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.

Dans une chaîne de traitement des eaux usées, les unités de dessablage permettent d’éliminer les particules nuisibles aux procédés localisés en aval. Malgré leur importance, les unités de dessablage ont peu été étudiées. Les méthodes de caractérisation des particules de l’affluent et l’effluent de l’unité de dessablage sont non-standardisées, rendant difficile l’évaluation des performances de celles-ci. L’objectif de ce mémoire est donc de développer un protocole de caractérisation de la décantabilité des particules d’un affluent et d’un effluent d’unités de dessablage et d’établir un protocole d’évaluation de la performance d’un dessableur. Afin de développer un protocole de caractérisation de la décantabilité, les principaux paramètres étudiés en laboratoire sont la taille, la vitesse de chute et la densité des particules. Cinq protocoles de caractérisation de la taille des particules ont été comparés. La caractérisation de la vitesse de chute a été réalisée à l’aide du protocole ViCAs et du système d’élutriation. Le protocole de caractérisation des particules de « grit » retenues consiste à laver les particules humides, les sécher à 105°C et les tamiser. Ce protocole est répétable et représentatif. Il a été observé que les particules sont composées généralement d’un mélange hétérogène de matière inorganique et organique de différentes dimensions. Toutefois, lors des évènements pluvieux, les distributions granulométriques sont plus fines et inorganiques comparativement au temps sec. On note aussi que la densité est plus grande pour les fractions plus petites que 600 microns (ρ=2,50) comparativement aux fractions plus grossières (ρ=1,40). Seul le système d’élutriation a permis de caractériser de grandes vitesses de chute (> 100 m/h) et peut être utilisé pour l’évaluation de la performance d’un dessableur. Pour être applicable, le protocole ViCAs doit être modifié en utilisant une colonne plus haute. / In wastewater treatment plant, grit chambers eliminate particles that will negatively affect processes downstream. Despite their importance, grit chambers are little studied. The characterization methods of the grit chamber’s influent and effluent are not standardized, making it difficult to compare and evaluate the performances reported. The objective of this master thesis was therefore to develop a protocol to characterize the settling properties of particles in an influent and effluent of a grit chamber unit and to establish a protocol to evaluate the grit chamber’s performance. In order to develop a settling characterization protocol, main parameters studied in the laboratory are the particle size, the particle settling velocity and the particle density. Five particle size characterization protocols were compared. The characterization of the settling velocity was evaluated using the ViCAs protocol and the elutriation system. The retained characterization protocol for grit chamber particles consists of washing wet particles, drying them at 105 °C and sieving them. The protocol was found to be repeatable and representative. It has been observed that the particles are generally composed of a heterogeneous mixture of inorganic and organic matter of different sizes. However, during rain events, the particles are smaller and more inorganic compared to dry weather. It was also noted that the density was greater for fractions smaller than 600 microns (ρ=2.50) compared to coarser fractions (ρ=1.40). Only the elutriation system allows characterizing high settling velocities (> 100 m/h) and can be used for evaluating the grit chamber’s performance. To be applicable, the ViCAs protocol must thus be modified, employing a taller column.

Les fossés avaloirs sont des aménagements hydro-agricoles formés d'un remblai et d'un tuyau vertical perforé, nommé avaloir, permettant de retenir temporairement l'eau de ruissellement dans un bassin de sédimentation. La littérature scientifique actuellement disponible suggère une réduction de plus de 80 % des matières en suspension, de plus de 75 % de l'azote total et de plus de 50 % du phosphore total grâce à ces fossés avaloirs. Dans le cadre de la présente étude, l'élaboration d'un protocole expérimental a permis d'analyser des centaines d'échantillons d'eau de ruissellement provenant de différents types de fossés avaloirs installés dans un champ agricole où des pratiques standard de travail minimal du sol étaient utilisées. Les résultats obtenus démontrent que, dans les conditions étudiées, les fossés avaloirs ne permettent pas d'atteindre les proportions de rétention des matières en suspension généralement rapportée dans la littérature scientifique. Lorsque comparé à un fossé témoin, nos observations démontrent une réduction des matières en suspension de 22 % et de 71 % respectivement pour le fossé avaloir Hickenbottom et le fossé avaloir doté d'une écumoire flottante. Pour ce qui est des nutriments, la réduction des phosphates, qui est la forme dissoute la plus abondante du phosphore, a été plus faible. Nos observations démontrent une réduction de 15 % pour le fossé avaloir Hickenbottom et de 34 % pour le fossé avaloir équipé d'une écumoire flottante. Quant à l'azote total, les valeurs sont plus élevées que celle d'un fossé témoin de 5 % pour le fossé avaloir Hickenbottom et de 120 % pour le fossé avaloir avec écumoire flottante. Sans pour autant déconseiller l'usage de ce type d'aménagement hydro-agricole en milieu agricole québécois, les résultats obtenus pourraient en diminuer les attentes environnementales. Des travaux supplémentaires pourraient permettre de développer ces aménagements pour les rendre plus efficaces dans les conditions du Québec.

