Dynamique globale

Dans un premier temps, il est intéressant d'observer la dynamique globale de l'écoulement tout au long de la pluie considérée. En effet, nous pouvons ainsi émettre quelques commentaires quant au fonctionnement du déshuileur, mais le plus important reste de déterminer si les hydrocarbures parviennent à s'échapper du déshuileur, et si oui, à quels moments, et en quelles quantité et concentration. Les vidéos sont disponibles en cliquant sur les liens suivants :

Nous allons maintenant analyser cette dynamique et insister sur certains moments clés.

1) Pluie décennale :

La première simulation que nous avons effectuée se déroule dans le cas d'une pluie décennale. Le débit injecté est alors très important, débutant même avec une vitesse d'injection de 0,5 m/s. Le but est de mettre en avant les possibles dysfonctionnements (d'où le choix d'une très forte pluie) afin de savoir quels détails regarder ensuite, lors de la simulation d'un épisode moins fort Dans le cas présent, on observe très rapidement un lessivage du déshuileur, avec un domaine totalement envahi par les hydrocarbures, tel que les figures suivante le montrent :

t=5s

t=30s

t=55s

t=80s

Dès lors, la concentration d'hydrocarbures en entrée diminue et l'injection permet ainsi à l'eau de redevenir majoritaire. On observe ainsi une mise en suspension de la nappe d'hydrocarbures, ce qui nous conforte dans le bon fonctionnement de notre installation, comme nous pouvons l'observer sur les figures suivantes, insistant sur la proportion d'eau grandissante en entrée :

t=170s

t=200s

A ce moment donné, le parcours que nous pouvons observer sur la figure suivante (représentant les vecteurs vitesses en chaque point du maillage) devient le parcours privilégié, du fait que la vitesse en entrée continue d'augmenter. Ceci permet à la nappe d'huile de rester en amont du déshuileur et de ne pas polluer l'eau en sortie. Ce parcours privilégié le restera jusqu'à la fin de la simulation.

vitesse à t=230s

Cependant, ce parcours privilégié ne permettra pas d'éviter un second lessivage. Le premier était dû à une trop forte injection d'huile en entrée, ce qui pouvait être supposée irréalliste, mais celui-ci est dû à la vitesse toujours grandissante en entrée. En effet, cette dernière induit un tourbillon conséquent au niveau de la première palplanche comme on peut l'observer ci-dessous :

vitesse à t=525s

vitesse à t=525s (zoom au niveau de la première palplanche)

Le tourbillon, grandissant à l'instar du débit injecté, permet de remettre en solution l'huile jusqu'ici en surface. On assiste donc à un lessivage assez lent du déshuileur. Ceci permet d'affirmer que les conséquences sont assez limitées en sortie du fait de la grande quantité d'eau injectée, et nous n'avons donc aucun problème de forte pollution rejetée. Cependant, on peut affirmer que c'est un gros problème quant au fonctionnement du déshuileur : comme prévu par les recherches citées précédemment, les fortes pluies induisent une dilution des huiles alors séparées et finalement le travail du déshuileur est réduit à néant. On peut observer ce phénomène sur les figures suivantes :

t=330s

t=430s

t=530s

t=630s

Finalement, comme nous pouvons l'observer sur la figure à t=630s, le décanteur est dorénavant rempli d'eau, comme à l'instant initial. Toute l'huile a été remise en solution et rendue à la nature.

  • Comparaison entre les deux géométries :

Nous avons effectué la même simulation sur la seconde géométrie, celle possédant deux coudes. Les principales remarques quant à la dynamique globale sont les suivantes :

- la dynamique est la même durant toute la simulation. En effet, la forte présence d'hexane dans les premières minutes entraîne un envahissement du domaine par les hydrocarbures. Nous observons aussi par la suite un retour de l'eau et l'apparition d'un parcours privilégié, dû à la vitesse croissante. Le plus étonnant est le deuxième lessivage qui n'est pas du tout évité malgré le rajout d'un coude, soit de deux palplanches. Finalement, dans ce cas aussi, l'huile est totalement remise en solution, le changement de géométrie n'aura donc pas joué.

- il faut cependant noter une différence notable quant au second lessivage, à savoir un retard de ce dernier. Le changement de géométrie a donc un effet bénéfique sur le système en retardant la remise en solution de l'huile. Dans notre cas, il n'y aura aucune différence sur le système final, mais en supposant que la pluie avait été plus courte, alors ce nouveau coude aurait pu permettre de laisser l'huile en suspension, et ainsi d'éviter une pollution inutile. Cette différence est très visible sur les figures suivantes :

première géométrie, à t=530s

seconde géométrie, à t=530s

Pour conclure, nous pouvons dire que cette simulation nous a permis de mettre en avant un dysfonctionnement important du décanteur, à savoir un lessivage, certes lent, mais tout de même existant, de la nappe d'hydrocarbures jusque là bien restée en place. L'apparition d'une forte période pluvieuse peut donc entraîner une pollution important du milieu naturel même si très diluée. Nous avons aussi mis en avant l'importance de la géométrie du déshuileur, à savoir qu'une complexification du parcours (par l'augmentation du nombre de coudes) pouvait éviter ce lessivage par un retardement de la création du tourbillon.

