Mesure des caractéristiques des déchets

• Mesure du tassement et de la contrainte

Le tassement est mesuré par des tiges fixées au niveau du plateau supérieur. La position de ces tiges est ensuite suivie par un capteur de déplacement électromagnétique et transmise en temps réel à l’automate de contrôle, puis enregistrée sur ordinateur. La contrainte est quant à elle mesurée d’après la pression des vérins et elle est convertie, en fonction de la surface du plateau, en contrainte réelle appliquée sur le déchet.

Ces deux informations permettent une étude mécanique complète du déchet (§ V-2.). La gestion de ces données est entièrement automatisée et la fréquence d’enregistrement des données va d’une mesure par seconde dans les premiers instants suivant la mise en place d’une consigne de contrainte à une

Vérins

Spires chauffantes

Débitmètre

Figure IV-3 : photographies des débitmètres à gaz Ritter TG05 (à gauche) et Zeal DM3A (à droite).

• Mesure de la masse volumique et de la teneur en eau des déchets

La masse volumique du déchet est mesurée grâce aux données de tassement et à la connaissance des masses humide et sèche en cours d’essai. Cette donnée se révèle très intéressante pour caractériser la représentativité du compactage réalisé en laboratoire par rapport aux conditions in situ en ISDND. La teneur en eau massique est également déterminée grâce au calcul en temps réel de la quantité d’eau dans le système en fonction de la masse initiale ainsi que des entrées et sorties de liquide. Le tassement permet de déterminer, in fine, la teneur en eau volumique.

• Mesure liées au biogaz

Le biogaz fait l’objet de mesures quantitatives et qualitatives. Les volumes de biogaz sont enregistrés continuellement par des débitmètres à gaz reliés à une interface électronique. La fréquence d’échantillonnage est identique à celle du tassement et de la contrainte appliquée.

Deux types de débitmètres à gaz sont utilisés (Figure IV-3) :

- des débitmètres de type DM3A de marque Zeal installés initialement sur les quatre CICLADE, et conservés jusqu’en avril 2010 sur C1 et C2 ;

- des débitmètres de type TG05 de marque Ritter installés sur C3 et C4 dès la mi-2009, puis utilisés à partir d’avril 2010 sur les quatre CICLADE.

Bien que la technique de mesure des débitmètres soit identique pour les deux modèles, la conception des appareils et leur précision n’est pas identique. En effet, les débits minimums et maximums ainsi que les erreurs données par les constructeurs sont respectivement :

- de 30 à 90 L/h ± 0.25% pour le DM3A (Zeal) ; - de 1 à 60 L/h ± 0.20% pour le TG05 (Ritter).

Nous verrons ultérieurement que les débits générés par les CICLADE sont généralement inférieurs au débit minimal du modèle DM3A de Zeal, ce qui explique son remplacement progressif. Les volumes de gaz mesurés sont rapportés aux conditions normales de température et de pression en utilisant les données d’un thermomètre raccordé sur le circuit d’extraction du réseau biogaz.

Le biogaz est analysé au moins deux fois par mois pour déterminer sa composition en méthane CH4, en dioxyde de carbone CO2, en dioxygène O2 et en hydrogène sulfuré H2S. D’après le calcul de ces fractions, il est en outre possible de déterminer la composition en diazote et dihydrogène (N2+H2), qui

sont les deux autres gaz significativement présents. La mesure de la qualité du biogaz est réalisée par un analyseur portable GA2000 de la société Geotechnical Instruments dédié²⁷ :

- CO2 et CH4 sont analysés par spectrométrie (analyse infrarouge) ; - O2 et H2S sont analysés par des cellules électrochimiques.

La précision annoncée par le constructeur est de ±1.0%-3.0% en volume pour les différents gaz.

• Mesure liées aux lixiviats

Les lixiviats font également l’objet de mesures quantitatives et qualitatives. Les volumes de lixiviats sont comptabilisés une fois par jour durant les premières semaines d’essai à deux fois par mois durant le reste de l’essai par pesée du bac de récupération de lixiviats, situé en aval de la chambre de récupération des lixiviats (Figure IV-1). Le drainage est gravitaire et permet de s’assurer que la chambre aval de récupération soit vide après drainage. Avant prélèvement, le lixiviat séjourne donc dans la chambre conique aval durant une période maximale de 15 jours (entre deux prélèvements), ce qui fait que la qualité des lixiviats analysés correspond à un lixiviat « moyen » généré durant cette période de temporisation durant laquelle il est susceptible d’évoluer²⁸.

Les lixiviats sont analysés pour permettre un suivi de l’état de dégradation des déchets. Des mesures de pH sont réalisées par un appareil portable EcoScan pH 5, et les mesures de conductivité électrique par un EcoScan Con 6, tous deux de la société Eutech Instruments / Thermo Fisher Scientific²⁹. D’autre part, à partir de l’automne 2009, différents éléments majeurs sont analysés par dosage chimique en utilisant des kits de détermination fournis par Hach-Lange, un photomètre de type LASA 100 et un thermostat de type LT 200, également de marque Hach-Lange :

Figure IV-4 : photographie des dispositifs d’analyse chimique des lixiviats (hotte, micro-pipettes, analyseur spectrométrique LASA 100 et thermostat de chauffage des tubes à essai LT 200).

