Rôle de l'ozone dans la nitrification bactérienne de l'azote ammoniacal,

par Cyril GOMELLA (SETUDE) et Daniel VERSANNE (Compagnie Générale des Eaux).

Communication présentée au Congrès de Paris de l'I.O.I. le 4 mai 1977

La teneur en azote ammoniacal de certaines eaux brutes, soit de surface, soit souterraines, s'est notablement accrue au cours de ces dernières années. En ce qui concerne les eaux de surface, on trouvera dans le tableau 1 l'évolution des teneurs en ammoniac des principales rivières de la région parisienne.

Tableau 1

TENEURS EN NH₄

De même, le tableau 2 fournit l'évolution de ces teneurs dans le cas de la nappe de la craie, à Saint-Étienne-du-Rouvray (France).

Tableau 2

TENEURS EN NH₄

Eau de la nappe de la Craie à Saint-Étienne-du-Rouvray (forages de La Chapelle)

Les causes en sont multiples ;

— Pollution directe par des rejets contenant de l’ammoniaque ou pouvant conduire à sa formation (effluents industriels, épandage d’engrais, etc...), responsable le plus souvent des teneurs moyennes observées (flux d’ammoniaque),

— circonstances particulières conduisant à créer un milieu réducteur ou à pH plus élevé qui favorise l’apparition d’azote ammoniacal, engendrant ainsi des phénomènes de pointe. C’est le cas des étiages sévères des rivières, des surexploitations de nappes souterraines, etc...

Le traiteur d’eau se trouve ainsi dans l’obligation de rechercher et de mettre au point des procédés de traitement propres à éliminer l’azote ammoniacal. Le plus souvent, il s’agit d’ajouter un traitement spécifique à une filière de traitement préexistante. Plus rare est le cas de la conception d’installation de traitement d’une eau dont l’ammoniaque est l’un des éléments indésirables.

Comment éliminer l’ammoniaque ?

Sur le plan théorique, les procédés utilisables se rangent en trois catégories :

— physique : stripping - électrodialyse avec membranes spéciales,

— chimique : échange d’ions - chloration ou hypochloration,

— biologique : nitrification bactérienne.

Le stripping consiste à aérer énergiquement l’eau à traiter : le gaz ammoniac est entraîné par le courant d’air.

Ce procédé nécessite un pH élevé, de l’ordre de 11, (d’où des problèmes d’incrustation dans les tours de contact), il est par ailleurs très sensible aux baisses de température (et a fortiori au gel), et, somme toute, ne consiste qu’à faire passer une pollution de la phase liquide à la phase gazeuse. Son intérêt est limité à quelques cas particuliers (teneurs élevées en ammoniaque).

L’élimination de l’ammoniaque par électrodialyse demande la mise au point de membranes spéciales, mise au point qui, dans ce domaine particulier, n’est pas terminée bien que l’emploi de membranes chargées de dérivés hydrophobes de la non-actine semble prometteur. De toute façon, l’ammoniaque après extraction se retrouve dans l’effluent concentré de l’électrodialyseur.

L’élimination de l’ammoniaque par échange d’ions n’est pas utilisée en France dans le traitement des eaux potables : elle s’effectue sur des résines qui ne sont pas reconnues comme alimentaires ou avec un matériau naturel (clinoptilolites) dont la mise en œuvre reste d’un intérêt économique discutable. Un inconvénient de principe subsiste : l’effluent de régénération contient des teneurs élevées en ammoniaque ; le procédé consiste donc plus à concentrer une pollution qu’à l’éliminer vraiment et le problème reste entier sur un plan général, comme dans la technique précédente.

L’utilisation du chlore ou d’hypochlorite pour l’élimination de l’ammoniaque est, en revanche, très développée, en particulier dans les usines de traitement d’eaux de surface du Syndicat des Communes de la Banlieue de Paris pour les Eaux. C'est le traitement dit « au break point » qui conduit à une élimination complète de l’ammoniaque sous forme d’azote gazeux lorsque l’on met en œuvre un taux de chlore ou d’hypochlorite suffisant (12 à 13 fois le taux d’ammoniaque) pendant une durée de l’ordre de 3 heures.

Cette technique peut être facilement mise en œuvre dans les usines de clarification d’eaux de surface où l’on peut obtenir un temps de séjour suffisant (temps de la clarification). L’ammoniaque est transformé en azote : il a donc bien été détruit.

Cette technique, bien maîtrisée tant que l’ammonium est seul en cause, reste d’une application plus délicate quand sont présents des corps organiques susceptibles de former divers composés chlorés.

La nitrification bactérienne utilise la propriété de certaines bactéries d’utiliser l’azote ammoniacal dans leur cycle de biosynthèse. Certaines bactéries assimilent directement l’ammoniaque pour constituer leurs protéines. L’énergie d’oxydation de l’azote ammoniacal en azote nitrique permet par ailleurs à des bactéries spécifiques d’assimiler le carbone minéral nécessaire à la formation de leur protoplasme, ce mécanisme ne s’effectuant qu’en présence d’oxygène.

Ce phénomène est déjà utilisé depuis longtemps, sans que l’on en ait eu toujours conscience, en particulier dans les installations de filtration lente.

Ce type de métabolisation est le propre des bactéries dites chimiotrophes (ou autotrophes). Dans notre cas, il s’agit de bactéries aérobies strictes, qui appartiennent à deux souches distinctes, les nitrosobactéries, qui permettent de passer de l’ammoniaque aux nitrites et les nitrobactéries qui transforment les nitrites en nitrates. La nitrification totale d’un gramme d’azote ammoniacal demanderait environ 3,2 g d’oxygène.

