LE STOCKAGE EN CLASSE II

Les CET de classe II sont basées sur le principe de confinement. Il consiste à isoler les déchets du milieu naturel afin de mieux gérer les polluants qui en résultent. Le confinement est basé sur la sécurité passive, la sécurité active et la couverture qui dépend du type de déchet stocké.

Le confinement est prévu dans la législation française (voir arrêté du 9 septembre 1997 modifié) et il a été décidé en réponse à plusieurs préoccupations :

- assurer la réduction des entrées et sorties d’eau du site ;

- assurer un drainage efficace des lixiviats afin d’éviter toute percolation à travers le sol ;

- assurer la pérennité du système de confinement pendant plusieurs dizaines d’années correspondant à la lente évolution des déchets.

Afin d’atteindre ces objectifs il est nécessaire de mettre en place deux niveaux de sécurité :

- la sécurité active qui regroupe l’ensemble des moyens mis en place par l’exploitant lors des différentes phases de l’exploitation pour prévenir et éviter les risques de pollution ou les nuisances ;

- la sécurité passive, qui regroupe l’ensemble des moyens, qui en cas de défaillance de la sécurité active, minimise les effets d’une pollution potentielle.

Coupe d’un CET de classe II.

A. La sécurité passive

Les chiffres de l’arrêté ministériel imposent pour la sécurité passive, un substratum présentant de haut en bas:

- un mètre avec une perméabilité K = 1.10^-9 m/s, pour éviter tout écoulement des lixiviats vers les eaux souterraines en cas de défaillance de la sécurité active ;

- cinq mètres avec une perméabilité K = 1.10^-6m/s, vise la protection des eaux souterraines.

Ces deux conditions peuvent, dans le meilleur des cas, être réunies dans le milieu naturel (cas des sols argileux) mais dans la majorité des situations ces seuils ne sont pas atteints. Il faut donc mettre en place de mesures compensatoires permettant d’atteindre des niveaux équivalents. Techniquement plusieurs solutions sont possibles en fonction des différents paramètres du site.

B. La sécurité active

Elle a pour objectif d’assurer l’indépendance hydraulique du casier et le drainage des lixiviats. Cette barrière est normalement constituée, du bas vers le haut, par une géomembrane ou tout dispositif équivalent, surmontée d’une couche de drainage.

La géomembrane ou le dispositif équivalent doit être étanche, compatible avec les déchets stockés et mécaniquement acceptable au regard de la géotechnique du projet. Sa mise en place doit en particulier conduire à limiter autant que possible toute sollicitation mécanique en traction et en compression.

Aujourd’hui il existe essentiellement deux types de géomembrane :

- à base de géocomposites bentonitiques ;

- à base de polymères synthétiques (PeHD).

L’ensemble drainant mis en place sur la géomenbrane est d’une épaisseur minimum de 50 cm et d’une perméabilité de 1.10^-4 m/s, il est constitué d’éléments siliceux à l’intérieur desquels est disposé un réseau de drains. Le diamètre de ces derniers doit être suffisant pour éviter le colmatage, faciliter l’écoulement des lixiviats, permettre le passage de systèmes d’entretien et le contrôle du réseau.

C. La couverture, le comblement des casiers

La couverture d’un site de stockage de déchets en surface est sans doute la structure qui a le plus de conséquences sur le devenir du site à moyen et à long terme, et sur son impact sur l’environnement. Pour être efficace, une couverture devra être conçue et dimensionnée en prenant en compte un nombre important de facteurs, ainsi que le caractère évolutif du stockage dans son ensemble.

Les fonctions principales de cette couverture sont :

- le drainage du biogaz pour une collecte maximale en vue d’une valorisation ;

- l’étanchéité/perméabilité pour contrôler les fluides entrant dans les déchets : aucune entrée dans le cas des CET de classe I et de la recirculation des lixiviats de CET de classe II et entrée limitée dans le cas des CET de classe II sans recirculation ;

- le drainage des eaux météoritiques pour limiter les quantités d’eau qui entrent dans les déchets et éviter de devoir traiter des quantités importantes de lixiviats. Ce drainage est aussi favorisé par la pente de la couverture et la présence de fossés ;

- le support du couvert végétal qui permet de faire des réserves en éléments minéraux et en eau, de limiter l’infiltration de l’eau vers les couches inférieures, de réduire l’érosion de la couverture et d’atténuer les conséquences des variations climatiques. Le support végétal permet aussi une intégration paysagère du site réaménagé.

