Ce mémoire de maîtrise présente en détail le projet de recherche sur la valorisation des boues de procédé de l'entreprise Celanese, manufacturier de polymères situé à Boucherville. Les boues, contenant principalement du poly acétate de vinyle, sont présentement destinées à l'enfouissement, ce qui entraine des dépenses économiques importantes ainsi qu'un impact négatif sur l'environnement. Ce projet a comme objectif d'étudier la faisabilité de la digestion anaérobie comme solution de valorisation et de proposer la meilleure option de valorisation à Celanese. En premier lieu, une mise en contexte présente la compagnie Celanese et les objectifs du projet. Puis, le premier chapitre présente en détail la digestion anaérobie, son utilité et la théorie associée au test de potentiel biométhanogène. Ensuite, la méthodologie présente les étapes effectuées par l'étudiant pour répondre aux objectifs du projet. La méthodologie inclut les étapes de l'échantillonnage, la caractérisation, le test de potentiel biométhanogène et les prétraitements aux boues pour améliorer les résultats. La section résultats présente par la suite les résultats de la caractérisation et des deux essais du test de potentiel biométhanogène. Finalement, une analyse technico-économique est présentée à la fin pour évaluer la rentabilité du projet. Les recommandations finales indiquent que la digestion anaérobie des boues non traitées n'est pas réalisable en raison du manque de production de gaz. De son côté, la digestion anaérobie des boues traitées améliore la production, mais l'analyse économique préliminaire indique que le projet ne serait pas rentable selon les critères de Celanese. Le dernier chapitre présente une alternative à la digestion anaérobie, soit la pyrolse. Les résultats d'une analyse thermogravimétrique semblent montrer que la pyrolyse est prometteuse. La recommandation générale du projet est d'évaluer dans le futur la pyrolyse des boues de Celanese plutôt que la digestion anaérobie. / This Master thesis presents the details of the research project concerning the valorization of process sludge of Celanese, polymers manufacturer located in Boucherville. Their sludge, containing mainly polyvinyl acetate, is currently destined to landfilling, which causes economic and environmental problems to the company. The objective of this project is to study the feasibility of anaerobic digestion as a solution of the valorization and to recommend the best solution to Celanese. First, the general context of the project is presented, with presentation of the company Celanese and the project objectives. Then, the first chapter presents in detail the anaerobic digestion, its utility and the theory related to the biomethane potential test. Then, the methodology chapter presents the different steps of the project according to its objectives. Methodology includes sampling, characterization, the biomethane potential test and the pretreatment to improve methane production. Results chapter then presents results of characterization and both tests of biomethane potential. Finally, a technical and economic analysis is presented to evaluate the profitability of the project. Final recommendations indicate that anaerobic digestion of untreated sludge is not possible because of the lack of biogas production. Anaerobic digestion of treated sludge improves biogas production, but economic analysis shows that treatment would not be profitable according to the Celanese's economic criteria. The final chapter presents the alternative option to anaerobic digestion, which is pyrolysis. Results from a thermogravimetric analysis indicate that pyrolysis might be a promising solution. The general recommendation of this project if to evaluate pyrolysis of Celanese's sludge as a future alternative to anaerobic digestion.

L’assainissement autonome (non raccordés à un système d’égout) est largement répandu dans les pays à faible revenu. Selon les estimations, 2.7 milliards de personnes seraient desservies principalement par des technologies d'assainissement individuelles, dont près de la moitié seraient situées en zones urbaines des pays en voie de développement (WWAP 2017). Or, l’ampleur de la couverture des installations sanitaires autonomes commence à poser de nombreux problèmes et défis techniques aux municipalités des régions concernées. En effet, l’augmentation croissante des fosses devant être vidangées, couplé aux manques d’organisation et de ressources, et à l’absence de connaissances précises sur les caractéristiques et les quantités de boues fécales générées, ne permettent pas actuellement d’assurer une vidange sécuritaire et de planifier la gestion efficace des boues fécales dans ces endroits. On estime ainsi que 74 % des fosses des installations sanitaires autonomes seront vidangées de façon non sécuritaire par année, c’est-à-dire que les boues fécales retirées seront déversées dans les cours d’eau ou terrains environnants sans traitement. Ainsi, dans la perspective d’organiser la gestion des boues fécales dans le contexte des pays en voie de développement, il conviendrait d’améliorer les connaissances sur les taux de remplissage des latrines à fosse, ainsi que sur les données de caractérisation des boues fécales. L’objectif général de cette thèse est d’améliorer la gestion des boues fécales dans le contexte des pays en développement. Pour ce faire, une série d’expérimentations a été réalisée, s’attardant à des problématiques précises de caractérisation ou de quantification des boues fécales. De façon plus précise, la première étude (CHAPITRE 4) visait la modélisation du taux d’accumulation des boues fécales en utilisant une régression linéaire multiple. Les résultats obtenus revoient un modèle impliquant les valeurs du volume des fosses et de l’âge des latrines comme principale variables indépendantes. La valeur du coefficient de détermination (r2) qui a été obtenue est de r2 = 0.41. Ceci qui est légèrement supérieure à la valeur obtenue à l’aide du modèle de bilan de masse développé par Brouckaert et al. (2013), pour lequel seulement 50% des latrines étaient à moins de 40% d’erreurs. Par la suite, des travaux visant la caractérisation de l’effet inhibitif de l’azote ammoniacal sur la digestion anaérobie des boues fécales au sein des fosses ont été réalisés (CHAPITRE 5). L’objectif était de valider l’hypothèse selon laquelle les fortes concentrations en azote au sein des fosses (causées par la présence d’urine) influenceraient les mécanismes de biodégradation, et conséquemment les taux d’accumulation. La méthodologie développée à d’abords été testée et validée avec des boues de digesteur anaérobie (provenant d’un réacteur complètement mélangé). Par ailleurs, le protocole développé n’a pas mené à des résultats concluants en utilisant des boues fécales. Effectivement, bien que plusieurs tests d’activité méthanogène spécifique (specific methanogenic activity - SMA) aient été réalisées (en changeant le ratio inoculum (boues)/substrat (acétate), et la durée), aucun des tests exécutés n’a démontré une production de méthane. À la lumière des résultats précédents (CHAPITRE 5), des travaux supplémentaires ont été réalisés visant à caractériser l’activité microbienne des boues fécales et de la matière fécale fraîche en termes des populations spécifiques à la digestion anaérobie (e.g. bactéries hydrolytiques et fermentatives, et méthanogènes méthylotrophes, acétoclastiques ou hydrogénotrophes) (CHAPITRE 6). Pour ce faire, la méthodologie utilisée consistait à mesurer la production de gaz (comme indicateur de l’activité microbienne) des échantillons de boues mélangés avec différents substrats spécifiques (e.i. acétate, méthanol, formate, glucose). Les résultats issus de cette étude ont démontré que l’utilisation des substrats de formate et de glucose présente l’activité microbienne la plus élevée lorsque mélangés avec une solution de matière fécale fraîche (soit de 112.17 et de 76.41 ml gaz/ g SV, pour le formate et le glucose, respectivement). ... / L’assainissement autonome (non raccordés à un système d’égout) est largement répandu dans les pays à faible revenu. Selon les estimations, 2.7 milliards de personnes seraient desservies principalement par des technologies d'assainissement individuelles, dont près de la moitié seraient situées en zones urbaines des pays en voie de développement (WWAP 2017). Or, l’ampleur de la couverture des installations sanitaires autonomes commence à poser de nombreux problèmes et défis techniques aux municipalités des régions concernées. En effet, l’augmentation croissante des fosses devant être vidangées, couplé aux manques d’organisation et de ressources, et à l’absence de connaissances précises sur les caractéristiques et les quantités de boues fécales générées, ne permettent pas actuellement d’assurer une vidange sécuritaire et de planifier la gestion efficace des boues fécales dans ces endroits. On estime ainsi que 74 % des fosses des installations sanitaires autonomes seront vidangées de façon non sécuritaire par année, c’est-à-dire que les boues fécales retirées seront déversées dans les cours d’eau ou terrains environnants sans traitement. Ainsi, dans la perspective d’organiser la gestion des boues fécales dans le contexte des pays en voie de développement, il conviendrait d’améliorer les connaissances sur les taux de remplissage des latrines à fosse, ainsi que sur les données de caractérisation des boues fécales. L’objectif général de cette thèse est d’améliorer la gestion des boues fécales dans le contexte des pays en développement. Pour ce faire, une série d’expérimentations a été réalisée, s’attardant à des problématiques précises de caractérisation ou de quantification des boues fécales. De façon plus précise, la première étude (CHAPITRE 4) visait la modélisation du taux d’accumulation des boues fécales en utilisant une régression linéaire multiple. Les résultats obtenus revoient un modèle impliquant les valeurs du volume des fosses et de l’âge des latrines comme principale variables indépendantes. La valeur du coefficient de détermination (r2) qui a été obtenue est de r2 = 0.41. Ceci qui est légèrement supérieure à la valeur obtenue à l’aide du modèle de bilan de masse développé par Brouckaert et al. (2013), pour lequel seulement 50% des latrines étaient à moins de 40% d’erreurs. Par la suite, des travaux visant la caractérisation de l’effet inhibitif de l’azote ammoniacal sur la digestion anaérobie des boues fécales au sein des fosses ont été réalisés (CHAPITRE 5). L’objectif était de valider l’hypothèse selon laquelle les fortes concentrations en azote au sein des fosses (causées par la présence d’urine) influenceraient les mécanismes de biodégradation, et conséquemment les taux d’accumulation. La méthodologie développée à d’abords été testée et validée avec des boues de digesteur anaérobie (provenant d’un réacteur complètement mélangé). Par ailleurs, le protocole développé n’a pas mené à des résultats concluants en utilisant des boues fécales. Effectivement, bien que plusieurs tests d’activité méthanogène spécifique (specific methanogenic activity - SMA) aient été réalisées (en changeant le ratio inoculum (boues)/substrat (acétate), et la durée), aucun des tests exécutés n’a démontré une production de méthane. À la lumière des résultats précédents (CHAPITRE 5), des travaux supplémentaires ont été réalisés visant à caractériser l’activité microbienne des boues fécales et de la matière fécale fraîche en termes des populations spécifiques à la digestion anaérobie (e.g. bactéries hydrolytiques et fermentatives, et méthanogènes méthylotrophes, acétoclastiques ou hydrogénotrophes) (CHAPITRE 6). Pour ce faire, la méthodologie utilisée consistait à mesurer la production de gaz (comme indicateur de l’activité microbienne) des échantillons de boues mélangés avec différents substrats spécifiques (e.i. acétate, méthanol, formate, glucose). Les résultats issus de cette étude ont démontré que l’utilisation des substrats de formate et de glucose présente l’activité microbienne la plus élevée lorsque mélangés avec une solution de matière fécale fraîche (soit de 112.17 et de 76.41 ml gaz/ g SV, pour le formate et le glucose, respectivement). Alors que l’utilisation des substrats de glucose et de méthanol ont résulté à l’activité la plus élevée avec des solutions de boues fécales plus âgées (soit de 129.15 et de 85.42 ml gaz/ g SV, pour le méthanol et le glucose, respectivement). Par ailleurs, une absence de l’activité méthanogène a été observé en utilisant de l’acétate comme substrat pour les deux types de boues. Ces résultats concordent avec la littérature, où des tests de séquençages d’ADN n’ont pas mené à l’identification des archaea méthanogènes acétoclasitques au sein d’échantillons de boues fécales issues de latrines à fosses (Byrne 2016, Torondel 2017). Les résultats issus de cette étude remettent donc en perspective la présence d’une digestion anaérobie acétoclastique au sein des fosses, hypothèse qui est largement présumée dans de nombreux guides de conception des latrines à fosses conventionnelles. Finalement la dernière étude constituait une étude préliminaire sur la caractérisation des propriétés de séchage de la matière fécale fraîche (CHAPITRE 7). Plus particulièrement par la détermination et par la modélisation des isothermes de sorption. Cette étude s’inscrit dans le cadre actuel où les techniques de séchage pour le transport efficient des boues gagnent en popularité, alors qu’un manque de données sur les propriétés des boues persiste. Ainsi, les résultats obtenus démontrent que les isothermes de sorption tendent à suivre une forme sigmoïde, laquelle est caractérisée par deux points d’inflexion de surface et une augmentation rapide de la teneur