Dissertations / Theses: 'Eau – Épuration – Modèles mathématiques'

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Marquot, Aurélien. "Modélisation du traitement de l'azote par boues activées en sites réels : calage et évaluation du modèle ASM1." Pau, 2006. http://www.theses.fr/2006PAUU3016.

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Abstract:

La dépollution des eaux usées par les boues activées a été progressivement maîtrisée pour permettre de traiter non seulement les composés carbonés mais aussi l'azote et le phosphore. Parallèlement, des modèles mathématiques ont été développés pour représenter les processus complexes impliqués par l'activité de la biomasse. L'aboutissement de ces modèles à une description complète du traitement du carbone et de l'azote par boue activées a été apporté avec le modèle ASM1 (1987). Ce modèle, ainsi que ceux qui l'ont suivi sont désormais intégrés à des logiciels de simulation qui sont de véritables outils de dimensionnement et d'aide à la gestion pour les stations d'épuration. Cependant l'utilisation de la simulation dans le domaine des eaux usées requiert encore un niveau d'expertise élevé. De plus la recherche doit se poursuivre tant sur le plan du développement des modèles que sur les protocoles qui permettent leur utilisation pertinente. C'est dans ce contexte que cette thèse a été réalisée, avec les buts parallèles d'actualiser les recommandations du Cemagref pour le dimensionnement et la gestion des stations d'épuration en France, et de participer à la recherche internationale qui est actuellement représentée par le groupe de travail IWA “Guidelines for Use of Activated Sludge Models”. Ce document présente donc le traitement de l'azote par boues activées et les modèles qui y sont associés. Le modèle ASM1 a été sélectionné pour une étude sur site réel. Cette étude de 22 mois a eu pour objectif d'obtenir un calage des paramètres du modèle. Les caractéristiques du site réel ont fortement influencé le développement des méthodes de suivi avec un protocole spécifique aux systèmes d'aération intermittente. Parallèlement, des tests complémentaires en laboratoire et un protocole propre au calage du modèle et à sa validation ont été élaborés. Les résultats obtenus ont permis d'évaluer d'une part la robustesse d'un calage et d'autre part la capacité du modèle à représenter le fonctionnement réel de la station, notamment lorsque des contraintes fortes comme une inhibition de la nitrification sont survenues. Les connaissances acquises lors de l'étude sur site réel ont ensuite été valorisées par des travaux de simulation sur des " scénarios avancés ". Ces scénarios ont permis d'appréhender l'apport de la simulation par rapport aux méthodes de dimensionnement conventionnelles. Ils ont également permis d'étudier de manière approfondie les mécanismes du modèle et leurs limitations. Enfin des scénarios prospectifs ont amené à discuter différentes options de dimensionnement et de gestion face à des situations de crise (problèmes de gestion de la boue, temps de pluie ou inhibition)
Wastewater treatment by activated sludge was progressively improved in order to remove not only carbonaceous pollutants but also nitrogen and phosphorus. In parallel, mathematical models were developed to represent the complex processes resulting from the biomass activity. This led to the complete description of carbon and nitrogen removal by the Activated Sludge Model n°1 (ASM1, 1987). This model, and all the following ones, are nowadays implemented in simulation software and used as design and operation support tools. Nevertheless the use of simulation in the wastewater treatment field requires high expertise. Furthermore, research must be continued on both models development and protocol for their calibration. In this context the PhD was carried out with the goals of updating Cemagref's recommendations for design and operation of French wastewater treatment plants, and participating to the international research presently carried out by the IWA task group “Guidelines for Use of Activated Sludge Models”. This document first introduces nitrogen removal by activated sludge and the corresponding models. ASM1 was selected for a full-scale survey. This 22-month study aimed at obtaining a calibration of the model parameters. Site characteristics have strongly influenced the development of monitoring methods and calibration/validation procedures adapted for intermittent aeration system. In parallel, laboratory experiments were performed to determine additional model parameters. The results allowed the evaluation of both the model robustness through several calibration campaigns and its capacity to represent real operation of the plant, especially under strong constraints such as nitrification inhibition. This modelling experience with full-scale data was used to simulate “advanced scenarios”. These scenarios aimed at understanding the advantages of simulation compared to conventional design methods. They also allowed deeper assessment of the model mechanisms and limitations. Finally, prospective scenarios compare several design and operation strategies when facing crisis event, such as erratic sludge wastage, rain events, or inhibition of nitrification

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Petitjean, Alain Bernard Nicolas. "Modélisation des transferts réactifs diphasiques dans les filtres verticaux pour le traitement des eaux résiduaires urbaines." Strasbourg, 2011. http://www.theses.fr/2011STRA6175.

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Abstract:

Le contexte réglementaire européen et français actuel impose des contraintes importantes sur la politique d’assainissement des petites collectivités. Les zones humides artificielles dédiées au traitement des eaux usées urbaines, et notamment les massifs filtrants verticaux, sont un outil efficace pour mener à bien cette politique. Ainsi, l’intérêt de la recherche sur ces techniques prometteuses s’est accentué ces dernières années. La modélisation mécaniste est une discipline en plein essor dans ce domaine. Le présent travail détaille le développement d’un modèle de transport réactif diphasique adapté aux massifs filtrants verticaux. L’oxygène est un facteur déterminant pour le fonctionnement de ces systèmes. Une étude permettant d’évaluer l’influence de leur conception et de leur exploitation sur les transferts d’oxygène est proposée. Les capacités de ré-oxygénation des filtres verticaux non colonisés sont évaluées à l’aide du modèle numérique. Dans la continuité de ces premiers résultats, l’interdépendance entre renouvellement d’oxygène et consommation bactérienne est abordée. Pour cela, un modèle de biodégradation aérobie adapté aux massifs filtrants verticaux est couplé au modèle de transport. Parallèlement à une meilleure compréhension des transferts d’oxygène, les résultats ouvrent la discussion sur les limites du modèle biologique adopté. De manière complémentaire à la modélisation, un dispositif expérimental visant à étudier le transport réactif des filtres verticaux non colonisés a été mis en place. Il ouvre la voie au calage du modèle numérique qui a été développé
Oxygen renewal, as a prominent phenomenon for aerobic bacterial activity, deeply impacts Vertical Flow Constructed Wetland (VFCW) treatment efficiency. We introduce a multiphase model able to simulate multi-component transfer in VFCWs. It is based on a two-phase flow module, and a transport module. The flow module can quantify both water and air velocities throughout the filter during operation. The reactive transport module follows dissolved and gaseous oxygen concentrations, and the transport of solutes such as ammonium and readily biodegradable COD (Chemical Oxygen Demand). The consumption of components is governed by Monod-type kinetics. Heterotrophic and autotrophic bacteria, which are responsible for COD and ammonium degradation respectively, are part of the model components. The kinetics are based on the Constructed Wetlands Model 1. The results from the simulation tool were compared with existing experimental data, and two kinds of operation with VFCWs were investigated. The authors show strong interplay between oxygen renewal and bacterial consumption in case of sequential batch feeding with transient flooding of surface. Oxygen renewal is essentially convection mediated in such operation, while convection is not significant in non-flooding operation. Simulated bacterial patterns are impacted by the operation, both quantitatively and spatially. From a modelling point of view, the authors highlight some limitations of the biological model : the description of bacterial lysis processes needs to be enhanced, as well as ammonium adsorption to organic matter

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Bancole, Apolline. "L'oxydation en infiltration percolation." Montpellier 2, 2001. http://www.theses.fr/2001MON20072.

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Bernier, Jean. "Modélisation simultanée de l'enlèvement des nutriments et de l'évolution de la perte de charge en biofiltration des eaux usées." Thesis, Université Laval, 2014. http://www.theses.ulaval.ca/2014/30528/30528.pdf.

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Abstract:

La biofiltration des eaux usées est un procédé de traitement par biomasse fixe fréquemment utilisé dans certains pays d’Europe (France, Allemagne) et retrouvé dans quelques villes du Canada. Celui-ci consiste à faire passer l’eau à traiter au travers d’un lit de garnissage qui filtre les matières en suspension et sur lequel croissent les bactéries épuratrices se nourrissant de la pollution. Cette accumulation graduelle de biomasse et de particules entraine par contre une augmentation de la pression d’injection nécessaire pour effectuer le traitement. Lorsqu’une certaine pression limite est atteinte, le traitement doit être arrêté pendant que le biofiltre est lavé pour décrocher une partie du biofilm présent sur le média. Les nombreux phénomènes impliqués dans ce type de traitement font que la biofiltration est un procédé difficile à modéliser de manière complète et que la plupart des travaux sur le sujet ne se concentrent que sur une partie de ces phénomènes. Dans cette optique, des travaux de modélisation visant à simuler à la fois l’enlèvement de la pollution et l’évolution de la perte de charge durant le traitement des eaux usées par biofiltration sont réalisés. Un modèle complet est d’abord construit dans le logiciel Matlab®. Plusieurs jeux de données différents décrivant le comportement du procédé sur de courtes et de longues périodes de temps sont ensuite utilisés pour calibrer le modèle. La calibration est effectuée séparément sur trois types de traitement réalisés sur des usines à taille réelle : traitement secondaire, nitrification tertiaire et post-dénitrification. Les résultats de calibration montrent qu’il est possible dans la plupart des cas d’obtenir des prédictions satisfaisantes à la fois sur les concentrations de polluants à l’effluent des biofiltres et sur les pertes de charge engendrées durant le traitement. Quelques améliorations au modèle par rapport à la filtration sont à envisager, mais globalement les prédictions suivent bien les tendances observées. Les résultats obtenus permettent d’envisager la possibilité de prendre en compte à la fois l’efficacité du traitement et la perte de charge lors de l’utilisation d’un modèle pour l’optimisation, l’analyse de scénarios ou encore l’aide à l’élaboration de stratégies de contrôle d’un procédé par biofiltration.
Biofiltration of wastewater is a fixed-film treatment process which is frequently used in some European countries (France, Germany) and can also be found in a few Canadian cities. It consists in pumping the wastewater through a bed of media on which the purifying bacteria grow and consume the nutrients contained in the water, and which captures and retains suspended solids. Both phenomena lead to a gradual accumulation of biomass and particles, requiring an increase of the water injection pressure in order to keep the water flowing. Once a certain maximum pressure is reached however, treatment must be paused while the biofilter is being backwashed to remove a fraction of the biofilm located on the media. The presence of several phenomena involved during treatment by biofiltration makes this process complex to model as a whole. Hence, most studies on the subject have focused on modeling only a fraction of these phenomena at the same time. In this context, a modeling study aiming to simulate both the pollutant removal and the evolution of headloss occurring during the biofiltration of wastewater is performed. A complete biofiltration model is first built in Matlab®. Several datasets describing the behaviour of a biofilter on both short and long time scales are then used to calibrate the model. Calibration is made individually for three different treatment types (secondary treatment, tertiary nitrification and post-denitrification), in each case performed on full-sized plants. Calibration results show that it is possible in most cases to obtain correct predictions on both pollutant concentrations at the biofilter effluent and on the headloss created during treatment. Some improvements to the filtration sub-model are worth considering, but predictions otherwise globally follow the observed trends. The obtained results allow envisioning the possibility of taking into account both the pollutant removal efficiency and the headloss evolution when using a model to support process optimization, to run different scenario analyses, or even to create control strategies on a biofiltration system.

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Benbelkacem, Hassen. "Modélisation du transfert de matière couplé avec une réaction chimique en réacteur fermé." Toulouse, INSA, 2002. http://www.theses.fr/2002ISAT0024.

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Abstract:

L'étude a trait aux réactions gaz-liquide appliquées à l'ozonation d'eaux résiduaires. La première partie présente un modèle de description global d'un réacteur gaz-liquide semi-fermé où ont lieu transfert de matière et réactions chimiques irréversibles. Développé dans Matlab, il reprend la résolution du modèle du film et en intègre les résultats dans les bilans matière d'évolution des espèces. Une attention particulière est portée au régime intermédiaire. L'utilisation d'un facteur d'épuisement D associé au facteur d'accélération E permet de comparer l'importance de la réaction dans le film à celle au sein du liquide. La deuxième partie concerne le traitement d'eaux résiduaires par l'ozone. Les expériences sont effectuées en colonne à bulles sur les acides maléique et fumarique. En confrontant les profils expérimentaux et ceux du modèle, les constantes de vitesse d'ozonation sont déterminées. Les profils de E et D permettent de connaître la fraction d'ozone qui réagit dans le film
This work is related to ozone treatment of organic wastes, a gas-liquid reaction. In the first part, a model is proposed for the description of a semi-batch gas-liquid reactor. This model accounts for mass transfer and for irreversible chemical reactions. Using Matlab, the film model is solved and the results are included in the mass balances within the reactor. The 'intermediate regime' is specially studied by introducing a new parameter, the depletion factor D. Associated with the enhancement factor E, it allows the determination of the part of reaction occurring within the film. The second part of this work is specifically related to ozone treatment of organic wastes. Experiments on maleic acid and fumaric acid ozonation are conducted in a bubble column reactor. The rate constants are determined by a trial and error method which compares experimental and numerical results. The ozone fraction reacting within the film is also determined by following the variation of E and D with time

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Casellas-Français, Magali. "Mise en oeuvre, modélisation, optimisation et contrôle d'un procédé discontinu séquentiel (SBR) : application au traitement du carbone, de l'azote, du phosphore et des matières en suspension d'eaux résiduaires urbaines." Limoges, 2002. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/c7b8b1be-7f59-4700-ba14-86cff384c513/blobholder:0/2002LIMO0035.pdf.

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Abstract:

L’optimisation du traitement des eaux urbaines nécessite la mise en place de procédés fiables et un contrôle rigoureux du fonctionnement. Dans ce cadre, le procédé discontinu séquentiel SBR (sequencing Batch reactor) consistant en la succession de phases de réaction, de décantation et de purge au cours du temps est étudié. A cette fin, une méthodologie de développement fondée sur l’exploitation de résultats de simulations mathématiques, d’expérimentations en laboratoire, d’extrapolation à pleine échelle, et de protocoles de contrôle simples mais robustes est présentée. Le simulateur de procédé de traitement de l’eau ( « Benchmark ») associe un modèle de traitement des eaux (ASM n°1 de HENZE et coll. , 1986) et un modèle de décantation (TACKACS et coll. , 1991). L’association de ces deux modèles permet de simuler le fonctionnement d’un système d’épuration à boues activées. Une étude bibliographique exhaustive a permis de dégager des scénarios de fonctionnement d’un SBR susceptibles d’aboutir au traitement du carbone, de l’azote, du phosphore et des MES contenus dans une eau usée urbaine. Les différents cycles sont testés afin de dégager deux procédures : un cycles long et un cycle court. L’utilisation du Benchmark, suite à une mise en place critique de procédures d’identification des variables d’entrée des modèles, est étendue à l’élaboration de différentes stratégies d’amélioration de l’élimination de l’azote. Cette étude, couplée à une étude expérimentale de la déphosphatation, a abouti à la définition d’un cycle de 24 heures, améliorant les cinétiques de dénitrification et mettant en exergue les problèmes liés à la variation temporelle de la charge d’entrée. Afin d’y remédier, une méthode de contrôle et de fiabilisation du fonctionnement, fondée sur l’utilisation conjointe de trois capteurs : pH, potentiel rédox, oxygène dissous, est présentée et mise en oeuvre à l’échelle semi-industrielle
Wastewater treatment optimization requires the installation of reliable processes and a control of operating conditions. In this context, discontinuous processes like SBR, working on the principle of alternating reaction, settling and purge phases is investigated. A development process methodology based on the use of mathematical simulations, lab scale experiments, full scale extrapolation and simple but robust control strategies is reported. The Benchmark of wastewater treatment associates a wastewater treatment model (ASM n°1 ofHENZE et al. , 1986) and a settling conditions model (TACKACS et al. , 1991). Combining both models allows for the simulation of an activated sludge process operation. An exhaustive bibliographic study could highlight different scenarios of SBR operations able to achieve carbon, nitrogen, phosphorus and total suspended solids removal. Different time delays were investigated in order to identify two particular operating conditions : short cycles and long cycles. The use of the Benchmark associated with a critical identification of incoming variables of the model, was extended to the development of strategies for nitrogen removal improvement. This study, combined with an experimental study of phosphorus removal allowed to define a 24 hours cycle, improving denitrification rates but also highlighting problems related to temporal variations of incoming load. In order to solve this problem, a special procedure , based on the use of three sensors : pH, ORP, dissolved oxygen, was investigated and full scale commissioned, in order to control with accuracy operating conditions

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Hamdaoui, Oualid. "Contribution à l'étude et à la modélisation des phénomènes d'adsorption-désorption de composés organiques sur charbon actif en grain en l'absence et en présence d'ultrasons." Chambéry, 2004. http://www.theses.fr/2004CHAMS047.

