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traitement des eaux et déchets

Procédés biologiques

Procédés thermiques

Outils et Approches transverses

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Approche Globale du Cycle de l’Eau

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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

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Doctorants, Post-Doctorants et CDD

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-en- Equipements

-en- - 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)

-en- Partenaires académiques et industriels

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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

  • 2024
    Julien Berger, Jean-Henry Ferrasse, Suelen Gasparin, Olivier Le Metayer, Benjamin Kadoch. Thermodynamic analysis of the effect of mass transfer on a real building wall efficiency under climatic transient conditions. International Journal of Thermal Sciences, 2024, 202, pp.109050. ⟨10.1016/j.ijthermalsci.2024.109050⟩. ⟨hal-04784805⟩ Plus de détails...

    Thermodynamic analysis of the effect of mass transfer on a real building wall efficiency under climatic transient conditions

    Within the environmental context, designing energy efficient buildings is crucial. Standard performance indicators evaluate the quantity of energy going through the wall. Such indicator considers the energy balance of the wall, i.e the first thermodynamic law. However, the main drawback of such approach is that it does not qualify the energy quality, which can be done by the second thermodynamic law. This paper proposed a performance indicator that both quantifies and qualifies the energy efficiency of a wall. It is based on the evaluation of the exergy destruction rate. The performance indicator has been developed for transient conditions induced by climatic variations of temperature and relative humidity and considering coupled heat and mass transfer in the wall. Calculations were carried out with experimental data obtained from a wall demonstrator under climatic conditions and comparisons with standard performance indicators were also performed. The corresponding results highlighted that the exergy loss allows a more accurate assessment of the energy performance and the influence of mass transfer on it. Indeed, the mass transfer can account for 30% in the exergy destruction.
    Julien Berger, Jean-Henry Ferrasse, Suelen Gasparin, Olivier Le Metayer, Benjamin Kadoch. Thermodynamic analysis of the effect of mass transfer on a real building wall efficiency under climatic transient conditions. International Journal of Thermal Sciences, 2024, 202, pp.109050. ⟨10.1016/j.ijthermalsci.2024.109050⟩. ⟨hal-04784805⟩
    Journal: International Journal of Thermal Sciences
    Date de publication: 01-08-2024
    Auteurs:
    Liste des documents:
    Digital object identifier (doi): http://dx.doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2024.109050
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  • 2024
    Heni Dallagi, Nassim Ait-Mouheb, Audrey Soric, Olivier Boiron. Simulation of the flow characteristics of a labyrinth milli-channel used in drip irrigation. Biosystems Engineering, 2024, 239, pp.114-129. ⟨10.1016/j.biosystemseng.2024.02.004⟩. ⟨hal-04479285⟩ Plus de détails...

    Simulation of the flow characteristics of a labyrinth milli-channel used in drip irrigation

