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Modèle de transfert et de diffusion de masse dans un écoulement, en présence de gradients de vitesse et de gradients du coefficient de diffusion turbulente
Authors: Boczar J. , Dorobczynski A. , Miakotoi J. 
Published: July 2012

Le travail présente un modèle mathématique conceptuel de transfert et de diffusion de masse destiné à l'étude des migrations d'effluents en rivière. Ce modèle prend en compte l'existence d'écoulements cisaillés ainsi que la présence de gradients de diffusion turbulente. Il permet de calculer les champs de concentrations et les valeurs moyennes de concentration à travers toute section transversale de l'écoulement. La localisation et la taille relative du rejet sont respectées. L'influence des rives sur les processus de dispersion est prise en considération.Pour quantifier l'influence des berges, une relation est établie entre les concentrations calculées en écoulement de largeur infinie et les concentrations en écoulement d'extension limitée. La méthode utilisée est fondée sur l'emploi d'un champ de vitesse et d'un champ de coefficient de diffusion, symétriques par rapport à des lignes riveraines séparant le courant nul d'un courant fictif situé de part et d'autre de ces limites.Les résultats des tests du modèle mathématique, réalisés à l'aide du programme moniteur « Gradient 2 », sont présentés. Dans le cas d'écoulements cisaillés, on a constaté que la valeur moyenne de concentration d'effluent calculée au travers de sections transversales à l'écoulement n'était pas une quantité invariante tout au long de l'écoulement. Un gradient de vitesse négatif induit une augmentation de cette moyenne à mesure que l'on s'éloigne du rejet alors qu'un gradient positif produit l'effet inverse. Un gradient du coefficient de diffusion turbulente détermine un changement du profil de concentration à l'intérieur d'une section transversale donnée, sans en changer cependant la valeur moyenne. Un gradient négatif augmente la valeur maximale de la distribution des concentrations. Un gradient positif fait diminuer la valeur maximale en aplatissant l'allure du profil.Le modèle mathématique a ensuite été vérifié à l'aide d'un modèle physique. Un modèle réduit respectant les similitudes d'écoulement a été bâti. Les gradients de vitesse du fluide et les gradients du coefficient de diffusion étaient provoqués par l'introduction de tirants d'eau non uniformes dans chaque section transversale. Les mesures réalisées ont permis d'estimer les coefficients de diffusion turbulente.
Studies of BDOC and bacterial dynamics in the drinking water distribution system of the Northern Parisian suburbs
Authors: Servais P. , Billen G. , Laurent P. , Levi Y. , Randon G. 
Published: July 2012

The deterioration of water quality in distribution systems due to bacterial regrowth is, at the present time, a major concern of drinking water producers. In this context, a good knowledge of the factors controlling bacterial development is required; the aim of the present study is to understand the rote of biodegradable dissolved organic carbon (BDOC) in the bacterial dynamics of the distribution system.
This paper discusses the results obtained in a study carried out in order to assess the dynamics of biodegradable dissolved organic carbon and suspended bacteria in the water distribution system of the Northern Parisian suburbs lad by the Méry-sur-Oise treatment plant.
The results show clearly that a significant decrease in BDOC occurs within the smallest pipes, when the BDOC level in the finished water is higher than about 0.20 mgC.L-1. However, no decrease in BDOC is observed when the BDOC in the finished water is lower than 0.16 mgC.L-1. The bacterial abundance in the distribution system is primarily linked to the absence of free chicane. Temperature and BDOC concentration in the finished water are also major controlling factors of bacterial numbers. Bacterial growth rates are in the range 0.005 to 0.1 h-1 in the absence of free chlorine, the highest of these values are in the same range as the growth rates measured for bacteria in natural aquatic ecosystems. Fixed biomass to the inner pipes surface are in the range 0.25 to 0.65 µgC.cm-2 and the average growth rate of fixed bacteria seems to be roughly in the same order of magnitude as the average growth rate of the suspended bacteria.
A model of the dynamics of BDOC and bacteria in distribution network, incorporating the knowledge gained from this and previous studies concerning the control of bacterial activity by dissolved organic matter, is presented. It involves a mathematical representation of the kinetics of bacterial adsorption-desorption processes, bacterial attachment, bacterial utilization of biodegradable dissolved organic matter and impact of chlorine on free and fixed bacteria. It allows simulation of the impact of reducing the BDOC in the finished water on processes associated with bacterial regrowth in the distribution network..
Contribution à la connaissance de la typologie ichthyenne des rivières ardennaises
Authors: Dehove J. , Reizer C. 
Published: July 2012

