Comment valoriser les boues de rectification, ces micro-copeaux métalliques issus de l'opération de meulage qui permet d'obtenir des pièces avec un très bon état de surface, au micron près ? Voilà bientôt dix ans que les fabricants de roulements français, qui en produisent au total plus de 10 000 t/an, explorent différentes voies pour trouver une alternative pérenne à l'élimination pure et simple par incinération ou en CET de classe I (déchets industriels spéciaux). La fusion des meulures en aciérie pourrait être la réponse tant recherchée. Explications.
Une nouvelle filière de valorisation s’ouvre aux roulementiers, validée en mai 2001 par une étude pilotée par le Cetim (Centre technique pour les industries mécaniques) : la fusion des meulures en aciérie. L’opération consiste à fabriquer des briquettes de meulures (les boues débarrassées des fluides de coupe) compac-
…ées en mélange avec des copeaux d’usinage broyés et essorés pour les réintroduire dans les fours d'aciérie. « La filière existe depuis longtemps en Allemagne, en Suède, nuance Jérôme Ribeyron, chargé d'études en environnement au Cetim de Saint-Étienne et qui a piloté l'étude. Les grands roulementiers français implantés dans l'est de la France, comme INA Roulements à Haguenau, dans le Bas-Rhin, y ont déjà recours et fournissent des aciéristes. Mais la profession souhaitait voir reconnaître légalement ce procédé, et disposer, en France même, d’une infrastructure de proximité permettant d’opérer sur le territoire national. »
Le contexte s'y prête d’autant plus que la principale voie de valorisation dont ils disposent, la cimenterie, s'est fermée, en 1997, et reprend seulement depuis la fin de cette année.
La plupart des usines ont, pour l’instant, recours au CET ou à l'incinération, lorsqu'elles ne peuvent pas envoyer leurs meulures en Allemagne.
« La réglementation sur la co-incinération a interdit aux cimentiers d'accepter des boues contenant plus de 0,5 % d’hydrocarbures. Malgré les progrès que l'industrie mécanique a faits pour débarrasser ses boues des fluides de coupe contenant des hydrocarbures, les teneurs restaient trop élevées, développe Laurence Cherillat, secrétaire générale du AMHP, Association française de la Mécanique de haute précision. C’est grâce à
L’émergence de nouvelles technologies fait que les meulures peuvent de nouveau entrer dans les process des cimentiers. De même, la valorisation en fonderie impliquait, jusqu’à ce que ces technologies surviennent, l'obtention d'agréments qui rendaient la filière peu flexible. Aujourd’hui des fournisseurs, comme Citron, proposent la pyrolyse, qui transforme les boues en granulats acceptables par les cimentiers et les aciéristes. « Mais, note Jean-Jacques Gass, responsable du service sécurité environnement de l’établissement alsacien d’INA Roulements, les coûts de transport d’Alsace jusqu'au Havre, où Citron est basé, sont pour nous quasiment prohibitifs. »
L’alternative du briquetage ouvre par ailleurs une perspective intéressante : elle transforme le déchet en un produit homologué, pelletable, homogène, composé de meulures d’acier et de copeaux, recyclable dans un bain d'acier. « Nous cherchions cela depuis longtemps. L’étude pilotée par le Cetim et co-financée par l’Ademe nous permet d’entrer dans une logique d’échange commercial et de sortir d’une logique de traitement des déchets », confirme Laurence Cherillat. « Nous offrons une garantie de qualité et de sécurité d'utilisation aux sidérurgistes et aux aciéristes. Sans oublier que, sur le plan environnemental, c’est le recyclage idéal. L’acier retourne à l’acier. » Des garanties que, par ailleurs, attendaient les aciéristes et les sidérurgistes. « Nous avons eu l'occasion au cours des dernières années de tester ces produits fournis par l’Allemagne dans certaines aciéries de l’est de la France, explique Bernard Gros, coordonnateur des projets de recyclage acier chez Usinor. Toutefois cette expérience fut interrompue par des mini-explosions dans les fours, provoquées par un excès d'humidité. Nous souhaitons donc acquérir une connaissance scientifique précise de leur composition. »
Le groupe Usinor s'est ainsi associé à l'étude du Cetim pour fournir les compétences de son laboratoire de recherches, l’IRSID, et l'infrastructure industrielle d’Ascométal, son ex-filiale, pour les essais en vraie grandeur à Hagondange en Moselle.
