Mémoire
| Résumé : | Ce travail s’inscrit dans le cadre général de la problématique de l’eau dans le monde.L’intérêt se pose ici sur l’inaccessibilité de l’eau potable, notamment liée au manque ou à laprécarité des installations de production. Ces conditions se rencontrant principalement dansles pays pauvres en voie de développement, il est primordial de développer des systèmesalternatifs de production d’eau potable moins coûteux et plus adaptables aux ressources deces pays.La River Bed Filtration (RBF) est un procédé alternatif de production d’eau potable quimet en oeuvre un système de galeries filtrantes situées sous le lit d’un cours d’eau,perpendiculairement à la direction de l’écoulement. Des drains au centre des galeriesrecueillent l’eau infiltrée à travers le lit et l’amènent à des puisards situés sur les berges oùelle est pompée pour être désinfectée avant la distribution. Cette technique est très efficacepour l’abattement de la matière organique et des matières en suspension dans une rivièrefaiblement ou moyennement polluée. La contrainte majeure est le colmatage des couchesinférieures du lit filtrant qui a un impact significatif sur la vitesse de filtration. Dans l’étatactuel des connaissances, la caractérisation du système de RBF est faible et la méthode poursa construction et son optimisation n’est pas encore établie.La rivière Parapeti, en Bolivie, est peu polluée et très turbide, ce qui fait d’elle unebonne candidate pour la RBF. La ville de Camiri, relativement pauvre, a construit 7 galeriesfiltrantes dans le lit du Parapeti, qu’elle utilise selon ces besoins, en complément dupompage de l’eau d’une source située en montagne.Ce travail étudie la galerie n°7 de Camiri (la plus productive) dans le but de construire unoutil permettant de déterminer la productivité d’un système de RBF du type de celuiexploité à Camiri.Pour cela, une démarche expérimentale sur le terrain et en laboratoire est établie pourcaractériser les paramètres mis en jeu dans le système et déterminer expérimentalement laproductivité de la galerie. Parallèlement à cela, la construction d’un modèle caractérisant lesystème est réalisée à partir des lois des écoulements en milieu poreux, ainsi qu’à l’aide desimulations sous le logiciel de Computational Fluid Dynamics, Fluent.Un premier modèle, construit en 2009 à partir de la loi de Darcy des écoulements enmilieu poreux, est transformé et complété afin d’augmenter sa précision et sa généralité.Différents paramètres sont ajoutés. Deux nouveaux paramètres, appelés β et γ, caractérisentla géométrie pluridimensionnelle de la filtration à travers la galerie (importance de lafiltration à travers les parois latérales et angle d’ouverture de la galerie; non uniformité de lasurface du lit de la rivière). Ces paramètres sont évalués à l’aide de simulations sous lelogiciel Fluent. Les résultats indiquent que la filtration à travers les parois latérales de lagalerie et son angle d’ouverture ont un impact significatif sur la productivité de la galerie,tandis que la non uniformité de la surface du lit n’en a aucun.L’inhomogénéité du lit de la rivière (présence d’une couche supérieure régulièrementrenouvelée par la dynamique sédimentaire et d’une couche inférieure non renouveléecolmatante) est également prise en compte par le nouveau modèle, à travers ladétermination d’un coefficient de transfert effectif (keff) qui est fonction des rapports deshauteurs sur les perméabilités des deux couches. Une voie théorique idéale est développéepour la détermination de keff, mais elle n’est pas suivie pour l’évaluation du keff de la galerie7, faute de résultats expérimentaux convaincants pour les paramètres mis en jeu. Lesdéterminations des perméabilités du lit filtrant du Parapeti sont alors réalisées via le modèlede Kozeny‐Karman à partir des résultats expérimentaux obtenus pour les granulométries etles porosités du lit. La perméabilité de la couche renouvelée (K1) est évaluée à ≈5.10‐10 m2.L’étude de la perméabilité de la couche non renouvelée (K2) est réalisée en fonction desdifférents paramètres caractérisant le dépôt colmatant (porosité de l’empilement desparticules, fraction volumique de lit occupée, diamètre). L’ordre de grandeur pour K2 estévalué à ≈7.10‐14 m2. Ces résultats révèlent la chute importante de la perméabilité du lit aupassage dans la couche colmatante.L’étude de la productivité de la galerie via le modèle et les mesures de terrain indiqueque le débit de production est proportionnel à la différence de cote piézométrique entre larivière et le puisard, ce qui recommande, pour une galerie utilisée à temps plein,l’établissement d’un cycle de pompage à partir de niveaux d’eau faibles dans le puisard. Cecipermet l’obtention d’une productivité maximale pour un moindre temps de pompage etdonc la réduction des coûts de l’installation.La comparaison des résultats expérimentaux avec ceux calculés par le modèle indiqueque le modèle construit dans ce travail est pertinent pour l’évaluation de la productivitéd’un système de RBF du type de celui mis en place à Camiri. Il peut donc être utilisé commeoutil pour la construction d’une galerie de ce type, via l’analyse des paramètres fixes(imposés par le site), des contraintes de construction, et des objectifs de productivité. Pouraméliorer encore la précision du modèle il serait intéressant d’approfondir la caractérisationdu lit colmaté (détermination des porosités et étude du dépôt colmatant), ou encorel’impact réel du colmatage sur les vitesses de filtration, ainsi que celui de la dynamiquesédimentaire du cours d’eau.L’étude d’un site de RBF autre que celui de Camiri est indispensable pour vérifier lebien‐fondé du modèle et permettre la généralisation de celui‐ci à tout système de galeriesfiltrantes. |
