Etude d'un réacteur fluidisé à jet central ascendant gaz-solide : application au traitement d'un sol pollué par du gasoil

Abstract

Ce travail porte d’une part, sur la caractérisation hydrodynamique et thermique d’un réacteur fluidisé gaz solide à jet vertical ascendant et d’autre part, le traitement biologique d’un sol pollué par du gasoil à raison de 4% dans ce type de réacteur. L’étude paramétrique est effectuée en variant le type de particules, la vitesse d’aération du lit, la vitesse et température du jet, la longueur de la canne d’injection et la masse du lit. Les résultats obtenus ont mis en évidence que la présence du jet favorise la fluidisation des particules solides indépendamment de la masse du lit. La structure du jet est bien décrite par les modèles de Gauss et Schlichting, indépendamment de l’état du lit et du type de particules. La bioremédiation du sol pollué est réalisée en stimulant l’activité des micro-organismes du sol. Différents débits d'aération et de jet et par conséquent d’agitation ont été utilisés pour étudier leur influence sur la dégradation et la biodégradation du gasoil et des n-alcanes. La présence de jet accélère le processus d’élimination du gasoil. Outre l'influence du jet, les résultats ont mis en évidence d’une part, la capacité de la population microbienne indigène à dégrader le gasoil à des taux importants et d’autre part, que le taux d’oxygénation et les régimes d’écoulement du solide et du gaz sont des facteurs limitant la biodégradation du gasoil. Les meilleurs résultats sont obtenus dans le cas d’un lit au minimum de fluidisation avec un taux maximal de dégradation de 84% du gasoil et de 88% des n-alcanes. La biodégradation du gasoil et des n-alcanes est régie par le modèle cinétique du premier ordre. Dans le chapitre I, nous introduisons quelques notions essentielles pour la compréhension de la remédiation et la réhabilitation des sites et sols pollués ainsi que les différentes techniques de dépollution suivant l'impact effectif provoqué par le site et suivant l'usage actuel ou futur prévu pour le site. Le devenir des polluants dans le sol ainsi que les différents paramètres, affectant la biodégradation des hydrocarbures y sont abordés. Ce chapitre, traite également du comportement d’un jet gazeux ascendant immergé dans un lit de particules solides, sous des conditions isothermes et non isothermes. Les principaux phénomènes liés aux jets libres turbulents, à la fluidisation, aux jets turbulents en milieu particulaire et leurs caractéristiques sont présentés. Dans le chapitre II, nous décrivons les différents éléments constituants le dispositif expérimental utilisé au cours de cette étude, les méthodes de mesures des paramètres étudiés dans le cadre du l’étude du comportement du jet et présentons les principales caractéristiques du solide et du gaz utilisés. Les méthodes d'analyses physico-chimiques et biologiques réalisés pour le suivi du traitement sont également présentées. Dans le chapitre III, nous introduisons les études relatives au jet libre sous des conditions isothermes et non isothermes, à l’expansion du lit à partir du suivi de la variation du profil de pression, de la variation de la perte de charge (perte de charge totale, gradient de pression), de l’influence de la masse du lit afin de déterminer la vitesse minimale de fluidisation et étudier l’influence de l’introduction du jet gazeux sur ce paramètre. Les expériences sur les jets en milieu particulaire sont menées dans le but de suivre d’une part, l’évolution du gradient de pression dans le lit afin de déterminer les caractéristiques du lit à jet, à savoir, la vitesse minimale de jet et la longueur de pénétration et d’autre part, l’évolution de différents paramètres hydrodynamiques liés au jet (vitesse, débit du jet, quantité de mouvement…). Nous abordons ensuite l'étude de la bioremédiation d’un sol pollué par du gasoil dans un réacteur fluidisé à jet à partir du suivi de l’évolution de la biomasse, de l’azote ammoniacal, des nitrites, des nitrates et du phosphore ainsi que celles des hydrocarbures, en fonction du temps. Les essais, pour différentes vitesses d’aération et de jet sont réalisés pour étudier leurs influences sur l’enlèvement et la biodégradation du gasoil. Les cinétiques d’enlèvement et de biodégradation du gasoil et des n-alcanes à partir du sol traité dans le réacteur fluidisé à jet sont étudiées. La détermination des caractéristiques physico-chimiques et biologiques du sol sera nécessaire au préalable.