Représentant les roulementiers, INA Roulements a fourni la matière première, copeaux et meulures. Ses boues sont prétraitées sur filtre à bande et ressemblent, en sortie, à « une sorte de terreau » selon les termes de Jean-Jacques Gass. Le compacteur allemand Gerhard Lang, installé à Gaggenau, outre-Rhin, a procédé à la fabrication des briquettes. Les aciéristes se sont convaincus,
En visitant ses installations, de sa capacité à assurer une production de haute qualité. « Nous avions pu comparer la qualité des meulures fournies par INA Roulements et celles d'un autre roulementier. Son produit était meilleur. Quant à Gerhard Lang, il a une démarche de qualité et environnementale très industrielle », confirme Bernard Gros. Autre avantage : les sites des deux industriels sont proches.
Le déroulement de l’étude
L’étude a porté sur les copeaux et meulures d’acier de la nuance 100 C6, couramment utilisée par les roulementiers. « Les copeaux provenant de l’usinage de cette nuance d’acier faiblement allié à 1 % de carbone et 1,5 % de chrome ont la particularité d’être difficilement compactables, précise Jean-Jacques Gass. Si l'expérience réussissait avec cette nuance, elle pouvait d’autant mieux convenir à des nuances moins difficiles. »
La caractérisation physico-chimique des meulures et des briquettes a été menée par l’IRSID. Le laboratoire a donc analysé les teneurs en hydrocarbures, taux d’humidité, le pourcentage de fer, le pourcentage de « gangue » (la silice, l’alumine, notamment résidus d’abrasif) des meulures. La densité des briquettes et leur comportement mécanique ont été testés. Puis elles ont été soumises à un déchiquetage en règle pour évaluer leurs taux d’humidité et d’hydrocarbures : « Nous avons défini les paramètres qui rendent la briquette non dangereuse dans un four (l’eau au contact de l’acier liquide à 1 700 °C provoque des explosions) maniable par des grappins et assez dense pour ne pas occuper trop de volume », explique Daniel Ravaine, adjoint au chef du département physico-chimie, chimie minérale et organique de l’IRSID. D’autres analyses, enfin, concernaient le comportement pendant le stockage et les risques de reprise en eau.
Le Cetim, de son côté, a déterminé les proportions de meulures et de copeaux nécessaires pour fabriquer des briquettes solides, maniables et stockables. Le compacteur assurant l’ensemble des essais de fabrication des briquettes. « Pour ce type d’acier, la briquette idéale se compose de 83 % de copeaux et 17 % de meulures, avec une teneur en humidité < 1 %, une teneur en hydrocarbures < 2 % et une densité de 4 à 5 », explique Jérôme Ribeyron.
Pré-essais de fusion puis essais en vraie grandeur chez Ascométal ont ensuite permis de vérifier les qualités des briquettes, de 120 mm de diamètre sur 100 à 200 mm de hauteur, réalisées par Gerhard Lang. Ces derniers se sont déroulés sur quatre jours dans un four d’une centaine de tonnes où près de 150 tonnes de briquettes ont été fondues. Ils ont permis de comparer la fusion avec copeaux seuls, couramment pratiquée en aciérie, à raison de 10 % de la charge totale, et la fusion en mélange avec des briquettes substituées à 50 % des copeaux. Ces essais étaient accompagnés de tests sur l’impact environnemental de la fusion des briquettes. Ils ont été menés par le Leces, ancien laboratoire d'études et de contrôle de l’environnement.
Anciennement d’Usinor aujourd'hui rattaché à EdF : « Il s'agissait de vérifier la conformité réglementaire des émissions en COV, HAP, BTX, poussières », commente Daniel Ravaine.