L’ammoniaque étant transformé en nitrate, cette méthode a une limite dans le cas du traitement des eaux potables. En effet, la législation française recommande pour ces dernières de ne pas dépasser une teneur en nitrate de 44 mg/l de NO₃⁻ (soit 10 mg/l exprimé en N). La nitrification bactérienne, utilisée seule, ne pourrait donc s’adresser qu’aux eaux brutes dont la teneur totale en azote ne dépasse pas 10 mg/l en N.

Le développement et le maintien de l'activité de ces bactéries nitrifiantes exigent évidemment des conditions d'environnement particulières.

Tout d’abord, rappelons que ce sont des bactéries aérobies et que la nitrification consomme de l’oxygène dissous. On devra donc veiller à la bonne oxygénation de l’eau à traiter, et si cette caractéristique ne se présentait pas naturellement, il conviendrait d’obtenir un état aussi proche que possible de la saturation par une ou plusieurs aérations.

Ensuite, il est nécessaire d’éliminer tout facteur inhibiteur de leur développement (conditions de concurrence vitale, toxicité du milieu).

La présence de substances toxiques (métaux lourds, micropolluants par exemple) est évidemment néfaste, mais on constate cependant, dans certains cas de pollution, une adaptation des bactéries nitrifiantes, si l’environnement est par ailleurs satisfaisant.

Enfin, certaines caractéristiques physiques de l’eau à traiter ou du milieu réactionnel sont à respecter pour un développement optimum.

Des expériences récentes ont montré par exemple que le développement des bactéries était favorablement influencé lorsque le pH était maintenu entre 7,8 et 8, que la nature du support bactérien n’était pas indifférente au rendement de la nitrification, de même que sa granulométrie en cas de support granuleux. L'abaissement de température freine le développement des souches bactériennes spécifiques, mais ne bloque pas l’action des colonies préexistantes.

En résumé, la nitrification bactérienne s’effectuera dans de bonnes conditions si l’eau à traiter :

— est suffisamment riche en oxygène dissous,

— a été débarrassée de certaines substances inhibitrices du développement des bactéries nitrifiantes ou si ces substances ont été transformées en substances biodégradables.

Le rendement sera par ailleurs amélioré si l’on peut éviter les températures trop basses et si le pH n’est ni acide, ni trop basique.

Ces conditions générales d’une bonne nitrification étant posées, montrons les possibilités d’utilisation de l’ozone dans la préparation d’une eau à dénitrifier (l’ozone n’a aucune action directe marquée sur l’azote ammoniacal en l’absence de catalyseur).

Cette technique a été mise en œuvre dans l’usine de traitement et d’affinage des eaux de forage de La Chapelle à Saint-Étienne-du-Rouvray en Seine-Maritime (capacité : 50 000 m³/j).

Le problème posé était en fait complexe : il s’agissait d’affiner une eau de forages contenant :

— de l’ammoniaque : de 2 à 3 mg/l de NH₄⁺,  
— du manganèse : de 0 à 0,2 mg/l de Mn,  
— divers micropolluants : détergents, phénols, SEC, etc.,  

et pratiquement dépourvue d’oxygène dissous.

À la suite de la dégradation de la qualité de l’eau de forages de la nappe de la craie, liée en grande partie à la surexploitation de cette nappe par des prélèvements industriels et à différentes pollutions de l’environnement, des essais en station pilote, qui ont duré trois ans, ont permis de mettre au point une filière de traitement tout à fait originale.

La chloration ou l’hypochloration au break-point aurait exigé la création de cuves de contact importantes (près de 7 000 m³). Toutefois, comme l’élimination du manganèse nécessitait, après oxydation, une filtration, il était naturel de tester une nitrification biologique en utilisant le matériau de remplissage du filtre comme support bactérien. Par ailleurs, l’élimination des micropolluants recommandait la mise en œuvre d’ozone et de charbon actif, ce dernier étant susceptible de constituer le réacteur biologique. L’étude sur pilote a montré que l’on pouvait obtenir une excellente nitrification par filtration directe sur charbon actif dont les grains se comportent comme d’excellents supports pour le développement des bactéries. Le souci de prolonger la durée de vie du charbon actif et d’éviter toute interférence avec le manganèse a conduit cependant à préférer une solution à double filtration, bien que le schéma soit parfaitement viable avec la filtration sur charbon actif seul.

La combinaison de ces différents éléments a finalement conduit à la filière suivante :

— préozonation,  
— filtration sur sable de quartz,  
— percolation sur charbon actif granulé,  
— postozonation.

Il est intéressant de noter que l’ozone résiduel est très rapidement détruit au contact des lits filtrants et qu’il ne peut ainsi exercer son action germicide sur les bactéries.

Cette destruction est particulièrement intense dans le lit de charbon actif.

Dans le cas où les taux de traitement en ozone seraient tels que l’ozone résiduel pourrait traverser le premier filtre à sable, ce résiduel serait totalement transformé en oxygène dès les premiers centimètres du lit de charbon.

