Incinération des déchets : la panacée, vraiment ?

Il y a un an déjà, une équipe de chercheurs, à laquelle participait l’Institut Paul Scherrer (PSI), a retracé dans la revue spécialisée « Nature Nanotechnology » le parcours des nanoparticules, qui se trouvent dans un nombre croissant de produits de consommation. Arrivées au terme de leur cycle de vie, les nanoparticules étudiées se retrouvent dans les déchets incinérés. Or même si elles ne sont pas relâchées dans l’atmosphère lors de la combustion, elles restent intactes dans les résidus solides ou liquides des usines d’incinération, et finissent ainsi bel et bien en décharge. Elles ne sont donc ni éliminées, ni soustraites à l’environnement.

De fait, les chercheurs du PSI estiment qu’il est indispensable d’agir avant que la diffusion de produits nanostructurés ne prenne une ampleur irréversible. En collaboration avec leurs collègues de l’EPF Zurich et de l’Empa, ils tentent, dans un premier temps, de répondre à la question suivante : à combien s’élève la quantité de nanoparticules qui quittent véritablement une usine d’incinération ? Quelles est leur taille et quelle est leur composition chimique ? La réactivité des nanoparticules, et donc leur biotoxicité éventuelle, dépendent en effet largement de ces deux facteurs : la taille et la composition chimique.

Que faire ?

Pour maîtriser le risque, il faut d’abord le connaître à fond. Or, en ce qui concerne les émissions de nanoparticules, issues des usines d’incinération des ordures et d’autres sites dédiés au traitement thermique des déchets, on ne sait pas grand-chose. Les chercheurs font donc à présent quelques premiers pas dans cette direction. Notamment par le biais de la construction d’un instrument, qui permettra d’étudier la composition chimique des émissions de particules issues des processus d’incinération, ainsi que leur distribution par taille. Il existe depuis longtemps déjà des instruments de mesure qui permettent de déterminer la taille des nanoparticules ou leurs composants élémentaires. Mais aucun d’entre eux n’est capable de faire les deux à la fois, encore moins en temps réel. « Si nous voulons mieux comprendre les conditions dans lesquelles les nanoparticules survivent à la combustion, il est essentiel que nous puissions effectuer des mesures dynamiques, en temps résolu », explique Mohamed Tarik, postoctorand du groupe de recherche des matériaux et processus chimiques, au Laboratoire de bioénergie et de catalyse du PSI. La technologie actuelle ne permet que des mesures en différé. A l’avenir, en revanche, il devrait pouvoir être possible, par exemple, d’adapter dans le cadre de certaines expériences les paramètres de fonctionnement d’une usine d’incinération, et de surveiller l’effet immédiat sur les émissions de nanoparticules. L’objectif des chercheurs du PSI est donc de réunir dans un seul appareil ces deux fonctions, aujourd’hui disjointes : la détermination de la distribution par taille, et la composition chimique (Plus d'infos au bout du texte).

De l’argon à la place de l’air

Les instruments actuellement commercialisés doivent cependant subir différentes modifications. Ainsi, la spectrométrie de masse par plasma conventionnelle (pour déterminer le spectre chimique) suppose l’utilisation d’argon pour la production du plasma. L’air ou l’oxygène rendraient le plasma instable. Pour le nouvel appareil, cela signifie donc que la filtration et le comptage des particules se font aussi avec de l’argon comme gaz séparateur, et non avec de l’air. Or, comme les flux gazeux doivent être définis ici de manière précise, et comme l’argon ne s’écoule pas de la même manière que l’air (en raison de différences de viscosité), certains paramètres de fonctionnement doivent être adaptés. Par ailleurs, pour qu’elle fonctionne correctement, la spectrométrie de masse par plasma nécessite, au niveau du gaz, une quantité d’entrée précisément définie. Les chercheurs proposent donc d’utiliser un diluant par rotation, pour assurer un dosage exact. L’argon est en effet coûteux, et son utilisation représente un défi. Afin de limiter les frais, les chercheurs travaillent à l’élaboration d’un concept permettant de réduire la consommation d’argon dans leur instrument. Autre difficulté liée à l’argon : la tension que l’on peut établir sans essuyer de panne d’électricité est plus faible dans le cas de ce gaz noble que dans le cas de l’air. Or, le filtrage de plus grosses particules n’est possible que moyennant des tensions plus élevées. De fait, la taille maximale de particule mesurable avec l’argon est elle aussi plus réduite qu’avec de l’air. Pourtant, l’objectif des chercheurs est justement de déterminer la taille de particules d’une gamme aussi large que possible, car c’est seulement ainsi qu’ils peuvent se faire une idée complète de la dangerosité des produits de l’incinération. Ils sont donc en train de chercher le moyen de contourner cette limitation concernant la taille maximale de particule mesurable.

Mais en dépit des défis qui restent à relever, Christian Ludwig, chef du groupe de recherche des matériaux et processus chimiques, se dit confiant quant à l’aboutissement de la construction d’un instrument de mesure très sensible et très précis, permettant une caractérisation complète des nanoparticules issues de l’incinération des déchets. La construction d’un premier prototype est déjà achevée, et les mesures tests lui ont donné bon espoir. Objectif à long terme : la construction d’un instrument mobile, qui permette d’effectuer des mesures directement sur place, sur les sites des usines.

Auteur: Leonid Leiva