Les auteurs, disposant d'un ensemble de données quantitatives concernant des populations de poissons issus d'un même contexte biogéographique, l'Ardenne belge, leur appliquent divers traitements mathématiques dans le but de connaître celui(ceux) qui perme(tten)t de préciser l'existence de groupements Ichthyens (hiérarchisation de 2° ordre).
Il en ressort que l'analyse des fréquences relatives des espèces en chaque station par la méthode des composantes principales, met en évidence les structures biotypologiques et leurs relations :
- le classement structurel des eaux torrentielles ne dépend que d'un paramètre lié fortement à la vitesse du courant (en relation avec la pente).
- le classement structurel des eaux modérées à lentes est étroitement lié à un paramètre de limnophilie, complété de 2 paramètres probables demeurant à déterminer.
Les auteurs proposent, pour le rhitron et le potamon supérieur des affluents ardennais de la Meuse et du Rhin belges :
• un essai de typologie basé sur l'existence de groupes socio-écologiques de poissons téléostéens, définis au mieux comme suit :
- Rhéophile supra truite, chabot
médio vairon, loche franche
infra ombre, goujon, chevesne
- Limnophile supra hotu, vandoise, barbeau, gardon
médio tanche (réserves pour échantillonnage trop faible) ;
• une méthodologie de détermination du niveau typologique pour le rhitron et l'épipotamon ;
• les limites d'extension des zones typologiques obtenues.
Influence de l'ordre d'introduction des solutés (Naphtol-2 et Calcium) sur l'adsorption des tensioactifs sur charbon actif F400
Authors: Souabi S. , Yaacoubi A. , Mazet M. 
Published: July 2012

L'effet de l'ordre d'introduction des solutés Naphtol-2 et Calcium (N-2 et Ca) sur l'adsorption de tensioactifs par le charbon actif en poudre (CAP) F400 brut a été étudié en discontinu. Les mélanges étudiés sont: le tensioactif anionique dodécyl-sulfate de sodium (DSS) et le N-2; le DSS, le N-2 et le Ca; le tensioactif cationique bromure de benzyldodécyldiméthylammonium (BBDDA) et le N-2 et enfin le BBDDA et Ca. Les résultats expérimentaux montrent tout d'abord que quel que soit l'ordre d'introduction des solutés N-2 et Ca, les concentrations en DSS à l'équilibre sont sensiblement identiques. Par ailleurs, la cinétique d'adsorption du DSS et du BBDDA croît en présence des ions Ca.
Cependant, la cinétique d'adsorption du N-2 en présence du DSS diminue ce qui se traduit par une inhibition de l'adsorption du N-2 par le DSS.
Quant à l'adsorption du BBDDA en présence du N-2 pour différents ordres d'introduction, le tracé des isothermes de LANGMUIR montre que la capacité maximale d'adsorption Г∞ du BBDDA ne change pas tandis que la constante de LANGMUIR (K) diminue. Par contre la capacité maximale d'adsorption du N-2 ** varie légèrement et passe de 1,67 à 1,5 mmol/g pour différent ordre d'introduction du BBDDA. On note également que Г∞ du N-2 en présence de concentrations croissantes en BBDDA diminue fortement et passe de 1,67 à 0,8 mmol/g.
L'ajout de N-2 après 3 heures de contact du BBDDA /CAP ne provoque pas la désorption de ce dernier. Le même comportement a été observé avec le N-2, alors que l'ajout du DSS au mélange N-2/CAP provoque la désorption de celui ci.
Performance de la nanofiltration pour l'élimination de la matière organique naturelle: essais sur l'usine de Méry/Oise
Authors: Agbekodo K. , Legube B. , Côté P. , Bourbigot M.M. M. 
Published: July 2012