CARACTÉRISTIQUES DE L’USINE

DÉBIT DE L’USINE : 50 000 m³/jour – EXTENSIBLE ULTÉRIEUREMENT

I – EXHAURE

a) Forages :  
— 3 forages dans la nappe de la tête de la craie.  
  Profondeur : 35 m environ.  
b) Pompage d’exhaure :  
— 3 pompes à vitesse variable :  
  Débit unitaire : de 750 à 1 100 m³/h.  
  H.M.T. : de 9,65 m à 16,55 m.  
  Vitesse : de 1 080 à 1 470 tr/min.  
  Moteur à courant continu, variation de vitesse par variation statique à thyristors.

II – PRÉOZONATION

Débit total maxi : 2 200 m³/h sur 3 files (750 m³/h par file).  
Contact eau-air ozoné : réalisé en 2 compartiments successifs.  
Injection d’air ozoné par électroturbine.  
Récupération et réinjection de l’air ozoné résiduel (pré- et postozonation).

III – FILTRATION SUR SABLE

— 6 filtres en parallèle.  
  Surface totale : 454,8 m².  
  Vitesse de filtration : 4,84 m/h.  
  Charge filtrante : H = 100 cm de sable quartzite.  
  Faux-fonds crépinés.

IV – PERCOLATION SUR CHARBON ACTIF

— 6 filtres en parallèle situés sous les filtres à sable et de mêmes dimensions.  
  Charge filtrante : H = 75 cm.  
  Faux-fonds béton poreux.

V – RÉGULATION DES FILTRES

Par polyhydras type centrifuge.

VI – LAVAGE ET AÉRATION DES FILTRES

Commandés à partir de pupitres situés dans une galerie de commande.

VII – POSTOZONATION

— 3 files de 750 m³/h chacune.  
— Injection d’air ozoné par tubes poreux.  
— Analyse du résiduel ozone en continu.

VIII – STOCKAGE EAU TRAITÉE

— 2 réservoirs semi-enterrés de 1 250 m³.  
— 1 bâche de pompage de 250 m³.

IX – PRODUCTION D’OZONE

Conditionnement de l’air :  
— 1 échangeur de température à circulation d’eau.  
— 1 échangeur frigorifique.  
— 2 dessiccateurs d’air à alumine activée.  
Production d’ozone :  
— 3 générateurs TRAILIGAZ comprenant chacun 126 tubes diélectriques.

X – REFOULEMENT DE L’EAU TRAITÉE

Pompage bas service :  
— 3 groupes électro-pompes verticaux (un en secours) :  
  Débit unitaire : 1 100 m³/h.  
  H.M.T. : 47 m.  
Pompage haut service :  
— 2 groupes électro-pompes verticaux :  
  Débit unitaire : 500 m³/h.  
  H.M.T. : 90 m.  
— Amorçage des pompes par dispositif de mise sous vide.  
— Protection antibélier par ballons d’air.

XI – FONCTIONNEMENT DE L’USINE

Entièrement automatique en fonction des niveaux dans les différents réservoirs d’eau traitée.

Tableau 3

La préozonation de l'eau exhaurée assure, en une seule opération, par ses effets multiples, la complète préparation de l'eau brute à la chaîne de traitement qui lui fait suite (double filtration sur sable et charbon actif, associée à une nitrification bactérienne) :

• — la demande en oxygène de l’eau est satisfaite (élimination de la pollution organique classique),
• — la réoxygénation de l'eau est obtenue, tant par décomposition de l'ozone en excès, que par l’oxygène contenu dans l’air ozoné,
• — les molécules réfractaires complexes sont brisées et deviennent biodégradables,
• — le taux des divers micropolluants est notablement abaissé,
• — le manganèse, totalement précipité, pourra être ainsi retenu sur le filtre à sable. Il ne viendra donc en aucun cas occuper les sites actifs du charbon au détriment de l’adsorption des micropolluants.

Le développement des colonies bactériennes sur les masses filtrantes est ainsi favorisé au maximum :

• — d'une part, une première nitrification s’effectue sur les filtres à sable, la quartzite utilisée se révélant comme un milieu acceptable pour le développement des bactéries ; le lavage périodique du sable pour éliminer les oxydes de manganèse retenus ne perturbe en rien l’existence des bactéries ;
• — d'autre part, le charbon actif, de par sa grande surface spécifique (de l'ordre de 1 000 m²/g pour le charbon utilisé) constitue un excellent réacteur biologique.

De plus, les phénomènes d’adsorption concentrent au niveau des pores et micropores du charbon les diverses substances biodégradables ou bio-transformables et l'on arrive ainsi à traiter des matières indésirables, même lorsque leur teneur est faible dans l’eau brute.

Les résultats enregistrés, tant sur les polluants banaux que sur les micropolluants, aux divers stades du traitement, sont ceux du tableau 3 ci-dessus.

Ces analyses se rapportent, sauf pour les micropolluants, à une moyenne de valeurs dont certaines ont été obtenues au cours de la période de mise au point de l’usine (la mise en service n’est intervenue qu’en février 1976). Les performances moyennes de l'année 1977 seront selon toute vraisemblance supérieures à celles de l’année 1976.

GROUPE CDF

CERCHAR-INDUSTRIE

ET L’EAU ...

UNE JOURNÉE « INDUSTRIE ET NUISANCES »À VERNEUIL-EN-HALATTE, LE 27 AVRIL 1977

Au Centre d'Études et Recherches des Charbonnages de France à Verneuil-en-Halatte (Oise), « CERCHAR-INDUSTRIE » vient d'inviter une centaine d'industriels des régions Picardie, Haute-Normandie, Paris et Île-de-France (en principe des entreprises employant 50 salariés et plus) à une « JOURNÉE D'INFORMATION » tenue le 27 avril dernier, sous la présidence de M. Philippe VESSERON, Chef du service de l'Environnement Industriel au ministère de la Culture et de l'Environnement. Une seconde JOURNÉE, analogue, est prévue courant juin.

