La hiérarchie de la gestion des déchets, reconnue depuis longtemps, consiste, par ordre de préférence, en la prévention, la minimisation, le recyclage et la réutilisation, le traitement biologique, l’incinération et la mise en décharge (voir la figure ci-dessous).

Hiérarchie de la gestion des déchets La figure montre la hiérarchie de la gestion des déchets par ordre de préférence, en commençant par la prévention, la plus favorable, jusqu’à l’élimination, l’option la moins favorable. Source : Drstuey via Wikimedia Commons

Prévention des déchets

L’alternative idéale en matière de gestion des déchets consiste à prévenir la production de déchets en premier lieu. Par conséquent, la prévention des déchets est un objectif fondamental de toutes les stratégies de gestion des déchets. De nombreuses technologies peuvent être employées tout au long de la fabrication, de l’utilisation ou de la post-utilisation du cycle de vie des produits pour éliminer les déchets et, par conséquent, réduire ou prévenir la pollution. Certaines stratégies représentatives comprennent des méthodes de fabrication respectueuses de l’environnement qui incorporent des matériaux moins dangereux ou nocifs, l’utilisation de systèmes modernes de détection des fuites pour le stockage des matériaux, des techniques innovantes de neutralisation des produits chimiques pour réduire la réactivité, ou des technologies d’économie d’eau qui réduisent le besoin d’apports d’eau douce.

Minimisation des déchets

Dans de nombreux cas, les déchets ne peuvent pas être carrément éliminés d’une variété de processus. Cependant, de nombreuses stratégies peuvent être mises en œuvre pour réduire ou minimiser la production de déchets. La minimisation des déchets, ou réduction à la source, désigne les stratégies collectives de conception et de fabrication de produits ou de services qui minimisent la quantité de déchets générés et/ou réduisent la toxicité des déchets résultants. Ces efforts découlent souvent de l’identification de tendances ou de produits spécifiques susceptibles de causer des problèmes dans le flux de déchets et des mesures prises pour y remédier. Dans l’industrie, les déchets peuvent être réduits en réutilisant des matériaux, en utilisant des matériaux de substitution moins dangereux ou en modifiant des éléments de conception et de traitement. De nombreux avantages peuvent être obtenus par la minimisation des déchets ou la réduction à la source, notamment la réduction de l’utilisation des ressources naturelles et la réduction de la toxicité des déchets.

Les stratégies de minimisation des déchets sont extrêmement courantes dans les applications de fabrication ; l’économie de l’utilisation des matériaux préserve les ressources mais permet également d’économiser des coûts importants liés à la fabrication. Les progrès en matière d’emballage rationalisé réduisent l’utilisation de matériaux, l’efficacité accrue de la distribution réduit la consommation de carburant et les émissions atmosphériques qui en résultent. En outre, les matériaux de construction techniques peuvent souvent être conçus avec des propriétés favorables spécifiques qui, lorsqu’elles sont prises en compte dans la conception structurelle globale, peuvent réduire considérablement la masse et le poids globaux des matériaux nécessaires pour une structure donnée. Cela réduit le besoin de matériaux excédentaires et réduit les déchets associés à la fabrication des composants.

L’industrie du nettoyage à sec fournit un excellent exemple de substitution de produits pour réduire la production de déchets toxiques. Pendant des décennies, les nettoyeurs à sec ont utilisé le tétrachloroéthylène, ou « perc », comme solvant de nettoyage à sec. Bien qu’efficace, le tétrachloroéthylène est un composé relativement toxique. De plus, il est facilement introduit dans l’environnement, où il est très récalcitrant en raison de ses propriétés physiques. De plus, lorsque sa dégradation se produit, les produits de filiation intermédiaires générés sont plus toxiques pour la santé humaine et l’environnement.

En raison de sa toxicité et de son impact sur l’environnement, l’industrie du nettoyage à sec a adopté de nouvelles pratiques et utilise de plus en plus de produits de remplacement moins toxiques, notamment des composés à base de pétrole. De plus, de nouvelles technologies émergentes incorporent du dioxyde de carbone et d’autres composés relativement inoffensifs. Bien que ces produits de remplacement aient été dans de nombreux cas mandatés par la réglementation gouvernementale, ils ont également été adoptés en réponse aux demandes des consommateurs et à d’autres forces basées sur le marché.

