Contribution à la réalisation d'un appareil de mesure en continu et in-situ du taux de Matières En Suspension dans les systèmes d'eau et d'assainissement

• Auteur / Autrice : Jérôme Mathieu
• Direction : Patrick Schweitzer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et techniques
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Nancy 1
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université Henri Poincaré Nancy 1. Faculté des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ultrasons

Sédiments en suspension

Granulométrie

Eaux usées -- Épuration

Mots clés libres

Pollution

Pollution eau

Particule en suspension

Appareil mesure en continu

Granulométrie

Méthode acoustique

Ultrason

Atténuation onde acoustique

Résumé

Le contrôle de la pollution, notamment dans les systèmes d'eau et d'assainissement, nécessite la mesure de paramètres spécifiques. Le taux de Matières En Suspension (MES) fait partie de ces paramètres. Or les appareils existants de mesure en continu et in situ du taux de MES ne satisfont pas aux principales exigences métrologiques, et particulièrement la fiabilité. C'est l'objectif de cette thèse que de proposer une nouvelle méthode de mesure fiable. L'étude est conduite en trois temps. Le premier consiste à recenser les données disponibles sur les MES et à étudier les méthodes actuelles de mesure de son taux. Cette étape se conclut par la proposition d'un cahier des charges pour l'élaboration d'un MES-mètre "idéal". En second lieu, on analyse un ensemble de méthodes existantes pouvant totalement ou partiellement répondre au cahier des charges. Les forces et les faiblesses de chacune d'elles nous permettent de proposer une solution complète, reposant sur un granulomètre ultrasonore conçu par nos soins et baptisé Granulomètre par REtro-Diffusion Quasi-Rigide Ultrasonore (GREDQRU). Dans un troisième temps, on décrit et étudie la faisabilité (avec des fils) du granulomètre GREDQRU. Son principe se base sur l'analyse des échos ultrasonores rétrodiffusés par les cibles (particules sphériques ou fils) suivant la théorie de la diffusion résonante TDR. En particulier, nous recueillons l'onde spéculaire et l'onde de Scholte-Stoneley pour former ce qu'on appelle l'écho quasirigide. Cet écho a la particularité essentielle pour un MES-mètre de comporter l 'information "taille" et d'être peu sensible à la nature du matériau constituant l'obstacle diffusant. La taille est obtenue en comparant chaque spectre d'écho quasi-rigide à une fonction de référence : la fonction de forme quasi-rigide. Les différents facteurs susceptibles de perturber la mesure (non-linéarité, atténuation, directivité des transducteurs) sont également étudiés. L'étude s'achève par la spécification électronique des composants du MES-mètre.

The control of the pollution, notably in water and sewerage systems, requires the measure of specific parameters. The Suspended Solids (SS) concentration is one of these parameters. Now the existing devices measuring the SS concentration in site and in continuous don't satisfying the main metrological requirements, and particularly reliability. This thesis objective is to propose a new method ofreliable measurement. The study is driven in three times. The first one consists in listing the available data on SS and to study the current methods of there concentration measurement. This stage is concluded by elaborating the specifications of an 'ideal ' SS-meter. Secondly, one analyses a set of existing methods of every kind fitting totally or partially the previous specifications. Advantages and disadvantages analysis of each of these methods allow to elaborate a complete solution designing on a new ultrasonic grain sizer baptised GREDQRU (in English : Grain sizer by Ultrasonic Quasi-Rigid BackScattering). In a third time, one describes and studies the feasibility (with wires) of the grain sizer GREDQRU. The GREDQRU principle is based on the analysis of ultrasonic echoes backscattered by targets (spherical grains or wires) according to the Resonant Scattering Theory RST. In particular, we take out of each echo the specular and the Scholte-Stoneley waves to form what we cali the quasi-rigid echo. This echo has the essential properties for one SS-meter to contain the 'size' information and to be relatively insensible to the grain chemical composition (or grain acoustical properties). The grain size is obtained by comparing every quasi-rigid echo spectrum to a referencefunction : the quasi-rigid form function. The various factors able to alter measurements (non-linearity, attenuation, transducer's directivity) are also studied. The thesis is ended by the electronic specifications of the SS-meter components.