Reproduction de : Thèse de doctorat : Mécanique : Metz : 1986. / Titre provenant de l'écran-titre. Notes bibliographiques. Index.

Th. 3e cycle--Toxicol.--Paris 5, 1982. N°: 47.

Le Canada est un joueur majeur dans l’industrie de l’aluminium. Pour demeurer compétitif mondialement, le coût de production de l’aluminium doit constamment être réduit. Les cellules d’électrolyse requièrent une grande quantité d’énergie (~13 kWh/kg) pour produire l’aluminium. De plus, l’efficacité du procédé Hall-Héroult est diminuée par la présence de dépôts à l’interface entre l’aluminium et le bloc cathodique. Ces dépôts causent une restriction pour le passage du courant engendrant une augmentation de la perte de potentiel. Les dépôts à la surface du bloc cathodique se divisent en différentes catégories. Il y a le pied de talus qui est situé sous le talus et sur le bloc cathodique. La partie du pied de talus près de la paroi de la cellule d’électrolyse possède une composition chimique similaire au talus. La partie à l’extrémité du pied de talus possède un ratio de cryolite plus élevé que le talus et elle est davantage sursaturée en alumine. L’extrémité du pied de talus peut atteindre jusqu’à 85 % d’Al[indice inférieur 2]O[indice inférieur 3]. Le pied de talus se forme par les pertes de chaleur situées au niveau de la paroi et au fond de la cellule. Il prend de l’expansion lorsque la température locale est inférieure à la température de solidification de la phase Na[indice inférieur 3]AlF[indice inférieur 6] (944 °C à un ratio de cryolite de 2,5). Le ratio de cryolite de l’extrémité du pied de talus augmente puisqu’il y a migration des cations Na[indice supérieur +] vers la cathode. La boue est composée d’un mélange d’Al[indice inférieur 2]O[indice inférieur 3] solide en suspension dans le bain électrolytique liquide. Elle est située, en général, au centre de la cellule d’électrolyse et sur le bloc cathodique. De plus, un film de bain sursaturé en alumine peut se retrouver entre le pied de talus et la boue au centre. Le ratio de cryolite de la boue se situe entre 2,2 et 2,5 et la concentration d’Al[indice inférieur 2]O[indice inférieur 3] varie entre 20 % et 50 %. La température de solidification de la phase Na[indice inférieur 3]AlF[indice inférieur 6] est fortement influencée par l’excès d’AlF[indice inférieur 3] et par la concentration en CaF[indice inférieur 2]. De plus, il y a présence d’une fraction liquide dans les dépôts dès 730 °C compte tenu de la présence de Na[indice inférieur 5]Al[indice inférieur 3]F[indice inférieur 14], Na[indice inférieur 2]Ca[indice inférieur 3]Al[indice inférieur 2]F[indice inférieur 14] et NaCaAlF[indice inférieur 6]. La fraction liquide augmente lorsque le ratio de cryolite diminue. Il y a évaporation de bain acide à partir d’environ 730 °C. Les dépôts dans la cellule d’électrolyse sont donc à l’état solide-liquide dès que la température atteint environ 730 °C.

Cette étude a porté sur l'application du réactif de Fenton comme procédé de réhabilitation de matrices contaminées par des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP). En solution aqueuse, le choix des conditions de mise en œuvre du réactif est important, afin de générer suffisamment de radicaux pour oxyder les polluants. Une dégradation des composés est possible, mais une différence de réactivité importante est observée entre les HAP "alternants" et "non alternants" (avec un cycle à cinq atomes de carbone). De plus, si certaines précautions particulières ne sont pas prises, les HAP peuvent s'adsorber sur les parois des récipients, et être de ce fait réfractaires à l'oxydation. Les résultats sur les boues résiduaires montrent que sous certaines conditions (concentrations élevées en réactifs), les polluants peuvent être oxydés alors même qu'ils sont adsorbés. De plus, la matrice semble jouer un rôle important, les oxydes de fer étant probablement à même de décomposer le peroxyde d'hydrogène dans le milieu et d'initier ainsi la réaction de Fenton. L'application de ce traitement d'oxydation à des sols et sédiments contaminés est également possible.

