Thi-Tuyet-Giang Vo

ÉCOULEMENTS POLYPHASIQUES DANS LES MATERIAUX GRANULAIRES - APPLICATION A L’AMELIORATION DE L’EPURATION DES EAUX USEES PAR LES BIOFILTRES


Thi-Tuyet-Giang Vo, Mustapha Hellou

Laboratoire de Génie Civil et Génie Mécanique (L.G.C.G.M - EA3913)

INSA de Rennes - 20 avenue des Buttes de Coësmes

CS14315, 35043 Rennes Cedex

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Depuis environ trois décennies, l’épuration biologique par biofiltration, système immergé à cultures fixées, se développe. Les matériaux qui composent le biofiltre sont très diversifiés : matériau naturel, argile expansée, polystyrène,…Ils doivent être microporeux pour permettre aux bactéries de s’y développer. La figure 1 montre le schéma simplifié d’un biofiltre.

Cependant, le colmatage des pores ou des interstices altère le rendement de cette technique. Pour réduire les risques de ce colmatage, il est nécessaire de comprendre les mécanismes d’interaction entre le fluide, les grains du biofiltre et les matières en suspension (MES) à l’échelle des pores microscopiques et/ou à l’échelle des pores mésoscopiques. Dans ce contexte, notre travail s’intéresse aux mécanismes d’interaction hydrodynamique à l’échelle mésoscopique, entre les grains du matériaux poreux, les MES et le liquide porteur.
Une première étude est conduite par simulation numérique en 2D sur le comportement d’une particule déformable en suspension dans un matériau poreux modélisé par un assemblage de cercles. Les figures 2 et 3 montrent le comportement d’une particule lâchée sans vitesse initiale aux instants t = 50s et t = 5000s. La figure 3 illustre la déformation de la particule et surtout sa rétention entre les grains du matériau poreux.
Dans le cadre de la poursuite de ces travaux, on envisage de déterminer les vitesses du fluide porteur ainsi que le gradient de pression pour décolmater le milieu. Un dispositif d’essai va être développé pour la visualisation des phénomènes physiques à l’échelle microscopique. La validation réciproque des résultats et la proposition de solutions optimales de décolmatage de l’espace poral sont prévues.