Technology Review Grand nettoyage! Transformateurs PCB menace pour l environnement et opportunité économique Dirk Neupert L utilisation dans les transformateurs d huiles à base de polychlorobiphényles (PCB) fut très répandue jusqu à la fin des années 70, où l on s aperçut que les PCB qui s accumulaient dans l environnement pouvaient être nocifs. Ils furent d ailleurs interdits par la suite et de nombreux propriétaires d appareils électriques doivent les remplacer avant les échéances fixées par la réglementation pour l élimination de ces produits toxiques. Avec ses programmes clé en main de remplacement des anciens transformateurs et condensateurs au PCB, ABB aide ses clients à investir dans un équipement moderne et performant, source d économies sur le long terme. L es polychlorobiphényles (PCB) constituent une classe d hydrocarbures chlorés très largement utilisés dans l industrie depuis les années 30. Ils sont composés de deux anneaux benzéniques reliés par une liaison carbone-carbone et ont des atomes de chlore substitués à un ou plusieurs des 10 atomes d hydrogène restants. Selon le degré de substitution, les PCB comprennent des huiles très fluides et des résines transparentes dures. L intérêt des PCB pour les applications industrielles réside dans leur inertie chimique, leur résistance à la chaleur, leur ininflammabilité, leur faible pression de vapeur et leur constante diélectrique élevée. Le matériel électrique ayant investi tous les secteurs industriels dans la première moitié du XX e siècle, ses fabricants sont devenus de gros utilisateurs de PCB. Ces derniers servaient essentiellement de fluides de refroidissement dans les transformateurs (en remplacement du refroidissement par air qui est difficile, cher et peu fiable) et de diélectrique dans les condensateurs. Mais les PCB étaient également présents dans de nombreux autres produits comme les lubrifiants, les huiles de coupe et les enduits d étanchéité (pour le BTP), ainsi que dans les peintures, vernis et autres revêtements de surface, y compris les papiers autocopiants sans carbone. Où sont les dangers des PCB? De nombreuses caractéristiques des PCB qui en font une solution idéale pour les applications industrielles sont sources de problèmes lorsqu ils sont rejetés dans l environnement (ex., suite à un accident ou lors de la mise au rebut de transformateurs endommagés ou défectueux). Les 52 Revue ABB 2/2002
1 Remplacer l huile suffit souvent pour ramener la teneur en PCB des transformateurs peu contaminés à des taux inférieurs aux seuils admissibles. effets sur l homme et la nature résultent essentiellement d une exposition chronique. Comme de nombreux autres hydrocarbures chlorés, les PCB se combinent aux composants organiques des sols, aux sédiments et tissus biologiques, ainsi qu au carbone organique dissous dans les écosystèmes aquatiques. Les PCB rejetés dans l environnement ne se décomposent pas facilement et y restent donc très longtemps. Ils passent aisément de l air à l eau, et dans le sol. Dans l air, ils peuvent être transportés sur de longues distances; des PCB ont ainsi été détectés dans l air, dans l eau et dans des organismes, très loin de leur point d origine, notamment dans l Arctique [1]. Des solutions novatrices au problème des PCB Premier constructeur mondial de transformateurs, ABB reconnaît sa responsabilité vis-à-vis des clients et de l environnement. Ainsi, le groupe s est attaqué très tôt au problème des PCB dans les transformateurs et a décidé d aider les utilisateurs à se conformer aux réglementations applicables. Pour les transformateurs à faible teneur en PCB, il suffit généralement de remplacer l huile polluée pour ramener le taux de PCB sous 50 ppm (parties par million), seuil légal dans de nombreux pays. Nous Des dénominations bien huilées... procédons ainsi lorsque nous avons la garantie que la concentration de PCB restant dans les matériaux organiques des transformateurs (ex., papier isolant ou supports en bois) est si infime que la contamination de l huile neuve ne pourra pas dépasser le seuil légal sur la durée de vie restante du transformateur. Le rempla- Il convient de faire la distinction entre les «transformateurs à askarels» et