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Abstract:

Ce travail a pour objet d'étudier et de modéliser l'adsorption du phénol et des chlorophycées sur charbon actif en grain et de préciser les possibilités d'utiliser les ultrasons pour la désorption de ces composés organiques dans le but de regeler l'adsorbant. L'étude et la modélisation des cinétiques d'adsorption des composents phénoliques sur charbon actif en grain permettent de dégager plusieurs résultats sur les mécanismes d'adsorption. Les deux étapes limitantes sont le transfert à travers le film externe et la diffusion intraparticulaire. La modélisation des équilibres isothermes d'adsorption montre que l'adsorption est en monocouche et s'effectue de façon plutôt localisée, les sites déjà occupés n'autorisent pas la fixation d'autres molécules d'adsorbat, les molécules phénoliques adsorbées se repoussent et il n'y a donc pas d'association entre elles et l'adsorption s'effectue sur des sites energétiquement différents. Les effets des ultrasons de différentes fréquences et intensités sur les processus d'adsorption-désorption du 4-chlorophenol sur charbon actif en grain ont été étudiés et discutés. Les capacités d'adsorption obtenues en présence d'ultrasons sont inférieures à celles observées en l'absence du champ ultrasonore et elles sont inversement proportionnelles à l'intensité des ultrasons. La comparaison des courbes cinétiques montre que la vitesse d'adsorption du 4-chlorophenol est plus élevée en présence d'ultrasons. La désorption du 4-chlorophenol de la surface du charbon actif en grain a été étudiée en l'absence et en présence d'ultrasons de différentes fréquences et puissances. Les vitesses de désorption obtenues en présence du champ ultrasonore sont largement supérieures à celles observées en l'absence d'ultrasons. La quantité de 4-chlorophenol désormais augmente avec l'intensité. L'addition de Noah et/ou d'Ethanol au système entraîne un accroissement de la quantité de 4-chlorophenol désormais, spécialement en présence d'ultrasons. L'influence des ultrasons sur la désorption consiste en leurs effets thermique et non-thermique. Les méthodes sonochimique et sonophotochimique de régénération du charbon actif sature en composé phénolique sont des techniques très prometteuses qui permettent simultanément de minéraliser le composé organique et de regeler le charbon actif
The aim of this work is to study and model the adsorption of phenol and chlorophenols onto granular activated carbon and to specify the feasibility of using ultrasound to enhance the desorption of these organic compounds from the adsorbent. The study and modeling of the adsorption kinetics of phenolic compounds on activated carbon show that the two limiting stages of adsorption are the transport through the boundary layer and intraparticle diffusion. Isotherm modeling reveals that adsorption is in monolayer and it is carried out in definite and localised sites, the already occupied sites do not authorize the fixation of other molecules of adsorbate, the adsorbed phenolic molecules are pushed back and thus there is no association between them and the adsorption is carried out on energitecly different sites. The effects of ultrasound of various frequencies and intensities on adsorption-desorption processes of 4-chlorophenol on granular activated carbon were studied and discussed. Adsorption capacities obtained in the presence of ultrasound are lower than that observed in the absence of the ultrasonic field and they are inversely proportional to ultrasound intensity. Comparison of kinetic curves shows that the adsorption rate of 4-chlorophenol is higher in the presence of ultrasound. The desorption of 4-chlorophenol from the granular activated carbon surface was studied in the absence and presence of ultrasound of various frequencies and powers. The desorption rates obtained in the presence of ultrasonic field are largely higher than those observed in the absence of ultrasound. The amount of 4-chlorophenol desorbed increases with the intensity of ultrasound. Addition of naoh and/or ethanol to the system involves an increase of the amount of 4-chlorophenol desorbed, especially in the presence of ultrasound. The influence of ultrasound on desorption consists of their thermal and non-thermal effects. Sonochemical and sonophotochemical methods of regeneration of the activated carbon saturated with phenolic compound are very promising techniques which simultaneously lead to mineralize the organic compound and to regenerate the activated carbon. These techniques do not modify the specific surface and the adsorption capacity of the activated carbon after several cycles of adsorption-regeneration

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Laurent, Robert. "Modélisation et identification des systèmes complexes : application à l'épuration biologique des eaux." Lille 1, 1985. http://www.theses.fr/1985LIL10042.

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Abstract:

En ne se basant que sur des considérations physiques, une loi liant la respiration des microorganismes aux divers paramètres internes a pu être établie. Les non linéarités et la dépendance de certains paramètres ont conduit à utiliser une méthode d'identification originale. L'utilisation d'un coefficient de ressemblance des fonctions de sensibilité permet une décomposition de l'espace paramétrique en sous espaces.

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Wang, Rong-Yan. "Etude de l'hydrodynamique et du transfert de l'ozone dans une colonne à bulles en ascension libre." Toulouse, INSA, 1995. http://www.theses.fr/1995ISAT0023.

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Abstract:

Cette etude a contribue a caracteriser le fonctionnement d'une colonne d'ozonation a bulles en ascension libre destinee au traitement des eaux potables. Les parametres caracteristiques de l'hydrodynamique, du transfert d'ozone et de la cinetique de consommation de l'ozone par l'eau ont ete determines. L'hydrodynamique sur la colonne a bulles a ete etudiee en determinant plusieurs parametres: le diametre des bulles, la retention gazeuse et le comportement hydrodynamique de la phase liquide en prenant compte le modele des reacteurs en cascade. Les modeles mathematiques associes aux parametres hydrodynamiques et aux equations des bilans de masse ont ete developpes afin de calculer le coefficient de transfert volumique et la constante cinetique de la consommation de l'ozone par l'eau en prenant en compte les differents modes operatoires (continu ou semi-ferme). Une methode en regime transitoire a pu etre proposee pour determiner la consommation d'ozone par une eau. Les principaux resultats obtenus permettent de predire et d'optimiser les performances d'un tel reacteur d'ozonation

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Samie, Guillaume. "Modélisation d'une station par biofiltration." Thesis, Université Laval, 2009. http://www.theses.ulaval.ca/2009/26447/26447.pdf.

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Tik, Sovanna. "Contrôle d'un système intégré d'assainissement urbain basé sur la qualité de l'eau vers des stratégies tolérantes aux fautes." Doctoral thesis, Université Laval, 2020. http://hdl.handle.net/20.500.11794/40351.

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Abstract:

En matière de gestion des eaux usées urbaines, l’évolution de la réglementation vers une approche holistique amène les gestionnaires des réseaux d’égouts et des stations de récupération des ressources de l’eau (StaRRE) à considérer le système intégré d’assainissement urbain (SIAU) de manière globale. Ce changement de paradigme ouvre la porte à des collaborations entre les domaines, autrefois considérés comme distincts, que sont le drainage urbain et le traitement des eaux usées. Dans ce contexte d’innovation et d’intégration, la modélisation devient un outil clef, permettant d’appréhender la complexité des interactions entre les différentes composantes d’un SIAU. D’autre part, les gestionnaires de SIAU sont amenés à développer la résilience de leurs systèmes pour faire face aux impacts des changements climatiques, dont les effets à long terme sont difficilement quantifiables. Cependant, les experts s’accordent à dire que les évènements de pluie d’intensité extrême deviendront plus fréquents, et viendront tester les capacités opérationnelles des infrastructures actuelles. Afin que les ouvrages continuent à fournir une performance respectant les normes en vigueur, tout en respectant les contraintes budgétaires de leurs gestionnaires, les solutions flexibles, telles que l’implantation de systèmes de contrôle en temps réel (CTR), devraient être privilégiées. D’autant plus que, grâce aux récents développements technologiques, de nouveaux outils de mesure, de communication et d’analyse, de plus en plus fiables, sont mis en marché. L’objectif de cette thèse est de proposer et d’évaluer la pertinence d’une gestion intégrée du SIAU par CTR basé sur la qualité de l’eau, utilisant des mesures de turbidité, un indicateur de la pollution particulaire, pouvant également être mesurée en concentration de matières en suspension (MeS). Ces stratégies de contrôles innovantes visent à réduire le déversement global de polluants particulaires (et des polluants associés, tels que les métaux lourds, les pathogènes, etc.) dans le milieu naturel. Dans ce cadre, un modèle intégré – réseau d’égouts et StaRRE – a été développé pour évaluer ces stratégies. Une approche de modélisation utilisant la distribution de la vitesse de chute des particules (DVCP) a été proposée pour mieux décrire les phénomènes de décantation et de remise en suspension dans l’ensemble des ouvrages et permettre ainsi une meilleure prédiction de l’évolution de la pollution particulaire lors des événements pluvieux. D’autre part, les études expérimentales ont montré que les capteurs de turbidité installés dans le SIAU sont soumis à des conditions difficiles, menant à des fautes. La perte de performance des stratégies de contrôle basées sur la qualité des eaux en cas de fautes sur le signal du capteur de turbidité a donc été évaluée. Grâce aux méthodes de détection de fautes, un système d’alarme pourrait permettre aux gestionnaires de décider du mode de gestion à adopter ou pourrait initier un basculement automatique en mode de gestion dégradé. Ce mode dégradé est défini par une stratégie de contrôle n’utilisant plus le signal fautif. Les simulations de ces scénarios ont montré la possibilité de maintenir une partie des bénéfices obtenus par les stratégies de contrôle utilisant un capteur parfait. Ces bénéfices sont conservés lorsque la faute est détectée dans un délai raisonnable - dépendant de la dynamique du système.Les résultats de cette étude laissent ainsi présager un fort potentiel d’optimisation des opérations des ouvrages de transport et de traitement des eaux usées et pluviales, particulièrement lorsqu’on considère leur utilisation de manière intégrée, plutôt qu’en tant que systèmes autonomes et distincts. D’autre part, le modèle intégré pourrait être utilisé comme outil d’aide à la décision pour déterminer les modes de gestion (integrée) les plus adaptés. Mots-clefs : contrôle en temps réel (CTR); gestion du temps de pluie ; modélisation intégrée ;système intégré d’assainissement urbain (SIAU); traitement primaire physico-chimique.
Regulation concerning urban wastewater management is evolving towards a holistic approach which leads stakeholders to increasingly consider the integrated urban wastewater system(IUWS), including the sewer system and the water resource recovery facility (WRRF), as a whole. This change of paradigm opens doors to new collaborations between the traditionally separated fields of urban drainage and wastewater treatment operation and research. In this context of innovation and integration, modelling is going to be a key tool, granting a better understanding of the complexity of interactions between the different parts of the IUWS. At the same time, the IUWS has to become more resilient to face the impacts of climate change, the long-term effects of which are difficult to quantify. Still, climate change experts agree on the increasing probability of occurrence of high intensity rain events, reaching the limits of current wastewater infrastructure operational capacities. In order for these infrastructures to continue to provide adequate performance with respect to current norms and regulations, while limiting costs and budgetary needs, flexible solutions, such as implementing real-time control (RTC) systems, should be considered. Especially since recent technological developments bring new and more reliable tools to measure water quality, and also to analyse and manage large quantities of data.This study focuses on the behaviour of the particulate pollution in the IUWS, an important water quality indicator, commonly measured as the total suspended solids (TSS) concentrationand highly correlated with turbidity measurement. As turbidity sensors are readilyavailable with increasing reliability, their operational use can be envisioned. The objective of this thesis is to develop and assess water quality-based control strategies for the IUWS. An integrated - sewer and WRRF - model, using the particle settling velocity distribution (PSVD) approach, has been proposed. This approach improves the description of particle settling and resuspension in the whole system, allowing a better forecast of TSS concentration dynamics, especially during rain events. Based on this integrated model, innovative water quality-based control strategies, aiming at reducing overall discharge of particulate pollutants (and the heavy metals, pathogens, etc. that come with it) to the receiving water during wet weather, have been proposed and successfully tested. Experimental studies demonstrated that turbidity sensors installed in the IUWS are subject to harsh conditions, leading to faulty sensor signals. The performance loss due to the use of water quality-based control strategies affected by a faulty turbidity signal has been evaluatedin detail and this has demonstrated the need for fault detection tools. When a faulty signal is detected, alarms will allow operators to decide which operating mode should be used instead of the one using the now faulty sensor. Alternatively, automatic responses and changes could be implemented to counteract the effects of a faulty signal. This last option, called downgraded operating mode, which implies reverting to a control strategy that does not use the faulty signal, has been simulated and tested. If the fault is detected within reasonable time (which depends on the system dynamics), these simulations have shown that part of the increase of performance gained with the water quality-based strategy using the good signal, can be maintained. The results of this study thus present a strong case for optimizing wastewater infrastructure operations, especially when they are considered as an integrated system, instead of autonomous and mutually exclusive systems. Furthermore, the developed integrated model may be use as a decision support tool to help determine the best possible (integrated) controlstrategy. Keywords : chemically enhanced primary treatment (CEPT); integrated modelling; integratedurban wastewater system (IUWS); real-time control (RTC); stormwater management.

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Mesplé, Fabrice. "Modélisation des processus biologiques et physico-chimiques dans un écosystème aquatique eutrophe : le lagunage à haut rendement." Montpellier 1, 1993. http://www.theses.fr/1993MON13514.

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Mandel, Pierre. "Modelling ozonation processes for disinfection by-product cotnrol in potable water treatment : from laboratory to industrial units." Rennes 1, 2010. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00564767.

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Abstract:

Afin de gérer au mieux le pilotage des unités d'ozonation lors de la potabilisation des eaux, un modèle prédictif a été développé. L'objectif du modèle était de pouvoir prédire, sur une installation industrielle, les concentrations en ozone, en bromates et en différents micropolluants. Le modèle chimique proposé est mécanistique et peut être subdivisé en plusieurs parties : auto-décomposition de l'ozone, influence de l'alcalinité, formation de bromates, influence de la MON (Matière Organique Naturelle). Le modèle d'influence de la MON comporte 12 paramètres ajustables, le modèle pour la formation des bromates comporte un paramètre ajustable, les valeurs des autres paramètres sont fixées d'après la littérature. Le modèle hydraulique est de type systémique et comprend des réacteurs idéaux (parfaitement agités et piston). L'identifiabilité du jeu de paramètres a été conduite par une analyse de sensibilité (eFAST). La procédure d'optimisation par méthode de Nelder-Mead a été testée. Le modèle proposé permet de rendre bien compte des variations de pH, de température, de concentration de MON, de doses d'ozone sur la décomposition de l'ozone et la génération de radicaux. Les essais sur la formation de bromates ont montré que le modèle donne de bons résultats pour des concentrations inférieures à 20 µg. L-1, ce qui est particulièrement intéressant dans le cas d'une application industrielle. Enfin, une étude sur une unité industrielle a montré que des modèles calibrés en laboratoire (chimie, hydraulique) peuvent être appliqués directement sur site. Le modèle de formation des bromates est néanmoins instable dans le temps et doit être périodiquement réajusté
Facing major challenges, management of ozonation process will increasingly need prediction tools based on modelling. Dealing with different types of waters (chemistry) and different types of tanks (hydraulics), modelling of ozonation units has to adapt to site-specific conditions. The main objective of this work was to develop an integrated modelling procedure for industrial ozonation processes for predicting concentration profiles of: ozone, bromate and specific micropollutants. Two types of chemical models were considered: semi-empirical models with adjustable kinetics (for the role of Natural Organic Matter, NOM) and mechanistic models with predetermined kinetics (for other phenomena related to ozonation). Hydraulic flow conditions were modelled by systematic networks (patterns of ideal reactors). Ozone decomposition, hydroxyl radical generation and bromate formation were studied at lab-scale with a specially developed apparatus. Various experimental conditions were tested: pH, temperature, ozone doses, initial bromide concentrations, concentration of NOM and nature of NOM. The model was able to adequately reproduce experimental measurements for nine of the eleven water samples studied, covering a wide domain: 6. 1 ≤pH ≤8. 15; 1. 02 meq. L-1≤ AT ≤6. 02 meq. L-1; 0-. 0. 5 mg. L-1≤TOC≤3. 1 mg. L-1. For bromate, considering the crucial zone between the quantification limit and 20 µg. L-1, a large majority of the simulated concentrations corresponded to experimental concentrations or were located in the experimental uncertainty interval. A full-scale study showed that models calibrated at lab-scale may be used directly on-site to predict the formation of bromate and ozone profiles. Readjustments of the model for bromate formation should however account for seasonal changes

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Nguyen, Khuong-Minh. "Description et modélisation des films biologiques aérobies." Toulouse, INSA, 1989. http://www.theses.fr/1989ISAT0018.

