Etude de procédés biologiques aérobies et anaérobies de traitement des eaux usées : de l'analyse des procédés en conditions réelles à la modélisation des système

Les travaux réalisés sur une période d'une trentaine d'années concernent une large gamme de procédés de traitement des eaux usées allant de systèmes rustiques ou relativement simples (lagunage naturel, lit bactérien) à des technologies très évoluées et de plus en plus automatisées (boues activées, bioréacteurs à membrane, ) permettant d'atteindre les meilleures qualités d'eau épurée. La démarche générale et les liens entre recherches peuvent néanmoins être synthétisés par quatre principaux thèmes fédérant les travaux : (i) l'analyse du fonctionnement et le dimensionnement les traitements biologiques aérobies et anaérobies, (ii) la modélisation dynamique des procédés (boues activées et bioréacteurs à membrane) et l'étude de l'hydrodynamique, (iii) l'aération et le transfert d'oxygène et (iiii) la méthodologie et l'acquisition de données sur site pour une analyse en profondeur des processus de traitement en conditions réelles. Un large éventail de procédés a été étudié au fil des années avec pour application principale le traitement des eaux usées urbaines et des effluents de l'industrie agro-alimentaire, notamment les distilleries (méthanisation) et la vinification (tous procédés). Les méthodologies ont beaucoup évolué et ont permis de passer d'une démarche que l'on pourrait qualifier de « bilan global » associé à des observations semi-qualitatives (observation microscopique des boues, ) à une recherche intégrant de mieux en mieux les processus unitaires (hydrodynamique, transfert d'oxygène, cinétiques réactionnelles, caractérisation des biomasses, ) et conduisant à la modélisation et à la simulation. Des sauts technologiques importants (automatismes, capteurs : plus nombreux et plus fiables, logiciels de modélisation biologique et de mécanique des fluides numérique, techniques de détermination des microorganismes, ...) ont progressivement largement modifié les méthodes d'investigation des procédés. La possibilité de collecter des données de plus en plus exhaustives sur le fonctionnement des systèmes et de pouvoir traiter leur grand volume a aussi ouvert ces dernières années de nouvelles perspectives dans l'analyse des procédés. Elle a permis en particulier de réaliser des bilans massiques précis sur des installations industrielles et de calculer des paramètres jusqu'alors non disponibles en continu et indispensables aux interprétations fines. La modélisation apparait désormais comme un outil très utile à la recherche pour aider à la compréhension des fonctionnements et simuler des situations non rencontrées. L'expérience acquise dans ce domaine au cours de la dernière décennie (modélisation ASM) montre que son utilisation nécessite cependant une grande rigueur dans le protocole appliqué. L'approche déterministe qui est celle où nous nous sommes engagés avec la modélisation dynamique sur les boues activées et sur les bioréacteurs à membrane en conditions réelles parait très prometteuse. Son utilisation reste encore très liée à une vision d'expert pour corriger les aberrations et discuter la pertinence de modifier les valeurs de certains paramètres du modèle même si cela peut conduire, sur de courtes périodes, à une meilleure coïncidence avec les résultats de l'installation réelle.