Contribution à l'étude des interactions entre la cinétique biologique, les transferts et l'hydrodynamique dans les procédés intensifs de traitement des eaux usées. Approches génériques et applications

English. This work concerns intensive bioreactors used in wastewater treatment. Different aspects are investigated with regards to the biological kinetics of micro-organisms (formation and activity of mixed biofilms, mass transfer mechanisms) and hydrodynamics of three-phase (gas liquid solid) systems. Due to the strong interconnections between various mechanisms, each interaction is studied apart on specific experimental set-ups. The results obtained are then put together in a model that can be used for simulation, design or even control of the various processes used. Examples of such approaches are given for anaerobic digestion in fluidized beds and aerobic treatment in biofilters. This study reveals the need for further knowledge in two directions : first, the nature and structure of mixed biofilms in wastewater treatment with regards to hydrodynamic conditions; second, the influence of hydrodynamics on biofilm adhesion and detachment mechanisms.

French. Ce travail porte sur les bioréacteurs intensifs utilisés en traitement des eaux. Il explore différents aspects liés à la structure des interactions entre la cinétique biologique des micro-organismes présents (formation et activité des biofilms, mécanismes de transfert de matière) et la mise en œuvre de ces micro-organismes dans des réacteurs intensifs, en particulier des milieux triphasiques (c'est-à-dire qui comportent une phase solide, une phase liquide et une phase gazeuse). Ces différents mécanismes étant fortement interconnectés, la méthodologie utilisée repose sur des études expérimentales systématiques propres au génie des procédés, dans l'objectif d'étudier chaque phénomène de manière séparée, puis une synthèse réalisée sous la forme d'un modèle général pouvant être utilisé pour la simulation, le dimensionnement ou même la conduite de ces systèmes. Cette étude révèle les différents besoins en connaissance dans deux domaines : tout d'abord, la nature et la structure des biofilms mixtes par rapport aux conditions hydrodynamiques ; ensuite, l'influence de l'hydrodynamique sur les mécanismes d'adhésion et de détachement des biofilms.