Le début de la simulation nous montre qu'une trop forte dose d'huile injectée (comme pourrait l'être un incident) est très difficilement contrôlable, et le déshuileur ne peut pas stopper la pollution engendrée. Cette période va nous servir à calculer le temps de séjour moyen par la suite.

Il faut cependant contraster ces résultats avec le fait qu'un épisode décennal est très rare et que le déshuileur industriel n'est pas dimensionné sur cet événement. Nous allons donc maintenant simuler un épisode pluvieux annuel, afin d'observer si les mêmes dysfonctionnements existent.

 

2) Pluie annuelle :

Durant cette simulation, nous imposons cette-fois ci une injection beaucoup plus faible, à savoir une vitesse située entre 0 et 0,6 m/s, ce qui représente une pluie annuelle, événement grâce auquel nous avons dimensionné notre structure. La dynamique fonctionne sur le même modèle que la simulation précédente, à quelques différences non négligeables près :

- tout d'abord, même si la concentration d'hydrocarbures est restée inchangée (donc très importante dans les premières minutes de la simulation) en entrée, une vitesse beaucoup plus faible équivaut à un volume d'hexane beaucoup plus faible. Nous n'observons donc pas d'envahissement total du domaine par l'huile mais une dilution de cette dernière. A noter que nous observons très distinctement l'évolution d'une onde de diffusion de l'huile dans le domaine durant cette période. Celle-ci se déplace de gauche à droite puis l'inverse, et permet à la nappe d'huile de progresser. Il y a en sortie une diminution plus faible de la densité, ce qui correspond à une pollution plus faible, comme nous pouvons le voir sur les figures suivantes :

à t=175s

à t=225s

à t=275s

à t=325s

- le deuxième aspect très important à suivre est la création ou non d'un tourbillon entraînant la dilution de la nappe d'huile, ce qui correspond à un lessivage du décanteur. Durant cette seconde simulation,  celle d'une pluie annuelle, malgré la faible vitesse imposée, on observe tout de même ce phénomène mais à échelle beaucoup plus faible, tel que le montrent les images suivantes (tout d'abord l'image représentant la vitesse, puis quatre images montrant l'évolution de la nappe d'huile) :

 

Les vecteurs vitesses nous montrent clairement un trajet privilégié, avec une tendance vers le bas de la structure. Ainsi, de part sa faible valeur, la vitesse crée un petit tourbillon ne permettant pas le lessivage complet. Il existe cependant.

à t=490s

à t=740s

à t=990s

à t=1240s

Nous n'assistons donc pas à un lessivage total de la structure, ce qui est très important. Cependant, on remarque qu'il se passe un transport continu de la nappe d'huile, ce qui permet à cette dernière de s'évacuer par la sortie. En effet, nous voyons clairement que la nappe en surface diminue au cours du temps tant que la vitesse reste suffisamment élevée. Le problème est donc moindre mais persiste. L'efficacité d'une telle technique est donc limitée au regard du transport d'hexane effectué par l'eau injectée.

En outre, contrairement à ce que le système en place pourrait laisser penser, il n'y a pas de récupération automatique de la couche d'huile en suspension. Il faut un entretien régulier du système afin de faire disparaître l'huile présente dans le système. Cet entretien est la plupart du temps trimestriel. Ceci induit donc que si une pluie de l'intensité d'un événement décennale a lieu juste avant un entretien prévu, une couche d'huile vieille de trois mois sera libérée dans le milieu naturel. Et dans le cas d'un événement mois important, on remarque tout de même une libération continue de la couche d'huile, qui entraîne une très faible pollution en sortie.

Les différences entre les deux géométries sont les mêmes dans ce cas, nous ne les détaillerons donc pas.

En conclusion, les problèmes mis en avant lors d'une pluie décennale persistent lors d'une pluie annuelle, même s'ils sont moins importants. Le danger est donc de libérer une couche important d'huile en sortie du décanteur, alors que le principe de ce dernier est la capter. Nous retrouvons donc bien tous les résultats de la littérature, à savoir que les décanteurs industriels réagissent très mal face aux fortes pluies. Nous allons maintenant calculer les différents temps de séjour moyen pour les deux événements pluvieux et les deux géométries.

 

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