Evolution chimique et minéralogique des mâchefers d'incinération d'ordures ménagères au cours de la maturation

Le projet de recherche co-financé par le SYCTOM de Paris et TIRU SA sur la stabilité chimique des mâchefers s'est intéressé à l'analyse des mécanismes intervenant dans la transformation à moyen terme d'un tas de 375 t de mâchefers d'incinération d'ordures ménagères (MIOM) soumis à l'altération météorique pendant deux ans, à la fois sur les phases fluides et solides.

Le mâchefer frais est essentiellement composé d'une fraction grossière à dominante silicatée et d'une fraction fine à dominante plus calcique et sulfatée contenant des minéraux du type portlandite, larnite, ettringite, gypse... Les métaux lourds (Cu, Pb, Zn) sont préférentiellement enrichis dans les fractions fines à moyennes et se présentent essentiellement sous forme de micro-particules d'alliages métalliques, d'oxydes, mais aussi de mattes sulfurées, dispersés dans les scories.

Au sein du tas, les fluides présentent des pH élevés (> 12) et fortement concentrés en Cl, Ca et CO₃^-, mais aussi en Pb, Cu et Zn. A l'exhaure du tas, le pH des lixiviats est proche de la neutralité et les fluides ne contiennent plus de Pb et Zn. La physico-chimie des fluides est principalement contrôlée par la dissolution de minéraux de type larnite, ettringite et par les processus de carbonatation.

Au cours de la maturation, la néoformation de calcite est le processus dominant. Elle s'accompagne de la précipitation de minéraux en traces comme le quartz, le gypse et d'une vingtaine d'espèces sulfatées. Cette calcite néoformée piège l'essentiel du plomb et du zinc. Un bilan de masse des éléments remobilisés au sein de tas et des éléments réellement exportés hors du tas a été réalisé sur l'ensemble de l'expérience.

Le plomb et le zinc exportés du système ne sont liés qu'à des fortes averses qui expulsent par un effet de chasse, les fluides interstitiels du tas sans qu'ils puissent se rééquilibrer. Le bilan de masse à l'exhaure a montré que les flux de cuivre, plomb et zinc ne représentent respectivement que 34, 18 et 19 % de la masse réellement mise en solution.