Une faisabilité réelle sous certaines conditions opératoires
Résultats : la substitution de briquettes aux copeaux ne change pas la qualité de l’acier. Sur le plan environnemental, et au niveau de la sécurité, aucune différence significative n’apparaît. La consommation énergétique semble un peu plus élevée, à cause des résidus de produits abrasifs. Stockées, les briquettes ne se dégradent pas à l'air libre sous abri. Mieux, on peut parfaire leur séchage dans un hangar. « La faisabilité est donc réelle, affirme Daniel Ravaine. Le produit lui-même est tout à fait intéressant : maniable, pelletable, stockable, il prend peu de place dans un four et peut, pour certaines aciéries, réduire les temps de manipulation dans un rapport de 1 à 5. Toutefois, il faut observer des conditions opératoires précises ».
Des règles d'usage ont ainsi été définies. Les briquettes ne doivent pas représenter plus de 10 % de la charge. Pour éviter tout risque d'explosion, non seulement les briquettes ne doivent pas contenir plus de 1 % d’eau et de 2 % d’huile, mais la composition du panier dans lequel on les dispose pour les enfourner doit être faite de façon à éviter que l'eau et l'huile résiduelles n’entrent en contact avec l’acier en fusion. On les place donc en dessus de panier, sur un lit de copeaux : « Elles tomberont doucement sur les grosses ferrailles, s’échaufferont et sécheront ».
Enfin, la traçabilité des composants et du process est impérative. « Les matériaux doivent provenir d'un même lot, être de
Boues : le procédé DESHYDRIX® intéresse l’industrie papetière
La solution mise au point par Rhodia Eco Services pour améliorer la déshydratation des boues d’épuration urbaines et industrielles connaît une nouvelle application : l’industrie papetière.
DESHYDRIX®, solution déjà éprouvée sur les stations d'épuration des eaux urbaines pour améliorer la siccité des boues, a été lancée avec succès en juillet dernier dans l’industrie papetière, notamment avec le groupe Mets Serla. En effet, en plus de ses performances en matière de siccité, DESHYDRIX® apparaît comme un facteur de stabilisation efficace des boues biologiques et, par voie de conséquence, de l’ensemble de la filière de traitement des effluents.
« Les stations d’épuration, dans cette industrie, génèrent un mélange de boues biologiques, de charges minérales et de fibres de cellulose, produits parfois incompatibles » observe Ludovic Huitorel, responsable de l’activité DESHYDRIX® chez Rhodia Eco Services. « L'emploi de DESHYDRIX® permet de gagner de 5 à 6 points de siccité et, en plus, de stabiliser le système de déshydratation. On passe ainsi d'un traitement parfois erratique, avec une siccité qui varie, à un système lissé qui permet d’optimiser le fonctionnement de l’épuration ».
Les boues papetières représentent plus de la moitié des boues industrielles générées dans certains pays, comme la France. Or, les nouvelles contraintes réglementaires, notamment la limitation de la mise en décharge et la résistance croissante de l'opinion publique face à l’épandage agricole, remettent de plus en plus en question les exutoires actuellement utilisés et devraient entraîner une forte augmentation du coût de la filière boues dans les cinq prochaines années.
La déshydratation, étape obligatoire de la filière de traitement des boues, représente donc maintenant un enjeu économique et technologique majeur. Aujourd'hui, la quantité de boues d'épuration urbaines à évacuer est estimée à 850 000 tonnes de matière sèche en France et à 7,5 millions en Europe et les perspectives à cinq ans sont de 1,3 million de tonnes en France et 15 à 20 millions en Europe pour un coût global de plus de 4 milliards d'euros. À terme, deux voies d'exutoire devraient dominer, l'épandage et l'incinération, avec une certitude : un coût moyen qui ira en augmentant.
Pour réduire le coût total de l'épuration des eaux, dont la filière boues représente 30 à 40 %, il faut diminuer au maximum le volume de ces boues. DESHYDRIX®, la nouvelle gamme de réactifs mise au point par les ingénieurs de Rhodia, permet d'améliorer très significativement leur siccité (2 à 10 points selon les cas), entraînant une réduction de leur volume et, par là, de leur coût d'élimination. Plus largement, ce procédé de Rhodia Eco Services permet de réduire le coût de la filière boues dans son ensemble : il améliore statistiquement de 20 à 100 % la productivité des outils de déshydratation. Il permet d'améliorer la qualité des retours en tête ainsi que la texture de la boue, la rendant ainsi plus facile à manipuler.
