Identification et évaluation des différents types et niveaux des contaminants chimiques dans le bois recyclé

Identification and assessment of types and levels of chemical contamination in recycled wood

• Auteur / Autrice : Mohamed Amine Bouslamti
• Direction : Mark Irle
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science pour l'ingénieur
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : École supérieure du bois (Nantes) - Université de Nantes (1962-2021)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polluants

Métaux lourds

Bois -- Déchets -- Recyclage

Mots clés libres

Analyse multivariée (MVA)

Résumé

La première partie de ce travail est l’étude de la disponibilité et de l’utilisation des ressources de bois recyclé. 16millons de tonnes de résidus de bois sont récupérés chaque année dans les entreprises ou les points de collectes (déchèteries). Seuls moins de 14% de cette matière première sont recyclés, en partie en raison d’un tri insuffisamment sélectif car souvent uniquement visuel. En effet les règlementations imposent le rejet de certaines ressources en raison de contaminations, volontaires ou involontaires, par des produits de préservation, peintures, etc. Il est évident que l’augmentation de la valorisation des déchets bois passe par une analyse systématique des niveaux de contaminants chimiques. Les Normes Européennes DD CEN/TS 14778-1 et DD CEN/TS 14780 :2005 décrivent des protocoles de réduction d’un gisement de bois recyclé de plusieurs centaines de tonnes à un échantillon représentatif de l’ordre de quelques dizaines de kilogrammes. Une étape de broyage est ensuite nécessaire afin de réduire les tailles moyennes des particules d’une dizaine de centimètre jusqu’à une limite supérieure de 500 µm pour extraire les produits chimiques et en mesurer les concentrations. Cette étape de préparation et d’analyse est relativement couteuse car réalisée sur plus d’une dizaine de kilogrammes L’élaboration d’un protocole robuste d’analyse de cet échantillon est donc importante. La méthodologie retenue a consisté à simuler un échantillon de bois recyclé à partir d’un mélange de particules propres et imprégnées (traitement de préservation par des sels métalliques) de répartition granulométrique connue, et à appliquer différents protocoles de prélèvement et d’extraction. L’analyse chimique a également fait l’objet de comparaison de méthodes et d’analyses statistiques. Si des techniques classiques d’analyse en solution (ICP-AES et AAS) ont été retenues pour l’élaboration du protocole, une étude par spectroscopie proche infra-rouge à transformée de Fourrier (SPIR-TF) a été étudiée afin de promouvoir une technologie plus rapide et potentiellement non destructive. Une méthode d’analyse statistique multivariée des spectres proche infrarouge a mis en évidence la discrimination entre des bois traités avec des produits organiques et des sels métalliques mais aussi entre les sels eux même. Les niveaux de contamination, en particulier des sels de cuivre, sont évalués par modélisation et comparaison avec une base de données spectrale d’échantillons contaminés connus (modèle PLS).

The first part of this thesis is a market study of the availability of recycled wood. Each year, in France, 16 million tons of wood waste are collected by specialist companies and waste reception centres. Less than 14% of this is recycled, partially because regulations do not allow highly contaminated wood resources and also because of inadequate sorting techniques, which are often limited to visual assessment. Clearly, recycled wood should be analysed chemically. European standards DD CEN/TS 14778-1:2005 and DD CEN/TS 14780:2005 describe how to obtain samples weighing tens of kg from stockpiles of hundreds of tons. The particles in the sample, often with a top size of several centimetres, must be ground to a fine flour of less than 500 µm. It is impractical to grind the whole sample and so a robust protocol which permits sub-sampling without introducing bias is necessary. A model sample of recycled wood was created using clean particles impregnated with different metals. Different sub-sampling protocols were applied to this model. The samples were analysed chemically in order to see differences via statistical analysis. Standard wet chemistry methods and analyses (ICP-AES and AAS) were used to measure metal contents. In addition, a potentially non-destructive technique based on Fourier Transform Near Infrared Spectroscopy (FT-NIRS) was used to characterize and to predict the presence of metals in wood samples. Multivariate statistical techniques permit the discrimination between particles containing different metals or organic preservatives. It is demonstrated that the level of contamination, particularly with copper slats, can be determined by comparing observations with a database of spectra obtained from known samples (PLS modelling).