Recyclage du phosphogypse : les premières conclusions mettent en évidence des opportunités et des défis
Les premiers résultats du projet européen FIC-FIGHTERS montrent que le recyclage du phosphogypse présente un fort potentiel technique, mais qu’il pose également des défis importants en matière de radioactivité, de réglementation et de gestion des déchets. Une étude menée sur six décharges européennes montre en outre qu’il n’existe pas de solution universelle : la composition et la radioactivité du phosphogypse varient considérablement d’un site à l’autre.
Récap
FIC FIGHTERS rassemble 26 partenaires issus de 11 pays afin d’étudier comment le phosphogypse, un sous-produit de l’industrie des engrais chimiques, peut être recyclé de manière sûre et durable. Le projet combine des analyses d’échantillons, le développement de procédés, des études d’impact sur l’environnement, la valorisation économique et les recherches menées par les parties prenantes. À terme, les partenaires souhaitent étendre cette technologie à un processus de démonstration capable de traiter 80 tonnes de phosphogypse en 160 jours opérationnels. Le SCK CEN, en tant qu’unique partenaire au niveau du volet radiologique, joue un rôle central dans la caractérisation des décharges, l’analyse radiologique des échantillons et l’évaluation de l’impact sur l’homme et l’environnement. Par ailleurs, les chercheurs en sciences sociales du SCK CEN étudient les aspects sociaux et administratifs du recyclage du phosphogypse.
De grandes différences entre les sites
Dans le cadre de ce projet, les partenaires ont étudié six décharges de phosphogypse en Europe. Le SCK CEN a caractérisé les sites et analysé les échantillons afin d’en déterminer les propriétés chimiques, minéralogiques et radiologiques. Les résultats montrent de grandes différences entre les sites, en fonction de l’origine de la roche phosphatée et des procédés de production historiques.
Les résultats les plus encourageants ont été enregistrés à Kutina (Croatie), Veles (Macédoine du Nord) et Turnu Măgurele (Roumanie), où la radioactivité est restée largement inférieure à 1 Bq/g*. De ce fait, ces sites offrent un potentiel en termes de développement d’applications commerciales. Carthagène (Espagne) a enregistré les niveaux de radioactivité les plus élevés, tandis que certains échantillons prélevés à Barreiro (Portugal) étaient proches des valeurs limites pertinentes. Le site serbe se situe entre ces deux extrêmes et semble dépendre de la technologie de traitement choisie. La caractérisation non radiologique révèle également des différences significatives en termes de composition entre les différentes décharges.
Les résultats montrent clairement qu’il n’existe pas de solution unique applicable à toutes les décharges de phosphogypse. Chaque site nécessite une évaluation distincte, tant des possibilités techniques que des conditions radiologiques.
* La limite supérieure de 1 Bq/g mentionnée ci-dessus ne représente pas une limite de sûreté stricte, mais un seuil de dépistage des matériaux naturellement radioactifs (NORM) défini dans les normes de base européennes en matière de protection contre les rayonnements (2013/59/Euratom). Cette valeur est basée sur le radionucléide radium 226 (Ra-226), dont les produits de désintégration contribuent souvent de manière significative à l’exposition aux rayonnements lors du traitement et de la réutilisation du phosphogypse. Les matières dont la teneur dépasse cette valeur ne sont pas nécessairement nocives. La valeur seuil sert avant tout à signaler la nécessité d’une évaluation radiologique plus approfondie et, dans de nombreux cas, à indiquer que des procédures réglementaires ou d’autorisation supplémentaires sont requises avant que la réutilisation puisse être autorisée.
Les aspects radiologiques au cœur du projet
Les aspects radiologiques au cœur du projet
Un des principaux enseignements tirés de ce projet est que les aspects radiologiques jouent un rôle clé dans le processus de recyclage. Grâce à leur expertise reconnue en mesures de faible radioactivité et en radiochimie, les experts du SCK CEN ont procédé à la caractérisation radiologique des matières provenant des six sites. Afin de cerner les enjeux radiologiques plus larges, des analyses d’impact approfondies ont également été menées pour évaluer les incidences potentielles sur l’homme et sur l’environnement.
Nathalie Impens, chef de projet au SCK CEN, souligne : « Ces études d’impact sont essentielles pour cerner les expositions et les risques dès le départ. Ce n’est qu’ainsi qu’on pourra mettre au point des procédés de recyclage, non seulement opérationnels sur le plan technique, mais aussi sûrs pour l’homme et l’environnement. »
Dans ces études, le SCK CEN a examiné l’ensemble du processus : du traitement du phosphogypse et de l’exposition potentielle des travailleurs aux propriétés radiologiques des produits finaux et des flux résiduels. Les résultats montrent que les composants radioactifs peuvent se déplacer au cours du traitement et se concentrer dans certains flux de produits. Certaines étapes de traitement peuvent entraîner une augmentation de la radioactivité par gramme de matière dans le produit final, une radioactivité qui peut être environ deux fois supérieure à celle de la matière d’origine. Parallèlement, on observe également l’apparition de flux de produits présentant une radioactivité plus faible ou pratiquement exempts de composants radioactifs.
