Méthodes de minimisation des rejets et de choix des procédés de valorisation des effluents. Appl

293 Pages·2010·4.4 MB·French

Technologies propres: Méthodes de minimisation des
rejets et de choix des procédés de valorisation des
effluents. Application aux ateliers de traitement de
surface.
Valérie Laforest
To cite this version:
Valérie Laforest. Technologies propres: Méthodes de minimisation des rejets et de choix des procédés
devalorisationdeseffluents. Applicationauxateliersdetraitementdesurface.. Sciencesdel’ingénieur
[physics]. Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne; INSA de Lyon, 1999. Français.
￿NNT: ￿. ￿tel-00526578￿
HAL Id: tel-00526578
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N° d'ordre : 99 ISAL0118 Année 1999
THESE
présentée devant
L'INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQUEES DE LYON
et
L'ECOLE NATIONALE SUPERIEURE DES MINES DE SAINT-ETIENNE
pour obtenir
LE GRADE DE DOCTEUR
FORMATION DOCTORALE : SCIENCES ET TECHNIQUES DU DECHET
par
VALERIE LAFOREST
Technologies propres :
Méthodes de minimisation des rejets et
de choix des procédés de valorisation des effluents.
Application aux ateliers de traitement de surface.
Soutenue le 10 décembre 1999
Composition du jury :
Professeur Colette Collet-Gonnet Rapporteur
Professeur Robert Hausler Rapporteur
Professeur Alain Navarro Président du jury
Professeur Jacques Bourgois Examinateur
Monsieur Bruno Debray Examinateur
Monsieur Didier Grange Examinateur
Janvier 1998
Institut National des Sciences Appliquées de Lyon
Directeur : J. Rochat
Professeurs
S. AUDISIO PHYSICOCHIMIE INDUSTRIELLE
J.C. BABOUX GEMPPM*
B. BALLAND PHYSIQUE DE LA MATIERE
D. BARBIER PHYSIQUE DE LA MATIERE
G. BAYADA MODELISATION MATHEMATIQUE ET CALCUL SCIENTIFIQUE
C. BERGER (Mlle) PHYSIQUE DE LA MATIERE
M. BETEMPS AUTOMATIQUE INDUSTRIELLE
J.M. BLANCHARD LAEPSI**
C. BOISSON VIBRATIONS ACOUSTIQUES
M. BOIVIN MECANIQUE DES SOLIDES
H. BOTTA EQUIPE DEVELOPPEMENT URBAIN
G. BOULAYE INFORMATIQUE
J. BRAU CENTRE DE THERMIQUE
M. BRISSAUD GENIE ELECTRIQUE ET FERROELECTRICITE
M. BRUNET MECANIQUE DES SOLIDES
J.C. BUREAU THERMODYNAMIQUE APPLIQUEE
J.Y. CAVAILLE GEMPPM*
J.P. CHANTE COMPOSANTS DE PUISSANCE ET APPLICATIONS
B. CHOCAT UNITE DE RECHERCHE EN GENIE CIVIL
B. CLAUDEL LAEPSI**
M. COUSIN UNITE DE RECHERCHE EN GENIE CIVIL
