MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
UNIVERSITE FERHAT ABBAS-SETIF
MEMOIRE
Présenté à l’Institut d’Optique et de Mécanique de Précision
Pour l’Obtention du Diplôme de MAGISTER
Option : Optique appliquée
Par LAZHAR GRAINI
THEME
Contrôle de la pollution de l’eau par méthode acousto-optique
Soutenu le: 31/10//2011 devant la commission d’examen:
Dr : AYADI KHALED M.C. à l’université de Sétif Président
Dr : LAOUAR NOAMEN M.C. à l’université de Sétif Rapporteur
Dr : DEMAGH NACER ED M.C. à l’université de Sétif Examinateur
Dr : MANALLAH AISSA M.C. à l’université de Sétif Examinateur
Dr : MEDJAHED AICHA M.C. à l’université de Sétif Examinateur
Plan du document
Introduction Générale 1
CHAPITRE. I : CONTROLE DE QUALITE DE L'EAU POTABLE
I.1. Introduction 2
I.2. Traitement des eaux de surface 2
I.2.1. L’eau et la pollution 2
I.2.1.1. L’eau… 2
• Caractéristiques Physiques De L’eau 2
• Propriétés Chimique 3
• Cycle de l’eau …… 3
I.2.1.2. La Pollution 4
• La pollution domestique et urbaine 4
• La pollution industrielle … 4
• La pollution agricole 5
• La pollution d’origine naturelle et l’eau de pluie 5
I.2 .2. Les indicateurs de qualité de l’eau 6
• Matières en suspension (MES) 6
•Demande biochimique en oxygène (DBO). 6
• Azote global (NGl) 7
• Phosphore total (PT) 7
I.2.3. La chaîne de traitement des eaux de surface 7
1.2.3.1. Prétraitement 8
1.2. 3.2. Pré-oxydation 8
1.2.3.3. Clarification. 9
1.2.3.4. Filtration 13
1.2.3.5. Désinfection 14
1.2.4. Normes de la qualité des eaux 16
I.3. Types de contrôle de qualité de l’eau 18
I.3.1. Méthodes classiques 18
I.3.1.1. Contrôle bactériologique 18
I.3.1.2. Contrôle de désinfection 19
I.3.1.3. Contrôle physico-chimique 20
I.3.2. Méthodes modernes 20
I.3.2.1. Les systèmes de surveillance 21
I.3.2.2. Les Capteurs 21
I.3 .2.2.1. Caractéristiques générales des capteur
II.2. Théorie de la piézoélectricité 27
II.2.1. L'effet piézoélectrique 27
II.2.2. Quelque matériau présentant des propriétés piézoélectrique 28
II.2.3. Equations de la piézoélectricité 29
II.3. Les transducteurs 30
II.3.1. Définition 30
II.3.2. les transducteurs ultrasonique 30
II.3.2.1. les transducteurs ultrasonique à piezoélectriciques 31
II.3.2.1.1. La conversion électrostatique, 31
II.3.2.1.2. La conversion piézo-électrique 31
II.3.3. Description d un Champ acoustique rayonné par Transducteur plan 31
II.3.3.1. Zone initiale: zone de Fresnel 32
II.3.3.2. Zone distale: zone de Fraunhofer 33
II.3.3.3. Transducteurs focalisés 34
II.3.3.4. Transducteurs multiéléments 35
II.3.3.5. Balayage électronique par commutation 35
II.3.3.6. Balayage sectoriel et volumique 36
II.4. Théorie des ondes ultrasons 37
II.4.1. Définition des ultrasons 37
II.4.1.1. les ultrasons de puissance, 37
II.4.1.2. Les ultrasons de diagnostic, 38
II.4.2. Les différents types des ondes ultrasonores 39
II.4.2.1. Selon la géométrie de la source de vibration 39
II.4.2.2. Selon la nature du milieu de propagation 39
II.4.2.3. Selon les dispositifs qui produisent les ondes acoustiques. 40
II.5. Paramètres de caractérisation de l'onde ultrasonore 42
II.5.1. Impédance acoustique 42
II.5.2. La longueur d’onde 42
II.5.3. La pression et l’intensité 43
II.6. Propagation des ultrasons dans un milieu liquide 43
II.7. Quelque Grandeurs d’influence de la propagation des ondes ultrasons 46
II.8. Interaction des ondes ultrasonores avec le laser (interaction acoustooptique) 50
Chapitre. III : Etude Expérimentale
III. Introduction 54
III.1. Montage Expérimentale 54
III.2. Ajustage du Montage 56
III.2.1. Ajustage de l’axe optique 56
III.2.2. Ajustage des éléments optiques 56
III.2.3. Ajustage de l’inclinaison du transducteur piézoélectrique : 56
III.3. Résultats Expérimentaux 56
III.3.1. Cas de l’éthanol 58
III.3.1.1. Influence de la concentration de l’éthanol sur la distance entre les ordres diffractés 58
III.3.1.2. Influence de la concentration de l’éthanol sur la vitesse acoustique 60
III.3.1.3. Influence de la concentration de l’éthanol dans l’eau distillée sur l’indice de réfraction de la solution. 64
III.3.1.4 Influence de la variation de la concentration de l’éthanol sur l’intensité des ordres diffractés 66
III.3.1.4.1. Manipulation 66
III.3.1.4.2. Résultat 66
III.3.2. Cas de l’acétone 68
III.3.2.1. Influence de la concentration de l’acétone dans l’eau sur la distance entre les ordres diffractés 68
III.3.2.2. Influence de la concentration de l’acétone dans l’eau sur l’indice de réfraction du mélange 71
III.3.2.3.Influence de la concentration de l’acétone sur l’intensité des ordres
diffractés 73
III.3.3. Cas du sel 75
III.3.3.1. Influence de la concentration du sel dans l’eau sur la distance entre les ordres diffractés 75
III.3.3.2. Influence de la concentration du sel sur l’intensité de l’ordre diffraction 77
III.3.4. Cas de l’eau de Barrage 78
III.3.4.1. Influence de l’eau de barrage sur la distance entre les ordres diffractés 79
III.3.4.2 Effet des différents liquides sur l’intensité diffractée 80
Conclusion Générale
Extrait du document
...
