Traitement de l’eau par coagulation-floculation

Traitement de l’eau par coagulation-floculation

Traitement de l’eau par coagulation-floculation

Contexte : Le traitement de l'eau par Coagulation-FloculationProcédé physico-chimique visant à déstabiliser les particules colloïdales en suspension dans l'eau pour former des agrégats (flocs) plus gros et plus lourds, faciles à décanter..

Une nouvelle station de production d'eau potable doit être conçue pour alimenter une commune de 25 000 habitants. L'eau brute est prélevée dans une rivière présentant une turbidité variable. L'étape clé du traitement est la clarification par coagulation-floculation, qui vise à éliminer les matières en suspension et colloïdales pour rendre l'eau limpide. Cet exercice se concentre sur le dimensionnement du floculateur, le réacteur où les micro-flocs formés durant la coagulation s'agglomèrent pour devenir des flocs volumineux et décantables.

Remarque Pédagogique : Cet exercice vous permettra d'appliquer les formules fondamentales du génie des procédés au traitement de l'eau, en dimensionnant un ouvrage essentiel et en calculant l'énergie nécessaire à son fonctionnement.


Objectifs Pédagogiques

  • Calculer la consommation journalière d'un réactif chimique (coagulant).
  • Dimensionner un réacteur hydraulique (floculateur) sur la base d'un temps de séjour.
  • Calculer la puissance de mélange nécessaire à une opération de floculation.
  • Vérifier un critère de dimensionnement adimensionnel (nombre de Camp).

Données de l'étude

On cherche à dimensionner le floculateur à agitation mécanique pour la future station.

Fiche Technique du Projet
Caractéristique Valeur
Débit de production de la station (Q) 1 500 m³/h
Coagulant utilisé Chlorure Ferrique (FeCl₃)
Température moyenne de l'eau 15 °C
Schéma de la filière de traitement simplifiée
Eau Brute Coagulation Floculation Décantation FeCl₃
Nom du Paramètre Symbole Valeur Unité
Taux de traitement optimal (dose) τ 40 mg/L
Temps de séjour floculation t 25 min
Gradient de vitesse moyen G 30 s⁻¹
Viscosité dynamique de l'eau à 15°C μ 1,139 x 10⁻³ Pa.s
Concentration de la solution commerciale de FeCl₃ C 41 % en masse

Questions à traiter

  1. Calculer la masse de solution commerciale de chlorure ferrique nécessaire par jour.
  2. Déterminer le volume total du floculateur.
  3. Calculer la puissance totale (P) qui doit être dissipée dans le floculateur pour assurer le mélange.
  4. Le floculateur est divisé en 3 compartiments identiques en série. Quel est le volume d'un compartiment ?
  5. Calculer le nombre de CampCritère adimensionnel (Gt) qui caractérise l'énergie totale de mélange apportée à l'eau pendant la floculation. (Gt) et vérifier s'il est dans la plage recommandée (20 000 à 100 000).

Les bases sur la Coagulation-Floculation

Le traitement de l'eau par coagulation-floculation se déroule en deux temps. D'abord, la coagulation, très rapide (quelques secondes), où l'on injecte un réactif (le coagulant) qui déstabilise les charges électriques des particules, leur permettant de s'agglomérer. Ensuite, la floculation, plus lente (20-30 min), où une agitation modérée favorise les collisions entre ces particules déstabilisées pour former des agrégats plus gros, le flocAgrégat de particules formé pendant la floculation, suffisamment dense pour être éliminé par décantation ou filtration..

1. Volume d'un réacteur
Le volume \(V\) d'un réacteur est déterminé par le débit d'eau à traiter \(Q\) et le temps de séjour \(t\) nécessaire à la réaction. \[ V = Q \times t \]

2. Puissance de mélange (Formule de Camp et Stein)
La puissance \(P\) à fournir à un volume d'eau \(V\) pour obtenir un certain gradient de vitesse \(G\) dépend de la viscosité dynamique du fluide \(\mu\). \[ P = G^2 \times V \times \mu \]


Correction : Traitement de l’eau par coagulation-floculation

Question 1 : Calculer la masse de solution commerciale de chlorure ferrique nécessaire par jour.