M. DIOT THERMODYNAMIQUE APPLIQUEE
A. DOUTHEAU CHIMIE ORGANIQUE
R. DUFOUR MECANIQUE DES STRUCTURES
J.C. DUPUY PHYSIQUE DE LA MATIERE
H. EMPTOZ RECONNAISSANCE DES FORMES ET VISION
C. ESNOUF GEMPPM*
L. EYRAUD (Prof. Émérite) GENIE ELECTRIQUE ET FERROELECTRICITE
G. FANTOZZI GEMPPM*
M. FAYET MECANIQUE DES SOLIDES
J. FAVREL GROUPE DE RECHERCHE EN PRODUCTIQUE ET INFORMATIQUE
DES SYSTEMES MANUFACTURIERS
G. FERRARIS-BESSO MECANIQUE DES STRUCTURES
Y. FETIVEAU GENIE ELECTRIQUE ET FERROELECTRICITE
L. FLAMAND MECANIQUE DES CONTACTS
P. FLEISCHMANN GEMPPM*
A. FLORY INGENIERIE DES SYSTEMES D'INFORMATION
R. FOUGERES GEMPPM*
F. FOUQUET GEMPPM*
L. FRECON INFORMATIQUE
R. GAUTHIER PHYSIQUE DE LA MATIERE
M. GERY CENTRE DE THERMIQUE
G. GIMENEZ CREATIS***
P. GOBIN (Prof. émérite) GEMPPM*
P. GONNARD GENIE ELECTRIQUE ET FERROELECTRICITE
M. GONTRAND COMPOSANTS DE PUISSANCE ET APPLICATIONS
R. GOUTTE (Prof. Émérite) CREATIS***
G. GRANGE GENIE ELECTRIQUE ET FERROELECTRICITE
G. GUENIN GEMPPM*
M. GUICHARDANT BIOCHIMIE ET PARMACOLOGIE
G. GUILLOT PHYSIQUE DE LA MATIERE
A. GUINET GROUPE DE RECHERCHE EN PRODUCTIQUE ET INFORMATIQUE
DES SYSTEMES MANUFACTURIERS
J.L. GUYADER VIBRATIONS ACOUSTIQUES
J.P. GUYOMAR GENIE ELECTRIQUE ET FERROELECTRICITE
J.M. JOLION RECONNAISSANCE DES FORMES ET VISION
J.F. JULLIEN UNITE DE RECHERCHE EN GENIE CIVIL
A. JUTARD AUTOMATIQUE INDUSTRIELLE
R. KASTNER UNITE DE RECHERCHE EN GENIE CIVIL
H. KLEIMANN GENIE ELECTRIQUE ET FERROELECTRICITE
J. KOULOUMDJIAN INGENIERIE DES SYSTEMES D'INFORMATION
M. LAGARDE BIOCHIMIE ET PARMACOLOGIE
M. LALANNE MECANIQUE DES STRUCTURES
A. LALLEMAND CENTRE DE THERMIQUE
M. LALLEMAND (Mme) CENTRE DE THERMIQUE
P. LAREAL UNITE DE RECHERCHE EN GENIE CIVIL
A. LAUGIER PHYSIQUE DE LA MATIERE
Ch. LAUGIER BIOCHIMIE ET PARMACOLOGIE
P. LEJEUNE GENETIQUE MOLECULAIRE DES MICROORGANISMES
A. LUBRECHT MECANIQUE DES CONTACTS
Y. MARTINEZ INGENIERIE DES SYSTEMES D'INFORMATION
H. MAZILLE PHYSICOCHIMIE INDUSTRIELLE
P. MERLE GEMPPM*
J. MERLIN GEMPPM*
J.P. MILLET PHYSICOCHIMIE INDUSTRIELLE
M. MIRAMOND UNITE DE RECHERCHE EN GENIE CIVIL
N. MONGEREAU (Prof. Émérite) UNITE DE RECHERCHE EN GENIE CIVIL
R. MOREL MECANIQUE DES FLUIDES
P. MOSZKOWICZ LAEPSI**
P. NARDON BIOLOGIE APPLIQUEE
A. NAVARRO LAEPSI**
A. NOURI (Mme) MODELISATION MATHEMATIQUE ET CALCUL SCIENTIFIQUE
