traitement des eaux et déchets

Procédés biologiques

Procédés thermiques

Outils et Approches transverses

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Présentation
Approche Globale du Cycle de l’Eau

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

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

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

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

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

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

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

Axe Dépollution 

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

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

Axe Valorisation 

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

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

Axe Intégration 

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

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

Responsable

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Doctorants, Post-Doctorants et CDD

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Equipements

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

Partenaires académiques et industriels

Collaborations Internationales avec

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

 

Collaborations Nationales 

Industrielles :

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

Académiques - Institutionnelles :

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

 

Dernières publications de l'équipe

  • Hélène Cervo, Jean-Henry Ferrasse, Bernard Descales, Greet van Eetvelde. Blueprint: A methodology facilitating data exchanges to enhance the detection of industrial symbiosis opportunities – application to a refinery. Chemical Engineering Science, Elsevier, 2020, 211, pp.115254. ⟨10.1016/j.ces.2019.115254⟩. ⟨hal-02319708⟩ Plus de détails...
  • Chamaiporn Pinchai, Mathias Monnot, Sébastien Lefevre, Olivier Boutin, Philippe Moulin. Coupling membrane filtration and wet air oxidation for advanced wastewater treatment: Performance at the pilot scale and process intensification potential. Canadian Journal of Chemical Engineering, Wiley, 2019, pp.1-10. ⟨10.1002/cjce.23688⟩. ⟨hal-02416179⟩ Plus de détails...
  • Hélène Cervo, Stéphane Ogé, Amtul Samie Maqbool, Francisco Mendez Alva, Lindsay Lessard, et al.. A Case Study of Industrial Symbiosis in the Humber Region Using the EPOS Methodology. Sustainability, MDPI, 2019, 11 (24), pp.6940. ⟨10.3390/su11246940⟩. ⟨hal-02395672⟩ Plus de détails...
  • Nicolas Roche, Anestis Antoniadis, David Hess, Pei Zhi Li, Eric Kelkel, et al.. Are there specific clinical characteristics associated with physician’s treatment choices in COPD?. Respiratory Research, BioMed Central, 2019, 20 (1), ⟨10.1186/s12931-019-1156-1⟩. ⟨hal-02328696⟩ Plus de détails...
  • Ct Nzogo Metoule, S. Delaby, Jean-Henry Ferrasse, O. Boutin. Hydrothermal process development for the treatment of crocidolite asbestos waste. Waste Management and Research, SAGE Publications, 2019, 37 (9), pp.914-924. ⟨10.1177/0734242X19859426⟩. ⟨hal-02450344⟩ Plus de détails...
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Rencontres scientifiques

Soutenances de thèses et HDR

Mercredi 11 Décembre 2019 - Méthode d'optimisation multiobjectif de la conduite d'un réacteur nucléaire ; application à un RNR-Na fonctionnant avec un cycle de Brayton / Soutenance de thèse de Avent GRANGE
Doctorant : Avent GRANGE                   
  
Date de la soutenance :  Mercredi 11 Décembre 2019 à 10:00 ; Château de Cadarache, bâtiment N°901 Route de Vinon-Sur-Verdon, 13115 Saint-Paul-les-Durance

