Memoire Online - Etude critique du système de traitement de l'eau de chaudière du complexe industriel du littoral

Je remercie tout d'abord l'Eternel Dieu Tout-Puissant pour sa grâce, sa bonté et sa bénédiction.

Je voudrais également exprimer ma reconnaissance et gratitude à l'encontre de tous ceux qui d'une manière ou d'une autre m'ont apporté leur aide multiforme. Je pense notamment à :

TABLE DES MATIERES

LISTE DES ABBREVIATIONS

LISTE DES TABLEAUX

LISTE DES FIGURES

LISTE DES ANNEXES

AVANT-PROPOS

L'Ecole Nationale Supérieure des sciences Agro-Industrielles, connue sous l'acronyme ENSAI, est une des écoles de l'université de Ngaoundéré crée lors de la réforme universitaire de Janvier 1993. Elle a pour mission :

· La formation des ingénieurs de conception hautement qualifiés dans les spécialités que sont :

· La formation des masters professionnels en Contrôle et Gestion de la Qualité (CGQ), Nutrition Appliquée (NA), Maintenance et Gestion des Equipements Frigorifiques et Thermiques (MAINGEFT).

· La formation des masters recherches et le cycle doctoral en Chimie Appliquée ; Génie Electrique, Energétique et Automatique ; Génie Mécanique ; Génie des Procédés Industriels ; Mathématiques Informatiques ; et Science Alimentaire et Nutrition (SAN).

Le cycle de formation des ingénieurs de conception s'étale sur une période de 36 mois et est marqué par 03 stages académiques :

§ Un stage fin d'études (Stage Ingénieur) de 3 à 4 mois à la fin de la formation.

Les stages fins d'études sont sanctionnés par une soutenance devant un jury. Durant cette période de stage, le futur ingénieur doit résoudre un problème en particulier, de nature industrielle, en proposant une solution innovante. C'est dans cette optique que ce mémoire a été rédigé au terme d'un stage fin d'étude ingénieur effectué au Complexe Industriel du Littoral (CIL) à Douala, du 01 juillet au 15 septembre 2017.

RESUME

Dans le souci de veiller au bon fonctionnement de la chaudière afin d'assurer sa longue durée, le Complexe Industriel du Littoral (CIL), situé à Bonabéri (Douala), s'engage à traiter davantage l'eau provenant de son forage (profondeur environ 100 m). Il est question dans ce travail de réduire la teneur en fer et chlorure que contient cette eau, car ils sont néfastes pour la chaudière et ils entrainent la corrosion de cette dernière et celles des tuyauteries. C'est ainsi que l'entreprise CIL nous a assigné le thème «Etude Critique du Système de Traitement de l'Eau de Chaudière du Complexe Industriel du Littoral». Pour ce travail, la démarche DMAIC qui s'articule en cinq (05) étapes a été utilisée : Définir - Mesurer - Analyser - Innover et Contrôler. La première étape a permis de faire un état des lieux afin d'évaluer les problèmes. La deuxième étape consistait à évaluer les paramètres physico-chimiques de l'eau du forage. La troisième étape nous a permis de rechercher les différentes causes des problèmes à résoudre. Puis s'ensuivait la prescription des actions correctives et enfin l'analyse des coûts des actions proposés. Les doses hebdomadaires en produits utilisés par l'entreprise pour le traitement existant de 18 m³ d'eau sont : 25 kg de sulfate d'alumine hydraté + 9 kg de soude pour l'étape de coagulation, et 25 kg de soude pour hausser le pH de l'eau du forage étant donner qu'elle est acide. Afin d'améliorer le traitement de l'eau du forage, nous avons proposé l'usage d'un ozoneur ou un compresseur d'air, pour la diffusion de l'ozone ou l'oxygène dans la tour d'oxydation lors du captage de l'eau du forage. L'ozone ou l'oxygène généré va entrainer la précipitation du fer présent dans l'eau du forage par oxydation forcée. Ensuite un système de dé-chloration, qui consiste à intégrer un filtre à cartouche de charbons actifs granulaires en aval du filtre sable-gravier et le préchauffage de la bâche, ont également été proposé. Ces solutions proposées ne sont pas néfastes pour la chaudière et les tuyauteries. Les coûts de ce projet ont été évalué à 28 970 000 FCFA (pour le cas de l'ozoneur plus filtre charbon actif) et 7 985 000 FCFA (pour le cas du compresseur d'air plus filtre charbon actif). Les charges annuelles ont également été évaluées à 4 324 097,28 FCFA (dans le cas de l'ozoneur) et 2 427 680 FCFA (dans le cas du compresseur d'air).