Ces JOURNÉES se placent dans le cadre des efforts déployés par CERCHAR-INDUSTRIE pour développer ses activités au-delà de sa clientèle minière traditionnelle. Elles sont destinées à faire connaître aux industriels les possibilités de prestations dans les domaines de l'amélioration de l'environnement, de la lutte contre les nuisances (air – eau – bruits – ordures ménagères – déchets industriels), la prévention contre les explosions, la recherche de récupération de l'énergie, l'étude de meilleures conditions de travail, tous problèmes avec lesquels l'industrie est chaque jour confrontée d'une façon ou d'une autre.

Pour la Journée d'Information « INDUSTRIE et NUISANCES » du 27 avril, après un accueil des participants et une présentation du Centre par Monsieur G. DELANNOY, Directeur du CERCHAR, et Monsieur P. FOCH, Directeur des Laboratoires de Verneuil, un programme était proposé aux invités, comportant :

en premier lieu :

— la projection d’un film qui illustre par quelques applications « sur le terrain » les modes d’intervention de CERCHAR-INDUSTRIE, notamment :

  * en matière de risques d’explosions, avec, en particulier, la plateforme conçue pour les essais de matériels électriques antidéflagrants ;   * en matière d'aérage et de ventilation de galeries de mines (exemple de la mine de plomb et zinc de Largentière) ;   * dans les domaines de l'incinération des ordures ménagères, avec les essais d'un prototype d’incinérateur mobile, de pollution d’air (étude de l'efficacité d'un laveur de gaz acide), d’analyse et d’atténuation de bruits (une chaufferie à Orléans), avec une synthèse de l'ensemble des moyens et des équipements dont disposent toutes les équipes — polyvalentes — de CERCHAR-INDUSTRIE.

ensuite, une série d'exposés par des techniciens hautement qualifiés :

— Monsieur J. DESSEINE, Chef du Groupe de Recherches sur les Nuisances, sur « Les nuisances industrielles » ; — Monsieur G. FAURE, Chef du Laboratoire d’acoustique industrielle, sur « le bruit et l'industrie » ; — Monsieur M. NOMINÉ, Ingénieur au Laboratoire « Pollution Air », sur « la pollution de l'air » ; — et Monsieur R.-H. BUSSO, Chef du Groupe Thermique, sur « l'élimination des déchets urbains et industriels ».

Après un déjeuner offert dans les locaux de la cantine, l'après-midi fut consacrée à un programme « à la carte » permettant aux participants, répartis par groupes, de visiter selon leur choix les laboratoires et équipements les intéressant plus spécialement.

À noter que pour cette fois ne figurait au programme aucun exposé concernant le domaine de l'eau. Monsieur FOCH s'en est expliqué : le temps limité réservé aux conférences conduisait nécessairement à une sélection des sujets. Néanmoins Monsieur DESSEINE a consacré une notable partie de son exposé général aux « problèmes de l'eau », et un groupe de participants a pu visiter l'après-midi les installations de la « Section Eau » de CERCHAR-INDUSTRIE.

C'est bien entendu ce secteur d'activité, seul, qui intéresse nos lecteurs de « L'EAU ET L'INDUSTRIE » et sur lequel nous reviendrons plus loin...

TRENTE ANS D’ÉVOLUTION DES « CHARBONNAGES DE FRANCE »

C'est la loi de nationalisation du 17 mai 1946, on le sait, qui a créé les « CHARBONNAGES DE FRANCE », instituant au départ un établissement central de direction et de coordination et neuf houillères de bassin, organismes de production, d'exploitation et de vente.

Leur mission : assurer l'exploitation des gisements et le traitement du charbon par les meilleurs procédés techniques pour répondre aux besoins de l'économie nationale. En douze ans la production augmente de 30 %, le rendement de fond de près de 80 %. La modernisation et la mécanisation des houillères françaises se poursuivent. La « bataille du charbon », livrée et gagnée, permet la reconstruction industrielle de la France après la guerre 39-45. Et cependant, si en 1947 le charbon fournit 80 % des disponibilités énergétiques françaises, déjà en 1958 il ne représente plus que les deux tiers des besoins de la France en énergie.

Puis, progressivement, devant la concurrence d'autres énergies et plus spécialement des produits pétroliers moins chers (et dont les experts prévoient la hausse de prix continue dans les années à venir) le charbon entre dans une période de déclin. La récession va se poursuivre pendant quinze ans. La production est réduite de plus de la moitié, les fermetures d'exploitation sont programmées. Aujourd'hui la crise de l'énergie infléchit cette tendance.

L'industrie houillère, avec les Charbonnages de France et les trois houillères de bassin issues du regroupement de 1969, demeure la cellule mère : c'est « CdF Énergie ». Annuellement la production charbonnière tend à se stabiliser autour de 20 à 25 millions de tonnes, les cokeries produisent de 6 à 7 millions de tonnes de coke, les centrales électriques minières livrent 15 milliards de kilowatts-heure.

