Mémoire
| Résumé : | Les filières de traitement des eaux classiques ne sont pas conçues pour abattre de manière efficace les micropolluants tels que les composés pharmaceutiquement actifs. Il en résulte que ces composés peuvent se retrouver dans les eaux de distribution potables. Depuis peu, ces micropolluants peuvent être traités par des enzymes lignolytiques, en particulier les laccases. Malheureusement, les réacteurs à lits fixes couramment utilisés avec des laccases ont généralement un coût énergétique élevé. Le développement d'un autre type de réacteurs permettant de réduire les coûts énergétiques tout en maintenant un abattement efficace des polluants est envisagé dans ce travail.Un réacteur à flux oscillant à restrictions à orifice unique a été étudié par mécanique des fluides numérique ainsi que via un procédé pilote expérimental. Un exercice de prédimensionnement a également été réalisé. Ce dernier comparait les puissances et les rapports longueur sur diamètre du réacteur à flux oscillant, d'un réacteur à lit fixe et d'un réacteur tubulaire fonctionnant en régime turbulent.Les simulations réalisées ont permis de mettre en évidence l'impact des paramètres géométriques du réacteur sur la vorticité, le taux de cisaillement et sur la distribution de temps de séjour. Il existe des optimums de diamètre de restriction et de longueur entre les restrictions. Cependant, elles semblent propres à des conditions d'oscillations données. Dans la gamme des valeurs étudiées, la distribution de temps de séjour est optimisée lorsque le nombre de Reynolds net et le rapport de vitesses diminuent. En augmentant suffisamment le rapport longueur sur diamètre du réacteur, le comportement d'un réacteur piston est obtenu grâce aux conditions d'oscillations du fluide et non avec un flux turbulent. Il existe des corrélations entre les variables géométriques, les conditions d'oscillations et l'efficacité du mélange au sein d'un réacteur à flux oscillant. Cependant, ces corrélations sont complexes et n'ont pas pu toutes être décelées sur base des résultats obtenus. Les résultats indiquent que les nombres adimensionnels doivent être revus pour y inclure des variables telles que le diamètre des orifices et la longueur totale du réacteur.Le procédé pilote a pu mettre en évidence l'impact des oscillations sur le mélange. Cependant, ce dernier doit encore être amélioré. La mise en place d'une pompe permettant des débits plus faibles, d'une méthode de mesure plus précise et la réduction de la proportion des tuyaux reliant les différents éléments de l’installation sont les 3 points à améliorer avant la réalisation de nouvelles expériences pratiques.Les exercices de prédimensionnement indiquent que pour la réalisation de réactions longues (8h dans le cas étudié), les réacteurs oscillants ont des rapports longueur sur diamètre sensiblement inférieurs à ceux des réacteurs fonctionnant en régime turbulent. Ils permettent également une réduction (d'un facteur 100 dans le cas étudié) conséquente de la puissance demandée pour le fonctionnement de l'installation par rapport au lit fixe. Une conception optimale du réacteur oscillant satisfait à une distribution de temps de séjour proche de l'écoulement piston et à une minimisation de la puissance demandée. |
