Etude relative à l`analyse des PCB et autres - Eco

Publications Eco-systèmes
Etude relative à l’analyse des PCB
et autres substances dangereuses
potentiellement présents
dans les condensateurs
Synthèse :
Juin 2012
www.eco-systemes.fr
Problématique
et objectifs
2
En France, les condensateurs extraits de DEEE listés dans l’annexe II de la directive européenne 2002/96/CE sont
aujourd’hui tous dirigés, par principe de précaution, vers la technologie d’élimination destinée au traitement des
déchets contenant des PCB. Cette technologie d’incinération spécialisée haute température est non seulement
la plus coûteuse mais exclut également la possibilité de valoriser les matériaux des condensateurs qui ne
contiendraient pas de PCB.
L’étude menée par l’OCAD3E (qui regroupe les 4 éco-organismes en charge de la collecte et du traitement des DEEE
sur le territoire français : Eco-systèmes, Ecologic, ERP, Recylum) vise à définir des scénarios alternatifs de tri et de
traitement des condensateurs extraits des DEEE au regard :
De l’analyse des différentes natures de condensateurs présents dans les DEEE et leurs quantités, de leurs
substances internes (PCB, autres substances dangereuses) et des possibilités de tri des condensateurs techniquement
envisageables selon des critères pertinents (reconnaissance visuelle ou autre),
De l’analyse technico-économique des autres technologies de traitement existantes, adaptées au traitement
de ces composants et garantissant l’élimination conforme des substances dangereuses présentes autres que le PCB.
Cette étude donne des éléments d’aide à la décision pour faire évoluer la mise en filières d’élimination des
condensateurs issus des DEEE en vue d’en réduire le coût, dans le strict respect des prescriptions réglementaires
environnementales nationales et européennes.
Résultats
Technologies de condensateurs dans les DEEE et substances internes identifiées
Le tableau ci-après synthétise l’ensemble des technologies de condensateurs incorporées dans les DEEE pour
chaque flux de traitement (résultats de la phase d’enquêtes producteurs et recherches documentaires). Les couleurs
symbolisent le niveau de présence potentielle en PCB et autres substances dangereuses.
Analyse des PCB et autres substances dangereuses potentiellement présents dans les condensateurs
Résultats
3
Technologies de condensateur
Famille
Forme
Cylindrique radial,
oblong
Enveloppe
Marquages
externe
caractéristiques
Taille
GEM HF
GEM F
Métallique ou
plastique
Aucun / « no PCB »
pour certains
h > 25 mm
non
concerné
Plastique
Aucun
h ≤ ou > 25 mm
non
concerné
Plastique
Aucun
h ≤ ou > 25 mm
Plastique
Aucun
h > 25 mm
Métallique
« + » et/ou « - »
h ≤ ou > 25 mm
Plastique
« + » et/ou « - »
h < 25 mm
Parallépipédique
à cosse
A papier/film
Dans le champ
annexe II
directive
2002/96/CE
ECRANS
PAM
Cylindrique axial
Petite taille
rectangulaire /
« goutte d’eau »,
à pattes
non
concerné
Cylindrique, radial ou
axial à souder/visser
Electrolytique
Aluminium
« Goutte d’eau »
h < 25 mm
« Goutte d’eau »
Céramique
Non détaillé ici
Non détaillé ici
h < 25 mm
« Goutte d’eau »
Mica
h < 25 mm
non
concerné
non
concerné
non
concerné
Avec présence potentielle de PCB.
Avec présence potentielle de substances dangereuses autres que PCB (substituts au PCB pour imprégnation du film dans le cas des
condensateurs à film, ou substances dans électrolyte des condensateurs électrolytiques, ou encore ignifugeants bromés dans enveloppe plastique),
potentiellement dans le champ annexe II Directive 2002/96/CE.
Avec présence potentielle de substances dangereuses autres que PCB, néanmoins hors champ annexe II Directive 2002/96/CE (vol. < 12,3 cm3).
Dépourvu de PCB et autres substances dangereuses.
Remarques
Seules les technologies de condensateurs à film et électrolytiques Aluminium sont dans le champ de l’annexe II de
la directive 2002/96/CE.
Les condensateurs à film sont susceptibles de contenir des PCB (ou des substituts au PCB) imprégnés sur le film
interne (diélectrique) .Les condensateurs électrolytiques en sont tous dépourvus (par construction, source : fabricants
de condensateurs, littérature).