Mais d'autres cellules plus jeunes se sont développées. L'industrie chimique, greffée à l'origine sur les fours à coke, s'est orientée vers le traitement des produits pétroliers pour atteindre la taille internationale. Depuis 1968, « CdF Chimie », la Société chimique des Charbonnages, s'est hissée au rang des premières sociétés chimiques françaises. Avec 4,2 milliards de francs en 1974, le quadruplement du chiffre d'affaires consolidé au cours de ses sept premières années d'existence prouve la réussite industrielle de CdF Chimie et de l'ensemble des sociétés qui gravitent autour d'elle, filiales ou sociétés dans lesquelles elle détient des participations. Cette réussite déborde le cadre national et aujourd'hui CdF Chimie est non seulement présente en Europe mais également au Moyen-Orient, en Afrique, en Amérique et jusqu'au Japon.

Encore embryonnaires au moment où, dès 1960, le déclin s'est amorcé, d'autres cellules ont vu leur développement accéléré avec l'adoption de la politique de diversification des activités industrielles. En s'appuyant sur des ressources existantes en hommes et en moyens, l'entreprise s'est tournée vers des activités où elle avait acquis compétence et expérience. « CdF Industrie » a pris place désormais dans la mécanique, les matériaux de construction, le bâtiment, la transformation des matières plastiques.

La modernisation d’une industrie aussi complexe que l'industrie houillère avait entraîné la création de services spécialisés. La récession menaçant le plein emploi du personnel et du matériel, « CdF Services » s'est tourné vers une clientèle extérieure.

« CdF Informatique » lui propose deux centres de traitement dont un équipé d'un IRIS 80.

« CERCHAR-INDUSTRIE » met par contrats les spécialistes et l'équipement des laboratoires du « CERCHAR » (Centre d'Études et Recherches des Charbonnages de France) à la disposition des industriels ou des collectivités publiques. Ingénierie, organisation, formation, industrialisation, sont autant de domaines où « CdF Services » est au service de l'industrie.

Ainsi s'est constitué en trente ans d'évolution un vaste ensemble industriel d'activités de plus en plus diversifiées, le « GROUPE DES CHARBONNAGES DE FRANCE » ou « Groupe CdF » produisant un chiffre d'affaires consolidé de l'ordre de 6 milliards de francs en 1973 et 12 milliards de francs en 1975, employant plus de 100 000 personnes dans 150 établissements industriels...

LE CERCHAR

Héritier de la Société Nationale de Recherches sur le Traitement des Combustibles et de la station d'essais de Montluçon, qui elle-même avait pris la suite de la station de Liévin, créée en 1907 par le Comité central des Houillères de France et à laquelle reste attaché le nom de Jacques TAFFANEL, le Cerchar fut créé en 1947 par les Charbonnages de France. Sa mission au départ a été l'étude scientifique de tous les problèmes que la profession peut poser à la recherche.

Commencés en 1948 et inaugurés en 1950, les Laboratoires de Verneuil se sont accrus chaque année de nouvelles installations, dont les principales ont été achevées en 1953 et 1965. La superficie

des planchers des installations techniques est maintenant de 27 000 m² en divers bâtiments répartis sur un terrain de 50 ha.

Le CERCHAR pourrait donc fêter cette année son trentenaire...

« CERCHAR-INDUSTRIE »

Dans le cadre de « CERCHAR-INDUSTRIE », le CERCHAR apporte maintenant depuis 1970 sa collaboration à une clientèle extérieure aux houillères, lui offrant de profiter en cela d'une longue expérience industrielle acquise au service d'une profession difficile.

La forme juridique est celle d'un Établissement public à caractère industriel et commercial, service du Groupe des CHARBONNAGES de FRANCE. Ses principaux laboratoires sont à VERNEUIL-en-HALATTE (Oise), d’autres unités de laboratoires étant installées à MARIENAU (Moselle) et à NANCY. Son Directeur actuel est M. Georges DELANNOY. Le Directeur commercial est M. André MILERS. L'effectif total du CERCHAR est de 720 personnes.

Sous la direction de M. Pierre FOCH, Directeur des Laboratoires de VERNEUIL-en-HALATTE, sont employés à Verneuil : 620 personnes dont 140 cadres dirigeants et ingénieurs, 280 techniciens, 80 employés de personnel administratif et secrétariat, 120 ouvriers.

Le budget du CERCHAR en 1976 atteint 94 millions de francs hors taxes dont une partie des recettes correspond à des prestations effectuées sous la marque « CERCHAR-INDUSTRIE » provenant des contrats et commandes de clients divers, ainsi que des redevances de son portefeuille de propriété industrielle comprenant plus de 450 brevets français ou étrangers.

LE « GROUPE DES CHARBONNAGES de FRANCE » ou « GROUPE C d F », en 1977

CdF Énergie

HOUILLÈRES DE LORRAINE  
HOUILLÈRES DU NORD-PAS-DE-CALAIS  
HOUILLÈRES DU CENTRE ET DU MIDI  
31 sièges d’extraction produisent 25 Mt de charbon  
7 cokeries produisent 6 Mt de coke  
7 usines produisent 3 Mt d'agglomérés  
23 centrales produisent 15 TWh d'électricité  
1 Centre d'études et de recherches : le CERCHAR.

CdF Chimie

SOCIÉTÉ CHIMIQUE DES CHARBONNAGES  
30 % du chiffre d'affaires à l’exportation  
26 plates-formes et usines en France et à l'étranger  
23 filiales et participations dont 2 en Sarre, 1 au Venezuela, 1 au Mexique et 1 dans l'Émirat du Qatar  
Ingénierie à l'étranger : URSS, Pologne, Roumanie, Tchécoslovaquie, Venezuela, Mexique, Grèce, Italie, Maroc, Algérie, Afrique du Sud, Proche et Moyen-Orient, Japon, etc.