Le Canada est un joueur majeur dans l’industrie de l’aluminium. Pour demeurer compétitif mondialement, le coût de production de l’aluminium doit constamment être réduit. Les cellules d’électrolyse requièrent une grande quantité d’énergie (~13 kWh/kg) pour produire l’aluminium. De plus, l’efficacité du procédé Hall-Héroult est diminuée par la présence de dépôts à l’interface entre l’aluminium et le bloc cathodique. Ces dépôts causent une restriction pour le passage du courant engendrant une augmentation de la perte de potentiel. Les dépôts à la surface du bloc cathodique se divisent en différentes catégories. Il y a le pied de talus qui est situé sous le talus et sur le bloc cathodique. La partie du pied de talus près de la paroi de la cellule d’électrolyse possède une composition chimique similaire au talus. La partie à l’extrémité du pied de talus possède un ratio de cryolite plus élevé que le talus et elle est davantage sursaturée en alumine. L’extrémité du pied de talus peut atteindre jusqu’à 85 % d’Al[indice inférieur 2]O[indice inférieur 3]. Le pied de talus se forme par les pertes de chaleur situées au niveau de la paroi et au fond de la cellule. Il prend de l’expansion lorsque la température locale est inférieure à la température de solidification de la phase Na[indice inférieur 3]AlF[indice inférieur 6] (944 °C à un ratio de cryolite de 2,5). Le ratio de cryolite de l’extrémité du pied de talus augmente puisqu’il y a migration des cations Na[indice supérieur +] vers la cathode. La boue est composée d’un mélange d’Al[indice inférieur 2]O[indice inférieur 3] solide en suspension dans le bain électrolytique liquide. Elle est située, en général, au centre de la cellule d’électrolyse et sur le bloc cathodique. De plus, un film de bain sursaturé en alumine peut se retrouver entre le pied de talus et la boue au centre. Le ratio de cryolite de la boue se situe entre 2,2 et 2,5 et la concentration d’Al[indice inférieur 2]O[indice inférieur 3] varie entre 20 % et 50 %. La température de solidification de la phase Na[indice inférieur 3]AlF[indice inférieur 6] est fortement influencée par l’excès d’AlF[indice inférieur 3] et par la concentration en CaF[indice inférieur 2]. De plus, il y a présence d’une fraction liquide dans les dépôts dès 730 °C compte tenu de la présence de Na[indice inférieur 5]Al[indice inférieur 3]F[indice inférieur 14], Na[indice inférieur 2]Ca[indice inférieur 3]Al[indice inférieur 2]F[indice inférieur 14] et NaCaAlF[indice inférieur 6]. La fraction liquide augmente lorsque le ratio de cryolite diminue. Il y a évaporation de bain acide à partir d’environ 730 °C. Les dépôts dans la cellule d’électrolyse sont donc à l’état solide-liquide dès que la température atteint environ 730 °C.

