L'objectif des ces travaux est le Développement d'un outil de supervision/diagnostic d'une station de production d'eau potable dans son ensemble. Avant de s'intéresser à la station dans son ensemble, il est apparu que l'unité de coagulation-floculation était une étape clé dans la production de l'eau potable. La première partie de la thèse a donc consisté à développer un capteur logiciel permettant de prédire en ligne la dose de coagulant, sur la base des caractéristiques mesurées de l'eau brute, à l'aide de réseaux de neurones. La deuxième partie de la thèse qui présente un aspect plus novateur réside dans l'utilisation de cette information dans une structure de diagnostic de l'ensemble de la station de traitement. A partir des mesures en ligne classiquement effectuées, un outil de supervision et de diagnostic de la station de production d'eau potable dans son ensemble a été développé. Il est basé sur l'application d'une technique de classification et sur l'interprétation des informations obtenues sur tout l'ensemble du procédé de production avec comme finalité l'identification des défaillances et une aide à la maintenance prédictive/préventive des différentes unités de la station. Une technique basée sur l'entropie floue et la définition d'un indice de validation a été développée pour permettre de valider ou non une transition entre états fonctionnels (c'est-à-dire entre classes) permettant ainsi d'éliminer les classes mal conditionnées ou encore les fausses alarmes. Ces travaux de recherche ont été réalisés en collaboration avec la station de production d'eau potable SMAPA de la ville de Tuxtla Gutiérrez, de Chiapas, au Mexique.

La filtration membranaire est une technique séparative utilisée fréquemment comme procédé permettant de retenir et d'extraire les microorganismes présents dans un fluide. Le mécanisme de sélectivité classiquement admis dans ce procédé est l'exclusion par la taille. Cependant, nos travaux ont permis de mettre en évidence un transfert de microorganismes à travers la structure poreuse des membranes au cours d'opérations de filtration, alors que les dimensions des cellules vivantes en suspension sont supérieures au diamètre moyen des pores de la membrane, entrainant une diminution du taux de récolte des microorganismes et une contamination de la phase perméat. Les caractéristiques morphologiques et nanomécaniques des cellules bactériennes sélectionnées pour nos travaux ont été observées et les propriétés du matériau membranaire modèle ont été mesurées. Grâce à ces informations, le transfert des bactéries aux premiers instants d'une filtration frontale a pu être évalué et le rôle de différents paramètres opératoires appliqués (type de souche bactérienne, composition physico-chimique de fluide filtré, PTM) a pu être commenté. Ainsi, nos résultats ont permis de préciser les mécanismes de sélectivités appliqués aux bactéries à Gram positif et à Gram négatif qui différent du fait des caractéristiques structurales de la paroi bactérienne (épaisseur et élasticité de la couche de peptidoglycane). Enfin, l'évolution du transfert de cellules vers la phase perméat a également été suivie et la mise en place du dépôt bactérien colmatant à la surface de la membrane a été observée. Le rôle de ce dépôt structuré sur les variations de débit et de transfert a donc pu être mis en évidence pour les trois modèles bactériens sélectionnés. Nos résultats ont permis de définir des conditions critiques (physiques, chimiques et biologiques) pour lesquelles le transfert de cellules bactériennes par déformation est amplifié au cours d'une filtration membranaire frontale. / Membrane filtration is a separation technique commonly used as a method for removing and extracting microorganisms present in a fluid. The selectivity mechanism is size exclusion. However, our work has highlighted transfer of microorganisms through the porous membrane structure during filtration operations, even if the size of the living cell in suspension is greater than the average pore size of the membrane, resulting in lowering of the accumulation rate of the microorganisms and thus contamination of the permeate phase. Morphological and nanomechanical characterization of selected bacteria cells used for our work were performed and the properties of the model membrane were analyzed. With this information, the transfer of bacteria dunring the first moments of the dead-end filtration has been evaluated and the role of operating parameters (type of bacteria strains, physicochemical composition of filtered fluid, TMP) has been studied. Thus, our results have clarified the selectivity mechanisms applied to Gram-positive and Gram-negative bacteria strains because of different structural characteristics of the bacterial cell wall (thickness and elasticity of the peptidoglycan layer). Finally, evolution of cells transfer to the permeate phase has also been followed, and the bacterial deposit clogging the membrane was observed. The role of the structured deposit on the variations in flow and transfer has been demonstrated for the three selected bacterial models. Our results have defined critical conditions (physical, chemical and biological) where the transfer of bacterial cells is amplified by deformation during a frontal membrane filtration.

Des outils adaptés pour s'attaquer aux problématiques environnementales sont nécessaires mais malheureusement absents de l'industrie. En effet, l'introduction de nouvelles pratiques d'écoconception dans l'industrie des procédés est entravée par le manque de réalisme et de flexibilité des outils associés. Les objectifs principaux de ce travail de recherche étaient le développement d'un outil intégré pour la modélisation de procédés et l'analyse de cycle de vie (PM-LCA), ainsi que la formulation d'une approche méthodologique affiliée pour l'écoconception de procédés. L'outil logiciel et l'approche méthodologique sont appliqués à la production d'eau potable. La revue de la littérature scientifique a permis d'appréhender les efforts de recherche nécessaires. Les principales lignes directrices sont établies en conséquence. L'outil développé, nommé EVALEAU, consiste en une bibliothèque logicielle de modèles de procédés unitaires permettant le calcul d'inventaire de données en fonction de paramètres de procédés. L'outil est embarqué dans le logiciel ACV Umberto® en complément de la base de données Ecoinvent. Une boîte à outils pour l'analyse de sensibilité, basée sur la méthode de Morris, est implémentée pour l'identification des paramètres de procédés ayant une influence majeure sur les résultats d'impacts environnementaux. L'outil EVALEAU est testé sur deux études de cas - deux usines de production d'eau potable existantes. La fiabilité de l'approche est démontrée à travers la comparaison des calculs de qualité de l'eau, de consommations d'énergie et de matériaux avec les données réelles recueillies sur site. Une procédure d'écoconception est expérimentée sur une chaîne de traitement complexe démontrant ainsi la pertinence des résultats de simulations et l'utilité de l'analyse de sensibilité pour un choix optimal des paramètres opératoires. En conséquence, ce premier outil PM-LCA est censé promouvoir l'introduction de pratiques d'écoconception dans l'industrie de l'eau.