Nissrine Loukili

Dans les opérations de traitement des eaux usées, les polyacrylamides cationiques (CPAM) de très haut poids moléculaire sont largement utilisés comme floculants, en raison de leur capacité à former des flocs robustes et à améliorer ainsi l’épaississement et la déshydratation des boues. L’optimisation du processus de floculation demeure toutefois un défi majeur, tant sur les plans financier, opérationnel qu’environnemental. Dans ce contexte, cette thèse vise à élucider les mécanismes de floculation en explorant le rôle de la rhéologie et de la structure des CPAM sur la dynamique de structuration des flocs et leurs propriétés morphologiques et physiques, en vue d’anticiper leur comportement dans les procédés d’épaississement et de déshydratation des boues. Ce travail a mis en évidence la sensibilité des CPAM à la dégradation au contact de surfaces métalliques, telles que l’aluminium ou l’acier inoxydable, dans des conditions proches de celles rencontrées en exploitation. Cette conclusion découle de l’observation de changements significatifs de leurs propriétés rhéologiques, où un passage d’un comportement élastique à un comportement visqueux est évident. La viscosité à faible cisaillement diminue drastiquement au fil du temps, avec des modifications notables de leur temps de relaxation et de l’indice de rhéofluidification. La deuxième partie du travail souligne l’impact de cette dégradation sur la dynamique de floculation, se traduisant par une réduction du temps de mélange boue–polymère et une accélération de la cinétique de structuration des flocs. Leur morphologie évolue d’une structure branchée et filamenteuse vers une structure isotrope et dispersée, avec une réduction progressive de leur taille. De plus, ce processus réduit significativement la quantité de polymère nécessaire pour atteindre une floculation complète.  Au-delà du procédé de floculation, cette étude examine l'influence de ce phénomène sur les performances d’épaississement et de déshydratation des boues. Les résultats révèlent que, bien qu'il perturbe l’épaississement, compromette la séparation solide–liquide et réduise l’efficacité de clarification, il confère néanmoins aux boues un caractère plus perméable sous pression, facilitant la libération de l’eau et améliorant ainsi les performances de déshydratation. En conclusion, cette thèse établit une forte synergie entre les propriétés rhéologiques intrinsèques des CPAM, les mécanismes de floculation qu’ils induisent et les caractéristiques physiques des flocs générés. Elle apporte un éclairage inédit sur des aspects jusqu’alors négligés dans les pratiques industrielles et ouvre la voie à des stratégies opérationnelles pour un pilotage efficace des procédés d’assainissement à l’échelle des usines d’épuration.

Membres du jury

M. Yahya RHARBI
CHARGÉ DE RECHERCHE, CNRS, Directeur de thèse
M. Jean-Charles MAJESTÉ
PROFESSEUR DES UNIVERSITÉS, Université Jean Monnet, Rapporteur
Mme Cécile FORMOSA
CHARGÉE DE RECHERCHE, TBI - INSA Toulouse, Rapporteure
M. Pierre-Xavier THIVEL 
PROFESSEUR DES UNIVERSITÉS, Université Grenoble Alpes, Examinateur

Membres invités

Mme Nadia EL KISSI     -  DIRECTRICE DE RECHERCHE, CNRS
Mme Sabrina GUÉRIN  -  DIRECTRICE INNOVATION, SIAAP
M. Laurent JOSSIC       -  MAÎTRE DE CONFÉRENCES, Grenoble INP
M. Pascal GINISTY        -  DIRECTEUR SCIENTIFIQUE, IFTS
M. Yannick FAYOLLE    -  INGÉNIEUR DE RECHERCHE, INRAE