Incidences sur l'environnement

Le biogaz : origine et composition.

La majorité du biogaz produit vient du processus anaérobie qui est très complexe et qui dépend de nombreux paramètres. Notons que 90% de la production de méthane d'une décharge se fait au départ de la cellulose contenue dans les papiers, cartons, bois, etc. La dégradation est toutefois incomplète et limitée à environ 75%. (Gendebien, 1992)

La composition du biogaz est très variable et dépend notamment de :

- l'âge de la décharge
- les conditions de mise en décharge (compactage)
- la composition des déchets

Tableau3 : concentration (%) dans le biogaz (SPAQUE, 1991 & D.P.E. 1998; Gendebien, 1992)

Le Tableau3 reprend les principaux constituants du biogaz produit dans une décharge et donne les concentrations mesurées dans différents sites européens ainsi que les valeurs extrêmes rencontrées.

Le méthane, CH₄, et le gaz carbonique, CO₂, sont les deux produits majeurs de la méthanogénèse, étape finale et la plus longue du processus anaérobie.

Le monoxyde de carbone, CO, vient de la dégradation biologique des déchets et est aussi produit lors de combustions réalisées en défaut d'oxygène.

L'oxygène, O₂, et l'azote, N₂, ne sont présents que s'il y a infiltration d'air frais dans le cœur de la décharge.

L'origine du sulfure d'hydrogène, H₂S, s'explique par la présence simultanée de sulfate (provenant notamment des déchets de construction) et de bactéries sulfato-réductrices. Ces dernières travaillent en compétition avec les bactéries méthanogènes.

Outre ces composants majeurs il existe une multitude de substances organiques à l'état de traces. La nature de ces produits est très variée : aldéhydes, cétones, alcools, composés aromatiques, composés halogénés et composés organo-sulfurés.

Les origines de ces substances sont les dégradations biologique et chimique des déchets ainsi que le relargage de gaz provenant de la mise en décharge de déchets les contenant : frigos, solvants, aérosols, etc. Leur part dans la production de biogaz est faible et leurs proportions relatives sont très variables.

Le biogaz : risques environnementaux et sanitaires.

Les risques liés au biogaz peuvent être classés de la façon suivante :

- risques pour les humains
         toxicité des substances
         asphyxie
         explosion – incendies
- risques de pollution de l'atmosphère
         effet de serre
         smog

Le smog

Le smog résulte de la réaction entre des composés organiques volatils, des oxydes d'azote et l'oxygène sous l'effet du rayonnement solaire. Cet ensemble complexe de réaction conduit à la formation d'ozone troposphérique, O₃, qui provoque entre autres des irritations au niveau des voies respiratoires et des yeux.

L'effet de serre

Figure4 : effet de serre (DGRNE, 1998¹)

L'effet de serre est un phénomène qui provoque le réchauffement de la planète en emprisonnant dans l'atmosphère la chaleur fournie par le soleil (1). Les radiations émises par la terre sont absorbées par les gaz à effet de serre (3), ce qui provoque un réchauffement global de l'atmosphère et une réémission de radiation vers la terre qui, à son tour, se réchauffe.

Tableau 4 : Normes et recommandations pour les concentrations respirables dans l'air (NIOSH, 1998 ; Gendebien, 1992)

	Exposition continue				exposition à court terme
	TWA				IDLH	STEL
SUBSTANCE	Belgique	ACGIH TLV	OSHA PEL	NIOSH	NIOSH	ACGIH OSHA	CONCENTRATION DANS LE GAZ		CONVERSION
	ppm	ppm	ppm	ppm	ppm	ppm	moyenne (ppm)	maximum (ppm)	1 ppm = ? mg/m³
CH4	asphyxiant						6E5 (60%)	850000
CO2	5000	5000	5000	5000	40000	30000	4E5 (40%)	880000	1,8
CO	50	25	50	35	1200	200-400	10	30000	1,15
H2S		10	10		100	10-20	10	70	1,4
Benzène	10	10	10	0,1	500	1	composés en trace 10000-20000 (1%-2%)	35	3,19
Toluène	100	50	200	100	500	150-300		125	3,77
Xylènes	100	100	100	100	900	150		110	4,34
chloroéthylène	5	5	5		lowest			100	2,56
H2	asphyxiant							36000
O2	si <10% : dégâts au cerveau ; si <16% : respiration augmente ; idéal : >18% à P atmosphérique							2,1E5 (21%)
N2	asphyxiant							7,9E5 (79%)
ACGIH:	American Conference of Gouvernemental Industrial Hygienists					PEL:	Permissible Exposure Limit
NIOSH:	National Institute for Occupational Safety and Health					TWA:	Time -Weighted Average
OSHA:	Occupational Safety and Health Administration					TLV:	Threshold Limit Value
IDLH:	Immediately Dangerous to Life or Health concentration value					mg/m³:	milligramme par mètre cube d'air
STEL:	Short -Term Exposure Limit					ppm:	parts par million de parts d'air (en volume)

L'impact des différents gaz sur ce phénomène dépend de leur concentration et de leur pouvoir absorbant mais il est important de remarquer que les deux constituants principaux du biogaz, CH₄ et CO₂, sont des gaz à effet de serre très actifs.