    Water scarcity is a global concern, with irrigation of food crops contributing significantly to freshwater depletion. Drip irrigation technology reduces water consumption but faces issues like clogging in narrow discharge sections, diminishing efficiency, and increasing costs. Accurate prediction of flow characteristics and understanding pa- rameters affecting biofilm growth and particle deposition is crucial for effective anti-clogging strategies. Computational fluid dynamics (CFD) using turbulence models can be a valuable tool. This study evaluated the accuracy and efficiency of different turbulence models (standard k-ε, Reynolds Stress Model, and Large Eddy Simulation) in predicting the flow characteristics of a commercial emitter in a drip irrigation system. Results showed the standard k-ε model as a preferred choice for simulating mean flow characteristics and emitter discharge due to its balance between accuracy and computational efficiency. However, the Large Eddy Simu- lation model provided the most accurate results, considering the emitter discharge, unsteady flow behavior, wall shear stress distribution, and oscillatory index, despite requiring more computational resources. This model is valuable for understanding hydrodynamic effects on emitter clogging. The study also investigated the impact of velocity fluctuations, wall shear stress, and oscillatory shear index on biofilm growth and deposition in the emitter. Low shear stress in inlet and return zones reduced self-cleaning ability, leading to particle and micro- organism attachment. Maintaining appropriate wall shear stress values in other regions proved crucial for improving anti-clogging ability. High oscillatory shear index values enhanced mass transfer, nutrient mixing, diffusion within the biofilm, and self-cleaning capacity. In summary, this study greatly enhances our under- standing of how flow dynamics and biofilm management impact drip irrigation systems. It provides practical insights for engineers and practitioners, aiding in the creation of more efficient and clog-resistant systems. By optimizing these dynamics and strategies, this research promotes sustainable water use in agriculture, while also minimizing maintenance costs and maximizing crop yields.
    Heni Dallagi, Nassim Ait-Mouheb, Audrey Soric, Olivier Boiron. Simulation of the flow characteristics of a labyrinth milli-channel used in drip irrigation. Biosystems Engineering, 2024, 239, pp.114-129. ⟨10.1016/j.biosystemseng.2024.02.004⟩. ⟨hal-04479285⟩
    Journal: Biosystems Engineering
    Date de publication: 01-03-2024
    Auteurs:
    Digital object identifier (doi): http://dx.doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2024.02.004
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  • 2024
    Emilie Gout, Mathias Monnot, Olivier Boutin, Pierre Vanloot, Philippe Moulin. Prospects of industrial membrane concentrates: treatment of landfill leachates by coupling reverse osmosis and wet air oxidation. Environmental Science and Pollution Research, 2024, ⟨10.1007/s11356-024-32461-4⟩. ⟨hal-04593773⟩ Plus de détails...

    Prospects of industrial membrane concentrates: treatment of landfill leachates by coupling reverse osmosis and wet air oxidation

    Emilie Gout, Mathias Monnot, Olivier Boutin, Pierre Vanloot, Philippe Moulin. Prospects of industrial membrane concentrates: treatment of landfill leachates by coupling reverse osmosis and wet air oxidation. Environmental Science and Pollution Research, 2024, ⟨10.1007/s11356-024-32461-4⟩. ⟨hal-04593773⟩
    Journal: Environmental Science and Pollution Research
    Date de publication: 20-02-2024
    Auteurs:
    Digital object identifier (doi): http://dx.doi.org/10.1007/s11356-024-32461-4
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  • 2023
    Emilie Gout, Fatimatou Toure Lo, Mathias Monnot, Olivier Boutin, Pierre Vanloot, et al.. Coupling membrane processes with wet air oxidation for the remediation of industrial effluents. Chemical Engineering Journal, 2023, 472, pp.144937. ⟨10.1016/j.cej.2023.144937⟩. ⟨hal-04543342⟩ Plus de détails...

    Coupling membrane processes with wet air oxidation for the remediation of industrial effluents

    Membrane processes (ultrafiltration, membrane bioreactor, reverse osmosis) are relevant for the remediation of wastewater as they generate large volumes of high-quality permeate. However, the remaining concentrates are highly polluted and require further treatment. Membrane concentrates are sufficiently concentrated to undergo a highly efficient wet air oxidation treatment to degrade refractory molecules. Wet air oxidation was performed on five industrial membrane concentrates with varying organic pollutants: bilge wastewater, landfill leachates, a complex industrial effluent, pharmaceutical sludge and dairy wastewater. The results showed three categories: (i) a low effect of the anoxic heating period and significant effect of oxidation duration, (ii) a significant effect of both the anoxic heating period and duration and (iii) an outstanding effect of the anoxic heating period and low effect of oxidation duration. The best removals were achieved at 300 °C, with total organic carbon removals between 75 and 98% and chemical oxygen demand removals between 82 and 99%, along with complete removal of fluorescent footprints. The coupling of membrane processes and wet air oxidation was proven to be robust and flexible for a wide variety of membrane processes and pollutants. A mass balance on the treatment path, including membrane permeate and wet air oxidation outlet, was calculated to assess discharge feasibility. This research demonstrates the potential of the hybrid process for effectively treating membrane concentrates and generating a safer outlet.
    Emilie Gout, Fatimatou Toure Lo, Mathias Monnot, Olivier Boutin, Pierre Vanloot, et al.. Coupling membrane processes with wet air oxidation for the remediation of industrial effluents. Chemical Engineering Journal, 2023, 472, pp.144937. ⟨10.1016/j.cej.2023.144937⟩. ⟨hal-04543342⟩
    Journal: Chemical Engineering Journal
    Date de publication: 01-09-2023
    Auteurs:
    Liste des documents:
    Digital object identifier (doi): http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2023.144937
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  • 2023
    Emilie Gout, Fatimatou Toure Lo, Mathias Monnot, Olivier Boutin, Pierre Vanloot, et al.. Coupling membrane processes with wet air oxidation for the remediation of industrial effluents. Chemical Engineering Journal, 2023, 472, pp.144937. ⟨10.1016/j.cej.2023.144937⟩. ⟨hal-04202142⟩ Plus de détails...