Analyse des PCB et autres substances dangereuses potentiellement présents dans les condensateurs
Source : Terra SA
Hors champ
annexe II
Electrolytique
Tantale
CMS (chip)
Les principales substances dangereuses rencontrées autres que PCB sont le biphényl, le naphtalène, le phtalate de
dibutyle ainsi que le dimethyl biphenyl. Ces substances caractérisées par leur toxicité, leur caractère dangereux pour
l’environnement et/ou toxique pour la reproduction se retrouvent principalement dans les condensateurs à film.
Les condensateurs électrolytiques sont quant à eux principalement caractérisés par la présence d’acide borique,
d’éthylène glycol, de diméthylacétamide et d’acide sulfurique. Ces substances peuvent être qualifiées comme
toxiques, irritantes ou corrosives.
4
D’après les résultats précédents, voici comment il est possible, sur la base des caractéristiques externes des
condensateurs, de les classer par nature de technologie (pour ceux listés dans l’annexe II de la directive 2002/96/CE).
Classement des condensateurs par nature de technologie, reconnaissance visuelle des
condensateurs cylindriques :
Condensateur à film/papier
susceptible de contenir du PCB
Propriétés/Caractéristiques :
A une enveloppe externe métallique ou plastique.
Contient un film (ou papier) qui peut être imprégné de fluide
(ou non : on parle alors de technologie sèche dans ce cas).
S’il est imprégné, le fluide d’imprégnation contient :
- Soit du PCB,
- Soit des substituts au PCB à caractère dangereux
(cf. tableau ci-avant),
- Soit des substituts au PCB à caractère non dangereux
(ex : vaseline).
OUI
Condensateur
électrolytique
Propriétés/Caractéristiques :
A une enveloppe métallique
externe en aluminium.
Est toujours dépourvu de PCB.
Contient des substances
susceptibles d’être dangereuses
dans l’électrolyte.
Peut être marqué « no PCB » (démarche volontaire
du fabricant, marquage non normé ni encadré par aucun
référentiel).
Analyse des PCB et autres substances dangereuses potentiellement présents dans les condensateurs
Source : Terra SA
NON
Marquage
externe
+ et/ou - ?
Résultats des prélèvements et analyses de condensateurs par flux
Les tableaux et graphiques ci-dessous font état des résultats des prélèvements et analyses de 5 554 condensateurs
(155 kg) extraits des 4 flux de traitement.
Quantités de condensateurs prélevées par flux de traitement pour analyse
Flux
Poids d’appareils
analysés
GEM HF
Quantité de condensateurs (1)
En poids
46 370 kg
833 unités
69,6 kg
GEM F
65 088 kg
108 unités
6,5 kg
ECRANS
16 200 kg
2 577 unités
37,3 kg
PAM
19 530 kg
2 036 unités
41,5 kg
TOTAL 4 FLUX
147 188 kg
5 554 unités
154,9 kg
Source : Terra SA
En nombre
5
(1) Seuls les condensateurs concernés par l’annexe II de la directive ont été prélevés des appareils.
Résultats de répartition des condensateurs en nombre par nature d’appareil de provenance,
pour chaque flux de traitement :
Flux GEM HF
Micro-ondes
6%
Flux GEM F
Autres
2%
Autres
9%
Congélateurs
10 %
Sèche linge
12 %
Lave vaisselle
21 %
Flux ECRANS
Source : Terra SA
Réfrigérateurs
15 %
Flux PAM
Autres
2%
Ordinateurs
32 %
Réfrigérateurs
congélateurs
66 %
Lave linge
59 %
UC
18 %
Autres
37 %
Téléviseurs
66 %
Magnétoscopes
13 %
Cartes seules
5%
Imprimantes
11 %
Lecteurs DVD
6%
Micro-ondes
10 %
130 condensateurs issus de ces prélèvements ont été analysés en laboratoire pour mesurer leur teneur interne en PCB.
82 comportaient de l’huile à l’intérieur. Aucune teneur en PCB n’a été détectée dans les huiles de ces condensateurs.
Il est à noter néanmoins que la taille limitée de l’échantillon ayant fait l’objet d’analyses chimiques ne permet pas de
garantir un niveau de représentativité suffisant pour valider ce résultat.