Recyclage et réutilisation

Le recyclage fait référence à la récupération de matériaux utiles tels que le verre, le papier, les plastiques, le bois et les métaux à partir du flux de déchets afin qu’ils puissent être incorporés dans la fabrication de nouveaux produits. Une plus grande incorporation de matériaux recyclés permet de réduire l’utilisation nécessaire de matières premières pour des applications identiques. Le recyclage réduit la nécessité d’exploiter les ressources naturelles pour obtenir des matières premières, mais il permet également de récupérer les déchets et de les utiliser comme ressources précieuses. Le recyclage des déchets préserve directement les ressources naturelles, réduit la consommation d’énergie et les émissions générées par l’extraction de matériaux vierges et leur transformation ultérieure en produits finis, réduit la consommation d’énergie globale et les émissions de gaz à effet de serre qui contribuent au changement climatique mondial, et réduit l’incinération ou la mise en décharge des matériaux qui ont été recyclés. En outre, le recyclage génère plusieurs avantages économiques, notamment la possibilité de créer des marchés de l’emploi et de stimuler la croissance.

Les matériaux recyclés courants comprennent le papier, les plastiques, le verre, l’aluminium, l’acier et le bois. En outre, de nombreux matériaux de construction peuvent être réutilisés, notamment le béton, les matériaux d’asphalte, la maçonnerie et l’acier d’armature. Les déchets végétaux « verts » sont souvent récupérés et immédiatement réutilisés pour des applications de paillage ou de fertilisation. De nombreuses industries récupèrent également divers sous-produits et/ou raffinent et « re-génèrent » des solvants pour les réutiliser. Parmi les exemples, citons la récupération du cuivre et du nickel dans les procédés de finition des métaux, la récupération des huiles, des graisses et des plastifiants par extraction au solvant à partir de milieux filtrants tels que le charbon actif et les argiles, et la récupération des acides par torréfaction, échange d’ions ou cristallisation. En outre, une gamme d’huiles alimentaires usagées est récupérée et utilisée dans des applications de « biodiesel ».

De nombreux exemples d’efforts de recyclage et de réutilisation réussis sont rencontrés chaque jour. Dans certains cas, les matériaux recyclés sont utilisés comme matières premières et sont fortement transformés en produits finis. Parmi les exemples courants, citons l’utilisation de vieux papiers pour la fabrication de nouveaux papiers, ou la transformation de vieilles canettes en aluminium en nouveaux produits en aluminium. Dans d’autres cas, les matériaux récupérés subissent peu ou pas de traitement avant leur réutilisation.

Certains exemples courants incluent l’utilisation de déchets d’arbres comme copeaux de bois, ou l’utilisation de briques et autres accessoires dans de nouvelles constructions structurelles. Dans tous les cas, le succès du recyclage dépend de l’efficacité de la collecte et du traitement des matières recyclables, des marchés pour la réutilisation (par exemple, la fabrication et/ou les applications qui utilisent des matériaux recyclés), et de l’acceptation et de la promotion par le public des produits recyclés et des applications utilisant des matériaux recyclés.

Traitement biologique

L’élimination en décharge des déchets contenant des fractions organiques importantes est de plus en plus découragée dans de nombreux pays, y compris les États-Unis. Ces pratiques d’élimination sont même interdites dans plusieurs pays européens. Comme la mise en décharge ne constitue pas une option de gestion attrayante, d’autres techniques ont été identifiées. Une option consiste à traiter les déchets de manière à ce que les matières biodégradables soient dégradées et que la fraction inorganique restante des déchets (appelée résidu) puisse être ultérieurement éliminée ou utilisée à des fins bénéfiques.