Principales productions

Ammoniac : 640 000 t/an  
Engrais azotés : 940 000 t/an  
Engrais complexes : 600 000 t/an  
Éthylène : 440 000 t/an  
Propylène : 220 000 t/an  
Benzène : 175 000 t/an  
Styrène : 700 000 t/an

CdF Industrie

UNE SOCIÉTÉ HOLDING, LA SICCA (Société industrielle et commerciale des Charbonnages) regroupe et anime la plupart des activités industrielles de diversification.

Matériaux de construction

SURSCHISTE : Schistes – cendres volantes – briques SUREX : agrégats légers

Bâtiment

PROCÉDÉS SIGMA, pour l'industrialisation de la construction IDL FLANDRES – ARTOIS IDL MAINE – ANJOU 2 sociétés « Industrielle du logement » licenciées pour l'exploitation des procédés SIGMA.

Transformation des matières plastiques

SICOPAL (Ménager – Jouet – Meuble – Emballage et conditionnement – Industrie) SIDRAL (Corps creux en polaroïver) COPLAC (Tissus enduits, pièces industrielles en forme)

Mécanique : GMT

GMT + DAC – Construction mécanique GMT + ERGE SPIRALE – échangeurs thermiques

UNE AUTRE SOCIÉTÉ, LA SOFIREM (Société financière pour favoriser l'industrialisation des régions minières), participe au capital d'une cinquantaine de sociétés nouvellement implantées dans les régions minières.

CdF Services

CERCHAR INDUSTRIE Lutte anti-pollution (air, eau, bruit, déchets...) – travaux souterrains et techniques minières – analyses physico-chimiques, etc.

CdF INFORMATIQUE

Traitement de l'information.

OGIP – ORTIC

Organisation – gestion – formation et perfectionnement du personnel.

E.T.R.

Ingénierie en France et à l'étranger, usines clés en main.

Désormais, c'est chaque année plus de 200 entreprises et organismes privés ou publics qui confient en moyenne 300 problèmes à CERCHAR-INDUSTRIE.

Au point de vue de la nature des travaux : le CERCHAR n’est ni un fabricant, ni un installateur, ni un entrepreneur. À l'intérieur des grands axes de sa compétence, CERCHAR-INDUSTRIE offre les différents types de prestations suivants :

• — Recherches scientifiques de base. Il s'agit surtout d'études d'intérêt général confiées par des administrations ou par des organismes professionnels.
• — Études et conseils techniques :
  • + analyses de situation, missions-conseil et assistance technique immédiate,
  • + recherches documentaires,
  • + mise au point ou choix de méthodes, de procédés et de matériels,
  • + études sur simulateurs ou maquettes,
  • + expérimentations sur unités-pilotes,
  • + études technico-économiques.
• — Conception et amélioration d’appareils — Construction de prototypes :
  • + à la demande de la clientèle,
  • + de la propre initiative du CERCHAR en vue d’une commercialisation par un licencié.
• — Travaux de contrôle courants et spécialisés (réception et agréments de matériels, mesures, analyses, expertises...).
• — Formation de personnel spécialisé.

Quant aux moyens, CERCHAR-INDUSTRIE met à la disposition de la clientèle les moyens du CERCHAR à savoir :

• — ses équipes de personnel aux spécialités variées et complémentaires, ayant entre elles des facilités de contacts,
• — ses installations largement dimensionnées et ses aménagements techniques à l’échelle industrielle, comprenant les laboratoires, les ateliers, les halles de demi-grand, les stations et bancs d’essais, le centre de calculs, la bibliothèque...,
• — son appareillage scientifique moderne et de haute qualité,
• — son fonds documentaire et un capital de connaissances scientifiques et techniques constamment tenu à jour,
• — sa longue pratique industrielle reposant sur la résolution de problèmes concrets et sa grande habitude de la liaison directe et continue avec l'exploitant pendant la durée des travaux.

CERCHAR-INDUSTRIE propose à sa clientèle des formules de contrat souples et libérales, adaptées aux cas particuliers des clients et donnant toutes garanties quant au contrôle de la progression de l'étude, au secret professionnel et à la propriété industrielle des résultats, avec une garantie totale de neutralité et d’objectivité.

LA LUTTE CONTRE LES NUISANCES — POLLUTION DE L’EAU

Sous la responsabilité de M. Jean DESSEINE, Chef du Groupe de Recherches sur les Nuisances, CERCHAR-INDUSTRIE développe un très important secteur d'activité, apportant son aide technique pour la lutte contre les nuisances : air — eau — bruits — ordures ménagères — déchets industriels.

Étant donnée la spécialisation de notre revue « L'EAU et L’INDUSTRIE », c'est seulement l'activité de la « SECTION EAU » qui retiendra notre intérêt, comme déjà indiqué.

Il faut savoir d’abord à ce point de vue que le CERCHAR est un organisme agréé par le ministère du Développement Industriel et Scientifique pour procéder, sur l'ensemble du territoire français, à des analyses d’eaux résiduaires provenant des établissements classés dangereux, insalubres ou incommodes au titre de la loi du 19 décembre 1917.

