La fermeture progressive des décharges avant l'an 2002 pose déjà avec acuité le problème de l'élimination des déchets. Plusieurs voies s'offrent alors pour assurer leur destruction, en particulier : le recyclage et l'incinération.
Le recyclage fait appel à différentes techniques, en fonction des déchets concernés (bois, papier, plastiques, verre, caoutchouc, etc.) et oblige généralement à faire un tri préalable des matériaux afin d'éviter de « contaminer » l'un par l'autre.
L'incinération, qui est l'objet de notre propos, implique l'élimination des déchets par combustion dans des fours adaptés à un ou plusieurs produits ou à un mélange de produits à détruire.
Depuis déjà quelques années des expériences industrielles ont été tentées avec plus ou moins de succès, le but étant à la fois de détruire les déchets et de produire de l'énergie au moindre coût ; ces expériences ont été menées par des collectivités locales avec la collaboration d'opérateurs locaux ou nationaux, et par des industriels qui voulaient brûler leurs propres déchets pour fabriquer de l'énergie : vapeur, eau chaude, etc. Les résidus de la combustion, cendres et mâchefers, étaient généralement mis en décharge ou parfois utilisés en remblai.
Pour obtenir une bonne combustion, il est indispensable d'alimenter les fours régulièrement mais aussi et surtout de leur fournir un produit homogène, dans une granulométrie régulière et bien dimensionnée selon le four : les morceaux ne doivent être ni trop fins, ni trop gros.
Quand il s'agit des D.I.B provenant de déchetteries ou de bennes de ramassage, les produits sont hétéroclites : mélange de planches, caisses, plastiques divers (fûts, feuilles, profilés, plaques...), caoutchouc (plaques, profilés, blocs, pneumatiques...), ferrailles, appareillages électriques...
La première opération consiste à effectuer un tri pour séparer les matériaux non combustibles et ne conserver que ceux qui peuvent générer des calories.
L'opération suivante est l'homogénéisation, qui revient à transformer les produits triés en un combustible adapté en granulométrie au four d'incinération : c'est le broyage.
Plusieurs types de broyeurs peuvent être utilisés : les broyeurs rapides à marteaux monorotors (plus de 800 t/min) et les broyeurs lents à couteaux appelés aussi cisailles rotatives birotors (de 0 à 30 t/min). Pour des raisons de bruit et de risques d'explosions dus aux « fines », la tendance est actuellement d'abandonner les broyeurs à marteaux au profit des cisailles rotatives qui ne sont pas touchées par les deux inconvénients ci-dessus. En outre, les broyeurs à marteaux coûtent cher en exploitation car ils nécessitent de fortes puissances électriques à travail égal (peu de couple mais forte énergie cinétique due à la vitesse) et sont de gros consommateurs de marteaux à cause des phénomènes d'usure importants dus à la percussion sur la matière à broyer.
Les cisailles rotatives existent en différentes versions que l'on peut classer en deux catégories : cisailles à entraînement électrique et cisailles à entraînement hydraulique.
Cisailles à entraînement électrique
Ces modèles sont surtout répandus dans les faibles et moyennes puissances (2 x 55 kW maximum). Leur avantage est la simplicité : la configuration la plus simple consiste à disposer d'un seul moteur électrique et d'un seul réducteur mécanique sur chaque rotor. Il est ainsi possible de moduler la vitesse d'un rotor par rapport à l'autre afin de jouer sur la granulométrie et le débit. Cette possibilité de réglage n'existe pas avec les cisailles qui sont actionnées par un seul réducteur pour les deux rotors, avec une boîte de transfert intermédiaire ; dans ce cas, le rapport de vitesse des deux rotors est constant et ne peut être modifié.
L'inconvénient majeur des cisailles dites électriques est qu’en cas de blocage des rotors, ce sont les réducteurs et les moteurs électriques qui prennent tout le choc par arrêt brutal : il est bien connu que les moteurs électriques n’aiment pas les surintensités dues aux arrêts et redémarrages intempestifs.
Cisailles à entraînement hydraulique
Ce sont les plus performantes et les plus simples d'utilisation. Il est en effet possible de jouer à volonté ou presque sur les vitesses relatives des rotors. De plus, ces machines adaptent d’elles-mêmes leur vitesse de rotation à l’effort demandé : quand on dit par exemple que la vitesse des rotors varie de 0 à 30 t/min cela signifie qu’à faible charge, ils vont tourner à 30 t/min ; si on augmente l’alimentation en déchets, la vitesse va diminuer. En effet, c’est la pompe hydraulique qui alimente le moto-réducteur hydraulique qui va abaisser son débit tout en augmentant la pression, donc l’effort. Si la charge est telle que les rotors s’arrêtent de tourner (blocage) la pompe cesse de débiter dans les moteurs hydrauliques, sans incidence sur les moteurs électriques, qui continuent à tourner à leur vitesse normale, donc sans surintensité importante et sans risque de dégradation.
La pression hydraulique de blocage des rotors est réglée de façon à ne pas fatiguer outre mesure les rotors, les réducteurs, les moteurs hydrauliques et les pompes. Comme pour les cisailles électriques, il existe aussi des machines hydrauliques équipées d’un seul moto-réducteur pour les deux rotors : il s’agit là bien souvent de matériel de bas de gamme dit « économique » à l’achat et qui n’offre pas la souplesse d'utilisation des cisailles à entraînement des rotors indépendants.