M. OTTERBEIN LAEPSI**
J.P. PASCAULT MATERIAUX MACROMOLECULAIRES
G. PAVIC VIBRATIONS ACOUSTIQUES
J. PERA UNITE DE RECHERCHE EN GENIE CIVIL
G. PERRACHON THERMODYNAMIQUE APPLIQUEE
J. PEREZ (Prof. Émérite) GEMPPM*
P. PINARD PHYSIQUE DE LA MATIERE
J.M. PINON INGENIERIE DES SYSTEMES D'INFORMATION
D. PLAY CONCEPTION ET ANALYSE DES SYSTEMES MECANIQUES
J. POUSIN MODELISATION MATHEMATIQUE ET CALCUL SCIENTIFIQUE
P. PREVOT GROUPE DE RECHERCHE EN APPRENTISSAGE, COOPERATION
ET INTERFACES MULTIMODALES
R. PROST CREATIS***
M. RAYNAUD CENTRE DE THERMIQUE
J.M. REYNOUARD UNITE DE RECHERCHE EN GENIE CIVIL
E. RIEUTORD (Porf. Émérite) MECANIQUE DES FLUIDES
J. ROBERT-BAUDOUY (Mme) GENETIQUE MOLECULAIRE DES MICROORGANISMES
D. ROUBY GEMPPM*
P. RUBEL INGENIERIE DES SYSTEMES D'INFORMATION
C. RUMELHART MECANIQUE DES SOLIDES
J.F. SACADURA CENTRE DE THERMIQUE
H. SAUTEREAU MATERIAUX MACROMOLECULAIRES
S. SCARVARDA AUTOMATIQUE INDUSTRIELLE
D. THOMASSET AUTOMATIQUE INDUSTRIELLE
M. TROCCAZ GENIE ELECTRIQUE ET FERROELECTRICITE
R. UNTERREINER CREATIS***
J. VERON LAEPSI**
G. VIGIER GEMPPM*
A. VINCENT GEMPPM*
P. VUILLERMOZ PHYSIQUE DE LA MATIERE
Directeurs de recherche C.N.R.S.
Y. BERTHIER MECANIQUE DES CONTACTS
P. CLAUDY THERMODYNAMIQUE APPLIQUEE
N. COTTE-PATTAT (Mme) GENETIQUE MOLECULAIRE DES MICROORGANISMES
P. FRANCIOSI GEMPMM
J.F. GERARD MATERIAUX MACROMOLECULAIRES
M.A. MANDRAND (Mme) GENETIQUE MOLECULAIRE DES MICROORGANISMES
J.F. QUINSON GEMPMM
A. ROCHE MATERIAUX MACROMOLECULAIRES
Directeurs de recherche I.N.R.A.
G. BONNOT BIOLOGIE APPLIQUEE
G. FEBVAY BIOLOGIE APPLIQUEE
S. GRENIER BIOLOGIE APPLIQUEE
Y. MENEZO BIOLOGIE APPLIQUEE
Directeurs de recherche I.N.S.E.R.M.
A.F. PRINGENT (Mme) BIOCHIMIE ET PHARMACOLOGIE
I. MAGNIN (Mme) CREATIS***
GEMPMM* : Groupe d'etude metallurgie physique et physique des matériaux
LAEPSI** : Laboratoire d'analyse environnementale des procédés et systèmes industriels
CREATIS*** : Centre de recherche et d'applications en traitement de l'image et du signal
INSA de Lyon
Département des études doctorales
ECOLES DOCTORALES
(cid:190) MATERIAUX DE LYON
INSAL – ECL -UCB. Lyon1 – Univ. De Chambéry – ENS
Responsable : Professeur A. HOAREAU, UCBL (Tél. : [phone])
Formations doctorales associées :
(cid:131) Génie des Matériaux (Pr. R. FOUGERES, Tél : 04. 72. 43. 81 .49)
