La cendre est un résidu basique de combustion ou incinération de matières organiques, et par extension de produits tels que le charbon, le lignite ou divers déchets brûlés dans les incinérateurs, en plein air ou dans les cheminées ou fours.
Les cendres volcaniques, « naturelles », sont réputées fertiles pour l'agriculture.
La composition de la cendre varie selon le produit brûlé et selon son origine.
La composition des cendres varie selon de nombreux paramètres, qui sont essentiellement les espèces végétales brulées, les parties des plantes (écorce, tronc, ou jeunes branches par exemple), la nature du sol, ainsi que la période de l'année durant laquelle ces plantes ont été récoltées.
Les cendres de bois sont généralement riches en potasse alors que celles d'herbes seront riches en silice.
On peut considérer que les éléments non organiques qui constituent les cendres de bois sont en majorité des bases faibles avec 25 à 50 % de chaux (oxyde de calcium), 13% de potasse et soude, 9% au total d'oxydes tels que : oxyde de magnésium (magnésie), oxyde de fer, oxyde de manganèse.
Les constituants acides : acide phosphorique, acide silicique, acide sulfurique sont peu présents, et, en présence des bases faibles citées ci-dessus, se retrouvent généralement sous forme de phosphates, silicates et sulfates, respectivement.
D'autres substances telles que le soufre, le chlore, le fer ou le sodium n'apparaissent qu'en faibles quantités et d'autres encore ne se trouvent dans le bois qu'exceptionnellement comme l'aluminium, le zinc, le bore etc… (selon notamment les oligoéléments puisés dans le sol par les plantes qui ont été brulées afin de produire ces cendres).
On constate une variation des matières minérales avec l'espèce de bois brûlé. Ainsi nous trouvons d'avantage de chlore dans les résineux que dans les bois feuillus (7 fois plus dans l'épicéa que dans le chêne). Nous trouverons 2 fois plus d'acide phosphorique dans le peuplier tremble que dans le chêne, et deux fois plus de magnésie dans l'orme que dans le pin sylvestre. Les comparaisons portent évidemment, sur des bois ayant poussé dans les mêmes conditions.
La nature du sol a une influence considérable sur la composition chimique des cendres de végétaux.
La nature et la quantité des matières minérales formant les cendres varient également avec les diverses parties de l'arbre. L'écorce en contient plus que le bois, les branches plus que le tronc et le tronc plus que les racines. Les sels de silicium et de calcium sont plus abondants dans l'écorce que dans le bois tandis que les sels de potassium prédominent dans le bois.
A proprement parler, ce n'est que lors de la combustion des matières organiques que ces sels de calcium et de potassium donnent respectivement la chaux et la potasse retrouvés dans les cendres.
On a constaté aussi une variation suivant la saison d'abattage. Si l'on abat en été, on trouve une plus forte proportion de potasse et d'acide phosphorique. Ces éléments favorisant certains organismes de fermentation, la conservation de tels bois sera moins bonne.
Les cendres et autres résidus d'incinération, ainsi que les carbocendres (cendres de charbon) issues des installations individuelles ou industrielles (incinérateurs, centrales thermiques..) contiennent souvent de nombreux produits toxiques (résidus carbonés, métaux lourds et traces de radionucléides..).
Les cendres d'incinération sont moins polluées que les refioms théoriquement envoyés en décharge, mais elles contiennent néanmoins des métaux lourds qui étaient présents dans le bois ou les déchets brûlés, diverses substances chimiques imbrûlées et aussi des polluants qui se sont formés par recomposition lors de l'incinération. Lors des épisodes de dysfonctionnement d'incinérateurs, la qualité des cendres peut fortement se dégrader.
Les vapeurs issues des crématoriums peuvent également être polluées par des dioxines, mais aussi par des métaux lourds dont du mercure perdu par les plombages dentaires lors de la crémation.
Les cendres des centrales thermiques au charbon se sont accumulées en importants crassiers depuis le XIXe siècle. Ils ont été à l'origine d'envols de poussières et de particules fines dites « cendres volantes ».
En Amérique du Nord, le stockage a parfois lieu en bassin pour limiter les envols, mais non sans risque pour la nappe ou les eaux superficielles en cas de rupture de digue (ainsi le 22 décembre 2008, le bassin de stockage de cendres de la centrale électrique de Kingston (Tennessee) s'est rompu en libérant environ 4 millions de m3 de boues polluée par de l'arsenic, du mercure, du sélénium, du plomb et du radon radioactif) ; l’eau analysée près du site par l'EPA contenait des taux d'arsenic (cancérogène) dépassant de 100 fois le niveau acceptable.
En France, dans les années 1990 à 2000, les incinérateurs et la trentaine de centrales thermiques au charbon encore en service (4% environ de la production électrique du pays, par 19 centrales à charbon en 2009) ont produit une grande quantité de cendre. Ces crassiers sont théoriquement suivis par les DRIREs (circulaire de 1996 relative aux cendres de charbon), maintenant incluses dans les DREALs, et par l'ADEME (pour les sites orphelins ou certains aspects liés à la pollution de l'air).
Le 5 avril 2000, le Centre national d'information indépendante sur les déchets (CNIID) a alerté sur un rapport du ministère de l'Environnement de 1997 reconnaissant une contamination des cendres d'incinérateurs par les dioxines.