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.

Le décanteur primaire constitue un élément important du traitement primaire des eaux résiduaires. Cet ouvrage repose sur le principe de décantation par gravité pour l’enlèvement des solides en suspension. L’évaluation du rendement des décanteurs primaires a fait l’objet de nombreuses études théoriques et expérimentales. La performance du décanteur primaire dépend à la fois des propriétés physiques du décanteur (charge superficielle, temps de rétention…etc), et des caractéristiques des particules en suspension (taille, densité et vitesse de sédimentation). La détermination de la vitesse de chute des particules pour une élimination efficace des particules constitue un élément essentiel pour améliorer le rendement des décanteurs primaires. En effet, la caractérisation physique des MeS par son étude expérimentale demeure nécessaire et elle fait l’objet de ce mémoire. Deux aspects principaux ont été abordés : l’applicabilité du protocole ViCAs pour la détermination de la distribution des vitesses de chutes des particules au niveau de l’affluent et l’effluent d’un décanteur primaire et la possibilité d’élaborer un protocole pour la mesure de la distribution de la taille de ces particules. Les résultats obtenus ont permis de déterminer la vitesse de chute médiane V50 des particules des eaux résiduaires. En temps sec, la vitesse moyenne médiane ne varie pas d’une station à une autre. Elle fluctuait entre 0,75 et 0,90 m/h. Par contre, la vitesse de chute V50 est proportionnelle à la concentration de l’eau usée en MeS qui reflète les conditions dans le réseau d’égout, les tests effectués ont montré que cette vitesse peut passer de 0,65 à 4,5 m /h en fonction de la concentration. Pour déterminer la distribution de la taille des particules dans les eaux résiduaires à l’entrée et à la sortie de l’unité de traitement primaire, la technique FBRM (Focused Beam Reflectance Measurement) a été utilisée. Le travail a été réalisé en deux étapes : une première étape était consacrée à mettre en place un protocole de mesure de la taille des particules. Ce protocole doit être approprié à la fois à la technique choisie et à la nature de l’échantillon. La représentativité des résultats dépend du pas de temps et la répétabilité de mesure, la vitesse de mélange de l’échantillon à caractériser, et de la vitesse de balayage des rayons laser. La concentration de l’échantillon influence aussi les résultats et la performance de la technique FBRM. L’élaboration d’un protocole doit donc prendre en considération tous ces paramètres. Une deuxième étape consistait en l’application des deux protocoles sur les mêmes échantillons, donc à caractériser par le protocole ViCAs pour avoir la distribution de la taille et de la vitesse de chute des particules du même échantillon. La distribution de la taille des particules à l’affluent varie grandement d’une station à une autre et dépend également des conditions climatiques comme le temps de pluie. Au niveau de l’effluent, la distribution de la taille des particules varie en fonction de la charge superficielle du décanteur primaire. Les résultats obtenus confirment l’intérêt de l’utilisation du FBRM en parallèle des tests ViCAs pour pouvoir interpréter les courbes de distribution de vitesse de sédimentation d’un site à un autre. Les résultats prouvent l’existence d’une relation entre la vitesse de chute des particules et leur taille. / The primary clarifier is an important element of primary treatment of wastewater. It is based on the principle of gravity settling to remove suspended solids. The evaluation of the performance of primary clarifiers has been the subject of many theoretical and experimental studies. Primary clarifier performance depends on both the physical properties of the clarifier (hydraulic retention time, etc.), and characteristics of the suspended particles (size, density and settling velocity). Determining the velocity of particles is a key element to improve the performance of primary clarifiers. Indeed, the physical characterization of TSS by experimental study remains necessary and is the subject of this thesis. Two main aspects were considered: the applicability of the ViCAs protocol for the determination of the distribution of the particle settling velocity at the influent and effluent of the primary clarifier and the possibility to develop a protocol for measuring the size distribution of these particles. The results were used to determine the median settling rate of wastewater particles V50. In dry weather, V50 does not vary from one station to another. It fluctuated between 0.75 and 0.9 m /h. On the other side, V50 is proportional to the TSS concentration of the wastewater, which reflects the conditions in the sewer, ranging from 0.65 to 4.5 m / h. To determine the size distribution of the particles in the wastewater at the inlet and at the outlet of the primary clarifier, the FBRM technique (Focused Beam Reflectance Measurement) was used. The work was carried out in two steps: the first step was devoted to develop a protocol for measuring the particle size distribution. This protocol should be appropriate to both the technique used and the nature of the sample. The representativeness of the particle size depends on the cycle time and the repeatability of measurement depends on the mixing rate of the sample and the scanning speed of the laser beam. Also, the concentration of the sample influences the results and the performance of the FBRM technique. So, the protocol must take in account all these parameters when selecting the suitable measurement conditions. The second step consisted in applying the two protocols to the same samples, the settling velocity of particles with ViCAs and the particle size distribution with FBRM. The particle size distribution varies greatly from one wastewater treatment plant to another. It also depends on weather conditions such as rain. For effluent, the distribution of size of the particles varies depending on the hydraulic load of the primary clarifier. The results confirm the interest of using FBRM and ViCAs tests to interpret particle settling velocity distributions from one site to another. The results show the existence of a relationship between the settling velocity and particle size.

