Analyse et modélisation des transferts de masse et de chaleur au sein des décharges d'ordures ménagères

Abstract

En considérant les décharges d'ordures ménagères comme des milieux poreux réactifs, nous nous sommes intéressés aux transferts couplés de masse et de chaleur qui s'y développent, pour tenter d'expliquer les interactions entre les processus physiques, thermiques et biochimiques qui gouvernent la biodégradation des déchets. Un casier de décharge a été instrumenté pour mesurer les évolutions spatiales et temporelles de la température, de la pression et de la composition chimique du biogaz dans les déchets. Les propriétés des déchets (composition, humidité, perméabilité, conductivité thermique...) ont également été caractérisées. Parallèlement, deux pilotes de 300 litres contenant un déchet modèle, ont été mis en oeuvre en laboratoire pour reproduire en milieu contrôlé les comportements observés sur site. Le second réacteur a été conçu pour étudier plus particulièrement la phase aérobie. Cette approche expérimentale à deux échelles a fourni des résultats originaux concernant les principaux mécanismes et les temps caractéristiques des transferts thermiques et massiques au cours de la biodégradation. Elle a en particulier montré l'influence importante de la phase aérobie sur l'établissement ultérieur de champs thermiques uniformes et d'un régime de méthanogénèse stable. Une modélisation des transferts couplés d'oxygène et de chaleur au sein des décharges d'ordures ménagères a donc été développée. Le modèle numérique a été appliqué à la prévision du comportement thermique des déchets en fonction de certains paramètres liés au mode d'exploitation des sites. Des premières recommandations pour accélérer la production de méthane dans les décharges ont ainsi pu être proposées. ABSTRACT : Waste biodegradation results from microbial, physical and thermal mechanisms. In order to improve knowledge on these interdependent phenomena, we studied coupled heat and mass transfers in sanitary landfills, considered as reactive porous media. Probes were placed in a landfill to monitor the spatial and temporal evolutions of temperature, pressure and biogaz chemical composition in refuses. Waste properties (composition, moisture, permeability, thermal conductivity...) were also characterised. At the same time, two experimental reactors of 300 litters, filled with a model waste, were achieved to simulate in laboratory the main behaviours observed in landfills. The second one was especially performed to study the aerobic phase of waste decomposition. These two-scales experimental studies gave some interesting results about mechanisms and characteristic times of heat and mass transfers during biodegradation. They particularly highlighted the important role of aerobic digestion on the future establishment of thermal fields and methanogenesis. A modelling of coupled oxygen and heat transfers in landfills was then proposed. The numerical model was applied to predict thermal behaviour of refuses according to several parameters linked to landfilling techniques. Some ways were thus suggested to accelerate methane production in sanitary landfills