolyse (possibilité 3 ci-dessus). Broyage fin confiné Unité de traitement Traitement par thermolyse (*) Séparation par criblage et overband Chambre de décompression Filtres à manches Ferraille Produits carbonés Aluminium Poussières Filières de valorisation en aval Enfouissement CET (*) Les molécules des substances de l électrolyte sont détruites par la thermolyse à 400 c et par le passage des gaz pendant 1 à 2 secondes à 600 c. Taux de valorisation matières atteint par le procédé : > 40%.

9 Scénarios de tri et mises en filières par flux Sur la base des résultats d investigations de filières alternatives ci-avant, les scénarios suivants de tri et mises en filières des condensateurs par flux sont envisageables : Cas du GEM HF GEM HF 9 (non marqué +/-, soit PCB suspect) (marquage +/-, soit sans PCB) 99,9 % 0,1 % Pas de tri Incinération stricte PCB (filière actuelle) Cas du GEM F GEM F (non marqué +/-, soit PCB suspect) 100 % Pas de tri Cas du PAM Incinération stricte PCB (filière actuelle) PAM (non marqué +/-, soit PCB suspect) (marquage +/-, soit sans PCB) 55,2 % 44,8 % Tri Pas de tri Scénario 1 : Elimination DDS (1). Condensateurs électrolytiques Scénario 2 : Enfouis. CSDU1 (2). Condensateurs à film (PCB) Scénario 3 : Valorisation par thermolyse (3). Incinération stricte PCB (filière actuelle)

10 Cas des écrans ECRANS (non marqué +/-, soit PCB suspect) (marquage +/-, soit sans PCB) 10 0,8 % 99,2 % Tri Pas de tri Condensateurs électrolytiques Condensateurs à film (PCB) Incinération stricte PCB (filière actuelle) Scénario 1 : Elimination DDS (1). Scénario 2 : Enfouis. CSDU1 (2). Scénario 3 : Valorisation par thermolyse (3). (1) Gain à attendre par rapport au schéma actuel de l ordre de 600 /T. (2) Gain à attendre par rapport au schéma actuel de l ordre de 1000 /T. (3) Gain à attendre par rapport au schéma actuel de l ordre de 1150 /T. Cas des ECRANS et du PAM : tri des électrolytiques pour envoi en filière alternative de traitement. NB : comme précisé dans le paragraphe précédent, une économie supplémentaire pourrait être réalisée en ne retirant pas sur CDT les condensateurs présents sur les cartes électroniques de PAM destinées à être dirigées directement vers des procédés d affinage (pyrométallurgie ou pyrolyse).

11 Méthodologie 11 L étude s est déroulée en plusieurs phases : Sur la base de recherches documentaires et d entretiens auprès d un panel représentatif de fabricants de condensateurs et d équipements électriques et électroniques (E.E.E.), un état général des différentes technologies de condensateurs incorporés dans les E.E.E. a tout d abord été dressé. Cet état classe les condensateurs présents dans chaque flux selon leurs technologies, caractéristiques externes et substances internes. Il précise également quels condensateurs sont et ne sont pas dans le champ d application de l annexe II de la directive 2002/96/CE. Afin de quantifier en poids et en nombre la répartition réelle des condensateurs dans chaque flux selon la classification précédente, des prélèvements de condensateurs extraits de DEEE ont ensuite été réalisés sur plusieurs centres de démantèlement et recyclage en France. Au total condensateurs (155 kg) ont été prélevés pour l ensemble des flux avec relevé pour chacun : du poids (g), du flux et nature de l appareil de provenance, de la présence du marquage externe «+ / -» (repérage des électrolytiques), de la présence du marquage externe «no PCB», de la marque fabricant, de la nature de l enveloppe externe (plastique ou métallique), de la hauteur et diamètre. Des analyses de présence en PCB sur un échantillon restreint de ces prélèvements (130 condensateurs) ont également été réalisées en laboratoire. Sur la base des enseignements des phases précédentes, des critères pertinents de tri par reconnaissance visuelle de chaque technologie ont été établis et testés. En parallèle, sur la base des natures de substances internes identifiées, des investigations auprès de centres spécialisés de traitement de déchets dangereux et usines d affinage ont été menées, afin d étudier pour chaque technologie de condensateur, la possibilité technique et environnementale de traiter de manière alternative ces composants, dans le strict respect des normes réglementaires en vigueur. Des tests ont été également réalisés sur un lot de 10 tonnes de condensateurs de type électrolytiques Aluminium, dans un procédé de traitement alternatif par thermolyse, évalué comme étant en capacité de valoriser ces composants.

12 Synthèse réalisée par Eco-systèmes et Terra SA. Etude financée par les éco-organismes au prorata des tonnages d équipements électriques et électroniques ménagers mis sur le marché par leurs producteurs adhérents. Avec la participation financière de l Ademe. François Daburon