L'objectif général de cette thèse est l'étude de d'écoulement instationnaire du type coulée de boue dans des canaux naturels. La pluie, source du débit liquide, entraine le ruissellement, responsable du mouillage du sol, de la réduction de sa cohésion et de l'érosion des petites particules de sédiments. A partir de là, le transport de sédiments peut augmenter avec le débit et la pente du sol jusqu'à ce que la concentration en particules atteignent des niveau très importants dans la composition du fluide. Dans une première partie, un banc expérimental a été conçu pour simuler des écoulements ruissellants sur un lit mobile. Un système de mesure a été inventé et implémenté pour mesurer le débit solide instantané et le frottement instantané. Ces systèmes sont utilisés pour étudier l'effet des ondes de surface libre sur le transport de sédiments. Ces données sont employées pour corréler les charactéristiques entr l'écoulement et le transport solide. L'analyse des résultats permet d'observer que pour un écoulement moyen donné, la présence des ondes réduit la quantité moyenne des sédiments transportés. Dans une deuxième partie, la dynamique des écoulements très concentrés est étudiée grâce à un modèle de roll waves de première ordre pour les écoulements laminaires des fluides de type Herschel-Bulkley. Les résultats présentés indiquent que des roll wave sont certainement présentes dans un événement naturel publié et pris comme cas d'étude. Les propriétés des ondes prédites sont estimées avec un écart de 8% par rapport à l'amplitude moyenne mesurée. Finalement, la solution théorique pour le profil de vitesse est modifiée pour prendre en considération l'effet de la porosité. La solution mathématique est comparée à des simulations faites avec FLUENT. Une analyse paramétrique est effectuée, et la comparaison avec le cas d'étude déjà publié est améliorée. En conclusion générale, les phénomènes instationnaires qui peuvent apparaitre lors de l'évolution d'une coulée de boue affectent la dynamique générale du système couplé (écoulement-transport sédimentaire) par rapport au cas permanent et uniforme. Vérifier que ce type de phénomènes peut apparaître lors d'un événement naturel comme les coulées de boue doit être un étape importante d'un projet d'ingénierie, afin de limiter les risques de dommages. / This thesis was motivated by the need to better understand time-dependent features related to mudflow evolution on natural sloped channels. Basically, the research is focused on events that are confined in channels formed due to the topography. The rain, source of the liquid discharge, generates the runoff flow which is responsible for wetting the soil surface, promoting reduction of soil cohesiveness and erosion of small particles such as clay and sand. From this point, the sediment transport can increase as small water flows merge and form greater streams. The scenario keeps its evolution until i reaches high concentration of particles in the fluid mixture. In the first part, to study the non-permanent feature of sediment transport, an open-channel experiment was designed for simulating runoff flow over a mobile bed. A measurement system was designed and constructed to instantaneously inspect the solid discharge of particles and the flow friction at the bed. This apparatus is further used to explore the influence of free-surface waves on the sediment transport. Hydraulic properties of flows are qualitatively and quantitatively studied and data are used to correlate characteristics of flow and sediment transport. A set of experimental runs is presented and explored. Analysis of results shows that for fixed flow conditions, waves induce an overall smaller quantity of transported sediment. In a second part, the dynamics of high concentrated flows is addressed and this thesis attempts to appl a first-order roll-wave model for Herschel-Bulkley laminar fluid flow to a registered natural event. Results presented point out that roll waves could have occurred during this already published case-study event. Simulations could predict wave heights within 8% on uncertainty with respect to the mea amplitude of measured waves. Finally a new theoretical solution for the velocity profile is proposed taking into account the porosity of the bed. Results are then compared with numerical simulation performed in FLUENT. A parametric analysis is employed and the case-study is once again evaluated. A: general conclusion, the non-permanent phenomena that can appear during the evolution of a mudflow event affect the overall dynamics of the coupled system (hydraulic-sediment transport) in comparison to the steady and uniform case. Verifying that such phenomena could appear should indeed be an important part in hydraulic engineering projects, especially when dealing with lives, which is the case of mud flows.