ABSTRACT

In order to look after the good functioning of the boiler so as to assure its long lasting, the Littoral Industrial Complex, situated in Bonaberi (Douala) engages itself in a further treatment of water from its bore-hole (about 100 m deep). This work is all about reducing the iron and chloride content present in water. This iron and chloride are harmful to the boiler for they cause the corrosion of the latter and that of the pipes. It is thus that the enterprise assigned to us the theme «Critical Study of the Boiler Water Treatment System of the Littoral Industrial Complex». For this work, we used the DMAIC gait which articulates in five (05) stages: Define - Measure - Analyze - Innovate - and Control. The first stage has permitted to make an inventory of fixtures in order to evaluate the problems. The second stage consists in evaluating the physico-chemical parameters of raw water. The third stage allowed us to search the different causes of the problems to solve. Then follows the prescription of corrective actions, and finally cost analysis of these proposed actions. The weekly doses in products used by the enterprise for the existing treatment of 18 m³ of water are: 25 kg of hydrated aluminium sulfate + 9 kg of sodium hydroxide for the coagulation stage, and 25 kg of sodium hydroxide in order to increase the pH of the raw bore-hole water given that it is acidic. In order to improve the treatment of water from the bore-hole, we proposed the use of an ozone generator or an air compressor, for the diffusion of ozone or oxygen in the oxidation tower during the collection of water from the bore-hole. Ozone or oxygen will cause the precipitation of iron present in the bore-hole water. Afterwards a de-chlorination system, which consists of integrating a granular activated charcoal filter downstream the sand-gravel filter and the pre-heating of the tarpaulin, have equally been proposed. These solutions proposed are not dangerous for the boiler and the pipes. The cost of the project were evaluated at 28 970 000 FCFA (in the case of an ozone generator plus activated charcoal filter) and 7 985 000 FCFA (in the case of an air compressor plus activated charcoal filter). The annual charges were also evaluated at 4 324 097.28 FCFA (case of an ozone generator) and 2 427 680 FCFA (case of an air compressor).

PRESENTATION DE L'ENTREPRISE

Le projet du Complexe Industriel du Littoral installé à Bonabéri dans la banlieue Ouest de la ville de Douala au Cameroun a été initié par son promoteur qui fait dans la distribution des produits alimentaires et autres produits de consommation courante depuis plus d'une vingtaine d'années avec la société SODIPALCAM SARL qui a des agences à Douala, Yaoundé ainsi qu'à Bafoussam, couvrant ainsi les trois principales villes du Cameroun.

Le Complexe Industriel du Littoral a été constitué sous la forme d'une Société à Responsabilité Limitée (SARL) au capital de 5 000 000 Francs CFA le 29 septembre 2004 réparti à l'origine entre cinq associés à raison de 20%. L'essentiel des fonds nécessaires a été cependant apporté par le promoteur sous forme d'avance en compte courant pendant toute la durée d'installation de 2004 à 2009. Il en assurait alors la gestion quotidienne parallèlement à ses activités de Gérant de la SODIPALCAM SARL. Ces fonds ont été complétés par un emprunt contracté auprès d'une banque de la place. La Société à Responsabilité Limitée (SARL) a ainsi été transformée en Société Anonyme (S.A) et le capital porté à 10 000 000 Francs CFA lors de l'Assemblée Générale Extraordinaire (AGE) du 05 août 2008, avant même le démarrage de la production. Le promoteur a alors été désigné Président du Conseil d'Administration (PCA). La production a effectivement démarré à la date du 24 novembre 2009. Ce capital a été porté successivement par l'Assemblée Générale Extraordinaire du 28 décembre 2010 à 702 000 000 Francs CFA et à 2 054 000 000 Francs CFA par celle du 28 décembre 2014. Il est de nos jours détenu par quatre personnes physiques à hauteur de 25% chacun. Malgré ce statut de Société Anonyme avec quatre actionnaires tous membres du conseil d'administration et la nomination d'un directeur général, l'essentiel de la gestion est dans les mains du PCA.

L'usine tient sur un terrain de 4 000 m² dont environ 2 500 m² bâtis, propriété de l'entreprise. Un forage, un groupe électrogène, des cuves de stockage des différentes matières premières, une chaudière, un compresseur, un groupe de refroidissement et une chaîne complète de production, constituent ses principaux équipements. Un parc d'une quinzaine de véhicules pour l'administration, le transfert entre les magasins et la vente, est aussi à mentionner.

