Les règlements plus stricts pour les rejets d'eaux usées présentent de nouveaux défis technologiques pour le traitement d'eaux usées urbaines et industrielles. Le besoin notamment d‘améliorer la qualité hygiénique de l'eau traitée se fait ressentir en cas de sites sensibles ou de réutilisation. Le bioréacteur à membranes (BRMs) représente une des approches les plus innovatrices pour éviter la présence d'agents pathogènes dans l‘eau en sortie de station. En utilisant des membranes avec un seuil de coupure dans la gamme 0.04~0.2 μm, les bactéries mais aussi les virus sont pratiquement complètement retenus. Si l'encrassement membranaire reste un problème déterminant pour le développement des BRMs, le manque d‘outils de caractérisation en ligne de la qualité et la quantité de biomasse active dans les réacteurs reste un point important pour favoriser le contrôle et l‘optimisation des BRMs. Dans cette étude une méthode originale a été développée pour évaluer la viabilité des boues activées présentes dans un réacteur biologique d‘épuration en complémentarité des informations données par la mesure d'activité respirométrique. Cette méthode permet la distinction entre cellule morte et vivante, la respirométrie pouvant alors distinguée la part active de la biomasse vivante. Le travail expérimental a été conduit dans deux réacteurs biologiques de type chenal d‘oxydation équipés de membranes immergées "airlift oxidation ditch membrane bioreactor" (AOXMBR). Les modules membranaires sont immergés dans un zone aérée où l‘apport d‘air permet à la fois la circulation d‘eau par air-lift, l‘aération du milieu et le nettoyage des membranes par aération. Les essais ont été conduits en mode fermé (batch reactor), alterné (fed batch reactor) et continu. La première partie de l‘étude concerne la caractérisation hydrodynamique du réacteur déterminante en terme de conformité du système pour la circulation des fluides, l‘intensité des transferts et des réactions d‘épuration. Les résultats mettent en avant le rôle de la géométrie de l‘airlift sur la circulation des fluides mais aussi la rétention gazeuse déterminante en terme de transfert d‘oxygène et capacité de nettoyage des membranes. La viabilité et l'activité respirométrique de boues activée ont alors été étudiées sous différentes conditions opératoires. Les résultats ont montré une évolution semblable des deux paramètres en fonction des conditions imposées. Ceci confirme l‘intérêt de la mesure de viabilité qui peut être conduite en ligne sur le système, à la différence de la mesure par respirométrie qui nécessite une procédure spécifique plus ou moins complexe. Toutefois, les essais ont montré aussi qu‘une concentration en biomasse importante était nécessaire dans le bioréacteur pour que la viabilité soit mesurable. Les résultats ont aussi montré que la viabilité et l'activité augmentent avec la charge organique (Cv). Cette variation était conforme à l'augmentation des matières volatiles en suspension MVS et de la vitesse de consommation d‘oxygène OUR. Lors de diminution de charge organique, la concentration de protéine dans le milieu a changé inversement avec la viabilité de la biomasse. De possibles améliorations de l'instrument de mesure en ligne de la viabilité et de l'activité de boues activées dans les bioréacteurs sont également discutées. Les performances épuratives mesurées ont confirmé la grande capacité épuratoire d‘un BRM, toutefois, travailler à très forte charge engendre une dynamique de colmatage intense qu‘il faut maîtriser. / In this study a novel method was developed to assess the viability of activated sludge present in a biological treatment process and signify its complementarity from respirometric activity. This method allows the distinction between viable vs. dead and inactive vs. active microbial cells in biomass population and can be used for a better and more efficient control of the biological activity especially in MBR systems.For this purposed two airlift oxidation ditch membrane bioreactors (AOXMBR), were designed and constructed. They were equipped with flat sheet, membranes directly immersed in the airlift section where the air injection induced sludge aeration, water circulation and continuous membrane cleaning.To evaluate the relevance of the batch, fed-batch and AOXMBR) were carried out in order to obtain a better understanding of biomass characteristic for MBR performance.Firstly, for determining the treatment capacity of the proposed AOXMBR is important to understanding of the hydrodynamic characteristics of the system. And impact of design parameter on hydrodynamic characterization of the system was investigated. The results showed the gas holdup and liquid velocity increased with increase in superficial gas velocity and decrease in distance from aeration zone. Furthermore, gas holdup and liquid velocity in downcomer section did not show any significant variations with change in the top to bottom clearance ratio. The riser gas holdup data was related to the superficial gas velocity and the top to bottom clearance ratio data. Also, the downcomer gas holdup