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Abstract:

Etude de la cinetique de croissance et de liberation de substrat par des biofilms aerobies. Mise en evidence de six phases, ainsi que d'un regime permanent de fonctionnement dans la phase liquide a la fin de la phase dynamique, et d'un regime permanent de fonctionnement relatif a la quantite de biomasse fixee sur le support au debut de la phase de stabilisation. Proposition d'une modelisation basee sur deux types de bacteries: l'une, active, et responsable de la liberation de substrat; l'autre, desactivee ou inerte, et responsable de l'accumulation

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Garneau, Cyril. "Simplification automatique de modèle et étude du régime permanent." Master's thesis, Université Laval, 2009. http://hdl.handle.net/20.500.11794/21802.

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Abstract:

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2009-2010
Les modèles mathématiques servant à simuler le comportement de stations d'épurations représentent un outil puissant pour concevoir une nouvelle installation ou prédire le comportement d'une station d'épuration déjà existante. Cependant, ces modèles ne fournissent aucune information sur un système particulier sans un algorithme pour les résoudre. Il existe actuellement un grand nombre d'algorithmes d'intégration capables de calculer la solution d'un modèle avec précision. Cependant, les temps de calcul en jeux représentent toujours l'un des obstacles à une utilisation extensive des modèles. Deux approches permettent de réduire les temps de calcul, à savoir l'utilisation de matériel informatique plus puissant ou le développement de logiciels et algorithmes plus performants. L'objectif principal de ce mémoire est de proposer une troisième voie, soit la simplification automatique d'un modèle sur la base de ses valeurs propres. Le jacobien, une approximation locale du modèle, est utilisé comme base de l'étude des valeurs propres. Une méthode d'homotopie est ensuite utilisée pour maintenir le lien entre les valeurs propres et les variables d'état d'un jacobien simplifié à sa seule diagonale aux valeurs propres du jacobien entier. Puisque les valeurs propres représentent une approximation valable de la dynamique des variables d'état d'un modèle, il est possible de trier ces variables d'état sur la base de leurs valeurs propres associées. Les variables d'état présentant une dynamique très rapide par rapport à l'échelle de temps d'intérêt seront alors considérées comme étant toujours à l'équilibre, ce qui permet de négliger leur dynamique transitoire et donc d'accélérer la résolution du modèle. Cette simplification est réalisée à l'intérieur d'un algorithme d'intégration de type Diagonal Implicite de Runge-Kutta capable de résoudre des systèmes d'équations différentielles et algébriques. Ce mémoire s'attaque également à un cas particulier de la simulation, soit le calcul du régime permanent. Ce calcul peut être réalisé par des algorithmes performants ne recherchant que les valeurs des variables d'état mettant à zéro les équations différentielles. Ces algorithmes sont cependant peu fiables puisque toute solution mathématique est jugée valide, peu importe la réalité physique. La solution proposée est l'injection de connaissance sous forme de bornes aux valeurs que peuvent prendre les variables d'état. Des équations algébriques implicites sont construites automatiquement sur ces bornes pour forcer la convergence dans l'intervalle voulu.

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Golinelli, Éric. "Élaboration d’un outil d'assistance à l'assainissement en milieu rural." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2000. http://www.theses.fr/2000INPLA002.

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Abstract:

Devant les besoins mondiaux de protection du milieu naturel la législation européenne impose aux collectivités une mise en conformité des installations d'assainissement avant le 31 décembre 2005. L'objet de notre recherche est la proposition d'une méthodologie de construction d'un outil d'assistance pour accompagner les maires de petites collectivités françaises de moins de 1000 habitants tout au long d'un tel projet environnemental. L'originalité de notre recherche consiste, selon un formalisme simple, à intégrer dans un même outil l'ensemble des acteurs du projet, les obligations législatives tant techniques qu'organisationnelles, et les procédés adaptés aux petites collectivités. Dans une première partie, la mise en place d'un système d'assainissement en milieu rural est abordée comme un fait sociétal, qui se retrouve à différentes échelles, du niveau mondial au niveau local. A travers la deuxième partie, le projet est défini selon un tripôle impulsion - stratégie - pilotage. L'impulsion amène à comprendre le projet selon un modèle général construit à partir d'une réalité complexe. La mise en place de la stratégie du projet donne une vision à long terme, apportant aux acteurs les moyens d'agir dans un sens commun. Puis une démarche de pilotage du projet apporte les correctifs aux actions menées, grâce à des indicateurs, pour atteindre la cible définie selon le pôle stratégie. Dans une dernière partie, nous proposons d'appliquer à un cas réel l'outil d'assistance en le considérant selon une approche globale, puis en intégrant la loi et les procédés adaptés en milieu rural. Ainsi, ce travail relie organisation et technologie, tout en comprenant l'état de ce qu'était le système, de ce qu'il est tout au long du projet, et de ce qu'il sera
Needs for natural environment protection are increasing at a world scale. Sewage treatment installations of local collectivities have to comply with the European legislation. The deadlines are December 31, 2005. The aim of our research is the proposition of a methodology for developing an aid to representation tool in order to conduct such environmental projects. This tool is intended to small French local collectivities of less than 1000 inhabitants. The originality of this work consists, according to a simple formalism, in integrating into the same tool relationships of actors in the project, technical and organizational legislative obligations and sewage treatment processes adapted to small collectivities. In a first part, the implementation of a sewage treatment in rural environment is tackled as a social fact at both the world and local levels. Through the second part, the project is then defined according to a three poles representation: impulse, strategy and management. Impulse consists in understanding the project according to a general model developed from a complex reality. The implementation of the strategy of the project provides a long-term vision, bringing to actors the means for acting in a common sense. Managing the project finally consists in leading actions or correcting them using indicators in order to reach the target defined in the strategy pole. In a last part, an application of the aid to representation tool to a real case is suggested. This case is based on a global approach. Law and processes adapted in rural environment are also integrated. As a result, the presented work links organization and technology, while understanding the state of what the system was, what it is all along the project and what it will become

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SIMON, SANDRA. "Etude d'un chenal d'oxydation par des approches globales et locales : hydrodynamique et transfert de matiere." Toulouse, INSA, 2000. http://www.theses.fr/2000ISAT0023.

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Abstract:

Cette etude concerne un chenal d'oxydation ou les fonctions de brassage et d'aeration sont dissociees. L'objectif est double : predire l'hydrodynamique de la phase liquide et comprendre l'impact de l'hydrodynamique sur le transfert de matiere. Pour repondre a ces objectifs, une approche experimentale et une approche theorique sont developpees. Experimentalement, on met en evidence l'obtention d'un nombre de pompage plus eleve en chenal qu'en cuve agitee. La vitesse de circulation est determinee pour deux configurations originales du systeme d'agitation. La caracterisation de la dispersion gaz-liquide, dont l'originalite repose sur la mesure de la retention gazeuse, montre l'effet preponderant de la retention gazeuse sur l'augmentation de l'aire interfaciale et du coefficient de transfert par la suppression des spiral flows en presence d'une vitesse horizontale du liquide. Un modele filaire, base sur les equations de conservation de masse et de quantite de mouvement et developpe pour tout type de systeme d'agitation et de bassins, permet de predire la vitesse de circulation dans des conditions d'utilisations courantes. La mecanique des fluides numeriques s'interesse aux conditions aux limites et a la modelisation de l'agitateur. En systeme gaz-liquide, l'outil numerique confirme les resultats experimentaux par l'analyse du taux de presence et la suppression des spiral flows. La modelisation realise permet d'utiliser cet outil pour une future optimisation du procede.

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Hauduc, Hélène. "Modèles biocinétiques de boues activées de type ASM : analyse théorique et fonctionnelle, vers un jeu de paramètres par défaut." Doctoral thesis, Université Laval, 2011. http://hdl.handle.net/20.500.11794/22384.

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Abstract:

La modélisation du fonctionnement des stations d'épuration est un outil largement utilisé notamment pour l'optimisation et la réhabilitation des ouvrages existants et le dimensionnement de nouvelles installations, par les ingénieurs et par les chercheurs. S'assurer d'une bonne qualité des modèles est donc primordial. Or, d'après les résultats d'une enquête internationale effectuée auprès de 96 utilisateurs potentiels de modèles, deux étapes dans l’utilisation des modèles sont considérées comme particulièrement délicates: le choix du modèle à utiliser parmi les modèles disponibles et l'étape de calage de ces modèles. Le travail présenté visait à fournir des éléments pour lever des obstacles à une utilisation plus généralisée des modèles biocinétiques à boues activées. Il a porté sur sept des modèles publiés : (1) ASM1, (2) ASM2d, (3) ASM3, (4) ASM3+BioP, (5) ASM2d+TUD, (6) Barker & Dold et (7) UCTPHO+. Dans un premier temps, une analyse des connaissances pratiques des modèles a été effectuée afin d'améliorer le transfert des connaissances en modélisation. Une base de données de jeux de paramètres a été créée à partir d'études publiées et d'un questionnaire adressé aux utilisateurs de modèles. Cette base de données a notamment permis d'établir des fourchettes de valeurs utilisées pour l'ASM1 et l'ASM2d. Puis, une analyse des connaissances théoriques ayant pour but d'aider les utilisateurs à mieux comprendre les sept modèles et à choisir le modèle adapté à leur projet a été réalisée. Les modèles étudiés ont d'abord été vérifiés et les erreurs de frappe et incohérences ont été corrigées. Les concepts de modélisation ont été comparés entre eux grâce à une nouvelle représentation graphique, et confrontés aux connaissances sur le fonctionnement biologique des boues activées afin de mettre en évidence les limites théoriques des modèles. En dernier lieu, une méthodologie a été développée pour l'obtention de jeux de paramètres par défaut qui pourraient être utilisés comme valeurs initiales lors du calage des modèles. Pour cela, une procédure de calage multi-jeux de données a été élaborée. Cela nécessite au préalable le développement d'une procédure de calage automatisée et l'utilisation d'un critère de qualité permettant de définir l'arrêt de la procédure de calage. Une analyse est effectuée sur les critères de qualité utilisés en sciences de l'environnement.
Mathematical modelling of activated sludge systems has become a widely accepted tool and is used in particular for optimization and upgrading of existing plants and for new facilities design, either by engineering and consulting companies, or university and research centers. Ensuring the adequate quality of modelling results is therefore essential. However, an international survey conducted among 96 potential users of activated sludge models (ASM) pointing to two main obstacles to the use of modelling: the selection of the model to use among the available models and the model calibration. The objective of this work was to provide elements to overcome these obstacles and to promote the wider use of biokinetic models for activated sludge systems. It focused on seven published models: (1) ASM1, (2) ASM2d, (3) ASM3, (4) ASM3+BioP, (5) ASM2d+TUD, (6) Barker & Dold and (7) UCTPHO+. First, an analysis of practical knowledge on the models was performed to improve the transfer of modelling knowledge. A database of practical modelling applications from published case studies and from the answers of a questionnaire sent to model users was created. This database enables to establish ranges of parameter values commonly used for the ASM1 and ASM2d. Then the theoretical knowledge on ASMs was analysed to help users to better understand the seven studied models and to select the model most appropriate to their project. The studied models were first verified and typing errors and inconsistencies have been corrected. The modelling concepts were compared to each other through a new graphical representation, and confronted with knowledge about the biology of activated sludge, in order to highlight the theoretical limits of each model. Finally, a methodology has been developed to obtain default parameter values that could be used as initial values for model calibration. To this end, an automated calibration procedure that allows calibration on multiple data sets was proposed. Then, the quality criteria used in environmental sciences have been synthesised. These criteria are required to determine the best set of parameters based on the goodness-of-fit of the model and to compare results from different models.

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Nguyên, Viêt-Hai. "Formation interactive, expérimentation à distance, partage des ressources : application : automatique et ingénierie de l'environnement." Saint-Etienne, EMSE, 2009. http://www.theses.fr/2009EMSE0035.

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Abstract:

L’industrie des traitements de surface fait intervenir de nombreux processus complexes. De plus, elle est soumise aux dispositions des nombreux textes de loi dans le domaine environnemental. S’ajoutent à cela, les contraintes économiques imposées par la concurrence qui, dans la majorité des cas, s’opposent aux efforts de l’industriel de mettre en application ces textes de loi. En conséquence, ce secteur économique est naturellement considéré comme une boîte à questions très riche pour les scientifiques. A l’image de la diversité des processus utilisés, ces questions sont très diverses et variées. Elles nécessitent les compétences, les connaissances et les approches des chercheurs venant de différents horizons comme la physique, la chimie, la thermodynamique ou encore l’automatique. Les deux points que nous souhaitons aborder dans le cadre de cette thèse sont : la modélisation d’un système de rinçage et celle des processus de traitements des eaux usées à la sortie de la chaîne de production. L’intérêt et l’originalité de ce travail se situent dans la diversité des approches proposées. Le couplage des études théoriques avec les expériences au laboratoire ou sur le terrain, des modèles physiques et expérimentaux a permis de modéliser ces processus malgré leur complexité. Ces modèles servent, ensuite, au développement d’un outil de simulation qui peut être utilisé comme un outil pédagogique ou un outil d’optimisation auprès des industriels
The surface treatments industry uses a lot of complex processes and toxic substances. It subjects to different regulations which are strict and limiting quantities of rejected pollutants in the nature. It is always difficult for industrials to comply to these regulations because of a more and more cutthroat competition. Thereof, this economic sector is naturally considered as a rich suggestion box for researchers. The diversity of used processes asks competences, knowledge and approaches from different fields. In the frame of this thesis, our works have focused on the rinsing system and the wastewater detoxication plants: decyanidation and dechrommation. Thanks to different approaches, these processes have been modeled and a simulation tool has been developed. Such a tool could answer to a lot of needs. It will be possible for industrials to optimize processes in taking into account different factors as cost, productivity as well as environmental impacts. In the engineering formation, i twill be easier for students to understand how industrial processes work and to familiarize with industrial constraints

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Ayari, Houcine. "Modélisation mathématique de la décantation lamellaire des boues activées." Toulouse, INPT, 1996. http://www.theses.fr/1996INPT007G.

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Abstract:

Un modèle mathématique de la décantation lamellaire des boues activées est construit afin d'établir un outil d'optimisation du design des clarificateurs et d'aide à la décision de la conduite de leur fonctionnement. Le modèle vers lequel nous nous sommes orientés, est un modèle diphasique Eulérien-Eulérien où chaque phase de l'écoulement (eau et floc biologique) est décrite séparément par un système d'équations de conservation et de transport. Les interactions qui existent entre les deux phases sont décrites en terme d'échange de quantité de mouvement. Ce système est complété par les équations reliant la viscosité et la vitess de décantation de la boue activée à sa concentration. Le modèle est d'abord appliqué à un cas test de fonctionnement en régime transitoire d'un décanteur à une lamelle de même configuration qu'un décanteur lamellaire pilote utilisé lors d'une étude expérimentale antérieure. Le modèle est ensuite appliqué à deux cas de configurations de décanteurs monoplaque 3D et triplaque 2D.

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Wang, Shizhong. "Application et modélisation mathématique du réacteur anaérobie à biofilm à lit mobile au traitement du perméate du lait." Chambéry, 2009. http://www.theses.fr/2009CHAMS025.