La séparation des solides produits au sein des systèmes de traitement biologique est une étape cruciale ayant un grand impact sur la qualité de l’effluent. Jusqu’à présent, peu d’études se sont attardées aux spécificités que présente la séparation de la biomasse provenant de systèmes à culture fixe. D’une part, les concentrations relativement faibles de solides présents dans l’effluent des réacteurs ne permettent pas une biofloculation aussi efficace que lors de la décantation freinée observée au sein des clarificateurs de filières à boues activées. D’autre part, les solides présents à l’effluent d’un réacteur biologique à biomasse fixe sont principalement composés de fragments desquamés de biofilm possédant des caractéristiques associées à la décantabilité différant significativement de celles des cultures en suspension. L’objectif de l’étude consiste donc en la caractérisation de la décantabilité des solides contenus dans l’effluent de réacteurs équipés de cellules flottantes à microbiote fixe. Les cellules, contenant le support inerte BIONESTMD permettant la fixation d’une biomasse, ont été incorporées dans des réacteurs (échelle pilote) alimentés avec de l’eau usée domestique. Le montage expérimental a permis de mesurer l’influence des conditions d’opération des réacteurs sur la décantabilité des matières en suspension produites. Les variables ayant été modifiées sont la température et la charge organique surfacique. Des échantillons prélevés directement en aval des pilotes ont été analysés dans le but de mesurer l’influence de ces paramètres d’opération sur la décantabilité des boues produites. Des mesures de distributions de la taille des particules et de leur vitesse de sédimentation ainsi que des essais permettant de quantifier les matières en suspension décantables ont été réalisés sur chacun des échantillons. Les résultats obtenus permettent de constater que la charge surfacique appliquée (0,4 à 10 gDBO5Cs/m².d) n’a pas d’influence statistiquement significative sur la décantabilité des solides produits. La température d’opération (0,1 à 16°C) des réacteurs, quant à elle, affecte de manière significative la séparabilité des solides produits (degré de confiance de 95%). Il est possible de constater que les réacteurs pilotes opérés à des températures plus basses que 14°C permettent la production de solides auxquels sont associées les meilleures performances de décantation (pourcentage de matières en suspension décantées et concentration en MeS après décantation). En considérant que la vitesse de sédimentation est fonction de la taille des particules, les mesures de distributions de la taille des particules permettent d’expliquer les résultats obtenus. Il est effectivement possible de constater qu’une proportion plus grande de particules dont la taille est supérieure à 100 µm (décantables) est observée à l’effluent des pilotes opérés à des températures allant de 0,1 à 10°C. Les performances de décantation (tendances centrales) ainsi que la proportion des solides dont la taille est supérieure à 100 µm sont diminuées pour les pilotes opérés à des températures supérieures à cette plage. / Solid-liquid separation represents a crucial step of biological wastewater treatment processes. It has a large impact on the effluent quality of the facilities. Until now, only few studies were conducted focusing on the separation of solids produced in fixed-film processes. First, the relatively low sludge concentrations do not facilitate bioflocculation making separation less efficient than in activated sludge secondary settlers, where hindered settling occurs. Second, the solids produced in fixed-film biological reactors are mostly sloughed biofilm fragments. The settling potential of that type of particulate matter is quite different from the separation potential of activated sludge. The aim of the present study was to characterize the settleability of solids produced in fixed-film biological reactors. Cells containing BIONEST® inert media allowing the attachment of biomass were incorporated in pilot reactors fed with domestic wastewater. The experimental setup allowed the evaluation of the impact of operating conditions on the settleability of the produced solids. The variables studied were the temperature and organic load. Effluent samples were taken directly downstream the pilot reactors in order to measure the influence of those parameters on the solids’ settling potential. Particle size distributions, settling velocity distributions as well as tests allowing