En effet, elle commence son activité de production et de commercialisation du savon de ménage SANET tout en ayant pour ambition de se faire une place de choix au sein des sociétés concurrentes. C'est ainsi qu'elle réussi à se faire remarquer sur le marché au bout de quelques mois seulement grâce à ses nombreux circuits de distribution et sa main d'oeuvre appliquée constituée de près de 100 employés. Ceci laissant voir son chiffre d'affaire toujours grandissant.

L'activité du Complexe Industriel du Littoral porte d'une part sur la production du savon de ménage, et d'autre part sur la commercialisation du savon, du détergent et de la bougie. Tous ces produits sont commercialisés sous le label « SANET », excepté le détergent dont le label est « SANET CLEANER ».

Le Complexe Industriel du Littoral a pour principal objectif la production du savon de ménage baptisé SANET et sa distribution sur le marché. La fabrication de ce produit nécessite un choix minutieux des matières premières que sont l'huile de palme, l'huile de palmiste, la stéarine, la soude caustique, le sel et l'eau.

La bonne gestion d'une entreprise passe par la mise en place des organes de direction et de gestion. Elle passe également par la décentralisation des pouvoirs et des taches dans le but de réaliser les objectifs qui lui sont assignés. C'est donc dans cette voie que s'est engagé le Complexe Industriel du Littoral. Sa structure se présente de la manière suivante :

Société Anonyme de son état, le Complexe Industriel du Littoral possède un capital social qui est passé de 10 000 000 de Francs CFA, à 702 000 000 de Francs CFA, et aujourd'hui est à 2 054 000 000 de Francs CFA.

Cette fiche contient essentiellement les renseignements primordiaux de l'entreprise et est illustré comme suit :

Raison sociale	Complexe Industriel du Littoral (C.I.L)
Forme juridique	S.A
P.C.A	M. TEDOM BONAVENTURE
Date de création	29 Septembre 2004
Siège social	Mambanda, Bonabéri - Douala
Adresse	B.P. 12296 Douala - Cameroun
N° du contribuable	M090400022640A
Capital social	2 054 000 000 Francs CFA
Registre de commerce	RC/DLA/2004/B/033855
Activité principale	Fabrication des savons, détergents et produits d'entretiens
Situation géographique	Mambanda - Bonabéri
Téléphone	+237 233 39 46 71
E - mail	cil_sanet@yahoo.fr

Le Complexe Industriel du Littoral est divisé en plusieurs organes décisionnels sous la direction du Président du Conseil d'Administration, comme le montre l'organigramme ci-après :

Figure 1: Organigramme du Complexe Industriel du Littoral (source CIL, 2014)

INTRODUCTION

L'eau est le composé le plus abondant sur la surface du globe (Eisenberg et al, 1969). Sans elle, la vie cesserait d'exister. L'eau est donc indispensable pour nos besoins de consommation, ménagers, agricole, industriels et bien d'autres.

Les industries utilisent souvent l'eau en tant que fluide thermique dans les circuits de refroidissement, d'alimentation de chaudière ou encore pour les dilutions de produits chimiques. Pour qu'elles conviennent à leurs besoins, ces eaux doivent être suffisamment traitées par différentes techniques souvent mises en oeuvre successivement suivant l'eau de process voulue. Les industries paramètrent l'eau recherchée par une ou plusieurs étapes successives afin d'obtenir une eau traitée qui n'endommage pas leurs installations lors de son passage. Ces traitements peuvent être physiques, chimiques, physico-chimiques ou encore biologiques. L'eau de process ainsi obtenue par ces traitements, sera utilisée pour des systèmes tels que les eaux de refroidissement, les eaux de nettoyage, les eaux de coupe, la composition de médicament, les bains de graissage (www.ademe.fr).

Ceci nous amène à l'objectif principal de notre travail qui consiste à faire une étude critique du système de traitement de l'eau de chaudière du Complexe Industriel du Littoral. À cet effet nous avions comme objectif spécifique :

· D'effectuer un brainstorming sur les causes du traitement insuffisant de l'eau de chaudière ;

· De proposer des actions correctives et ensuite faire une analyse des coûts des actions proposées.

· Premièrement, nous avons fait une présentation de l'entreprise d'accueil et une revue de la littérature sur les types d'eaux, les chaudières et l'approche adoptée pour la résolution du problème ;

· Deuxièmement, nous avons présenté les matériels et méthode employés pour ce travail ;

· Nous avons terminé par une conclusion de notre travail, puis donné les recommandations et perspective.