en eau à des valeurs d'humidité relative supérieures à 75 % HR. / L’assainissement autonome (non raccordés à un système d’égout) est largement répandu dans les pays à faible revenu. Selon les estimations, 2.7 milliards de personnes seraient desservies principalement par des technologies d'assainissement individuelles, dont près de la moitié seraient situées en zones urbaines des pays en voie de développement (WWAP 2017). Or, l’ampleur de la couverture des installations sanitaires autonomes commence à poser de nombreux problèmes et défis techniques aux municipalités des régions concernées. En effet, l’augmentation croissante des fosses devant être vidangées, couplé aux manques d’organisation et de ressources, et à l’absence de connaissances précises sur les caractéristiques et les quantités de boues fécales générées, ne permettent pas actuellement d’assurer une vidange sécuritaire et de planifier la gestion efficace des boues fécales dans ces endroits. On estime ainsi que 74 % des fosses des installations sanitaires autonomes seront vidangées de façon non sécuritaire par année, c’est-à-dire que les boues fécales retirées seront déversées dans les cours d’eau ou terrains environnants sans traitement. Ainsi, dans la perspective d’organiser la gestion des boues fécales dans le contexte des pays en voie de développement, il conviendrait d’améliorer les connaissances sur les taux de remplissage des latrines à fosse, ainsi que sur les données de caractérisation des boues fécales. L’objectif général de cette thèse est d’améliorer la gestion des boues fécales dans le contexte des pays en développement. Pour ce faire, une série d’expérimentations a été réalisée, s’attardant à des problématiques précises de caractérisation ou de quantification des boues fécales. De façon plus précise, la première étude (CHAPITRE 4) visait la modélisation du taux d’accumulation des boues fécales en utilisant une régression linéaire multiple. Les résultats obtenus revoient un modèle impliquant les valeurs du volume des fosses et de l’âge des latrines comme principale variables indépendantes. La valeur du coefficient de détermination (r2) qui a été obtenue est de r2 = 0.41. Ceci qui est légèrement supérieure à la valeur obtenue à l’aide du modèle de bilan de masse développé par Brouckaert et al. (2013), pour lequel seulement 50% des latrines étaient à moins de 40% d’erreurs. Par la suite, des travaux visant la caractérisation de l’effet inhibitif de l’azote ammoniacal sur la digestion anaérobie des boues fécales au sein des fosses ont été réalisés (CHAPITRE 5). L’objectif était de valider l’hypothèse selon laquelle les fortes concentrations en azote au sein des fosses (causées par la présence d’urine) influenceraient les mécanismes de biodégradation, et conséquemment les taux d’accumulation. La méthodologie développée à d’abords été testée et validée avec des boues de digesteur anaérobie (provenant d’un réacteur complètement mélangé). Par ailleurs, le protocole développé n’a pas mené à des résultats concluants en utilisant des boues fécales. Effectivement, bien que plusieurs tests d’activité méthanogène spécifique (specific methanogenic activity - SMA) aient été réalisées (en changeant le ratio inoculum (boues)/substrat (acétate), et la durée), aucun des tests exécutés n’a démontré une production de méthane. À la lumière des résultats précédents (CHAPITRE 5), des travaux supplémentaires ont été réalisés visant à caractériser l’activité microbienne des boues fécales et de la matière fécale fraîche en termes des populations spécifiques à la digestion anaérobie (e.g. bactéries hydrolytiques et fermentatives, et méthanogènes méthylotrophes, acétoclastiques ou hydrogénotrophes) (CHAPITRE 6). Pour ce faire, la méthodologie utilisée consistait à mesurer la production de gaz (comme indicateur de l’activité microbienne) des échantillons de boues mélangés avec différents substrats spécifiques (e.i. acétate, méthanol, formate, glucose). Les résultats issus de cette étude ont démontré que l’utilisation des substrats de formate et de glucose présente l’activité microbienne la plus élevée lorsque mélangés avec une solution de matière fécale fraîche (soit de 112.17 et de 76.41 ml gaz/ g SV, pour le formate et le glucose, respectivement). Alors que l’utilisation des substrats de glucose et de méthanol ont résulté à l’activité la plus élevée avec des solutions de boues fécales plus âgées (soit de 129.15 et de 85.42 ml gaz/ g SV, pour le méthanol et le glucose, respectivement). Par ailleurs, une absence de l’activité méthanogène a été observé en utilisant de l’acétate comme substrat pour les deux types de boues. Ces résultats concordent avec la littérature, où des tests de séquençages d’ADN n’ont pas mené à l’identification des archaea méthanogènes acétoclasitques au sein d’échantillons de boues fécales issues de latrines à fosses (Byrne 2016, Torondel 2017). Les résultats issus de cette étude remettent donc en perspective la présence d’une digestion anaérobie acétoclastique au sein des fosses, hypothèse qui est largement présumée dans de nombreux guides de conception des latrines à fosses conventionnelles. Finalement la dernière étude constituait une étude préliminaire sur la caractérisation des propriétés de séchage de la matière fécale fraîche (CHAPITRE 7). Plus particulièrement par la détermination et par la modélisation des isothermes de sorption. Cette étude s’inscrit dans le cadre actuel où les techniques de séchage pour le transport efficient des boues gagnent en popularité, alors qu’un manque de données sur les propriétés des boues persiste. Ainsi, les résultats obtenus démontrent que les isothermes de sorption tendent à suivre une forme sigmoïde, laquelle est caractérisée par deux points d’inflexion de surface et une augmentation rapide de la teneur en eau à des valeurs d'humidité relative supérieures à 75 % HR. D’une première part, ceci signifie que la teneur en eau de la matière fécale semblerait être plus facile à extraire jusqu'à une valeur d’environ 1 à 1.5g H2O/g d’échantillon - base humide. D’autre part, le modèle de Guggenheim-Anderson-de Boer (GAB) sembleraient être le plus approprié pour décrire les courbes d’isothermes, avec une estimation acceptable (Pr (> / 347661\u L’assainissement autonome (non raccordés à un système d’égout) est largement répandu dans les pays à faible revenu. Selon les estimations, 2.7 milliards de personnes seraient desservies principalement par des technologies d'assainissement individuelles, dont près de la moitié seraient situées en zones urbaines des pays en voie de développement (WWAP 2017). Or, l’ampleur de la couverture des installations sanitaires autonomes commence à poser de nombreux problèmes et défis techniques aux municipalités des régions concernées. En effet, l’augmentation croissante des fosses devant être vidangées, couplé aux manques d’organisation