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Abstract:

Le réacteur anaérobie à biofilm sur lit mobile (anaérobie moving bed biofilm reactor, AMBBR) est une application prolongée de réacteur traditionnel à lit mobile aérobie. Cependant, aucune application d'AMBBR n'a été reportée pour traiter les effluents de laiterie. Les principales conclusions sont :1) Il a été montré que pour les faibles charges organiques, la qualité d'effluent a été principalement attribuée aux concentrations en boue libres et que c'est aux charges élevées que I' AMBBR prends tou te son importance. 2) L' AMBBR permet de traiter les eaux usées des laiteries chargées en perméat. Les résultats ont indiqué que I'AMBBR a mieux fonctionné en mésophilie qu'en psychrophilie. Il a montré des performances comprarables à d'autres technologies de digesteur. Des analyses des cinétiques ont permis d'évaluer les performances de l'AMBBR. Le coefficient de rendement de méthane, le coefficient de maintenance (entretient) des cellules et le taux d'utilisation maximum du substrat ont été déterminés pour I'AMBBR. 3) Un modèle mathématique d'AMBBR a été développé la première fois et valide. . Ce modèle pourrait aussi être utilisé pour la conduite de I' AMBBR
Anaerobic moving bed biofilm reactor (AMBBR) possess satisfying performance in wastewater treatment. However, no implementation of AMBBR in treating dairy wastewater has ever been reported. In this research, a series of experiments were conducted to evaluate the operational parameters of AMBBR. Subsequently, the performance of AMBBR in treating milk permeate wastewaters (COD up to 70 g. 1-1) were studied and simulated by a mathematical model. Main conclusions are drawn as below : 1) Operational parameters had obvious impacts on AMBBR performance. AMBBR was efficient in treating milk permeate wastewaters. Results indicated that AMBBR worked better under mesophilic condition in treating high strength milk permeate wastewaters. It possessed satisfying performance which was comparative to other digester technologies; 2) Kinetic analysis is efficient in assessing the capability of AMBBR. It could be à simple and efficient measure for the assessment and prediction of AMBBR performance when mathematical modeling is not available. 3) a mathematical model of AMBBR was first developed and well validated. The AMBBR model was developed based on the ADMI (Anaerobic Digestion Model No. 1) and other biofllm reactor models. The idea of model development could be referred to when carrying out modeling research on other biofilm reactors

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Cazal, Elodie. "Etude des potentialités des hydrocyclones dans le domaine du traitement des eaux de ruissellement." Toulouse, INSA, 1996. http://www.theses.fr/1996ISAT0013.

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Abstract:

Cette these a pour objectifs d'etudier les potentialites des hydrocyclones dans le domaine du traitement des eaux residuaires urbaines et de resoudre le probleme de la clarification des eaux de ruissellement. La premiere partie de ce travail a consiste a analyser sur site, la faisabilite de l'hydrocyclonage pour le traitement des principaux effluents et boues d'origine urbaine ainsi que pour la clarification des eaux de ruissellement. L'auteur a mis en evidence les performances particulierement interessantes de ce procede pour epaissir les boues de decantation primaires ainsi que pour epurer les eaux de ruissellement. Par contre, il a conclu que l'hydrocyclonage n'est adapte ni au traitement des eaux residuaires urbaines, ni a l'epaississement des boues biologiques. La seconde partie de l'etude est relative a l'optimisation et a la modelisation du procede. Des poudres synthetiques calibrees sont utilisees pour simuler boues primaires et eaux de ruissellement et obtenir ainsi des conditions operatoires maitrisables. Apres avoir defini les conditions operatoires optimales pour la clarification et l'epaississement, l'auteur a aborde la modelisation des hydrocyclones selectionnes pour clarifier les eaux de ruissellement en temps reel. L'originalite de cette modelisation reside dans la prise en compte de l'influence sur la separation de la non sphericite des particules. Pour conclure, un modele performant introduisant la notion de facteur de forme de la suspension traitee est propose. La validite de ce modele est verifiee pour deux etages d'hydrocyclones. Differentes configurations d'hydrocyclones en serie (2,3, et 4 etages) permettant d'ameliorer la separation sont alors simulees afin de definir le montage le mieux adapte a la clarification des eaux de ruissellement

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Vallet, Bertrand Sébastien. "Modélisation d'un bassin d'orage en vue de l'amélioration de la qualité des rivières par la gestion en temps réel." Doctoral thesis, Université Laval, 2011. http://hdl.handle.net/20.500.11794/22929.

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Abstract:

Pour permettre l’amélioration de l’écohydraulique des rivières en temps de pluie, le développement de règles de contrôle en temps réel de vannes placées à la sortie de bassins d’orage demande une analyse à long terme de différentes options, intégrant la prévision météorologique, la qualité de l’eau de la rivière à l’amont du rejet, le débit de la rivière et la qualité de l’eau dans le bassin d’orage, pour permettre l’amélioration de l’écohydraulique des rivières. Pour cela, l’idéal est de tester ces règles à l’aide d’un modèle intégré du système « bassin versant – bassin d’orage – rivière ». Pour pouvoir faire des simulations à long terme, il faut un modèle de bassin d’orage rapide, qui permette de simuler la qualité de l’eau dans le bassin de façon précise quelles que soient les conditions d’exploitation. L’objet de cette thèse de doctorat a été de développer ce modèle de bassin d’orage. Ce modèle se base sur le principe de couches complètement mélangées superposées permettant de créer un gradient de concentrations pour représenter des phénomènes locaux tel que la pénétration de la lumière influençant la mortalité des pathogènes. Il se base également sur la définition de plusieurs classes de particules caractérisées par leurs vitesses de sédimentation, ces dernières étant déterminées expérimentalement à l’aide de tests ViCAs. Il incorpore également des polluants associés aux particules. L’élément de base, nommé cellule, est défini par une surface et une hauteur maximale au-delà de laquelle il y a débordement. Chaque cellule possède un volume d’eau variable dans le temps, divisé en plusieurs couches superposées, et d’une couche de sédiment de volume constant dans le temps. Pour reproduire le volume d’un bassin d’étude, il est nécessaire de connecter plusieurs cellules les unes avec les autres. Ces connexions se font alors couche à couche ayant comme conditions que les niveaux d’eau de toutes les cellules soient à la même hauteur. Un modèle théorique d’évolution des concentrations en pathogènes incluant des processus complexes comme la croissance, l’adsorption sur les particules et la désinfection par la lumière a également été développé. Le calage du modèle a nécessité la collecte de données expérimentales; des campagnes de mesure ont été effectuées lors des étés 2008, 2009 et 2010 sur le bassin Chauveau de l’arrondissement des Rivières de la ville de Québec. Dans un premier temps, l’efficacité du bassin dans son fonctionnement actuel a été déterminée. Une efficacité moyenne d’épuration de 39% sur les matières en suspension (MeS), de 10% sur l’azote ammoniacal et de 20 % sur le zinc a été mise en évidence. Dans un deuxième temps, la sortie du bassin a été fermée à l’aide d’une structure de bois avec une porte guillotine permettant la rétention de l’eau pendant des durées variables. Cette deuxième configuration du bassin a permis d’améliorer l’efficacité du bassin de façon très importante pour les MeS (90%), l’azote ammoniacal (84%) et le zinc (42%). Des prélèvements ponctuels ont également été faits à l’intérieur du bassin, révélant une hétérogénéité des mesures en MeS entre la zone proche de l’entrée et la zone proche de la sortie, durant les 20 premières heures d’emmagasinement. Le modèle a montré sa capacité à reproduire le comportement de la concentration en matières en suspension à l’aide de 3 classes de particules associées à des vitesses de sédimentation de 80, 2 et 0.1 m/d. La représentation hydraulique du modèle a nécessité l’emploi de 5 cellules pour recréer l’hétérogénéité spatiale révélée par les campagnes d’échantillonnage. Finalement, une fonction de débit de resuspension a permis de modéliser les concentrations à la sortie du bassin d’orage. La validation a confirmé les bonnes performances du modèle pour l’hydraulique et la prédiction des matières en suspension en sortie de bassin. Elle a néanmoins révélé plusieurs points qui nécessiteraient des recherches plus approfondies : la définition du débit de resuspension des sédiments, la détermination de la masse initiale de sédiments dans le bassin, la possibilité d’utiliser plus de cellules pour mieux représenter le comportement hydraulique et l’intérêt de collecter des analyses ViCAs associés à chaque phase du pollutogramme de la pluie (début, pic de débit et fin). Avec ce modèle, les stratégies de gestion en temps réel de la vanne de sortie des bassins d’orage peuvent maintenant être déterminées.
The development of real-time control rules of sluice gates located at a stormwater basin outlet requires testing various options, taking in account weather forecasts, water quality of the upstream river, river flow and water quality in the stormwater basin, by using long-term simulations to allow improved ecohydraulics of rivers. To do so, these rules have to be tested by using an integrated “watershed - storm basin – river” system. In order to perform long-term simulations, a stormwater basin model with small computation time is needed, which simulates the water quality in the basin accurately in function of imposed operating conditions. The purpose of this thesis was to develop such stormwater basin model. The developed model is based on superimposed homogeneous layers creating a concentration gradient to represent local phenomena such as light penetration affecting the mortality of pathogens. It is also based on the definition of several particle classes characterized by their settling velocities; the latter being determined experimentally using ViCAs tests. It also includes pollutants associated with particles. The basic unit, called cell, is defined by a surface and a maximum height above which water overflows. Each cell has a time-variable water volume, divided into several layers and a constant volume sediment layer. To reproduce spatial heterogeneity of an experimental stormwater basin, it is necessary to connect several cells. Connections are then done layer by layer with the condition that the water levels of all cells are at the same water height. A theoretical model describing the concentrations of pathogens, including complex processes such as growth, adsorption on particles and light disinfection has also been developed The calibration of the model required experimental data which were collected by sampling in the summers of 2008, 2009 and 2010 on the basin Chauveau in the “des Rivières” district of Quebec City. First, the efficiency of the basin in its current operation was determined. An average removal efficiency of 39% for total suspended solids (TSS), 10% for ammonia and 20% for zinc was revealed. In a second step, the stormwater basin outlet was closed with a wooden structure equipped with a guillotine door to retain the water for varying periods of time. The second configuration of the basin significantly improved the efficiency of the basin for TSS (90%), ammonia (84%) and zinc (42%). Samples were also collected within the basin, revealing heterogeneity in TSS measurements between the area near the inlet and the area near the outlet for the first 20 hours of storage. The model showed its ability to adequately reproduce the behavior of the TSS concentrations using three particle classes defined by settling velocities of 80, 2 and 0.1 m/d. For the hydraulics, five cells were required to recreate the spatial heterogeneity revealed by the sampling campaigns. Finally, the addition of a resuspension flowrate was needed to model the increased outlet TSS concentrations at the end of emptying. The validation confirmed the good performance of the model for the hydraulics and the prediction of outlet TSS concentration. It has also revealed several points that require further research: the definition of the sediment resuspension flowrate, determination of the initial mass of sediments in the stormwater basin, the possibility of using more cells to better represent the hydraulics and the interest of running ViCAs tests associated with each phase of the runoff (the beginning, the flow peak and the end). With this model, real-time control strategies for the outlet valve can now be tested.

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Ferchichi, Mounir. "Epuration d'eau usée urbaine par lit bactérien et biodisques." Montpellier 2, 1991. http://www.theses.fr/1991MON20056.

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Deux systemes epurateurs aerobies sont etudies: un lit bacterien et un contacteur a biodisques. Pour chaque reacteur, une etude hydrodynamique a ete menee, elle a permis de quantifier le degre de macromelange, la capacite de transfert d'oxygene, la retention liquide et le temps de passage de liquide en fonction des conditions hydrauliques. Si les conditions hydrauliques minima d'ecoulement ou d'agitation sont respectees, les performances epuratrices sont directement liees au temps de passage du flux liquide a travers le reacteur, independamment des conditions de circulation ou de charges hydrauliques. Si une epuration physicochimique suffisante peut etre obtenue, l'abattement sanitaire n'est pas significatif. L'adequation d'un modele simplissime aux resultats est presentee, la simplicite de ce modele en fait un outil facile de dimensionnement, voire un outil pratique de regulation ou d'automatisation

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Khdhiri, Hatem. "Épuration en eaux courantes : évaluation et modélisation de la capacité d'oxygénation dans les cascades et les chutes d'eau." Thesis, Université de Lorraine, 2014. http://www.theses.fr/2014LORR0216/document.

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Abstract:

Ce travail s’inscrit dans le cadre global de la restauration des cours d’eau pollués par une intensification des mécanismes d’autoépuration, en particulier la dégradation de la matière organique et de l’azote. L’objectif principal de cette étude est d’évaluer et modéliser la capacité de transfert d’oxygène air-eau par les principaux ouvrages hydrauliques à savoir les cascades en marches d’escalier et les chutes d’eau. Les expériences d’aération menées dans un pilote de laboratoire modulable, servant à la fois de cascade et de chute d’eau, ont permis d’évaluer le potentiel d’aération de ces structures, ainsi que d’étudier les effets des paramètres géométriques et opératoires. En première approche, une corrélation semi-empirique globale de calcul d’efficacité d’aération dans les cascades, avec un large spectre de validité, a été élaborée, en fonction du débit, nombre de marches et pente de la cascade, sur la base de nos mesures expérimentales et des données collectées dans les publications. La même démarche a été suivie pour élaborer une corrélation semi-empirique permettant une estimation de l’efficacité d’aération dans les chutes d’eau en fonction de la hauteur de chute, le niveau d’eau en aval et le débit d’écoulement. Afin de rendre compte des caractéristiques du phénomène de transfert dans les cascades d’eau (aire interfaciale d’échange air-eau et volume d’eau), des expériences de traçage ont été associées aux expériences d’aération ce qui a permis de mesurer le volume d’eau et de corréler le coefficient de transfert volumique d’oxygène kLa avec les différents paramètres intervenant dans les mécanismes d’aération. L’aire spécifique interfaciale a été simulée numériquement via l’approche VOF en fonction des conditions opératoires et géométriques. Une équation prédictive de calcul du coefficient de transfert du film liquide kL en fonction des paramètres d’influence a été obtenue à l’issu de l’ensemble des simulations et des mesures d’aération expérimentales
This work represents a part of polluted watercourses restoration by intensification of self-purification mechanisms essentially the degradation of organic matter and nitrogen. The main objective is to evaluate and model the air-water oxygen transfer by major hydraulic structures, namely stepped cascades and waterfalls. Aeration experiments conducted in a geometrically adjustable laboratory pilot, serving as stepped cascade and waterfall were used to assess the aeration potential of these structures as well as to study the geometrical an operating parameters effects. In a first approach, a global semi-empirical correlation for aeration efficiency calculation in stepped cascades, valid for a wide range of parameters, was developed, depending on water discharge, number of steps and chute slope, basing on our experimental measurements and data collected in publications. The same procedure was followed for developing a semi-empirical correlation to estimate the aeration efficiency of waterfalls in terms of the chute height, downstream water level and flowrate. In order to take into account the oxygen transfer phenomenon characteristics in stepped cascade (water volume and air-water exchange interfacial area), tracer experiments were associated with aeration experiments to allow measuring water volume and correlating the volume oxygen transfer coefficient kLa with the various parameters involved in the aeration mechanism. The interfacial specific area was numerically simulated using VOF approach depending on operating and geometrical parameters. A predictive equation for liquid film transfer coefficient kL calculation based on the parameters of influence was issued from both the simulations and experimental aeration measures

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Hauduc, Hélène. "Modèles biocinétiques de boues activées de type ASM : Analyse théorique et fonctionnelle, vers un jeu de paramètres par défaut." Phd thesis, AgroParisTech, 2010. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00564735.