was related to superficial gas velocity and distance from airlift section.Secondly, viability and respirometric activity of activated sludge under different activated sludge conditions (batch, fed-batch) at high cell density as the model of membrane bioreactors were investigated. The results showed the same downward trend for both these parameters (viability and respirometric activity) which was due to quantitative and qualitative changes in the microbial culture in the activated sludge. Based on different fed of substrate for each experimental run (batch, fed-batch), operational variables showed significant influence in viability and activity of activated sludge. Also, the effect of changing physicochemical condition.on viability and respirometric activity was investigated. The results showed that respirometric activity was affected more strongly by temperature than viability.Thirdly, biological performance of AOXMBR was carried out.Finally, base on data obtained in the last experiment, in this part the capacitance sensor used as the on-line monitoring of viability of activated sludge in AOXMBR. Results showed that viability and activity were increased with organic loading rate (OLR) increasing until 5 kg COD m-3 d-1. This variation was in accordance with increasing of MLSS, MLVSS and OUR. The results also showed that the viability of biomass decreased when reducing the organic loading rate from 5 to 4 kg COD m-3 d-1. Also, protein concentration in system changed inversely with activated sludge viability.The possible reasons are discussed for future improvements online instrument for measuring viability and activity of activated sludge in biological wastewater. Summary of the principal results and novelty of this thesis obtained in this study: The porposed system would reward improved efficiency across the oxidation ditch, airlift and membrane bioreactor. The AXOMBR is a suitable system for operating at high organic laoding rate. However, the suddenly reduction of OLR affects on viability of activated sludge. The specific characterization of the system is capable of working at three different zone: aerobic, anoxic and anaerobic zone. Also, the time of operating at each zone can be changed with superficial gas velocity top to bottom clearance.

The thesis consists of two basic parts. The first research part creates an introduction to the root zone wastewater treatment plants. It contains mainly causes of filter environment colmation and its theoretical solution methods, which are further solved in the laboratory. The master’s thesis attempts to find a simple way, which would in future be possible to evaluate the rate of sedimentation of the sludge material, which causes filtration environment colmation. Results of developed methodology will be used in practice by washing colmated filtration material, respectively colmatant separation in sedimentation tank. The thesis focuses to verify the possibility flocculation and mineralization of sludge, which adheres to the surface of the filtration material. The solution lies in the observation of sedimentation rate (after previous dilution) using by the turbidimetric method, based on the beam-column passage through muddy water. The results show that it is not critical ambient temperature, but the time effect of natural mineralization in combination with moisture (dry matter concentration, the amount of water). The present thesis evaluates the possibilities and application method, leading to the natural regeneration of the filtration material exposed to natural climatic conditions.

Le surcoût de fonctionnement d'un BRM immergé a pour origine essentielle la dépense d'énergie liée à la maîtrise de la perméabilité membranaire par aération. La littérature montre les liens qui existent entre concentration en biomasse dans le réacteur et présence de produits microbiens solubles liés à l'activité bactérienne. Réduire la demande en énergie signifie réduire l'aération membrane, voire l'aération process liée aux besoins en oxygène des populations épuratrices. Pour ce faire, il est donc déterminant de réduire l'activité biologique au sein du réacteur sans pour autant dégrader la qualité de l'eau traitée. Pour répondre à ce défi, il a été proposé de développer un BRM en association avec un prétraitement physico-chimique dont le rôle est de retenir une grande part de la matière organique (mais aussi probablement les phosphates), le BRM n'a alors pour rôle que de traiter le résiduel de matière organique et d'éliminer les composés azotés peu retenus par précipitation physico-chimiques. Ainsi, la demande en oxygène sera réduite car il reste peu de DCO à dégrader et la croissance cellulaire limitée car les populations seraient essentiellement autotrophes. Ce travail de thèse a donc été centré sur les points suivants : (i) les performances d'un bioréacteur à membrane fonctionnant sous une charge essentiellement azotée, ces performances sont analysées en termes de réactions d'élimination des fractions polluantes et de filtrabilité des suspensions, (ii) suivi et modélisation des cinétiques de