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Informations
Publié par | Thesee |
Nombre de lectures | 58 |
Langue | Français |
Poids de l'ouvrage | 12 Mo |
Extrait
THÈSE
pour obtenir le grade de
Docteur de l’Université Paris-Est
Spécialité : Génie des Procédés
Ecole doctorale : Information, Communication, Modélisation,
Simulation
Modélisation des écoulements
diphasiques bioactifs dans les installations
de stockage de déchets
Soutenue par
Shabnam Gholamifard
Le 2 février 2009
Membres du jury:
Rapporteurs :
B. Guerrier, Directrice de Recherche, CNRS
D. R. Reinhart, Professeur, Univ. Central Florida
Examinateurs:
T. Bouchez, Docteur, Cemagref d'Antony
C. Duquennoi, Docteur, Encadrant, Cemagref d'Antony
R. Eymard, Professeur, Directeur de thèse, Univ. Paris-Est MLV
G. Lauriat, Professeur, Univ. Paris-Est MLV
V. Vavilin, Professeur, Acad. des Sciences de Russie
Invités: J. Cacho, Docteur, Veolia Environnement
F. Saidi, Docteur, CIRSEE
Remerciements
L'expression de ma gratitude va tout d’abord à Robert Eymard, directeur de thèse et professeur à
l’université Paris-Est Marne-La-Vallée, et Christian Duquennoi, encadrant de thèse et ingénieur
de recherche au Cemagref. Robert, votre confiance, votre intelligence et votre enthousiasme
scientifique ont accompagnés et soutenus sans faillir les trois années de thèse qui s'achèvent ici.
Christian, ta bonne humeur, ta disponibilité et ta rigueur scientifique m’ont beaucoup apporté du
point de vue scientifique et humain durant mon travail. Merci d’avoir accepté de relire les
différentes versions de mon manuscrit, rédigé dans une langue qui n'est pas la mienne, avec
beaucoup de patience. Tes commentaires m'ont permis de grandement enrichir mon texte.
Je tiens aussi à remercier chaleureusement les membres de mon jury : Mme. Béatrice Guerrier,
directrice de recherche au CNRS, et Mme. Debra Reinhart, professeur à l’université de Central
Florida, pour m'avoir fait l'honneur d'être rapporteurs de ma thèse et qui m'ont fait des
commentaires très enrichissants sur mon travail ; mes examinateurs M. Théodore Bouchez,
ingénieur microbiologiste au Cemagref, et M. Vasily Vavilin, professeur à l’Académie des Sciences
de Russie, leurs questions et leurs commentaires m'ont apporté un éclairage différent ; et M. Guy
Lauriat, professeur à l’université Paris-Est Marne-La-Vallée, pour m'avoir fait l'honneur
d'accepter de présider le jury.
Merci également à M. Fethi Saidi, ingénieur au pôle valorisation matière et énergie du CIRSEE, et
M. Jésus Andrés Cacho Rivero, responsable de pôle méthanisation au Veolia Environnement
d’avoir accepté de faire parti de ce jury.
Je n’oublie pas les personnels de Cemagref: les chercheurs et les techniciens de laboratoires
lixiviat, microbiologie et géosynthétiques, les secrétaires, les thésards et les stagiaires; je leur
exprime ma reconnaissance pour leur gentillesse, leur disponibilité et leur accueil chaleureux.
Frères humains, laissez moi vous raconter comment ça s’est passé (...). Et c’est bien vrai qu’il s’agit
d’une sombre histoire, mais édifiante aussi, un véritable conte moral, je vous l’assure. Ça risque d’être
un peu long, après tout il s’est passé beaucoup de choses, mais si ça se trouve vous n’êtes pas trop
pressés, avec un peu de chance vous avez le temps. Et puis ça vous concerne : vous verrez bien que ça
vous concerne. Ne pensez pas que je cherche à vous convaincre de quoi que ce soit ; après tout, vos
opinions vous regardent. Si je me suis résolu à écrire, après toutes ses années, c’est pour mettre les
choses au point pour moi-même, pas pour vous.
Jonathane Littell, Les Bienveillantes
Sommaire
Sommaire ..............................................................................................................................1
Résumé..................................................................................................................................5
Abstract .................................................................................................................................7
Introduction ..........................................................................................................................9
Chapitre 1 ............................................................................................................................ 15
Le stockage bioactif des déchets : stratégie et processus bio-physico-chimiques............ 15
1.1 Déchets ménagers non dangereux (DND)...........................................................................15
1.1.1 Production des déchets ménagers ................................................................................15
1.1.2 Le stockage.......................................................................................................................16
1.1.3 L’ISDND bioactive ou bioréacteur..............................................................................16
1.2 Processus bio$physico$chimiques dans les ISDND............................................................17
1.2.1 La composition des déchets ménagers non dangereux (DND)...............................17
1.2.2 Teneur en eau et en matières sèches des DND..........................................................18
1.2.3 La digestion anaérobie de la matière organique..........................................................19
1.2.4 Le lixiviat ..........................................................................................................................20
1.2.5 Le biogaz ..........................................................................................................................20
Chapitre 2............................................................................................................................23
Modélisation du transfert de matière et de chaleur dans un milieu poreux ......................23
2.1 Variables et paramètres hydrauliques et thermiques définissant un écoulement
diphasique dans un milieu poreux.......................................................................................................23
2.1.1 Teneur en eau et saturation ...........................................................................................24
Teneur en eau.........................................................................................................................................24
Saturation ................................................................................................................................................26
2.1.2 Porosité.............................................................................................................................26
2.1.3 Masse volumique $ densité.............................................................................................29
2.1.4 Définition de la saturation à partir de la teneur en eau .............................................31
2.1.5 Pression capillaire............................................................................................................31
2.1.6 Perméabilité relative et intrinsèque...............................................................................32
2.1.7 Conductivité hydraulique...............................................................................................33
2.1.8 Conductivité thermique des déchets ............................................................................34
2.1.9 Capacité calorifique des déchets ...................................................................................35
2.2 Modélisation du transfert de matière et de chaleur dans un milieu poreux.....................36
2.2.1 Principes de la thermodynamique des systèmes irréversibles...................................37
2.2.2 Un modèle complet d'écoulement d'eau et de gaz au sein d'un milieu poreux......38
2.2.2.1 Conservation de la masse ..........................................................................................38
Loi de Darcy...........................................................................................................................................38
2.2.2.2 Le bilan d'énergie........................................................................................................39
2.3 Méthodes numériques et validation sur des cas simplifiés.................................................39
2.3.1 La méthode des volumes finis.......................................