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Université d’Aix Marseille N° attribué par la bibliothèque : THESE Pour obtenir

Université d’Aix Marseille N° attribué par la bibliothèque : THESE Pour obtenir le grade de DOCTEUR DE L’UNIVERSITE D’AIX MARSEILLE Spécialité : Génie des Procédés Marine MINIERE Soutenance Le 09/12/2016 ETUDE DU COUPLAGE D’UN PROCEDE D’OXYDATION EN VOIE HUMIDE ET D’UN BIOPROCEDE A BIOFILM AEROBIE EN LIT FIXE POUR LE TRAITEMENT DE COMPOSES ORGANIQUES REFRACTAIRES AUX TRAITEMENTS CONVENTIONNELS JURY Mme Laure MALLERET Maître de conférences, Aix Marseille Université M. Florent CHAZARENC Maître Assistant, Ecole des Mines Nantes, rapporteur Mme Esther ALONSO Professeur, Université de Valladolid, rapporteur M. Eric OLMOS Professeur, Université de Lorraine M. Olivier BOUTIN Professeur Aix Marseille Université, directeur de thèse Mme Audrey SORIC Maître de conférences, Ecole Centrale Marseille, co-directrice de thèse M. Sébastien LEFEVRE Ingénieur Inovertis, invité Thèse réalisée au laboratoire Mécanique Modélisation et Procédés Propres M2P2 UMR 7340 (Aix Marseille Université, CNRS, Centrale Marseille). Europôle de l’Arbois 13545 Aix-en-Provence cedex 4 A Evelyne 5 I. Remerciements Je remercie avant tout mes directeurs de thèse, Olivier Boutin et Audrey Soric, de m’avoir permis de réaliser ce travail de thèse. J’ai beaucoup apprécié votre encadrement, suffisamment structuré pour ne pas « me perdre » et me laissant en même temps toute l’autonomie dont j’avais besoin. Je pense avoir été chanceuse de tomber sur vous deux ! J’ai aussi aimé nos échanges réguliers, notre petite équipe, et j’ai bien sûr appris énormément scientifiquement. Je vous remercie sincèrement pour ces trois ans. Je remercie également les membres de mon jury, Laure Malleret, Florent Chazarenc, Sébastien Lefèvre, Esther Alonso et Eric Olmos pour leur lecture attentive de mon manuscrit et pour leurs commentaires. Je remercie tout particulièrement Laure Malleret pour ses conseils analytiques précieux, grâce auxquels j’ai pu obtenir mes derniers résultats expérimentaux. Je remercie également Florent Chazarenc pour sa présence à mes deux comités de thèse, sa lecture rigoureuse de mes rapports et ses commentaires toujours bienveillants et constructifs. Enfin, je remercie Sébastien pour m’avoir « légué » une bonne partie de son travail de thèse, mais aussi pour sa sympathie et pour nos conversations autour de l’OVH, de la recherche de travail etc. Je remercie aussi Nelson, Pascal, Mireille et Karim pour m’avoir accompagnée lors de mes premiers pas dans l’enseignement. Pascal, je pense que je garderai toujours en tête ce TP où nous avons bien failli partir pour cause d’étudiant récalcitrant ! Nelson, je reviendrai te voir jouer au théâtre avec grand plaisir, j’attends les prochaines dates. Je remercie bien sûr tous les membres du laboratoire pour ces trois années passées en bonne compagnie. Je pense avant tout à mes « co-bureau », Rania, Samia, Djida et la « toute neuve » Kelly. J’ai vraiment apprécié nos discussions et notre soutien mutuel. Je pense aussi à Abir et Momo pour nos séances snapshat et pour tout le reste, Bubon pour nos débats sans fin, Seb-le-long et Adilounette pour votre équipe de choc (je sais que je vais vous manquer mais vous allez trouver quelqu’un d’autre à maltraiter), Karim pour nos covoiturages matinaux (et surtout nos conversations), Marjorie pour ton aide précieuse et ton talent de pétanqueuse, Maryse pour avoir ponctué la vie du labo et pour être si attachante, mais aussi Santiago, Amine, Olivier, Thomas, Cristian et tous les autres pour les bons moments (et même les moins bons) que l’on a partagés ensemble. Un merci spécial à Jean-Paul évidemment, le « point de repère » des thésards, merci pour ton aide pratique, ta serviabilité et ta grande gentillesse. J’en profite aussi pour remercier Philippe pour ton aide dans ma recherche de travail, je t’en suis très reconnaissante, et tous les autres permanents pour leur présence et nos échanges, Jean-Phi (merci de m’avoir initiée, il y a bien longtemps, au footing !), Christelle, Elisabeth, Nicolas, Emilie, Yasmine, Jean-Henry, Isabelle et ceux que j’oublie peut-être. J’ai aussi une pensée reconnaissante envers tous mes amis qui ont été présents ces 3 dernières années et à ceux qui ont fait le déplacement pour ma soutenance. J’ai une chance énorme d’avoir été si bien entourée le jour J. Merci à mon « gang » aixois pour toutes les soirées et sorties. Margot, les 3x2 colocs, Vincent, Rebecca, et tous les autres, ça a été tellement facile de décompresser avec vous ! J’ai beaucoup de chance de vous avoir rencontrés. Un grand merci à mes chefs cuistots Alexia, Elodie et Julie, vous êtes juste trop chouettes ! Je pense aussi à « Maxelle », à nos ateliers culinaires et à notre amitié (malgré votre départ injuste loin de nous !). Merci à mes amis « Barchoc »/ENSIC, Greg, Dada, Manue, Yo, Martin, Lolo, Jérem, Elisa, Diane, Ju, Sophie, Evy et ma petite famille de parrainage. Vos venues à Aix ont bien ponctué ces 3 ans, toujours trop courtes mais toujours géniales ! Je suis ravie qu’on arrive à se voir si régulièrement. Je pense aussi à remercier très fort mes amies de plus longue 6 date (mes vieilles amies !), ma Cécile pour ton accouchement presque synchronisé (j’ai toujours su qu’on était connectées), ma Vivi pour ton humour, ma Chacha pour nos analyses pseudo- psychologiques sans fin, et mon Ella pour nos conversations « process » tout au long de ma thèse (tu es bien la seule à qui je pouvais en parler !). Je remercie bien sûr ma très chère famille. Maman, je te remercie de m’avoir soutenue dans ce choix de faire une thèse et d’avoir toujours été à l’écoute (même si c’est aussi une déformation professionnelle) pendant ces 28,3 dernières années ! Soso, merci de t’être intéressé à ma thèse chaque fois que tu en avais l’occasion, ça me touche que tu cherches à comprendre ce que je fais, et merci de toujours faire le déplacement pour les grandes occasions (grâce à ça j’ai l’impression que tu n’es pas si loin). Vivi (ou devrais-je dire Docteur Vivi), merci de ta présence à chacun de mes week-ends à Paris, ça me fait tellement plaisir de passer des moments avec toi. Je te remercie aussi d’avoir donné naissance au petit Solal qui a illuminé la famille et que j’embrasse bien fort. Malheureusement, je ne remercie pas Paul et ses nanos parce que tu n’as pas remercié Mathieu dans tes remerciements de thèse… désolée Paul, ce n’est vraiment pas de ma faute ! ;) En tous cas, merci les fi ! Papa, je te remercie de t’être rendu disponible pour la soutenance malgré ton emploi du temps de ministre, ça me touche beaucoup. Merci aussi à Suzie d’être venue malgré les difficultés du moment, et merci encore pour tes si bons raviolis ;) J’ai bien sûr également une affectueuse pensée pour les trois petites chéries de la famille, Sarah, Chloé et Claire. Je tiens aussi à adresser mes pensées à ma belle-famille auprès de laquelle j’ai vécu des moments très forts ces trois dernières années. Je pense à Evelyne dont je garde en exemple la force et la profonde gentillesse, et qui me manque. Je transmets toutes mes amitiés à Marie, Jean-Pierre, Eugène, Josette, Philippe, Charles, Marie-Pierre, Séréna et Lisa. Enfin, je remercie évidemment Mathieu. Il n’y a pas de mot pour dire à quel point tu m’as soutenue de A à Z, depuis cette décision de commencer une thèse jusqu’à aujourd’hui. Tu as toujours su comprendre mes moments d’abattement et m’aider à reprendre du poil de la bête, rien que par ta simple présence bienveillante. Malgré tout ce que tu as traversé, tu as toujours été là pour moi et je t’en suis infiniment reconnaissante. 7 SOMMAIRE Liste des figures ..................................................................................................................................... 11 Liste des tableaux .................................................................................................................................. 17 Abréviations .......................................................................................................................................... 23 Introduction générale ........................................................................................................................... 25 Chapitre I : Bibliographie ...................................................................................................................... 29 I.1. Contexte et problématique ......................................................................................................... 31 I.1.1. Caractérisation des rejets polluants et réglementation ....................................................... 31 I.1.2. Mesures pour la limitation des rejets de polluants .............................................................. 35 I.2. Couplage « Oxydation chimique – Traitement biologique » ....................................................... 38 I.2.1. Généralités sur les procédés d’oxydation chimique et les procédés biologiques ............... 38 I.2.2. Principe du couplage « Oxydation chimique – Traitement biologique » ............................. 46 I.2.3. Etat de l’art sur le couplage « Oxydation chimique – Traitement biologique » ................... 53 I.3. Couplage de l’oxydation en voie humide et d’un procédé biologique à biofilm aérobie ........... 64 I.3.1. Choix des procédés étudiés .................................................................................................. 64 I.3.2. Contexte bibliographique ..................................................................................................... 69 I.3.3. Contexte industriel ............................................................................................................... 71 I.4. Choix de composés modèles pour l’étude du couplage OVH – PBBR ......................................... 72 I.4.1. Choix du phénol .................................................................................................................... 73 I.4.2. Choix de l’Acid Orange 7 ...................................................................................................... 76 I.5. Objectifs et démarche générale de la thèse................................................................................ 79 Chapitre II : Matériels et méthodes ..................................................................................................... 81 II.1. Dispositifs expérimentaux et analytiques .................................................................................. 83 II.1.1 Procédés ............................................................................................................................... 83 II.1.2. Caractérisation de l’écoulement – Distribution des temps de séjour des PBBR ................. 90 II.1.3. Analyses des boues et du biofilm ........................................................................................ 92 II.1.4. Analyse de la composition des échantillons liquides .......................................................... 93 II.2. Modélisation et simulation ........................................................................................................ 97 II.2.1. Modélisation de la distribution des temps de séjour des PBBR ......................................... 97 II.2.2. Modélisation des PBBR ........................................................................................................ 98 II.2.3. Simulation de procédés – uploads/Geographie/ miniere-14lcei793hn954ra235erf-th-d.pdf