quantification of settleable solids were performed on each sample. The obtained results show that the applied organic load (0,4 to 10 gDBO5Cs/m².d) does not have a statistically significant effect on settleability. The operating temperature (0,1 to 16°C), in contrast, significantly affects solids separability (95% confidence level). The reactors operated at temperatures lower than 14°C allowed the production of solids with the best settling performance (percentage of suspended solids settled and suspended solids concentration after settling). Considering the fact that the settling velocity is a function of particle size, particle size distribution measurements were used to explain the obtained results. Indeed, it can be noted that a larger fraction of large particles (>100 µm) is contained in the effluent of the pilots operated at temperatures between 0,1 and 10°C. The settling performance (central tendencies) as well as the fractions of large particles decreased for pilots operated at temperatures above 10°C.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / La sédimentation des particules contenues dans les eaux de ruissellement est reconnue comme étant le phénomène le plus important pour l'amélioration de la qualité de l'eau en bassin de rétention avant son rejet au milieu récepteur. Ce projet de maîtrise vise à apporter des éléments clés dans sa compréhension. L'objectif est de mettre en place un protocole de mesure de vitesses de chute adapté aux besoins du projet. La combinaison de ces vitesses à l'évaluation de la distribution de la taille des particules fournira des informations sur l'influence des temps de rétention en bassin autant du point de vue qualité de l'eau que sur le gain en termes de décantation physique des particules. L'objectif est donc d'obtenir des résultats décrivant les vitesses de chute des particules contenues dans les eaux de ruissellement et les diamètres de ces particules. Un protocole devra aussi être élaboré afin de mesurer cette dernière caractéristique. D'un point de vue gestion du bassin, il y a aussi un objectif visant à mettre en lumière l'existence ou non de relations entre le type d'événement pluvieux et les vitesses de chute enregistrées. À l'été 2008 et 2009, des campagnes de mesures ont été menées afin de récolter des données sur la qualité des eaux de ruissellement dans une zone résidentielle typique de Québec et des eaux à l'intérieur du bassin. L'évaluation des différents protocoles existants permettant de mesurer la vitesse de sédimentation a mené à l'emploi du protocole ViCAs élaboré à Lyon en France. Les résultats obtenus à partir du ViCAs ont permis de fractionner sous différentes classes de vitesse de chute les échantillons composites récupérés à l'entrée et à la sortie du bassin de rétention étudié. Les proportions de chaque classe varient grandement d'un événement à l'autre. Leur mise en relation avec les caractéristiques des événements pluvieux ayant généré ces eaux de ruissellement a permis de conclure que les vitesses de chute sont proportionnelles à l'intensité de pluie maximale, à la hauteur de précipitation et au volume ruisselé. La durée de l'événement a aussi un effet notable, mais non linéaire. Les essais sur le terrain combinés à ceux du laboratoire permettent de croire qu'une période de décantation de deux jours et demi entraîne l'enlèvement maximal atteignable des matières en suspension. Par contre, la comparaison des mesures de distribution de taille de particules, effectuées sur les échantillons composites des eaux de ruissellement, avec les distributions de vitesses de chute n'a pu mener à des conclusions. Il ne semble pas possible de faire un lien direct entre ces deux variables.

Ce mémoire présente l'information relative à l'efficacité de différents fossés avaloirs utilisés en milieu agricole. Son objectif principal est d'évaluer l'efficacité de trois bassins de sédimentation créés à l'aide de différents avaloirs. Pour ce faire la caractérisation de l'eau a été réalisée. La campagne d'échantillonnage et de prise de mesures a été réalisée durant la période estivale de l'année 2013. Le but de cette campagne est d'évaluer le débit, d'analyser les concentrations ainsi que les charges des matières en suspension, d'azote et de phosphore, et de caractériser la pluviométrie. Les résultats obtenus mettent en évidence quel type de fossé avaloir est le plus efficace pour retenir une partie des polluants, pour contrôler le débit de pointe et pour réduire l'impact de la pollution agricole.