les «transformateurs à huile polluée». Les liquides contenant des PCB sont généralement désignés sous le nom d «askarels», mais les PCB utilisés dans les transformateurs sont également désignés par leurs noms de marque, comme Pyralène, Clophen, Inerteen, Apirolio ou Kaneclor. Les transformateurs contenant un de ces liquides sont désignés «transformateurs à askarels» (ils contiennent en général 40% à 60% de PCB). Toutefois, une contamination importante par les PCB est possible dans des transformateurs apparemment remplis d huile minérale pure: les PCB peuvent en effet avoir été introduits au cours du processus de fabrication (si l on utilise le même site de production pour les transformateurs à askarels que pour ceux à huile minérale) ou, par la suite, lors d une opération de maintenance. Ces transformateurs sont appelés «transformateurs à huile polluée» (<1% de PCB dans la plupart des cas). Revue ABB 2/2002 53
Technology Review 2 ABB a développé une technologie de recyclage des transformateurs PCB parmi les plus innovantes et les plus écologiques. Technologie ABB <100 C PCB PCB PCB Vidange Rinçage Nettoyage des tôles Granulation des enroulements Enveloppe Tôles Cuivre PCB 95% Incinération Matériaux récupérés cement de l huile polluée par des PCB peut s effectuer in situ par un personnel qualifié, muni des outils et des équipements de sécurité requis 1. Les procédures de manipulation des PCB sur les sites d un client sont très strictes, évitant tout risque pour le personnel et pour l environnement. Pour les transformateurs qui ont été remplis, dès l origine, d huiles contenant des taux élevés de PCB appelés transformateurs à «askarels» (cf. encadré page précédente) il ne suffit pas de changer l huile. L élimination sans danger des PCB et le recyclage des transformateurs contaminés sont des tâches complexes. La séparation complète des PCB dangereux et des parties métalliques réutilisables de l appareil, ainsi que la destruction finale de tous les matériaux organiques imbibés de PCB nécessitent des compétences particulières. C est ce qui a incité ABB à développer, en étroite collaboration avec le ministère allemand de l environnement, une technologie de recyclage des transformateurs PCB qui est parmi les plus innovantes et les plus écologiques. Elle s affranchit des hautes températures requises par les technologies concurrentes, le traitement thermique des composants solides des transformateurs comportant un risque intrinsèque de production et de rejet de dioxines. Cette nouvelle technologie de recyclage associée à l expérience d ABB comme premier producteur mondial de transformateurs constitue un solide atout et explique que de nombreux clients nous confient le recyclage de leurs déchets contenant des PCB. Des solutions clé en main de remplacement bâties sur trois compétences exclusives d ABB Lorsqu un client fait appel à ABB pour remplacer des transformateurs PCB, c est l ensemble des ressources du groupe qui est mis à sa disposition pour offrir une solution de remplacement clé en main, intelligente et adaptée à ses besoins. Ainsi, 54 Revue ABB 2/2002
3 Après démontage, les tôles du noyau du transformateur sont nettoyées avec un solvant chaud dans une machine spéciale. les projets de remplacement des PCB, perçus au départ d un mauvais œil par certains exploitants de transformateurs jugeant ces dépenses «superflues», peuvent se transformer en véritables projets de modernisation, sources d une meilleure efficacité et d économies avec un retour sur investissement de quelques années seulement. Les solutions de remplacement des PCB s appuient sur trois domaines d expertise d ABB: Le recyclage des transformateurs et des condensateurs pollués par les PCB, La fabrication de transformateurs de qualité pour une large gamme d applications, Des activités de conseil par ABB Electric Systems Consulting. Une technique de recyclage pour obtenir des matières premières valorisables à partir des transformateurs PCB La technologie employée par le site de recyclage d ABB à Dortmund (Allemagne) est la plus efficace et la plus écologique à ce jour. Outre la destruction totale des PCB, 95% de la masse solide du transformateur devient matière première de