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Abstract:

La modélisation du fonctionnement des stations d'épuration est un outil largement utilisé notamment pour l'optimisation et la réhabilitation des ouvrages existants et le dimensionnement de nouvelles installations. S'assurer d'une bonne qualité des modèles est donc primordial. Or, d'après les résultats d'une enquête internationale effectuée auprès de 96 utilisateurs potentiels de modèles, deux étapes dans l'utilisation des modèles sont considérées comme particulièrement délicates: le choix du modèle à utiliser parmi les modèles disponibles et l'étape de calage de ces modèles. Le travail présenté visait à fournir des éléments pour lever des obstacles à une utilisation plus généralisée des modèles biocinétiques à boues activées. Il a porté sur sept des modèles publiés : (1) ASM1, (2) ASM2d, (3) ASM3, (4) ASM3+BioP, (5) ASM2d+TUD, (6) Barker & Dold et (7) UCTPHO+. Dans un premier temps, une analyse des connaissances pratiques des modèles a été effectuée afin d'améliorer le transfert des connaissances en modélisation. Une base de données de jeux de paramètres a été créée à partir d'études publiées et d'un questionnaire adressé aux utilisateurs de modèles. Cette base de données a notamment permis d'établir des fourchettes de valeurs utilisées pour l'ASM1 et l'ASM2d. Puis, une analyse connaissances théoriques ayant pour but d'aider les utilisateurs à mieux comprendre les sept modèles et à choisir le modèle adapté à leur projet a été réalisée. Les modèles étudiés ont d'abord été vérifiés et les erreurs de frappe et incohérences ont été corrigées. Les concepts de modélisation ont été comparés entre eux grâce à une nouvelle représentation graphique, et confrontés aux connaissances sur le fonctionnement biologique des boues activées afin de mettre en évidence les limites théoriques des modèles. En dernier lieu, une méthodologie a été développée pour l'obtention de jeux de paramètres par défaut qui pourraient être utilisés comme valeurs initiales lors du calage des modèles. Pour cela, une procédure de calage multi-jeux de données a été élaborée. Cela nécessite au préalable le développement d'une procédure de calage automatisée et l'utilisation d'un critère de qualité permettant de définir l'arrêt de la procédure de calage. Une analyse est effectuée sur les critères de qualité utilisés en sciences de l'environnement.

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Adouani, Nouceiba. "Études des émissions de protoxyde d'azote lors du traitement biologique d'effluents azotés par dénitrification." Lorient, 2008. http://www.theses.fr/2008LORIS123.

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Abstract:

Lors du traitement biologique de l'azote par dénitrification à boues activées, des oxydes d'azote sont émis pami lesquels le protoxyde d'azote (N,O), un puissant gaz à effet de serre. Les travaux effectués sur un réacteur fonctionnant en batch, et la variation de plusieurs paramètres physicochimiques ont permis de suggérer plusieurs conclusions. La source de carbone est cruciale quant aux émissions d'oxydes d'azote (74% de N-N,O, 7,4% et 1,7% respectivement pour l'acétate, l'OCDE et l'éthanol). De plus, il apparaît systématiquement que les émissions de N,O sont observées en présence de nitrites et dans des proportions d'autant plus importantes que la concentration en nitrites est élevée. La température est le paramètre qui influe le plus les émissions d'oxydes d'azote. Plus les températures sont faibles, plus les émissions gazeuses sont importantes principalement à cause du ralentissement des activités enzymatiques. Les émissions de N,O augmentent de 13 à 82% lorsque la température varie de 20 à SoC. D'autre part, sur une gamme de pH allant de 6,5 à 8, seul le pH de 6,5 génère des émissions de NO (2,7 % de N-NO) et un maximum de N,O émis (23%) contre 6%, 8% et 7% respectivement pour les pH 7, 7,5 et 8 et cela à 20°C. Les variations des concentrations en substrats et de leur ratio DCO/N entre 3,5 et 5 sont les paramètres qui ont conduit aux plus faibles émissions. Une partie de ces résultats a été modélisée par ASMI, une autre sous PLAS. La mise en cohérence de l'ensemble des constatations expérimentales nous a conduit à présenter un schéma réactionnel alternatif de la dénitrification
N itrogen removal du ring biological denitrification with activated sludge generates gas emissions especially a powerful greenhouse gas, the nitrous oxide (N,O). This research aimed at determining the fundamental factors governing the production and emission of N,O. The experimental work was carried out with a ten liters batch reactor. Thanks to this work, we were able to draw and suggest many conclusions. The carbon source choice is very important as for N,O emitted quantity (74% ofN-N,O, 7. 4% and 1. 7% for acetate, OCDE and ethanol respectively). Moreover, it appears that N,O emissions are systematically observed when nitrites are present and their concentrations increased with the increase of nitrites concentrations. We also noticed that temperature is the most important parameter as for N,O emissions, low temperatures generates more emissions principally because of slowed enzymatic activities. N,O emissions moved from 13% to 82% wh en temperature was modified from 20 to soc. The impact of pH on denitrification (at 20°C) was demonstrated at pH=6. 5 with 23% of N,O emissions and the appearance of the intermediary NO at 2. 7% (N-NO), while pH of 7, 7. 5 and 8 generates the lowest and nearly identical N,O emissions. Variations of substrates concentrations and their ratio DCO/N between 3. 5 and 5 were identified as the less impacting factors on N,O emissions. Some of our experiences were modelled with ASM l, and sorne other results with the software PLAS. To put in coherence the whole experimental observations, we present an alternative scheme for denitrification reactions

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Lavallée, Bernard. "Modélisation de comportements transitoires de la biomasse dans les procédés de boues activées à l'aide d'un modèle métabolique : Modelling of transient behavior of active biomass in activated sludge processes using a metabolic model." Doctoral thesis, Université Laval, 2009. http://hdl.handle.net/20.500.11794/21024.

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Abstract:

Les modèles de boues activées ASM 1, 2 et 3 de l’International Water Association (IWA) sont acceptés comme la norme dans l’industrie du traitement des eaux usées. Toutefois, plusieurs auteurs ont remarqué que les constantes cinétiques de ces modèles dépendent du type de substrat, de la configuration du procédé et de l’âge des boues. Dans ces modèles, la répartition des flux de substrat entre la croissance et le stockage est une fonction empirique.Certains auteurs ont indiqué que les constantes cinétiques des modèles de boues activées peuvent être influencés par la régulation de la production d’enzymes. Ainsi, un ingénieur cherchant à modifier un système spécifique ne peut prédire la réponse du système réel une fois les modifications apportées, ni choisir la bonne configuration ou les bonnes modifications avec le même ensemble de constantes cinétiques. Il y a 60 ans, Monod (1949) a proposé d’appliquer l’équation de Michaelis-Menten décrivant la cinétique enzymatique à une culture de microorganismes. Afin de simplifier la relation mathématique proposée, Monod (1949) réduit la cellule entière en un seul enzyme génétiquement exprimé à une seule intensité. Toutefois, le métabolisme de la cellule est basé sur un grand nombre de réactions biochimiques. Le chapitre 2 de ce travail revoit la littérature afin d’identifier les facteurs contrôlant le métabolisme de la cellule et la régulation de l’activité spécifique de la cellule. La revue de la littérature a été rédigée de façon à souligner les mécanismes de régulation qui induisent une variation du taux de croissance afin de les exprimer mathématiquement (dµ/dt). L’étude de ces mécanismes vise à modéliser la variation de l’activité spécifique. La revue est limitée aux organismes procaryotes hétérotrophes sous des conditions aérobies. Dans la littérature, des modèles cybernétiques ont été proposés pour modéliser la croissance cellulaire et portent, entre autres, sur la régulation de la production d’enzymes, c’est-à-dire sur l’induction. L’objectif de ce travail est donc de présenter un modèle de boues activées qui imite l’induction enzymatique de la biomasse active dans le cadre des modèles de boues activées. Dans le modèle proposé au chapitre 3, les taux de réaction peuvent s’ajuster aux conditions environnementales et à l’historique cellulaire. Dans un premier temps, le modèle théorique a été calé sur les données trouvées dans la littérature. Les données colligées lors d’expériences transitoires à court et à long terme ont toutes été modélisées avec le même ensemble de constantes cinétiques, ce qui n’était pas possible avec les autres modèles. Le modèle proposé offre ainsi un regard plus réaliste de l’activité spécifique de la biomasse active sous des conditions d’opération du procédé hautement variables. Dans un deuxième temps, un protocole expérimental est proposé pour évaluer l’état métabolique des microorganismes présents dans la boue activée, et évaluer la performance du modèle proposé. Le protocole a été conçu pour caractériser l’évolution de plusieurs composants intracellulaires au cours de comportements transitoires de la biomasse. Au chapitre 5, le modèle théorique proposé au chapitre 3 a été adapté au protocole expérimental et calé sur les données expérimentales obtenues. Au cours des expériences effectuées, une réduction temporaire de l’activité métabolique a été observée après que la capacité de stockage ait été comblée. Selon les simulations effectuées, et la concordance des résultats obtenus avec une revue de littérature approfondie, il semble que la régulation croisée du carbone et de l’azote puisse être utilisée pour modéliser certains comportements transitoires et la régulation des flux métaboliques vers la croissance et le stockage. Au chapitre 6, les modèles à strucuture ARN-r sont proposés afin de donner une description de l’état métabolique des microorganismes à l’aide de nouvelles techniques moléculaires et prédire l’accélération de la croissance (dµ/dt) de la boue activée. Dans ces modèles, la synthèse du système de synthèse des protéines (PSS) est décrite par un mécanisme autocatalytique. La cinétique du processus autocatalytique présente un fondement métabolique de l’accélération de la croissance et de la phase de latence. Les modèles ARN-r sont en mesure de décrire adéquatement l’accélération de la croissance pour différentes configurations de réacteurs. Ainsi, ce type de modèles fait appel à des constantes cinétiques à caractère «intrinsèque» et peut être utilisé de façon moins restrictive que les modèles à caractère plus empirique. Ceci constitue un avantage pour le développement de modèles de conception plus fiables.
For wastewater treatment, the activated sludge models (ASMs) 1, 2, and 3 of the International Water Association (IWA) are accepted as industrial standard. However, many authors have observed that the kinetic parameters of these models depend on the type of substrate, process configuration, and sludge age. Some publications showed that the kinetic parameters of ASMs could be influenced by regulation of enzyme production. In the models currently used to describe the activated sludge process, the distribution of the substrate flux between growth and storage is an empirical function. Therefore, an engineer aiming to make some modifications to a specific treatment system is not able to predict the response of the real system after the modifications and choose the right configuration or modifications with the same set of parameters. Sixty years ago, Monod (1949) proposed the application of the Michaelis Menten relation describing enzyme kinetics to a culture of micro-organisms. For the purpose of simplification, the mathematical relation proposed by Monod (1949) reduced the entire cell to a single enzyme genetically expressed at a single level. However, cell metabolism is based on a large number of biochemical reactions. Chapter 2 of this thesis reviews the literature to identify the controlling factors of cell metabolism and the regulation of the specific activity of the cell. The literature review was designed to highlight which regulation mechanisms induce a growth rate variation so that they can be expressed mathematically (dµ/dt). The study of these processes will focus on modeling the specific activity variation. The review is limited to heterotrophic prokaryote organisms growing under aerobic conditions. Cybernetic models are proposed for modeling cell growth and focus, among other things, on regulation of enzyme production, that is to say on induction. The objective of this work is to present an activated sludge model that mimics the enzymatic induction of active biomass within the framework of ASMs. In the proposed model presented in chapter 3, process rates are modulated according to the environmental conditions and cell history. In a first step, the model was fitted on the basis of data found in the literature. All data collected from short and long transient experiments were fitted with the same set of parameters, which was not possible with various models. The proposed model gave a more realistic picture of active biomass and of its specific activity under highly varying process conditions. In a second step, an experimental protocol is presented to perform the evaluation of the structured biomass model. The protocol was designed to induce transient behaviour and characterize the evolution of several internal biomass components. In chapter 5, the theoretical model proposed in chapter 3 is adapted to an experimental protocol and fitted to the collected data. In these experiments it was observed that filling the storage capacity of cells leads to special transient behaviour and a temporarily reduced metabolic activity. The model-based interpretation of the results showed that the observed transient behaviour can be explained by cross-regulation of carbon and nitrogen metabolism. Hence, according to an extensive literature review, the cross-regulation of carbon and nitrogen can be used to model some observed transient behavior and regulation of the storage process in activated sludge. In chapter 6, rRNA-structured biomass models are proposed to describe the metabolic status of cells using new molecular techniques in view of predicting the growth response (dµ/dt) of cells in the activated sludge process. The autocatalytic reaction rate of the synthesis of the PSS component (rRNA) can provide a mechanistic explanation for the growth response and the growth lag phase. The proposed models were able to properly describe and predict the growth response of the biomass in various types of reactor. Such models could be more widely applicable by using intrinsic model parameters, and this could be a key improvement as it could lead to improved models for design.

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Foto, Bienvenu Armand Éric. "Elaboration d'un pilote de filtration horizontale pour la potabilisation de l'eau dans les pays en voie de développement : aspects (bio) physico-chimiques." Thesis, Lille 1, 2015. http://www.theses.fr/2015LIL10006/document.

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Abstract:

L’objectif de la thèse a été la construction d’un pilote de filtration horizontale en République Centrafricaine, pays dont les besoins en eaux potables sont criants. Le pilote devait permettre un traitement simple de l’eau de rivière, nécessitant un minimum d’énergie et de produits de traitement. La filtration lente sur sable qui apparaît comme une réplique des processus naturels dans le sol répond à ces exigences. Après avoir effectué un bilan de la pluviométrie, nous avons pu montrer que si les eaux souterraines étaient de bonne qualité, les aquifères superficiels sont par contre contaminés par le manque d’assainissement. Après examen de la qualité des eaux et sédiments en différents sites du fleuve Oubangui, un pilote a été construit selon les recommandations des «Eaux de Paris» à Bangui et alimenté avec de l’eau de l’Oubangui. Le suivi des performances et de la qualité des eaux produites a montré que ce pilote avec une production de 400l/h respectait les normes exigées pour une eau brute avant javellisation Des essais de la modélisation du transit des eaux dans le pilote ont été entrepris par l’utilisation du modèle MODFLOW. L’emploi du traceur «fluorescéine» a permis de calibrer le modèle .Les propriétés adsorbantes des différents sables du pilote ont été étudiées grâce à l’utilisation conjointe des techniques : MEB/EDS; BET; ICP/AES; CHNS; UV/Visible. Par comparaison avec les sables originels ayant été utilisés dans la conception du pilote, la capacité d’adsorption des sables est améliorée en raison de modifications de surface et de dépôts d’argile et oxydes/hydroxydes de fer dans les interstices et fissures produits par effet d’érosion dû à l’écoulement des eaux
The objective of this thesis concerned the elaboration of a horizontal flow filtration pilot in Central African Republic because of a lack of potable waters in this country. In the conception of this pilot, treatment processes which should be chosen for riverine water purification, have to be low energy cost and easy to be implemented. Taking into account these considerations, we decided to employ the low-filtration method with the sand as the adsorbent. Indeed, this latter is known to behave as a natural adsorbent through hydrogeological processes in sols. After itemizing pluviometric data. it was shown that ground-waters possessed good water quality, whereas aquifers in low depths were found to be instead contaminated. A pilot was built by respecting the recommendations established by Eaux de Paris located at Bangui Performances and quality of treated waters were followed up, and the data obtained during the running were found to be in good accordance first with potable-water criteria with a water production of 400L/h and second with water-quality norms which were usually recommended for a raw water before its chlorination. Modelisation tests on the transit of water in the pilot were carried out using MODFLOW. For model calibration, it was used the dye Fluorescein as a tracer. The adsorption properties of sand in this pilot were studied owing to the combined use of the techniques:SEM/EDS;BET;ICP-AES;CHNS;UV/visible. In comparison with the starting sand used in the construction of the pilot, all the data showed clearly that the adsorption capacity of this sand increases with time owing to surface modifications and clays and iron oxides / hydroxides depositions in cracks

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Tardieu, Eric. "Caractérisation du colmatage dans un bioréacteur à membrane recirculé, appliqué au traitement d'eau résiduaire urbaine." Montpellier 2, 1997. http://www.theses.fr/1997MON20146.

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Petit, Laurent. "Etude de la qualité des données pour la représentation des réseaux techniques urbains : applications au réseau d'assainissement." Artois, 1999. http://www.theses.fr/1999ARTO0203.