et de ressources, et à l’absence de connaissances précises sur les caractéristiques et les quantités de boues fécales générées, ne permettent pas actuellement d’assurer une vidange sécuritaire et de planifier la gestion efficace des boues fécales dans ces endroits. On estime ainsi que 74 % des fosses des installations sanitaires autonomes seront vidangées de façon non sécuritaire par année, c’est-à-dire que les boues fécales retirées seront déversées dans les cours d’eau ou terrains environnants sans traitement. Ainsi, dans la perspective d’organiser la gestion des boues fécales dans le contexte des pays en voie de développement, il conviendrait d’améliorer les connaissances sur les taux de remplissage des latrines à fosse, ainsi que sur les données de caractérisation des boues fécales. L’objectif général de cette thèse est d’améliorer la gestion des boues fécales dans le contexte des pays en développement. Pour ce faire, une série d’expérimentations a été réalisée, s’attardant à des problématiques précises de caractérisation ou de quantification des boues fécales. De façon plus précise, la première étude (CHAPITRE 4) visait la modélisation du taux d’accumulation des boues fécales en utilisant une régression linéaire multiple. Les résultats obtenus revoient un modèle impliquant les valeurs du volume des fosses et de l’âge des latrines comme principale variables indépendantes. La valeur du coefficient de détermination (r2) qui a été obtenue est de r2 = 0.41. Ceci qui est légèrement supérieure à la valeur obtenue à l’aide du modèle de bilan de masse développé par Brouckaert et al. (2013), pour lequel seulement 50% des latrines étaient à moins de 40% d’erreurs. Par la suite, des travaux visant la caractérisation de l’effet inhibitif de l’azote ammoniacal sur la digestion anaérobie des boues fécales au sein des fosses ont été réalisés (CHAPITRE 5). L’objectif était de valider l’hypothèse selon laquelle les fortes concentrations en azote au sein des fosses (causées par la présence d’urine) influenceraient les mécanismes de biodégradation, et conséquemment les taux d’accumulation. La méthodologie développée à d’abords été testée et validée avec des boues de digesteur anaérobie (provenant d’un réacteur complètement mélangé). Par ailleurs, le protocole développé n’a pas mené à des résultats concluants en utilisant des boues fécales. Effectivement, bien que plusieurs tests d’activité méthanogène spécifique (specific methanogenic activity - SMA) aient été réalisées (en changeant le ratio inoculum (boues)/substrat (acétate), et la durée), aucun des tests exécutés n’a démontré une production de méthane. À la lumière des résultats précédents (CHAPITRE 5), des travaux supplémentaires ont été réalisés visant à caractériser l’activité microbienne des boues fécales et de la matière fécale fraîche en termes des populations spécifiques à la digestion anaérobie (e.g. bactéries hydrolytiques et fermentatives, et méthanogènes méthylotrophes, acétoclastiques ou hydrogénotrophes) (CHAPITRE 6). Pour ce faire, la méthodologie utilisée consistait à mesurer la production de gaz (comme indicateur de l’activité microbienne) des échantillons de boues mélangés avec différents substrats spécifiques (e.i. acétate, méthanol, formate, glucose). Les résultats issus de cette étude ont démontré que l’utilisation des substrats de formate et de glucose présente l’activité microbienne la plus élevée lorsque mélangés avec une solution de matière fécale fraîche (soit de 112.17 et de 76.41 ml gaz/ g SV, pour le formate et le glucose, respectivement). Alors que l’utilisation des substrats de glucose et de méthanol ont résulté à l’activité la plus élevée avec des solutions de boues fécales plus âgées (soit de 129.15 et de 85.42 ml gaz/ g SV, pour le méthanol et le glucose, respectivement). Par ailleurs, une absence de l’activité méthanogène a été observé en utilisant de l’acétate comme substrat pour les deux types de boues. Ces résultats concordent avec la littérature, où des tests de séquençages d’ADN n’ont pas mené à l’identification des archaea méthanogènes acétoclasitques au sein d’échantillons de boues fécales issues de latrines à fosses (Byrne 2016, Torondel 2017). Les résultats issus de cette étude remettent donc en perspective la présence d’une digestion anaérobie acétoclastique au sein des fosses, hypothèse qui est largement présumée dans de nombreux guides de conception des latrines à fosses conventionnelles. Finalement la dernière étude constituait une étude préliminaire sur la caractérisation des propriétés de séchage de la matière fécale fraîche (CHAPITRE 7). / 347661\u L’assainissement autonome (non raccordés à un système d’égout) est largement répandu dans les pays à faible revenu. Selon les estimations, 2.7 milliards de personnes seraient desservies principalement par des technologies d'assainissement individuelles, dont près de la moitié seraient situées en zones urbaines des pays en voie de développement (WWAP 2017). Or, l’ampleur de la couverture des installations sanitaires autonomes commence à poser de nombreux problèmes et défis techniques aux municipalités des régions concernées. En effet, l’augmentation croissante des fosses devant être vidangées, couplé aux manques d’organisation et de ressources, et à l’absence de connaissances précises sur les caractéristiques et les quantités de boues fécales générées, ne permettent pas actuellement d’assurer une vidange sécuritaire et de planifier la gestion efficace des boues fécales dans ces endroits. On estime ainsi que 74 % des fosses des installations sanitaires autonomes seront vidangées de façon non sécuritaire par année, c’est-à-dire que les boues fécales retirées seront déversées dans les cours d’eau ou terrains environnants sans traitement. Ainsi, dans la perspective d’organiser la gestion des boues fécales dans le contexte des pays en voie de développement, il conviendrait d’améliorer les connaissances sur les taux de remplissage des latrines à fosse, ainsi que sur les données de caractérisation des boues fécales. L’objectif général de cette thèse est d’améliorer la gestion des boues fécales dans le contexte des pays en développement. Pour ce faire, une série d’expérimentations a été réalisée, s’attardant à des problématiques précises de caractérisation ou de quantification des boues fécales. De façon plus précise, la première étude (CHAPITRE 4) visait la modélisation du taux d’accumulation des boues fécales en utilisant une régression linéaire multiple. Les résultats obtenus revoient un modèle impliquant les valeurs du volume des fosses et de l’âge des latrines comme principale variables indépendantes. La valeur du coefficient de détermination (r2) qui a été obtenue est de r2 = 0.41. Ceci qui est légèrement supérieure à la valeur obtenue à l’aide du modèle de bilan de masse développé par Brouckaert et al. (2013), pour lequel seulement 