Emissions from thermal decomposition of nanocomposites : study of incineration
Etude des émissions liées à la décomposition thermique de nanocomposites : application à l'incinération
Résumé
Nanocomposites have been widely studied and produced since the end of the nineties. These trendy materials containing nanomaterials are expected to end up in incineration waste plants due to the lack of specific recovery procedures. The aim of this work is to investigate the behavior and the fate of the nano-objects from nanocomposites during their incineration and to give insights on potential environmental risk related to the incineration of waste containing nanomaterials. Incineration tests have been performed at lab-scale using a specific tubular furnace and a cone calorimeter which have been modified in order to control the key incineration parameters within both the combustion and post-combustion zones. The influence of the nano-objects presence on the combustion mechanisms (aerosol release and decomposition) is investigated. It seems necessary to address the issue of the fate of nano-objects incorporated initially in the polymer: are they destroyed, do they undergo changes during their stay in the incinerator furnace, and where are they are released ? The combustion residues and the combustion aerosol (collected downstream the incinerator) have been characterized using various techniques devoted to the analysis of aerosols. Furthermore, it has been studied the influence of different parameters (temperature of combustion, oxygen rate, loading of nano-objects, type of nano-objects) on the nature of emissions. Finally, a decision tree has been proposed to decision-makers and incineration plant managers in order to facilitate the use of the results on an operational level.
Le développement des applications industrielles relatives aux nanotechnologies entraîne un accroissement du nombre et de la variété de déchets contenant des nanomatériaux générés par l'industrie, les consommateurs et les laboratoires de R&D. Des familles de matériaux émergents incorporant des nano-objets se développent de manière significative alors que l’adéquation des filières de fin de vie (recyclage et élimination) n’est que récemment évaluée vis-à-vis des risques potentiels liés aux nanomatériaux. Les nanocomposites - dont la fin de vie est susceptible d'être prise en charge par l'incinération - font l'objet de cette thèse. L’objectif est d’une part de connaître le devenir des nano-objets (incorporés dans le nanocomposite) lors de l’incinération du nanocomposite ; et d’autre part de connaître leur comportement dans la chambre de combustion. Les essais d’incinération ont été réalisés à l’échelle laboratoire dans un four tubulaire et un cône calorimètre spécialement modifiés dans le but de contrôler les paramètres clés de l’incinération. Les suivis temporels des concentrations en gaz et des concentrations en nombre de l’aérosol de combustion ainsi que l’imagerie en microscopie électronique nous ont permis d’étudier les émissions et la décomposition thermique. Par ailleurs, l’influence de différents paramètres tels que la température de combustion, l’oxygénation de l’échantillon, le taux d’incorporation et la nature du nano-objet incorporé, sur la nature des émissions, a été étudiée. Enfin, pour faciliter l’utilisation des résultats au niveau opérationnel, un arbre décisionnel a été proposé aux décideurs publics et aux exploitants d’unité d’incinération.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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