Décanteur lamellaire (HU)

Traduction anglaise : Lamella clarifier, Lamella separator, Lamella settler

Dernière mise à jour : 03/12/2023

Ouvrage de décantation dans lequel des lamelles parallèles inclinées permettent de réduire notablement le trajet vertical de décantation et de multiplier la surface de décantation utile tout en réduisant la surface au sol par rapport à un bassin de décantation classique à flux horizontal.

Principes

La décantation lamellaire est fondée sur le principe de la décantation à flux horizontal dont une représentation simplifiée est donnée par le modèle de Hazen. Selon ce modèle (voir Figure 1), une particule est retenue dans le bassin si la condition suivante est vérifiée :

$ V_c ≥ V_H = \frac{Q}{S} $

Avec :

• $ V_c $ : vitesse de chute de la particule (m/s) ;
• $ H $ : hauteur de la particule par rapport au fond à son entrée dans le bassin (m) ;
• $ L $ : longueur du bassin (m) ;
• $ Q $ : débit traversant le bassin (m³/s) ;
• $ S $ : Surface horizontale du bassin (m²).

$ V_H $ est appelé vitesse de Hazen.

Figure 1 : Schéma d'un décanteur à flux horizontal (théorie de Hazen).

On constate que la décantation d'une particule est liée uniquement au débit $ Q $ et à la surface horizontale $ S $, et qu'elle est théoriquement indépendante de la hauteur $ H $ de décantation.

Si on répartit le débit $ Q $ sur $ n $ lamelles parallèles de surface unitaire $ S_L = \frac{S}{n} $ séparées d'une hauteur $ \frac{H}{n} $ et de longueur $ \frac{L}{n} $, on obtient une décantation théoriquement identique à celle obtenue dans le bassin de la figure 1, ceci avec un ouvrage beaucoup plus compact.

Afin de pouvoir extraire en continu les solides décantés, et pour des raisons pratiques de fonctionnement et d'exploitation, les lamelles sont inclinées d'un angle $ α $ compris entre 30 et 60° selon le type de décanteur, par rapport à l'horizontale.

Par analogie avec la théorie de Hazen, et moyennant quelques hypothèses simplificatrices (écoulement laminaire permanent notamment), on peut déterminer la vitesse limite de décantation $ V_{LD} $ d'une particule :

$ V_{LD} = \frac{Q}{n.S_l.cos(α)} $

Toute particule ayant une vitesse de chute supérieure à $ V_{LD} $ sera retenue dans l'ouvrage.

Différents types de décanteurs lamellaires

Il existe trois types de décanteurs lamellaires :

• les décanteurs à contre-courant alimentés par le bas : l'eau et les solides décantés circulent en sens inverse (voir figure 2) ;

Figure 2 : Décantation lamellaire à contre-courant d’après Satin & Selmi (1995).

• les décanteurs à co-courant alimentés par le haut : l'eau et les solides décantés circulent dans le même sens (voir figure 3) ;

Figure 3 : Décantation lamellaire à co-courant d’après Satin & Selmi (1995).

• les décanteurs à courants croisés alimentés latéralement : l'eau et les solides décantés circulent dans le décanteur selon des directions parallèles aux lamelles et perpendiculaires à l'arrivée et au départ (voir figure 4).

Figure 4 : Décantation lamellaire à courants croisés d’après Satin & Selmi (1995).

Dans tous les cas les lamelles peuvent être de différents types : plaques planes ou ondulées parallèles, modules lamellaires constitués d'un assemblage de tubes parallèles, de section carrée, circulaire ou hexagonale. Pour des raisons mécaniques et pratiques, on préfère généralement les modules lamellaires. Leur géométrie intervient dans le dimensionnement des ouvrages car elle a une incidence sur la répartition des vitesses au sein de l'écoulement.

Avantages et inconvénients des différents types de décanteurs

Les décanteurs à contre-courant, développés depuis le milieu des années 1970, sont les systèmes les plus fiables car plus performants et plus simples d'un point de vue hydraulique (Canler, 1994). Dans un tel décanteur (voir Figure 5), pour $ n $ lamelles de longueur $ L $ et de largeur $ l $ espacées d'une distance $ e $ et inclinées d'un angle $ α $, la vitesse limite de décantation pour un débit $ Q $ est donnée par la relation suivante :

$ V_{LD} = \frac{Q}{n.l.(l.cos(α)-e.sin(α))} $

Pour une vitesse :

$ V = \frac{Q}{n.l.e} $

Figure 5 : Représentation simplifiée de la décantation lamellaire à contre-courant.

Les décanteurs à co-courant nécessitent des dispositions hydrauliques plus complexes pour évacuer l'eau traitée et assurer une reprise correcte des solides décantés. Cela se traduit par des ouvrages plus hauts et plus coûteux. Ils sont de ce fait beaucoup moins utilisés que les décanteurs à contre-courant.

Quant aux décanteurs à courants croisés, si leur principe permet théoriquement de construire des ouvrages très compacts et de faible hauteur, les problèmes d'équirépartition hydraulique du débit sur les lamelles sont particulièrement difficiles à résoudre et aucune solution réellement satisfaisante à l'échelle industrielle n'a pu être dégagée.

Domaine d'application

Les décanteurs lamellaires sont utilisés dans un grand nombre de domaines :

• le traitement des eaux potables,
• le traitement des effluents industriels,
• le traitement primaire, physico-chimique ou tertiaire des eaux résiduaires urbaines ; on trouvera sur pravarini.free.fr une présentation des principaux appareils du commerce utilisés dans les stations d'épuration ;
• le traitement des rejets urbains par temps de pluie en réseaux séparatifs et unitaires, avec ou sans ajout de réactifs de coagulation et de floculation (voir https://www.graie.org/graie/graiedoc/reseaux/Racco/racc-biblio-guide-chambery-decanteur-13.pdf).

Bibliographie :

• Canler, J.-P. (1994) : La décantation lamellaire ; Guide Technique FNDAE ; n° 18, Ministère de l'Agriculture, Paris, 44 p.
• pravarini.free.fr
• Satin M., Selmi B. (1995) : Guide technique de l’assainissement, Editions Le Moniteur ; Paris ; 664 p. .

Pour en savoir plus :

• Memento Degrémont