traitement des eaux et déchets

Procédés biologiques

Procédés thermiques

Outils et Approches transverses

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Présentation
Approche Globale du Cycle de l’Eau

Les travaux de l’équipe Traitement des Eaux et Déchets (TED) sont organisés autour d’une vision globale intégrée du traitement et de la valorisation des eaux usées et des déchets.

Cette approche systémique s’appuie sur une démarche couplée expérimentation-modélisation-simulation des procédés, pour traiter, réutiliser et valoriser des effluents urbains ou industriels (production d’H2, de CH4, de chaleur ; récupération des nutriments, des métaux, reuse, etc). Elle vise à contribuer aux grands enjeux du 21ème siècle et plus particulièrement aux transitions écologique et énergétique.

A cet effet, l’équipe développe des approches multi-échelles de traitement et de valorisation des effluents liquides et solides en suspension.

A l’échelle de la matière, l’équipe possèdes les compétences pour des caractérisations spécifiques que sont la rhéologie et la bio-calorimétrie.

A l’échelle du procédé, les études se focalisent sur l’application de mécanismes novateurs que ce soit en réacteur biologique, thermique ou physico-chimique. La caractérisation des grandeurs de transfert, matière et cinétique mène au développement de modèles dédiés.

Ces modèles sont utilisés au sein de méthodologies intégratives spécifiques dès lors que deux ou plusieurs procédés sont couplés. Ces méthodes sont développées pour déterminer le fonctionnement optimal du couplage et/ou du site industriel accueillant ces procédés.

Les thématiques développées dans l’équipe TED s’articulent autour des trois axes suivants :

Axe Dépollution 

dédié au dimensionnement de procédés de traitement des eaux et des déchets ainsi qu’à la compréhension des mécanismes de transfert et processus réactionnels mis en jeu.

Sous-axes : bioréacteurs, filtres réactifs, OVH, gazéification, rhéologie, calorimétrie

Axe Valorisation 

dans lequel les études sont consacrées à l’optimisation des processus et procédés pour la valorisation matière et/ou énergie des effluents et des déchets (récupération de phosphore, production de vecteurs énergétiques : H2, CH4, etc)

Sous-axes : cristallisation, bioH2 et vecteurs énergétiques à partir de biomasse, récupération des nutriments, etc

Axe Intégration 

focalisé sur l’étude du couplage des procédés développés dans l’équipe associée à une démarche d’optimisation des flux par des méthodes ad hoc de type symbiose industrielle.

Sous-axes : couplage de procédés, optimisation énergétique, etc

Responsable

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Doctorants, Post-Doctorants et CDD

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Equipements

- Rhéomètre TA Instrument (géométries : couette, double-couette, ruban, plan-plan, cône-plan)
- Calorimètre SETARAM C80
- Spectromètre IR
- Chromatographe gaz
- Pilote de Gazéification
- Banc de caractérisation di et triphasique des propriétés rhéologiques
- Rhéoreacteur
- Pilote de biofiltre immergé aéré à membranes
- Banc de caractérisation de la pollution des eaux (DCO, DBO5, MES, MVS, NH4+, NO3- …)
- Réacteur calorimétrique
- Bioréacteurs à biofilm (aérobies et anaérobies)

Partenaires académiques et industriels

Collaborations Internationales avec

Institut Mexicain du Pétrole / Université de Monastir / Université de Sfax / Université de Gand

 

Collaborations Nationales 

Industrielles :

Véolia Environnement / Groupe Lesaffre / CIRAD / Phytorem SA / G2C Environnement / Phocéenne des Eaux / CICL / Sterlab

Académiques - Institutionnelles :

Région PACA / IFR PMSE / FR ECCOREV / CEMAGREF / ISM2 / CEREGE / INRA / IRD

 

Dernières publications de l'équipe

  • David Ranava, Cassandra Backes, Ganesan Karthikeyan, Olivier Ouari, Audrey Soric, et al.. Metabolic Exchange and Energetic Coupling between Nutritionally Stressed Bacterial Species: Role of Quorum-Sensing Molecules. mBio, 2021, 12 (1), pp.e02758-20. ⟨10.1128/mBio.02758-20⟩. ⟨hal-03115469⟩ Plus de détails...
  • Nicolas Lusinier, Isabelle Seyssiecq, Cecilia Sambusiti, Matthieu Jacob, Nicolas Lesage, et al.. A comparative study of conventional activated sludge and fixed bed hybrid biological reactor for oilfield produced water treatment: influence of hydraulic retention time. Chemical Engineering Journal, Elsevier, 2020, pp.127611. ⟨10.1016/j.cej.2020.127611⟩. ⟨hal-02989059⟩ Plus de détails...
  • Nicolas Lusinier, Isabelle Seyssiecq, Cecilia Sambusiti, Matthieu Jacob, Nicolas Lesage, et al.. A comparative study of conventional activated sludge and fixed bed hybrid biological reactor for oilfield produced water treatment: influence of hydraulic retention time. Chemical Engineering Journal, Elsevier, 2020, pp.127611. ⟨10.1016/j.cej.2020.127611⟩. ⟨hal-02989059⟩ Plus de détails...
  • Jiupeng Du, Nelson Ibaseta, Pierrette Guichardon. Generation of an O/W emulsion in a flow-focusing microchip: importance of wetting conditions and of dynamic interfacial tension. Chemical Engineering Research and Design, Elsevier, 2020, ⟨10.1016/j.cherd.2020.04.012⟩. ⟨hal-02799613⟩ Plus de détails...
  • Kelly Ohanessian, Mathias Monnot, Philippe Moulin, Jean-Henry Ferrasse, Cristian Barca, et al.. Dead-end and crossflow ultrafiltration process modelling: Application on chemical mechanical polishing wastewaters. Chemical Engineering Research and Design, Elsevier, 2020, 158, pp.164-176. ⟨10.1016/j.cherd.2020.04.007⟩. ⟨hal-02892457⟩ Plus de détails...
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Rencontres scientifiques