L'intérêt croissant que les traiteurs d'eaux portent à l'élimination de la matière organique naturelle (MON) a abouti au développement de nouvelles technologies de traitement. Dans ce but, un prototype de nanofiltration à l'échelle industrielle (2 x 1400 m 3 j-¹) est installé à l'usine de Méry sur Oise depuis juillet 1992. Utilisé en traitement de finition après clarification et filtration sur sable, il alimente depuis février 1993 un réseau test de la commune d'Auvers sur Oise (6 000 hbts) en région parisienne.
L'objectif de cette publication est de présenter quelques uns des résultats de caractérisation de la MON obtenus pendant 9 mois d'expérimentation (octobre 1992 à juillet 1993), et en particulier ceux concernant les rendements d'élimination de la matière organique naturelle et par voie de conséquence de la demande en chlore.
Ces rendements sont généralement supérieurs à 90 % en termes de COD,CODB et d'absorbance UV à 254 et 270 nm éliminés. L'analyse des potentiels de réactivité avec le chlore (taux de chloration: 2,5 mg Cl2/mg C, temps de réaction: 72 heures, pH = 7,5, 20 °C) montre que le perméat est peu consommateur de chlore (demande en chlore < 0,2 mg l-¹ Cl2) et peu précurseur de chloroforme et de trihalométhanes (PFCHC13 < 3 µg l-¹, PFTHM < 11 µg l-¹). Les rendements d'élimination des PFTHM et PFTOX sont généralement supérieurs à 90 %.
L'analyse spécifique des constituants majoritaires du perméat montre que les acides aminés totaux (hydrolyse acide puis dérivation à l'OPA/HPLC) constituent une proportion importante du COD (25 à 60 % selon les saisons). Ces composés représentent la quasi totalité de la demande en chlore du perméat si l'on se réfère aux données bibliographiques.
Compte tenu de ces résultats, la nanofiltration apparaît comme un excellent procédé de traitement de finition des eaux à potabiliser. En effet, bien qu'elle constitue une barrière de sécurité contre les germes pathogènes, la très faible charge organique du perméat obtenu par nanofiltration (COD~0,15 à 0,3 mg l-¹ C, CODB<0,1 mg l-¹ C) rend plus aisée la maîtrise du résiduel de chlore (lorsqu'une chloration est nécessaire pour maintenir la qualité de l'eau dans les réseaux) et constitue une limitation importante de la formation des sous-produits de chloration.
La microflore de boues aérobies acclimatées à des teneurs élevées en graisse
Authors: Chappe P. , Mourey A. , Manem J. 
Published: July 2012

Le travail présenté dans cet article a pour but d'isoler les principaux micro-organismes impliqués dans la biodégradation des lipides concentrés dans des réacteurs spécifiques de stations d'épuration des eaux et d'étudier leur action sur ce type de substrat.
La microflore d'une boue activée « classique » est comparée à celle de boues acclimatées à des teneurs élevées en lipides selon un nouveau procédé « BIOMASTER® G ». Cela montre un enrichissement en bactéries fortement lipolytiques dans le système à l'équilibre. En effet, la boue activée « classique » ne contient aucun microorganisme fortement lipolytique alors qu'à partir de la boue acclimatée du même site on a pu en isoler, Acinetobacter calcoaceticus et Pseudomonas putida étant les constituants les plus actifs. L'utilisation de bioadditifs du commerce pour l'ensemencement des pilotes au lancement du système ne semble pas apporter d'avantages décisifs puisqu'on ne retrouve pas à l'équilibre les micro-organismes contenus dans ces bioadditifs. Par contre, d'autres microorganismes à pouvoir lipolytique élevé sont détectés tels que Pseudomonas sp., Aeromonas hydrophila et Staphylococcus sp . Le genre Pseudomonas est par ailleurs presque toujours rencontré quelle que soit la boue acclimatée examinée. De même, on peut noter la quasi absence de bactéries Gram positif.
Tous les isolats Gram négatif dégradent plus ou moins les acides gras de longueur de chaîne variée. Le seul isolat Gram positif est inhibé ou même tué par les acides gras à chaîne moyenne ou courte et cela peut contribuer à la pauvreté en bactéries Gram positif dans les boues acclimatées. Les genres principaux que nous avons rencontrés, Pseudomonas, Acinetobacter et Aeromonas, sont capables d'assurer à la fois la lipolyse (libération des acides gras) et l'oxydation subséquente des acides gras. L'enrichissement naturel de la microflore lipolytique des boues activées dans le procédé aboutit à une microflore acclimatée capable d'assurer la biodégradation complète des lipides.
Effet inhibiteur à la longues chaînes et de dérivés thiazolés sur la corrosion du laiton Amirauté.optimale des petites stations d'épuration à boues activées
Authors: Lafont M. C. , Pebere N. , Moran F. , Blériot P. 
Published: July 2012