Les flux d’eau dans le massif de déchets sont donc à limiter au maximum pendant et au terme de l’exploitation du casier. Pour cela il faut mettre en place une étanchéité de surface, soit provisoire, soit finale. La couverture finale est fonction du type de déchets stockés.

Pour les déchets peu évolutifs (cas des CET de classe I pour limiter la pénétration d’eau) la couverture imperméable se compose :

- d’un écran imperméable d’un mètre d’épaisseur de perméabilité K<1.10^-9 m/s, recouvert d’une géomembrane ou tout dispositif équivalent ;

- d’une couche drainante de perméabilité K>1.10^-4 m/s permettant de limiter les infiltrations d’eau, complétée si nécessaire de drains ;

- d’une couche de terre végétale favorisant la revégétalisation et l’évapotranspiration.

Pour les déchets fermentescibles et évolutifs la couverture sera semi-perméable (cas des CET de classe II) , afin de laisser pénétrer une quantité d’eau suffisante à la biodégradation.

Elle se compose de bas en haut :

- d’une couche drainante dans laquelle se situe le réseau de drainage et de captage du biogaz ;

- d’un écran semi-perméable constitué de matériaux naturels argileux remaniés et compactés sur une épaisseur d’au moins un mètre ou tout dispositif équivalent ;

- d’une couche drainante limitant les infiltrations des eaux de pluies dans le stockage ;

- d’une couche de terre végétale favorisant la revégétalisation et l’évapotranspiration.

Schéma de principe d’un casier en fin d’exploitation

II. Le site de stockage est un système évolutif

A. Evolution de la composition du déchet.

La matière organique contenue dans les déchets se dégrade au cours du temps. Cette dégradation anaérobie (en absence d’oxygène) qui est à l’origine de la production de biogaz, est souhaitable car elle transfert de la charge polluante organique depuis les phases solide (le déchet) et liquide (le lixiviat) vers la phase gazeuse (le biogaz). Or le biogaz est plus facile à gérer et à traiter que le lixiviat : il peut être valorisé. La dégradation contribue à minéraliser le déchet et constitue en quelque sorte un « inertage » naturel du déchet (la charge polluante du déchet est réduite)

B. Evolution de la géométrie du stockage.

Le déchet subit des tassements sous l’effet de son propre poids, mais aussi de la décomposition de sa fraction organique évoquée précédemment. Ces tassements, qui peuvent atteindre une fraction importante de l’épaisseur totale de la colonne de déchets, entraînent des modifications du modelé de la couverture du stockage. Ces modifications induisent des contraintes mécaniques au niveau des matériaux qui constituent la couverture et qui peuvent subir des détériorations.

C. Evolution des structures d’étanchéité/drainage.

Les matériaux mis en oeuvre pour limiter les entrées d’eau dans le massif de déchets ou les sorties d’eau depuis les déchets vers le milieu naturel, ne sont pas éternels. Les structures d’étanchéité peuvent se détériorer sous l’effet de contraintes mécaniques différentielles (cas notamment des matériaux synthétiques). Les matériaux drainant peuvent se colmater sous l’effet de l’entraînement de particules fines ou de précipitations minérales. Ces phénomènes ont des conséquences importantes sur la manière de concevoir les sites de stockage ou tout particulièrement les couvertures.

D. Evolution du couvert végétal.

La population végétale sur une couverture évolue et peut inclure à terme des espèces qui ne vont pas dans le sens d’un maintien des fonctions de la couverture dans le temps. En effet, le développement racinaire peut créer des cheminements préférentiels pour l’infiltration d’eau à travers la couverture.