« même nuance et classés par rapport à leur origine », souligne Bernard Gros. « La transparence sur leur élaboration depuis le producteur jusqu’au consommateur en passant par le transformateur, doit être totale. Ceci nous assure de la qualité du produit et nous couvre vis-à-vis des Drire. Nous pouvons, aujourd’hui, le recommander, ce qui n’était pas le cas avec les briquettes importées d’Allemagne ».
Le prix de vente :
une négociation difficile
Reste en revanche un problème : « C’est trop cher, s’exclame Bernard Gros. Sur le plan économique, seul le transformateur y trouve son compte ». Pour le responsable des projets de recyclage d’Usinor, le coût ajouté pour produire une briquette la rend non compétitive par rapport au copeau. Et sa teneur en fer est moins élevée. Les roulementiers, de leur côté, ne sont pas d’accord. Ils rappellent que la simulation du prix de vente théorique de l’étude montre en effet une différence en défaveur de la briquette, cette différence variant de 43 à 79 F/t en fonction des distances de transport et des fluctuations du marché du copeau.
Chez SNR Roulements, qui produit 2 500 t/an de meulures et 17 000 t/an de copeaux, Marc Leroy argumente : « Le coût du transport sera nécessairement réduit si nous disposons d’unités de briquetage en France. Il le sera également du fait même de la compacité du produit, qui occupe donc moins de place dans un wagon, note le responsable environnement de cette filiale à 100 % de Renault, basée à Annecy (Haute-Savoie). Par ailleurs, les briquettes présentent des atouts technologiques pour les aciéristes : leur densité et leur présentation permettent d’optimiser les charges et donc de réduire les temps entre deux coulées. On enfourne en une fois cinq fois plus de matière que lorsque l’on a recours aux copeaux ».
À ces remarques, Bernard Gros répond : « Même si les coûts de transport baissaient, l’incidence sur le prix ne serait pas suffisante. D’autres éléments doivent être pris en compte : tout d’abord, la compacité peut être recherchée par certains aciéristes mais pas par tous. Tout dépend du type de four qu’ils ont. D’autre part, la fusion des meulures consomme plus d’énergie puisqu’il faut brûler la gangue. Ces coûts obéreront la facture de production de l’acier ». Que faire alors ? « Il faut que les roulementiers acceptent de gagner moins sur les copeaux pour légitimer que les aciéristes leur achètent des meulures », estime-t-il. De telles négociations sont en effet en cours avec certains roulementiers. Un début de solution pourrait aussi, dans un premier temps, reposer sur le recours aux aides et subventions de l’Ademe et des Agences de l’Eau, notamment afin de mettre en place la ou les unités de compactage nécessaires. « Ceci lancerait le marché et l’effet de masse devrait suivre », estime Jérôme Ribeyron.
Dans l’Est, où toutes les conditions peuvent être réunies pour rapprocher physiquement les différents acteurs, les possibilités de création d’une unité de briquetage sont en cours d’évaluation. Gerhard Lang envisage ainsi de franchir le Rhin pour s’installer en France « sous réserve, souligne Marc Fernsner, directeur commercial pour la France, basé à Sarreguemines, que nous ayons une garantie du côté des consommateurs français ». En région Rhône-Alpes l’association patronale API examine, elle aussi, la possibilité de créer un centre de traitement. Mais de même que tous les aciéristes ne seront pas preneurs de briquettes, « toutes les régions n’auront pas exactement les mêmes possibilités ni les mêmes besoins », avertit Laurence Cherillat. « La filière cimentière restera la plus rentable dans l’Ouest, par exemple, où sont installés Citron qui propose la pyrolyse, et de nombreux cimentiers. En fait, chaque entreprise, le roulementier comme le compacteur, devra mener sa propre étude technico-économique ».