CHAPITRE I : REVUE DE LA LITERATURE

I.1. Ressources en eau

L'eau est essentielle à la survie et au bien-être de l'homme et est indispensable au fonctionnement de nombreux secteurs de l'économie. Les ressources en eau sont inégalement réparties sur le globe terrestre comme illustré ci-dessous.

Ressources	Millions de km³	% (Pourcentage)
Océans	1320	97,20
Neiges et glaces	30	2,15
Eaux souterraines à moins de 800 m	4	0,31
Eaux souterraines à plus de 800 m	4	0,31
Zone non saturée	0,07	0,005
Lacs en eau douce	0,12	0,009
Lacs en eau salée	0,10	0,008
Rivières	0,001	0,0001
Atmosphère	0,013	0,001

I.2. Généralités sur les eaux du forage

Un puits foré ou un forage est un ouvrage de captage vertical permettant l'exploitation de l'eau d'une nappe souterraine contenue dans les interstices ou dans les fissures d'une roche du sous-sol qu'on nomme aquifère. L'eau du forage est remontée grâce à une pompe motorisée. Un forage est caractérisé par sa profondeur (jusqu'à 300 m de profondeur), son volume d'eau journalier à collecter, son coût de réalisation et sa pureté (justifiable ou non d'un traitement avant de pouvoir être utilisée, et qu'il convient d'ailleurs de contrôler non seulement à l'achèvement des ouvrages mais régulièrement) (Desbordes, 2000).

Pour la construction d'un forage de bonne qualité, il est essentiel de connaître :

- Si le sol forer est perméable ou imperméable. Cet à dire, sa capacité à se laisser traverser par l'eau ;

- La qualité de l'eau, cet à dire, ces caractéristiques organoleptiques tels que la couleur, l'odeur ;

I.2.1. Caractéristiques de l'eau des nappes souterraines (Eau du forage)

L'eau des nappes souterraines ou eau du forage est généralement de meilleure qualité que l'eau de surface, en raison du pouvoir épurateur des sols. Cette eau présente ainsi un grand intérêt comme source d'approvisionnement en eau de consommation, à usage ménager ou industriel.

Toutefois bien que l'eau du forage se trouve sous la surface du sol, elle reste vulnérable aux activités humaines. La vulnérabilité se définit par la sensibilité de l'aquifère à toute contamination provenant de la surface du sol.

I.3. Généralités sur les eaux de process

L'essor industriel est intimement lié à l'eau. De tout temps, les usines se sont implantées pour de multiples raisons à proximité de l'eau. De par ses propriétés physico-chimiques, l'eau est impliquée dans de nombreux process industriels. De plus, les cours d'eau représentent de réelles opportunités de transport des matières premières ou encore des produits finis.

L'eau de process industriel est l'eau utilisée dans les installations industrielles pour le fonctionnement d'un procédé ou la fabrication d'un produit. Elle est utilisée en majorité pour approvisionner un process. Elle représente la plus grande consommation d'eau sur les sites industriels. Elle est généralement utilisée dans les chaudières, les circuits de refroidissement, les dilutions des produits chimiques, le process ou dans le produit lui-même.

La qualité et la quantité d'eau de process industriel peuvent être variables d'une industrie à une autre, ce choix se fait selon les exigences de l'entreprise (O'Dowd, 2000).

I.4. Quelques indicateurs de la qualité des eaux

I.4.1. Dureté

L'expression `dureté de l'eau' est issue du langage populaire et caractérise la difficulté rencontrée lors de la lessive : les eaux nécessitant beaucoup de savon pour obtenir de la mousse sont réputées dures. En fait, la dureté d'une eau correspond à sa teneur en sel de calcium, magnésium et de métaux qui forment avec le savon des composés insolubles dans l'eau.

La dureté d'une eau est mesurée par son titre hydrotimétrique (TH), et est exprimée en degré français (°f).

I.4.2. Alcalinité

L'alcalinité d'une substance caractérise la possibilité qu'a cette substance de libérer des ions hydroxydes (OH^-) et de rendre basique une solution.