réactions, (iii) définition d'outils simples de dimensionnement. Des méthodologies expérimentales originales ont été mises en place, réacteur pilote et méthodes d'analyses spécifiques (suivi en ligne des composés azotés, méthodes respirométriques notamment). Les résultats obtenus ont permis d'évaluer (i) les capacités de nitrification en régime permanent, (ii) les grandeurs cinétiques propres aux populations autotrophes suivant le modèle ASM1 (XBA, YA, KSH, bA), (iii) la filtrabilité des suspensions sur membranes poreuses avec une contribution significative de la résistance hydraulique due à un biofilm qui se développe en surface de membrane (par rapport aux autres processus, notamment les phénomènes d'adsorption ou bouchage de pores). Ces résultats ont permis de définir des nouveaux outils simples d'extrapolation, notamment des grandeurs réactionnelles spécifiques propres aux espèces nitrifiantes comme le ratio rSNHmax/OURendaut exprimant un rapport de vitesse de nitrification par une grandeur proportionnelle à la concentration en biomasse nitrifiante. / Membrane bioréactor, coupling bioreactions and porous membrane separation in a same unit, allows working with high biomass concentrations what improves bioreaction rates but penalizes the separation step. This work had as objective to study the nitrifiers micro-organisms on the membrane fouling dynamic and on the nitrogen removal efficiency. According to precedent works of the laboratory and the analyses of references, the objective was axed on the modeling tools available for heterotrophe and autotrophe biomass caracterisation. Then, specific methodologies were carried out, lab scale pilots and analytical methods, notably for active biomass observations and identification. Theses tools underline the role of these dominant populations (i) the use of ASM to simulate the biomass performances in relation with working conditions and (ii) the respirometric methods to experimentally quantify the specific biomass activity. Then results clearly pointed out the role of the COD/N ratio on the biomass and MBR performances. Passing from the urban wastewater to synthetic substrate with a final COD/N ratio of 1.5, the proportion of autotrophic bacteria in active biomass increased from 16 to 72%. Specific criteria were defined to characterise the biomass activity as rnitrif/ OURAutoend or rDCO / OURHetend allowing universal parameters definition

L’apport de sédiments fins au cours d’eau est un phénomène naturel mais qui sous les effets de l’anthropisation peut devenir excessif et conduire à perturber le fonctionnement de l’hydrosystème. Cet apport excessif provoque le colmatage du lit des rivières et peut perturber les échanges hydriques, les processus biogéochimiques et les communautés d’invertébrés benthiques et hyporhéiques. D’un point de vue méthodologique, la mesure de la conductivité hydraulique dans le substrat permet d’obtenir une image du niveau de colmatage de la zone hyporhéique et le pompage Bou Rouch permet d’étudier qualitativement la faune hyporhéique. D’un point de vue biologique, les effets du colmatage sont un peu plus importants pour l’hyporhéos que pour le benthos notamment au niveau de la richesse taxonomique, des assemblages faunistiques et des traits biologiques / Fine sediment input to the streambeds is a natural phenomenon but in addition to the effects of human impacts may become excessive and lead to disruption of the functioning of the hydrosystem. This excessive intake causes the clogging of river beds and can disrupt water exchange, biogeochemical processes and benthic and hyporheic invertebrate communities. From a methodological point of view, measurement of hydraulic conductivity in the substratum provides a realistic picture of the clogging level of the hyporheic zone and the Bou Rouch pump a good sampling for a qualitative study of the hyporheic fauna. From a biological point of view, the clogging effects on the hyporheos are higher compared to the benthos regarding taxonomic richness, changes in faunal assemblages and biological traits

Dans un contexte global d'augmentation de la population, les réserves en eau des nappes phréatiques sont de plus en plus sollicitées. Pour pallier à cette exploitation, des systèmes d’infiltration artificiels ont été mis en place pour recharger les nappes avec de l’eau de surface. Néanmoins, ces systèmes subissent des pertes d’efficacité liées au colmatage du support d’infiltration par des processus physiques, chimiques ou biologiques. Face à ce phénomène, le travail de thèse a pour but de tester la faisabilité d’une technique d’ingénierie écologique par introduction d’un gastéropode, V. viviparus, pour limiter le colmatage de l’interface eau/sédiment de bassins d’infiltration utilisés pour recharger artificiellement l’aquifère sous-jacent au Rhône. Par des approches expérimentales, deux volets ont été abordés, (1) la dynamique des interactions biofilm/brouteur et les conséquences sur l’état physiologique du gastéropode et (2) la dynamique des interactions biofilm/gastéropode et les conséquences sur les propriétés