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Abstract:

La mise en place de la BDU ou de SIG nécessite de nombreuses données d'un coût très conséquent. La cause essentielle de ce coût important est l'énorme masse d'informations à emmagasiner, mais également la précision de ces données. Nous nous sommes alors demandés si l'acquisition de données précises était nécessaire vis-à-vis de leur utilité. Nous avons donc décidé de tester l'influence de la précision des données sur un domaine porteur qui est l'assainissement. Nous allons plus particulièrement nous intéresser aux simulations hydrauliques par le modèle Muskingum, des réseaux d'assainissement. Notre choix s'est fixé sur les coordonnées planimétriques et altimétriques décrivant les réseaux, mais nous avons également voulu tester un paramètre qui était très souvent inconnu : la rugosité des conduites. Nous avons tout d'abord mis au point une méthode de comparaison entre un réseau comportant des données correctes, et un réseau composé de données imprécises. Cette méthode nous a permis de montrer que de fortes imprécisions en planimétrie n'influençaient guère les débits. Par contre des imprécisions en altimétrie ou une rugosité engendraient de plus ou moins grosses fluctuations. Nous avons également déterminé que l'évolution des écarts obtenus dépendait essentiellement de la pente des réseaux et de l'intensité de la pluie utilisée : plus la pente ou la pluie étaient faibles, plus les écarts étaient importants. Nous avons ensuite comparé les écarts obtenus en introduisant des imprécisions à ceux obtenus en comparant les modèles BSV et Muskingum, et nous avons montré que le choix du modèle n'était pas forcément prioritaire vis-à-vis de la qualité des données, lorsque nous avions des valeurs faibles pour les pentes ou la ramification des réseaux, le taux de remplissage ou le taux de parcours. Nous terminons notre étude sur différentes perspectives envisageables : généralisation des réseaux types à des réseaux réels, étude de sensibilité des imprécisions des données pour un autre modèle

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Schmitt, Alby. "Modélisation de l'épuration par infiltration." Montpellier 2, 1989. http://www.theses.fr/1989MON20174.

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Abstract:

Une premiere approche de la modelisation de l'epuration par infiltration-percolation est proposee, basee sur l'etude des transferts de masse dans le massif filtrant. La description des transferts de substrat dans le biofilm permet d'apprehender les mecanismes d'epuration physico-chimique en condition d'oxydant non limitant (nitrification, denitrification). Une condition supplementaire sur le non colmatage du filtre complete cette modelisation dans le cas de l'oxydation de fortes dcio. Les experiences, conduites sur des colonnes ventilees artificiellement (oxydation de la dco, nitrification) ou realisees en milieu anoxique (denitrification) montrent des capacites epuratoires bien superieures aux resultats obtenus sur les dispositifs fonctionnant en aeration naturelle. Le calcul des bilans d'oxygene dans un massif filtrant aboutit a une modelisation simple de l'epuration physico-chimique sur massif filtrant non ventile artificiellement. Les charges polluantes maximales admissibles peuvent alors etre calculees pour une gestion hydraulique donnee. L'analyse statistique des abattements bacteriens releves dans la litterature rend compte de l'influence des parametres globaux de l'infiltration-percolation: temps de sejour de l'effluent dans le massif, repartition de l'effluent a la surface du filtre, niveau d'oxygenation et frequence des apports. Differentes lois d'abattement sont proposees et testees. L'utilisation de certaines lois en prediction peut etre envisagee

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Lavallée, Bernard. "Modélisation de comportements transitoires de la biomasse dans les procédés de boues activées à l'aide d'un modèle métabolique." Thesis, Université Laval, 2009. http://www.theses.ulaval.ca/2009/26245/26245.pdf.

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Abstract:

Les modèles de boues activées ASM 1, 2 et 3 de l’International Water Association (IWA) sont acceptés comme la norme dans l’industrie du traitement des eaux usées. Toutefois, plusieurs auteurs ont remarqué que les constantes cinétiques de ces modèles dépendent du type de substrat, de la configuration du procédé et de l’âge des boues. Dans ces modèles, la répartition des flux de substrat entre la croissance et le stockage est une fonction empirique.Certains auteurs ont indiqué que les constantes cinétiques des modèles de boues activées peuvent être influencés par la régulation de la production d’enzymes. Ainsi, un ingénieur cherchant à modifier un système spécifique ne peut prédire la réponse du système réel une fois les modifications apportées, ni choisir la bonne configuration ou les bonnes modifications avec le même ensemble de constantes cinétiques. Il y a 60 ans, Monod (1949) a proposé d’appliquer l’équation de Michaelis-Menten décrivant la cinétique enzymatique à une culture de microorganismes. Afin de simplifier la relation mathématique proposée, Monod (1949) réduit la cellule entière en un seul enzyme génétiquement exprimé à une seule intensité. Toutefois, le métabolisme de la cellule est basé sur un grand nombre de réactions biochimiques. Le chapitre 2 de ce travail revoit la littérature afin d’identifier les facteurs contrôlant le métabolisme de la cellule et la régulation de l’activité spécifique de la cellule. La revue de la littérature a été rédigée de façon à souligner les mécanismes de régulation qui induisent une variation du taux de croissance afin de les exprimer mathématiquement (dµ/dt). L’étude de ces mécanismes vise à modéliser la variation de l’activité spécifique. La revue est limitée aux organismes procaryotes hétérotrophes sous des conditions aérobies. Dans la littérature, des modèles cybernétiques ont été proposés pour modéliser la croissance cellulaire et portent, entre autres, sur la régulation de la production d’enzymes, c’est-à-dire sur l’induction. L’objectif de ce travail est donc de présenter un modèle de boues activées qui imite l’induction enzymatique de la biomasse active dans le cadre des modèles de boues activées. Dans le modèle proposé au chapitre 3, les taux de réaction peuvent s’ajuster aux conditions environnementales et à l’historique cellulaire. Dans un premier temps, le modèle théorique a été calé sur les données trouvées dans la littérature. Les données colligées lors d’expériences transitoires à court et à long terme ont toutes été modélisées avec le même ensemble de constantes cinétiques, ce qui n’était pas possible avec les autres modèles. Le modèle proposé offre ainsi un regard plus réaliste de l’activité spécifique de la biomasse active sous des conditions d’opération du procédé hautement variables. Dans un deuxième temps, un protocole expérimental est proposé pour évaluer l’état métabolique des microorganismes présents dans la boue activée, et évaluer la performance du modèle proposé. Le protocole a été conçu pour caractériser l’évolution de plusieurs composants intracellulaires au cours de comportements transitoires de la biomasse. Au chapitre 5, le modèle théorique proposé au chapitre 3 a été adapté au protocole expérimental et calé sur les données expérimentales obtenues. Au cours des expériences effectuées, une réduction temporaire de l’activité métabolique a été observée après que la capacité de stockage ait été comblée. Selon les simulations effectuées, et la concordance des résultats obtenus avec une revue de littérature approfondie, il semble que la régulation croisée du carbone et de l’azote puisse être utilisée pour modéliser certains comportements transitoires et la régulation des flux métaboliques vers la croissance et le stockage. Au chapitre 6, les modèles à strucuture ARN-r sont proposés afin de donner une description de l’état métabolique des microorganismes à l’aide de nouvelles techniques moléculaires et prédire l’accélération de la croissance (dµ/dt) de la boue activée. Dans ces modèles, la synthèse du système de synthèse des protéines (PSS) est décrite par un mécanisme autocatalytique. La cinétique du processus autocatalytique présente un fondement métabolique de l’accélération de la croissance et de la phase de latence. Les modèles ARN-r sont en mesure de décrire adéquatement l’accélération de la croissance pour différentes configurations de réacteurs. Ainsi, ce type de modèles fait appel à des constantes cinétiques à caractère «intrinsèque» et peut être utilisé de façon moins restrictive que les modèles à caractère plus empirique. Ceci constitue un avantage pour le développement de modèles de conception plus fiables.
For wastewater treatment, the activated sludge models (ASMs) 1, 2, and 3 of the International Water Association (IWA) are accepted as industrial standard. However, many authors have observed that the kinetic parameters of these models depend on the type of substrate, process configuration, and sludge age. Some publications showed that the kinetic parameters of ASMs could be influenced by regulation of enzyme production. In the models currently used to describe the activated sludge process, the distribution of the substrate flux between growth and storage is an empirical function. Therefore, an engineer aiming to make some modifications to a specific treatment system is not able to predict the response of the real system after the modifications and choose the right configuration or modifications with the same set of parameters. Sixty years ago, Monod (1949) proposed the application of the Michaelis Menten relation describing enzyme kinetics to a culture of micro-organisms. For the purpose of simplification, the mathematical relation proposed by Monod (1949) reduced the entire cell to a single enzyme genetically expressed at a single level. However, cell metabolism is based on a large number of biochemical reactions. Chapter 2 of this thesis reviews the literature to identify the controlling factors of cell metabolism and the regulation of the specific activity of the cell. The literature review was designed to highlight which regulation mechanisms induce a growth rate variation so that they can be expressed mathematically (dµ/dt). The study of these processes will focus on modeling the specific activity variation. The review is limited to heterotrophic prokaryote organisms growing under aerobic conditions. Cybernetic models are proposed for modeling cell growth and focus, among other things, on regulation of enzyme production, that is to say on induction. The objective of this work is to present an activated sludge model that mimics the enzymatic induction of active biomass within the framework of ASMs. In the proposed model presented in chapter 3, process rates are modulated according to the environmental conditions and cell history. In a first step, the model was fitted on the basis of data found in the literature. All data collected from short and long transient experiments were fitted with the same set of parameters, which was not possible with various models. The proposed model gave a more realistic picture of active biomass and of its specific activity under highly varying process conditions. In a second step, an experimental protocol is presented to perform the evaluation of the structured biomass model. The protocol was designed to induce transient behaviour and characterize the evolution of several internal biomass components. In chapter 5, the theoretical model proposed in chapter 3 is adapted to an experimental protocol and fitted to the collected data. In these experiments it was observed that filling the storage capacity of cells leads to special transient behaviour and a temporarily reduced metabolic activity. The model-based interpretation of the results showed that the observed transient behaviour can be explained by cross-regulation of carbon and nitrogen metabolism. Hence, according to an extensive literature review, the cross-regulation of carbon and nitrogen can be used to model some observed transient behavior and regulation of the storage process in activated sludge. In chapter 6, rRNA-structured biomass models are proposed to describe the metabolic status of cells using new molecular techniques in view of predicting the growth response (dµ/dt) of cells in the activated sludge process. The autocatalytic reaction rate of the synthesis of the PSS component (rRNA) can provide a mechanistic explanation for the growth response and the growth lag phase. The proposed models were able to properly describe and predict the growth response of the biomass in various types of reactor. Such models could be more widely applicable by using intrinsic model parameters, and this could be a key improvement as it could lead to improved models for design.

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Boughzala, Oualid. "Contribution à la modélisation et à l'optimisation des bioréacteurs à membranes immergées (BRM) pour le traitement des eaux usées urbaines." Caen, 2015. http://www.theses.fr/2015CAEN2074.

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Abstract:

Le bioréacteur à membranes immergées (BRM) est une technologie performante pour le traitement des eaux usées urbaines. Elle améliore leur épuration et permet de délivrer un effluent exempt de matières en suspension. Toutefois, du fait de la rétention partielle de certains produits microbiens solubles (SMP), il est nécessaire de bien gérer le colmatage et d’optimiser l'utilisation des membranes. Cela nécessite une bonne connaissance et une modélisation fiable des processus microbiens impliqués. Les modèles ASM classiques montrent des écarts importants par rapport au fonctionnement réel des BRM. Le calibrage des paramètres des modèles existants s'avère complexe et délicat. Ce travail présente une synthèse et une analyse critique des principaux développements sur les SMP. Un modèle original basé sur l'ASM1 est alors proposé. Il décrit les processus biologiques associés aux SMP et prend en compte leur rétention partielle par les membranes. Ce nouveau modèle a nécessité la reformulation de certaines variables du ASM1 et l'introduction de nouvelles. Il a été testé et validé sur des données réelles de BRM, données issues de la littérature, couvrant différentes configurations (aérobie avec ou sans anoxie) et échelles (laboratoire, pilote et STEP). Le modèle intègre également les effets de la concentration en MES sur les constantes associées à l'utilisation de l'oxygène et plus généralement, les effets de la température. Enfin, il a été utilisé pour réaliser une étude sur l’optimisation du fonctionnement des BRM. Cette étude met en avant l'importance du choix des consignes en oxygène dissous, en relation avec la température, sur la qualité de traitement ciblée
Membrane bioreactor (MBR) is a powerful technology for wastewater treatment; it improves their purification and allows delivery a free suspended solids effluent. However, due to the partial retention of certain soluble microbial products (SMP), it is necessary to manage the fouling and optimize the use of membranes. This requires a good knowledge and reliable modeling of microbial processes involved. The use of conventional activated sludge models (ASM) shows significant deviations compared to the actual operation of MBR. The calibration of existing models parameters proves to be complex and delicate. This work presents a synthesis and a critical analysis of the principal developments on SMP. An original model based on the ASM1 is then proposed. It describes the biological processes associated to SMP and considers their partial retention by membranes. This new model has required the reformulation of certain variables of the ASM1 and the introduction of new ones. It was tested and validated on real data of BRM, data resulting from the literature, covering various configurations (aerobic with or without anoxic) and scales (laboratory, pilot, and MBR plant). The model also integrated the total suspended solids (TSS) effects on the oxygen uptake constants and more generally, the temperature effects. Finally, the model was used to optimize the BRM performance, highlighting the importance of choosing dissolved oxygen set-point, in relation with temperature, on targeted quality treatment

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Leon-Cruz, Angel. "Le bioréacteur à membranes : étude de cinétiques réactionnelles en anoxie et identification des paramètres de contrôle du procédé. Application au traitement des eaux." Montpellier 2, 1999. http://www.theses.fr/1999MON20152.

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Abstract:

Ce travail est axe sur une etude phenomenologique d'un procede couple compose d'un bioreacteur, ou s'effectue en milieu anoxie une denitrification, et d'un module de separation de phases, par filtration sur membranes poreuses. La methodologie mise en uvre a permis : - de mesurer des parametres cinetiques (coefficient de maintenance et taux de conversion) et de definir un modele de controle de la bioreaction, - d'estimer la repartition granulometrique des fractions organiques dans la suspension, - de verifier les limites d'utilisation de modeles de colmatage des milieux membranaires.

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Ben, Amira Wael. "Comportement hydrodynamique des nanoparticules au cours de la séparation magnétique." Thesis, Aix-Marseille, 2013. http://www.theses.fr/2013AIXM4797/document.

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Abstract:

Nous présentons dans cette thèse une étude du comportement hydrodynamique des nanoparticules en suspension dans un ferrofluide et soumises à un gradient de champ magnétique. Le but est de caractériser la séparation magnétique, d'une suspension colloïdale, dans le cadre d'un projet de conception d'un système de traitement des eaux HGMS . Nous développons un modèle mathématique qui décrit le suivi Lagrangien des nanoparticules dans un fluide porteur. Il est basé sur la description de Fokker-Planck et la description de Langevin tout en tenant compte des interactions hydrodynamiques et magnétiques . Le modèle prend aussi en compte la géométrie des agrégats qui se forment. A partir de la simulation numérique, nous constatons que le temps de séparation dépend fortement de la taille et de la longueur des agrégats qui se forment au cours du processus de séparation. L'étude de la cinétique d'agrégation montre l'existence d'une loi d'échelle dynamique. Dans l'agrégation irréversible, des chaînes linéaires de particules se forment et leur taille moyenne évolue dans le temps avec une loi d'échelle à faible puissance. L'exposant de cette variation avec l'équation de coagulation de Smoluchowski avec un noyau homogène. En utilisant le comportement asymptotique, aux temps longs, d'une solution des équations de Smoluchowski, nous mettons en évidence un temps caractéristique de l'agrégation et nous montrons que ce temps est une variable de similarité dont dépend le temps de séparation. Nous montrons aussi que la loi d'échelle est toujours valide pour des nanoparticules dans un écoulement de Poiseuille et que la taille moyenne suit une loi de puissance en fonction du nombre de Reynolds
We present in this thesis a study of the hydrodynamic behavior of nanoparticles suspended in a ferrofluid and subjected to a magnetic field gradient. The goal is to characterize the magnetic separation of a colloidal suspension in a project to design a water treatment system HGMS (High Gradient Magnetic Separation) that can also have other applications. We develop a mathematical model that describes the Lagrangian tracking of nanoparticles in a carrier fluid. It is based on the Fokker- Planck and Langevin descriptions while taking account of magnetic and hydrodynamic interactions between particles. The model also takes into account the geometry of the formed aggregates. From the numerical simulation, we find that the separation time depends strongly on the size and length of the aggregates formed during the separation process. The study of the kinetics of aggregation shows the existence of a regime with dynamic scaling. In the irreversible aggregation linear chains of particles are formed and their average size changes over time with a scaling law with a low power. The variation exponent of the average size of chains is consistent with the Smoluchowski coagulation equation with a homogeneous kernel. Using the asymptotic, long-time behavior, of a solution of Smoluchowski equations we highlight a characteristic time of aggregation and we show that this time is a similarity variable on which depend the separation time. We also show that the scaling law is still valid for nanoparticles in a Poiseuille flow and the average size follows a power law as a function of Reynolds number

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Chatellier, Patrice. "Simulation de l'hydrodynamique des chenaux d'oxydation par l'utilisation des équations de Navier-Stokes associées au modèle k-epsilon : évaluation de la vitesse de circulation." Toulouse, INSA, 1991. http://www.theses.fr/1991ISAT0027.