Face à cette dynamique complexe, qui relève de nombreux mécanismes agissant de manière conjointe, la couverture d’un site de stockage a la redoutable tâche de garantir une certaine pérennité des performances du site, et notamment celles relatives à la protection de l’environnement. La difficulté de cette tâche explique pourquoi, en matière de couverture, il n’existe pas de solution unique. Aussi, au niveau de la réglementation, le législateur a-t-il préféré laisser la porte suffisamment ouverte en ne précisant qu’un objectif général de réduction des infiltrations d’eau dans les déchets.

III. L’exploitation des CET de classe II

A. La préparation du casier

Pour préparer le casier, une phase de terrassement à lieu, le but est de préparer le terrain à recevoir les systèmes de protection du sol (étanchéification par de l’argile et par une géomembrane) et de drainage des effluents (systèmes de drain dans des matériaux fortement perméable comme le sable ou les graviers). Le système de drainage est constitué de drains, collecteurs et puits de relevage des lixiviats. Les déchets peuvent alors être stockés dans le casier divisé en alvéoles. Une alvéole en exploitation a une superficie de 5000 m² maximum pour limiter les envols, les odeurs et la pénétration de la pluie dans les déchets. Les alvéoles sont exploitées les unes après les autres.

B. L’exploitation de l’alvéole

Les déchets, après pesée et contrôles sont dirigés vers l’alvéole en exploitation. Ils sont ensuite déchargés, au sol ou directement dans l’alvéole. De plus en plus souvent, les déchets sont vidés à partir d’un quai de déchargement rigide qui peut surplomber le casier. Certains sites importants possèdent des quais de rupture, destinés à limiter le temps de déchargement, les risques d’accidents et surtout le trafic dans l’alvéole en exploitation. Cette méthode limite la manutention des déchets et évite le contact entre les bennes et les déchets, leur évitant par la même occasion de transporter des déchets en dehors du site. Pour éviter les envols, des filets anti-envols mobiles sont positionnés autour du casier.

Les déchets sont ensuite positionnés à l’endroit voulu (en général, il s’agit de la zone la plus basse) avec un chargeur ou un pousseur-compacteur. Les déchets entrant ont une densité de 400 kg/m³ pour les déchets industriels banals et de 700 à 800 kg/m³ pour les déchets ménagers et assimilés. Un compacteur (entre 40 et 80 tonnes) est alors chargé de les broyer et de les compacter. Un bon compactage permettra d’éviter des tassements post-exploitation. Ce compacteur peut-être équipé de pieds de moutons ou de couteaux pour effectuer sa tâche.

Dès le début de l’exploitation du CET, les lixiviats sont collectés par le fond du casier, via le système de drainage présenté précédemment, puis traités.

Par ailleurs, la collecte du biogaz ne commence qu’après le réaménagement de l’alvéole. En effet, la fermentation des déchets ne commence pas dès que les déchets sont enfouis mais près de six mois après. Des puits verticaux sont percés dans la couverture (avec plus ou moins des drains horizontaux positionnés sous la couverture) et un extracteur (sorte d’aspirateur qui maintient le système en dépression) permet de tirer le biogaz du casier. Ce biogaz est soit valorisé, soit brûlé en torchères sur le site.

C. Le contrôle des déchets entrants

Le contrôle des déchets, le plus souvent enfermés dans les bennes ou camions, se fait au déchargement. La radioactivité est mesurée à l’entrée des sites par des portiques de détection de radioactivité. Mais les valeurs mesurées dépendent largement des caractéristiques du matériel et du bruit de fond.

D. La gestion de la pollution olfactive

Les moyens qui peuvent limiter notablement cette gêne sont les suivants :

- réduction de la surface exploitée ;

- couverture suffisamment efficace et suffisamment fréquente ;

- bon fonctionnement du réseau d’élimination des lixiviats ;

- bonne adaptation de la capacité des torchères au débit de biogaz à traiter notamment en période de démarrage du CET, car la composition du gaz évolue dans le temps ;

- refus de déchets dont l’état de maturation peut susciter des problèmes olfactifs dès l’ouverture des bennes (boues stockés depuis longtemps…).

Mais d’autres moyens de protection comme la brumisation d’agents dispersant ou masquant peuvent aussi être utilisés.