Soutenances de thèses et HDR

15 Décembre 2021 - Study of the energy potential for a water supply network / Soutenance de thèse Gautier HYPOLITE
Doctorant : Gautier HYPOLITE

Date de soutenance :  mercredi 15 Décembre 2021 à 14:00 (Amphithéâtre du CEREGE / Technopôle de l'Arbois-Méditerranée, BP80, 13545 Aix-en-Provence)

Abstract : In order to reduce fossil fuels consumption for heating and cooling, different heat sources can be considered. Given theamount of water they carry, water supply systems can play this role and appear to have a high thermal potential. To date, this source has not been used: the main problem is to optimize the sizing of the equipment according to the temporal variability of water flow, water temperature, and the heat (or cold) demand. A first task is to evaluate the available thermal energy. For this purpose, a model based on a minimum number of measurements has been developed. It allows to determine the annual evolution of the temperature and the flow at each point of the network. Temporal variations of water demand and soil surface temperature are taken into account. The ground surface temperature is obtained by satellite measurements. Water flow, soil temperature and water temperature measurements in the network are performed to validate the models and the soil thermal properties. A simulation of the water system hydraulic and thermal behavior is performed for the year 2018 and compared to these measurements. The impact on the water temperature of adding several heat exchanges to the network is then evaluated with this model. In this study, the potential of a raw water system (composed of 5000 km of pipes, and transporting 200 million cubic meters of water per year in the south of France) is studied. As the temperature, the flow rate and heat demand are highly time dependent, a method has been developed to optimize the sizing and location of the exchange systems. This method is based on minimizing the entropy generation in the heat exchanger between the water pipes and the users. The dynamic behavior of a simple heat exchanger (concentric tube) between the network and the user is modeled (pressure profile and fluids and wall temperature calculation). The value of entropy generation due to temperature difference and pressure drop in the exchanger is obtained in transient operation, this value is used as an objective function for the optimization. The results based on the cooling of a data center show that the entropy gain is significant when the optimal size of the heat exchanger is chosen. The use of the raw water network connected to a reversible heat pump for heating and cooling a building has also been studied and results in a high gain compared to an air source heat pump. 

Jury :
Directeur de these M. Jean-Henry FERRASSE Aix Marseille Université
Rapporteur M. Clausse MARC INSA LYON
Rapporteur M. Francois LANZETTA Unversité de Franche-Conté
Examinateur Mme Nathalie MAZET Université de Perpignan
CoDirecteur de these M. Olivier BOUTIN Aix Marseille Université
Examinateur M. Sylvain SERRA LaTEP
Jeudi 10 décembre - Recherche d’optimum de conversion de la biomasse et optimisation de la répartition d’entropie dans un réacteur, deux contributions au développement des bio-raffineries/ Soutenance de thèse Jonathan GOFFE
Doctorant :  Jonathan GOFFE            
  
Date de la soutenance :  visioconférence le jeudi 10 décembre à 10 h.

Résumé : 

L’optimisation des processus à grande échelle, la réduction des irréversibilités lors des différentes transformations, ainsi que les changements stratégiques majeurs dans le choix des ressources et des applications sont des étapes clés de la transformation du modèle énergétique mondial. En contribuant d’une part à développer des outils d’évaluation théorique de la conversion de la biomasse ce travail fournit des critères permettant d’identifier les limites supérieures théoriques de la conversion de la biomasse. La conversion de deux biomasses (lignocellulosique et microalgue) en alcanes, alcools, monoxyde de carbone ou hydrogène est réalisée. Elle souligne l’importance de la stœchiométrie dans la faisabilité et l’efficacité des conversions. D’autre part ce travail contribue au domaine de l’optimisation des procédés par la réduction des irréversibilités. Le fonctionnement d’un réacteur tubulaire a été étudié en mesurant l’impact de la géométrie. Le procédé de reformage du méthane à la vapeur sert de cas modèle. Une proposition d’équipartition de la production d’entropie à été proposé à partir d’une décomposition en sous réacteurs. 

Mots clés : Biomasse, conversion de la biomasse, Analyse Pinch, Matlab, equipartition, création d’entropie, réacteur tubulaire, reformage du méthane à la vapeur 

Jury :

  Dr Raphaele THÉRY HÉTREUX
     Maitre de conférences HDR, LGC, INPT Toulouse, Rapportrice
  Pr Guillain MAUVIEL
     Professeur des Universités, LRGP Nancy, Université de Lorraine, Rapporteur
  Dr Nathalie MAZET
     Directeur de recherche, CNRS, PROMES, Université de Perpignan Via Domitia, Examinatrice
  Dr Lingai LUO
     Directeur de recherche, CNRS, Laboratoire de Thermique et Énergie, Université de Nantes, Examinatrice
  Dr Jean-Henry FÉRRASSE
     Maître de Conférences HDR, M2P2, Aix Marseille Université, Directeur de thèse