hydrauliques et écologiques de l’interface eau/sédiment. Les résultats ont mis en évidence que (1) V. viviparus pouvait se maintenir dans les bassins d’infiltration aux différentes saisons, (2) V. viviparus pouvait limiter le colmatage biologique de l’interface eau/sédiment soit par ses actions trophiques (broutage), soit par des actions physiques (déplacement, pelletisation) et (3) V. viviparus n’a pas eu d’effet positif sur l’infiltration lorsque le colmatage était chimique. Pour conclure, V. viviparus apparait comme un bon candidat pour des solutions d’ingénierie écologique visant à restaurer des interfaces eau/sédiment, colmatées par un biofilm phototrophe. Ce travail ouvre des perspectives sur l’utilisation de solutions basées sur la nature à plus large échelle spatiale (e.g. pilote) et à des milieux naturels comme les zones humides / With the global increase of the population, groundwater reserves are increasingly exploited. To circumvent this problem, managed aquifer recharge systems using surface water are used worldwide. Nevertheless, the hydraulic performance of these systems is often altered by physical, chemical or biological clogging. This work aim to test the sustainability of ecological engineering solution based on the introduction of the gastropod, V. viviparus, to attenuate the clogging of the water/sediment interface of infiltration basins use for the recharge of the Rhône river aquifer. Two sections have been addressed with experimental approaches, (1) dynamic of biofilm/grazer interaction and its consequences on the physiological state of the gastropod and (2) dynamic of biofilm/grazer interaction and its consequences on the hydraulic and ecological properties of the water/sediment interface. Results show that (1) V. viviparus is able to survive in the infiltration basins at contrasted seasons, (2) V. viviparus can attenuate the biological clogging of the water/sediment interface, ether by trophic interaction (grazing) or physical actions (crawling activity, pelletization), and (3) V. viviparus has no positive effect on infiltration in case of chemical clogging. To conclude, V. viviparus appears to be a good candidate for ecological engineering solutions aiming to preserve and restore water/sediment interface impacted by biological clogging. This work provides useful information for the study of natured based solutions at larger scale (experimental pilot) and in natural ecosystems as wetlands

L'emploi de textiles comme additif à des ouvrages en terre est devenu un des procédés majeurs d'amélioration des sols. Ce rmémoire aborde ainsi le thème général de l'interaction d'un milieu fibreux et d'un milieu granulaire sous ses différents aspects géomécaniques. Une première partie est consacrée à la fonction hydraulique d'un géotextile et la seconde partie à la fonction de renforcement. 1 - Fonction hydraulique d'un géotextile : Une loi de perméabilité est proposée pour les milieux fibreux, prenant en compte les paramètres de structure, fibrométrie, porosité, liaisons inter-fibres et anisotropie. A partir des résultats obtenus sur deux fluides, on définit un nombre de Reynolds critique, en -dessous duquel on peut garantir la précision de la mesure. L'application de l'analyse morphométrique permet une formulation de la porométrie d'un textile non-tissé en fonction de la densité des fibres. A partir de là l'auteur propose une détermination théorique de l'ouverture maximale du géotextile (paramètre standard des critères de filtres) basée sur la probabilité de passage d'une particule au travers d'une épaisseur textile de porométrie définie et en déduit une interprétation des divers modes opératoires relatifs à cette mesure . En ce qui concerne le comportement en filtration, l'auteur fait apparaître les contradictions existant entre les différents critères actuellement proposés et une étude expérimentale est présentée, portant principalement sur ces cas de divergence : le mécanisme de rétention des particules par le filtre dépend essentiellement de l'uniformité du sol, de la contrainte de confinement et du gradient hydraulique . 2- Fonction de renforcement d'un géotextile : Les géotextiles constituent des armatures à faible rigidité en traction et à faible raideur en flexion . Le calcul à la rupture d'un sol renforcé devra donc prendre en compte les grandes déformations du complexe sol-textile. Une fois défini le comportement en traction et en ancrage d'une nappe textile, l'auteur présente le traitement complet d'un problème type : il s'agit du poinçonnement d'un bicouche sol pulvérulent sur sol mou, renforcé à l'interface, représentant le problème d'une chaussée sur sol compressible. L'étude comprend une partie expérimentale synthétisant les résultats d'essais de chargement quasi -statique ou cyclique effectués en grande cuve, et une partie théorique où il est proposé une estimation du gain de portance dû au géotextile à partir de la théorie des membranes et de la définition des lois d'interaction sol-textile. Le mécanisme proposé considère un double effet du renforcement, un effet membrane et un effet répartiteur.