- Les hydroxydes métalliques tels que la soude (NaOH) (ou la potasse (KOH)), qui se dissocient dans l'eau en ions Na⁺ (ou K⁺) et OH^-;

- Les carbonates (comme le carbonate de sodium (Na₂CO₃)), qui se décomposent à haute température en libérant des ions OH^-:

Cette décomposition est totale à partir de 250 °C, ce qui correspond à la température de l'eau dans une chaudière de 20 bars environ ;

- Les bicarbonates (ou hydrogénocarbonates) comme le bicarbonate de sodium (NaHCO₃), qui se décompose à température modérée (dès 100 °C la décomposition est totale) en carbonate selon la réaction :

La mesure de l'alcalinité des eaux s'effectue par dosage par l'acide sulfurique des substances alcalines dissoutes dans l'eau.

On distingue deux (02) mesures de l'alcalinité de l'eau selon la valeur du pH en fin d'addition d'acide :

Le Titre Alcalimétrique Complet (TAC) est la grandeur utilisée pour mesurer le taux d'hydroxydes, de carbonates et de bicarbonates d'une eau, son unité est le degré français (°f), en millimole de CaCO₃ par kg d'eau ou milligramme de CaCO₃ par kg d'eau.

Ainsi la quantité d'acide ajouté lors de l'analyse a permis de neutraliser les hydroxydes, les carbonates, et les bicarbonates, éventuellement présents.

Ces trois produits alcalins ne peuvent exister tous simultanément. En effet les bicarbonates sont transformés en carbonates par les hydroxydes. C'est le cas du bicarbonate de sodium en présence de soude :

Il permet de connaître les teneurs de l'eau en carbonates et bases fortes présentes dans l'eau. Cette analyse se fait en présence de phénolphtaléine qui vire de l'incolore au rose-fuchsia à un pH de 8,2. Le Titre alcalimétrique s'exprime en degré français (°f), en millimole de CaCO₃ par kg d'eau ou milligramme de CaCO₃ par kg d'eau.

La quantité d'acide ajoutée permet de neutraliser les hydroxydes et de transformer les carbonates en bicarbonates.

I.4.3. Salinité totale - Conductivité et Résistivité

La salinité totale d'une solution peut être évaluée par pesée de l'extrait sec après ébullition totale de l'eau liquide. La méthode opératoire étant délicate, le plus souvent cette salinité est appréciée indirectement par la mesure de la conductivité ou de la résistivité électrique de la solution, chacune de ces mesures évoluant significativement chaque fois que la salinité évolue.

La conductivité d'une solution est mesurée par la conductance électrique d'une colonne d'eau de 1 cm de hauteur comprise entre deux (02) électrodes de section de 1 cm². Elle s'exprime le plus souvent en microsiemens par cm (uS/ cm).

La résistivité est l'inverse de la conductivité. Les unités les plus souvent employées sont le kilohm cm (kÙ.cm) ou le mégohm cm (MÙ.cm).

I.4.4. Teneur en fer

Le fer est le deuxième plus abondant métal de la croute terrestre, d'une hauteur d'environ 5%. L'élément chimique fer est présent sous forme ionique avec deux valences principales que sont le fer ferreux (Fe²⁺) et le fer ferrique (Fe³⁺). Le fer ferreux est présent dans les eaux souterraines sous formes de soluble sulfatées (FeSO₄) ou carbonatées (FeCO₃ ou Fe(HCO₃)₂). Il (Fe²⁺) est instable et se précipite, par simple aération dans l'eau, en hydroxyde de fer (III) (Fe(OH)₃), qui est peu soluble. Cette oxydation (optimal à pH = 7,2) est due à une augmentation d'oxygène, de la température, et une diminution de la pression de l'eau. Cependant la réaction est lente surtout si le pH est faible, et que le milieu n'est pas saturé en oxygène (Chibi C., 1991). Ceci est interprété par la réaction suivante :

Généralement les eaux de surface et de la nappe phréatique ont une teneur en fer ne dépassant pas 1 mg/l (Fe = 1 ppm). Toutefois des hautes teneurs en fer (Fe = 10 mg/l), dues au drainage minier et/ou industriel, sont observées dans les eaux souterraines.

Une teneur élevée en fer dans l'eau de process, entraine la corrosion des installations métalliques (surtout en aciers ordinaires) d'une entreprise, notamment les chaudières et tuyauteries (WEDECO, 2003).

La déferrisation est le fait d'enlever le fer, spécialement de l'eau. Une teneur élevée en fer présente des effets gênants sur les installations du Complexe Industriel du Littoral que sont :

§ La corrosion dans les canalisations métalliques avec libération du métal ;

§ Distribution d'eau de couleur rouille, au robinet qui tâche les installations de plomberie ;

§ Inconvénients d'ordre organoleptique (trouble colloïdal, coloration jaune orangé) ;

§ Colmatage des ouvrages d'exploitation par précipitation en présence d'oxygène, entrainant la réduction progressive des débits de conduite (formation de dépôts).