E. Le suivi des effluents liquides, du biogaz et des tassements de la couverture

Le bilan hydrique constitue le principal outil de suivi du fonctionnement hydrique d’un site de stockage. Il permet de distinguer des sites qui ont un fonctionnement hydrique normal, de sites qui présentent les anomalies de fonctionnement :

- des volumes de lixiviats collectés très faibles en raison de pertes de lixiviats à travers le fond des casiers de stockage ;

- des volumes de lixiviats très importants, en raison d’entrée d’eau souterraine ou de ruissellement à l’intérieur des casiers de stockage.

Le suivi de ce bilan hydrique est réalisé en étudiant les entrants et les sortants du système.

De plus, la réglementation impose un suivi de la qualité des lixiviats, notamment pour ce qui concerne les rejets vers le milieu naturel ou encore l’envoi vers des stations de traitement. L’évolution de la qualité des lixiviats (rapport DBO5/DCO) est également un indicateur du fonctionnement du système de stockage en général et de la couverture en particulier.

Les mesures sur le gaz collecté par le système d’extraction (le biogaz est extrait par un système en dépression), donnent des indications sur l’état de la fermentation, ainsi que sur l’étanchéité des parois. Les données à mesurer sont les suivantes : débits, pressions, température et concentration en méthane, dioxyde de carbone et dioxygène (la concentration est obtenue par l’intermédiaire de la vitesse du gaz dans un collecteur de diamètre connu).

L’évolution du débit de méthane fournit des informations sur la cinétique de dégradation, le rapport méthane/dioxyde de carbone est représentatif du stade de fermentation, la teneur en oxygène fournit des informations sur l’étanchéité du casier.

Les exploitants de centre de stockage sont dans l’obligation de fournir un relevé topographique du site au moins une fois par an. Ces relevés contribuent au contrôle de nombreux paramètres : volume de déchets stocké, stabilité des aménagements (digues…), tassements différentiels, pentes... Après la fermeture des CET, les exploitants réalisent aussi des relevés topographiques pour suivre les évolutions de la couverture.

F. Le réaménagement de l’alvéole

Lorsque l’alvéole est en fin d’exploitation, une nouvelle est en cours de préparation pour ne pas perturber le flux des déchets entrants.

L’alvéole est réaménagée : système de drainage des gaz, argile et terre végétale. Il est ensuite planté des arbustes ou des plantes persistantes, afin d’intégrer le site dans son environnement local. Pour des soucis de pénétration des racines dans la couverture, des arbres ne seront pas plantés sur celle-ci.

Il est possible de mettre en place un système de recirculation des lixiviats pour accélérer la fermentation, augmenter la production de biogaz, mais la couverture sera légèrement différente.

IV. Le traitement des lixiviats

Les lixiviats, chargés des polluants doivent donc être traités avant d’être rejetés dans le milieu naturel. Plusieurs types de traitement sont actuellement employés. Ce paragraphe les présente. Mais il est important de noter que les lixiviats évoluent au cours du temps (la charge polluante diminue avec le temps), et qu’une technique qui peut être efficace au début du traitement, risque vite d’être disproportionnée après quelques années.

- traitements biologiques : lagunage (lagunes aérées et de décantation), station par boue activée, biofiltre ;

- traitements chimiques : ozonation, ozonation + UV, ozonation H₂O_2,ozonation H₂O₂
+ UV ;

- traitements physico-chimiques : coagulation-floculation puis décantation ou flottation, filtration sur sable et/ou charbon actif, précipitation ;

- traitements membranaires : ultrafiltration, osmose inverse, nanofiltration ;

- traitements par concentration : évaporation, évaporation forcée, évapo-incinération ;

- traitements combinés (exemples) : station biologique + ultrafiltration, station biologique + ozonation / oxydation H₂O₂ + UV, décantation + filtration + osmose inverse, filtration à sable et à cartouche + osmose inverse, coagulation + floculation + décantation ou flottation et filtration sur charbon actif…

Les tableaux suivants présentent les différents rendements caractéristiques de ces traitements, ainsi que leurs avantages et inconvénients.