Les revêtements de chaussée poreux possèdent des propriétés intéressantes du point de vue de la sécurité routière autant que de celui du bruit dans l'environnement. Cependant, leurs propriétés peuvent évoluer fortement au cours du temps, jusqu'à devenir équivalentes à celles des revêtements classiques, sous l'e ffet des conditions climatiques et du colmatage. L'objectif de ce travail de thèse est de mettre en place les outils nécessaires à l'évaluation in situ des paramètres liés à la microstructure du revêtement poreux par une méthode acoustique non destructive. Ainsi, les méthodes de mesure in situ de l'impédance de surface et du coef ficient d'absorption sont étudiées. Trois de ces méthodes sont comparées successivement sur une mousse polymère, puis sur un Béton Bitumineux Drainant. Par ailleurs, les phénomènes de propagation et de dissipation dans ce type de milieu poreux sont décrits, menant aux modèles qui relient propriétés acoustiques (impédance de surface et coeffi cient d'absorption notamment) aux paramètres intrinsèques du matériau ; parmi ceux-ci, un modèle respectant la physique du problème et nécessitant peu de paramètres est choisi pour la suite des applications. Une analyse de la sensibilité de ce modèle aux paramètres conduit au développement d'une démarche d'inversion guidée du modèle. Elle permet, à partir des grandeurs mesurables in situ, d'estimer les paramètres un par un sur des gammes de fréquences adaptées à leur in fluence. Cette démarche est validée sur des carottes de revêtement poreux et présente des résultats satisfaisants sur les mesures réalisées in situ. En fin, les outils développés sont appliqués à la problématique du colmatage. Le protocole expérimental permet de mettre en lumière l'eff et du colmatage sur les grandeurs acoustiques et sur les paramètres liés à la microstructure du matériau.

Dans la société moderne, l'aménagement du territoire peut augmenter la quantité d'eaux de ruissellement et sa charge de polluants associé. Plusieurs auteurs ont étudié des eaux de ruissellement transportant de la pollution dissoute, colloïdale et des composants solides de la ville. Un milieu poreux, tels que le sol, les roches, éponges, etc , est un matériau contenant un grand nombre de vides (pores) situées au hasard, de taille supérieure à l'échelle interatomiques. Les phénomènes de transport à l'interface entre un écoulement fluide et un milieu poreux font l'objet de recherches importantes à la fois pour comprendre les phénomènes d'infiltration dans le milieu poreux et aussi en raison de leur large champ d'application, par exemple en hydrologie urbaine, la pollution et dépollution des sols, le traitement de l'eau, etc. Comme dans l'hydrologie naturelle, l'hydrologie urbaine étudie l'érosion et les phénomènes de colmatage de la route qui causent beaucoup de pertes économiques et même menacent la vie des gens. Une meilleure compréhension des détails du flux de sédiments près de la surface de la route (milieu poreux) aidera à améliorer la conception des routes et à fournir des solutions optimisées. L'écoulement sur un milieu poreux combine une partie dessus et une partie à travers le milieu poreux. En raison de l'interaction entre l'écoulement de surface et d'infiltration à l'intérieur de la région poreuse, cette interaction affecte à la fois la le flux liquide et le flux de sédiments. L'effet de l'interaction entre le flux d'infiltration et l'écoulement de surface a été étudiée par plusieurs précurseurs qui ont développé soit un modèle microscopique soit un modèle macroscopique permettant une simulation numérique de l'écoulement turbulent dans la région poreuse. La plupart des études sur les flux en milieu poreux utilise des modèles macroscopiques en une ou deux dimensions (2D) lit poreux. Cependant en utilisant ces modèles il n'est pas possible d'avoir un aperçu détaillé de la structure de l'écoulement au voisinage de l'interface avec le milieu poreux. Ces dernières années, en raison du développement de la capacité de calcul, des simulation de mécanique des fluides numérique (CFD) complexe peuvent être effectuée. De plus, la méthode des éléments discrets (DEM), développé par Cundall et Strack, a été beaucoup utilisée pour étudier le comportement des solides granulaires soumis à une variété de conditions de chargement dans le but de comprendre et de prédire les résultats macroscopiques. Dans cette étude, les caractéristiques d'un écoulement à surface libre de faible profondeur, sur un lit poreux ainsi que le transport des sédiments induit sont étudiés tant numériquement que expérimentalement.