Nous pouvons estimer que le méthane est responsable à lui seul de 20% de l'augmentation de température lors des 10 dernières années. Si nous considérons que 5 à 10% des émissions de méthane dans l'atmosphère proviennent des décharges et que cette proportion risque d'augmenter, il devient essentiel d'envisager une gestion efficace du biogaz (Gendebien, 92).

Les conséquences du réchauffement de la planète ne sont pas bien définies. Il faut toutefois envisager des effets sur les productions agricoles et sur les réserves d'eau ainsi qu'une éventuelle montée des océans.

Explosion - incendie

Les risques d'explosion et d'incendie sont principalement dus à la grande proportion de méthane dans le biogaz. Son domaine d'explosivité se situe entre 5% et 15% de CH₄ dans l'air. Au-dessus de 15% il s'enflamme mais n'explose pas. Des substances telles que CO, H₂S, H₂, C₆H₆ sont aussi inflammables.

Le risque est majeur sur une décharge mais une explosion peut aussi se produire à proximité de cette dernière. En effet, après infiltration dans le sol, le biogaz peut être émis à distance et s'accumuler dans les habitations, ce qui représente un danger et peut provoquer de graves dégâts.

L'asphyxie

Le biogaz peut provoquer l'asphyxie des êtres vivants par déplacement de l'oxygène dans l'air. Cependant ce risque n'est à prendre en compte que dans les endroits confinés tels que maisons, cabanes, caves, puits, etc.

Toxicité des substances

Dans le biogaz il existe une multitude de substances qui, même si elles ne sont présentes qu'en faible quantité, peuvent être dangereuses pour la santé. Le Tableau 4 en reprend quelques-unes, leur concentration dans le biogaz et les valeurs d'exposition permises, qui sont de deux types.

D'une part, les valeurs d'exposition continue, TWA (Time Weighted Average) qui sont les concentrations maximales auxquelles presque tous les travailleurs peuvent être exposés jour après jour, 8h par jour, 40h par semaine, sans avoir de conséquence pour la santé.

D'autre part les valeurs d'exposition à court terme, STEL (Short Term Exposure Limit) et IDLH (Immediately Dangerous to Life or Health), qui sont les concentrations maximales permises auxquelles les travailleurs peuvent être exposés pendant une courte période (15 minutes) sans avoir de conséquence irréversible pour leur santé et sans les empêcher de sortir par eux-mêmes de la zone exposée. Bien qu'une certaine durée d'exposition soit prévue pour ces normes, il est conseillé de sortir au plus vite.

Remarquons enfin que ces valeurs sont soit des recommandations (NIOSH) soit des normes légales (OSHA, Belgique).

Le méthane est incolore, CH₄, inodore, et non toxique. Il peut cependant provoquer des asphyxies en prenant la place de l'oxygène dans l'air.

Le gaz carbonique, CO₂, est un produit incolore, inodore et non-inflammable. A forte concentration, il provoque des malaises et des maux de tête et il a une influence sur le rythme cardiaque et sur la pression sanguine. Il joue également le rôle d'asphyxiant en prenant la place de l'oxygène dans l'air.

Le monoxyde de carbone, CO, est un gaz très toxique. Il provoque à très faible concentration des symptômes allant du mal de tête à la perte de connaissance. Il doit être pris très au sérieux car il peut entraîner la mort.

Le sulfure d'hydrogène, H₂S, est un gaz très toxique et inflammable. Il possède une odeur caractéristique d'œuf pourri. Les symptômes provoqués les plus courants sont maux de tête, vertiges, confusion et douleurs de poitrines. Respirer du sulfure d'hydrogène peut entraîner la mort.

Le benzène, C₆H₆, est une substance inflammable et très toxique. Il provoque des malaises allant jusqu'à la perte de conscience. Les travailleurs exposés peuvent ressentir des maux de têtes, des nausées et même avoir des convulsions. Le benzène est cancérigène.

Le toluène, C₆H₅CH₃, et les xylènes, C₆H₄(CH₃)₂, présentent les mêmes symptômes que le benzène mais ne semblent pas cancérigènes. Ce sont des substances inflammables.

Le chloroéthylène, C₂H₃Cl, est très inflammable et très toxique. Outre les symptômes habituels tels que nausées, vertiges et pertes de conscience, cette substance peut avoir des effets sur le foie, les vaisseaux sanguins et les tissus conjonctifs. Il est cancérigène et peut provoquer des dégâts génétiques héréditaires.

Nous remarquons que tant les valeurs d'exposition continue que celles à court terme peuvent être dépassées pour certaines substances. Cependant ces observations ne sont valables que pour des endroits confinés car lorsque le biogaz est émis dans l'atmosphère il est fortement dilué et dispersé par la circulation de l'air (vent, courants thermiques,...).