Principe

Le calcul de la consommation de réactif est une tâche fondamentale pour l'opérateur d'une station. Il s'agit de déterminer la quantité de produit chimique brut à commander et à stocker pour traiter un volume d'eau donné sur une période définie (ici, une journée), en se basant sur une concentration efficace déterminée en laboratoire.

Mini-Cours

Matière Active vs. Produit Commercial : Les réactifs chimiques sont rarement purs. La "dose" ou "taux de traitement" (\(\tau\)) se réfère toujours à la masse de matière active (la molécule qui réagit, ici FeCl₃). Le produit que l'on achète est une solution contenant cette matière active à une certaine concentration (\(C\)). Le calcul consiste donc à passer de la masse active nécessaire à la masse de la solution commerciale à injecter.

Remarque Pédagogique

Abordez toujours ce type de problème en deux étapes claires : 1) Calculez le besoin total en matière pure sur la période. 2) Corrigez ce besoin avec la concentration du produit que vous utilisez réellement. Cette méthode évite les erreurs et reste logique quelle que soit la situation.

Normes

La détermination du taux de traitement optimal (\(\tau\)) n'est pas théorique. Elle se fait via une procédure standardisée appelée Jar-Test. Cet essai consiste à tester en laboratoire plusieurs dosages de coagulant sur des échantillons d'eau brute pour trouver la concentration minimale qui donne la meilleure clarification. Les résultats guident ensuite le réglage des pompes doseuses sur le site.

Formule(s)

Masse de FeCl₃ pur par jour

\[ M_{\text{pur}} = Q_{\text{jour}} \times \tau \]

Masse de solution commerciale

\[ M_{\text{comm}} = \frac{M_{\text{pur}}}{C} \]
Hypothèses
  • Le débit de la station est constant sur 24 heures.
  • Le taux de traitement optimal de 40 mg/L est constant sur la journée.
  • La densité de la solution commerciale est considérée comme proche de 1 (simplification courante pour le calcul de masse).
Donnée(s)
ParamètreSymboleValeurUnité
Débit horaireQ1500m³/h
Doseτ40mg/L
Concentration commercialeC41%
Astuces

Pour les conversions d'unités en traitement de l'eau, souvenez-vous de l'équivalence magique : 1 mg/L = 1 g/m³. Comme 1 m³ = 1000 L et 1 g = 1000 mg, le rapport reste le même. Cela simplifie grandement les calculs de masse de réactif.

Schéma (Avant les calculs)
Principe du dosage
Volume d'eauQ (m³/jour)Dose τ (mg/L)Concentration C (%)
Calcul(s)

Étape 1 : Calcul du débit journalier \(Q_{\text{jour}}\)

\[ \begin{aligned} Q_{\text{jour}} &= 1500 \frac{\text{m}^3}{\text{h}} \times 24 \frac{\text{h}}{\text{jour}} \\ &= 36000 \frac{\text{m}^3}{\text{jour}} \end{aligned} \]

Étape 2 : Conversion de la dose \(\tau\)

\[ \begin{aligned} \tau &= 40 \frac{\text{mg}}{\text{L}} \\ &= 40 \frac{\text{g}}{\text{m}^3} \\ &= 0.040 \frac{\text{kg}}{\text{m}^3} \end{aligned} \]

Étape 3 : Calcul de la masse pure \(M_{\text{pur}}\)

\[ \begin{aligned} M_{\text{pur}} &= 36000 \text{ m}^3 \times 0.040 \frac{\text{kg}}{\text{m}^3} \\ &= 1440 \text{ kg} \end{aligned} \]

Étape 4 : Calcul de la masse commerciale \(M_{\text{comm}}\)

\[ \begin{aligned} M_{\text{comm}} &= \frac{1440 \text{ kg}}{0.41} \\ &\approx 3512.2 \text{ kg} \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)
Bilan de masse journalier
Eau Brute36000 m³/jFeCl₃~3512 kg/j+
Réflexions

Le résultat de 3512 kg/jour (soit 3,5 tonnes) est un ordre de grandeur réaliste pour une station de cette taille. Cette valeur est critique pour la logistique : elle conditionne la taille des cuves de stockage du réactif sur le site et la fréquence des livraisons par camion-citerne.