Dans cette étude, des mesures électrochimiques ont été réalisées pour caractériser le comportement du laiton Amirauté dans une solution de chlorure de sodium 0,5 M en l'absence d'inhibiteur et en présence d'un mélange d'amines à longue chaîne et de dérivés thiazolés. Cette formulation est utilisée pour le traitement des eaux des circuits de refroidissement.
Les courbes courant-tension stationnaires et les diagrammes d'impédance électrochimique ont été obtenus avec une electrode tournante.
La première partie de cette étude présente les résultats obtenus pour deux concentrations du mélange et deux temps d'immersion préalable au potentiel de corrosion. Les essais électrochimiques montrent que l'effet inhibiteur est d'autant plus marqué que la concentration augmente. Une légère diminution de la protection de la surface du laiton Amirauté est observée avec l'augmentation du temps de maintien au potentiel de corrosion.
La deuxième partie de l'étude compare les effets inhibiteurs de chacun des constituants du mélange, d'une part, pour les valeurs de concentration utilisées lors du traitement des eaux des circuits de refroidissement (0,1 mg/l de solution contenant les dérivés thiazolés et 1 mg/l de solution contenant les alkylamines) et, d'autre part, pour des valeurs de concentration comparables (5 mg/l).
Pour la concentration de 0,1 mg/l l'action inhibitrice des dérivés thiazolés n'a pas été clairement mise en évidence. Ainsi, la protection contre la corrosion des circuits de refroidissement en laiton Amirauté avec le mélange est apportée principalement par les alkylamines. Celles-ci forment un film compact très protecteur à la surface de l'électrode.
Pour des valeurs de concentration plus importantes, l'addition de 0,5 mg/l de dérivés thiazolés à 5 mg/l d'alkylamines améliore la protection du matériau.
Fractionnement et caractérisation de la matière organique des lixiviats de décharges d'ordures ménagères
Authors: Mejbri R. , Matejka G. , Lafrance P. , Mazet M. 
Published: July 2012

Les lixiviats de décharge constituent une source de nuisance qui vient s'ajouter aux nombreux problèmes de contamination du milieu environnant s'ils ne sont pas traités avant leur rejet. La matière organique, principale composante de ces effluents, doit retenir une grande attention dans la mesure où il est difficile d'éviter la propagation et la diffusion de cette pollution dans les sols et vers les nappes phréatiques. Cette étude vise à fractionner et à caractériser la matière organique présente dans des lixiviats de décharges d'ordures ménagères afin de prévoir et d'orienter le choix des traitements les plus adaptés compte tenu de leur biodégradabilité.
La méthode de fractionnement utilisée comprend une adsorption spécifique sur résines macroporeuses Amberlite XAD (combinaison de XAD-7 et XAD-4) pour séparer les composés hydrophobes et hydrophiles qui sont ensuite extraits à la soude (composés acides) et au dichlorométhane (composés neutres). Le fractionnement de la matière organique par filtration sur résines XAD-7 et XAD-4, après une première étape de précipitation en milieu acide (pH=1), a permis de répartir l'ensemble des composés organiques du lixiviat dans six fractions de spécificités différentes fonction de la taille et/ou du caractère hydrophile ou hydrophobe des molécules.
Les résultats montrent que ce protocole expérimental permet d'extraire au moins 98 % de la matière organique totale (pourcentage relatif aux teneurs de la demande chimique en oxygène ou DCO), dont la plus grande proportion est constituée des substances humiques (76 % à 90 % en DCO). Diverses méthodes analytiques ont été proposées en vue de caractériser les fractions isolées telles que l'analyse élémentaire, la spectrophotométrie infrarouge, la résonanoe magnétique nucléaire C13 (RMN Cl3) et la chromatographie CG/FID et CG/SM.
Variation de la charge énergétique en adenylate (CEA) d'Asellus Aquaticus L. (Crustacé, Isopode) après une contamination pendant 48 h. par du lindane
Authors: Le Bras S. 
Published: July 2012

La charge énergétique en adénylates (CEA) en tant qu'indicateur de pollution sublétale est envisagée pour un invertébré aquatique Asellus aquaticus L. ( Crustacé, Isopode ). Après contamination par du lindane pendant 48 heures aux concentrations de 2, 4, 8, ou 10µg/l, le dosage des différents adénylates ( ATP, ADP, AMP ) est réalisé par la méthode de bioluminescence. La CEA ( ( ATP ) + 1/2 ( ADP ) / ( ATP ) + ( ADP ) + ( AMP ) ) est calculée. Elle est comparée à l'échelle des valeurs établies par Ivanovici pour caractériser le degré de pollution d'un milieu. Sur cette base on peut dire que la CEA du témoin (0,77) et celles des organismes soumis à 2 µg/l de lindane (0,79) ne sont pas significatives d'une modification du milieu. Par contre celles observées chez les aselles contaminées par 4, 8 ou 10 µg/l de lindane, soit respectivement 0,69; 0,65 et 0,72 témoignent d'une perturbation du milieu et permettent de prévoir une récupération possible pour ces organismes lors d'un retour dans un milieu non pollué. Cependant nous notons que seules les valeurs observées pour 4 et 8 µg/l de lindane sont statistiquement différentes de la valeur témoin. Par ailleurs à 10 µg/l de lindane on observe une tendance à l'augmentation de la CEA qui est proche de celle du témoin.
La valeur de la CEA semble rendre compte de la perturbation physiologique consécutive à la phase d'hyperexcitabilité déclenchée par ce type d'insecticide; par contre à la phase la plus avancée (paralysie) de l'intoxication, la CEA prend une valeur proche de celle du témoin.
Analyse de fiabilité en modélisation hydrologique: Concepts et applications au modèle pluies-débits GR3
Authors: Yang X. , Parent E. 
Published: July 2012

