Essais à échelle industrielle

Les essais à échelle industrielle ont été réalisés avec une technologie de tri optique visant à extraire le plâtre d’un DCD « classique ». La technologie est développée par la société Pellenc Selective. La détection du matériau par sa couleur est réalisée par l’association de capteurs de proximité infra-rouge et de rayons X.

Concernant les résultats, le niveau d’efficacité, définit par le rapport entre les matériaux récupérés et les matériaux en entrée, est estimé à 82 %, avec une perte de granulats égale à 5 % et une récupération complète du bois et du gypse.

Les données obtenues par les essais à échelle industrielle démontrent donc la bonne efficacité du procédé de tri optique pour une application spécifique au tri des DCD, avec une grande capacité de valorisation.

2.3.4. Libération

La Figure 2.5 présente les différents procédés testés dans une première étape : usure mécanique, sablage, micro-ondes, traitement thermique et traitement à l’acide [Braymand et al., 2016]. Ces procédés ont été testés avec des granulats recyclés de différentes origines.

Figure 2.5

Procédés simples de séparation testés en laboratoire

GRB

Plusieurs critères ont été pris en compte pour désigner le processus le plus pertinent : efficacité du nettoyage du granulat naturel parent, non-endommagement du granulat parent durant le traitement, valorisation possible

des déchets de deuxième génération, transférabilité à une échelle semi-industrielle, impact limité sur l’environnement et la santé, coûts.

L’étude a montré que les technologies simples (micro-onde à faible consommation d’énergie ou sablage) sont inefficaces. Les procédés chimiques ne sont techniquement applicables que si le granulat parent ne réagit pas avec l’acide choisi. Ils peuvent être considérés comme méthodes de référence [Zhao et al., 2013a], mais ils sont difficilement adaptables à échelle industrielle, compte tenu de leur impact sur la santé et l’environnement.

Les traitements individuels sont assez efficaces pour éliminer le mortier sans endommager le granulat primaire : la masse volumique réelle reste cependant inférieure à celle du granulat naturel, et l’absorption d’eau est plus élevée.

La combinaison des avantages de chaque procédé décrits ci-dessus conduit à retenir les traitements thermomécaniques proposés ci-après [Shima et al., 2005], qui combinent plusieurs procédés et leurs avantages respectifs. Les Figure 2.6 et 2.7 présentent les deux procédés thermomécaniques retenus (à chaud et à froid), et leurs paramètres et plages de variation. Le procédé complet comprend une phase de prétraitement (immersion ou saturation dans l’eau), un traitement thermique, un post-traitement mécanique (usure et/ou chocs), une étape de séparation par tamisage et un contrôle de la qualité (du résultat).

Figure 2.6

Procédés thermomécaniques haute température et combinaisons de leurs paramètres (69 essais)

• P9 : petites, grosses, mixées

Figure 2.7

Procédés thermomécaniques basse température et combinaison de leurs paramètres (54 essais)

4 cycles/24h × 4 jours 1 cycles/24h × 4 jours

Les procédés thermiques haute température provoquent l’endommagement du mortier par dilatation différentielle et par dégradation des phases minérales (hydrates du ciment). Une température supérieure à 500 °C est nécessaire pour obtenir un résultat satisfaisant, notamment pour dégrader la Portlandite [de Juan et Gutiérrez, 2009 ; Fares et al., 2010]. [Homand-Etienne et Houpert, 1989] montrent qu’une température de 600 °C est nécessaire pour dégrader le mortier dans le cas de granulats siliceux parents, par transformation allotropique du quartz.

L’efficacité du procédé complet, comprenant la saturation préalable ou le refroidissement rapide après chauffage (tel que présenté par [Bazant et Kaplan, 1996] et confirmé par [de Juan et Gutiérrez, 2009]) a été effectué et analysé dans le but d’identifier les paramètres pertinents.

Les dommages causés au mortier primaire par les cycles de gel-dégel sont principalement dus aux contraintes thermiques liées à l’expansion de l’eau transformée en glace. Une saturation préalable élevée de l’échantillon peut améliorer l’efficacité du procédé [Yang et al., 2006].