Points de vigilance

L'erreur la plus commune est d'oublier de diviser par la concentration (\(C\)). On calculerait alors la masse de matière active pure, ce qui sous-estimerait grandement la quantité de produit commercial à utiliser et à stocker. Une autre erreur fréquente est de se tromper dans les conversions d'unités, notamment entre mg/L, g/m³ et kg/m³.

Points à retenir
  • La consommation d'un réactif dépend du débit, de la dose et de la concentration commerciale.
  • Toujours différencier la matière active du produit commercial.
  • La maîtrise des conversions d'unités est essentielle (débit, concentration).
Le saviez-vous ?

Le chlorure ferrique est un des coagulants les plus utilisés au monde. Il appartient à la famille des sels de métaux trivalents (Fe³⁺), tout comme le sulfate d'aluminium (Al³⁺). Ces ions fortement chargés sont très efficaces pour neutraliser les charges négatives des colloïdes présents dans les eaux naturelles.

FAQ
Résultat Final
Il faudra environ 3512 kg de solution commerciale de chlorure ferrique par jour.
A vous de jouer

Si la dose optimale passait à 50 mg/L en période de crue, quelle serait la nouvelle masse commerciale journalière requise ?

Question 2 : Déterminer le volume total du floculateur.

Principe

Le volume d'un réacteur hydraulique comme un floculateur est sa caractéristique la plus fondamentale. Il est conçu pour garantir que chaque molécule d'eau passe un temps minimum à l'intérieur, appelé "temps de séjour", afin que la réaction (ici, l'agglomération des flocs) ait le temps de se produire complètement.

Mini-Cours

Le Temps de Séjour Hydraulique (TSH) : C'est un concept central en génie des procédés. Le TSH (noté \(t\)) est le temps théorique que met un fluide à traverser un réacteur. Il est défini par le rapport entre le volume du réacteur (\(V\)) et le débit du fluide (\(Q\)). Pour un réacteur idéal (mélange parfait ou écoulement piston parfait), toutes les particules passent exactement ce temps à l'intérieur. En réalité, il y a une distribution des temps de séjour.

Remarque Pédagogique

Visualisez le floculateur comme une "boîte" que l'eau doit traverser. Si vous voulez que l'eau y reste plus longtemps (augmenter \(t\)) ou si plus d'eau arrive en même temps (augmenter \(Q\)), il faudra logiquement une "boîte" plus grande (augmenter \(V\)). La formule \(V = Q \times t\) est l'une des relations les plus intuitives et fondamentales du dimensionnement d'ouvrages.

Normes

Il n'y a pas de norme réglementaire stricte pour le temps de séjour, mais des recommandations de bonne pratique issues de la littérature technique (par exemple, le Memento Degrémont). Pour la floculation, un temps de séjour de 20 à 30 minutes est une plage de conception classique et reconnue, offrant un bon compromis entre efficacité et coût de construction.

Formule(s)
\[ V = Q \times t \]
Hypothèses
  • On considère un écoulement piston idéal, où le temps de séjour réel est égal au temps de séjour hydraulique théorique.
  • Le volume calculé est le volume utile hydraulique (le volume d'eau réel dans l'ouvrage).
Donnée(s)
ParamètreSymboleValeurUnité
Débit horaireQ1500m³/h
Temps de séjourt25min
Astuces

L'erreur la plus fréquente ici est l'incohérence des unités de temps. Avant de multiplier, assurez-vous que le débit et le temps sont exprimés avec la même base de temps (heures, minutes ou secondes). Le plus simple est souvent de convertir le temps dans l'unité du débit (ici, convertir les minutes en heures).

