Modélisation du séchage solaire sous serre des boues de stations d'épuration urbaines
Langue Français
Langue Français
Auteur : Amadou, Haoua
Date de soutenance : 04-05-2007
Directeur(s) de thèse : Poulet, Jean-Bernard
Établissement de soutenance : Université Louis Pasteur (Strasbourg)
École doctorale : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
Date de soutenance : 04-05-2007
Directeur(s) de thèse : Poulet, Jean-Bernard
Établissement de soutenance : Université Louis Pasteur (Strasbourg)
École doctorale : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
Discipline : Électronique, microélectronique, optique et lasers, optoélectronique, micro-ondes
Classification : Sciences de l'ingénieur
Mots-clés libres : eaux usées , boue , séchage solaire , transfert thermique modélisation , séchoir-serre
Résumé : Système adapté pour les stations de petites et moyennes capacités de moins de 100.000 EH, le séchage solaire s'est rapidement imposé comme une solution efficace de déshydratation des boues permettant de répondre aux attentes des collectivités dans le respect des contraintes réglementaires. Toutefois les règles de dimensionnement et de conception de ce procédé restent d'une part très empiriques, et d'autre part trop rudimentaires pour traduire la complexité des phénomènes physiques mis en jeu. Cette thèse s'inscrit donc dans une optique d'amélioration et d'optimisation des méthodes de dimensionnement et de conception du séchage solaire des boues, en mettant l'accent sur le développement et l'utilisation d'outils de simulation numérique. Après une présentation générale de la problématique des boues résiduaires urbaines en France et de celle du séchage solaire des boues, quelques notions essentielles à l'étude du séchage sont présentées dans le chapitre II. Après une revue des différents types d'eau que l'on trouve dans les boues, le concept d'isotherme de sorption est présenté. Les modes de transport d'eau pendant le séchage sont ensuite rappelés. La fin du chapitre se concentre sur la modélisation de la cinétique du séchage. Le développement d'un modèle numérique simulant le transfert d'eau de la boue lors du séchage solaire sous serre est abordé dans le chapitre III de ce travail. Une mise en équations des différents phénomènes complexes est effectuée. Le modèle développé est constitué de trois équations de bilan d'énergie et d'une de transfert de matière, couplées et non linéaires. Une approche de résolution numérique du problème est également présentée. L'ensemble des dispositifs expérimentaux et des méthodes utilisées tout au long de ce travail est décrit dans le chapitre IV. Basée principalement sur l'utilisation de deux types de modèles réduits (modèles I et II), placés dans une enceinte climatique, la méthode expérimentale fait appel à un plan d'expérience mené en deux étapes, de manière à mieux appréhender le couplage très complexe des différents transferts thermiques et massiques. Le chapitre V est consacré à la validation du modèle numérique. Le premier volet de ce chapitre expose les résultats expérimentaux des paramètres de la boue intervenant dans la modélisation. Des formulations semi-empiriques concernant ces grandeurs (isothermes de désorption et chaleur spécifique massique) ont été proposées. Dans le second volet, les résultats numériques sont confrontés à ceux des expériences. La comparaison s'est avérée souvent très satisfaisante, tant au niveau des transferts couplés de chaleur et de masse qu au niveau de l'évaluation des vitesses de séchage. Néanmoins, plusieurs phénomènes échappant à la formulation macroscopique et mono dimensionnelle du code ont été évoqués pour expliquer certains écarts entre les simulations et le comportement observé. Le chapitre VI aborde la problématique de l'extrapolation du modèle développé à une installation à l'échelle réelle. La première étape est ainsi consacrée à coupler ce modèle à un générateur de données qui permet de reconstituer au pas horaire une journée climatique type . Enfin, quelques paramètres nécessaires à l'extrapolation sont évoqués. Le travail se termine par une conclusion rassemblant l'ensemble des résultats et par l'énoncé de perspectives qui pourraient constituer une suite intéressante à cette étude, notamment la prise en compte des variations spatiales et l'adaptation du modèle dans l'objectif du développement d'un outil de dimensionnement ou d'optimisation de sites industriels.
Classification : Sciences de l'ingénieur
Mots-clés libres : eaux usées , boue , séchage solaire , transfert thermique modélisation , séchoir-serre
Résumé : Système adapté pour les stations de petites et moyennes capacités de moins de 100.000 EH, le séchage solaire s'est rapidement imposé comme une solution efficace de déshydratation des boues permettant de répondre aux attentes des collectivités dans le respect des contraintes réglementaires. Toutefois les règles de dimensionnement et de conception de ce procédé restent d'une part très empiriques, et d'autre part trop rudimentaires pour traduire la complexité des phénomènes physiques mis en jeu. Cette thèse s'inscrit donc dans une optique d'amélioration et d'optimisation des méthodes de dimensionnement et de conception du séchage solaire des boues, en mettant l'accent sur le développement et l'utilisation d'outils de simulation numérique. Après une présentation générale de la problématique des boues résiduaires urbaines en France et de celle du séchage solaire des boues, quelques notions essentielles à l'étude du séchage sont présentées dans le chapitre II. Après une revue des différents types d'eau que l'on trouve dans les boues, le concept d'isotherme de sorption est présenté. Les modes de transport d'eau pendant le séchage sont ensuite rappelés. La fin du chapitre se concentre sur la modélisation de la cinétique du séchage. Le développement d'un modèle numérique simulant le transfert d'eau de la boue lors du séchage solaire sous serre est abordé dans le chapitre III de ce travail. Une mise en équations des différents phénomènes complexes est effectuée. Le modèle développé est constitué de trois équations de bilan d'énergie et d'une de transfert de matière, couplées et non linéaires. Une approche de résolution numérique du problème est également présentée. L'ensemble des dispositifs expérimentaux et des méthodes utilisées tout au long de ce travail est décrit dans le chapitre IV. Basée principalement sur l'utilisation de deux types de modèles réduits (modèles I et II), placés dans une enceinte climatique, la méthode expérimentale fait appel à un plan d'expérience mené en deux étapes, de manière à mieux appréhender le couplage très complexe des différents transferts thermiques et massiques. Le chapitre V est consacré à la validation du modèle numérique. Le premier volet de ce chapitre expose les résultats expérimentaux des paramètres de la boue intervenant dans la modélisation. Des formulations semi-empiriques concernant ces grandeurs (isothermes de désorption et chaleur spécifique massique) ont été proposées. Dans le second volet, les résultats numériques sont confrontés à ceux des expériences. La comparaison s'est avérée souvent très satisfaisante, tant au niveau des transferts couplés de chaleur et de masse qu au niveau de l'évaluation des vitesses de séchage. Néanmoins, plusieurs phénomènes échappant à la formulation macroscopique et mono dimensionnelle du code ont été évoqués pour expliquer certains écarts entre les simulations et le comportement observé. Le chapitre VI aborde la problématique de l'extrapolation du modèle développé à une installation à l'échelle réelle. La première étape est ainsi consacrée à coupler ce modèle à un générateur de données qui permet de reconstituer au pas horaire une journée climatique type . Enfin, quelques paramètres nécessaires à l'extrapolation sont évoqués. Le travail se termine par une conclusion rassemblant l'ensemble des résultats et par l'énoncé de perspectives qui pourraient constituer une suite intéressante à cette étude, notamment la prise en compte des variations spatiales et l'adaptation du modèle dans l'objectif du développement d'un outil de dimensionnement ou d'optimisation de sites industriels.
Type de contenu : Text
Entrepôt d'origine : 
Identifiant : ecrin-ori-292955
Type de ressource : Thèse
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