Séchage solaire de CSR à l’unité de valorisation organique de Saint-Perdon

Article paru dans le Bioénergie International n°72 de mai 2021

Le site de l’Unité de Valorisation Organique de Saint-Perdon avant l’installation du séchoir solaire, photo DWE

Depuis 1995, l’Unité de Valorisation Organique de Saint-Perdon, située près de Mont-de-Marsan, gère les ordures ménagères résiduelles (OMR) pour en valoriser la matière organique dans une installation de traitement-mécano-biologique. Environ 22 000 tonnes y sont traitées chaque année en provenance de l’Est du département des Landes et partiellement de Gironde. De ces matières collectées, 9 000 tonnes constituent des refus de tri. De ces refus sont extraites les matières carbonées les plus grosses pour valorisation énergétique. C’est en renouvelant en 2019 le contrat d’exploitation de Dalkia Wastenergy pour l’exploitation de l’UVO, que le SICTOM du Marsan a donné son feu vert au projet de construction d’une centrale thermovoltaïque destinée au séchage de Combustibles Solides de Récupération (CSR).

Les processus de préparation des CSR à Saint-Perdon

Les OMR traitées sur le site de Saint-Perdon sont triées à l’aide des processus de l’usine. Malgré les efforts du SICTOM du Marsan pour réduire l’entrant (distribution de composteurs, sensibilisation et points de collecte revus), la directive déchets de 2018 demande une valorisation plus poussée des OMR. Pour cela, la part de refus de l’usine se doit d’être réduite et de trouver des nouvelles filières de valorisation.

Synoptique de l’Unité de Valorisation Organique de Saint-Perdon – Cliquer sur l’image pour l’agrandir.

À Saint-Perdon, l’UVO opère en premier lieu une série de tris des OMR pour en sortir la matière organique à valoriser en compost agricole (9 000 tonnes en NFU-44051), pour séparer les inertes à valoriser en travaux publics, les ferrailles qui sont valorisées en Espagne et enfin pour isoler la partie combustible, constituée en majorité de morceaux souillés de plastique, plus un peu de bois et de papier. La chaîne de tri des combustibles est ici calibrée avec une maille de 50 mm pour sélectionner la plus belle fraction (> 50 mm) en CSR à haut PCI, soit environ 2000 tonnes par an. Une seconde maille de 10 mm sélectionne la fraction 10 à 50 mm dite à bas PCI, qui est envoyée au centre d’incinération de Pontenx-les-Forges (4000 tonnes par an). C’est pour rendre ces 6000 tonnes plus compatibles à la combustion, qu’elles sont séchées. Elles ne constituent pourtant à ce stade que des pré-CSR car leurs dimensions restent encore très hétérogènes. C’est pour cela qu’ils sont ensuite repris par l’entreprise Péna qui les affine en CSR normalisés. Leur destination finale est un four de cimenterie en Gironde, dont le cahier des charges est d’être alimentés par des CSR présentant moins de 20 % d’humidité.

Le tambour de traitement-mécano-biologique de l’UVO de Saint-Perdon photo Gauthier Spagnoli – DWE

Cet investissement dans un séchoir alimenté en énergie renouvelable va donc permettre à l’exploitant de l’UVO de sécher plus efficacement les refus de tri afin qu’ils puissent ensuite donner le maximum de leur énergie dans les fours cimentiers ou dans les chaufferies à CSR. La substitution de combustibles fossiles par des CSR est en effet intéressante pour décarboner les activités industrielles. Par exemple, la valorisation d’une tonne de CSR peut substituer jusqu’à 670 kg de charbon et ainsi éviter l’émission de 900 kg de CO2.

L’autre gros avantage à sécher les CSR, c’est aussi bien sûr pour l’exploitant de l’UVO la possibilité d’en réduire le tonnage et donc les frais d’élimination payés à la tonne.

Le procédé de séchage

Jusqu’à présent à Saint-Perdon, les refus combustibles étaient entreposés dans un bâtiment semi-ouvert où un séchage était assuré par un système aéraulique. Cet équipement était composé de ventilateurs insufflant de l’air extérieur dans des caniveaux à grilles perforées et disposés dans le sol du bâtiment accueillant les déchets.

Le séchoir de CSR de Saint-Perdon, photo Gauthier Spagnoli – DWE

Le nouveau séchoir solaire thermovoltaïque, mis en service en février 2021, permet d’améliorer l’efficacité de l’opération en augmentant la température de l’air soufflé et donc en améliorant la capacité d’évaporation de l’eau contenue dans les déchets. Par rapport au dispositif antérieur, la nouvelle installation présente également l’avantage de moins dépendre des conditions météorologiques.