Analyse des PCB et autres substances dangereuses potentiellement présents dans les condensateurs
Résultats par flux de répartition en poids des condensateurs par nature de technologie :
Flux GEM HF
Flux GEM F
0,1 %
6
40,4 %
40 %
59,5 %
60 %
Condensateurs électrolytiques
(avec marquage +/-, absence de PCB)
Condensateurs à film
(sans marquage +/-, PCB suspecté),
à enveloppe plastique
Condensateurs à film
(sans marquage +/-, PCB suspecté),
à enveloppe métallique
Dont 16 % marqués no PCB
Condensateurs à film
(sans marquage +/-, PCB suspecté),
à enveloppe plastique
Condensateurs à film
(sans marquage +/-, PCB suspecté),
à enveloppe métallique
Flux ECRANS
Flux PAM
0,8 %
48,4 %
44,8 %
99,2 %
Condensateurs électrolytiques
(avec marquage +/-, absence de PCB)
Condensateurs à film
(sans marquage +/-, PCB suspecté),
à enveloppe plastique
Condensateurs électrolytiques
(avec marquage +/-, absence de PCB)
Condensateurs à film
(sans marquage +/-, PCB suspecté),
à enveloppe plastique
Condensateurs à film
(sans marquage +/-, PCB suspecté),
à enveloppe métallique
Dont 22 % marqués no PCB
Analyse des PCB et autres substances dangereuses potentiellement présents dans les condensateurs
Source : Terra SA
6,8 %
Analyse des critères déterminants de tri et mises en filières alternatives
Plusieurs critères de reconnaissance visuelle pouvant permettre un tri des condensateurs par technologie différenciée
de traitement ont été analysés. Le tableau ci-dessous expose ces différents critères et leur pertinence.
Critères
Description / Commentaires
Pertinence / fiabilité
Critère 1
Marquage
externe + et/ou -
Marquage caractéristique des électrolytiques, qui sont des
condensateurs polarisés et qui par construction sont tous
dépourvus de PCB (source : littérature et fabricants de
condensateurs)
Critère pertinent pour
un tri par technologie
différenciée de traitement.
Critère 2
Marquage
« no PCB »
Marquage censé signifier une absence totale de PCB (utilisé
uniquement pour les condensateurs à film, sans marquage
+/-, principalement ceux provenant de micro-ondes
où les tensions internes sont élevées). Il est apposé de
manière volontaire par le fabricant. Bien que les fabricants
interrogés le déclarent fiable, ce marquage n’est encadré
par aucune norme ni aucun référentiel international. Il ne
fait pas l’objet de contrôle par les autorités.
Critère jugé non suffisamment sûr à 100%.
Non retenu dans l’élaboration des scénarios
de tri ci-après.
Critère 4
Densité (kg/L)
des condensateurs
Après mesures de densités sur un échantillon de
400 condensateurs, il n’y a pas constat de différences
significatives de densité entre technologies de
condensateurs (électrolytiques, à film, à enveloppe
plastique/métallique). Toutes les densités mesurées sont
de l’ordre de 1,2 à 1,5 en moyenne. Un tri densimétrique
par voie mécanisée ne parait donc pas envisageable.
Critère non retenu à
ce stade dans l’élaboration des scénarios
de tri ci-après. (Serait
potentiellement à approfondir sur de plus
grandes quantités de
condensateurs et selon une méthodologie
fine d’analyse).
Critère non pertinent.
(1) Les condensateurs ont été ouverts intégralement à l’aide d’une mini-fraiseuse pour permettre de constater visuellement l’imprégnation
interne au niveau du film diélectrique.
Analyse des PCB et autres substances dangereuses potentiellement présents dans les condensateurs
Source : Terra SA
Critère 3
Nature d’enveloppe
externe (plastique/
métallique) pour
les non marqués
+/- (PCB suspect)
Pour le cas des condensateurs à film (sans marquage +/-),
il semble exister un certain lien de corrélation entre
enveloppe externe en plastique et technologie sèche
(absence de fluide imprégnant le film). Les fabricants de
condensateurs interrogés confirment dans l’ensemble
cette tendance, certains ne garantissant pas à 100% que
cela ait toujours été systématique. Les analyses internes(1)
menées sur une centaine de condensateurs à enveloppe
plastique de flux PAM et GEM F ont montré que tous étaient
secs. Ceci n’a pas été le cas pour le flux GEM HF pour lequel
sur 7 condensateurs sur 54 à enveloppe plastique analysés
(1), soit 13% en nombre, étaient imprégnés. Les natures
de substances contenues dans le fluide d’imprégnation
n’ont pas fait l’objet d’analyse (il est à noter, comme décrit
dans les tableaux précédents, que ces substances peuvent
être de caractère banal. Exemple : huiles végétales ou
minérales).