Rendements moyens de différents modes de traitement des lixiviats (en %)

	DCO	MES	NTK	Métaux	Sels
Lagunage aéré - lixiviats anciens	40 à 60		80 à 85
Lagunage aéré - lixiviats jeunes	95
Boues activées	70 à 75
Biofiltre	35	70	98
Ozonation	45
Ozonation O₃ + H₂O₂	93
Osmose inverse	95 à 99	100	94	99	97
Nanofiltration	80
Coagulation – floculation - flottation	40 à 45	80	5 à 10
Evaporation	90 à 95	100	94 à 99	99	97
BRM (lixiviats jeune)	90	99
BRM (lixiviats vieux)	60 à 75	99	98

Avantages et inconvénients des différents procédés de traitement

	Avantages	Inconvénients
Lagunage aéré	Simplicité de fonctionnement Coûts d’investissement et de fonctionnement faibles Bon abattement de la DBO₅	Performances moindres en hiver ; rendement sur la DCO plus faible, blocage de la nitrification Pas de traitement de la DCO dure : nécessité d’un traitement complémentaire Emprise au sol importante : temps de séjour de 60 à 90 jours
Boues activées	DBO₅, NTK	DCO, métaux lourds et sels
Ozonation (H₂O₂ et/ou UV)	DCO	Consommation énergétique, azote, métaux lourds, sels
Coagulation – floculation	Débit de traitement Encombrement réduit	Augmentation des sels et métaux lourds Production de boues Traitement partiel de la DCO (50 % maximum)
Filtration sur charbon actif	DCO	Régénération et élimination du charbon pollué, azote, métaux lourds, sels
Osmose inverse	Traitement peu sensible à la qualité de l’effluent Possibilité d’unité mobile (traitement de plusieurs sites) Performances du traitement Bon abattement sur : DCO, métaux lourds et sels	Préfiltration Coûts d’investissement Constructeurs limités Production de concentrats à réinjecter sur la décharge (peu de recul sur cette technique) ou à traiter en CET de classe I
Micro et ultrafiltration	MES, bactéries et virus	Azote, métaux lourds et sels
Evaporation à chaud	Utilisation du biogaz de décharge	Dissipation partielle à l’atmosphère Variabilité de la source de méthane
BRM	Faible emprise au sol Excellente qualité (DBO₅, azote, MES, DCO, bactéries, virus) Faible production de boues
Biologique + physico-chimique + charbon actif	Traitements classiques bien connus Nombreux constructeurs	Difficulté de réglage - Sensibilité à la qualité du lixiviats et donc à l’évolution de la décharge - Performances limitées - Surface importante (lagunage) - Coûts de fonctionnement important - Boues biologiques et charbon usagé à gérer

V. La valorisation du biogaz collecté

Généralement brûlé dans des torchères, le biogaz peut aussi servir à produire de l’électricité : un mètre cube de biogaz équivaut à un demi mètre cube de gaz naturel, soit 5 kWh. Jusqu’à présent, cette alternative était limitée par les composés corrosifs du biogaz et par sa composition fluctuante. Celle-ci varie en effet en fonction des conditions climatiques : selon l’humidité, la température et la pression atmosphérique. La pluie et la neige augmentent l'étanchéité et fait indirectement augmenter la production de biogaz : effet de Cocotte-Minute.

Le biogaz, lorsque l’exploitant veut le valoriser, sert le plus souvent de combustible dans des chaudières à vapeur. La combustion du biogaz est assurée par des brûleurs spécialement mis au point et intégrés à des chaudières dotées de foyers en acier inoxydable (à cause des impuretés du biogaz) qui produisent de la vapeur à haute pression et à haute température. La vapeur sèche créée par les chaudières est à des températures de l’ordre de 400°C sous une pression d’environ 40 bars. Elle est dirigée vers une turbine et un alternateur qui convertissent l’énergie mécanique en énergie électrique. La vapeur est souvent condensée (par un aérocondensateur) et revient à l’état liquide pour être réutilisée dans le même circuit. L'énergie créée passe par un transformateur et est revendue ou utilisée localement. Le surplus de biogaz est brûlé dans des torchères à environ 900°C (température réglementaire). Certaines unités de production électrique utilisent du biogaz en mélange avec du gaz naturel (Etats-Unis).