Schéma (Avant les calculs)
Relation Débit-Temps-Volume
Volume V ?Débit QTemps t
Calcul(s)

Étape 1 : Conversion du temps de séjour \(t\)

\[ \begin{aligned} t &= 25 \text{ min} \\ &= \frac{25}{60} \text{ h} \\ &\approx 0.4167 \text{ h} \end{aligned} \]

Étape 2 : Calcul du volume \(V\)

\[ \begin{aligned} V &= 1500 \frac{\text{m}^3}{\text{h}} \times 0.4167 \text{ h} \\ &= 625 \text{ m}^3 \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)
Représentation du volume du floculateur
V = 625 m³Ex: 25m (L) x 10m (l) x 2.5m (h)
Réflexions

Un volume de 625 m³ est un ouvrage de génie civil conséquent. Pour donner un ordre de grandeur, cela correspond au volume d'une piscine de 25m de long, 10m de large et 2.5m de profondeur. Ce résultat permet aux ingénieurs de commencer à dessiner les plans de l'ouvrage et d'estimer les coûts de construction.

Points de vigilance

Ne confondez pas le volume total de l'ouvrage en béton avec le volume utile (hydraulique). Le volume utile est celui qui est réellement occupé par l'eau. Il y a toujours une différence (la revanche, les volumes morts) que l'on prend en compte dans les étapes de conception détaillées.

Points à retenir
  • La relation \(V = Q \times t\) est la base du dimensionnement de la plupart des réacteurs en traitement de l'eau.
  • Le temps de séjour est un paramètre de conception clé qui dépend de la cinétique de la réaction.
Le saviez-vous ?

Les premiers floculateurs étaient de simples bassins avec des chicanes, où l'énergie de mélange était apportée uniquement par les pertes de charge de l'eau serpentant autour des obstacles. Aujourd'hui, les agitateurs mécaniques ou hydrauliques permettent un contrôle bien plus précis de l'énergie apportée, et donc une meilleure efficacité.

FAQ
Résultat Final
Le volume total du floculateur doit être de 625 m³.
A vous de jouer

Si l'on voulait réduire le temps de séjour à 20 minutes, quel serait le nouveau volume ?

Question 3 : Calculer la puissance totale (P) qui doit être dissipée dans le floculateur.

Principe

La floculation n'est pas une réaction passive ; elle nécessite un apport d'énergie contrôlé pour fonctionner. Cette énergie, fournie par un agitateur, crée des turbulences dans l'eau. Le "gradient de vitesse" (\(G\)) est le paramètre qui quantifie l'intensité de cette turbulence. La puissance (\(P\)) est l'énergie fournie par unité de temps pour maintenir ce niveau de turbulence dans tout le volume du réacteur.

Mini-Cours

La formule de Camp et Stein : Cette relation empirique est au cœur du dimensionnement des systèmes d'agitation en traitement de l'eau. Elle montre que la puissance requise (\(P\)) est très sensible au gradient de vitesse (elle varie avec \(G^2\)) et directement proportionnelle au volume (\(V\)) et à la viscosité du fluide (\(\mu\)). La viscosité représente la "résistance" de l'eau au mouvement ; une eau plus froide (plus visqueuse) demandera plus d'énergie pour être agitée à la même intensité.

Remarque Pédagogique

Pensez à l'analogie de la vinaigrette : si vous ne secouez pas (\(P=0\)), l'huile et le vinaigre ne se mélangent pas. Si vous secouez trop fort (\(G\) trop élevé), vous cassez l'émulsion. La floculation, c'est trouver la bonne "intensité de secouage" (\(G\)) et la maintenir pendant un certain temps. Le calcul de \(P\) nous dit quelle "force" le moteur de l'agitateur doit avoir.

Normes

Pour la floculation mécanique, les valeurs de gradient de vitesse (\(G\)) recommandées se situent généralement entre 10 et 70 s⁻¹. On utilise souvent des gradients décroissants : un \(G\) plus élevé au début pour favoriser les collisions, et un \(G\) plus faible à la fin pour ne pas briser les gros flocs formés.

Formule(s)
\[ P = G^2 \times V \times \mu \]
Hypothèses
  • Le gradient de vitesse \(G\) est uniforme dans tout le volume \(V\) du floculateur.
  • Le rendement du système d'agitation (moteur, réducteur) est de 100% (la puissance calculée est la puissance dissipée dans l'eau, pas la puissance électrique consommée).
Donnée(s)
ParamètreSymboleValeurUnité
Gradient de vitesseG30s⁻¹
Volume du floculateurV625
Viscosité dynamiqueμ1,139 x 10⁻³Pa.s
Astuces

Vérifiez toujours que vos unités sont cohérentes avec le Système International avant d'appliquer la formule : \(P\) en Watts (W), \(G\) en s⁻¹, \(V\) en m³, et \(\mu\) en Pa.s. Le Pascal (Pa) est un N/m², donc le Pa.s est un N.s/m². L'analyse dimensionnelle (W = (1/s)² * m³ * N.s/m² = N.m/s = J/s = W) confirme la validité de la formule.

