Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Les biotechnologies utilisées pour la dépollution des émissions gazeuses, et qui convertissent les composés organiques polluants en dioxyde de carbone et eau, se sont considérablement développées ces dernières années. La connaissance des phénomènes physiques, chimiques et biologiques mis en jeu permettent la modélisation de ces bioréacteurs, et ainsi la prédiction de leurs performances d’épuration. Cet article décrit le cadre théorique des différents modèles de représentation, en avançant pour chacun des exemples d’applications.
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Pascaline PRÉ : Maître de ConférenceÉcole des Mines de Nantes
INTRODUCTION
Les biotechnologies applicables à la dépollution des émissions gazeuses sont de mieux en mieux développées. Elles sont classées parmi les technologies destructives car elles permettent de convertir les composés organiques polluants en dioxyde de carbone et eau (voir articles [G 1 700] et [G 2 971]).
Les caractéristiques de fonctionnement des différents types de procédés biologiques utilisés pour le contrôle de la qualité des émissions gazeuses : biofiltres, filtres percolateurs et biolaveurs, ont été amplement décrites dans l’article [G 1 780] « Bioprocédés en traitement de l’air. Mise en œuvre ». Cependant, afin de mieux concevoir, dimensionner et gérer ces unités, il est nécessaire de rendre compte de l’ensemble des phénomènes physiques chimiques et biologiques mis en jeu. À partir de la compréhension fine des processus impliqués, il convient ainsi de modéliser les systèmes pour pouvoir prédire leurs performances d’épuration dans les conditions spécifiées.
Cet article décrit les bases théoriques sur lesquelles sont fondés les modèles classiquement développés dans la littérature, permettant de représenter les différents types de bioréacteurs appliqués au traitement d’effluents gazeux.
Ces modèles sont issus d’une approche déterministe couplée à une approche stochastique, permettant d’appréhender la complexité des mécanismes. Ils s’appuient ainsi sur la formulation et la résolution d’équations de bilan de matière, auxquelles on adjoint des relations empiriques issues d’études statistiques de données expérimentales. Les principes de base du génie des procédés sont utilisés, en intégrant les spécificités des systèmes biologiques.
Des exemples d’applications de ces modèles permettent de montrer tout leur intérêt pour l’amélioration des performances et la gestion opérationnelle des procédés. Ces exemples permettent aussi de mesurer l’écart entre la simplicité des représentations adoptées à l’heure actuelle et la complexité des phénomènes régissant les procédés dans les conditions réelles de fonctionnement, résultant notamment de leur variabilité dans le temps.
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Modélisation des biofiltres4. Conclusions. Perspectives
Les bioprocédés utilisés dans le traitement de l’air font l’objet de nombreux travaux en recherche, développement et implantations industrielles. Cependant du fait de la complexité des processus et du procédé lui-même, un effort complémentaire est nécessaire. Aussi, sans être exhaustives, différentes perspectives sur l’aspect modélisation - simulation peuvent être avancées :
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les écoulements dans les bioprocédés font encore appel aux relations classiques utilisées dans les garnissages et les milieux poreux. Du fait de l’utilisation de matériaux rustiques non structurés, de l’évolution de l’humidité et de l’accroissement de la biomasse sur les supports, il convient de revisiter les équations de perte de charge. En outre, une approche numérique de la mécanique des fluides sera d’une aide certaine pour l’étude de ces systèmes complexes et la simulation des écoulements ;
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les transferts de matière sont le plus souvent globalisés et les coefficients de diffusion sont réduits à des valeurs moyennes, quantifiant plusieurs phénomènes. Une approche plus fine est ici nécessaire si l’on veut mieux rendre compte de la réalité ;
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la prise en compte des phénomènes biologiques à l’échelle de la bactérie doit être mieux intégrée dans les équations cinétiques de transformation des polluants ;
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comme cela a été décrit, les modèles présentés sont appliqués à des émissions monoconstituants voir bi- ou triconstituants. La complexité de la nature et du nombre de polluants, par exemple en désodorisation, doit être intégrée ;
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de manière générale, il convient maintenant d’utiliser pleinement tous les outils mis à notre disposition. En d’autres termes, l’approche des mécanismes est à considérer dans des champs scientifiques multidisciplinaires. Les modèles déterministes et les modèles statistiques sont à mixer pour mieux approcher la réalité complexe des procédés de traitement d’air.
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Conclusions. Perspectives
BIBLIOGRAPHIE
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(3) - Degrémont - Mémento technique de l’eau - . Degrémont, p. 221, Distributeur, Tec & Doc, Lavoisier, Paris, 1989.
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(5) - OTTENGRAF (S.P.P.) - Biotechnology : a comprehensive treatise – Exhaust gas purification - . Rhem (H.J.) and Reed (G.), Weinheim, 1986.
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(6) - PERRY (R.H), GREEN (D.W.) - Perry’s...
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