VOLET 1 · CÔTÉ EAULa chimie de l'eau et de la vapeur
Une chaudière ne consomme pas d'eau : elle la concentre. Tout ce qui entre avec l'eau d'alimentation et ne part pas avec la vapeur reste dans le ballon et s'accumule. Toute la chimie de l'eau tient dans cette phrase — et dans les trois dégâts qu'elle provoque si on la laisse faire : l'entartrage, la corrosion et l'entraînement.
Les trois dégâts, et leur cause chimique
| Dégât | Cause | Ce qu'on surveille | Parade |
|---|---|---|---|
| Entartrage | Calcium et magnésium précipitent en carbonates et silicates sur les tubes les plus chauds | TH, silice, Fe | Adoucissement, osmose, phosphates |
| Corrosion | Oxygène dissous, CO₂ dissous, pH trop bas ou trop haut | O₂, pH, Fe, Cu | Dégazage thermique, réducteur, alcalinisant |
| Entraînement | Eau trop chargée en sels : la vapeur emporte des gouttelettes (primage), qui encrassent la turbine | Conductivité, silice, mousse | Purge de déconcentration |
Les réactions à connaître
Simulateur 1 · Déconcentration
La purge règle le niveau de concentration du ballon. Trop faible, on entraîne et on entartre ; trop forte, on jette de l'eau traitée et de l'énergie. Déplacez les curseurs.
Simulateur 2 · Fenêtre de pH et oxygène
Le même métal, trois comportements selon le pH. Promenez le curseur et regardez ce que devient la couche de magnétite.
VOLET 2 · CÔTÉ FEULa chimie des fumées
Le four ne fabrique pas les polluants : il les révèle. Tout ce qui sort à la cheminée était déjà dans la benne, sous une autre forme. Le chlore du PVC devient HCl, le soufre des plâtres et des pneus devient SO₂, l'azote des protéines devient NOx. La conduite ne change pas la composition du déchet — elle change la part qui se transforme en polluant, et celle qu'on pourra capter ensuite.
Du déchet à la fumée
| Dans le déchet | Devient | Origine typique | Traité par |
|---|---|---|---|
| C, H | CO₂, H₂O | toute matière organique | — |
| Cl | HCl | PVC, sels, papiers couchés | Neutralisation sèche |
| S | SO₂ | plâtre, caoutchouc, textiles | Neutralisation sèche |
| F | HF | plastiques fluorés | Neutralisation sèche |
| N | NOx (NO puis NO₂) | matière organique azotée | SNCR / SCR |
| Métaux volatils | vapeurs de Hg, Cd, Tl | piles, thermomètres, pigments | Charbon actif + filtre |
| Métaux lourds | particules | ferrailles, pigments | Filtre à manches |
| Imbrûlés | CO, COT, suies | combustion incomplète | Conduite du four |
Le parcours thermique, et ce qui se joue à chaque palier
Les dioxines : pourquoi elles reviennent après le four
Détruites à 850 °C, elles se reforment en aval. Sur les cendres volantes, en présence de chlore, de carbone imbrûlé et de cuivre qui joue le catalyseur, les molécules se reconstruisent entre 450 et 250 °C : c'est la synthèse de novo. D'où trois parades complémentaires, qui ne se remplacent pas.
Pourquoi tout est ramené à 11 % d'O₂
Diluer les fumées avec de l'air en excès ferait baisser toutes les concentrations sans rien enlever à la pollution émise. La correction supprime cette tricherie involontaire : on ramène chaque mesure à une teneur de référence commune.
Simulateur 3 · Du déchet aux fumées brutes
Composition du déchet et conduite du four d'un côté, fumées brutes de l'autre. Ordres de grandeur pédagogiques, calculés par les corrélations de Rosin — pas un modèle de conduite. Le PCI est donné en mégajoules, l'unité des bilans et du R1, avec son équivalent en kilocalories, celle des contrats déchets : une ordure ménagère courante se situe entre 2 000 et 2 600 kcal/kg.
VOLET 3 · NEUTRALISATION SÈCHELa chimie des filtres à manches
Un filtre à manches n'est pas un dépoussiéreur auquel on aurait ajouté un réactif. C'est un réacteur chimique dont le garnissage se reconstruit en permanence : le gâteau déposé sur le tissu capte les acides pendant que les fumées le traversent. Sur la ligne, ils sont deux en série, et les résidus du second repartent en tête — ce qui change complètement l'économie du procédé.
