Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux

Type de document

RAPPORT DE RECHERCHE

Langue

francais

Auteur

RUBAN

Résumé / Abstract

En réseaux d'assainissement urbains, les polluants sont majoritairement sous forme particulaire ou liés aux particules. Il est donc intéressant de caractériser les particules en continu et/ou en temps réel pour comprendre la dynamique des dépôts/remise en suspension, gérer leur décantation dans les ouvrages, ou évaluer leur capacité à transporter des micropolluants. Les méthodes optiques et ultrasonores sont déjà utilisées pour déterminer en continu les concentrations massiques de matières en suspension. Cependant les relations entre les concentrations massiques et les paramètres optiques ou ultrasonores présentent une certaine instabilité car elles sont influencées par les caractéristiques des particules. On peut donc penser accéder à ces caractéristiques pour les objectifs mentionnés ci-dessus, par des combinaisons adaptées de paramètres optiques ou ultrasonores. Les principaux résultats acquis dans le domaine sur la période 2009-2012 sont les suivants : - méthodes de caractérisation des particules au laboratoire : les incertitudes relatives en fonction de la valeur mesurée ont été évaluées pour les mesures de concentrations en paramètres globaux réglementaires Matières en Suspension (MES) et Demande Chimique en Oxygène (DCO). La détermination à 5% près des masses volumiques humide et sèche des particules avec un pycnomètre à eau ne nécessite une prise d'essai que de 1.4g de matière sèche. La diffraction laser permet d'estimer les variations de tailles des particules en suspension dans les réseaux d'assainissement en fonction des conditions météorologiques ; - caractérisation par les ultrasons : les travaux menés par l'Institut de Mécanique des Fluides et des Structures de Strasbourg (IMFS) sur eaux résiduaires montrent une possibilité de déterminer les caractéristiques des particules (notamment les concentrations massiques et la granulométrie) par des mesures simultanées de rétrodiffusion et d'atténuation ultrasonores. Cependant ces résultats ont été obtenus avec des approximations qui demandent à être précisées, ce qui est l'objectif de la poursuite actuelle des travaux ; - relations entre caractéristiques des particules et paramètres optiques : les relations entre turbidités et concentrations en paramètres globaux (MES, DCO) varient suivant la pluviométrie. Cependant l'établissement d'une relation moyenne turbidité/MES sur 5 événements pluvieux permet d'estimer les concentrations en MES à 20% près. Le rapport de la turbidité en atténuation sur celle en diffusion à 90° (néphélométrie) présente un profil journalier en temps sec, qui paraît lié à l'oxydabilité des particules. L'identification des caractéristiques responsables de la variation de ce rapport en temps de pluie nécessiterait une modélisation des turbidités. Mesure en temps réel des vitesses de chute des particules: les expérimentations effectuées sur des échantillons d'eaux résiduaires de temps sec avec un appareil de terrain ainsi que des simulations de temps sec et d'événements pluvieux montrent qu'il serait envisageable de déterminer in situ et en continu la décantabilité de ces eaux par turbidimétrie. Cette possibilité dépend cependant de la stabilité de la relation entre le facteur de conversion turbidités/concentrations massiques et les vitesses de chute. Modélisation de l'atténuation de la lumière par les particules : elle permettrait de comprendre les différents phénomènes rapportés ci-dessus. Une modélisation sur matériaux modèles des eaux résiduaires urbaines, aboutit à des valeurs à peu près constantes du facteur d'efficacité (rapport de l'énergie atténuée sur l'énergie incidente sur la surface projetée de la particule), ce qui est conforme à la théorie pour des particules grosses par rapport à la longueur d'onde. Mais ses valeurs moyennes de l'ordre de 0.5 sont inférieures à la valeur théorique de 2, ce qui pourrait s'expliquer d'une part en raison de la collecte de la lumière diffractée par le détecteur de l'appareil, et d'autre part par une transmission directe vers le détecteur (translucidité), ces particules comportant une teneur notable entre 50 et 60% d'eau. Pour valider les hypothèses avancées, il serait souhaitable de préciser la modélisation avec les indices de réfraction (valeurs issues de la bibliographie et/ou déterminées expérimentalement). ; RAPPORT DE RECHERCHE FINAL