c) Pré-ozonation
Enfin, depuis quinze à vingt ans, on utilise comme pré-oxydant l'ozone, qui non
seulement a l'avantage de détruire les matières organiques en cassant les chaînes moléculaires
existantes, mais également a une propriété virulicide très intéressante. Généralement utilisée en
désinfection finale, cette technique peut être mise en œuvre en pré-oxydation pour : la
diminution du taux de traitement, l'amélioration de la clarification, et l'oxydation des matières
organiques. La pré-ozonation est une solution de substitution à la pré-chloration. Néanmoins,
elle ne résout pas tous les problèmes car certaines algues résistent à l'ozone et son coût reste
plus élevé que celui du chlore [VALENTIN 2000].
1.2.3.3. Clarification
La clarification est l’ensemble des opérations permettant d’éliminer les Matières En
Suspension (MES) d’une eau brute ainsi que la majeure partie des matières organiques.
La clarification comprend les opérations suivantes: la coagulation, la floculation, la
décantation et la filtration. L’objectif consiste à agréger sous forme de flocs, les matières en
suspension organiques et minérales et les substances colloïdales. Elles se décantent au fond du
bassin de décantation ou elles sont régulièrement extraites. Par contre, l’eau surnageant est
filtrée soit sur sable (éliminer les fins particules en suspension qui restent) soit sur charbon actif (afin d’éliminer en plus les couleurs et odeurs dues à la matière organique). Nous
noterons qu’il existe d’autres procédés de décantation tels que la flottation, le lit de boue…’.
a) La coagulation
La coagulation est l’une des opérations les plus importantes dans le traitement des eaux de
surface. Cette étape a une grande influence sur les opérations de décantation et de filtration
ultérieures. Le contrôle de la coagulation est donc essentiel pour trois raisons [VALENTIN
2000] :
La maîtrise de la qualité de l’eau traitée en sortie (abattement de la turbidité).
Le contrôle du coagulant résiduel en sortie.
La diminution des coûts de fonctionnement (réactifs et des interventions humaines).
Les colloïdes en solution sont naturellement chargés négativement. Ainsi, elles se
repoussent mutuellement et restent en suspension. On dit qu’il y a stabilisation des particules
dans la solution. La coagulation consiste en la déstabilisation de ces particules par la
neutralisation de leurs charges négatives en utilisant des réactifs chimiques nommés coagulants
avec une agitation importante.
Le choix du coagulant et la dose ont une influence sur la qualité de l’eau, le coût
d’exploitation, et les opérations ultérieures. Il existe deux principaux types de coagulants [LIND
C., 1995.] :
Les sels de fer (chlorure ferrique).
Les sels d’aluminium (sulfate d’aluminium).
Beaucoup de paramètres influent sur la coagulation tel que : la dose du réactif, la nature
des particules, le pH, la température de l’eau, la turbidité, l’alcalinité etc.… Tout contrôle de
l’opération de coagulation doit commencer par une régulation de ces paramètres. Le sulfate
d’aluminium, par exemple, est un coagulant utilisé pour une température d’eau supérieure à 10-
12°C, et a une efficacité optimale pour un pH compris entre 6,2 et 7,4. Une température basse
augmente la viscosité de l’eau, ralentie la coagulation et la décantation du floc, et diminue la
plage optimal du pH. L’opération de coagulation doit s’effectuer dans un temps très bref car le
processus de déstabilisation est réversible. Le réactif doit être réparti de façon la plus rapide et
la plus homogène possible dans toute la masse de l’eau. Ce mélange énergique doit durer entre
1 et 3 minutes [LIND C, OCT,1994.].[LIND C., NOV, 1994.]
b) La floculation
La floculation est le phénomène de formation de flocons de taille plus importante, en
utilisant des floculants ou adjuvants de floculation. Contrairement à la coagulation, la
floculation nécessite une agitation lente afin d'assurer le contact entre les flocs engendrés par la
coagulation, si non ils risquent de se briser. La majorité des floculants ou adjuvants sont des
polymères de poids moléculaire très élevé. La durée du mélange se situe entre 10 et 60 min. Les
temps d'injection du coagulant et du floculant sont en général espacés de 1 à 3 minutes, en
fonction de la température de l'eau. Les flocons ainsi formés seront décantés comme dans la
figure 1.3 [VALENTIN 2000] [VALIRON1989]. Les boues formées pendant la coagulationfloculation
aboutissent après décantation dans des concentrateurs. Les boues purgées de
décanteurs sont plus concentrées dans ce cas, ce qui conduit à une perte d'eau réduite.
...
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