Relations entre caractéristiques de la pollution particulaire et paramètres optiques dans les eaux résiduaires urbaines

• Auteur / Autrice : Amélie Maréchal
• Direction : Christian Prost
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et techniques
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL

Mots clés

Mots clés contrôlés

Propriétés optiques

Eau

Eaux usées

Mesure

Turbidité

Sédiments en suspension

Résumé

Les méthodes traditionnelles de mesure de la qualité des eaux résiduaires, par prélèvements et analyses d'échantillons ne permettent pas de connaître en temps réel l'évolution des flux polluants transitant dans les systèmes d'assainissement. Mais les besoins en mesure en continu se développent, et les méthodes de mesures par voie optique sont séduisantes. La mesure de turbidité, image de la qualité globale d'un échantillon, permet l'accès, de façon indirecte, la pollution particulaire d'un effluent. Elle pose cependant de délicats problèmes d'étalonnage, dont la maîtrise passe par une meilleure connaissance des relations entre les caractéristiques des matières en suspension et l'absorption diffusion de la lumière. Une approche théorique, basée sur la théorie de Mie appliquée des sphères, a permis d'appréhender certaines caractéristiques de la pollution particulaire susceptibles d'influence l'absorption de la lumière à différentes longueurs d'onde : la nature et surtout la taille des particules. La mise en oeuvre de protocoles expérimentaux a mis en évidence la difficulté pratique de détermination de ces caractéristiques, et de leur variabilité basées sur l'hypothèse de sphéricité des particules, deux méthodes de mesures de la granulométrie ont été comparées, la granulométrie par diffraction laser et des différences de masses après tamisages. Des différences significatives montrent la difficulté d'interprétation des distributions mesurées. I1 est apparu très difficile d'obtenir les caractéristiques de la pollution particulaire nécessaires pour l'Etablissement des paramètres d'entrée du modèle (taille et indice de réfraction des particules). Par ailleurs, sur de nombreux échantillons correspondant différents contextes, la relation entre l'absorption de la lumière et la concentration des matières en suspension est apparue très reproductible, moyennant un protocole de mesure standardisé. Quelques échantillons, correspondant tous un même contexte (déversements de temps de pluie sur un déversoir vanne mobile) ont cependant permis d'observer des variations de la relation d'étalonnage. Celles-ci ne semblent pas pouvoir être attribuées la granulométrie des échantillons. D'autres voies restent explorer, telles que le rôle de la masse volumique des particules individuelles et de leurs agrégats, ou celui de la forme des particules.

Sampling techniques commonly used for monitoring urban wastewater quality cannot provide a real time or extensive knowledge of the pollution loads conveyed in sewer systems. But needs for continuous monitoring are increasing, and optical measuring methods seem to be suitable for that purpose. Turbidity allows an indirect estimation of the concentration of suspended solids (88) in effluents. But the calibration of turbidity sensors for 88 measurements is not an easy task, and a better knowledge of the relations linking the characteristics of suspended solids and the absorption and scattering of light would be useful. A theoretical approach, based on Mie theory for spherical particles, provides information about some parameters governing absorption of light: nature and size of the particles. But the application to experimental results raised major difficulties to get a proper description of suspended particles. Using the same assumption of spherical particles, two techniques have been compared to analyse the particle size distribution, laser light scattering and sieving. Significant differences have been found, and results could not be interpreted in relation with the model. In addition, the relation between the absorption of light and the concentration of suspended solids appeared very similar for many samples collected from different sites under different circumstances, provided a standardised procedure was applied. A few other samples, all of them coming from one particular combined sewer overflow, did display different calibrating curves. However, these variations could not be linked with measured size distributions. Other factors are still to be investigated, as the density of individual particles, and of their aggregates, as well as the influence of their shape.