En pratique, l’air de soufflage doit dorénavant passer au préalable dans la toiture à double peau du bâtiment pour se réchauffer. Ce réchauffage est assuré par des capteurs solaires photovoltaïques, qui en plus de produire de l’électricité, réchauffent l’air qui circule sous eux. Le promoteur de ce système ingénieux, la société BASE, appelle cela le thermovoltaïque. Cette solution permet de cogénérer deux énergies avec les mêmes panneaux, ce qui en plus améliore le rendement de production électrique, en refroidissant les capteurs surchauffés.

Le bâtiment de séchage de CSR de Saint-Perdon, photo Gauthier Spagnoli – DWE

Ces panneaux dénommés Cogen’Air ont la capacité d’augmenter la température de l’air extérieur de 5 à 15 °C, dès que le soleil se lève. En se réchauffant, le taux d’humidité de l’air chute fortement permettant d’atteindre un taux inférieur à 40 % d’humidité relative, voire jusqu’à 20 % et la capacité évaporatoire de l’air est améliorée. Ici utilisé pour le séchage de déchets, ce principe trouve également de nombreuses applications dans le séchage d’autres matières humides comme le bois-énergie, le fourrage ou d’autres productions agricoles.

Pour BASE, cette installation est la première dans le domaine des déchets ménagers. À Saint-Perdon, l’entreprise a installé 126 panneaux de 300 Wc sur la toiture du bâtiment existant (216 m²), pour une capacité de production électrique de 38 kWc. La capacité de production thermique maximale est quant à elle de 94 kWc, une production qui est perdue dans les installations photovoltaïques classiques. Précisément, la mission de ce séchoir-centrale PV est de faire descendre l’humidité des déchets de 30-35 à 18 % pour respecter le cahier des charges des contrats en cours avec Péna et les cimentiers.

BASE a également dimensionné, via son bureau d’études, et fourni deux nouveaux ventilateurs qui insufflent une quantité d’air plus importante (jusqu’à 60 000 m³/h) et à une pression plus forte (2 200 Pa) que l’installation précédente. Et pour une meilleure efficacité, les caniveaux de soufflage, tels qu’on en voit dans les compostières, ont été remplacés par un soufflage sous la totalité du plancher utile du bâtiment. Ce plancher carrossable de 170 m² est équipé de grilles à pontets positionnées à 30 cm au-dessus du sous-sol.

Les deux ventilateurs du séchoir solaire des Saint-Perdon, photo Gauthier Spagnoli – DWE

Le séchage est géré en trois andains qui restent sur la surface de séchage une semaine. Ces andains sont manipulés par roulement du mardi au jeudi : ils sont chacun leur tour vidés pour le chargement des camions, puis ré-emplis le jour-même, afin de maintenir la surface de séchage constamment couverte. Le tas est monté sur une hauteur moyenne de 2,5 mètres et n’est pas remué jusqu’à son évacuation. Ce sont ainsi en moyenne 120 tonnes de produits entrant qui sont séchées chaque semaine.

Les ventilateurs sont gérés par une régulation intelligente et programmable qui ne les met en fonctionnement que lorsque les caractéristiques de l’air réchauffé par les panneaux sont favorables au séchage, selon hygrométrie et température.

La rentabilité économique

L’investissement dans la centrale solaire représente 580 000 € HT et a bénéficié de 96 000 € de subvention. L’économie d’exploitation résultant des bénéfices apportés par l’installation permet ici un temps de retour brut sur investissement de moins de huit ans. Cette économie résulte de deux postes : l’autoconsommation électrique dans une moindre mesure mais surtout la baisse des tonnages de déchets à éliminer.

Les panneaux thermovoltaïques de Saint-Perdon, photo DWE

La production électrique annuelle prévisionnelle de la centrale est de 43 MWh. Cela contribuera à assurer un peu plus de 5 % de la consommation totale du site, avec en priorité l’alimentation du tambour de tri et les ventilateurs de séchage (37 + 22 kW).

La contribution principale à l’économie du projet vient de la production thermique qui sera de 105 MWh par an. Elle permettra l’évaporation de 820 tonnes d’eau par an, des tonnes qui auparavant étaient envoyées soit à l’incinérateur soit à l’enfouissement. Pour avoir un ordre de grandeur, les redevances de cession des produits se montent localement à environ 80 €/tonne pour la solution incinération et 110 € pour la solution enfouissement. Cela représente donc grossièrement une économie annuelle d’exploitation comprise entre 65 et 90 k€ selon la filière d’élimination évitée, juste pour ce poste de charges. Enfin sur ce même sujet du tonnage, les augmentations attendues de la TGAP et du prix de l’enfouissement pourraient encore améliorer la rentabilité de cet investissement.

Les nouvelles grilles à pontets installées en plancher du séchoir de l’UVO de Saint-Perdon, photo Gauthier Spagnoli – DWE

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