Résumé de la thèse :
La définition de la conduite d'un réacteur nucléaire permet à ce dernier d'atteindre des objectifs en termes de rendement thermodynamique, de manœuvrabilité, de durée de vie et de répondre à des exigences de sûreté. La méthode développée lors de ces travaux de thèse définit la conduite par la résolution d'un problème d'optimisation multiobjectif et contraint. Les variables de décision retenues pour résoudre ces problèmes sont les consignes, les actionneurs et les paramètres des systèmes de contrôle-commande associés aux régulations mises en oeuvre dans la conduite. L'espace de définition de ces variables de décision, nommé espace de recherche, est potentiellement de grande dimension. La recherche des conduites optimales dans cet espace nécessite alors un nombre de calcul élevé. La conduite d'un réacteur au cours d'un transitoire de fonctionnement normal, incidentel ou accidentel est modélisée par l'Outil de Calcul Scientifique (OCS) de thermohydraulique système CATHARE2. La durée d'exécution d'un calcul avec cet OCS étant longue, son utilisation pour résoudre le problème d'optimisation dans un temps raisonnable est inadaptée. La méthode développée réduit alors la dimension de l'espace de recherche et construit des modèles de substitution (métamodèles) à l'OCS CATHARE2 pour reproduire les objectifs et les contraintes en fonction des variables de décision. Ces métamodèles utilisent la structure de processus gaussiens conditionnés sur une base d'apprentissage de la variable à reproduire. Un couplage de ces modèles de substitution à un algorithme génétique permet de définir un ensemble de conduites réparties de manière homogène dans les zones optimales de l'espace des solutions. Les faibles erreurs de prédiction des métamodèles permettent alors d'approcher efficacement le front de Pareto. Deux applications de la méthode sont réalisées pour le réacteur ASTRID avec un cycle de Brayton pour le Système de Conversion d'Energie. La première optimisation atteste des capacités du SCE-gaz à évacuer la puissance résiduelle lors d'un incident de manque de tension externe. Ainsi, 34 conduites, bien réparties à travers le front de Pareto, définissent des compromis optimaux entre les temps d'atteinte de l'état d'arrêt à froid du réacteur et les gradients thermiques à travers la cuve principale du réacteur. La seconde application permet de définir un ensemble de conduites optimales lors d'un transitoire de réglage de fréquence. Ces conduites optimisent simultanément trois objectifs et assurent le respect de deux contraintes relatives à la qualité de la régulation de la puissance électrique produite à l'alternateur du réacteur. Les conduites optimales retenues représentent de manière homogène le front de Pareto et chacune de ces solutions est proche de la référence modélisée avec l'OCS CATHARE2. 

Mots clés : Optimisation mutiobjectif, Processus gaussien, thermohydraulique, RNR-Na, Cycle de Brayton

Jury

Directeur de these M. Jean-Henry FERRASSE Aix Marseille Université, CNRS, Centrale Marseille
Rapporteur M. Jean BACCOU IRSN
Rapporteur Mme Elsa MERLE PHELMA
CoDirecteur de these M. Olivier BOUTIN Aix Marseille Université, CNRS, Centrale Marseille
Examinateur M. Abderrazak LATIFI Université de Lorraine
Examinateur Mme Amandine MARREL Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives

Vendredi 6 Décembre 2019 - Traitement d’effluents complexes et de polluants émergeants par couplage d’un procédé d’OVH et d’un procédé biologique / Soutenance de thèse de Dan FENG
Doctorant : Dan FENG                 
  
Date de la soutenance :  Vendredi 6 Décembre 2019 à 10:00 , amphithéâtre du  Cerege - Technopôle de l'Arbois, Aix en Provence

Résumé de la thèse :
Le couplage d’une oxydation en voie humide (OVH) et d’un traitement biologique a été étudié pour traiter les eaux usées (industrielles) contenant du glyphosate, un herbicide largement utilisé dans le monde. Afin d'évaluer les performances du procédé couplé, les performances de l’OVH seule puis du procédé biologique de traitement des eaux usées contenant du glyphosate ont été examinées. Tout d'abord, des expériences ont été menées pour évaluer l'hydrodynamique des bulles dans une colonne à bulles dans les conditions de l’OVH, afin de prédire le transfert de masse et de facilicter l’extrapolation du procédé. Deuxièmement, une étude cinétique a été réalisée pour déterminer les paramètres cinétiques de l'oxydation du glyphosate par le procédé OVH et une voie d'oxydation possible a été proposée. De plus, un dispositif microfluidique a été utilisé dans le procédé OVH pour traiter en continu les eaux usées contenant du glyphosate dans un système compact et efficace. En outre, afin d'améliorer la biodégradation du glyphosate par les boues activées, un processus d'acclimatation a été étudié et la cinétique de biodégradation du glyphosate par des boues activées acclimatées a été étudiée, ainsi que son éventuelle voie de biodégradation. Enfin, les effluents préoxydés ont ensuite été traités par les boues activées acclimatées afin de conclure à la faisabilité du procédé couplé.   

Mots clés : Polluants émergeants, glyphosate, oxydation en voie humide, traitement biologique, voie de dégradation.

Jury

M. Juan GARCIA SERNA

             Professeur, Valladolid Université

     Rapporteur

M. J. Marc CHOUBERT

             Directeur de Recherche, IRSTEA

     Rapporteur

M. Eric SCHAER

             Professeur, ENSIC

     Examinateur

Mme Laure MALLERET

             Maître de conférences, AMU

     Examinatrice

M. Olivier BOUTIN

             Professeur, AMU

    Directeur de thèse

Mme Audrey SORIC

     Maître de conférences, Centrale Marseille

Co-directrice de thèse