Bien que la persistance du virus H5N1 dans l'environement soit possible, il n'existe aucune méthode bien définie, standardisée, pour détecter du virus à partir de l'eau, du sol ou de la boue. De plus, il n'y a que très peu de données relatives au rôle du virus H5N1 dans l'environnement en pays tropical. Dans ce travail, des méthodes de concentration, d'identification, et de quantification du virus influenza dans l'eau et dans la boue ont été développées, validées puis utilisées pour l'analyse de prélèvements de l'environnement collectés au cours d'investigations d'épidémies de virus H5N1 au Cambodge et pour l'étude de la survie du virus influenza aviaire dans des biotopes aquatiques artificiels reproduisant le plus possible les conditions naturelles observées dans les mares ou les lacs au Cambodge. L'ARN du virus H5N1 été détecté dans 19% des échantillons environnementaux de terrain collectés au décours des épidémies. Des particules virales infectieuses ont été isolées dans un échantillon d'eau d'une ferme. Dans des systèmes expérimentaux, le virus H5N1 infectieux persiste seulement 4 jours dans l'eau de pluie. Mais l'ARN viral peut encore être détecté jusqu'à 20 jours dans l'eau de pluie et 7 jours dans l'eau de mare ou de lac. Dans la boue, les particules virales infectieuses ne semblent pas pouvoir survivre bien que l'ARN puisse persister au moins 2 semaines. La faune et la flore aquatique n'ont aucune influence sur la persistance du virus infectieux dans l'eau. Ces organismes semblent être essentiellement des concentrateurs et des transporteurs passifs du virus plutôt que des hôtes autorisant la réplication du virus. Nos résultats montrent que l'environnement au cours d'épidémies est fortement contaminé par le virus H5N1 et pourrait constituer une source potentielle de contamination humaine et/ou animale. Une restriction de l'accès à l'eau potentiellement contaminée doit être recommandée autour des foyers épidémiques. La surveillance de l'environnement doit être intégrée dans les programmes de lutte contre la grippe aviaire qui doivent par conséquent prendre en considération des mesures de désinfection de l'environnement. / Although the persistence of the H5N1 virus in the environment is possible, there is no well-defined and standardized method for the detection of viruses from water, soil or mud. In addition, there is very little data available regarding the role of H5N1 virus in the environment in the tropics. In this work methods of concentration, identification, and quantification of influenza viruses in water, mud and soils have been developed, validated and used to test environmental samples collected following H5N1 outbreaks in Cambodia and to analyze samples obtained during experiments in artificial aquatic biotopes aiming to reproduce as faithfully as possible the characteristics observed in ponds and lakes in Cambodia. The H5N1 viral RNA was detected in 19% of environmental samples. Among these, infectious viral particles were isolated in a single water sample. In experimental systems, the infectious H5N1 virus survived only 4 days in the rain water. But viral RNA persisted up to 20 days in rain water and 7 days in pond and lake water. In mud, infectious viral particles did not survive even viral RNA could persist for at least 2 weeks. Aquatic flora and fauna have no influence on infectious H5N1 virus persistence in water. These organisms seem to concentrate and to passively carry the virus but do not allow virus replication. Our results showed that following outbreaks, the environment is widely contaminated by H5N1 virus and therefore can act as a potential source of human and/or animal contamination. Restricted access to potentially contaminated water should be recommended during outbreak episodes. Monitoring the environment is recommended in the effort to fight against avian influenza and measures including environment disinfection should also be considered.

Ce travail porte sur l'étude des potentiels du procédé de gazéification thermique (conversion en gaz combustible de la matière organique et du carbone fixe) pour associer traitement et valorisation (matière et énergie) durable des boues de station d'épuration. De ce procédé, il émane des rejets polluants (conséquences de la composition des boues, notamment des teneurs en métaux et azote). Dans un premier temps, la distribution des métaux entre les phases (solide et gaz) est examinée, en fonction des conditions opératoires du procédé. La localisation (phases porteuses), la spéciation et la mobilité des métaux retenus dans le solide obtenu sont aussi étudiées, afin de déterminer les risques environnementaux qu'il entraîne. Le suivi de la production de composés azotés et soufrés montre ensuite que température et atmosphère sont les paramètres opératoires clé. Grâce à cela, un procédé bi-étagé en température, avec un premier étage de dépollution et un deuxième étage de production de gaz combustibles est proposé. Enfin, la base d'un modèle théorique portant sur l'hydrodynamique et la cinétique dans un réacteur de gazéification à lit fluidisé est proposée. / This work focuses on the potential of thermal gasification process (organic matter and fixed carbon conversion to combustible gases) to combine sustainable sewage sludge treatment and valorization (matter and energy). Some pollutants are produced by this process (as a consequence of the sewage sludge composition, mainly metal and nitrogen's content). Firstly, the influence of operating conditions on metal's distribution among the phases (solid and gas) is investigated. The localization (bearing phases), speciation and mobility of metals retained in the produced solid are also analyzed, aiming to determine the environmental risks which they involve. Next, produced nitrogen and sulfur compounds are followed, showing that temperature and treatment atmosphere are the main parameters. Those findings allowed us to propose à two-thermal-stage process, the first stage aiming to get rid of pollutants in the solid and the second one aiming to produce combustible gases. Finally, a theoretical model basis concerning hydrodynamics and kinetics in a fluidized bed is proposed.