Schéma (Avant les calculs)
Agitation mécanique dans un compartiment
Moteur (P)G
Calcul(s)

Étape 1 : Application de la formule de Camp et Stein

\[ \begin{aligned} P &= (30 \text{ s}^{-1})^2 \times 625 \text{ m}^3 \times (1.139 \times 10^{-3} \text{ Pa} \cdot \text{s}) \\ &= 900 \times 625 \times 1.139 \times 10^{-3} \\ &\approx 640.7 \text{ W} \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)
Puissance dissipée dans le floculateur
P ≈ 641 WG = 30 s⁻¹
Réflexions

Une puissance de 641 W est relativement faible. C'est comparable à la puissance d'un appareil électroménager comme un mixeur puissant. Cela montre que la floculation est un processus qui demande une agitation douce et prolongée, et non une agitation violente et brève. Ce chiffre est la base pour que l'ingénieur électricien choisisse le moteur et le variateur de vitesse adéquats.

Points de vigilance

Attention à ne pas oublier le carré sur le gradient de vitesse (\(G^2\)). C'est une erreur fréquente qui fausse complètement le résultat. De plus, la viscosité de l'eau varie fortement avec la température. Un calcul de dimensionnement doit toujours être fait pour la température la plus froide (viscosité la plus élevée), car c'est le cas le plus défavorable qui demandera le plus de puissance.

Points à retenir
  • La puissance de mélange est proportionnelle au carré du gradient de vitesse (\(G^2\)).
  • La température de l'eau (via la viscosité \(\mu\)) a un impact direct sur la puissance nécessaire.
Le saviez-vous ?

Thomas R. Camp et Peter C. Stein, deux ingénieurs sanitaires américains, ont publié leurs travaux fondamentaux sur la floculation dans les années 1940. Leurs formules, bien que vieilles de plus de 80 ans, sont toujours la référence mondiale pour le dimensionnement des floculateurs aujourd'hui.

FAQ
Résultat Final
La puissance à dissiper dans le floculateur est d'environ 641 Watts.
A vous de jouer

Quelle serait la puissance requise si le gradient de vitesse devait être augmenté à 40 s⁻¹ ?

Question 4 : Le floculateur est divisé en 3 compartiments identiques. Quel est le volume d'un compartiment ?

Principe

La compartimentation d'un réacteur est une stratégie de conception courante en génie des procédés. Pour la floculation, cela permet de se rapprocher d'un écoulement "piston" et d'appliquer des niveaux d'énergie différents et successifs. Le calcul du volume d'un compartiment est une simple division du volume total.

Mini-Cours

Réacteurs en Série : En plaçant plusieurs réacteurs (ou compartiments) les uns après les autres, on s'assure que l'eau passe séquentiellement dans chaque zone. Cela permet de créer un profil de mélange optimisé : agitation plus forte dans le premier compartiment pour initier la formation des flocs, puis de plus en plus douce dans les suivants pour les faire grossir sans les casser.

Remarque Pédagogique

C'est une simple division, mais elle a une grande importance pratique. Chaque compartiment sera une cellule de génie civil distincte, potentiellement équipée de son propre agitateur, ce qui permet une flexibilité et une optimisation du processus que ne permettrait pas un unique grand bassin.

Normes

La pratique recommande souvent de diviser les floculateurs en 2 à 4 compartiments en série. Trois compartiments est une configuration très classique.

Formule(s)
\[ V_{\text{compartiment}} = \frac{V_{\text{total}}}{\text{Nombre de compartiments}} \]
Hypothèses
  • Les compartiments sont de taille (volume utile) identique.
Donnée(s)

Volume total \(V = 625 \text{ m}^3\) ; Nombre de compartiments = 3.

Astuces

Pas d'astuce particulière pour ce calcul simple.