Du fait des origines mêmes du CERCHAR, le Laboratoire de Verneuil-en-Halatte de la « SECTION EAU » étend sa compétence préférentiellement aux eaux fortement chargées en matières minérales en suspension (industries extractives, industries sidérurgiques et mécaniques) ainsi qu'aux eaux contaminées par des produits chimiques (industries chimiques et para-chimiques) à l'exclusion des eaux de haute qualité et des eaux polluées par des déchets organiques facilement biodégradables.

Il n'intervient donc NI DANS LES PROBLÈMES DE PRÉPARATION D’EAU DE CONSOMMATION, NI DANS LES PROBLÈMES D’ÉPURATION D’EAUX URBAINES. Les industries alimentaires et para-agricoles sont également hors de son champ d’action.

Par contre il peut étudier tout problème de compatibilité posé pour le traitement d'une eau urbaine ou d'origine agricole, par son mélange avec des eaux d'origine industrielle.

Les grands axes d’intervention en matière de lutte contre la pollution de l'eau peuvent se définir ainsi :

I. — CONTRÔLE DE POLLUTION

• — Identification de polluants chimiques permanents ou accidentels
• — Campagne de prélèvements sur place.
• — Analyse en laboratoire par les techniques physico-chimiques les plus modernes (chromatographies à détecteurs sélectifs, couplage chromatographie-spectrométrie de masse...) après pré-séparation éventuelle.

Bilan de pollution

• — Mesure du débit d’eau usée dans un émissaire.
• — Mesure continue sur place de la température, du pH, de la teneur en oxygène du rejet.

• — Campagne de prélèvements permettant de constituer un échantillon représentatif (cette opération ne peut être menée à bien qu'en collaboration avec les responsables de l'activité source de pollution).
• — Dosages spécifiques au laboratoire des principales espèces polluantes.

II. — Gestion des effluents

• — Étude sur place des réseaux de collecte et de rejet d’eaux usées : recherche des possibilités d'économie et de recyclage d'eau, essais de compatibilité des divers rejets en fonction des traitements envisagés.
• — Étude des possibilités de valorisation des sous-produits rejetés dans l'eau : séparation granulométrique ou densimétrique des matières en suspension.

III. — Choix d'un procédé de traitement

Dans certains cas, il peut être procédé à un examen des possibilités de traitement des rejets par diverses techniques et à une comparaison technico-économique des diverses techniques envisageables.

Ces études sont menées sur effluent réel dans des installations pilotes mobiles après dégrossissage du problème par des essais sur échantillons dans les laboratoires.

APPAREILLAGES ET MOYENS DU LABORATOIRE DE LA « SECTION-EAU »

Nous passons en revue l'équipement tel qu'il nous a été présenté par M. Jean-Louis DANIEL, responsable de cette section à Verneuil-en-Halatte :

Mesures de débits et prélèvements d’échantillons

• — Dispositifs de mesure de débits : déversoirs, seuils noyés, venturis.
• — Débitmètres-enregistreurs avec repérage du niveau par flotteur ou bullage.
• — Échantillonneurs automatiques.

Constitution d’échantillons moyens tenant compte des fluctuations de débit, fractionnés ou non en fonction du temps.

Traitement des eaux

Appareillage et maquettes de laboratoire :

• — Appareillage de tamisage,
• — Balance de sédimentation,
• — Compteur Coulter pour évaluation de la granulométrie,
• — Bancs de floculation,
• — Mesure du potentiel Zêta,
• — Cellule d’électroflottation,
• — Maquettes d’épuration biologique par boues activées,
• — Appareil de mesure de la succion capillaire,
• — Cellule de filtration sous pression,
• — Ensemble automatisé de percolation, diamètre des colonnes 36 mm.

Matériel de plate-forme ou d'intervention in situ :

• — Analyseurs enregistreurs d’oxygène dissous,
• — Dispositif de régulation de pH,
• — Pilotes de déshuileurs dont une cellule TPI à échelle 1/5, débit 2 m³/h,
• — Pilotes de séparation granulométrique ou densimétrique, grilles courbes, lavodune, batterie d’hydrocyclones,
• — Pilote de floculation-décantation, débit 200 l/h,
• — Pilote de flottation à eau pressurisée, débit 200 l/h,
• — Pilotes de traitement par boues activées (cuve d'aération de 1,5 m³) et par lit bactérien (surface 0,2 m²),
• — Pilote d’épaississeur de boues, volume de la cuve 0,2 m³,
• — Filtre rotatif sous vide, surface 0,25 m²,
• — Filtre-presse, surface 0,16 m²,

Automates d'analyse (DTO-mètre, analyseur CO₂, enregistreur). L'adjonction d’un four de DTO-mètre et d'un analyseur à infrarouge VRAS permet la détermination du COT (carbone organique total).

• — Pilote de percolation sur charbon actif ou sur résine, diamètre 190 mm.

Analyse des eaux

L'activité de cette Section-Eau se développe en liaison avec le Service Analyses dirigé par M. Robert FERRAND qui, dans ce domaine, peut mettre en œuvre les moyens suivants :

• — Cellule d’analyse physico-chimique générale équipée avec :
  • a) des grilles d’analyses élémentaires,
  • b) du matériel courant utilisé en gravimétrie, volumétrie (en particulier deux titrimètres automatiques à détection potentiométrique, conductimétrique, voltamétrique, ampérométrique), colorimétrie (en particulier auto-analyseur), turbidimétrie et polarographie.
• — Cellule d’analyse élémentaire minérale équipée en particulier en spectromètres d’émission d’arc et d’étincelle, d’absorption atomique (avec flamme et sans flamme avec four Massman, 30 éléments), d’émission de flammes.
• — Cellule de spectrométrie X équipée en particulier d’un spectromètre de fluorescence X.

