Revue bibliographique sur l’oxydation en eau supercritique

Actuellement, les déchets contenant des substances per- et poly-fluoroalkylées (PFAS) sont pour la plupart traités thermiquement par incinération. Néanmoins, l’état des connaissances actuel ne permet pas de conclure sur le devenir des PFAS lors de leur incinération et sur les sous-produits générés lors des combustions incomplètes. Plusieurs technologies alternatives de destruction de PFAS sont en cours de développement actuellement. L’oxydation en eau supercritique (OESC ou SCWO - Supercritical oxidation of water, en anglais) fait partie des technologies alternatives en cours de développement.
Ce rapport présente une synthèse bibliographique sur la technologie d’oxydation en eau supercritique ainsi que sur l’efficacité de ce procédé, pour le traitement de déchets contenant des PFAS. 
L’OESC est une technologie destructive qui repose sur l’utilisation de l’eau à un état dit supercritique, c’est-à-dire de l’eau chauffée et pressurisée au-delà de son point critique, soit à une température > 374°C et une pression > 221 bars. Ce procédé vise à oxyder totalement les substances organiques présentes dans des flux de déchets liquides avec des temps de séjour courts dans la phase supercritique de l’eau et en présence d’un oxydant. L’efficacité de destruction des substances organiques introduites dans le réacteur (oxydation partielle ou totale) va dépendre des conditions de fonctionnement du procédé (température, pression, temps de séjour, stœchiométrie, etc.) ainsi que de la matrice déchet concernée. Estimer l’efficacité de l’OESC pour la destruction des substances per- et poly-fluoroalkylées (PFAS) implique de vérifier si la minéralisation est totale ou partielle. Lors d’une minéralisation dite complète par OESC, les PFAS sont dégradés en dioxyde de carbone (CO₂), eau (H₂O), acides minéraux (fluorure d'hydrogène, HF) et/ou des sels inorganiques. Une minéralisation incomplète des PFAS entraine la formation de composés fluorés à chaîne plus courte dans les effluents générés par le procédé (liquides et gazeux). 
Bien que le nombre de publications recensées soit limité, plusieurs points concernant l’efficacité de l’OESC pour le traitement des PFAS ont pu être identifiés. Tout comme en incinération, l’efficacité de destruction des PFAS augmente avec la température. L’augmentation du temps de séjour permet d’améliorer l’efficacité de défluoration via une plus grande conversion des intermédiaires réactionnels à des temps de séjour plus longs. Des températures élevées (650°C) favorisent des taux de destruction élevés des PFAS initialement présents mais ce point ne préjuge pas d’une minéralisation complète des PFAS. Pour des matrices synthétiques, une défluoration complète semble être atteinte à 650°C et un temps de séjour de ~ 30 s avec la présence d’un oxydant en excès. Pour les matrices réelles (par exemple, mousse avec un agent formant un film flottant, AFFF), aucun consensus n’a pas pu être extrait sur le temps de séjour assurant une minéralisation complète en raison du manque de fiabilité des estimations de l’efficacité de défluoration dans les études citées dans ce rapport.
Enfin, les analyses réalisées sont souvent incomplètes et/ou ne se concentrent que sur un type d’effluent (par exemple, effluent liquide). Dans certains cas, les études estiment les concentrations d’un nombre limité de PFAS ciblés et évaluent ainsi la dégradation de ces composés sans tenir compte des sous-produits potentiellement générés (si minéralisation incomplète). Il est ainsi nécessaire d’inclure un bilan massique du fluor dans les études évaluant les performances de l’OESC vis-à-vis des PFAS.
Ce travail a été réalisé dans le cadre des missions d’appui de l’Ineris au ministère chargé de l’environnement.