Les deux produits injectés
| Produit | Nature | Rôle | Ce qu'il devient |
|---|---|---|---|
| Bicarbonate XP | Bicarbonate de sodium NaHCO₃ | Neutralise les acides : HCl, SO₂, HF | NaCl, Na₂SO₄, NaF dans le REFIOM |
| Adsorbant technique XQ | Adsorbant carboné | Piège par adsorption le mercure et les dioxines | Chargé en polluants, part au REFIOM |
La ligne, telle qu'elle est montée
Pourquoi deux étages, et pourquoi recirculer
Le premier filtre fait le gros du travail dans des conditions difficiles : HCl élevé, poussières nombreuses, réactif partiellement usé. Le second travaille sur des fumées déjà propres, avec du réactif frais : c'est là que se gagnent les derniers milligrammes, ceux qui séparent 80 de 10 mg/Nm³. Chercher à tout faire en un seul étage obligerait à un excès de réactif considérable, pour un résultat moins stable.
Quant à la recirculation, elle répare un gaspillage : les résidus du FAM 2 contiennent beaucoup de bicarbonate qui n'a jamais rencontré d'acide, puisqu'il n'en restait presque plus à traiter. Les renvoyer en tête, là où le HCl est à son maximum, leur donne une seconde chance. C'est ce qui permet de descendre le facteur stœchiométrique global sans perdre en performance.
Les réactions
Lire la perte de charge
| Observation | Lecture chimique | Risque |
|---|---|---|
| Δp qui monte lentement | le gâteau s'épaissit normalement | aucun, c'est le fonctionnement |
| Δp qui s'effondre | décolmatage trop fréquent ou manche percée | plus de gâteau, donc plus de réacteur : le HCl passe |
| Δp du FAM 1 qui dérive à la hausse | recirculation trop chargée en inertes | usure des manches, décolmatages à répétition |
| Δp qui monte vite et ne redescend pas | colmatage irréversible, condensation acide | manches à changer |
| HCl qui monte à dosage constant | XP désactivé, trop froid, ou gâteau insuffisant | dépassement de VLE |
Simulateur 4 · Dosage sur deux étages avec recirculation
Réglez l'abattage du premier filtre, le taux de recirculation et la température. Le calcul donne le HCl intermédiaire, la consommation de XP frais, ce que la recirculation fait économiser, et les résidus à évacuer.
VOLET 4 · RÉDUCTION DES NOxLa chimie du DeNOx
Les NOx sont les seuls polluants qu'on ne capte pas : on les détruit. Toutes les autres étapes transfèrent la pollution des fumées vers un résidu solide ; ici, la molécule est renvoyée à l'état d'azote et d'eau. Le prix à payer est un réactif azoté en excès — et tout l'art consiste à n'en mettre ni trop peu, ni trop.
D'où viennent les NOx d'une UVE
En incinération de déchets, le NOx est à plus de 80 % d'origine combustible : l'azote contenu dans la matière organique s'oxyde dès le lit. Le NOx thermique, celui qui naît de l'azote de l'air, demande plus de 1 300 °C et reste marginal — c'est l'inverse d'un brûleur de chaudière classique. Conséquence directe : on ne règle pas les NOx en jouant sur la flamme, mais par l'étagement de l'air, la recirculation des fumées, puis par le traitement chimique.
Les réactions
SNCR et SCR : deux philosophies
| SNCR — sans catalyseur | SCR — avec catalyseur | |
|---|---|---|
| Où | dans le four, au-dessus de la grille | en aval, après le filtre |
| Fenêtre | 850 à 1 050 °C | 180 à 400 °C |
| Catalyseur | aucun | V₂O₅ – WO₃ sur TiO₂ |
| Rendement | 40 à 65 % | 80 à 95 % |
| Réactif | beaucoup, α de 1,5 à 2,5 | peu, α de 1,0 à 1,1 |
| Fuite d'NH₃ | élevée, difficile à maîtriser | faible, quelques mg/Nm³ |
| Sous-produit | N₂O avec l'urée | négligeable |
| Faiblesse | fenêtre qui se déplace avec la charge | empoisonnement et colmatage, réchauffage à payer |
Simulateur 5 · Fenêtre de température et réglage de l'α
Choisissez le procédé, la température d'injection et le rapport α. Observez où le rendement s'effondre, et à partir de quand le slip part.
Ce qui tue un catalyseur
| Mécanisme | Agent | Signe en conduite |
|---|---|---|
| Empoisonnement chimique | sodium, potassium, arsenic, phosphore | rendement qui baisse lentement, α qu'il faut monter |
| Colmatage | bisulfate d'ammonium, poussières fines | perte de charge qui monte à travers le lit |
| Masquage | sels de calcium, résidus de réactif | même effet, réversible par soufflage |
| Frittage thermique | surchauffe durable au-delà de ~450 °C | perte irréversible d'activité |
| Érosion | cendres abrasives à vitesse élevée | canaux ouverts, by-pass du gaz |
POUR FINIRQuiz — douze questions
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