50% des latrines étaient à moins de 40% d’erreurs. Par la suite, des travaux visant la caractérisation de l’effet inhibitif de l’azote ammoniacal sur la digestion anaérobie des boues fécales au sein des fosses ont été réalisés (CHAPITRE 5). L’objectif était de valider l’hypothèse selon laquelle les fortes concentrations en azote au sein des fosses (causées par la présence d’urine) influenceraient les mécanismes de biodégradation, et conséquemment les taux d’accumulation. La méthodologie développée à d’abords été testée et validée avec des boues de digesteur anaérobie (provenant d’un réacteur complètement mélangé). Par ailleurs, le protocole développé n’a pas mené à des résultats concluants en utilisant des boues fécales. Effectivement, bien que plusieurs tests d’activité méthanogène spécifique (specific methanogenic activity - SMA) aient été réalisées (en changeant le ratio inoculum (boues)/substrat (acétate), et la durée), aucun des tests exécutés n’a démontré une production de méthane. À la lumière des résultats précédents (CHAPITRE 5), des travaux supplémentaires ont été réalisés visant à caractériser l’activité microbienne des boues fécales et de la matière fécale fraîche en termes des populations spécifiques à la digestion anaérobie (e.g. bactéries hydrolytiques et fermentatives, et méthanogènes méthylotrophes, acétoclastiques ou hydrogénotrophes) (CHAPITRE 6). Pour ce faire, la méthodologie utilisée consistait à mesurer la production de gaz (comme indicateur de l’activité microbienne) des échantillons de boues mélangés avec différents substrats spécifiques (e.i. acétate, méthanol, formate, glucose). Les résultats issus de cette étude ont démontré que l’utilisation des substrats de formate et de glucose présente l’activité microbienne la plus élevée lorsque mélangés avec une solution de matière fécale fraîche (soit de 112.17 et de 76.41 ml gaz/ g SV, pour le formate et le glucose, respectivement). Alors que l’utilisation des substrats de glucose et de méthanol ont résulté à l’activité la plus élevée avec des solutions de boues fécales plus âgées (soit de 129.15 et de 85.42 ml gaz/ g SV, pour le méthanol et le glucose, respectivement). Par ailleurs, une absence de l’activité méthanogène a été observé en utilisant de l’acétate comme substrat pour les deux types de boues. Ces résultats concordent avec la littérature, où des tests de séquençages d’ADN n’ont pas mené à l’identification des archaea méthanogènes acétoclasitques au sein d’échantillons de boues fécales issues de latrines à fosses (Byrne 2016, Torondel 2017). Les résultats issus de cette étude remettent donc en perspective la présence d’une digestion anaérobie acétoclastique au sein des fosses, hypothèse qui est largement présumée dans de nombreux guides de conception des latrines à fosses conventionnelles. Finalement la dernière étude constituait une étude préliminaire sur la caractérisation des propriétés de séchage de la matière fécale fraîche (CHAPITRE 7). Plus particulièrement par la détermination et par la modélisation des isothermes de sorption. Cette étude s’inscrit dans le cadre actuel où les techniques de séchage pour le transport efficient des boues gagnent en popularité, alors qu’un manque de données sur les propriétés des boues persiste. Ainsi, les résultats obtenus démontrent que les isothermes de sorption tendent à suivre une forme sigmoïde, laquelle est caractérisée par deux points d’inflexion de surface et une augmentation rapide de la teneur en eau à des valeurs d'humidité relative supérieures à 75 % HR. D’une première part, ceci signifie que la teneur en eau de la matière fécale semblerait être plus facile à extraire jusqu'à une valeur d’environ 1 à 1.5g H2O/g d’échantillon - base humide. D’autre part, le modèle de Guggenheim-Anderson-de Boer (GAB) sembleraient être le plus approprié pour décrire les courbes d’isothermes, avec une estimation acceptable (Pr (>

Des additifs pour le traitement des fosses septiques sont proposés sur le marché, dans le but d’améliorer leur fonctionnement. Cependant, leur influence n’a pas été vérifiée. Un projet de recherche a été mis en place afin d’évaluer l’influence des bio-additifs sur la dégradation des boues de fosse septique. L’étude a été menée, à l’échelle du laboratoire, sur trois produits de traitement testés sur six échantillons différents d’effluents de fosses septiques vidangées. Un témoin (sans additif) a servi de référence pour évaluer la dégradation naturelle simulée des boues de fosse septique et la comparer à celle des bio-additifs. Ils ont été incubés à une température de 35°C, pendant une période de dix jours. Afin d’évaluer leur rôle dans le traitement, les paramètres suivants ont été mesurés : solides totaux, solides volatils, demande chimique en oxygène, coliformes fécaux et production de méthane. Ces paramètres ont été mesurés avant le lancement, à la moitié (5 jours) et à la fin de chaque essai. Les analyses statistiques des résultats obtenus (analyse de la variance et test de Dunnett) n’ont pas permis de mettre en lumière une différence significative entre les bio-additifs utilisés et le témoin, à un seuil de confiance de α=0,05. Une partie du projet s’est également concentrée sur la conception de méthodes de mesure du méthane en laboratoire. Les expériences ont été menées en parallèle avec celles menées sur les bio-additifs. Les résultats de l’étude statistique semblent être concluants concernant la fiabilité des mesures faites avec les montages expérimentaux conçus en laboratoire. / Additives for septic tank treatment are available in order to improve their performance. However, their influence has not yet been proven. A research project was initiated to assess the influence of bio-additives on septic tank sludge degradation. The study was conducted at laboratory scale with regard to three treatment products tested on six different effluent samples from emptied septic tanks. A blank (without additive) was used as a reference to assess the natural degradation of septic tank sludge and to compare with the effects of the bio-additives. These samples were incubated at 35°C for ten days. In order to evaluate the bio-additive contribution, the following parameters were measured: total solids, volatile solids, chemical oxygen demand, fecal coliforms and methane production, and that before, halfway and at the end of each test. The statistical analysis of the results (analysis of variance and Dunnett’s test) was inconclusive to highlight a difference between the bio-additives and the reference at a confidence level of 5%. Another part of this project was to design laboratory methods for methane measurement. These tests were conducted at the same time as the bio-additives experiments. The statistical results seem conclusive as to the reliability of the measurements made with the experimental apparatus designed in the laboratory.