Schéma (Avant les calculs)
Compartimentation du Floculateur
Comp. 1Comp. 2Comp. 3V_total = 625 m³
Calcul(s)

Étape 1 : Division du volume total

\[ \begin{aligned} V_{\text{compartiment}} &= \frac{V_{\text{total}}}{3} \\ &= \frac{625 \text{ m}^3}{3} \\ &\approx 208.3 \text{ m}^3 \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)
Volume par compartiment
Comp. 1208.3 m³Comp. 2208.3 m³Comp. 3208.3 m³
Réflexions

Chaque compartiment de 208 m³ est encore un volume important. Ce résultat servira à dimensionner les agitateurs individuels de chaque compartiment, qui n'auront pas nécessairement la même puissance (on applique souvent un G décroissant).

Points de vigilance

Assurez-vous de bien utiliser le volume total calculé à la question précédente. Une erreur sur le volume initial se répercutera sur ce calcul.

Points à retenir

La compartimentation est une technique clé pour optimiser les performances d'un réacteur en se rapprochant d'un modèle d'écoulement piston et en permettant un étagement de l'énergie de mélange.

Le saviez-vous ?

Certains floculateurs modernes, dits "à lit de boues", n'utilisent pas de compartiments mais font passer l'eau à travers un "lit" de flocs déjà formés et maintenus en suspension. Le contact de l'eau coagulée avec cette grande quantité de flocs accélère considérablement le processus d'agglomération.

FAQ

Pas de FAQ pertinente pour ce calcul simple.

Résultat Final
Chaque compartiment aura un volume d'environ 208,3 m³.
A vous de jouer

Cette question étant une simple division, l'exercice interactif n'est pas pertinent.

Question 5 : Calculer le nombre de Camp (Gt) et le vérifier.

Principe

Le nombre de Camp (\(Gt\)) est un critère de conception empirique crucial. Il ne représente pas une quantité physique directe, mais un facteur global qui combine l'intensité du mélange (\(G\)) et la durée du mélange (\(t\)). Il quantifie "l'opportunité de contact" totale donnée aux particules pour qu'elles s'agglomèrent. Un \(Gt\) adéquat est la clé d'une floculation réussie.

Mini-Cours

Signification du Gt : Le gradient de vitesse \(G\) (en s⁻¹) représente le nombre de collisions potentielles par seconde. Le temps \(t\) (en s) est la durée pendant laquelle ces collisions peuvent se produire. Leur produit, \(Gt\) (sans dimension), est donc proportionnel au nombre total de collisions que subit une particule durant son passage dans le floculateur. C'est pourquoi ce critère est si représentatif de l'efficacité du processus.

Remarque Pédagogique

Voyez le \(Gt\) comme le "score final" de votre floculateur. Vous pouvez obtenir un bon score avec une agitation modérée pendant longtemps, ou une agitation un peu plus forte pendant un peu moins de temps. C'est le produit des deux qui compte. La conception consiste à trouver le couple (\(G, t\)) qui donne un bon \(Gt\) tout en respectant les contraintes techniques et économiques.

Normes

Les recommandations techniques pour le nombre de Camp (\(Gt\)) dans le cas d'une floculation avec un coagulant métallique (comme FeCl₃) se situent typiquement dans la plage de 20 000 à 100 000. En dessous, la floculation est incomplète. Au-dessus, le risque de briser les flocs par un cisaillement excessif devient trop important.

Formule(s)
\[ Gt = G \times t \]
Hypothèses
  • Le gradient \(G\) et le temps \(t\) sont considérés comme des valeurs moyennes sur l'ensemble de l'ouvrage.
Donnée(s)
ParamètreSymboleValeurUnité
Gradient de vitesseG30s⁻¹
Temps de séjourt25min
Astuces

Le piège est toujours le même : les unités de temps ! Le gradient \(G\) est quasi systématiquement donné en s⁻¹, tandis que le temps de séjour est presque toujours en minutes. La première chose à faire est de convertir le temps de séjour en secondes avant de faire la multiplication.