Les cisailles électriques ou hydrauliques sont généralement gérées par un automate programmable installé dans l’armoire de commande ; cet automate permet toujours un cycle de débourrage quand la machine est bloquée : le débourrage consiste en une marche arrière des rotors et un redémarrage en avant autant de fois qu’il est nécessaire pour vider le broyeur. Si au bout de trois tentatives par exemple la surcharge n’a pu être absorbée, la cisaille s’arrête et signale l’anomalie par un klaxon ou un voyant lumineux. Les cisailles de notre fabrication sont pourvues sur la trémie d’un dispositif d’éjection automatique de la surcharge (qui correspond généralement à un corps imbroyable) par une trappe
[Photo : Cisaille rotative à transmission hydraulique pour broyage de D.I.B avant incinération. Surface de Broyage : 1550 x 1150, Tonnage : 5 à 40 tonnes/heure en fonction des produits. Granulométrie : 200 x 300 mm. Puissance : 2 x 75 kW.]
[Photo : Vue des plaquettes amovibles permettant d'obtenir une granulométrie régulière et homogène.]
[Photo : Cisaille rotative mobile à transmission hydraulique et diesel pour l'entraînement des pompes. Broyage de pneumatiques PL et VL, ainsi que des D.I.B avant incinération. Tonnage : 5 à 30 tonnes de pneus P.L et V.L suivant la granulométrie (30 × 30 mm à 150 × 150 mm). Puissance installée : 320 kW dont 2 × 110 kW pour les rotors.]
d’évacuation actionnée par un vérin hydraulique piloté par l’automate.
En outre, nous équipons la trémie d’un poussoir hydraulique destiné à éviter les « effets de voûte » qui pourraient se former au-dessus des rotors. Ce poussoir est également géré par l’automate.
Le fonctionnement de base des cisailles étant à présent défini, il reste à régler le problème de la granulométrie des déchets à la sortie des rotors, puisque les fours ne fonctionnent correctement que si les broyats sont calibrés de façon régulière.
Les rotors des cisailles rotatives sont équipés de couteaux en acier spéciaux. En tournant, les rotors découpent les D.I.B en bandes de la largeur des couteaux (ou du double), et d’une longueur correspondant environ à la distance entre deux dents consécutives du même couteau. Pour réduire la granulométrie, il y a donc intérêt à augmenter le nombre de dents sur chaque couteau afin que leur distance corresponde à la granulométrie : des couteaux de 70 mm de large avec des dents espacées de 200 mm donneront une granulométrie moyenne de 70 mm × 200 mm à 140 mm × 200 mm (140 mm car le matériau à broyer, s’il est souple, peut se replier sur lui-même au moment du passage entre les rotors).
Pour assurer une granulométrie constante dans le temps, nous proposons un nouveau concept qui consiste à équiper nos broyeurs de dents amovibles fixées par des boulons ; ce dispositif présente de nombreux avantages sur toutes les autres machines du marché :
- • en cas de casse d’une dent, celle-ci se remplace en quelques minutes ;
- • au fur et à mesure que les dents s’usent, on les remplace. La granulométrie reste donc constante, alors qu’avec des couteaux monoblocs, l’usure des dents provoque dans le temps une dégradation de la granulométrie qui conduit au démontage complet du broyeur pour remplacement des couteaux, d’où une immobilisation qui peut durer quelques semaines, ce travail ne pouvant s’effectuer que chez le constructeur.
Les cisailles rotatives qui traitent des D.I.B sont souvent amenées à broyer des fûts ou récipients contenant des liquides ou des pâtes corrosives, qui présentent un danger permanent de dégradation des paliers et des roulements : nos machines sont seules sur le marché mondial à offrir des paliers extérieurs à la caisse ; la durée de vie des paliers et des roulements est donc multipliée d’un facteur qui peut atteindre 10 dans certains cas critiques. Un autre avantage des paliers extérieurs à la caisse est que le remplacement des deux rotors, s’il est nécessaire, s’effectue sur le site en une demi-journée, au lieu d’une immobilisation de plusieurs jours à plusieurs semaines avec les matériels de l’ancienne génération.
En résumé, le broyage des D.I.B. avant incinération nécessite un matériel adapté :
- • souplesse d'utilisation : entraînement hydraulique distinct des deux rotors ;
- • gestion des surcharges : trémie équi
- ● pée d’un poussoir (ou fouloir) hydraulique et d’une trappe d’éjection automatique ;
- ● granulométrie constante : grâce à un dispositif de dents (ou plaquettes) amovibles ;
- ● maintenance réduite : dents (ou plaquettes) interchangeables, paliers extérieurs à la caisse.
Les machines les plus récentes correspondant aux caractéristiques décrites ci-dessus et destinées à alimenter des fours d'incinération sont installées sur les sites suivants : District de Chartres (D.I.B) ; Valcim à Vierzon (D.I.B) ; Recam à Nouan-le-Fuzelier (pneus) ; Valoryele à Rambouillet (D.I.B) ; Cellulose du Pin à Facture (bois et écorces) ; Ets Henry à Nancy (pneus) ; Eurecorse à Brinon-sur-Sauldre (écorces) ; Sorep à Montpellier (pneus) ; Fournier Métaux à Toulouse (câbles électriques, profilés aluminium, gouttières en zinc) ; Settentrionale Trasporti, cimenterie Rossi en Italie (pneus).
En cours d'installation : Setmi à Toulouse (mâchefers) ; Cellardennes en Belgique (bois et écorces) ; Michelin à Clermont-Ferrand (pneus) ; Tredi à Salaise (D.I.B fûts) ; Coved à Brest (D.I.B).
Les machines broyant les pneus alimentent les cimenteries dans des granulométries allant de 25 × 25 mm (4 tonnes/heure de pneus V.L et P.L) à 150 × 150 mm (15 tonnes/heure de pneus V.L et P.L).
Les machines broyant des D.I.B pour fours d'incinération produisent une granulométrie de 25 × 25 mm à 300 × 300 mm en fonction des fours (5 tonnes à 30 tonnes/heure suivant le type de D.I.B à réduire).
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