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Abstract:

L'etude porte sur l'evaluation de la vitesse moyenne de circulation et des profils de vitesse moyenne a l'interieur de chenaux d'oxydation. Seul le cas d'un ecoulement monophasique a ete traite. Cette etude presente deux methodes de modelisation que nous qualifierons de macroscopique: le bilan global de quantite de mouvement, les principes de l'agitation mecanique en cuve agitee cylindrique, et une microscopique basee sur les equations de navier-stokes. La derniere de ces trois approches est particulierement detaillee. Nous avons notamment expose le raisonnement et les approximations sur lesquels est base le modele k-, les conditions aux limites utilisees, la methode numerique des elements finis et les techniques de stabilisation et de resolution qui lui sont associees. Ensuite, nous avons applique cette methode a l'aide du logiciel fidap sur les six cas experimentaux suivants: ecoulement turbulent dans un tube, le jet dans un milieu infini, la cuve agitee cylindrique, un bassin annulaire de 2800 m#3, un bassin annulaire de 860 m#3, un chenal oblong de 1 m#3. Les resultats de chacune de ces simulations sont en bon accord avec les resultats experimentaux

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Abdelmoumni, Lei͏̈la. "Epuration et transfert de matière en réacteur anaérobie membranaire." Montpellier 2, 1996. http://www.theses.fr/1996MON20095.

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Abstract:

Ce travail a pour objectif d'analyser le comportement epuratoire de decomposeurs methanogenes de l'acide acetique confines dans une boucle de micro ou d'ultrafiltration a travers une membrane minerale. Le systeme est tres homeostatique malgre de grandes variations sur le temps de passage de la phase liquide. L'elimination du cot se stabilise a 95% ; la membrane m14 a pu etre identifiee comme celle qui offre les meilleures densites de flux (120 l/h. M#2 a une pression de 0,5 bar et une contrainte de cisaillement de 28 pascals). L'utilisation d'un promoteur de turbulence permet d'ameliorer le flux d'au moins 50% ; la membrane m14, dans ce cas, permet d'atteindre une densite de flux de plus de 200 l/h. M#2. L'identification de la fraction granulometrique responsable du colmatage et la modelisation de l'ecoulement montrent que l'encrassement est du essentiellement a un depot de particules a la surface de la membrane

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Kara, Khaled Mohamed. "Etude d’un dispositif de dépollution des eaux pluviales en amont des réseaux d’assainissement : expérimentations et modélisation." Thesis, Lille 1, 2011. http://www.theses.fr/2011LIL10083/document.

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Abstract:

Des études fondées sur l’expérimentation et le retour d’expérience ont montré que les techniques alternatives en assainissement pluvial pouvaient constituer de bons systèmes de dépollution selon leur fonction et leurs caractéristiques.La capacité de dépollution de ces techniques peut entraîner cependant des conséquences susceptibles de menacer la durabilité de la structure. Afin de garantir leur durée de vie et de maintenir leur capacité de stockage et de dépollution, un dispositif de prétraitement par filtration des eaux pluviales a été développé. Il repose sur des principes de simplicité de mise en œuvre et d’entretien, et consiste en une bouche d’injection dérivée d’un modèle commercial de bouche d’égout à décantation équipée d’un filtre amovible.L’objectif de cette thèse est d’étudier en détail le fonctionnement du dispositif et de quantifier son efficacité en termes de dépollution des eaux pluviales ainsi que sa capacité hydraulique. Elle consiste en des expérimentations en laboratoire sur maquette, des expérimentations in situ, et de la modélisation numérique. En expérimentation sur maquette, nous avons testé premièrement le dispositif placé en amont d’une chaussée réservoir en simulant des séries d’événements pluviaux et des pollutions en MES. Les résultats ont montré une efficacité de coupure du filtre de l'ordre de 15 à 20 % pour la granulométrie étudiée (inférieure à 200 µm). Nous avons ensuite étudié le dispositif avec différents types de filtres vis à vis des MES et de l’huile de Colza en simulation d’un hydrocarbure.En expérimentation in situ, nous avons étudié le rendement de la bouche d’injection munie d’un filtre ADOPTA en conditions réelles sur trois sites expérimentaux, qui différent selon leur trafic, en établissant des bilans de pollution « DCO, MES, HCT, Plomb, Zinc, Cuivre et Cadmium » en amont et en aval du dispositif. Les résultats ont montré un bon fonctionnement hydraulique du dispositif et un abaissement de la charge polluante en matières en suspension lors des pluies de faible intensité. Pour la modélisation numérique, nous avons utilisé un code de calcul commercial pour simuler l’écoulement et le transport solide dans la bouche d’injection sans filtre
Studies based on experimentation have shown that Best Management Practices (BMP) (alternative techniques) in urban storm drainage represent an efficient way to retain pollution according to their functions and characteristics. But the pollution retention capacity of these techniques (BMP) could cause harmful consequences for the structure. To ensure the durability of these techniques and keep their storage capacity and pollution retention capacity, a device for filtration of storm water was developed called “injection inlet”. This device is simple for implementation and maintenance; it is a commercial developed model of a catch pit equipped with a removable filterThe aims of this work are to study the pollution retention capacity of this device with its hydraulic capacity. The work is based on experimental study in laboratory and in site, in addition with numerical modelling.For the first experimental study, we work on a model in laboratory where the device is placed in the upstream of the reservoir structure. We simulate the storms and the Total Suspended Solids (TSS) injection. The results shown that the filter has a capacity to remove pollution between 15 and 20% for the particles whose size is smaller than 200 µm, and then we tested retention capacity of several types of filters towards TSS and hydrocarbons, and their hydraulic capacity.In three different sites presenting different traffic conditions, we studied the performance of the device (injection inlet or catch pit) with the filter ADOPTA in real conditions, by measurement of « COD, TSS, THC, Pb, Zn, Cd and Cu» in upstream and downstream of the device, The results have shown a good hydraulic capacity and a decrease of the pollution load of suspended solids with small rains. For numerical modeling, we used commercial software to simulate the flows and the sediment transport in device without filter

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Bendounan, Rachid. "Hydrodynamique et performances d'un décanteur primaire de station d'épuration des eaux usées urbaines." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1995. http://www.theses.fr/1995INPL048N.

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Abstract:

Bien que le principe de la décantation soit connu depuis fort longtemps, il devient très complexe dans le cas de la décantation primaire des eaux usées du fait de la variabilité des débits et flux polluants de l'alimentation, de la nature organique et minérale des particules ainsi que de leur grande étendue granulométrique. Le présent travail tente de prendre en compte ces différents facteurs à l'aide de mesures effectuées directement sur un site réel. Une modélisation complète de l'hydrodynamique du décanteur primaire est élaborée à partir de la mesure de la distribution des temps de séjour du liquide en son sein. Ce modèle présente de bonnes possibilités prédictives des performances de l'ouvrage. Un simulateur fonctionnel du décanteur primaire est ensuite mis au point: de conception très simple, il permet effectivement, à l'échelle du laboratoire et après ajustement de quelques paramètres, de simuler le fonctionnement du décanteur primaire de la station

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Le, Lay Hugo. "Caractérisation des échanges nappe-rivière par mesure distribuée de température par fibre optique : limites et applications aux faibles exfiltrations de nappe." Thesis, Tours, 2019. http://www.theses.fr/2019TOUR4025.

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Lesage, Geoffroy. "Etude de l’élimination de substances aromatiques dangereuses dans un procédé couplant adsorption et biodégradation." Toulouse, INSA, 2009. http://eprint.insa-toulouse.fr/archive/00000340/.

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Abstract:

La présence de micropolluants à l’entrée des opérations d’épuration d’effluents industriels induit des problèmes au cours du traitement par des procédés biologiques, certaines molécules n’étant pas nécessairement biodégradées. Les substances prioritaires les moins volatiles sont aussi les plus hydrophobes (ex : Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques) et ont tendance à s’adsorber majoritairement sur les matières organiques et les boues. A l’inverse, les molécules moins hydrophobes mais très volatiles comme les Benzène, Toluène, Ethylbenzène et p-Xylène ont une forte propension à être transférées dans l’atmosphère lors des phases d’aération. Dans le projet ANR HYBIOX « Procédés biologiques hybrides pour l’amélioration de la dégradation de xénobiotiques », il s’agit d’évaluer des bioréacteurs hybrides reposant sur l’addition de supports mobiles et adsorbants dans des procédés à boues activées de manière à mieux fixer ces polluants et à faire co-exister flocs et biofilms au sein du même réacteur. Le couplage entre les phénomènes physico-chimiques et biologiques a été étudié dans un réacteur séquencé. La modélisation de ces phénomènes permet de tester des hypothèses, de prévoir les conditions opératoires optimales pour appréhender un processus, et aide à l’interprétation de résultats. Un modèle d’adsorption sur support hétérogène, développé sous Matlab® et un modèle intégrant le couplage des phénomènes en dynamique, développé sous Aquasim® ont été étudiés. Les simulations réalisées concordent avec les résultats expérimentaux et permettent de conclure que les mécanismes d’élimination abiotiques jouent un rôle très important dans les « performances épuratoires » du procédé de traitement biologique aérobie. Les transferts de BTEX de la phase liquide vers le compartiment gazeux sont significatifs (>99% en 2 heures) et les quantités d’HAPs détectées dans la fraction solide sont importantes (élimination moyenne >65% lors de la décantation primaire). Le réacteur hybride présente de nombreux avantages. D’une part l’addition de charbon actif en grain dans des procédés à boues activées permet de fixer les polluants ciblés et d’augmenter leur temps de séjour dans le procédé. D’autre part, la réduction de leur concentration à un niveau non inhibiteur permet l’absorption des variations de charges qui sont fréquentes dans les effluents industriels. Pour les Composés Organiques Volatiles (ex : BTEX), l’ajout de particules adsorbantes et l’analyse des modes opérationnels minimisant le transfert dans la phase gaz sont les points prépondérants. Il s’agit alors d’évaluer avec quelle dynamique l’adsorbant peut se biorégénérer dans le système
One of the main challenges currently facing environmental conservation is to reduce the discharge of organic micropollutants from industrial liquid outflows. Biological aerobic treatment is the most commonly used treatment, but conventional systems were not conceived with the idea of eliminating micropollutants, these molecules not necessarily being biodegraded. Among the selected substances, the least volatile molecules are also the most hydrophobic (PAHs) and tend to be absorbed mostly on suspended solids or sludge. Conversely, the less hydrophobic but highly volatile molecules, such as BTEX, have a strong tendency to be transferred into the atmosphere during the aeration phase. In the project ANR HYBIOX « hybrid biological practices for improving the breakdown of xenobiotics », hybrid bioreactors based on the addition of mobile and absorbent surfaces in the activated sludge processes are evaluated, so as to better pinpoint these pollutants and to allow flocs and biofilms to co-exist within the same reactor. The coupling of physicochemical and biological phenomena was studied in an SBR. Modelling these phenomena allows us to test hypotheses, predict the optimal operating conditions for stopping a process, and helps with the interpretation of the results. We drew on a model of adsorption on heterogeneous surfaces, developed under Matlab®, and on a model integrating the coupling of phenomena, developed under Aquasim®. The simulations carried out correspond with the experimental results and allow us to conclude that the abiotic elimination mechanisms play a very important role in the “purification results” of the biological aerobic treatment process. Over the course of the treatment, the transfer of BTEX from the liquid phase to the gas compartment was significant (>99% in two hours) and the quantities of PAHs detected in the solid fraction were considerable. The hybrid reactor presents a number of advantages over a classic biological process. On the one hand, the addition of activated carbon grains in the activated sludge process allows us to pinpoint the targeted pollutants and increase their residence time within the process. On the other hand, to reduce their concentration to a non-inhibitory level (if this is the case), and finally to allow the absorption of variations in charge which are common in industrial outflow. For more volatile and less hydrophobic molecules (ex : BTEX), the addition of absorbent particles and the analysis of operational modes which minimize the transfer in the gas phase are the predominant points. We will therefore have to evaluate with which dynamic the adsorbent can bioregenerate in the system

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Cockx, Arnaud. "Modélisation de contacteurs gaz-liquide : application de la mécanique des fluides numériques aux airlifts." Toulouse, INSA, 1997. http://www.theses.fr/1997ISAT0043.

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Abstract:

Les contacteurs gaz-liquide sont utilisés dans le domaine du traitement des eaux à potabiliser ou résiduaires. Le problème est d’optimiser le transfert de matière entre les bulles de gaz et de liquide. Le premier objectif est de mieux comprendre quels mécanismes physiques locaux contrôlent le transfert de matière et l’hydrodynamique. Nous nous sommes appuyés sur la mécanique des fluides numérique couplée à l’analyse expérimentale. Le deuxième objectif est de proposer une nouvelle approche de calcul pour dimensionner des contacteurs gaz-liquide par des modèles diphasiques filaires. Cette approche constitue un niveau de modélisation de complexité intermédiaire entre la simulation numérique tridimensionnelle et la caractérisation globale des réacteurs. Ce travail se situe donc à l’intersection entre la Mécanique des Fluides et le Génie des Procédés. L’étude a principalement porté sur la modélisation des air lifts. Le code de calcul utilisé est le code ASTRID. Une fois l’hydrodynamique diphasique locale validée, on a simulé le transport de constituant. On montre que la turbulence a une faible contribution à la dispersion axiale. Enfin, nous avons simulé le transfert de matière et comparé nos résultats à l’expérience. Ce premier travail montre les potentialités de la Mécanique des Fluides Numérique couplée à une physique correcte pour simuler le fonctionnement des réacteurs diphasiques. Nous avons ensuite appliqué le modèle à d’autres contacteurs diphasiques ( tube en U, bassin aéré et colonne à bulles).

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Baldijão, Pereira Lucia Beatriz. "Modélisation et simulation d'une station d'épuration des eaux usées urbaines par boues activées." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1996. http://www.theses.fr/1996INPL087N.

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Abstract:

Les stations d'épurations des eaux usées urbaines sont des systèmes dynamiques soumis à des variations importantes et non contrôlées de débit, de concentration et de composition des effluents qui les traversent. Les modèles mathématiques sont essentiels pour décrire, prédire et contrôler les variations de fonctionnement de ce procédé. L’objectif du présent travail est de réaliser un logiciel permettant une application pratique de cette modélisation. La modélisation s'appuie sur des mesures effectuées sur la station d'épuration de boues activées de Nancy-Maxéville qui ont mis en évidence le fort couplage entre des phénomènes hydrauliques, biologiques et physico-chimiques. La cinétique biologique du bassin d'aération est modélisée à partir du modèle n° 1 de l'IAWPRC, qui prendra en compte les interactions entre la pollution carbonée et la pollution azotée (nitrification et dénitrification). L’approche de type génie chimique est utilisé pour la modélisation hydrodynamique des principaux ouvrages de la station (décanteur primaire, bassin d'aération, décanteur secondaire) à partir d'opérations de traçage réalisés in situ. Les décanteurs sont modélisés par un modèle hydrodynamique du type couche-couronne afin de représenter le comportement bidimensionnel de l'écoulement

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Becis-Aubry, Yasmina. "Contribution à l'estimation ensembliste des systèmes linéaires et non-linéaires." Nancy 1, 2003. http://www.theses.fr/2003NAN10190.

