Investigation expérimentale et numérique d'un ouvrage de séparation particulaire en assainissement

Experimental and CFD investigation of a particle separation device for sewer networks

• Auteur / Autrice : Vivien Schmitt
• Direction : José Vazquez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance le 17/12/2013
• 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 : Ghassan Chebbo
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gislain Lipeme Kouyi, Matthieu François Daniel Dufresne
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent David, Denis Dartus

Mots clés

Mots clés contrôlés

Déchets -- Élimination dans la mer

Modèles mathématiques

Écoulement urbain

Mécanique des fluides

Mots clés libres

Ouvrages hydrauliques

Simulation numérique 3D multi-échelles

Expérimentations en laboratoire

Étude de terrain

Transport solide

Séparation solide-liquide à l’aide d’une grille

Hydraulic structures

3D multiscale CFD

Laboratory experiments

In situ studies

Solid transport

Solid-liquid separation with screens

Résumé

Dans le cadre de cette thèse, un ouvrage de type séparateur hydrodynamique est étudié pour répondre aux problématiques environnementales liées aux déversements de macro-déchets en mer. La première partie est destinée à l’analyse du fonctionnement hydraulique de l’ouvrage et son aptitude face au colmatage sur un pilote en laboratoire. Les données collectées vont ensuite permettre la validation d’une approche numérique capable de simuler l’écoulement. Cette technique est par la suite utilisée pour optimiser l’écoulement et la forme de la grille. Nous avons démontré, à partir de simulations numériques, l’intérêt d’une grille de type métal déployé pour obtenir des phénomènes d’agitations turbulentes et de gradient de pression important à l’amont de la grille. Ces phénomènes favoriseraient ainsi la dispersion des polluants et limiteraient les phénomènes de colmatage. La dernière partie de ce travail a été d’étudier le fonctionnement d’un ouvrage grandeur nature et d’observer son efficacité.

The installation of hydraulic structures to separate particles is a key element to improve the quality of water bodies. This PhD work focus on the study of a hydrodynamic separator used to capture large wastes before their discharge into the see. Tangential separation mechanism along a screen is used in this device. The first part of the work consists in studying the hydraulic behavior and the clogging effectiveness of the device with laboratory experiments. A CFD multiscale approach was developed in this work to optimize the shape of the screen in order to avoid clogging. This method, validated against experimental data, allows us to predict that expanded metal stripes are useful to develop turbulence and pressure gradients upstream the screen. This hydrodynamic phenomenon favor particles and pollutants ejection near the apertures. The last part of the work was to study the hydrodynamic behavior and the real efficiency with in situ experiments.