La nouvelle loi canadienne sur l’amiante chrysotile décrétée par le gouvernement fédéral devrait entrer en vigueur au courant de l’année 2019 et les nouvelles normes environnementales qui en découleront nous forcent déjà à trouver des solutions pour réduire de façon significative l’impact environnemental et de revaloriser des résidus d’exploitation du chrysotile. Une des façons de réduire cet impact environnemental et revaloriser ce résidu consiste à concentrer la lizardite et l’antigorite comme matériaux générateurs de magnésium (Mg) et éliminer le chrysotile (cancérigène). Ces minéraux sont abondants dans les résidus miniers d’exploitation du chrysotile de l’ancienne mine Carey Canadian à East-Broughton dans le sud du Québec. La présente étude propose donc une revue des procédés de séparation physique des phases minérales serpentiniques et une étude détaillée sur la séparation gravimétrique par voie humide (hydrocyclonage/décantation) pour différentes classes granulométriques et une étape finale de séparation magnétique à sec pour l’extraction des minéraux magnétiques (magnétite) dans le concentré de la décantation. Les propriétés physiques, chimiques et minéralogiques du résidu initial ont été obtenues par tamisage grossier, par analyse de densité et surface spécifique, par fluorescence aux rayons X, par spectroscopie RAMAN, par MEB-EDS et par DRX. Les résultats les plus importants de cette étude sont qu’il est possible d’éliminer le chrysotile, sous forme de surverse, par hydrocyclonage en régime dilué (30% solides dans la pulpe) tout en concentrant la lizardite et l’antigorite (sousverse) avec des récupérations en Mg de l’ordre de 70 à 80 % en poids de Mg en sousverse. La séparation liquide-solide a été effectuée à 5 % de solides dans la pulpe et a permis d’augmenter la pureté du concentré d’hydrocyclonage (sousverse) avec des récupérations en Mg dans la sousverse variant entre 36 et 70 % partant des fines particules vers les grossières. La séparation magnétique a permis d’augmenter la pureté du concentré de décantation (sousverse) par l’extraction du fer. Ce qui a conduit à des récupérations croissantes en fer de 30 à 60 % à partir de particules grossières vers les fines. Les rapports Si/Mg et Fe/Si en fonction de la taille des particules pour les fractions non-magnétiques (concentrés) ont également été examinés dans une tentative d’estimation du fer résiduel présent par substitution intra-réseau Fe-Mg et Fe-Si dans les concentrés non-magnétiques. Mots clés: Hydrocyclone, Décantation, Séparation magnétique, Chrysotile, Lizardite, Antigorite. / Canada's new law on chrysotile asbestos is expected to come into force in 2019 by the federal government, and the resulting new environmental standards are already forcing us to find solutions to significantly reduce the environmental impact and revalorize chrysotile mining residues. One of the ways to reduce this environmental impact and enhance this residue is to concentrate lizardite and antigorite as magnesium (Mg) generating materials and eliminate chrysotile (carcinogenic). These minerals are abundant in the chrysotile mining tailings of the former Carey Canadian mine in East-Broughton in southern Quebec. The present study therefore proposes a review of the physical separation processes of serpentine mineral phases and a detailed study on wet gravimetric separation (hydrocycloning / decantation) for different granulometric classes and a final dry magnetic separation step for the extraction of minerals magnetic minerals (magnetite) in the concentrate of the decantation. The physical, chemical and mineralogical properties of the initial residue were obtained by coarse sieving, density and surface area analysis, X-ray fluorescence, RAMAN spectroscopy, SEM-EDS and XRD spectroscopy. The most important results of this study are that it is possible to eliminate chrysotile, in the form of overflow product, by dilute hydrocycloning (30% solids in the pulp) while concentrating lizardite and antigorite (underflow) with recoveries in Mg of the order of 70 to 80% by weight of Mg underflow. The liquid-solid separation was carried out at 5% solids in the pulp and made it possible to increase the purity of the hydrocyclone concentrate (underflow) with Mg recoveries in the underflow varying between 36 and 70% starting from the fine particles to the coarse ones. Magnetic separation made it possible to increase the purity of the settling concentrate (underflow) by extracting iron. This led to increasing recoveries of iron from 30 to 60% from coarse particles to fine ones. Si / Mg and Fe / Si ratios as a function of particle size for non-magnetic fractions (concentrates) were also examined in an attempt to estimate the residual iron present by intra-network substitution Fe-Mg and Fe- Si in non-magnetic concentrates. Keywords: Hydrocyclone, Decantation, Magnetic separation, Chrysotile, Lizardite, Antigorite.

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.