Cette technique de valorisation du biogaz est la plus courante mais il est possible d’utiliser la vapeur de différentes façons : Conserverie, Usine de déhydratation de luzerne... sont des cas réels en exploitation en France actuellement.

Voir aussi : Usine de valorisation du biogaz

VI. La méthanisation maîtrisée

La méthanisation est un procédé biologique de dégradation de la matière organique par des micro-organismes. Ce procédé s’inscrit comme une solution alternative au stockage définitif, en limitant les coûts de traitement et en respectant la réglementation. La méthanisation maîtrisée permet de transformer les CET de classe II en centre de méthanisation.

Le principe est basé sur la recirculation des lixiviats dans une alvéole fermée appelée alors bio-réacteur. La dégradation de la matière organique est accélérée et la quantité de biogaz produite est alors augmentée. Le biogaz est récupéré pour une valorisation énergétique (électricité ou chaleur). Une installation de 100 000 tonnes/an peut produire jusqu’à 10 GWh/an d’électricité.

Après quelques années de dégradation accélérée, les déchets ne produisent plus de biogaz ni de lixiviats. Ils peuvent donc être revalorisés : les déchets sont extraits de l’alvéole pour subir un déferraillage, un criblage afin de récupérer la fraction fine valorisable (matrice terreuse), alors que des déchets ultimes (essentiellement des plastiques) sont éliminés par incinération ou stockage définitif.

La matrice terreuse peut être valorisée en remblai pour travaux publics, en matériau de couverture de CET, en réaménagement de sites industriels. Si cette fraction fine n’est pas valorisée, elle pourra être stockée en CET de classe III.

La méthanisation maîtrisée est un procédé récent qui permet de gagner du temps (procédé accéléré), de l’espace (réutilisation d’alvéoles en cycles) et de l’argent.

La recirculation des lixiviats

La recirculation est la base de la transformation d’une alvéole en bio-réacteur. Elle vise à assurer une meilleure répartition des principaux facteurs qui conditionnent le déroulement normal des réactions biologiques :

- les populations microbiologiques, enzymes et nutriments (azote, phosphore, oligo-éléments...) ;

- les agents inhibiteurs (dilution) ;

- l’eau en tant qu’agent biologique (réactant de l’hydrolyse), agent chimique (dissout les métabolites, augmente la surface d’attaque bactérienne, améliore le pouvoir tampon) et fluide de transport des organismes microbiologiques et des nutriments.

La recirculation augmente donc les débits de gaz et par conséquent réduisent la période de temps durant laquelle le déchet est potentiellement polluant.

Elle diminue la DCO des lixiviats et pourrait constituer un mode de pré-traitement. L’azote est principalement présente dans les lixiviats sous forme réduite (ammonium) et certaines données suggèrent que la teneur en ammonium de lixiviats recirculés serait plus faible que celle des lixiviats bruts. La recirculation s’inscrirait donc comme un maillon dans la chaîne de nitrification-dénitrification. De plus, la recirculation favorise la mise en place de conditions réductices (donc la formation de sulfures insolubles) et peut ainsi contribuer à diminuer la teneur en métaux lourds des lixiviats.

Mais la recirculation des fluides, et la méthanisation maîtrisée en général, est encore au stade d’expérimentation. Les problèmes à résoudre sont encore nombreux : migration des fluides dans les déchets, démarrage de la recirculation...

Voir aussi : www.ikos.fr

VII. La taxe générale sur les activités polluantes (TGAP)

La circulaire Bachelot de juillet 2002 favorise les centres de stockage qui, non seulement respectent la réglementation, mais qui ont surtout engagé un démarche volontaire de certification de leur système de management environnemental (ISO 14001).

Ainsi, les CET certifiés ISO 14001 ont un tarif préférentiel pour la TGAP : 7,50 €/tonne de déchets stockés. Ceci est à comparer avec le tarif « normal » de 9,50 €/tonne qui reste en application pour les CET non certifiés, mais respectant la réglementation. Les sites non conformes à la réglementation doivent payer une TGAP de 18,30 €/tonne.