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Cendres Volantes

    Les cendres volantes de centrale thermique (CVCT) se présentent sous la forme d'une poudre fine (0,5 et 315 microns) constituée principalement de particules vitreuses sphériques, issues de la combustion de charbon pulvérisé en présence ou non de co-combustibles. La norme NF EN 197-1 distingue deux types de cendres volantes (siliceuses ; calciques), suivant, en particulier leur teneur en chaux. Les cendres calciques (aussi appelées « silico-calciques ») sont issues des centrales à lit fluidisé circulant (LFC). Elles ont des propriétés hydrauliques et/ou pouzzolaniques. Elles sont essentiellement constituées d'oxyde de calcium (CaO) réactif, de SiO2 et d'oxyde d'aluminium. Les cendres siliceuses (aussi appelées « silico-alumineuses ») peuvent provenir de centrales à LFC comme de centrales à flamme. Elles ont des propriétés pouzzolaniques, et sont essentiellement constituée de dioxyde de silice réactive (SiO2 >= 25%) et d'oxyde d'aluminium. Les CVCT font l'objet de normes spécifiques. La norme NF P 11-300 prend uniquement en compte les cendres volantes siliceuses. Elle les classe dans la gamme des sous-produits industriels (catégorie F2). Elles sont aussi concernées par des normes relatives à des produits ou usages dans lesquels elles entrent. Elles font l'objet de la circulaire n° 96-85 relative aux cendres issues de la filtration des gaz de combustion de combustibles d'origine fossile dans des installations classées pour la protection de l'environnement.
    Les CVCT sont généralement constituées d'un mélange de composés minéraux et organiques, issus d'une part du charbon et d'autre part néoformés dans la chaudière et dans le flux gazeux. Leurs propriétés physico-chimiques et minéralogiques varient en fonction de la nature du charbon, des conditions de combustion, du type de traitement des fumées, de leur mode de stockage. Les éléments majeurs des CVCT sont Si, Al, Fe et Ca, ainsi que Mg, K, Na, S, P et Ti en pourcentages significatifs. La plupart des fours produisent des cendres volantes à faible teneur en carbone. La combustion du charbon par les techniques à flamme et à LFC étant quasi complète et ne laissant que de l'ordre de 5% de carbone résiduel dans les cendres volantes. L'intensité de combustion permet aussi de prévenir la formation d'hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP). Toutefois, le procédé low-NOx peut conduire à une augmentation du taux d'imbrûlé. L'emploi de combustible non charbonneux peut aussi conduire à des cendres volantes à forte teneur en carbone. Les cendres volantes sont constituées principalement d'une phase vitreuse amorphe (SiO2), et de quelques phases cristallines, essentiellement mullite, quartz, magnétite, anhydrite, opaline, hématite, chaux, chlorite, feldspaths et spinels, leur proportion variant en fonction de la minéralogie du minerai.
    La solubilité des éléments contenus dans les CVCT est étroitement liée aux phases auxquelles ils sont liés et aux conditions auxquelles ils sont exposés. Le pH des CVCT varie de 4,5 à 12 en fonction de la teneur en soufre du minerai et de leur teneur en hydroxydes et carbonates de calcium et de magnésium. Les cendres ayant un rapport Ca/S inférieur à 2,5 génèrent des percolats acides, celles de Ca/S supérieur produisent des percolats alcalins. Ceci influence leur lixiviabilité. Les CVCT contiennent de la silice cristalline (ex. tridymite, cristobalite) à prendre en compte vis-à-vis des risques respiratoires. Du fait, soit de leur température de vaporisation, soit de leur condensation sur les particules charbonneuses au niveau des filtres électrostatiques, l'enrichissement des cendres volantes en Uranium et Thorium par rapport au charbon est nul ou très faible.
    Les cendres volantes sont utilisées pour de nombreuses applications, soit seules, soit mélangées à d'autres constituants. L'addition de cendres volantes au ciment Portland améliore sa maniabilité. Elles peuvent rentrer dans la composition de ciments (NF P 15-301), de liants hydrauliques routiers (NF P 15-108), de bétons (NF EN 450-1) ainsi que dans de nombreux produits brevetés avec des utilisations diverses et notamment le remblaiement de tranchées (produits auto-compactants), le comblement de cavités ainsi que de produits auto-nivelants. Les aires de production en France sont la Lorraine, le Nord, la Loire-Atlantique, la Seine-Maritime, la région parisienne, la Saône-et-Loire et les Bouches-du-Rhône. En 2005, la France a produit 3 millions de tonnes de cendres volantes et en a utilisé 85%. Depuis les années 1960, les emplois en construction routière ont été nombreux en France. Les cendres volantes siliceuses ont été utilisées en remblais (de moyenne hauteur notamment). Les techniques Grave Laitier Cendres Volantes et Grave Cendres Volantes sont encore utilisées aujourd'hui en couche de fondation et de base.

Concernant l'Analyse de Cycle de Vie, aucun inventaire n'est actuellement disponible dans la littérature pour être diffusé librement. En dehors de la base de données Ecoinvent, d'autres bases comme la base européenne ELCD proposent des inventaires pour la production d'électricité qu'il faut adapter  pour obtenir un inventaire de la production de cendres volantes. Différentes publications nationales et internationales en ont permis une première approche en lien avec leur utilisation dans les ciments notamment.

Exemple d'utilisation en terrassement d'après PREDIS Nord-Pas-de-Calais