Décanteur lamellaire

La décantation fut utilisée de tout temps pour la clarification des eaux de consommation. Le premier brevet est déposé aux États-Unis en 1886. Le procédé s'est ensuite largement répandu dans le domaine minier à partir du XX^e siècle, lorsque la concentration des minerais dans des laveries de grande capacité a rendu nécessaire la séparation de grands débits de solides et de liquides en opération continue. En 1906, dans une mine d’or du Dakota du Sud, Dorr met en œuvre un décanteur liquide-solide continu. Il s'agit d'une grande cuve circulaire, dont le fond en pente est muni d’un mécanisme de raclage animé d’un mouvement rotatif lent, qui entraîne, vers la pointe centrale inférieure de l’appareil, les boues d'épuration. Celles-ci sont alors évacuées par un orifice de décharge, sans créer de turbulence, de sorte qu’un liquide clair déborde à la périphérie de la cuve. Le procédé s’est ensuite largement répandu dans pratiquement toutes les usines de traitement de minerais et à un grand nombre d’industries tout au long du XX^e siècle^[4].

Les premiers décanteurs lamellaires commercialisés en série sur le marché sont apparus dans les années 1970^[4].

La décantation lamellaire repose sur le principe de la décantation libre (ou décantation à flux horizontal). Ainsi, d’après la loi de Hazen, la rétention d’une particule grenue est indépendante de la hauteur de l’ouvrage. Il est donc possible d’augmenter de manière très importante la surface disponible à la décantation en superposant sur la hauteur de l’ouvrage un grand nombre de lamelles^[5].

Selon le modèle de Hazen, une particule est retenue dans le bassin si la condition suivante est vérifiée :

${\displaystyle V_{c}\geq V_{H}={\frac {Q}{S}}}$

Avec :

• ${\displaystyle V_{c}}$ : vitesse de chute de la particule (m/s) ;
• ${\displaystyle V_{H}}$ : vitesse de Hazen (m/s)
• ${\displaystyle Q}$ : débit traversant le bassin (m³/s) ;
• ${\displaystyle S}$ : surface horizontale du bassin (m²)^[2],[1].

Afin d’assurer l’évacuation gravitaire de la boue décantée, les lamelles sont inclinées d’un angle ${\displaystyle \theta }$ par rapport à l’horizontale. La vitesse de Hazen se calcule alors sur la surface projetée de l’ensemble des éléments lamellaires :

${\displaystyle V_{H}={\frac {Q}{n*S_{L}*cos(\theta )}}}$

Où ${\displaystyle S_{L}}$ représente la surface élémentaire de chaque lamelle^[5].

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 ${\displaystyle \theta }$ par rapport à l'horizontale compris entre 30 et 60° selon le type de décanteur^[2]. Pour qu’un décanteur lamellaire puisse être efficace, les particules à décanter doivent changer de morphologie au sein des lamelles en s’agglomérant, pour qu’une fois sorties des lamelles, elles ne soient pas réentraînées par le flux liquide et puissent s’écouler au fond du décanteur^[5].

Il existe 3 types de décanteurs lamellaires : les décanteurs lamellaires à contre-courant, à courant croisé ou à co-courant^[1],[5].

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, les modules lamellaires sont privilégiés. La géométrie de l'ouvrage intervient dans le dimensionnement car elle a une incidence sur la répartition des vitesses au sein de l'écoulement^[2].

L'alimentation en eau s'effectue par le bas^[1]. L’eau et les boues circulent en sens inverse (l’eau vers le haut à la vitesse V et les boues vers le bas)^[5].

Il s'agit du système le plus simple et le plus fiable à mettre en place^[1].

L'alimentation en eau se fait par le côté afin d'éviter la zone entre les plaques où l'eau remonte avec une vitesse opposée à la chute du floc^[1]. L’eau et les boues circulent perpendiculairement l’un par rapport à l’autre (l’eau horizontalement et les boues du haut vers le bas)^[5].

Ce système peut présenter un problème d'équirépartition des flux hydrauliques^[1].

L'eau et les boues circulent dans le même sens, de haut en bas, et la décantation n'est pas gênée^[1],[5].

Ce système peut présenter un problème de reprise des eaux décantées^[1].