La biodégradation des déchets peut être réalisée en utilisant des méthodes de compostage aérobie, de digestion anaérobie ou de traitement biologique mécanique (TMB). Si la fraction organique peut être séparée des matières inorganiques, le compostage aérobie ou la digestion anaérobie peuvent être utilisés pour dégrader les déchets et les convertir en compost utilisable. Par exemple, les déchets organiques tels que les déchets alimentaires, les déchets de jardin et le fumier animal, qui sont composés de bactéries de dégradation naturelle, peuvent être convertis dans des conditions contrôlées en compost, qui peut ensuite être utilisé comme engrais naturel. Le compostage aérobie est réalisé en plaçant des proportions sélectionnées de déchets organiques dans des piles, des rangées ou des cuves, soit dans des conditions ouvertes, soit dans des bâtiments fermés équipés de systèmes de collecte et de traitement des gaz. Au cours du processus, des agents de gonflement tels que des copeaux de bois sont ajoutés aux déchets afin de favoriser la dégradation aérobie des matières organiques. Enfin, on laisse le matériau se stabiliser et mûrir au cours d’un processus de maturation où les agents pathogènes sont simultanément détruits. Les produits finaux du processus de compostage comprennent le dioxyde de carbone, l’eau et le matériau de compostage utilisable.

Le matériau de compostage peut être utilisé dans une variété d’applications. En plus de son utilisation comme amendement du sol pour la culture des plantes, le compost peut être utilisé pour assainir les sols, les eaux souterraines et les eaux pluviales. Le compostage peut demander beaucoup de travail, et la qualité du compost dépend fortement du contrôle adéquat du processus de compostage. Un contrôle inadéquat des conditions de fonctionnement peut aboutir à un compost impropre à des applications bénéfiques. Néanmoins, le compostage est de plus en plus populaire ; en 2009, le compostage a permis de détourner 82 millions de tonnes de déchets du flux de déchets des décharges, contre 15 millions de tonnes en 1980. Ce détournement a également empêché le rejet d’environ 178 millions de tonnes métriques de dioxyde de carbone en 2009 – une quantité équivalente aux émissions annuelles de dioxyde de carbone de 33 millions d’automobiles.

Dans certains cas, les processus aérobies ne sont pas réalisables. Comme alternative, les processus anaérobies peuvent être utilisés. La digestion anaérobie consiste à dégrader des déchets organiques mélangés ou triés dans des cuves dans des conditions anaérobies. Le processus de dégradation anaérobie produit une combinaison de méthane et de dioxyde de carbone (biogaz) et des résidus (biosolides). Le biogaz peut être utilisé pour le chauffage et la production d’électricité, tandis que les résidus peuvent être utilisés comme engrais et amendements de sol. La digestion anaérobie est un mode de dégradation privilégié pour les déchets humides, alors que le compostage est privilégié pour les déchets secs. L’avantage de la digestion anaérobie est la collecte de biogaz ; cette collecte et l’utilisation bénéfique qui en découle en font une alternative préférée à la mise en décharge des déchets. En outre, les déchets sont dégradés plus rapidement par la digestion anaérobie par rapport à l’élimination en décharge.

Une autre alternative de traitement des déchets, le traitement biologique mécanique (MBT), n’est pas courante aux États-Unis. Cependant, cette alternative est largement utilisée en Europe. Lors de la mise en œuvre de cette méthode, les déchets sont soumis à une combinaison d’opérations mécaniques et biologiques qui réduisent le volume par la dégradation des fractions organiques des déchets. Les opérations mécaniques telles que le tri, le déchiquetage et le broyage préparent les déchets à un traitement biologique ultérieur, consistant en un compostage aérobie ou une digestion anaérobie. Après les processus biologiques, la masse de déchets réduite peut être soumise à l’incinération.