La formulation optimale des fluides thixotropes est essentielle dans de nombreux procédés, par exemple dans le domaine des forages pétroliers. Ceci passe par une compréhension fine des liens entre les évolutions de leur microstructure et leurs propriétés d'écoulement. Nous étudions ici les propriétés d'un système émulsion inverse comprenant des argiles organophiles utilisés comme fluide de forage. Nous travaillons sur le fluide réel et sur une émulsion modèle en régime solide, en régime liquide, et durant l'arrêt du matériau sous faibles sollicitations mécaniques. A l'aide d'expériences de rhéométrie conventionnelle et de vélocimétrie IRM, nous avons identifié les origines structurelles des principales propriétés rhéologiques en fonction des concentrations des constituants : le seuil de contrainte, le vieillissement au repos, la bifurcation de viscosité en régime liquide, le déplacement de l'interface solide-liquide au sein du fluide. En particulier nous montrons que l'arrêt progressif de l'écoulement sous une contrainte critique est induit par la croissance d'agrégats. L'homogénéité du matériau lors de nos expériences rhéologiques a été vérifiée par des mesures de concentrations locales par RMN. Ces résultats montrent l'importance des liens argileux pour les propriétés thixotropes de ces systèmes.

Les systèmes de traitement biologique de l'azote, qui utilisent les processus de nitrification et de dénitrification, sont susceptibles d'émettre un gaz à effet de serre, l'oxyde nitreux (N2O). Le but de notre étude était d'estimer et d'identifier les processus et les facteurs responsables de ces émissions, provenant du traitement de l'azote sur les stations d'épuration de l'agglomération parisienne et d'en estimer l'impact sur les émissions globales de N2O au niveau du bassin de la Seine. Des expériences en laboratoire ont permis la simulation des différents traitements utilisés sur l'agglomération parisienne - boues activées secondaires et cultures fixées en traitement tertiaire - et la mesure, en conditions contrôlées, des émissions de N2O. Nous avons montré que les flux de N2O représentent entre 0.1 à 0.8 % de la charge en azote traitée suivant l'oxygénation et les doses de méthanol ajoutées. Les flux de N2O les plus importants sont observés pour une oxygénation autour de 1 mgO2 L-1 lors de la nitrification; autour de 0.3 mgO2 L-1 et pour un ajout de méthanol en traitement tertiaire, ne permettant que 60 % de la réduction totale des nitrates, lors de la dénitrification. Des essais expérimentaux utilisant différents inhibiteurs spécifiques, ont permis d'identifier les deux processus majeurs responsables de ces émissions: la nitrification-dénitrifiante autotrophe et la dénitrification hétérotrophe. Le traitement de l'azote, sur les stations de l'agglomération parisienne représenterait actuellement des émissions de N2O de l'ordre de 60-120 kgN-N2O j-1 qui augmenteront avec la mise en place des nouveaux traitements de l'azote pour l'horizon 2005-2008 à 320-480 kgN j-1, et pour l'horizon 2012-2015 à 370-750 kgN j-1. Les niveaux les plus bas de ces émissions pourront être atteints si le traitement de l'azote se fait en nitrification avec une oxygénation supérieure à 2 mgO2 L-1 et en dénitrification avec des conditions d'anoxie totales et un ajout de méthanol permettant 100 % de la réduction de la charge en nitrate. Nos résultats montrent également que les émissions de N2O, se produisant actuellement dans la basse Seine recevant les rejets azotés de l'agglomération parisienne augmenteront notablement en étant transférées vers les STEPs. Cependant, les émissions de N2O en STEPs ne représenteraient que 1 à 10 % des émissions provenant des sols agricoles.