Les dommages causés au mortier primaire par un procédé thermique à chaud sont principalement dus à la dégradation de la liaison mortier/granulat, du moins si la température est supérieure à 500 °C. Dans un second temps, un post-traitement mécanique par usure (MDE par exemple) peut être efficace pour améliorer la séparation, avec un temps d’application de 30 minutes au moins, ce que confirment les travaux de [Yoda et al., 2003]. Une durée de traitement suffisamment longue et une consommation énergétique élevée sont nécessaires pour atteindre une efficacité minimale par un traitement abrasif par chocs (20 minutes dans la machine Los Angeles).

La plupart des auteurs définissent l’efficacité du nettoyage des GBR par la perte de masse uniquement. Les premiers essais réalisés ont montré que cette approche était insuffisante. Il convient de rappeler que la masse volumique des granulats propres traités s’approche de celles du granulat parent. Toutefois, à l’issue des essais thermomécaniques, aucune réelle corrélation entre perte de masse de l’échantillon et masse volumique du matériau traité n’a été observée [Braymand et al., 2017b]. Pour les expériences thermomécaniques, plusieurs critères ont été sélectionnés pour apprécier leur efficacité : l’aptitude à nettoyer les granulats, leur intégrité finale, la possibilité de récupérer les résidus de mortier en vue de leur valorisation, la capacité d’adaptation à une échelle semi-industrielle, les impacts sur l’environnement et sur la santé, le coût.

À titre d’exemple, le Tableau 2.3 présente les résultats obtenus avec les deux méthodes optimisées, dont les paramètres sont :

• traitement thermomécanique à chaud : – pas de saturation,

– montée à une température de 600 °C en une heure, – 2 heures de traitement thermique,

– refroidissement à la température ambiante,

– 10 minutes de traitement d’usure avec des billes de grande taille ;

• traitement thermomécanique à froid : – échantillon saturé et immergé, – 4 cycles par jour pendant 4 jours, – de + 5 °C à – 10 °C,

– gradient de température de – 10 °C/h et de + 15 °C/h

– 10 minutes de traitement d’usure avec des billes de petite taille.

Tableau 2.3

Traitement thermomécanique ; résultats du procédé optimisé

GBR 10/20 Traitement à froid Traitement à chaud

Perte de masse après traitement % 4,38 4,59

Perte de masse après post-traitement mécanique

% 11,35 25,59

Billes MDE

Perte de masse totale % 16,47 28,86

Particules fines (< 1,6 mm) % 1,95 9,77

Masse volumique initiale de l’échantillon 2,24 2,24

Masse volumique de l’échantillon traité 2,29 2,21

La masse volumique moyenne du matériau traité avant tri est inférieure à celle du matériau non traité (2,21 vs 2,24) car il contient non seulement des granulats propres mais aussi des granulats avec du mortier non détaché et des granulats endommagés. Ce résultat met en évidence la nécessité de trier le matériau après traitement. À l’heure actuelle, le contrôle et le tri visuels sont toujours les méthodes les plus appropriées pour analyser la propreté des granulats, bien que l’observation soit subjective et que les grains endommagés peuvent ne pas être détectés.

Le pourcentage massique de granulats nettoyés pouvant être réutilisés est faible (19 %). Toutefois, les granulats obtenus sont de bonne qualité. En outre, 24 % des granulats traités sont propres mais cassés, 18 % sont du mortier et 27 % sont partiellement nettoyés. Le reste est composé de fines. La masse volumique, la porosité et l’absorption d’eau mesurées pour chaque type de granulats sont présentées dans le Tableau 2.4.

Tableau 2.4

Masse volumique, porosité et absorption d’eau mesurées sur chaque type de granulats

Granulat Masse

volumique Porosité Absorption

d’eau Image

4/10 propre en non

endommagé 2,72 g/cm³ 2,70 % 0,99 %

Propre et

endommagé 2,35 g/cm³ 2,41 % 5,67 %

Partiellement

propre 2,39 g/cm³ 8,21 % 3,43 %

Mortier 2,09 g/cm³ 17,67 % 8,46 %

Granulat non traité 2,25 g/cm³ 12 % 6 %

GBR 4/20 initial 2,55 g/cm³ 1 % 0,75 %