Thèse : Investigations expérimentale et numérique d'un ouvrage de séparation particulaire en assainissement

Soutenance de doctorat : Vivien SCHMITT

Équipe : MécaFlu

Titre : Investigations expérimentale et numérique d'un ouvrage de séparation particulaire en assainissement

Résumé : Pour capturer les macro-déchets transitant dans les réseaux d'assainissement et éviter leur rejet vers le milieu naturel, l'installation d'une grille est une pratique courante. En revanche, ce système est très contraignant car il nécessite des interventions fréquentes pour éviter les phénomènes de colmatage. Dans ce contexte, un ouvrage de séparation utilisant le principe de séparation tangentielle le long d'une grille a été étudié en utilisant les approches expérimentales et numériques. Ce travail de thèse consiste à résoudre deux problématiques. Une problématique technique visant à réduire le colmatage de la grille ainsi qu'une problématique scientifique consistant à modéliser l'écoulement et le transport dans l'ouvrage. L'approche expérimentale sur un pilote en laboratoire a permis d'évaluer le comportement hydraulique de l'ouvrage mais également les phénomènes physiques à proximité immédiate de la grille. A l'échelle de l'ouvrage, les fortes vitesses mesurées à proximité de la grille assurent une constante circulation des déchets limitant ainsi le colmatage. De plus, les investigations menées sur la forme de la grille ont permis d'évaluer la forme la moins propice au colmatage. L'utilisation d'une grille de type métal déployé génère des phénomènes de turbulence à l'amont de la grille, favorisant ainsi la dispersion des polluants à proximité immédiate des parois.
L'approche numérique est utilisée dans cette thèse dans l'objectif d'optimiser l'ouvrage. Pour modéliser l'écoulement dans le séparateur et prendre en compte les phénomènes physiques à proximité de la grille une approche particulière a dû être mise en place. La problématique liée à la discrétisation spatiale de l'ouvrage peut être résolue à l'aide d'une approche multi-échelle. Cette stratégie, basée sur une approche de type up-scaling, consiste en :
- une modélisation à petite échelle : il s'agit d'utiliser une approche déterministe de l'écoulement à l'échelle de la grille, en utilisant une portion réduite de grille
- une modélisation conceptuelle de la grille à grande échelle : il s'agit d'homogénéiser le comportement de la grille à l'aide d'une approche de type milieu poreux et reproduire ce comportement à l'échelle de l'ouvrage

Après avoir validé la méthode numérique en confrontant les simulations aux données expérimentales, l'application d'une méthode lagrangienne a permis de mettre en avant l'influence des phénomènes physiques provoqués par la grille sur la trajectoire des particules ainsi que les processus de sédimentation dans l'ouvrage. De plus, les deux modèles ont été utilisés pour tenter d'optimiser l'ouvrage ainsi que la forme de la grille. La finalité de ce travail a été d’étudier un ouvrage grandeur nature. L'instrumentation du site de Trouville/Mer et la modélisation numérique de l'ouvrage nous ont permis de comprendre le fonctionnement d'un ouvrage de terrain en testant différents cas (fonctionnement du déversoir de sécurité, étude du colmatage de la grille,...). Des stratégies de maintenance du système ont également été développées à partir des données recueillies et des différentes observations.

Cette thèse a été dirigée par José VAZQUEZ, professeur à l'ENGEES.

La présentation aura lieu le mardi 17 décembre 2013 à 14h30 dans l'amphithéâtre Brunotte de l'ENGEES à Strasbourg.