Les dessableurs font partie du prétraitement de la plupart des stations de récupération des ressources de l'eau (StaRRE). Ces unités de dessablage servent à protéger les équipements et les procédés aval ainsi qu'à maintenir la performance des traitements primaire et secondaire. Même si ces unités jouent un rôle crucial, un manque criant au niveau des connaissances sur les caractéristiques des particules de grit sur leur comportement et sur la modélisation des dessableurs est observé. Ce manque implique une définition incorrecte des particules de grit, l'inexistence d'un protocole standard d'échantillonnage et de caractérisation des particules autour d'un dessableur, et l'utilisation de modèles simples basés sur un % d'enlèvement constant. Le premier objectif de la thèse est de développer une méthode de caractérisation de la vitesse de chute des particules, variable clé du processus de sédimentation. Cet objectif peut être divisé en plusieurs sous-objectifs. Un premier sous objectif est de concevoir un protocole d'échantillonnage spécifique pour les sites expérimentaux échantillonnés. Un deuxième sous objectif est de comparer les méthodes actuellement utilisées pour caractériser les particules de grit de proposer une méthode de caractérisation pour les particules mentionnées autour des unités de dessablage. Le deuxième objectif de la thèse est de développer un modèle dynamique basé sur la distribution de vitesse de chute des particules (DVCP). Le modèle est appliqué à deux différents cas d'études avec différentes conceptions de dessableur (vortex et aéré) et de capacités de traitement. Dans les deux cas, le modèle est calibré et validé avec succès. Il s'agit d'un modèle puissant permettant de prédire la concentration des solides à la sortie des dessableurs et la quantité de solides enlevés (particules de grit ) en fonction de la dynamique des solides et du débit à l'entrée du dessableur. Les résultats obtenus dans le cadre de ce doctorat ont permis de présenter une nouvelle approche expérimentale pour la caractérisation des particules de grit ainsi que, pour la première fois, un modèle dynamique des unités de dessablage basé sur la DVCP. Les deux nouveaux outils ont été testés avec succès. / Grit chambers can be found at the headworks of most water resource recovery facilities (WRRFs) to protect equipment and the processes downstream and maintain the performance of primary and secondary treatments. Even though they play a crucial role, there is a lack of knowledge on grit characteristics and grit chamber behaviour and modelling. This leads to an improper grit de nition, a non-existing standard protocol of sampling and characterization, a non-existing standard protocol to evaluate the performance of the system and only simple models based on a static %-removal. Given the fact that particle settling is the governing process of grit particle removal, that a vast diversity of sampling and characterization methods is existing, and modelling has been limited to very simple static %-removal based equations, two main objectives in the context of this study are pursued. The rst objective aims for a characterization method taking into account the key parameter of the settling process, i.e. particle settling velocity. It is divided in multiple subobjectives. First, the establishment of a site-speci c sampling protocol to obtain representative samples from the water around the studied grit chambers. Then, the currently used methods to characterize grit particles and wastewater are compared and adapted prior to the proposal of a characterization method. The second objective of this study is to present a new dynamic model based on particle settling velocity distributions (PSVD). The model is tested on two di erent case studies with di erent grit chamber designs (vortex and aerated) and treatment capacities. In both cases, the model was successfully calibrated and validated showing a powerful model to predict the solids concentration at the outlet and solids removal at the under ow (i.e. grit particles) of a grit chamber depending on the inlet dynamics. Summarizing, the results of this PhD study are a new experimental characterization and, for the rst time, a dynamic model, based on PSVD. Both new tools have been successfully tested at full-scale.

Les situations d’urgence dans les pays en voie de développement amènent les populations locales à vivre sans accès à de l’eau propre à la consommation. Afin de répondre à de telles situations, un projet de développement d’un décanteur lamellaire transportable a débuté avec, comme objectif, d’obtenir un système permettant d’abaisser la turbidité d’une grande variété d’eaux brutes, pouvant être rencontrées sur le terrain, à un niveau de 5 UTN ou moins. À la suite des deux premières phases du projet (2011 et 2013), un travail de maîtrise ayant pour objectif d’améliorer la performance du système a été effectué et fait l’objet du présent mémoire. Ce travail inclut des essais en laboratoires à l'université Laval (Canada) ainsi que la construction de la version finale du système à Pune (Inde). Globalement, l’ajout d’un déversoir longitudinal et d’une plaque de déflection trouée au-dessus des lamelles du décanteur a permis d’améliorer la répartition du débit à travers ces lamelles. Également, un floculateur hydraulique à chicanes en configuration « autour de l’extrémité » a été construit et a permis d’atteindre l’objectif de traitement (5 UTN). / Emergencies in developing countries bring local population to live with a lack of safe drinking water. In order to answer these crisis, a transportable plate settler project was started and aimed at developing a system which would be able to reduce the turbidity of a great variety of raw water which can be found on the field during an emergency to 5 NTU or less. After the first two phases of the project (2011 and 2013), a master degree project was started with the aim of further improve the performance of the system and is the object of the present dissertation. This work includes laboratory tests at Laval University (Canada) and the construction of the final version of the system in Pune (India). In general, a lengthwise launder and a ported baffle were added above the settling plates allowed a better distribution of the flow though those plates. Also, a baffle hydraulic floculator in an "around-the-end" configuration was built and has allowed to achieve the performance objective (5 NTU).

