Sujet
Descriptif : Le laboratoire Modélisation en Mécanique et Procédés
Propres (M2P2), UMR 7340 est directement impliquée dans des thématiques
de recherche liées à la protection de l’environnement et au
développement durable. Plus particulièrement, le Département Génie des
Procédés de cette unité travaille depuis maintenant près d’une dizaine
d’année à l’optimisation des procédés de traitement des eaux usées,
notamment, les procédés de traitement par voie biologique.
Le sujet de cette étude s’insère directement dans ce cadre, en proposant
de mettre au point un outil de modélisation et de simulation
d’écoulements in situ de boues de station d’épuration en relation avec
les propriétés physico-chimiques de ces boues (teneur en solide, en
exo-polymères …).
En effet, dans l’ensemble des procédés existants voués au traitement des
eaux usées (filière eau) aussi bien qu’au traitement des boues
d’épuration produites en excès par la filière eau (filière boues), il
est bien connu que l’efficacité des étapes constituant les principaux
verrous des procédés (aération, déshydratation, décantation…) est
directement liée aux propriétés d’écoulement des boues mises en oeuvre.
Or à ce jour, ces propriétés d’écoulement ne sont mesurables qu’en
laboratoire, dans des conditions souvent éloignées de celles qui
prévalent dans le procédé.
Dans cette étude, afin de reproduire au plus près les conditions
d’écoulement dans une STation d’EPuration (STEP), nous utiliserons un
banc de caractérisation rhéologique constitué d’un bioréacteur (boues
agitées sous aération), complété par une boucle de circulation de la
boue biologique (boue pompées en conduite). Sur ce banc, différents
outils de caractérisation des écoulements in situ de ladite boue sont
implémentés. Ceci permet d’aboutir à une modélisation des écoulements
des boues biologiques non newtoniennes, en relation avec certaines de
leurs propriétés physico-chimiques comme leur teneur en solide (Matières
en Suspension (MES), Matières Sèches (MS), Matières volatiles en
Suspension (MVS)) ou encore leur teneur en polymères exo-cellulaires
(EPS).
La première étape du travail consiste donc à obtenir à l’aide de ce banc
de caractérisation in situ une banque de données expérimentales
décrivant les écoulements de boues de STEP en fonction de ces différents
paramètres.
Puis, un modèle systémique d’écoulement de boues de STEP à même de
prédire la viscosité apparente des boues (ηapp = ft (MES ; EPS ….)) sera
proposé. Le but est dans un second temps de relier cette viscosité
apparente à des paramètres caractéristiques des différentes étapes du
procédé à optimiser (notamment, Kla pour l’aération, Indice de
décantation ou encore CST (capillary Suction Time) comme indicateur
d’aptitude à la déshydratation de la boue).
La mise sous forme a-dimensionnelle des modèles systémiques précédents sera envisagée.
Enfin, la construction d’un modèle théorique d’écoulement des
suspensions des boues activées considérées sera étudiée. A partir de ce
modèle, des simulations numériques du comportement de telles suspensions
pourront être menées. Les résultats seront comparés aux résultats
expérimentaux.