Schéma (Avant les calculs)
Concept du Nombre de Camp
Temps de séjour, t (s)Intensité du mélange, G (s⁻¹)
Calcul(s)

Étape 1 : Conversion du temps de séjour \(t\)

\[ \begin{aligned} t &= 25 \text{ min} \times 60 \frac{\text{s}}{\text{min}} \\ &= 1500 \text{ s} \end{aligned} \]

Étape 2 : Calcul du nombre de Camp \(Gt\)

\[ \begin{aligned} Gt &= 30 \text{ s}^{-1} \times 1500 \text{ s} \\ &= 45000 \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)
Positionnement du Gt sur la plage recommandée
020 000100 000Plage Optimale45 000
Réflexions

La valeur de \(Gt\) calculée (45 000) est bien située dans la plage typique recommandée. Elle est presque au centre de l'intervalle [20 000 ; 100 000], ce qui indique une conception robuste, ni sous-dimensionnée (risque de mauvaise floculation) ni sur-dimensionnée (risque de bris de floc et de surcoût énergétique).

Points de vigilance

Ne jamais conclure sur la seule valeur de \(G\) ou de \(t\). Un \(G\) très faible avec un \(t\) très long peut donner un \(Gt\) correct, mais le mélange sera inefficace. Inversement, un \(G\) très fort pendant un \(t\) très court donnera aussi un \(Gt\) correct, mais brisera les flocs. Le couple (\(G, t\)) doit être cohérent avec les recommandations avant de valider le \(Gt\).

Points à retenir
  • Le nombre de Camp (\(Gt\)) est le critère de performance global de la floculation.
  • Il doit se situer dans une plage recommandée (typiquement 20 000 - 100 000).
  • Le calcul de \(Gt\) nécessite des unités de temps cohérentes (secondes).
Le saviez-vous ?

La valeur optimale de \(Gt\) dépend du type de coagulant et de la température de l'eau. Pour les polymères organiques, qui créent des ponts moléculaires longs et fragiles, on utilise des \(Gt\) beaucoup plus élevés, parfois jusqu'à 200 000, mais avec des gradients de vitesse \(G\) plus faibles pour ne pas cisailler ces ponts.

FAQ
Résultat Final
Le nombre de Camp est de 45 000. Cette valeur est conforme aux recommandations de conception.
A vous de jouer

Si le temps de séjour était de 20 min et le gradient de vitesse de 50 s⁻¹, le \(Gt\) serait-il toujours dans la plage recommandée [20000; 100000] ?


Outil Interactif : Simulateur de Floculateur

Utilisez les curseurs pour voir comment le débit de la station et le temps de séjour influencent le volume du floculateur et le nombre de Camp (pour G = 30 s⁻¹).

Paramètres d'Entrée
1500 m³/h
25 min
Résultats Clés
Volume du Floculateur (m³) -
Nombre de Camp (Gt) -

Quiz Final : Testez vos connaissances

1. Quel est l'objectif principal de l'étape de coagulation ?

2. Si on double le débit d'une station (\(Q\)) sans changer le temps de séjour (\(t\)), comment évolue le volume (\(V\)) du floculateur nécessaire ?

3. Dans la formule de Camp et Stein (\(P = G^2V\mu\)), que représente \(G\) ?

4. Un nombre de Camp (\(Gt\)) trop élevé est un problème car :

5. L'unité de la viscosité dynamique (\(\mu\)) dans le Système International est :


Coagulation-Floculation
Procédé physico-chimique visant à déstabiliser les particules colloïdales en suspension dans l'eau pour former des agrégats (flocs) plus gros et plus lourds, faciles à décanter.
Turbidité
Caractéristique optique d'un liquide indiquant la présence de matières en suspension qui le rendent trouble ou opaque. Elle est mesurée en NTU (Nephelometric Turbidity Unit).
Gradient de Vitesse (G)
Mesure de l'intensité du mélange dans un fluide. Un G élevé indique une agitation forte, un G faible une agitation douce. Il s'exprime en s⁻¹.
Nombre de Camp (Gt)
Critère adimensionnel (sans unité) qui caractérise l'énergie totale de mélange apportée à l'eau pendant la floculation. C'est le produit du gradient de vitesse (G) par le temps de séjour (t).
Traitement de l’eau par coagulation-floculation

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