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Abstract:

Cette thèse est dédiée à la synthèse de techniques d'approximation ellipsoi͏̈dale pour l'identification et l'observation des systèmes multivariables linéaires et non linéaires. Une méthode récursive est d'abord présentée pour l'identification de modèles linéaires sujets à des bruits confinés dans des ellipsoi͏̈des connus. Un paramétrage permet de caractériser l'ellipsoi͏̈de bornant toutes les valeurs possibles des paramètres inconnus en assurant la cohérence des estimées avec les données et les contraintes de bornitude. Une généralisation au cas non linéaire est effectuée en linéarisant le modèle tout en prenant en compte les erreurs de linéarisation. Une méthode d'estimation d'état pour les modèles linéaires et non linéaires comportant des bruits affectant les sorties et le modèle dynamique d'état est ensuite proposée. Une étape de prédiction prend en compte l'évolution dynamique du modèle et une étape de correction intègre l'information contenue dans les mesures bruitées
The aim of this thesis is the design of ellipsoidal approximation techniques for the set-membership identification and state estimation of linear and nonlinear multivariable systems. Firstly, a recursive solution for the identification of linear models has been proposed. The use of a judicious parametrization allows to characterize the ellipsoid that bounds the set of all the possible values of the unknown parameters and to ensure consistency of the estimated parameters with the data and respecting the boundedness constraints. A generalization to the nonlinear case has been done by linearizing the nonlinear model around the vector of the estimated parameters and by taking into account the linearization errors. Next, a state estimation method for linear and nonlinear systems with bounded noises is presented. A prediction step takes into account the dynamical behavior of the model corrupted by the noises while the correction step includes the information contained in the noisy outputs

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Khiari, Souad. "Problèmes inverses de points sources dans les modèles de transport dispersif de contaminants : identifiabilité et observabilité." Thesis, Compiègne, 2016. http://www.theses.fr/2016COMP2301.

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Abstract:

La recherche et les questions abordées dans cette thèse sont de type inverse : la reconstitution d'une source ponctuelle ou la complétion d'une donnée à la limite inconnue à l'extrémité du domaine dans les modèles paraboliques de transport de contaminants. La modélisation mathématique des problèmes de pollution des eaux fait intervenir deux traceurs, l'oxygène dissous (OD) et la demande biochimique en oxygène (DBO) qui est la quantité d'oxygène nécessaire à la biodégradation de la matière organique. En effet, au cours des procédés d'autoépuration, certaines bactéries aérobies jouent un rôle principal. Ces micro-organismes décomposent les matières organiques polluantes en utilisant l'oxygène dissous dans le milieu. Afin de compenser ces données manquantes, les champs, solutions du problème, sont observés directement ou indirectement. Les problèmes inverses qui en résultent sont quasi certainement mal-posés voire même sévèrement mal-posés pour la plupart. Dans cette thèse, nous proposons justement une analyse aussi poussée que possible sur la question de l'identifiabilité pour les deux problèmes inverses décrits ci-dessus. Nous avons démontré un résultat d'unicité pour des sources fixes dans le cas d'observations décalées. La réalité pour l'observation est nuancée et l'idéal n'est pas acquis ; des mesures directes sur la DBO sont difficiles à obtenir. En revanche collecter des données sur l'OD est possible en temps réel et avec un faible coût. La DBO est donc observée de façon indirecte, grâce au couplage dans le système de Streeter et Phelps, l'information passe de l'OD à la DBO. Pour ce problème aussi, nous avons produit un résultat d'unicité pour la reconstruction de la source ou puits ponctuel qui serait présent dans l'équation de transport sur l'OD. Nous avons ensuite examiné des questions annexes à l'identifiabilité telles que le degré d'instabilité des équations à résoudre. De ce type d'informations dépendent le comportement des méthodes numériques et des algorithmes de calcul à utiliser
The research and the questions approached on this thesis are inverse type : the reconstruction of point-wise source or the data completion problem in parabolic models of transport of contaminants. The mathematical modelling of the problems of water pollution includes two tracers, the dissolved oxygen (DO) and the biochemical demand in oxygen (BDO) which is the quantity of oxygen necessary for the biodegradation of organic matter. Indeed, during the biodegradation process, aerobic bacteria play a leading part. These micro-organisms decompose polluting organic matters by using the dissolved oxygen in the middle. To compensate these missing data, fields, solutions of the problem, are observed directly or indirectly. The resulting inverse problems are ill-posed. Their mathematical study rises big complications and their numerical treatment isn't easy. We demonstrated a uniqueness result for fixed sources in the case of moved observations. The reality for the observation is qualified and the ideal is not acquired; direct measures on the BOD are difficult to obtain. On the Other hand to collect data on the DO is possible in real time With a moderate cost. The BOD is thus observed in indirect way, thanks to the coupling in the system of Streeter and Phelps, the information passes from the DO to the BOD. For this problem, we produced a uniqueness result for the reconstruction of source. Then, we examined the degree of instability of the equation to be solved. The behaviour of numerical methods depend on this type of information

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Badissa, Sylvain. "Influence de la stratification thermique verticale sur l'écoulement du fluide dans une lagune naturelle non aérée." Compiègne, 1986. http://www.theses.fr/1986COMPD043.

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Abstract:

Les systèmes lagunaires non aérés sont actuellement d'actualité comme dispositif de traitement des eaux usées domestiques, à cause notamment de leur faible coût d'exploitation. Cependant, leur conception et leur dimensionnement restent encore très empiriques. Pour maximiser leur fonctionnement et réduire par suite les surfaces requises, une approche plus scientifique s'avère nécessaire. Un système lagunaire n'étant rien d'autre qu'un réacteur biologique, ses performances dépendent de la cinétique de dégradation de la D. B. O mais aussi de la nature de l'écoulement du fluide dans la lagune que l'on peut caractériser et modéliser par la connaissance de la D. T. S du fluide dans le système lagunaire. Les mesures de D. T. S. Et l'influence de certains paramètres géométriques et opératoires sur les D. T. S ont été précisées dans le travail de recherches de P. HOUANG. Dans cette étude, nous avons cherché à connaître l'influence de la stratification thermique verticale sur les lagunes non aérées. Après avoir précisé expérimentalement cet effet dans le cas de maquettes parallélépipédiques, par l'intermédiaire d'un modèle phénoménologique d'écoulement, nous avons déduit la D. T. S d'une lagune modèle en présence d'une stratification thermique verticale. De plus, nous avons estimé les taux de dégradation de la D. B. O de la lagune stratifiée et pour la lagune supposée isotherme à la température moyenne de la lagune. La prise en compte de la stratification thermique est indispensable pour le dimensionnement correct d'une lagune non-isotherme
Non aerated lagoon systems are currently popular as a means of treating used domestic water, mainly due to their low running costs. However, their design and dimensioning remain largely empirical ; in order to optimize their performance and thus reduce the area necessary, a more scientific approach is required. As lagoon systems are simply biological reactors, their behaviour depends on the kinetics of the degradation of the B. O. D but also on the nature of the flow of fluid in the lagoon system. The measurement of the R. T. D and the influence of certain geometric and operating parameters on these R. T. D have been clarified in the research of P. HOUANG. In this study, we have sought to examine the influence of the vertical thermal stratification on the non aerated lagoons. After experimentally evaluating this influence for parallelepiped models, through a phenomenological flow model, we have deduced the R. T. D of a model lagoon in the presence of a vertical thermal stratification. In addition we have estimated the rate of degradation of the B. O. D for the layered lagoon and compared for the same degradation rate, the surface area required for a layered lagoon and for a lagoon assumed isothermal at the mean temperature pf the lagoon. The thermal stratification must be taken into account if a non isothermal lagoon is to be correctly dimensioned

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Bassompierre, Cindy. "Procédé à boues activées pour le traitement d'effluents papetiers : de la conception d'un pilote à la validation de modèles." Phd thesis, Grenoble INPG, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00130907.

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Abstract:

Le suivi des procédés à boues activées est délicat du fait de leur dynamique lente, de la complexité de leur comportement mais surtout du manque d'information sur leur état. Ce constat est d'autant plus vrai pour les procédés de traitement des effluents papetiers étant donné le peu de moyens disponibles pour leur instrumentation alors que la variabilité des effluents est beaucoup moins prévisible que sur les eaux urbaines. Les opérateurs humains sont en attente d'outils efficaces les aidant dans leur prise de décision afin d'améliorer la qualité du traitement. Nous avons donc défini une démarche en quatre étapes pour le développement d'un outil d'aide à la décision : modélisation, estimation, anticipation dynamique, proposition d'action. Les bases de cet outil ont été développées dans ce travail : un modèle papetier a été validé sur des données expérimentales papetières. Afin de s'affranchir des spécificités et des contraintes liées aux procédés industriels, un pilote modulable, semi-industriel et supervisé a été mis en place pour mener à bien différentes études expérimentales. La modélisation a été effectuée par réduction du modèle biologique ASM1 grâce au choix du schéma réactionnel. Il a été montré qu'il est nécessaire de développer un modèle spécifique aux effluents papetiers. La validation du modèle papetier a été menée à bien sur les données obtenues sur le pilote, celui-ci étant alimenté par un effluent papetier réel. Ces résultats étant tout à fait satisfaisant, le modèle peut donc être intégré aux autres étapes de l'outil d'aide à la décision, permettant alors une réelle maîtrise de la qualité des eaux issues du traitement biologique par boues activées d'effluents papetiers.

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Houang, Paul. "Étude hydrodynamique des systèmes lagunaires." Compiègne, 1985. http://www.theses.fr/1985COMPI190.

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Dezani, Chloé. "Photocatalyse hétérogène en réacteurs ouverts pour la gestion de la ressource solaire : expérimentations sur différents médias et modélisation." Thesis, Perpignan, 2020. http://www.theses.fr/2020PERP0018.

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Abstract:

La présence des micropolluants dans l’environnement est reconnue comme un problème potentiel de santé publique qu’il convient de maitriser afin, d’une part de mettre en place une politique de circularité de l’eau, et d’autre part, de limiter leur dissémination et ainsi leurs effets sur les écosystèmes. Ces substances sont d’origine anthropique et sont pour la plupart bio-récalcitrantes donc partiellement ou non éliminées par les installations de traitement d’eaux usées qui reposent sur l’activité biologique. La photocatalyse hétérogène fait partie des procédés d’oxydation avancée développés spécifiquement pour le traitement des micropolluants. Ce procédé a la particularité de pouvoir utiliser l’énergie solaire comme source énergétique principale ce qui en fait un candidat d’intérêt dans une démarche de développement durable. Les caractéristiques de la ressource solaire, fluctuations/intermittence, impactent directement la capacité de traitement du procédé, et doivent être prises en compte dans sa gestion. Dans la littérature, cette prise en compte pour opérer le procédé porte exclusivement sur les réacteurs dits fermés. Le processus de traitement est alors interrompu la nuit dans les pilotes solaires étudiés. Lors du développement d’un procédé en mode continu, la gestion de l’intermittence s’impose afin de pouvoir assurer un traitement continu de l’effluent. Cette thèse vise à développer un modèle de représentation de la capacité de traitement d’un réacteur fonctionnant sur le principe de la photocatalyse hétérogène. Cette étape est indispensable pour le dimensionnement et pilotage de procédés solaires. Dans une deuxième partie, l’étude se focalise sur la faisabilité d’une technologie de gestion de l’intermittence basée sur un matériau composite adsorbant/photo-catalyseur. L’adsorbant permet de stocker les polluants lorsque la ressource est insuffisante et le photo-catalyseur vise à dégrader les polluants en phase liquide et en phase solide, ce qui revient à régénérer l’adsorbant lors des périodes d’ensoleillement. Ces deux études s’inscrivent dans l’objectif, sur le long terme, de permettre la mise en œuvre d’un procédé de photocatalyse hétérogène solaire en mode continu, capable d’opérer un traitement permanent malgré les fluctuations et l’intermittence solaires. Le premier objectif a consisté à développer un modèle de représentation du transfert radiatif dans les différents milieux hétérogènes réactifs étudiés afin de déterminer la puissance locale absorbée par ces derniers. Dans le cas de particules de photo-catalyseur en suspension, la littérature est relativement fournie, en comparaison des géométries plus complexes, pour lesquelles les études sont moins avancées. Les photo-catalyseurs testés, que sont le dioxyde de titane sous forme particulaire ou déposé sur une mousse alvéolaire macroporeuse inerte, ont ainsi nécessité de développer une approche spécifique. Le second objectif a consisté à déterminer la cinétique de photo-dégradation - dépendant principalement de la concentration en polluant d’étude et de la puissance locale absorbée - à partir d’expérimentations en réacteur fermé. Les vitesses locales des couples polluant, la caféine/photo-catalyseurs, sous forme particulaire ou supportée, ont été déterminées. Connaissant les modèles hydrodynamiques des réacteurs étudiés, un réacteur piston et un réacteur ouvert parfaitement agité, le modèle de représentation de la capacité de traitement, couplant l’ensemble des étapes énoncées (transfert radiatif, cinétique, convection), a été validé et appliqué à des expérimentations de photo-dégradation en réacteur ouvert soumis à des consignes dynamiques représentatives de l’ensoleillement réel. Le dernier objectif, dit exploratoire, a été de tester le matériau composite dans un photo-réacteur ouvert soumis à des cycles sans lumière/avec lumière. La capacité de ce dernier à opérer un traitement photo-catalytique et à s’auto-régénérer au cours des cycles a été montrée
The occurrence of micropollutants in water is recognized as a public health concern that needs to be addressed. The challenge is both to implement water reuse and to prevent micropollutants from being disseminated in the environment, and therefore to stop their detrimental effects. These so-called emerging contaminants are anthropogenic and most of them are non-biodegradable. Therefore, conventional biological treatments of wastewater treatment plants are not appropriate. Heterogeneous photocatalysis belongs to the advanced oxidation processes developed specifically for micropollutants’ removal. This process can be operated under solar light which makes it a relevant environmental-friendly option. Solar characteristics, such as light fluctuation and intermittency, have a direct impact on the process’s treatment capacity and need to be considered for its management. In the literature, photocatalytic reactors are mainly operated in a batch mode, which implies stopping treatment during the night. The development of continuous-mode reactors requires finding solutions to deal with light intermittency. This thesis aims, in a first part, to develop a model to predict the process’s treatment capacity of a continuous-mode reactor based on heterogeneous photocatalysis. This step is essential for the scaling and control of solar processes for micropollutants’ removal. The study also focuses, in a second part, on the reliability of a technology for intermittency management. This technology is based on a composite material made of an adsorbent and a photocatalyst. The adsorbent allows to store micropollutants when light is not enough, during the night or cloudy events. The photocatalyst enables the contaminants to be degraded, both in the liquid and solid phases, in order to operate the liquid treatment as well as regenerating the adsorbent. These two studies aim to bring knowledge to the development of continuous-mode solar processes, that can operate despite solar intermittency and light fluctuations. The first step to reach the previous purposes, is to develop a model to represent the radiation field inside the photoreactor for the two studied photocatalysts with the aim of calculating the local volumetric rate of photon absorption (LVRPA). In case of photocatalysts in suspension, literature about modelling radiative transfer is rich in comparison with supported photocatalysts. Therefore, the two tested media, titanium dioxide in suspension and titanium dioxide supported on an inert macroporous foam, require specific methodologies. The second step is to determine the kinetics model, which is a function of the pollutant concentration and the LVRPA, thanks to batch-mode experiments. Local kinetics of the different pairs “pollutant/photocatalysts” (caffeine/suspension or foam) are determined. Two reactors are studied: a plug-flow one and a perfectly well-mixed one. Knowing the models of their hydrodynamics and their kinetics, the combination of all of them is validated and then applied on photo-degradation experiments of caffeine under dynamic light operating conditions, representative of real solar light. The last purpose is to test the composite material in a continuous-mode photoreactor submitted to cycles alternating light and dark periods. The ability of the composite to degrade and regenerate is evidenced

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Dissertations / Theses on the topic 'Eau – Épuration – Modèles mathématiques'

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