Titre de l'écran-titre (visionné le 4 décembre 2023) / Chaque jour, 10 millions de Franciliens produisent de l'eau usée, qu'il faut récolter et traiter avant de la rejeter dans la Seine. Le Syndicat interdépartemental pour l'assainissement de l'agglomération parisienne (SIAAP) s'occupe de l'acheminement de l'eau jusqu'à ses 6 stations d'épuration, et de leur opération. Pour assurer le traitement en tout temps, certaines unités de traitement, telles que les décanteurs physico-chimiques lamellaires, nécessitent une injection continue de produits chimiques, ce qui entraîne une dépense significative dans les coûts d'opération des usines. L'intégration d'un outil mathématique permettant une meilleure gestion de l'injection des réactifs entraînerait une économie sur les coûts d'opération. Bernier (2014) a développé une première version du modèle SimDec, basé sur le modèle de Takács et al. (1991), pour la prédiction de la qualité de l'effluent du décanteur physico-chimique lamellaire en connaissant la qualité d'eau de l'affluent. Même si le modèle SimDec fonctionne bien, Bernier (2014) suggère quelques améliorations, telles que l'ajout d'une meilleure caractérisation des vitesses de chute des particules. Il suggère également la division en classe de particules, comme mentionné dans les travaux de Maruéjouls et al. (2015). L'objectif principal de ce mémoire est d'étudier l'influence de la dose de coagulant sur la vitesse de décantation et la distribution des tailles de particules. Les vitesses de chute ont été estimées à l'aide d'essais ViCAs (Vitesse de Chute en Assainissement), développés par Chebbo et Gromaire (2009), lesquels permettent de connaître le pourcentage de particules décantées après une période de temps. Le coagulant utilisé, l'Alufer, est un mélange de deux coagulants commerciaux, AlCl₃ et FeCl₃, avec des fractions volumiques respectives de 60% et 40%. Le comportement étudié des courbes de distribution de vitesses de chute se rapproche des résultats de Tik (2020). Une optimisation de la concentration injectée pour maximiser la décantation est possible pour des valeurs de coagulant entre 5 mg/L et 20 mg/L et de polymère de 0,2 à 0,8 mg/L / Every day, 10 million people in the Parisian area produce wastewater, which must be collected and treated before being discharged into the Seine River. The Syndicat interdépartemental pour l'assainissement de l'agglomération parisienne (SIAAP) is responsible for transporting the water to its six treatment plants and for its treatment. To ensure treatment at all times, some treatment units, such as lamellar physical-chemical decanters, require continuous injection of chemicals, which results in a significant expense in the plants' operating costs. Incorporating a mathematical tool to better manage reagent injection would result in a savings in operating costs. Bernier (2014) developed an initial version of the SimDec model, based on the Takács et al. (1991) model, for predicting the effluent quality of the lamellar physical-chemical settler with knowledge of the influent water quality. Although the SimDec model works well, Bernier (2014) suggests some improvements, such as adding better characterization of particle fall velocities and suggests the division into particle classes, as mentioned in the work of Maruéjouls et al. (2015). The main objective of this study is to investigate the influence of coagulant dose on settling velocity and particle size distribution. Settling velocities were estimated using ViCAs (Vitesse de Chute en Assainissement, in French) tests, developed by Chebbo and Gromaire (2009), which provide the percentage of particles settled after a period of time. The coagulant used, Alufer, is a mixture of two commercial coagulants, AlCl₃ and FeCl₃, with respective volume fractions of 60% and 40%. The studied behavior of the settling velocity distribution curves is close to the results of Tik (2020). Optimization of the injected concentration to maximize settling is possible for coagulant values between 5 mg/L and 20 mg/L and polymer values between 0.2 and 0.8 mg/L.

Pour différentes raisons dont l'amélioration de la santé publique et un souci économique, il est important d'optimiser le fonctionnement des usines de production d'eau potable. Les présents travaux avaient pour objectif l'optimisation d'un système de coagulation, floculation et décantation à flocs lestés qui constitue la première étape de nombreux systèmes conventionnels de traitement d'eau actuels. Le premier sous-objectif de ce projet a porté sur le test d'un outil expérimental, le jartest, réalisé avec du microsable. Cette étude a été réalisée à l'usine de traitement d'eau (UTE) de Québec secteur centre. Le second objectif a visé le suivi ainsi que le développement d'outils d'analyse de données et de performance de deux (2) systèmes réels de décantation à flocs lestés. Dans la première partie de l'étude, les résultats obtenus montrent que les absorbances UV (Abs. UV) des eaux décantées (ED) mesurées en jartests représentent bien les performances en usine mais que cela n'est pas le cas en termes de turbidite. Ces résultats montrent aussi que la reproductibilité des jartests est bonne en termes d'Abs. UV mais qu'elle est mauvaise en termes de turbidite. L'intérêt pratique de tels jartests est donc pour l'instant limité. La seconde étude a été un suivi des systèmes de décantation des UTE de Québec secteur centre et de Charny pendant environ un an. L'analyse des données collectées révèle que l'abattement de la turbidite à l'ED dépend de la turbidite à l'eau brute (EB). qui varie très significativement pendant l'année. Le suivi des comptes de bactéries sporulantes aérobies (BSA) montre que la décantation à flocs lestés permet un abattement des BSA d'environ 1 log, ce qui indique un enlèvement significatif des parasites dans cette première étape de traitement. D'autre part, une modélisation par réseaux neuronaux qui permet une prédiction du dosage d'alun et de chaux a été réalisée. Cet outil pourrait, dans le futur, assister les opérateurs dans les ajustements de dosages de produits chimiques. Une approche pour mesurer la robustesse d'un système de traitement d'eau est également proposée. Cette approche est basée sur un indicateur de performance existant qui est mis en relation avec un nouvel indicateur qui caractérise la variabilité de la qualité de l'affluent. Ce dernier indicateur permet aussi de comparer différentes sources d'eau. Cette approche d'évaluation de la robustesse est appliquée et testée sur l'abattement de la turbidite dans les décanteurs à flocs lestés des deux UTE considérées dans la présente étude.