L’éco-organisme espagnol Ecolec a réalisé en 2007 une étude
sur les condensateurs, lors de laquelle 1 674 condensateurs
de GEM HF ont été percés en vue d’observer si un fluide
s’écoulait ensuite pour chacun. Tous les condensateurs
à enveloppe plastique ont été qualifiés comme secs
(car absence d’écoulement de fluide pour tous).
7
Résultats d’investigations de filières alternatives de traitement
Après investigations, des filières alternatives de traitement ont été identifiées pour les condensateurs
électrolytiques Aluminium, au regard des natures de leurs substances internes et leurs quantités, et des capacités de
ces filières à accepter et traiter de manière conforme ces composants. Outre l’élimination des substances, certaines
filières permettent également la valorisation des métaux constitutifs de ces condensateurs.
Les filières alternatives identifiées pour les condensateurs électrolytiques Aluminium sont :
8
Possibilité 1 : Elimination de type incinération spécifique déchets dangereux (Elimination DDS),
Possibilité 2 : Enfouissement en CET de classe 1,
Possibilité 3 : Valorisation matières avec élimination des substances internes dans un procédé spécifique combinant
thermolyse et séparation des métaux (cf. détails ci-après). Ce procédé a fait l’objet d’un test de traitement d’un lot de
10T de condensateurs électrolytiques.
Remarque
Sur le cas de condensateurs montés sur cartes électroniques (ex : flux PAM) : si ces cartes sont prises en charge directement
par des affineurs (1) sans broyage préalable, il ressort d’une enquête auprès de ces acteurs que leurs procédés haute
température (2) sont en capacité d’éliminer les condensateurs (et leurs substances internes) de manière conforme si
ceux-ci n’étaient pas retirés des cartes. Ceci concernerait donc uniquement certaines cartes de PAM, les cartes d’écrans
TRC nécessitant elles, dans la pratique, un broyage préalable avant envoi des résidus chez les affineurs.
(1) Dotés en procédés pyrolytiques ou pyrométallurgiques.
(2) Les affineurs de cartes par pyrométallurgie ou pyrolyse déclarent accepter les cartes encore pourvues en condensateurs et être en capacité de
par leur procédé de fusion à haute température (~1200°C) d’éliminer toutes les substances organiques internes (y compris PCB le cas échéant, les
condensateurs des cartes en étant de toute façon dépourvues). Certains affineurs sont par ailleurs autorisés à recevoir des déchets contaminés au
PCB d’une manière générale.
Détails complémentaires sur le procédé identifié de valorisation des condensateurs électrolytiques par thermolyse
(possibilité 3 ci-dessus).
Condensateurs électrolytiques
Broyage fin confiné
Traitement
par thermolyse (*)
Chambre
de décompression
Séparation par criblage
et overband
Filtres à manches
Source : Terra SA
Unité
de traitement
Ferraille
Produits
carbonés
Aluminium
Filières de valorisation en aval
Poussières
Enfouissement CET
(*) Les molécules des substances de l’électrolyte sont détruites par la thermolyse à 400°c et par le passage des gaz pendant 1 à 2 secondes à 600°c.
Taux de valorisation matières atteint par le procédé : > 40%.
Analyse des PCB et autres substances dangereuses potentiellement présents dans les condensateurs
Scénarios de tri et mises en filières par flux
Sur la base des résultats d’investigations de filières alternatives ci-avant, les scénarios suivants de tri et mises en
filières des condensateurs par flux sont envisageables :
Cas du GEM HF
GEM HF
9
Condensateurs à film
(non marqué +/-, soit PCB suspect)
Condensateurs électrolytiques
(marquage +/-, soit sans PCB)
99,9 %
0,1 %
Pas de tri
Incinération stricte PCB
(filière actuelle)
Cas du GEM F
GEM F
Condensateurs à film
(non marqué +/-, soit PCB suspect)
100 %
Pas de tri
Incinération stricte PCB
(filière actuelle)
Cas du PAM
Condensateurs à film
(non marqué +/-, soit PCB suspect)
Condensateurs électrolytiques
(marquage +/-, soit sans PCB)
55,2 %
44,8 %
Tri
Pas de tri
Condensateurs
électrolytiques
Scénario 1 :
Elimination DDS (1).
