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Carnot IFPEN Ressources EnergétiquesLa plateforme Carnot « Traitement des eaux industrielles » adresse les challenges scientifiques et techniques associés à la gestion des effluents industriels et des eaux de ruissellement, en particulier :
-   La séparation des émulsions (ex. : déshuilage des eaux)
-   La compatibilité des technologies de traitement de l’eau en présence d’additifs tels que surfactants ou polymères en solution par exemple
-   La dépollution des eaux chargées en particules ou en nouveaux polluants émergents tels que microparticules, microplastiques, polluants dissous 
-   L’identification, la culture et l’isolement des acteurs microbiens des bioprocédés de traitements.

 

Types d’activité : Réalisation d’essais laboratoire & pilote. Modélisation des systèmes dispersés. Expertise en caractérisation des fluides complexes, physico-chimie des interfaces, microbiologie culturale et moléculaire, et mécanique des fluides. Application à des cas industriels. Prestations R&D. Projets de recherche multi-partenaires.

 

Schéma Traitement des eaux industrielles

 

Exemples de réalisations liées au traitement des eaux industrielles 

SUEZ - propriétés viscoélastiques
Simulation numérique (CFD) de l’écoulement au sein d’un hydrocyclone  


Développement d’une technologie d’hydrocyclone pour la gestion d’effluents spécifiques
 

Conception et évaluation operando d’une nouvelle géométrie d’hydrocyclone applicable au traitement d’eaux industrielles présentant des propriétés viscoélastiques en collaboration avec Suez.
 

 
Eaux polluées par des hydrocarbures : évaluer et réduire les risques 


Etude de l’impact de différents additifs utilisés en EOR chimique sur la séparation des effluents produits et la gestion des eaux de production, en conditions représentatives de champs pétroliers. Qualification des procédés de traitements des eaux permettant d’atteindre les spécifications requises (Joint Industry Project (JIP) Dolphin™ dont IFPEN est leader)


Les activités de la plateforme 

  • Développement de solutions méthodologiques & technologiques : solutions optimisées à l’échelle du laboratoire et validées à l’échelle pilote.
     
  • Résolution de problématiques industrielles ou approche de type « derisking » des risques opérationnels et proposition de solutions de remédiation : outils innovants/en rupture de caractérisation et de traitement des eaux industrielles.

... s’appuyant sur

  • Une compréhension fine des phénomènes (Description du comportement des interfaces liquide/liquide, liquide/gaz et liquide/solide) : complémentarité entre essais expérimentaux et modélisation.

 

  • Un suivi de la veille réglementaire en matière d’écotoxicité. Par exemple : normes et tests règlementaires de toxicité pour les rejets aqueux par rapport aux hydrocarbures et aux additifs, BTEX, métaux lourds, HAP et aux polluants émergents tels que microplastiques, etc.
Efficacité du procédé de flottation sur une eau de production
Efficacité du procédé de flottation sur une eau de production
Efficacité d’un procédé de coagulation sur une eau de production
Efficacité d’un procédé de coagulation sur une eau polluée par des hydrocarbures

Une expertise scientifique appliquée à 3 axes
1.   L’étude des mécanismes de la coalescence et des propriétés interfaciales et rhéologiques des systèmes dispersés aux échelles nano et microscopique.
2.   La modélisation des écoulements multiphasiques de l’échelle micro à l’échelle macroscopique.
3.   La compréhension des phénomènes biologiques régissant la dépollution des eaux. 

Une équipe et une approche pluridisciplinaire
-    Physico-chimie des fluides complexes
-    Mécanique des fluides
-    Biotechnologies
-    Analyses laboratoires

    Remontée d’une goutte d’huile (video et simulation numérique) et drainage du film à l’interface eau/air (graphique)
    Remontée d’une goutte d’huile (vidéo et simulation numérique) et drainage du film à l’interface eau/air (graphique)

      


    Des moyens expérimentaux aux différentes échelles

    Laboratoire IFPEN
    Banc d’essai Hydrocyclone à l’échelle laboratoire (3l/min, 1.2bar)

    Du laboratoire

    • Création d’émulsions et de systèmes dispersés (diphasiques) représentatifs de cas industriels (« Dispersion rig »)
    • Procédés et techniques de séparation : gravitaire, floculation, coagulation, centrifugation, hydrocyclone, flottation, filtration
    • Caractérisation et étude des propriétés interfaciales (stabilité des émulsions, drainage de film, mousses, …) et rhéologiques (effet viscoélastique, viscoplastique, etc…)
    • Cellule microfluidique.
       

    ... au pilote 

    • installation Pilote IFPEN-Lyon
      Skid Hydrocyclone à l’échelle pilote (4 m3/h, 15 bar)  
      Skid de flottation équipé d’internes modulaires (injecteurs, déflecteurs)
    • Skid hydrocyclone liquide-liquide (chambre de séparation modulaire)
    • Boucle d’écoulement triphasique à l’échelle semi-industrielle (Plateforme GOwSP, Gas-Oil-water Separation Platform). Débit liquide 10 m3/h : 
      - Séparateur gravitaire : monitoring des interfaces et possibilités de prélèvements
      - Monitoring en ligne d’écoulements dispersés : granulométrie, concentration, turbidimétrie, mesures vélocimétrie laser, etc...
      - Tests en conditions représentatives.
      Evaluation des performances de différentes technologies de séparation liquide/liquide, gaz/liquide et liquide/solide.
       

    Bénéficier de techniques avancées de mesures operando

    Parc d’équipements analytiques très variés qui permet une caractérisation

    • Des fluides : gaz, liquides d’origines organique ou aqueuse, systèmes colloïdaux 
      - Etude des polymères en solution (masse moléculaire, taux d’hydrolyse, concentration, …)
    • Des matériaux solides : dépôts, roches, polymères, aciers… 
      - Méthodes spectroscopiques, gravimétriques (Raman, FTIR, ATG,…) 
      - Méthodes microscopiques (MEB, EDS)
       

    Et une analyse spécifique :

    • des systèmes/écoulements dispersés : granulométrie, turbidimétrie, inline monitoring, suivi de la dégradation mécanique des polymères. 
    • des propriétés interfaciales et rhéologiques de fluides complexes : drainage de films, effet DRA,….
    • des propriétés biologiques : évaluation de la biodégradabilité
       

    IFPEN Lyon - Solaize (69)IFPEN Lyon - Rueil-Malmaison (92)
    Lieux 
    : Solaize (69),
    Rueil-Malmaison (92) 

    Contact : Marie-Hélène Klopffer
    marie-helene.klopffer@ifpen.fr 


    Certification : ISO 9001 (activités de recherche et d’innovation dans les systèmes et technologies durables de l’énergie, des transports et de l’environnement)