Sédimentation des boues activées en système fermé : de l'investigation expérimentale à l'aide d'un transducteur ultrasonore à la modélisation 1 D, l'analyse de sensibilité et l'identification de paramètres

Activated sludge batch settling : from experimental investigation using an ultrasonic transducer to 1D modelling, sensitivity analysis and parameter identification

• Auteur / Autrice : Florent Locatelli
• Direction : Karim Bekkour
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance le 24/09/2015
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Dagot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Dagot, Ingmar Nopens, Olivier Potier, Robert Mosé, Pierre François, Julien Laurent
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ingmar Nopens, Olivier Potier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles entité-association

Transducteurs ultrasonores

Dynamique des fluides

Analyse par sédimentation

Eaux usées -- Épuration -- Procédé des boues activées

Mots clés libres

Clarification secondaire

Sédimentation de zone

Compression

Expérimentation en laboratoire

Méthode ultrasonore non invasive

Modélisation numérique

Approche mécaniste

Différentiation automatique

Secondary clarification

Zone settling

Compression

Laboratory experimentation

Non-invasive ultrasonic method

Numerical modelling

Mechanistic approach

Automatic differentiation

Résumé

Ce travail porte sur l’étude expérimentale et la modélisation de la sédimentation des boues activées. Un pilote expérimental associant une colonne de sédimentation et un transducteur ultrasonore est proposé. Des profils de vitesse de sédimentation et de concentration en particules sont obtenus grâce à ce dispositif, ce qui permet de mieux comprendre les mécanismes de décantation des boues. Ces résultats sont utilisés afin de développer une approche numérique. Un modèle de sédimentation est construit en intégrant des fonctions expérimentales. Une méthodologie mettant en œuvre la différentiation automatique du modèle est ensuite élaborée et appliquée, d'une part, à l'analyse de sensibilité du modèle aux paramètres des fonctions utilisées et, d'autre part, à l'identification des valeurs de ces paramètres à l'aide des résultats expérimentaux. La conjonction des approches expérimentale et numérique proposées constitue un processus efficace pour le développement des modèles de sédimentation.

This work deals with the experimental investigation and modelling of activated sludge settling. An experimental setup combining a settling column and an ultrasonic transducer is proposed. Settling velocity and concentration profiles are obtained using this setup, allowing for a better understanding of the mechanisms of activated sludge settling. These results are applied to the development of a numerical approach. A settling model using experimental functions is built. A methodology based on the automatic differentiation of the model is developed. This methodology is used, on the one hand, to analyse the sensitivity of the results to the model parameters and, on the other hand, to identify the parameter values on the basis of experimental data. The combination of the proposed experimental and numerical methods yields an efficient process for the development of sedimentation models.