L'azote et le phosphore sont à l'origine de problèmes environnementaux entraînant un stress environnemental sur les écosystèmes aquatiques, comme l'eutrophisation et la toxicité. Pour contrer ces impacts, l'utilisation de procédés de traitement avancés est nécessaire pour respecter les réglementations strictes en matière de rejet. Une augmentation annuelle de l'utilisation des nutriments par la société est observée alors que les réserves mondiales de phosphore (P) et potassium (K) sont limitées. Compte tenu de leur importance dans toute vie, la récupération de ces nutriments à partir des eaux usées a retenu l'attention des chercheurs et est devenue un domaine de recherche très important. Les stations de traitement des eaux usées (STEP) sont considérées comme l'un des points d'accumulation importants de phosphore avec environ 1,3 million de tonnes d'élimination de P par an via le traitement des eaux usées dans le monde (Li et Li 2017). La valorisation du P des eaux usées pourrait ainsi couvrir environ 15 à 20% de la demande mondiale de phosphore (Yuan et al. 2012). Par conséquent, les stations d'épuration sont désormais considérées comme des installations de récupération des ressources de l'eau (StaRRE), un lieu où la valorisation et la gestion des biodéchets sont poursuivies. Les procédés électrochimiques peuvent être utilisés comme traitement tertiaire pour l'élimination du P (Tran et al. 2012). De nos jours, il suscite également l'intérêt des chercheurs en tant que nouvel outil pour les processus de récupération des nutriments tels que l'électrodialyse, l'électrocoagulation, le dosage électrochimique de magnésium, etc. Par contre, des applications à l'échelle pilote et à grande échelle nécessitent encore davantage d'investigations et de recherches. Dans ce projet de recherche, une technique d'électrocoagulation est appliquée pour la première fois pour récupérer le phosphore sous forme de vivianite à partir des eaux usées. En fait, la récupération du phosphore sous forme de vivianite, une pratique innovante, a attiré une attention considérable en raison de son omniprésence naturelle, de sa facilité d'accès et de sa valeur économique prévisible (Wu et al. 2019). Le processus d'électrocoagulation proposé utilise une anode de fer sacrificielle pour produire des ions ferreux formés lors de la dissolution de l'anode. Ces ions réagiront avec les ions du phosphore dans les eaux usées, en particulier PO₄³⁻ , HPO₄²⁻ et H₂PO₄⁻, entraînant la formation de vivianite, Fe₃(PO₄)₂,8H₂O, utilisable dans différents types d'application : engrais à libération lente, batterie Li-ion, peinture. . .Dans le cadre de ce projet, la modélisation électrochimique avec PHREEQC est utilisée afin d'étudier la dissolution de l'anode de fer, les conditions optimales de la précipitation de vivianite, les facteurs limitant cette formation et le suivi du processus de la précipitation dans une matrice d'eau usées complexe. PHREEQC a été démontré d'être un outil puissant pour effectuer des calculs de spéciation et l'évaluation de l'indice de saturation qui détermine le taux de précipitation. La partie expérimentale du travail couvre la récupération de vivianite en utilisant la méthode d'électrocoagulation. Cette récupération est évaluée dans des réacteurs de laboratoire opérés en mode batch et en mode continu afin d'évaluer respectivement, la récupération de vivianite comme une nouvelle route de récupération de P et la cinétique de sa précipitation a différentes valeurs de pH. / Nitrogen and phosphorus are causing environmental problems leading to environmental stress on aquatic ecosystems such as eutrophication and toxicity. To counteract these impacts, the use of advanced treatment processes is required to meet the strict discharge regulations. An annual increase in nutrient use by society is observed while global phosphorus (P) and potassium (K) reserves are becoming limited. Given their importance in all life, the recoveryof these nutrients from waste water has gained the attention of researchers and has become a highly important research field. Waste water treatment plants (WWTPs) are considered one of the important accumulation points of phosphorus with around 1.3 million tons of P-removed globally per year via sewage treatment (Li et Li 2017). P-recovery from wastewater could thus cover around 15-20% of the global phosphorus demand (Yuan et al. 2012). Therefore, WWTPs are now considered as Water Resource Recovery Facilities (WRRFs), a place where biowaste valorization and management are pursued. Electrochemical processes can be used as tertiary treatment for P-removal (Tran et al. 2012). Nowadays, it is also gaining the interest of researchers as a new tool for nutrient recovery processes such as electrodialysis, electrocoagulation, electrochemical magnesium dosage, etc.Based on a literature review, it could be concluded that all these processes have currently only been studied at pilot-scale, and full-scale application still needs more investigation and research. In this research project, an electrocoagulation technique was applied for the first time to recover phosphorus from wastewater as vivianite. In fact, vivianite phosphorus recovery, an innovative practice, has attracted considerable attention for its natural ubiquity, easy accessibility and foreseeable economic value (Wu et al. 2019). The proposed electrocoagulation process uses a sacrificial iron anode to produce ferrous ions formed during anode dissolution,reacting with ions in wastewater, in particular PO₄³⁻ , HPO₄²⁻ et H₂PO₄ , resulting in the formation of vivianite, Fe₃(PO₄)₂,8H₂O, that can be used in different types of application : slow release fertilizer, Li-ion battery, paint . . . As part of this project, electrochemical modelling with PHREEQC was used to study the dissolution of the iron anode, the optimal conditions for vivianite precipitation, the factors limiting its formation and the monitoring of the precipitation process in a complex wastewater matrix. PHREEQC was found to be a powerful tool to perform speciation calculations and the evaluation of the saturation index which determines the rate of precipitation. The experimental part of the work studied the recovery of vivianite using electrocoagulation. This recovery was evaluated in lab-scale reactors operating in batch mode and in continuous mode in order to evaluate respectively, the recovery of vivianite as a new route of recovery of P and the kinetics of its precipitation at different pH values.

Les biosolides et les cendres de combustion de boues (CCB) constituent des sources importantes d’éléments nutritifs (particulièrement l’azote et/ou le phosphore). Bien que plusieurs auteurs aient étudié la disponibilité de ces éléments dans les biosolides, ces études se sont concentrées sur des produits spécifiques et réalisées dans des conditions expérimentales différentes, générant des résultats très diversifiés. Ainsi, il n’existe actuellement aucun modèle de prédiction de la disponibilité de ces éléments pour les cultures. Concernant les CCB, elles ont été largement caractérisées chimiquement au cours des dernières années, mais il existe très peu d'études sur la réponse des cultures à cette source de phosphore. Cette étude fournit des modèles de prédiction de la disponibilité de l’azote et du phosphore dans ces produits afin d’améliorer l'efficacité de leur recyclage agricole et éviter les risques environnementaux. Deux modèles d’évaluation et de classification de la biodisponibilité de l’azote et du phosphore dans les biosolides ont été élaborés à partir des données de la littérature scientifique nationale et internationale. Le potentiel fertilisant de 12 CCB provenant de monoincinérateurs situés au Canada et aux États-Unis a été également testé dans une expérimentation réalisée en serre en utilisant deux types de sol. Ensuite, la modélisation par la méthode de forêt aléatoire a été utilisée pour déterminer un indicateur de prédiction de la disponibilité du P dans les CCB. En fonction du rapport C/N, la disponibilité de l’azote dans les matières résiduelles fertilisantes a été classée en deux grands systèmes : un minéralisateur et un immobilisateur, pour un total de six sous-systèmes: i) forte minéralisation : coefficient d’efficacité relative de l’azote (CERN) de +66% et C/N≤5, ii) minéralisation moyenne : CERN de +33% et 5<C/N≤16, iii) faible minéralisation : CERN de +9% et 16<C/N≤38, iv) faible immobilisation : CERN de -9% et 38<C/N≤90, v) immobilisation moyenne : CERN de -27% et 90<C/N≤140, vi) forte immobilisation : CERN de -55% et C/N>140. En fonction de la concentration molaire total en aluminium et en fer, la disponibilité du phosphore dans les biosolides a été divisée en 4 classes de disponibilité: i) très élevée (230-400 mmol kg-1), ii) élevée (401-1100 mmol kg-1), iii) moyenne (1101-2800 mmol kg-1) et iv) faible (2801-5132 mmol kg-1). Suite à l'application des CCB, l'augmentation de la biomasse aérienne du ray-grass par rapport au témoin varie de 4-29% et de 15-59% dans les sols argileux et loam sableux, respectivement. Cette augmentation est en moyenne 40% inférieure à celle du triple super phosphate (TSP) pour les deux types de sols. Les plus grandes augmentations de biomasse ont été obtenues pour les CCB ayant un pourcentage de solubilité du P (PSP) ≥ 54%. Un comportement similaire a été observé pour le prélèvement du P par la plante avec des augmentations maximales de 26% et de 165% pour le sol argileux et loam sableux, respectivement. Suite à l'application des CCB, l’augmentation de la biomasse et du prélèvement en P est supérieure à celle du phosphate naturel (PN) dans le sol argileux, mais similaire dans le sol loam sableux. La modélisation par la méthode de forêt aléatoire montre que l’extraction à l’oxalate est un indicateur pratique de prédiction de la disponibilité du phosphore des CCB et que l’aluminium est le facteur influençant le plus cette disponibilité. / Biosolids and sludges incinerated ashes (SIA) are valuables sources of nutrients (N, P) and organics matter. During the last decades, a considerable amount of research has been done on biosolids nutrients availability after their application onto agricultural land. But these studies are focused on specific products and performed under different experimental conditions, generating very different results. Therefore, so far, no model has been proposed to predict nitrogen and phosphorus plant availability for biosolids land application. Although the chemical characterization of SIA has been widely examined, there are only a few studies regarding crop responses to this source of P. This study has generated prediction models to evaluate nitrogen and phosphorus plant availability in these products in order to improve their agricultural recycling and avoid environmental risks of pollution. Data were collected from national and international literature in order to design two models to assess and classify nitrogen and phosphorus availability in SIA. Twelve SIA from mono-incinerators located in Canada and the USA were tested for their fertilizing potential in a greenhouse experiment. Then, random forest modeling was used to find out an indicator of prediction of SIA phosphorus availability. Depending on the C/N ratio of non-composted by-products, six categories were defined. i) high mineralization: +66 % relative N effectiveness (RNE) and 5 ≤ C/N, ii) moderate mineralization: +33 % RNE and 5 < C/N ≤ 16, iii) low mineralization: +9 % RNE and 16 < C/N ≤ 38, iv) low immobilization: −9% RNE and 38 < C/N ≤ 90, v) moderate immobilization: −27 % RNE and 90 < C/N ≤ 140, and vi) high immobilization: −55 % RNE and C/N > 140. According to the total molar concentration of Al and Fe in biosolids, phosphorus availability were divided into 4 classes: i) very high (230-400 mmol kg-1), ii) high (401-1100 mmol kg-1), iii) medium (1101-2800 mmol kg-1), and, iv), and low (2801-5132 mmol kg-1). The biomass increases following an SIA application were as high as 29 % and 59 % more than the control for the sandy loam and clayey soil, respectively, but 40% less than for the triple super phosphate (TSP), for both soils. The ray-grass biomass and P uptake increases due to SIA applications were larger than those of rock phosphate (RP) application in the clayey soil, but similar to those in the sandy loam soil. A similar behavior was observed for P uptake, with a maximum increase of 26 % for the clayey soil, and 165 % for the sandy loam soil. The SIA with a PSP of ≥ 54% significantly increased soil available P stocks and saturation. The random forest modeling shows that oxalate extraction is a practical indicator of prediction of SIA phosphorus availability. Also, this modeling shows that SIA Al content is the most influent factor of this availability.

Cette étude s'est intéressée à la caractérisation moléculaire du contenu organique de boues résiduaires de stations d'épuration de la région Lorraine. Les quarante huit échantillons collectés proviennent de stations domestiques de différentes tailles (rurales, petites urbaines et urbaines), de stations industrielles (papeteries) et de stations agro-alimentaires (laiteries et fromageries). Le premier volet développé au cours de cette étude a permis de dresser l'inventaire des composés présents dans les boues d'épuration (i) sous forme libre (fraction organique soluble- FOS) et (ii) sous forme liée à la structure macromoléculaire (fraction organique insoluble- FOI). A cette fin, les outils analytiques respectivement utilisés sont la GC-MS d'une part, et la THM-GC-MS et Py-GC-AED d'autre part. Les résultats de l'analyse de la FOS et de la FOI fournissent une information équivalente dans la mesure où ils permettent de différencier les boues selon leur origine (agro-alimentaire, industrielle ou domestique). Une empreinte moléculaire spécifique à chaque type de boues a ainsi pu être définie. Par ailleurs, l'ensemble des boues domestiques est caractérisé par un fonds géochimique pétrolier, témoignant d'une pollution diffuse commune. Une variabilité autour de ce fonds géochimique a également pu être identifiée pour certaines boues domestiques, sans relation avec la taille de la station, ni le degré d'industrialisation de la région. Ces variations, essentiellement observées au niveau de la FOS, peuvent par contre être imputées à des pollutions ponctuelles ou accidentelles dans le système de collecte des eaux usées domestiques. Ce travail a pour but de fournir, à terme, des paramètres moléculaires d'aide au suivi et au contrôle des réseaux de collecte des eaux usées. Le deuxième volet de ce projet s'est intéressé à l'étude des effets de la biodégradation sur le contenu organique des boues. Afin de simuler les processus de dégradation, quatre échantillons ont été incubés à 24°C pendant 140 jours. L'analyse couplée de la FOS et de la FOI des échantillons biodégradés a permis de déterminer les grandes tendances de l'évolution du contenu organique au cours des expérimentations. Un schéma réactionnel global de biodégradation peut ainsi être proposé : l'altération de la structure macromoléculaire de la FOI libère des composés extractibles, dégradés eux-mêmes en composés de plus bas poids moléculaire ou minéralisés. Par ailleurs, cette étude a permis de déterminer des indices de biodégradation ainsi que des marqueurs organiques résistants à cette biodégradation.

Un essai en serre a été effectué pour évaluer l’effet de sédiments provenant d’étangs épurateurs et régulateurs de l’eau, en l’absence et en présence d’une fumure minérale (N-P-K), sur la croissance, la production de biomasse aérienne sèche (BAS) et la teneur en certains éléments traces métalliques (ÉTM) de l’avoine (Avena sativa L.) cultivée dans un substrat minéral peu fertile. En général, le rendement en BAS a augmenté avec les doses croissantes de sédiments et d’engrais. Bien que le sédiment contenait des éléments nutritifs, sa valeur fertilisante était très faible. Les hauts rendements ont été obtenus avec la combinaison d’engrais minéraux et de sédiments. Les concentrations des ÉTM dans la BAS n’ont pas causées de problèmes de phytotoxicité et étaient en deçà des normes établies. Les prélèvements aériens d’ÉTM les plus élevés ont été obtenus dans le cas des échantillons de sol ayant produit les rendements aériens les plus élevés. / A greenhouse trial was conducted to evaluate the effect of sediments from scrubber and water ponds, in combination with inorganic fertilizers (NPK), on the growth, shoot biomass (SB) production and trace metal element (TME) concentration in SB of oat (Avena sativa L.) grown in a low fertile mineral substrate. In general, the shoot length and SB yield of the plant increased with increasing rates of sediment and inorganic fertilizer. Although the sediment contained nutrients, its fertilizer value was very low. The high SB yields were obtained with the combination of inorganic fertilizers and sediment. The concentrations of TME in SB were below typical phytotoxic levels. The uptake of the highest TME was obtained in the case of substrates that produced the highest yields of SB.