Scénario 2 :
Enfouis. CSDU1 (2).
Condensateurs
à film (PCB)
Incinération stricte PCB
(filière actuelle)
Scénario 3 :
Valorisation
par thermolyse (3).
Analyse des PCB et autres substances dangereuses potentiellement présents dans les condensateurs
Source : Terra SA
PAM
Cas des écrans
ECRANS
Condensateurs électrolytiques
(marquage +/-, soit sans PCB)
0,8 %
99,2 %
Tri
Pas de tri
Condensateurs
électrolytiques
Scénario 1 :
Elimination DDS (1).
Scénario 2 :
Enfouis. CSDU1 (2).
Condensateurs
à film (PCB)
Incinération stricte PCB
(filière actuelle)
10
Source : Terra SA
Condensateurs à film
(non marqué +/-, soit PCB suspect)
Scénario 3 :
Valorisation
par thermolyse (3).
(1) Gain à attendre par rapport au schéma actuel de l’ordre de 600€/T.
(2) Gain à attendre par rapport au schéma actuel de l’ordre de 1000€/T.
(3) Gain à attendre par rapport au schéma actuel de l’ordre de 1150€/T.
Cas des ECRANS et du PAM : tri des électrolytiques pour envoi en filière alternative de traitement.
NB : comme précisé dans le paragraphe précédent, une économie supplémentaire pourrait être réalisée en ne
retirant pas sur CDT les condensateurs présents sur les cartes électroniques de PAM destinées à être dirigées
directement vers des procédés d’affinage (pyrométallurgie ou pyrolyse).
Analyse des PCB et autres substances dangereuses potentiellement présents dans les condensateurs
Méthodologie
11
L’étude s’est déroulée en plusieurs phases :
Sur la base de recherches documentaires et d’entretiens auprès d’un panel représentatif de fabricants
de condensateurs et d’équipements électriques et électroniques (E.E.E.), un état général des différentes
technologies de condensateurs incorporés dans les E.E.E. a tout d’abord été dressé. Cet état classe les
condensateurs présents dans chaque flux selon leurs technologies, caractéristiques externes et substances
internes. Il précise également quels condensateurs sont et ne sont pas dans le champ d’application de l’annexe
II de la directive 2002/96/CE.
Afin de quantifier en poids et en nombre la répartition réelle des condensateurs dans chaque flux selon
la classification précédente, des prélèvements de condensateurs extraits de DEEE ont ensuite été réalisés
sur plusieurs centres de démantèlement et recyclage en France. Au total 5 554 condensateurs (155 kg) ont
été prélevés pour l’ensemble des flux avec relevé pour chacun : du poids (g), du flux et nature de l’appareil
de provenance, de la présence du marquage externe « + / - » (repérage des électrolytiques), de la présence
du marquage externe « no PCB », de la marque fabricant, de la nature de l’enveloppe externe (plastique ou
métallique), de la hauteur et diamètre. Des analyses de présence en PCB sur un échantillon restreint de ces
prélèvements (130 condensateurs) ont également été réalisées en laboratoire.
Sur la base des enseignements des phases précédentes, des critères pertinents de tri par reconnaissance
visuelle de chaque technologie ont été établis et testés.
En parallèle, sur la base des natures de substances internes identifiées, des investigations auprès de centres
spécialisés de traitement de déchets dangereux et usines d’affinage ont été menées, afin d’étudier pour chaque
technologie de condensateur, la possibilité technique et environnementale de traiter de manière alternative ces
composants, dans le strict respect des normes réglementaires en vigueur. Des tests ont été également réalisés
sur un lot de 10 tonnes de condensateurs de type électrolytiques Aluminium, dans un procédé de traitement
alternatif par thermolyse, évalué comme étant en capacité de valoriser ces composants.
Analyse des PCB et autres substances dangereuses potentiellement présents dans les condensateurs
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Synthèse réalisée par Eco-systèmes et Terra SA.
Etude financée par les éco-organismes au prorata des tonnages d’équipements électriques et électroniques ménagers mis sur le marché
par leurs producteurs adhérents.
Avec la participation financière de l’Ademe.
© François Daburon