Pour étudier les incertitudes d'un modèle hydrologique, on peut employer l'analyse de fiabilité, méthode couramment utilisée dans le domaine de la résistance des structures et du génie hydraulique. Cet outil peut être transposé dans le domaine hydrologique pour juger de la qualité d'un modèle. Un modèle hydrologique sera fiable si, sur une série de données test, l'ajustement obtenu avec un jeu de paramètres recommandé pour un fonctionnement passe-partout est, selon toute probabilité, d'une qualité proche de l'ajustement idéal correspondant au calage du jeu de paramètres sur l'échantillon test.
Ce papier montre comment adapter chacun des concepts de l'analyse de fiabilité en hydrologie et détaille la technique des deux premiers moments afin de calculer explicitement la fiabilité d'un modèle-pluie débit en réalisant un développement limité au voisinage du point de fonctionnement du modèle.
Cette approche par analyse de fiabilité est appliquée au modèle GR3 à titre d'illustration pour juger de la pertinence de ce modèle pluie-débit conceptuel à trois paramètres en situation de prédiction des crues à court pas de temps sur un bassin versant situé dans la région de la Côte d'Azur en France .
Les résultats numériques obtenus montrent le caractère opérationnel de cette approche très simple. D'autre part, ces calculs de fiabilité mettent en évidence la réponse du modèle à chacun des paramètres.
Enfin en mesurant la performance de représentativité d'un modèle selon plusieurs dimensions telles l'erreur quadratique d'ajustement, l'erreur sur le volume de crue prévue ou l'importance de l'écart de pointe de crue, l'analyse de fiabilité peut être naturellement étendue vers une approche multicritère en considérant des probabilités conjointes de satisfaction du modèle sur chacun de ces critères.
Potentialités des bioélectrodes et des bioréacteurs à biomasse fixée pour l'estimation rapide de la DBO
Authors: Reuter V. , Gailard T. , Praet E. , Vasel J. L. 
Published: July 2012

La méthode standard de détermination de la Demande Biochimique en Oxygène (DBO-5 jours par dilutions) présente certains inconvénients bien connus dont celui de ne pas être exploitable pour la gestion en temps réel d'un procédé d'épuration. De ce fait, divers types d'appareils d'estimation rapide de la DBO, basés sur des méthodes respirométriques, ont été imaginés dans le passé et même commercialisés pour certains.
Dans cette étude, des appareils d'estimation rapide de la DBO de types bioélectrode et réacteurs à biomasse fixée (écoulement piston et parfaitement mélangé) ont été mis en oeuvre, après avoir été développés ou modifiés sur base de concepts déjà existants. Une attention particulière a été portée sur la validité de ces appareils, la crédibilité de leurs mesures et la définition de leur champ d'action.
De par leur principe de fonctionnement (injection en flux), la bioélectrode et le bioréacteur piston sont des appareils qui doivent être calibrés et dont la biomasse immobilisée doit être préalablement adaptée à l'échantillon à analyser. La solution de calibration est essentielle et doit être qualitativement la plus proche possible de l'échantillon à analyser.
Le bioréacteur parfaitement mélangé se distingue des deux premières méthodes car il travaille théoriquement en consommation totale du substrat. La méthode ne nécessite pas de calibration mais implique, avant toute mesure de respirogramme, la détermination d'un paramètre supplémentaire, le coefficient de transfert de l'oxygène.
De manière générale, la principale conclusion de l'étude réside dans la difficulté de ces appareils à fournir une DO (Demande en oxygène) corrélable à la DBO5 conventionnelle. Leur champ d'application reste en effet limité aux substrats rapidement biodégradables.
Leurs potentialités restent cependant conformes aux besoins de contrôle rapide des charges organiques polluantes en entrée et sortie des stations d'épuration.