• — Cellule de techniques de séparation : distillation, extraction liquide, chromatographie en phase gazeuse (version analytique et version préparative), chromatographie liquide à haute pression, chromatographie sur couche mince.
• — Cellule de détection équipée de détecteurs à hydrocarbures totaux et d'un chromatographe en phase gazeuse avec détecteurs sélectifs (halogènes, soufre, phosphore).

EXEMPLES D’ÉTUDES SUR LES EAUX

La plupart des études sont relatives à des problèmes concrets soumis par des industriels et qui peuvent se classer dans les huit catégories générales suivantes :

1. 1. — Études de gestion de l'eau — économie d'eau, recyclages, séparation des eaux résiduaires en vue de prétraitements sélectifs.
2. 2. — Études de valorisation de sous-produits — séparation de certaines matières en suspension par effet granulométrique ou densimétrique.
3. 3. — Études de caractère analytique — dosages des principaux anions et cations, identification et dosage des polluants organiques, détection et dosage des « micropolluants ».
4. 4. — Tests de biodégradation et de toxicité.
5. 5. — Détermination de procédés de traitement — comparaison technico-économique de différents procédés dans un cas concret, définition du « meilleur » produit de traitement et des conditions optimales de mise en œuvre. Ces études sont menées en pilotes après pré-étude au laboratoire sur échantillons.
6. 6. — Appréciation de la valeur de nouveaux produits pour le traitement de certains types d'eaux résiduaires. Dans ce cas, le client est le fabricant ou l'importateur du produit, et non plus l'industriel utilisateur.
7. 7. — Essais de conditionnement de boues — tests de laboratoire puis essais sur pilote.
8. 8. — Essais d’incinération de boues ou de déchets liquides.

En dehors de ces travaux à la demande, le CERCHAR effectue des études de caractère plus général :

• a) Il a mené une étude sur la « caractérisation des boues résiduaires » dans le cadre d'une action concertée avec l’Institut de Recherches Hydrauliques de Nancy, le Centre de Recherches de Pont-à-Mousson, l’Institut National de Recherche Chimique Appliquée, la Société Degrémont et la Société Omnium d’Assainissement, pour constituer la participation française à l’action européenne EUCO/68.
• b) Il mène depuis 1972 une étude dans le cadre de la coopération européenne en matière de recherche scientifique et technique sur le thème : mise au point de méthodes permettant l'identification des micropolluants organiques présents dans les eaux et analyses systématiques d’extraits ou de concentrats de ces micropolluants.

Cette action à laquelle participent 12 pays (Allemagne fédérale, Danemark, Espagne, France, Irlande, Italie, Norvège, Pays-Bas, Portugal, Royaume-Uni, Suisse, Yougoslavie) a été ventilée au départ entre cinq sous-groupes placés chacun sous la conduite d’un laboratoire de coordination, et le CERCHAR a été désigné comme coordinateur pour le sous-groupe « Couplage chromatographie en phase gazeuse — spectrométrie de masse ».

Sur le plan national, le CERCHAR participe à l'action concertée d'étude des micropolluants organiques des eaux avec divers autres organismes : IRCHA, INSERM, Laboratoire d'Hygiène de la Ville de Paris, Laboratoire de Toxicologie de la Faculté de Pharmacie de Paris, Institut de Recherche sur le Cancer à Villejuif, SETUDE, SLEE (Société Lyonnaise des Eaux et de l'Éclairage).

Ces études ont bénéficié d'un financement partiel du Secrétariat permanent pour l’Étude des Problèmes de l'Eau (devenu Service des Problèmes de l'Eau).

Le CERCHAR effectue par ailleurs pour la Direction Générale « Charbon » de la Commission Économique Européenne une étude sur « l'optimisation du traitement des eaux résiduaires de cokeries en fonction de la qualité exigée pour le rejet ».

Enfin, le CERCHAR s'est mis à la disposition des Agences de Bassin pour mener toute étude dans ses domaines traditionnels d'activité :

• — analyses spécifiques des polluants minéraux et organiques de l'eau ;
• — clarification des eaux très chargées ;
• — séparation de sous-produits solides valorisables ;
• — conditionnement et incinération de boues ;
• — purification et décoloration sur charbon actif.

Par ailleurs le Service des Instruments de Mesure a agréé le CERCHAR pour être (avec l’IRCHA) un des deux centres agréés du Bureau National de Métrologie pour l'évaluation et la qualification de tout le matériel de mesure de la pollution de l'air et de l'eau.

CONCLUSION

Lors de sa conférence à la Journée d'information du 27 avril, M. Desseine indiquait que :

— « … sur la disposition d'esprit, on peut dire que le “Cercharien” est un technicien exclusivement intéressé par la recherche pratique de problèmes industriels et convaincu de la nécessité pour y parvenir de la participation active à l'étude de “l'exploitant”, c’est-à-dire des gens qui connaissent l'ensemble des contraintes de la fabrication… ».

C'est ce genre de collaboration que CERCHAR-INDUSTRIE continue de développer, fort d'une expérience industrielle maintenant trentenaire, d'un équipement tenu à la pointe du progrès et d'un ensemble de techniciens hautement qualifiés qui ont déjà fourni, en maintes occasions, les preuves de leur valeur.