récupération de la plus haute qualité 2. Dans la première phase du processus de décontamination du transformateur, on vidange le liquide souillé au PCB pour le détruire à haute température dans des installations spéciales de l industrie chimique. (Contrairement aux composants solides, les liquides contenant des PCB sont détruits plus efficacement et économiquement par des méthodes thermiques. Les fumées des incinérateurs de déchets dangereux sont soumises à divers procédés physiques et chimiques garantissant une quasi-absence d émissions dangereuses, notamment de dioxines et de furanes.) Les transformateurs sont ensuite rincés avec un solvant, dans des cabines hermétiques, pour détacher le PCB des parois intérieures du transformateur. (Ce solvant peut être réutilisé après distillation.) Après rinçage, des quantités résiduelles de PCB restent présentes dans les supports en bois, dans le papier isolant des enroulements et entre les tôles métalliques du noyau du transformateur. Le noyau est ensuite démonté et les tôles sont nettoyées avec un solvant chaud dans une machine spéciale 3. Le cuivre des enroulements doit alors être séparé efficacement du papier d enrubannage. Pour ce faire, les enroulements sont coupés en granules; les lambeaux de papier obtenus sont compactés et détruits avec l huile et le bois souillés de PCB, les débris de cuivre récupérés en sont exempts 4. Revue ABB 2/2002 55
Technology Review 4 Les enroulements du transformateur sont coupés en granules pour séparer le cuivre du papier d enrubannage. Les lambeaux de papier (à gauche) sont compactés et détruits; les débris de cuivre obtenus (à droite) ne contiennent pas de PCB et sont recyclables. Rappelons que l on récupère ainsi jusqu à 95% des matériaux solides d un transformateur contaminé; la contamination moyenne des matériaux récupérés est La réglementation PCB d environ 2 ppm, ce qui est bien inférieur aux limites autorisées [2] (cf. également www.abb.com/pcb). La directive européenne fixe à fin 2010 la destruction des produits, notamment les transformateurs, dont la teneur en PCB est supérieure à 50 mg/kg. Quelques pays européens ont anticipé cette échéance (par exemple 1999, pour les pays bordant la mer du Nord). Des réglementations strictes s appliquent aussi à l utilisation, à la manipulation et au transport des liquides et déchets pollués par les PCB. Des législations semblables existent dans d autres pays industrialisés comme les USA, le Canada et le Japon, alors que de nombreux autres travaillent à leur mise en place. Cependant, certains pays n ont pas encore lancé de plan d élimination des PCB. Le processus d éradication des PCB s est accéléré en 2001 avec l adoption du traité de la Convention de Stockholm sur les polluants organiques persistants (POP), qui réclame l élimination de tous les PCB d ici 2025. Sa ratification par 50 pays, qui prendrait environ cinq ans, est obligatoire pour que le traité s impose en droit international. Les POP sont des substances chimiques extrêmement stables qui s accumulent dans les tissus biologiques et qui présentent donc un risque pour l environnement et la santé des populations. Le PCB est un des 12 POP visés par la Convention de Stockholm. Des transformateurs de qualité pour une large gamme d applications Les solutions de remplacement clé en main d ABB capitalisent également sur le savoir-faire unique acquis par l entreprise dans le développement et la fabrication des transformateurs depuis près d un siècle. A l image de la place cruciale qu ils occupent dans les processus de production, les transformateurs ABB satisfont les normes les plus exigeantes et garantissent des niveaux de performance et de sécurité qui contribuent à la réussite de nos clients. Une gamme complète de transformateurs immergés (jusqu à 25 MVA et 72 kv), de transformateurs de type sec et en résine moulée (jusqu à 30 MVA et 41,5 kv), et de transformateurs spéciaux couvre un large éventail d applications industrielles. Elle nous permet de proposer des projets de modernisation personnalisés avec la solution technique la mieux adaptée à chaque problème (cf. www.abb.com/transformers). Avec ABB Electric Systems Consulting, des réseaux au maximum de leurs performances dans un marché concurrentiel Les industriels, les exploitants de réseaux et les producteurs d électricité indépendants évoluent dans des marchés de plus en plus concurrentiels. Dans ce contexte, il devient impératif de maximiser la fiabilité, les performances et le rendement des réseaux électriques. L analyse d un réseau est le premier pas vers une solution qui confère un avantage concurrentiel sur le marché énergétique; il s agit donc d une composante essentielle du programme clé en main de remplacement d ABB. ABB Electric Sys- 56 Revue ABB 2/2002