Lors de l'extraction de l'uranium par lixiviation acide, AREVA fait face à des phénomènes transitoires de précipitation de phases mal cristallisées entrainant un colmatage des installations. Les analyses de ces précipités ont mis en évidence la formation d'un solide jaune minoritaire et d'un blanc majoritaire composé de sulfate de calcium et d'hydroxysulfate d'aluminium. Afin de comprendre les phénomènes menant à la précipitation et pour prévoir, éviter ou limiter leur apparition, les travaux de thèse ont consisté en l'étude expérimentale des équilibres solides-liquide du système complexe Al–Fe–K–P–S–H2O (± Ca et Mg) en milieu acide à 25°C, avec pour objectif l'identification des solides susceptibles d'apparaître en conditions industrielles. Les résultats permettront ainsi de compléter les bases de données thermodynamiques utilisées pour modéliser le comportement global du milieu lors des opérations. Après la mise au point de techniques analytiques appropriées, le travail s'est porté sur la délimitation des équilibres liquide-solides du système relatif au précipité blanc et particulièrement sur l'analyse des ternaires impliquant les hydroxysulfates d'aluminium. Le colmatage se produisant durant la phase d'acidification, l'évolution de la précipitation de ces hydroxysulfates en fonction du pH a été étudiée, afin de caractériser les solides formés en présence de cations minoritaires (Na+, K+, Mg2+, Ca2+) et de définir leurs constantes de solubilités à partir d'un modèle de calcul des coefficients d'activités des ions en solution. Des tests dynamiques sur colonne à partir de minerai naturel ont également été effectués et comparés aux résultats statiques / During the uranium extraction by acid leaching, AREVA observed the precipitation of not well crystallized solid phases, leading to the clogging of various equipment. The analyses of these precipitates highlighted the formation of a minor yellow precipitate and a major white precipitate containing calcium sulphate and aluminium hydroxisulphate. To understand the phenomena leading to the precipitation and to predict, prevent or at least limit their formation, this thesis work consisted of the solid-liquid equilibria experimental study of the Al–Fe–K–P–S–H2O (± Ca and Mg) system in an acidic environment at 25°C, with the identification of solid phases which may appear in natural ore as the major goal. The results could complete the thermodynamic database used to model global behaviour of the environment during acid mining. Based on the observed precipitates, two quaternary systems were defined, such as the H2O-Al3+, Ca2+ // O2-, SO42- system. After the development of appropriate analytical techniques, the work focused on the delimitation of the liquid-solid equilibria of the system based on the white precipitate and particularly on the analysis of the ternaries involving aluminium hydroxisulphates. As clogging occurs during acidification, the hydroxisulphate precipitation depending on the pH was studied in the presence of minority cations (Na+, K+, Mg2+, Ca2+), in order to characterise the solid phases which were formed, and to define their solubility constants. For the solubility constant determination, a calculation model of the ion activity coefficients in solution was used. A dynamic survey on a column containing natural ore was done and compared to static results

Les protéines extraites des feuilles de luzerne sont une source importante de protéines. La filtration membranaire, technologie de séparation respectueuse de l’environnement avec une productivité élevée et de faible coût a été utilisée pour séparer et concentrer les protéines des feuilles de luzerne à partir de leur jus. Cependant le phénomène du colmatage de la membrane qui réduit sérieusement le flux et la séparation des protéines est un facteur limitant important dans l'application de la filtration membranaire. Pour améliorer la récupération des protéines et amenuiser le phénomène du colmatage, la filtration membranaire associée à fort cisaillement a été utilisée pour la filtration du jus de luzerne. Toujours dans l’objectif d'optimiser le processus de la filtration, "le mode de la filtration" et "les paramètres de fonctionnement" ont été étudiés pour réduire le colmatage de la membrane et améliorer le rendement de la filtration. Puis, l’effluent du jus de luzerne a été filtré par des membranes dans des conditions de fort cisaillement afin de recycler les protéines. En outre, le mécanisme du colmatage a été étudié et a permis d’évaluer les stratégies de contrôle du colmatage. L'optimisation du procédé membranaire, via l’étude du "mode de filtration" et des "paramètres de fonctionnement" a été conduit dans le but d’améliorer la séparation et la concentration des protéines et de réduire le colmatage. Trois types de « mode de filtration » ont été testés : la filtration frontale sur le module de la cellule amicon (DA), la filtration tangentielle dynamique sur le module à disque rotatif (CRDM) et la filtration frontale sur le module