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International audience; Les bioréacteurs à membranes se sont largement développés ces dernières années en assainissement des eaux résiduaires urbaines. Malgré les avantages du procédé, le colmatage des membranes engendre des contraintes économiques liées aux coûts énergétiques et au remplacement prématuré des membranes. Différentes stratégies de limitation du colmatage sont mises en place, dont l’aération séquencée des membranes à l’aide de grosses bulles. Cependant, les mécanismes d’action de cette aération et l’hydrodynamique des réacteurs restent relativement méconnus, en particulier à l’échelle industrielle et en présence de boues. Un pilote semi-industriel de filtration membranaire a été conçu et installé sur l’unité de traitement des jus de Seine Aval. Ce pilote a permis d’étudier l’impact de l’aération sur les performances de filtration en couplant une analyse statistique (systèmes d’inférence floue) et une caractérisation de l’hydrodynamique du réacteur (tomographie de résistivité électrique). Des chemins préférentiels de passage des bulles ont été observés à faible débit d’air et forte concentration en matières en suspension à l’aide de la tomographie de résistivité électrique. Ces observations fournissent des éléments d’explication aux résultats de l’arbre de décision flou focalisé sur l’analyse de l’impact du débit d’air sur la dérive journalière de perméabilité. La concentration en matières en suspension des boues et la différence de demande chimique en oxygène entre le surnageant des boues et le perméat s’avèrent être les facteurs les plus impactants pour les conditions opératoires testées. Ils traduisent l’efficacité de l’aération, que ce soit en matière de répartition du champ de bulles et/ou de relargage d’éléments colmatants. Ces résultats invitent à considérer la régulation de l’aération en fonction des propriétés des boues dans les procédés industriels.

Malgre leur fort developpement en assainissement domestique urbain, les bioreacteurs a membranes (BaM) pâtissent de phenomenes de colmatage, induisant des couts energetiques et de maintenance importants. L’aeration sequencee des membranes par des grosses bulles est l’une des strategies pour limiter le colmatage ; son impact a fait l’objet de plusieurs etudes mais reste globalement mal compris, notamment du fait de la complexite de ces systemes, multiphasiques et opaques. L’hydrodynamique des reacteurs reste mal caracterisee en presence de boues. Pour apporter des elements de comprehension aux mecanismes de limitation du colmatage par injection d’air, un pilote de filtration membranaire semi-industriel (2 m3, 3 sous modules fibres creuses Puron®) a ete concu, dimensionne et installe sur l’unite de traitement des jus (TDJ) de la station d’epuration Seine Aval (SIAAP), afin d’etre alimente en boues biologiques dans des conditions reelles de fonctionnement. Le suivi des parametres operatoires du pilote et de ses performances de filtration sur une periode de 5 mois avait un double objectif : (i) mieux caracteriser la dispersion du gaz pour differentes conditions de fonctionnement (parametres de l’aeration, concentration en boues de l’alimentation), (ii) hierarchiser les facteurs qui limitent le colmatage des membranes. Il s’agit in fine de proposer des strategies d’aeration adaptees et efficaces pour limiter le colmatage. Afin de caracteriser la dispersion du gaz dans le reacteur, une methodologie innovante basee sur la tomographie de resistivite electrique (ERT) a ete adaptee au pilote. Les conditions d’utilisation de l’ERT (nombre d’electrodes de mesure, sequence de quadripoles) ont ete selectionnees a travers une etude numerique, de meme que les parametres d’inversion necessaires pour reconstituer la cartographie des resistivites a partir des mesures experimentales. Cette etude numerique poussee, realisee sous COMSOL, a permis de conclure a l’interet de la methode pour representer la distribution des phases dans la geometrie consideree. L’ERT a donc ete appliquee au pilote alimente en boues, pour differentes conditions d’aeration. Le jeu de donnees de filtration a par ailleurs ete analyse par logique floue, a l’aide du logiciel FisPro. Les arbres de decision obtenus, en analysant les resultats de maniere globale et en les regroupant par conditions operatoires similaires, ont mis en evidence l’impact preponderant des variables suivantes sur la derive de permeabilite observee (comprise entre - 9 et 2 LMH/bar) : la difference de DCO entre le surnageant des boues et le permeat (DDCO) traduisant une phase colloidale complexe, et la concentration en matieres en suspension (MES), ayant toutes deux un impact negatif sur les performances de filtration. Une augmentation du debit d’air conduirait a une limitation de la derive de permeabilite, sauf lorsque la variable DCO est elevee (> a 500 mg/L), cette hypothese restant cependant a verifier sur une base de donnees plus consequente. Le modele ainsi obtenu par logique floue permet de mieux simuler les evolutions de permeabilite que les modeles obtenus par regression lineaire multivariee (erreurs de 0,61 et de 0,70 respectivement), et ce malgre une incertitude relative importante sur la mesure de permeabilite (jusqu’a 16 %). Ces resultats sont coherents avec la dispersion du gaz observee par ERT : son homogeneite depend de la concentration en MES et du debit d’air injecte. A forte concentration en MES (6 – 10 g/L), des zones preferentielles de passage des bulles ont ete observees, en particulier a faible debit d’air, expliquant ainsi un colmatage plus important. L’utilisation nouvelle dans ce contexte de ces techniques, ERT et logique floue, donne des resultats qui confortent l’interet d’adapter l’aeration (debit, sequencage) aux caracteristiques des boues notamment leurs concentrations, et qui permettent d’envisager des strategies de controle de ces parametres

National audience; Electrical resistance tomography is adapted and applied to characterize gas dispersion in a semi-industrial pilot for membrane filtration. The developed methodology, based on numerical investigation, allows to study the impact of insufflated air flow rate and mixed liquor concentration on gas dispersion into filtration modules.; La tomographie de résistivité électrique est adaptée et mise en oeuvre pour la caractérisation de la distribution de gaz dans un pilote semi-industriel de filtration membranaire. La méthodologie développée, en s'appuyant sur une étude numérique, a permis de mettre en évidence l'impact du débit d'air et de la concentration en matière en suspension sur cette distribution au sein des modules de filtration.