(cid:131) Matière condensée surfaces et interfaces (Pr. G. GUILLOT, Tél : [phone])
(cid:131) Matériaux polymères et composites (Pr. H. SAUTEREAU, Tél : [phone])
(cid:190) MECANIQUE, ENERGETIQUE, GENIE CIVIL, ACOUSTIQUE (MEGA)°
Responsable : Professeur J. BATAILLE, ECL (Tél : [phone])
Formations doctorales associées :
(cid:131) Acoustique (Pr. J.L. GUYADER, Tél : [phone])
(cid:131) Génie Civil : Sols, matériaux, structures, physique du bâtiment
(Pr. P. LAREAL, Tél : [phone])
(cid:131) Mécanique (Pr. G. DALMAZ, Tél : [phone])
(cid:131) Thermique et Energétique (Pr. M. LALLEMAND, Tél : [phone])
(cid:190) ELECTRONIQUE, ELECTROTECHNIQUE, AUTOMATIQUE (EEA)
INSAL - ECL – UCB. Lyon1 – Univ. de Saint-Etienne
Responsable : Professeur G. GIMENEZ, INSAL (Tél : [phone])
Formations doctorales associées :
(cid:131) Acoustique (Pr. J.L. GUYADER, Tél : [phone])
(cid:131) Automatique Industrielle (Pr. SCAVARDA, Tél : [phone])
(cid:131) Dispositifs de l’électronique intégrée (Pr. P. PINARD, Tél : [phone])
(cid:131) Génie biologique et médical (Pr. I MAGNIN, Tél : [phone])
(cid:131) Génie électrique (Pr. J.P. CHANTE, Tél : [phone])
(cid:131) Signal, Image, Parole (Pr. G. GIMENEZ, Tél : [phone])
(cid:190) ECOLE DOCTORALE INTERDISCIPLINAIRE SCIENCES-SANTE (EDISS)
INSAL – UCB Lyon1 – Univ. de Saint-Etienne – Univ. Aix-Marseille2
Responsable : Professeur A. COZZONE, CNRS-Lyon (Tél [phone])
Formations doctorales associées :
(cid:131) Biochimie (Pr. M. LAGARDE, Tél : [phone])
(cid:131) Génie biologique et médical (Pr. I. MAGNIN, Tél : [phone])
INSA de LYON
Département des Etudes Doctorales
AUTRES FORMATIONS DOCTORALES
(cid:190) ANALYSE ET MODELISATION DES SYSTEMES BIOLOGIQUE
Responsable : Professeur S. GRENIER, INSAL
Tél : [phone]
(cid:190) CHIMIE INORGANIQUE
Responsable : Professeur P. GONNARD, INSAL
Tél : [phone]
(cid:190) CONCEPTION EN BATIMENT ET TECHNIQUE URBAINES
Responsable : Professeur M. MIRAMOND, INSAL
Tél : [phone]
(cid:190) DEA INFORMATIQUE DE LYON
Responsable : Professeur J.M. JOLION, INSAL
Tél : [phone]
(cid:190) PRODUCTIQUE : ORGANISATION ECONOMIQUE ET GENIE INFORMATIQUE POUR L’ENTREPRISE
Responsable : Professeur J. FAVREL, INSAL
Tél : [phone]
(cid:190) SCIENCES ET TECHNIQUES DU DECHET
Responsable : Professeur P. MOSZKOWICZ, INSAL
Tél : [phone]
REMERCIEMENTS

