Poste de doctorat pour « Etude d’évaluation de la conversion d’une incinération de déchets industriels vers un procédé d’oxy-combustion : évaluation énergétique et environnementale, modélisation numérique et analyse de viabilité économique » – Programme MSCA Cofund SEED

Lorsque la réutilisation, le recyclage ou la valorisation matière ne sont pas possibles, l’incinération est la solution technique pour valoriser l’énergie des déchets, combinant production d’électricité et de chaleur. Heureusement, l’impact sanitaire et environnemental des fumées d’incinération est drastiquement réduit grâce à un procédé de traitement des particules et des gaz garantissant une limite d’émission de polluants conforme à la réglementation. Il n’existe cependant aucune limite réglementaire pour les émissions de dioxyde de carbone (CO2) provenant de l’incinération des déchets, malgré son impact bien établi sur le climat. Cela est dû à la faible teneur en CO2 provenant des gaz de combustion, environ 8 %, limitant le développement de la technologie de captage du CO2 dans cette industrie.

Dans le procédé Oxy-combustion, les fours reçoivent un mélange d’air synthétique constitué exclusivement d’oxygène, enrichi en CO2. Cela conduit à une diminution significative des émissions de polluants nocifs tels que les NOx tout en produisant des fumées suralimentées à forte teneur en CO2 (environ 90 %), rendant le procédé plus attractif pour le captage et la valorisation du CO2. L’oxy-combustion réduit également la consommation d’énergie nécessaire au traitement thermique des déchets en éliminant le lest d’azote apporté par l’air de combustion.

L’objectif de cette thèse est d’étudier, en utilisant une approche combinée de modélisation numérique et d’analyse technico-économique, la conversion d’une usine d’incinération conventionnelle existante vers une fonctionnalité d’oxy-combustion afin d’améliorer les performances énergétiques et de réduire l’impact environnemental. Le périmètre de la thèse inclut donc toute la modélisation du procédé, l’étape de filtration de l’air (séparation de l’azote et de l’oxygène de l’air) pour alimenter le four, et les différents scénarios possibles de captage et de valorisation du CO2 biogénique récupéré. L’analyse prendra en compte les perspectives techniques et économiques.

L’objectif primordial est de minimiser l’impact environnemental de l’incinération des déchets grâce à une stratégie de décarbonation. Il s’agit de lever les barrières scientifiques et techniques en améliorant la compréhension des réactions de conversion thermochimique se déroulant dans le four. Il s’agit également d’étudier les différents paramètres de fonctionnement issus de la modélisation de l’usine comme l’influence de la conversion du four en oxy-combustion sur les émissions polluantes et sur l’énergie disponible pour la récupération. Outre la gestion des fumées à forte teneur en CO2 de 90 %, une autre préoccupation est de maintenir le contrôle de la température afin d’atténuer les conséquences potentielles sur la capacité de traitement des déchets et leur nature chimique.

Par ailleurs, pour alimenter et/ou valider le modèle numérique, des campagnes de mesures seront menées sur l’usine existante, complétant les données opérationnelles disponibles, pour quantifier avec précision les émissions de particules et de gaz en différents points de l’usine.

La méthodologie mise en œuvre s’appuie sur une simulation dynamique à l’échelle du procédé à l’aide d’un outil de modélisation, dans le but de développer un jumeau numérique de l’usine. Le logiciel considéré pour cette étude est ASPEN Plus (Advanced System for Process Engineering). L’usine d’incinération Trédi Salaise 3 (groupe Séché Environnement), située au sud de Lyon, est envisagée comme cas d’étude. Ainsi, toutes les données nécessaires à la modélisation de l’usine seront fournies par le partenaire Trédi et collectées par le doctorant lors des visites de l’usine.