Infodoc : Sciences, Techniques et Culture

La pérennisation de la valorisation agricole des boues résiduaires passe par une optimisation des techniques d'épandage. Dans le cas présent, nous nous sommes focalisés sur les phénomènes intervenant sur les disques qui constituent la table d'épandage, en tenant compte à la fois des caractéristiques rhéologiques du matériau à épandre et des réglages mécaniques du matériel.
On montre d'abord par des expériences de rhéométrie qu'aux faibles contraintes, les boues ne peuvent s'écouler de manière stable : la déformation totale du matériau résulte d'une compétition entre la restructuration pendant la phase de repos précédant le cisaillement et la déstructuration due au cisaillement. De plus, lors du cisaillement avec une surface lisse, un glissement apparaît dans la même gamme de contrai[...]

La pérennisation de la valorisation agricole des boues résiduaires passe par une optimisation des techniques d'épandage. Dans le cas présent, nous nous sommes focalisés sur les phénomènes intervenant sur les disques qui constituent la table d'épandage, en tenant compte à la fois des caractéristiques rhéologiques du matériau à épandre et des réglages mécaniques du matériel.
On montre d'abord par des expériences de rhéométrie qu'aux faibles contraintes, les boues ne peuvent s'écouler de manière stable : la déformation totale du matériau résulte d'une compétition entre la restructuration pendant la phase de repos précédant le cisaillement et la déstructuration due au cisaillement. De plus, lors du cisaillement avec une surface lisse, un glissement apparaît dans la même gamme de contrainte, à partir d'une déformation critique. Il se forme une fine couche de liquide newtonien entre la surface qui induit le cisaillement et le reste du matériau dans l'entrefer. Au delà d'une contrainte critique, l'écoulement devient homogène, quelque soit la nature de la surface, lisse ou rugueuse.
A partir de travaux sur maquette, nous avons analysé la déformation d'un échantillon de fluide à seuil engendrée par l'application d'une force centrifuge d'intensité croissante, en accélérant progressivement la vitesse de rotation du disque. On montre que la dynamique de l'étalement se résume en trois phases distinctes. Aux faibles vitesses de rotation, le matériau se comporte comme un solide viscoélastique et subit de faibles déformations élongationnelles. Quand la vitesse de rotation dépasse une valeur critique, la déformation n'est plus homogène : le matériau se comporte comme un liquide en périphérie, et comme un solide au centre de l'échantillon. Seule la partie liquide s'étale en formant un bourrelet. On montre ainsi que les paramètres viscoélastiques du matériau et l'initiation de l'écoulement sont étroitement liés : plus le seuil de contrainte est élevé, plus la vitesse critique est grande. Enfin, l'étalement se localise au sein de digitations qui se
forment à partir du bourrelet.
Finalement, on montre qu'au cours de l'épandage les paquets de boues arrivant sur la table d'épandage ne sont pas cisaillés sous l'action de la force centrifuge, mais ils subissent une élongation puis une fragmentation avant d'être projeté à la sortie du disque. On démontre au passage que les pâles n'ont aucune utilité sur le procédé d'émiettement.
The use of biosolids as agricultural fertilizer for Landfill application requires an optimisation the spreading. Our analysis is focused on the flow of biosolids on the spinning disc, by taking into a account rheological characteristics of biosolid and mechanical characteristics of the disc. Firstly one shows, using rheometric experiments, that no stable flow of the bulk material is possible for stresses below a critical stress with rough surfaces: the variation of the deformation is a combination of physical aging and shear rejuvenation. When the material is sheared with smooth surface a wall slip occurs in the same stress range, in the form of an abrupt transition after a small (critical) deformation of the bulk. Then the motion results from the flow of a thin layer of Newtonian liquid which has formed along the interface while the rest of the bulk material remains unsheared. Above the critical stress, the flow becomes homogeneous, whatever the nature of the surface, smooth or rough. Secondly, we analyzed from experiments the deformation of a sample of yield stress fluids onto a rotating disc due to the application of a centrifugal force of increasing intensity. It is shown that the flow on the spinning disc is divided into three stages. At the low angular spinning velocity the material behaves like a viscoelastic solid and we obtain low elongation of the sample. When the angular velocity reaches a critical value the deformation of the sample is not homogeneous anymore: the material behaves like a liquid in periphery, and like a solid near the center of the sample. Only the liquid part is spread out by forming a rim. One shows that the viscoelastic parameters of material and the initiation of the flow are closely related: the value of the critical angular velocity increases with the yield stress. Lastly, the spreading is located within digitations which are formed from the rim. Finally, it is shown that during flow onto the spinning disc, biosolids sample are not sheared under the action of the centrifugal force, but they undergo an elongation and then a fragmentation before being projected at the end of the disc. In addition, its shown that the pale has no influence on the fragmentation process.