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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 la précarité des installations de production. Ces conditions se rencontrant principalement dans les pays pauvres en voie de développement, il est primordial de développer des systèmes alternatifs de production d’eau potable moins coûteux et plus adaptables aux ressources de ces pays. La River Bed Filtration (RBF) est un procédé alternatif de production d’eau potable qui met 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 galeries recueillent l’eau infiltrée à travers le lit et l’amènent à des puisards situés sur les berges où elle est pompée pour être désinfectée avant la distribution. Cette technique est très efficace pour l’abattement de la matière organique et des matières en suspension dans une rivière faiblement ou moyennement polluée. La contrainte majeure est le colmatage des couches inférieures du lit filtrant qui a un impact significatif sur la vitesse de filtration. Dans l’état actuel des connaissances, la caractérisation du système de RBF est faible et la méthode pour sa 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 une bonne candidate pour la RBF. La ville de Camiri, relativement pauvre, a construit 7 galeries filtrantes dans le lit du Parapeti, qu’elle utilise selon ces besoins, en complément du pompage 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 un outil permettant de déterminer la productivité d’un système de RBF du type de celui exploité à Camiri. Pour cela, une démarche expérimentale sur le terrain et en laboratoire est établie pour caractériser les paramètres mis en jeu dans le système et déterminer expérimentalement la productivité de la galerie. Parallèlement à cela, la construction d’un modèle caractérisant le système est réalisée à partir des lois des écoulements en milieu poreux, ainsi qu’à l’aide de simulations sous le logiciel de Computational Fluid Dynamics, Fluent. Un premier modèle, construit en 2009 à partir de la loi de Darcy des écoulements en milieu poreux, est transformé et complété afin d’augmenter sa précision et sa généralité. Différents paramètres sont ajoutés. Deux nouveaux paramètres, appelés β et γ, caractérisent la géométrie pluridimensionnelle de la filtration à travers la galerie (importance de la filtration à travers les parois latérales et angle d’ouverture de la galerie; non uniformité de la surface du lit de la rivière). Ces paramètres sont évalués à l’aide de simulations sous le logiciel Fluent. Les résultats indiquent que la filtration à travers les parois latérales de la galerie 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 régulièrement renouvelée par la dynamique sédimentaire et d’une couche inférieure non renouvelée colmatante) est également prise en compte par le nouveau modèle, à travers la détermination d’un coefficient de transfert effectif (keff) qui est fonction des rapports des hauteurs sur les perméabilités des deux couches. Une voie théorique idéale est développée pour 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. Les déterminations des perméabilités du lit filtrant du Parapeti sont alors réalisées via le modèle de Kozeny‐Karman à partir des résultats expérimentaux obtenus pour les granulométries et les 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 des différents paramètres caractérisant le dépôt colmatant (porosité de l’empilement des particules, fraction volumique de lit occupée, diamètre). L’ordre de grandeur pour K2 est évalué à ≈7.10‐14 m2. Ces résultats révèlent la chute importante de la perméabilité du lit au passage dans la couche colmatante. L’étude de la productivité de la galerie via le modèle et les mesures de terrain indique que le débit de production est proportionnel à la différence de cote piézométrique entre la rivière 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. Ceci permet l’obtention d’une productivité maximale pour un moindre temps de pompage et donc la réduction des coûts de l’installation. La comparaison des résultats expérimentaux avec ceux calculés par le modèle indique que le modèle construit dans ce travail est pertinent pour l’évaluation de la productivité d’un système de RBF du type de celui mis en place à Camiri. Il peut donc être utilisé comme outil 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. Pour améliorer encore la précision du modèle il serait intéressant d’approfondir la caractérisation du lit colmaté (détermination des porosités et étude du dépôt colmatant), ou encore l’impact réel du colmatage sur les vitesses de filtration, ainsi que celui de la dynamique sédimentaire du cours d’eau. L’étude d’un site de RBF autre que celui de Camiri est indispensable pour vérifier le bien‐fondé du modèle et permettre la généralisation de celui‐ci à tout système de galeries filtrantes. |