à disque rotatif (DRDM)). Les « paramètres de fonctionnement » qui ont été étudiés sont les suivants : le type de membranes (ultrafiltration (UF) et microfiltration (MF)), la vitesse de rotation, la température et la pression transmembranaire (TMP). Le comportement du débit (évolution du flux du perméat au cours de la filtration), les performances de la séparation (taux de clarification et de concentration), l’efficacité du nettoyage de la membrane (récupération de la perméabilité membranaire) et la productivité lors des tests de recyclage et de concentration ont été étudiés dans le but de définir des stratégies dans le contrôle du colmatage. Puis, l’effluent de luzerne a été filtré par UF afin de séparer et purifier les protéines. Le mécanisme du phénomène du colmatage des membranes lors de la filtration du jus de luzerne a été étudié. Le processus du colmatage de la membrane a montré une tendance d’un colmatage multi-site progressif. Le modèle du colmatage multisite progressif selon la loi de Darcy (SMDM) a été proposé afin de mieux décrire et comprendre le processus du colmatage. Les effets de la composition du fluide d’alimentation, du choix de la membrane et des conditions hydraulique ont joué un rôle important dans le processus progressif du colmatage. De plus, les coefficients de résistance et de compressibilité dans les différentes étapes et sites ont été calculés afin d’expliquer le processus complexe du colmatage et d’évaluer l'efficacité des stratégies du contrôle du colmatage. Une série d'essais avec de longues durées de filtration a été réalisée pour étudier le déclin du flux et le colmatage de la membrane à diverses étapes du processus. Ces résultats présentent une utilité pour améliorer la récupération des protéines et contrôler le colmatage dans le processus de la filtration membranaire à fort cisaillement du jus de luzerne. Ces résultats sont aussi utiles pour la conception et la mise en place des technologies membranaires dans les processus industriels. / Alfalfa leaf proteins extracted from plants are an important protein source. As an environmentally friendly separation technology with high productivity and low cost, membrane filtration was used to separate and concentrate leaf protein from alfalfa juice. However membrane fouling seriously reduces flux and protein separation and is an important limitation in the application of membrane filtration. To improve protein recovery and fouling control, dynamic shear-enhanced membrane filtration with high shear rate on membrane surface and excellent anti-fouling capacity was used for alfalfa juice filtration in this work. In order to optimize filtration process, filtration mode and operation parameters were investigated to reduce membrane fouling and improve separation performance. Then, alfalfa wastewater was also treated by dynamic shear-enhanced membrane filtration to recycle proteins. Furthermore, the fouling mechanism was studied and served as a valuable evaluation for fouling strategies. In this study, process optimization including “Filtration mode” and “Operation parameters” was studied to improve protein recovery and fouling control. In “Filtration mode”, three types of filtration modules (dead end filtration using laboratory Amicon cell (DA), dynamic cross filtration using rotating disk module (CRDM) and dead end filtration using rotating disk module (DRDM)) were used to investigate the filtration performance. As for “Operation parameters”, the operation parameters including membranes (ultrafiltration (UF) and microfiltration (MF)), rotating speed, temperature and transmembrane pressure (TMP) were studied to optimize the filtration process. Flux behavior (permeate flux and flux decline), separation performance (clarification and concentration capacity), membrane cleaning efficiency (permeability recovery) and productivity in full recycling tests and concentration tests were utilized to evaluate the various operation strategies. In addition, alfalfa wastewater was treated by UF membrane, while waste proteins were recycled. Fouling mechanism for alfalfa juice filtration was investigated. The fouling process showed significantly stepwise multisite patterns. Based on Darcy’s law, the stepwise multisite Darcy’s law model (SMDM) was proposed to better describe and understand the fouling process. The effects of feed composition, membrane and hydraulic conditions played an important role in stepwise fouling process. Moreover, the resistance coefficient and compressibility for different steps and sites were calculated to explain the complex fouling process and estimate the efficiency of flux decline control strategies. Besides, a series of long tests were utilized to study flux decline and membrane fouling at various fouling step process. These results can be used to understand the protein recovery and fouling control during shear-enhanced membrane filtration process of alfalfa juice. They have important implications for process design of membrane technology in industrial scale.