Incinération

La dégradation des déchets ne produit pas seulement des produits finaux solides utiles (tels que le compost), les sous-produits de dégradation peuvent également être utilisés comme une source d’énergie bénéfique. Comme discuté ci-dessus, la digestion anaérobie des déchets peut générer du biogaz, qui peut être capturé et incorporé dans la production d’électricité. Les déchets peuvent également être directement incinérés pour produire de l’énergie. L’incinération consiste à brûler les déchets à très haute température pour produire de l’énergie électrique. Le sous-produit de l’incinération est la cendre, qui doit être correctement caractérisée avant d’être éliminée ou, dans certains cas, réutilisée de manière bénéfique. Elle est largement utilisée dans les pays développés en raison du manque d’espace dans les décharges. On estime qu’environ 130 millions de tonnes de déchets sont brûlés chaque année dans plus de 600 usines dans 35 pays. De plus, l’incinération est souvent utilisée pour atténuer efficacement les déchets dangereux tels que les hydrocarbures chlorés, les huiles, les solvants, les déchets médicaux et les pesticides.

Malgré les avantages, l’incinération est souvent perçue négativement en raison des coûts de construction initiaux élevés, et des émissions de cendres, qui sont toxiques (voir tableau ci-dessus). Actuellement, de nombreux systèmes de « nouvelle génération » font l’objet de recherches et de développement, et l’USEPA élabore de nouvelles réglementations pour surveiller attentivement les émissions atmosphériques des incinérateurs en vertu de la loi sur la pureté de l’air.

Élimination en décharge

Malgré les progrès de la réutilisation et du recyclage, l’élimination en décharge reste la principale méthode d’élimination des déchets aux États-Unis. Comme indiqué précédemment, le taux de production de déchets solides municipaux continue d’augmenter, mais la capacité globale des décharges diminue. Les nouvelles réglementations concernant l’élimination appropriée des déchets et l’utilisation de systèmes de revêtement innovants pour minimiser le potentiel de contamination des eaux souterraines par l’infiltration et la migration des lixiviats ont entraîné une augmentation substantielle des coûts d’élimination des décharges. En outre, l’opposition du public aux décharges continue de croître, partiellement inspirée par les souvenirs des pratiques historiques de déversement incontrôlé des effets secondaires indésirables qui en résultent, à savoir des vecteurs incontrôlés, des eaux souterraines contaminées, des odeurs non atténuées et une diminution ultérieure de la valeur des propriétés.

Figure 1 : Décharge moderne

Les décharges peuvent être conçues et autorisées à accepter des déchets dangereux conformément aux règlements du sous-titre C de la RCRA, ou elles peuvent être conçues et autorisées à accepter des déchets solides municipaux conformément aux règlements du sous-titre D de la RCRA. Quelle que soit leur désignation, les décharges sont des structures techniques composées de systèmes de revêtement de fond et de côté, de systèmes de collecte et d’élimination des lixiviats, de systèmes de couverture finale, de systèmes de collecte et d’élimination des gaz et de systèmes de surveillance des eaux souterraines. Le choix de l’emplacement, la conception et l’exploitation des décharges requièrent un processus d’autorisation approfondi. La surveillance postfermeture des décharges est aussi généralement requise pendant au moins 30 ans. En raison de leur conception, les déchets contenus dans les décharges sont dégradés en anaérobie. Pendant la dégradation, du biogaz est produit et collecté. Les systèmes de collecte empêchent la migration incontrôlée du gaz sous la surface et réduisent le risque d’explosion. Le gaz capté est souvent utilisé dans des installations de cogénération pour le chauffage ou la production d’électricité. De plus, à leur fermeture, de nombreuses décharges font l’objet d’un « recyclage des terres » et sont réaménagées en terrains de golf, en parcs de loisirs et en d’autres utilisations bénéfiques.

Les déchets existent généralement à l’état sec dans les décharges et, par conséquent, le taux de dégradation des déchets est généralement très lent. Ces taux de dégradation lents sont associés à des taux lents de tassement induit par la dégradation, ce qui peut à son tour compliquer ou réduire le potentiel de réutilisation bénéfique des terres en surface. Récemment, le concept de décharges à bioréacteurs a fait son apparition. Il implique la recirculation des lixiviats et/ou l’injection de certains liquides pour augmenter l’humidité des déchets, ce qui induit une dégradation rapide. L’augmentation des taux de dégradation augmente le taux de production de biogaz, ce qui augmente le potentiel de production d’énergie bénéfique à partir de la capture et de l’utilisation du biogaz.