Ce travail a été effectué au sein du Centre SITE (Sciences Information et Techniques pour
l'Environnement) de l'Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne.

Je tiens à remercier, en premier lieu, Monsieur Didier Graillot, Directeur du Centre SITE pour
m'avoir accueilli dans son équipe pendant ces trois ans.
Mes remerciements vont aussi à Monsieur Jacques Bourgois, Professeur au Centre SITE de
l'ENSM.SE et directeur de cette thèse, pour son aide et sa confiance.

Je remercie également Madame Colette Collet-Gonnet, Professeur à l'IUT de Saint-Etienne
ainsi que Monsieur Robert Hausler, Professeur au Département de chimie de l'Université du
Québec à Montréal, d'avoir accepté d'être rapporteurs de ce travail.
Mes remerciements iront également à Monsieur Alain Navarro qui a bien voulu accepter
d'être membre du jury.

Je tiens aussi à faire part de ma gratitude à Monsieur Didier Grange, Ingénieur et à Madame
Patricia Sire, Ingénieur d'étude de la société USF Astre pour leurs conseils et le temps qu'ils
ont bien voulu m'accorder pour ce travail.
Je désire également remercier Monsieur Guy Caplat, Maitre de Conférence à l'INSA de Lyon,
d'avoir bien voulu nous prêter le générateur de système expert Sherlock qui nous a permis de
développer notre deuxième logiciel.

Ma profonde reconnaissance va à Monsieur Bruno Debray, Chargé de recherche à
l'ENSM.SE, directeur de recherche de cette thèse, pour avoir bien voulu suivre mes
recherches, pour son aide précieuse tant dans le déroulement de ma thèse que pour la relecture
de ce document ainsi que pour sa patience.

Je remercie enfin tous les membres du Centre SITE (Zahia, Eric, Konrad, Mireille, Vincent,
Laurence, etc.) qui ont su créer une agréable ambiance de travail ainsi que Frédérique, ma
soeur, pour son soutien tout au long de ces trois ans ainsi que son aide dans la rédaction de ce
mémoire.
A mes parents et à mon frère pour leurs encouragements et leur soutien.
merci à tous...
RESUME

Le traitement des eaux constitue actuellement la part essentielle des investissements
industriels pour la protection de l'environnement. En France, les moyens consacrés à la
dépollution des eaux sont de l'ordre de 20 milliards de Francs dont la plus grosse part est
consacrée à l'activité industrielle.
Les actions engagées se font par une gestion globale des effluents en privilégiant les actions
de réduction à la source notamment par la mise en place de technologies propres
(optimisation, changement et modification du procédé de production).

Nous avons concentré notre étude sur la mise en place des technologies propres dans les
ateliers de traitement de surface (consommateur et générateur d'eau et de produits chimiques).
Pour cela, nous avons mis au point deux méthodes de gestion de l'information qui ont abouti
au développement de deux systèmes informatiques d'aide à la décision.
•
La première a pour objectif de minimiser la consommation et les rejets en eau tout en
optimisant le procédé de production en assurant une efficacité et un rendement optima des
rinçages.
•
La deuxième concerne le choix des procédés de valorisation suivant les objectifs de
valorisation, les caractéristiques de l'effluent et les paramètres limitant l'utilisation des
procédés.

Notre approche entre dans une démarche globale de gestion des effluents du traitement de
surface. Elle a pour but de limiter la quantité des effluents générés, de valoriser les flux et
d'une manière générale de mettre en place les technologies propres dans un contexte de
développement durable.

Mots clés : technologies propres, effluents industriels, gestion des eaux, procédés de
valorisation, traitement de surface, aide à la décision, système expert, base de données.
ABSTRACT

Currently, the essential part of the money invested by the industrialist is for the water
treatment. In France, most of the 20 billions francs per year devoted to the water treatment is
used for the industrial activity.
The global management of effluents favour the integration of clean technologies
(optimisation, change and modification of the production process) in order to reduce the
pollution problem at its source.

Our study aims at the introduction of clean technologies in the metal workshops (consumer
and generator of water and chemicals) by the development of two data management methods,
which lead to two decision support systems.
•
The aim of the first one is to minimise both the water consumption and the wastewater
disposal by optimising the production process (optimum yield and efficiency of the rinsing
baths)
•
The second one concerns the choice of valorisation techniques considering the valorisation
objectives, the effluents characteristics and the parameters limiting the use of the techniques.

Our approach fits into a global management method for the metal finishing industry
wastewater. Its aim is to limit the quantity of wastewater generated, to valorise effluents and
by this way to develop the clean technologies.

Keywords: clean technologies, industrial wastewater, water management, valorisation
processes, metal finishing industries, decision support system, expert system, database.