Il est toutefois nécessaire de se préoccuper de ces substances présentes à l'état de traces car, même si leurs limites d'expositions respectives ne sont pas atteintes, l'addition de différents éléments toxiques augmente le risque de provoquer des effets chez les humains.

Remarques concernant le Tableau 4.

Les valeurs données par ACGIH, OSHA, NIOSH, sont basées sur les différentes données toxicologiques existantes. Elles sont susceptibles d'être modifiées en fonction de l'arrivée de nouvelles observations plus récentes.

En Europe, il n'existe pas de valeurs générales relatives aux substances toxiques. Les normes, quand elles existent, sont établies au cas par cas selon l'entreprise ou le secteur d'activité.

Pour de plus amples informations et des données actualisées sur les notions de toxicité et de valeurs d'exposition de substances chimiques, nous renvoyons le lecteur au site de NIOSH (http://www.cdc.gov/niosh/homepage.html)

Tableau 5 : Exemple et normes concernant les lixiviats de décharges belges. (SPAQUE, 1994 ; D.P.E., 1998 ; DGRNE, 1998²^,³)

 Les lixiviats ou eau de percolation de la décharge sont chargés bactériologiquement et surtout chimiquement de substances tant minérales qu'organiques. Ils peuvent se mélanger aux eaux de surface comme aux eaux souterraines et donc constituer un élément polluant tant par leur aspect quantitatif que qualitatif (éléments écotoxicologiques).

La source principale en eaux d'une décharge vient des précipitations. Il faut toutefois tenir compte de l'humidité des déchets et, parfois, du niveau de la nappe phréatique qui peut remonter jusqu'à la base d'une décharge (en temps de crue).

L'eau traversant la couche de déchets va se charger en substances polluantes telles que la matière organique soluble résultant de l'activité biologique de la décharge, des constituants inorganiques comme les métaux lourds (provenant des piles), et des germes qui peuvent être très dangereux pour la santé et l'environnement.

Il est difficile de prévoir la composition des lixiviats car elle dépend de la nature des déchets, du volume des précipitations, ainsi que du stade de dégradation atteint. Le Tableau 5 reprend la concentration des substances et paramètres les plus souvent utilisés. Les résultats concernent trois décharges wallonnes et un domaine de concentration représentant 70% des résultats étudiés par Gendebien. On y retrouve aussi les normes de rejets pour les décharges wallonnes ainsi que les concentrations maximales admises pour l'eau de boisson (eau du robinet) en Wallonie.

La demande chimique en oxygène, DCO, quantifie l'état d'oxydation des substances présentes dans les lixiviats. Elle peut-être mesurée par une oxydation à chaud d'un échantillon avec du KMnO₄. Elle est exprimée en mg de O₂ consommé par litre de lixiviats.

La demande biologique en oxygène à 5 jours, DBO₅, quantifie la biodégradabilité des lixiviats. Elle est déterminée en fonction de la quantité d'oxygène consommé par les micro-organismes présents dans les lixiviats. Elle est exprimée en mg de O₂ consommé par litre de lixiviats.

Le carbone organique total, COT, est la quantité totale de carbone présent dans les lixiviats. Il est mesuré en quantifiant le CO₂ produit par la combustion des lixiviats. Il est exprimé en mg de C par litre de lixiviats.

Les matières en suspension représentent la fraction non dissoute des lixiviats.

Le rapport DBO₅/DCO représente la biodégradabilité des lixiviats. Plus le rapport est élevé, plus les lixiviats sont biodégradables. (<0.1:non biodégradable, >0.8 : totalement biodégradable)

Le rapport DCO/COT représente l'état d'oxydation des lixiviats.

L'azote Kjeldahl total représente l'azote organique et l'azote ammoniacal.

Nous pouvons remarquer que, en général, les normes de rejets sont respectées sauf en ce qui concerne la DCO, la DBO₅, et les matières en suspension. Par contre, bien que cela semble évident, il est important d'insister sur le fait qu'il très dangereux d'utiliser les lixiviats comme eau de consommation pour la boire, se laver, nettoyer des aliments ou d'autres choses.

Les lixiviats : risques environnementaux et sanitaires.

Les lixiviats représentent une grande part de la pollution liée à une décharge. Contrairement au biogaz, qui aisément dispersé dans l'atmosphère, les lixiviats, de part leur nature liquide, sont une source concentrée de polluants.

Le plus grand risque lié à la production de lixiviats est la contamination de la nappe phréatique. Cela aurait pour conséquence de polluer les puits d'eau de consommation et donc de priver la population d'un élément vital à sa survie. Dans le même ordre d'idée, il est nécessaire de ne pas utiliser les lixiviats comme eau de consommation.

En cas de consommation d'eau polluée par les lixiviats, les risques encourus sont de graves intoxications pouvant entraîner des maladies irréversibles et la mort. Signalons également que la pollution des réserves d'eau potable par des micro-organismes pathogène peut provoquer des épidémies.

Au-delà de ces considérations, les lixiviats doivent être traité comme des substances extrêmement dangereuses. Il est nécessaire d'en organiser la collecte et le traitement afin de limiter au maximum les conséquences sur l'environnement et la santé.