Ici, là, partout... Entre 1929 et 1989, la production mondiale cumulée de PCB s élevait à quelque 1,5 million de tonnes (excluant l Union Soviétique pour laquelle aucune donnée n est disponible), soit une moyenne de 26 000 tonnes par an. Même après interdiction par les USA, en 1976, de toute production, vente et distribution de PCB excepté dans des systèmes «totalement étanches», la production mondiale atteignait encore 16 000 tonnes par an entre 1980 et 1984, et 10 000 tonnes entre 1984 et 1989. Alors que de nombreux pays ont arrêté d en produire depuis le milieu des années 70, les PCB restent un important sujet de préoccupation. A cela deux raisons: d une part, une quantité importante de PCB est encore en usage, notamment du fait de la longue durée de vie des transformateurs, d autre part, de nombreux pays dispensent les utilisateurs de respecter les interdictions, du moins pour un certain temps encore, à condition que les PCB soient en «enceinte fermée». Autres problèmes: les grandes quantités de PCB stockées dans l attente d être détruites et les concentrations relativement élevées dans le sol. De plus, il semblerait que certains pays continuent de produire des PCB. Conclusion: une partie de la production globale a été détruite sans conséquence; une autre reste en usage ou en attente de destruction et, enfin une proportion non négligeable a été rejetée dans la nature où elle est à l origine de problèmes beaucoup plus difficiles et coûteux à résoudre que l élimination contrôlée des PCB. tems Consulting (cf. www.abb.com/esc) a une grande expérience dans ce domaine, ayant analysé et préconisé des solutions pour des réseaux électriques dans le monde entier. En s appuyant sur cette expérience, les clients peuvent maximiser les performances de leur parc existant, de même qu envisager des équipements modernisés ou neufs, voire des solutions clé en main, des contrats de maintenance à long terme et des stratégies financières inédites. Une gamme complète de services pour l environnement En plus des solutions clé en main de recyclage du matériel contenant des PCB, ABB propose de nombreux autres services dans le domaine de la protection de l environnement. Citons notamment la décontamination et la rénovation de bâtiments ou d installations industrielles, l élimination d autres types de déchets industriels et la dépollution de sites, les activités de conseil et la reconversion d équipements industriels. Nos références incluent le démantèlement d une installation de traitement des transformateurs PCB et le retrait de systèmes hydrauliques remplis de PCB installés dans un théâtre public allemand. Les solutions clé en main de remplacement des PCB proposées par ABB sont totalement personnalisées; ainsi, les clients pour qui un tel investissement était «superflu» comprennent tout l intérêt de la démarche: efficacité accrue et économies, avec un retour sur investissement de quelques années seulement. Ainsi, ce qui était considéré jusqu à présent comme une menace pour l environnement peut dorénavant constituer à juste titre une opportunité économique. Auteur Dr Dirk Neupert ABB Transformatoren GmbH Environmental Services DE-44147 Dortmund Allemagne dirk.neupert@de.abb.com Bibliographie [1] United Nations Environment Program (UNEP): Inventory of worldwide PCB destruction capacity, Genève, 1998. [2] D. Neupert: The ABB technology safe and eco-friendly recycling of electrical equipment contaminated with PCBs. First Continental Conference for Africa on Environmentally Sound Management of Unwanted Stockpiles of Hazardous Waste and their Prevention. Rabat, Maroc, 2001. Revue ABB 2/2002 57