Modélisation et optimisation d'un procédé de traitement mécanique pour la valorisation d'un courant hétérogène de matières résiduelles solides

Le traitement mécanique des matières résiduelles hétérogènes solides comporte plusieurs défis au niveau de sa conception et de son optimisation. Une installation de production de combustible dérivé de déchets (CDD) doit être conçue de façon à produire un CDD aux propriétés suffisamment homogènes pour répondre aux critères de qualité du débouché de valorisation tout en minimisant le coût de traitement. L'efficacité de traitement des équipements dépend des paramètres de design et d'opération de même que des propriétés physico-chimiques des matières alimentées. Le choix de la séquence de traitement doit donc reposer sur une analyse robuste. La modélisation est un outil utile pour prédire la faisabilité technique d'un projet et sa rentabilité. L'objectif principal de ce mémoire est de développer un outil d'optimisation d'un procédé de traitement mécanique et l'appliquer au cas des rejets du centre de tri de la Ville de Montréal pour étudier leur valorisation en cimenterie (CRH Canada, Joliette). Les opérations de traitement (broyeur à marteaux, crible rotatif, séparateur magnétique, séparateur par courant de Foucault, classificateur à air, trieur optique) sont d'abord paramétrées en se basant sur des modèles mathématiques disponibles dans la littérature. Les propriétés (granulométrie, forme, masse volumique, pouvoir calorifique) et la composition des flux nécessaires à la modélisation sont établies à partir d'études de caractérisation. Les modèles développés sont validés en comparant les résultats obtenus avec des résultats expérimentaux. Le modèle du broyeur est amélioré de façon à pouvoir simuler le broyage d'un courant de matières résiduelles de composition variable. Les résultats obtenus offrent une meilleure compréhension des paramètres impliqués dans la réduction de taille des matières résiduelles. La modélisation des flux de matières est ensuite couplée à un outil d'analyse économique qui évalue les coûts en fonction de la chaîne de traitement et de sa performance. Finalement, l'outil évalue la séquence de traitement des rejets du centre de tri qui minimise le coût tout en produisant un CDD conforme aux critères de qualité de la cimenterie. Les résultats montrent qu'avec les critères actuels (teneur limite en chlore à 0,05 %), le traitement nécessaire pour produire un CDD conforme n'est pas économiquement viable. Si la cimenterie augmente la teneur limite en chlore à 0,3 %, une chaîne de traitement composée d'un tri manuel, deux séparateurs par courant de Foucault et un tri optique infrarouge pour le tri négatif du PVC permet d'atteindre les objectifs pour un coût estimé à 75 $\$$/t. Le coût rivalise avec celui de l'enfouissement (65 $\$$/t), la méthode de gestion actuelle de gestion des rejets. L'outil comprend certaines limites, notamment au niveau des modèles utilisés. Dans le futur, il serait intéressant de réaliser des travaux expérimentaux pour paramétrer avec plus de détails les modèles et ainsi tenir compte de l'influence d'autres caractéristiques de la matière (teneur en eau, masse volumique, etc.). Afin d'évaluer la performance sur une base environnementale, il serait intéressant de combiner les modèles de traitement mécanique à des modèles de procédés de valorisation et coupler l'outil à des modèles d'analyse de cycle de vie et d'évaluation des impacts.