Modélisation numérique 3D de la décantation et de la remise en suspension des polluants particulaires en régime transitoire dans un bassin de retenue-décantation des eaux pluviales

3D numerical modeling of settling and resuspension of particulate pollutants under unsteady conditions in a stormwater detention and settling tank

Université de Lyon, INSA de Lyon, F-69621 Villeurbanne, France Laboratoire de Génie Civil et d'Ingénierie Environnementale
E-mail : hexiang.yan@insa-lyon.fr, gislain.lipeme-kouyi@insa-lyon.fr, jean-luc.bertrand-krajewski@insa-lyon.fr

Résumé

Les bassins de retenue des eaux pluviales peuvent être utilisés pour contrôler les polluants particulaires des rejets urbains par temps de pluie. Pour améliorer leur fonctionnement, il est indispensable de maîtriser et mieux modéliser les phénomènes liés au transport des particules (décantation, remise en suspension, dispersion). En général, le débit et les rejets polluants varient en fonction du temps au cours des événements pluvieux. Cependant, la majorité des études faisant appel à la CFD pour simuler le transport particulaire dans les bassins de décantation n'a pas accordé suffisamment d'attention à l'effet des variations temporelles sur les mécanismes de transport. Cet article présente une nouvelle démarche de modélisation du transport particulaire à l'aide de l'approche Euler-Lagrange afin de prendre en compte la remise en suspension en conditions transitoires. Pour ce faire, plusieurs conditions limites au fond ont été développées et implémentées dans un code de calcul afin de représenter l'interaction entre les particules et le fond du bassin. La comparaison des résultats des simulations avec les données expérimentales sur l'efficacité de décantation et les zones de dépôt montre que les conditions de type BTKE et BSS estimées à partir des caractéristiques des particules sont satisfaisantes.

Abstract

Stormwater detention basins may be used to control particulate pollutants in wet weather discharges. To improve their operation, it is essential to control and better model the mechanisms related to the transport of particles (settling, resuspension, dispersion). Basically, flow and pollutant loads vary with time during storm events. However, almost all studies using CFD to simulate particle transport in settling tanks have not paid sufficient attention to the effect of unsteady conditions on mechanisms governing particles movements. This paper presents a new approach aiming to simulate particle transport using the Euler-Lagrange approach in order to take into account resuspension in transient conditions. To do this, various bed boundary conditions have been developed and implemented in the computational code to represent the interaction between particles and the basin invert. The comparison between simulation results and experimental data on settling efficiency and deposition zones shows that BTKE and BSS bed boundary conditions estimated by means of particle characteristics are satisfactory.