National audience; Les bioréacteurs à membranes se sont largement développés ces dernières années en assainissement domestique urbain. A ce jour, deux installations du Siaap sont équipées de ce procédé (Seine Aval, Seine Morée). Cependant, le colmatage des membranes reste une problématique industrielle importante pouvant entrainer des coûts énergétiques et de remplacement importants. Différentes stratégies de limitation du colmatage sont mises en place, dont l'aération séquencée des membranes à l'aide de grosses bulles. Cependant, les mécanismes d'impact de cette aération restent relativement méconnus. Dans le cadre de l'axe 2 du programme de recherche Mocopée, un pilote semi-industriel de filtration membranaire a été conçu, dimensionné et installé sur l'unité de traitement des jus de Seine Aval. Ce pilote a permis d'étudier l'impact de l'aération sur les performances de filtration. La caractérisation de la dispersion des bulles au sein des réseaux de fibres a été réalisée à l'aide de la tomographie de résistivité électrique, en s'appuyant sur un protocole innovant basé sur la modélisation. Les résultats obtenus mettent en évidence l'impact couplé du débit d'air et de la concentration en matières en suspension sur cette dispersion du gaz. Ces résultats permettent d'envisager la régulation de l'aération en fonction de la concentration en MES dans les procédés industriels.

L'utilisation de souches de levures sélectionnées pour réaliser la FA est une pratique très répandue en œnologie. Après le développement de l'utilisation de levains de souche pure de Saccharomyces, l'innovation est aujourd'hui dans la mise en œuvre de levains mixtes de Saccharomyces et de non-Saccharomyces qui permettent de diversifier les produits finaux obtenus. La problématique réside dans l'existence d'interactions entre les souches rendant difficile la maîtrise de la fermentation. T. delbrueckii présente dans la flore indigène du mout de raisin est une des levures non-Saccharomyces les plus appropriées pour entrer dans la composition de ces levains mixtes. En effet, elle présente une bonne capacité fermentaire et peut permettre d'augmenter la complexité aromatique du vin ou encore de réduire son acidité volatile. L'objectif de ce travail était d'étudier les interactions pendant la FA entre des souches sélectionnées pour l'oenologie : une T. delbrueckii et une S. cerevisiae. Pour cela des expériences ont été réalisées dans des milieux synthétiques simulant le moût de raisins blancs. Le comportement des souches pures a tout d'abord été caractérisé. Il a été montré que la souche S. cerevisiae avait de meilleures performances fermentaires d'un point de vue cinétique que la souche T. delbrueckii. Toutefois, T. delbrueckii a montré des capacités acceptables pour épuiser les sucres et surtout a permis d'obtenir des profils aromatiques différents. Le comportement vis-à-vis de l'oxygénation des moûts de ces deux levures est assez semblable, T. delbrueckii étant cependant beaucoup plus sensible à ce paramètre que S. cerevisiae. L'interaction entre ces deux levures a ensuite était étudiée dans un bioréacteur à membrane sous anaérobie stricte dans différentes conditions : composition en azote assimilable du milieu et stratégie d'inoculation. Il a été clairement mis en évidence que T. delbrueckii était affectée par la présence de S. cerevisiae. Le type d'interaction soupçonné est celui d'amensalisme lié à l'excrétion par S. cerevisiae d'un constituant toxique pour T. delbrueckii. Dans ces conditions, la stratégie d'inoculation recommandée est l'ensemencement séquentiel des levures : T. delbrueckii en début de fermentation, puis l'ajout de S. cerevisiae 48 h après. Ceci permet à T. delbrueckii de se développer et d'exprimer son potentiel aromatique avant que S. cerevisiae ne soit introduit pour assurer une fin rapide de la fermentation. Toutefois, nous avons montré que même dans ces conditions, l'implantation de T. delbrueckii n'était pas garantie car, le moût n'étant pas stérile, une présence, même faible, de S. cerevisiae dans la flore naturelle peut inhiber sa croissance. Par ailleurs, il a été mis en évidence que dans les mouts à faible teneur en azote initial, ce constituant pouvait être épuisé au moment de l'inoculation de S. cerevisiae. Dans ces conditions, S. cerevisiae ne peut se développer et l'achèvement de la fermentation est alors problématique.

La présence de médicaments cytostatique a été évaluée en sortie d’un service d’hématologie, par l’analyse des effets cyto et genotoxiques des effluents. Une quantification chimique est en cours. Cette caractérisation a servi pour mettre au point un effluent modèle de ce type de pollution. Grace au fonctionnement en parallèle de deux bioréacteurs à membrane, l’un traitant une eau domestique classique, l ‘autre traitant l’eau modèle contenant les molécules cytostatiques, la pertinence de la technologie bioréacteur à membrane a été démontrée dans le cas d’une traitement d’une telle pollution : la présence de telles molécules aux effets biologiques semble en effet entrainer une réaction de protection de la part des microorganismes épurateurs, induisant une diminution de leur capacités de séparation d’avec l’eau traitée. La présence des membranes est alors toute indiquée. Cette étude permet de démonter la faisabilité de bioréacteur à membrane dans le cas d’un pollution qui entraine des perturbations dans la biodégradation.