La pollution des eaux dans les réseaux unitaires et sanitaires peut être affectée par le changement du comportement hydraulique dans ces derniers. Les Matières en Suspension (MeS) sont considérées comme un indicateur majeur de cette pollution. C’est dans ce contexte que cette étude s’inscrit. Son objectif principal consiste à caractériser le comportement des polluants particulaires dans les réseaux d’assainissement sous différentes conditions hydrauliques. Afin d’atteindre les objectifs de la recherche, des tests de MeS, MVeS (Matières Volatiles en suspension) et ViCAs (Vitesse de Chute en Assainissement) ont été effectués sur des eaux unitaires et sanitaires de la Ville de Québec. De plus, une base de données a été fournie par la Ville de Québec qui a permis d’étudier le comportement hydraulique. Les résultats obtenus en termes de comportement hydraulique en temps de pluie confirment que le débit varie avec les caractéristiques des évènements pluvieux dans le réseau unitaire. Également, une augmentation importante de débit a été observée en réseau sanitaire vieillissant à la suite de pluies. En termes de qualité de l’eau, l’évolution de la concentration en MeS et MVeS est similaire à l’évolution du débit en temps sec. En temps de pluie, des profils décroissants de MeS sont obtenus pour quelques évènements où la concentration la plus forte peut être associée au premier flot. Les variations en termes d’hydraulique du système ont affecté les vitesses de chute des particules observées. En effet, ces vitesses augmentent avec le débit (la vitesse d’écoulement). D’autre part, l’augmentation de la fraction organique des particules coïncide avec une diminution de leurs vitesses de chute. En conclusion, cette étude a permis une meilleure compréhension des processus affectant le comportement des particules dans les réseaux d’assainissement ce qui contribuera à l’amélioration et la prévision de la qualité de l’eau. / Water pollution in combined and sanitary sewers can be affected by changes in hydraulic behaviour in sewer systems. The Total Suspended Solids (TSS) are considered a major indicator of this type of pollution. It is in this context that this study fits. Its main objective is to characterize the behaviour of particulate pollutants in sewer systems under different hydraulic conditions. In order to achieve the research objectives, analyses of TSS, VSS (Volatile Suspended Solids) and ViCAs (Settling velocity in sewage) were performed with combined and sanitary water samples from Québec City. In addition, a database was provided by the city to study the hydraulic behaviour. The results obtained in terms of the hydraulic behaviour in wet weather show that the variation of the flow rate depends on the characteristics of the rain in the combined sewer system. Also, an important increase in flow in the old sanitary sewer was observed in wet weather. In terms of water quality, the evolution of the concentration of TSS and VSS in dry weather follows the evolution of the flow. In wet weather, decreasing TSS profiles are obtained for some events where high concentrations can be associated to first flush. These variations of the system hydraulics and concentrations of TSS and VSS also affected the particle settling velocity distribution measured with the ViCAs protocol. In fact, the settling velocity increases with the flow (flow velocity). On the other hand, an increase in the organic fraction coincides with a decrease in the settling velocity. In conclusion, this study has provided a better understanding of the processes affecting the behaviour of particles in sewer systems, which will contribute to the improvement and the prediction of water quality.

Le travail mené dans cette thèse concerne la maîtrise des décanteurs centrifuges. L'instrumentation étant limitante, nous proposons, sur la base de l'analyse des modes de pilotage de l'opération la définition de l'instrumentation et la réalisation et la validation des capteurs nécessaires. La recherche a été effectuée en trois volets distincts. • L'analyse bibliographique a permis de caractériser les différents mécanismes qui permettent la déshydratation mécanique des boues urbaines par les centrifugeuses. Les boues présentent une grande variabilité et leur caractérisation n'est pas toujours facile. Il ressort de cette étude que l'empirisme l'emporte sur les travaux de compréhension du procédé : aucun modèle de génie des procédés ne donne entière satisfaction. Une nouvelle approche d'étude est indispensable. • L'analyse du pilotage des centrifugeuses est ensuite proposée. Cette analyse, effectuée par entretiens avec des experts, amène une réponse à la question « Que mesurer ? ». Ainsi, nous avons déterminé le nombre minimal et la nature des paramètres à connaître pour piloter la machine. La synthèse de la connaissance des experts a permis de fournir et valider un outil simple d'aide à la décision. Afin de pouvoir implanter ce module en ligne pour le pilotage automatique, nous avons étudié l'instrumentation possible du procédé. • Plusieurs instruments présents sur le marché ont été testés pour déterminer leurs caractéristiques métrologiques. Ces capteurs servent à déterminer la concentration du centrat et la siccité des boues déshydratées. Plus spécifiquement, un capteur de mesure de la concentration des matières en suspension du centrat, reposant sur l'analyse des données spectrophotométriques, a été développé. Ce capteur présente l'avantage, par la mise en œuvre que nous avons réalisé, d'être sans contact avec le produit. Ceci évite les problèmes de colmatage, fréquents dans les stations d'épuration. Le signal de mesure est traité de plusieurs manières et des corrélations sont obtenues. Une validation sur site industriel est discutée.

Les stations d'épuration des eaux usées, connues habituellement sous le nom de STEP, produisent des boues biologiques en tant que sous-produits issus du traitement biologique. Ces boues constituent des déchets qu'il faut soit valoriser soit mettre en décharge. Aussi il y a eu Heu de développer de nouvelles filières de valorisation de ce type de déchets (boues) et cela à travers deux solutions : le séchage thermique et la méthanisation qui s'inscrivent de manière unitaire ou complémentaire dans une filière d'oxydation thermique ou de valorisation agricole. Les deux processus permettent d'atteindre deux objectifs : la réduction du volume et du pouvoir fermente s cible et offrent également un potentiel énergétique intéressant. C'est l'étude de ces deux alternatives qui constituent l'objectif de ce travail de recherche, à travers la mise en oeuvre d'un outil d'aide à la conception et aux diagnostics Multi -systèmes Multi - modèles. Le développement de l'outil s'appuie sur deux volets. Le premier volet est à caractère expérimental à travers la mise en oeuvre de dispositifs pilotes associés au séchage et à la méthanisation et le second est à caractère théorique reposant sur la modélisation des processus