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- la demande chimique en oxygène (DCO), qui caractérise la consommation du milieu en oxygène par les oxydants chimiques forts présents dans le lixiviat, source de pollution pour l’environnement ;

- l’azote par la mesure de la concentration en NH4⁺ et NTK (azote total selon Kjeldahl) qui sont un bon indicateur de la pollution azotée pour ce qui est de NH4

+

(toxique pour les poissons et invertébrés) et de la charge en azote total pour NTK (organique et ammoniacal).

A ces paramètres analysés au LTHE s’ajoutent des paramètres analysés par le GRESE de l’Université de Limoges à partir d’automne 2009 :

- la quantité de matières en suspension (MES) ;

- la demande biochimique en oxygène à 5 jours (DBO5) ; - le carbone organique dissous (COD) ;

- le titre alcalimétrique complet (TAC) ; - la teneur en acides gras volatils (AGV) ; - l’absorbance aux ultraviolets (UV) ;

- le fractionnement de la matière organique (MO).

Le suivi complet des lixiviats est réalisé deux fois par mois que ce soit au LTHE ou au GRESE, où les échantillons sont envoyés périodiquement en colis réfrigérés pour limiter l’évolution biochimique du lixiviat.

• Mesure de la température et de la pression interne

La température est mesurée en plusieurs points du système : deux mesures internes au sein du massif de déchets (à 1/3 et 2/3 de la hauteur de ce dernier), une mesure sur le circuit de biogaz et des mesures de contrôle externes sont réalisées. Toutes les mesures sont réalisées par des thermocouples (TC) de type J avec des gaines renforcées pour les TC au sein du déchet, obtenus auprès de TC S.A. La Figure IV-5 montre un TC prêt à être enfoui dans le massif de déchet sur un essai CICLADE.

La pression interne et la pression atmosphérique sont mesurées à titre de contrôle dans chaque cellule à l’aide de capteurs de pression absolue de STS France. Ces données étaient utilisées à titre de contrôle en cas de doute sur les productions de gaz enregistrées dans la configuration initiale qui prévoyait une légère mise en pression des cellules, mais pour la quasi-totalité des essais, le drainage du biogaz s’effectue à pression atmosphérique donc l’enregistrement de la pression n’est qu’un indicateur d’un possible colmatage du réseau de drainage de biogaz, et ne sera pas exploité d’un point de vue scientifique.

La température et la pression interne sont enregistrées à la même fréquence que le tassement et la contrainte appliquée par l’automate de contrôle, puis sauvegardées sur ordinateur.

• Mesure de la teneur en eau

La teneur en eau est mesurée de façon indirecte grâce à des sondes de type Time-Domain Reflectometry (TDR), déjà présentées au § II-2.2. Ces sondes ont fait l’objet d’une calibration séparée dans la cellule Alpha. Seuls les essais C2.1 et CX.2 ont été équipés de sondes TDR.

Les mesures sont réalisées avec des sondes CS605 de Campbell Scientific de 30 cm de longueur de tige. Les sondes TDR sont disposées au voisinage des thermocouples, soit aux 1/3 et 2/3 de la hauteur totale du massif de déchets. La Figure IV-5 montre une sonde TDR prête à être enfouie dans le massif de déchet sur un essai CICLADE. Les mesures TDR sont réalisées ponctuellement grâce à un dispositif d’acquisition à une fréquence identique aux analyses sur le biogaz et les lixiviats.

Figure IV-5 : photographie d’un thermocouple (TC) et d’une sonde TDR embarqués dans un essai (C3.2).

Le Tableau IV-1 récapitule tous les paramètres mesurés sur les cellules CICLADE. Pour plus de clarté, les paramètres ont été subdivisés en catégories de mesures et l’ordre de présentation est organisé en fonction de la fréquence de mesure.

Tableau IV-1 : récapitulatif des paramètres mesurés dans les CICLADE.

Catégorie de mesures Paramètre Type de mesure Fréquence de mesure

Contrainte verticale Capteur de pression

Tassement vertical Capteur de déplacement

Mesures mécaniques

Masse volumique D’après le déplacement

Température Thermocouple³⁰

Mesures physiques

Pression Capteur de pression

Volume/débit Débitmètre gaz

1 par seconde à 1 toute les 2 h (enregistrement sur PC)

Mesures biogaz

Teneur en CH4, CO2,… Analyse infrarouge

Volume/débit Pesée

pH, Conductivité Analyses électrochimiq.

Mesures lixiviats

DCO, NH4

+

, NTK Dosage chimique

Mesures hydrologiques Teneur en eau Sonde TDR³¹

1 tous les 15 j (mesures ponctuelles par un opérateur)

TC