    Coupling membrane processes with wet air oxidation for the remediation of industrial effluents

    Emilie Gout, Fatimatou Toure Lo, Mathias Monnot, Olivier Boutin, Pierre Vanloot, et al.. Coupling membrane processes with wet air oxidation for the remediation of industrial effluents. Chemical Engineering Journal, 2023, 472, pp.144937. ⟨10.1016/j.cej.2023.144937⟩. ⟨hal-04202142⟩
    Journal: Chemical Engineering Journal
    Date de publication: 01-09-2023
    Auteurs:
    Digital object identifier (doi): http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2023.144937
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Rencontres scientifiques

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Soutenances de thèses et HDR

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Jeudi 7 mai 2020 à 10h par vidéoconférence - Développement d’une méthodologie facilitant l’identification et l’évaluation de symbioses industrielles dans le secteur de l’industrie pétrochimique / Soutenance de thèse Hélène CERVO
Doctorant : Hélène CERVO               
  
Date de la soutenance :  jeudi 7 mai 2020 à 10h par vidéoconférence

Résumé : 

Les symbioses industrielles permettent de créer de nouvelles collaborations entre différentes entités d’un même territoire afin d’échanger des ressources telles que des matières premières, de l’énergie, de l’information et des déchets, et d’intensifier les mutualisations de services et d’infrastructures. Ces dernières années, de nombreuses mesures ont ainsi été prises, favorisant et encourageant de telles initiatives. Néanmoins, certaines problématiques perdurent encore quant à leur mise en place et à leur démocratisation. Cette thèse se concentre sur une des problématiques principales de la symbiose industrielle : le manque de partage des informations. Les travaux de recherche s’articulent donc autour de la question suivante :

Comment formaliser l’échange d’informations entre partenaires industriels dans le but de faciliter la détection et l’évaluation des symbioses industrielles ?

Le concept de blueprint est développé et proposé comme solution facilitant l’échange de données entre partenaires industriels. Le blueprint est une représentation générique d’un procédé industriel donné. Une méthodologie détaillée, décrivant la construction du blueprint, la définition des flux qu’il contient, ainsi que la visualisation des profils le constituant, est également présentée. Celle-ci est appliquée à un système industriel de grande envergure : une raffinerie, démontrant sa faisabilité. Enfin, plusieurs exemples d’utilisation du blueprint dans un contexte de symbiose industrielle sont développés. Ils permettent de comprendre dans quel cadre plusieurs blueprints peuvent être combinés, et mettent en évidence la pertinence de la méthode ainsi que les limites de son utilisation.    

Jury: 

Prof. François MARECHAL   / École Polytechnique Fédérale de Lausanne -> Président du jury
Prof. Ronny VERHOEVEN   / Ghent University -> Vice président du jury
Prof. Simon HARVEY / Chalmers University of Technolog-> Rapporteur
Prof. Raphaële THERY HETREUX / INP Toulouse     -> Rapporteur
Prof. Lieven VANDEVELDE  /  Ghent University  -> Rapporteur
Prof. Olivier BOUTIN  /  Aix-Marseille Université  -> Examinateur
Dr. Bernard DESCALES / INEOS -> Invité
Dr. Solène LE BOURDIEC / EDF -> Invité
Prof. Jean-Henry FERRASSE / Aix-Marseille Université -> Directeur de thèse
Prof. Greet VAN EETVELDE  /  Ghent University -> Directeur de thèse
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