La réutilisation nécessite un cadre clair
Cela ouvre des perspectives en matière de réutilisation, mais soulève également de nouvelles questions concernant la gestion des déchets, la sécurité et la réglementation. La technologie est en avance sur le cadre réglementaire : nulle part dans le monde, on ne dispose de règles abouties concernant le recyclage des résidus NORM. Pour les matières présentant des concentrations plus élevées de radioactivité naturelle, il faut généralement démontrer au cas par cas qu’elles peuvent être utilisées en toute sécurité, ce qui peut nécessiter des études supplémentaires et des procédures d’autorisation. De plus, les réglementations variant d’un pays à l’autre, ce qui est autorisé dans un pays ne l’est pas automatiquement ailleurs.
Le marché doit, lui aussi, entrer dans le jeu. Aussi longtemps qu’il existera une alternative conventionnelle, les utilisateurs opteront souvent pour la solution qui offre le plus de sécurité. Pour réussir à commercialiser ces matières, il faut donc non seulement des règles claires, mais aussi une valeur ajoutée économique convaincante.
« Grâce à des études d’impact radiologique et à son expertise scientifique, le SCK CEN contribue à développer les connaissances nécessaires pour étayer les futures décisions en matière de politique et d’autorisation », ajoute Nathalie.
Nouvelle opportunité : les terres rares
Outre les défis qu’il pose, le phosphogypse offre également des opportunités intéressantes. Des analyses montrent en effet que certains flux sont particulièrement riches en terres rares, des matières premières essentielles notamment pour les énergies renouvelables, l’électronique et les applications industrielles de pointe. L’Europe étant aujourd’hui fortement dépendante des importations de ces matières, on observe un intérêt croissant pour leur récupération à partir de sources secondaires, telles que les flux de déchets industriels. À terme, le phosphogypse pourrait donc passer du statut de problème de déchets à celui de source stratégique de matières premières dans le cadre d’une économie circulaire.
Dans le cadre du projet FIC FIGHTERS, le SCK CEN a étudié la présence des terres rares dans différents échantillons d’acier en procédant à une analyse par activation neutronique. Les échantillons ont été irradiés dans le réacteur de recherche BR1. Après une période de désintégration contrôlée, les chercheurs ont analysé les signaux émis afin de déterminer avec précision quels éléments étaient présents et à quelles concentrations. Les résultats montrent que certains flux de phosphogypse contiennent des quantités importantes d’éléments précieux. Les échantillons provenant de la décharge de Carthagène se sont notamment révélés intéressants du point de vue des matières premières.
De l’installation d’un laboratoire au passage à l’échelle industrielle
Une étape importante du projet FIC-FIGHTERS est celle du développement d’une installation de démonstration en Espagne. Cette installation est désormais construite et opérationnelle et elle permet de traiter des lots d’environ sept litres. Une étape suivante et importante du projet consistera à passer à une installation de démonstration à échelle pilote, d’une capacité de traitement journalière maximale d’une tonne de phosphogypse. Les partenaires testeront et valideront ensuite la technologie au cours d’une vaste campagne opérationnelle afin de démontrer sa capacité en termes d’application à grande échelle.
Les études d’impact radiologique menées par le SCK CEN constituent un maillon essentiel de la procédure d’autorisation relative au procédé qui sera ensuite testé à plus grande échelle dans l’installation pilote. Elles fournissent les données nécessaires pour demander des autorisations et élaborer des procédures opérationnelles sûres en vue de futures applications à grande échelle.
La dimension humaine : le contexte local fait la différence
Outre les analyses techniques, FIC-FIGHTERS s’intéresse également à la dimension sociale du recyclage du phosphogypse. Les entretiens menés avec les parties prenantes montrent que la perception du phosphogypse varie d’une région à l’autre. En Roumanie, par exemple, il apparaît que les habitants de la région s’intéressent moins au phosphogypse à proprement parler qu’aux questions plus générales liées au développement économique et à la réaffectation du site.
Pour la population locale, le recyclage offre des perspectives de nouvelle activité économique. Elle attend également de la transparence et une participation aux décisions. Comme le résume Catrinel Turcanu, spécialiste en sciences sociales (SCK CEN) : « Pour être efficaces, les solutions doivent non seulement reposer sur des bases techniques solides, mais aussi être adaptées au contexte et aux attentes locales. »
Ces conclusions montrent que l’innovation technologique doit aller de pair avec une adaptation aux besoins de la société.
En route vers de nouveaux résultats
Les recherches menées dans le cadre du projet FIC-FIGHTERS continuent et apporteront de nouvelles perspectives dans les prochaines années. Le SCK CEN poursuit notamment les analyses par activation neutronique sur des échantillons provenant d’autres sites et étudie actuellement, à l’aide de mesures de faible radioactivité, les propriétés des produits finaux issus de l’installation de démonstration. En 2027, le SCK CEN analysera également de nouveaux échantillons afin de déterminer dans quelle mesure les flux résiduels issus du traitement du phosphogypse peuvent être utilisés comme engrais pour les végétaux.
Ensemble, ces études devraient permettre de mieux cerner la faisabilité technique, la valeur ajoutée économique et la sûreté radiologique des applications à grande échelle.
Avec FIC-FIGHTERS, les partenaires du projet franchissent ainsi de nouvelles étapes vers un avenir où le phosphogypse ne sera plus considéré uniquement comme un déchet, mais pourra également devenir une source de matières premières précieuses au sein d’une économie circulaire sûre et durable.