Étude expérimentale et modélisation des mécanismes du séchage de boues industrielles

Ce travail de thèse s’intéresse à l’étude expérimentale et à la modélisation des mécanismes du séchage de boues industrielles. Le partenaire industriel de cette thèse a proposé le procédé de séchage de boue in situ, qui vise le conditionnement de boues de co-précipitation issues du retraitement d’effluent radioactifs par séchage à l’intérieur d’un fût. Ce procédé permet d’éliminer l’eau de la boue par un traitement thermique sous vide. La finalité est d’obtenir une boue sèche et stable, avec la plus faible teneur en eau possible. L’objectif principal de ce travail est alors d’identifier les phénomènes qui se produisent au sein de la boue au cours du séchage, d’identifier les processus physiques et chimiques mis en jeu afin de modéliser le séchage. Les phénomènes présents peuvent se regrouper en phénomènes de transferts (chaleur et de matière) et en rétrécissement. De plus, lors du séchage les concentrations en sels solubles augmentent dû à l’évaporation. A l’atteinte des seuils de solubilités, des sels précipitent mettant en évidence le phénomène de cristallisation qui n’intervient qu’en fin du séchage de la boue. Ces phénomènes dépendent principalement des paramètres de transferts qui varient en fonction des conditions opératoires du séchage (température, pression et humidité relative), de la teneur en eau de la boue et du retrait. L’étude expérimentale de séchage comprend l’acquisition des caractéristiques intrinsèques de la boue en fonction de la teneur en eau, la température et la pression. Un modèle numérique qui simule le procédé de séchage de la boue à petite échelle est développé sous COMSOL-Multiphysics et prend en compte la géométrie déformable du matériau. Les mises en équations sont validées à partir des résultats expérimentaux. Un changement d’échelle est mis en œuvre avec la conception d’une maquette à l’échelle du laboratoire (1/23ème du fût industriel). Des expériences de séchage de boue réalisées à cette échelle sont dédiées à la validation du modèle. Une étude paramétrique et une étude de sensibilité sont également réalisées sur le modèle de séchage.