En 2009, c'est une étude faite par J. Bonnemain pour l'Autorité de sûreté nucléaire (ASN, qui rappelle à nouveau que les dépôts de cendres (souvent oubliés ou dispersés comme matériaux pour le BTP) contiennent souvent non seulement des dioxines, mais aussi du thorium ou de l'uranium radioactif qui ont été concentrés dans la cendre, et qui sont devenus mobiles et biodisponibles, car libérés du charbon par le processus de combustion. J. Bonnemain estime que ces dépôts devraient être sécurisés, surveillés, voire confinés, alors que beaucoup ont déjà été dispersés et que certains sont encore visités par des pratiquants de moto-cross, de VTT, par des promeneurs, des ramasseurs de champignons ou des chasseurs (dont le gibier peut alors être contaminé). L'étude rappelle aussi que les dépôts non-protégés donnent lieu à des envols et une contamination environnementale par le ruissellement. La bioturbation par des animaux fouisseurs (lapins, taupes, et micromammifères, vers de terre ou même oiseaux qui peuvent y creuser leurs terriers : Exemple : l'hirondelles de rivage (Riparia riparia creuse son nid en forme de galerie de 60 cm environ de profondeur dans les micro-falaises de sable) ; une colonie de ces hirondelles s'était installé dans le crassier de l'ancienne centrale à charbon d'EDF à Pont-sur-Sambre, en bordure de la Sambre et d'une zone humide. Ces centrales sont souvent installées en bordure d'un canal ou d'un fleuve, ce qui facilite la pollution de l'eau par les envols de cendres ou le ruissellement.
Pour la réglementation française, ces dépôts sont des « installations connexes » des centrales thermiques, et ne doivent faire l'objet d'une simple déclaration. Ils sont gérés (ou devraient l'être) par l'opérateur de la centrale thermique, même après son arrêt). Le ministère chargé de l'écologie reconnait que « le suivi radiologique, notamment de la qualité des eaux environnantes au plan radiologique, est le chaînon manquant » pour l'évaluation environnementale et le suivi des impacts des cendres de charbon.
En France, le ministre de l'écologie a en 2009 demandé aux préfets de mettre en place des mesures de surveillance autour des sites de déchets radioactifs, incluant les dépôts de déchets à « radioactivité naturelle renforcée » (cendres, phosphogypse...). Ce premier état des lieux pourra orienter la stratégie de l'état concernant les risques liés aux cendres de charbon qui en 2009 étaient encore produites par centaines de milliers de tonnes annuelles, par 19 centrales au charbon (15 pour EDF et 4 pour la SNET) qui en France compensent les besoins que le nucléaire ne peut fournir en période de pointe. Une grande partie des dépôts français a été vendue ou offerte pour le BTP, (terrassement/remblais de tranchées ou d'aménagements routiers, inclusion dans le ciment ou béton, ou comme matériau de remblais pour diverses infrastructures routières ou ferroviaires (TGV Est par exemple). J. Bonnemains, auteur d'une étude faite pour l'ASN estime nécessaire un meilleur contrôle des cendres de charbon, qui nécessite selon lui par « la création d'une structure extérieure aux producteurs pour assurer un suivi longitudinal et contradictoire ».
Depuis le début des années 1980, les cendres d'incinérateurs ou de crassiers de centrales thermiques alimentent des polémiques parfois vives, notamment en raison de leurs teneurs en métaux lourds et dioxines. Selon Greenpeace, un incinérateur commercial, aux normes, de taille moyenne brûle 32 000 tonnes de déchets, dont certains contiennent inévitablement du plomb, du cadmium, de l'arsenic, du mercure et du chrome, émettant (vers l'an 2000) 92 tonnes de métaux dans l'air par an et produisant environ 304 tonnes/an de cendres et d'effluents liquides.
En France toujours, où l'incinération a été très développée, une circulaire de mai 1994 interdit leur utilisation « à moins de 30 m d'un cours d'eau », mais les cendres sont depuis cette date considérées comme globalement "valorisables" en travaux routiers ailleurs ou dans les cimenteries. Le décret n'imposant par ailleurs pas de précaution particulière aux engins de chantier. La couche de bitume est censée limiter le risque de lixiviation, mais de nombreuses routes sont périodiquement inondées ou en contact avec le plafond de la nappe phréatique. Le CNIID a par exemple reproché à l'incinérateur de Tronville d'avoir fourni de grandes quantités de cendres issus de déchets ménagers et hospitaliers à un « chantier-pilote » qui a ainsi contaminé des chemins forestiers. En Bretagne, l'incinérateur de Pluzunet a offert ses cendres à des agriculteurs pour en faire de l'engrais. Selon l'ORDIF - Observatoire Régional des Déchets d'Ile-de-France cette région a produit plusieurs centaines de milliers de tonnes de cendres, dont la majeure partie a été « recyclée » en fond de couche routière. Certains incinérateurs comme celui de Sète disposaient alors d'énormes crassiers de cendres dont une partie s'envole au vent ou est lessivée par les pluies. EDF a en 2006 estimé produire de 400 000 à 800 000 t/an de cendres (non compris celles de la Société nationale d'électricité et de thermique (SNET), qui exploite encore 4 centrales au chargon en France) et qu'il reste 9 millions de tonnes de stock issu des anciennes centrales à charbon françaises. De nombreuses industries (papeterie, cimenteries, verreries) ont aussi jusque la généralisation du gaz utilisé du charbon et produit de grandes quantité de cendres dispersées dans l'environnement ou stockées dans d'anciennes décharges internes non surveillées. Le BRGM concluait en 2000 qu’« à l’exception des mâchefers d’incinération d’ordures ménagères, les données disponibles relatives à la caractérisation fine des résidus [de procédés thermiques] sont globalement insuffisantes, et les données relatives à leur altération météorique inexistantes ».