Il existe de nombreuses techniques de traitement pour l'élimination du fer de l'eau. Ces techniques sont :

La déferrisation par oxydation (à l'air ou autre oxydant suivant la concentration en Fer), suivie d'une filtration, est généralement utilisée pour les eaux d'origine profonde. C'est une technique simple mais qui nécessite souvent l'emploi de réactif oxydant tels que le permanganate de potassium (KMnO₄), l'oxygène, l'hypochlorite de calcium ou sodium (eau de javel), et l' ozone.

Le traitement par oxydation avec des composés chlorés tels que l'eau de javel, et le permanganate de potassium présente l'inconvénient d'avoir un pouvoir rémanent lors du traitement. Cette rémanence porte préjudice à la chaudière. Ces méthodes de traitement sont le plus utilisées dans le cas de l'épuration de l'eau de consommation, cependant l'eau que nous désirons traiter est une eau de chaudière.

L'élimination du fer peut être aussi faite par oxydation biologique (utilisation de ferrobactéries qui oxydent et précipitent le fer dissous). Les ferrobactéries catalysent par production d'enzymes spécifiques des réactions exothermiques d'oxydation qui alimentent leur métabolisme grâce à l'énergie libérée.

Cependant cette méthode de traitement est difficile et demande en particulier des délais d'ensemencement, des ferrobactéries, beaucoup plus longs (de l'ordre du mois).

Le procédé d'élimination catalytique du fer repose sur un phénomène d' adsorption et d' oxydation des formes dissoutes du fer ferreux (Fe²⁺), à la surface d'un matériau spécifique de filtration. Ces matériaux catalytiques jouent à la fois le rôle d'adsorbant et d'échangeur d'électrons. Les matériaux utilisables (tels que la zéolite, le quartz, et la latérite) pour la filtration catalytique sont des matériaux recouverts de façon naturelle ou artificielle par le dioxyde de manganèse (MnO₂). Le dioxyde de manganèse joue le rôle d'échangeur d'électron dans la catalyse). Au contact avec la surface de ces matériaux, le fer ferreux est adsorbé et forme une sorte de filme gluant et aqueux autour du matériau. Ce type de méthode n'est utilisable que pour des eaux de forage ayant des faibles teneurs en fer.

I.4.5. Teneur en chlorures

Les chlorures inorganiques font parties des anions les plus souvent rencontrés dans les eaux de forage. Elles sont localement impliquées dans les pluies acides et phénomènes d' acidification d'eaux superficielles ou souterraines. En industrie, la concentration des chlorures doit être surveillée car elle peut entrainer l'entartrage et la corrosion des installations (Jolley et al, 1990).

Les filtres à cartouche de charbon actif sont utilisés pour la dé-chloration de l'eau en industrie.

* Caractéristiques physicochimiques des eaux au Complexe Industriel du Littoral

Les caractéristiques physicochimiques des eaux de l'entreprise sont illustrées dans le tableau ci-après. Les valeurs des consignes pour chaque paramètre sont entre parenthèses (NORME NF EN ISO 32-020-1). Les paramètres requis pour les eaux de chaudières sont exprimées pour une pression de service, de la chaudière, de 20 bars (P = 20 bars). D'après le tableau, nous constatons que la teneur en fer et en chlorures des eaux, ne respecte pas la norme. Tous ces paramètres analysés ne varient pas beaucoup en général.

Paramètres Analysés	Eau du forage	Eau Adoucie (ou D'appoint)	Eau de la Bâche	Eau de la Chaudière
Aspect	Trouble(Limpide)	Trouble(Limpide)	Trouble(Limpide)	Leger trouble (Limpide)
Turbidité (NTU)	7,2 (=5)	8,1 (=5)	8,4 (=5)	5,6 (=5)
Température (°C)	26,6 (=25)	26,2	26,3	95,5
pH	2,7 (7,5-8,5)	6,9 (6,5-7,5)	7,6 (7,5-9,5)	11,6 (10,5-12)
Salinité (mg/l)	290 (0,0)	290 (<25)	310 (<80)	1360 (<2500)
Conductivité (uS/ cm)	649,3 (<50)	190,7 (<50)	104,3 (<150)	2732,3 (<5000)
TH (°f)	16 (0,0)	12,8 (0,0)	4,8 (<10)	1,02 (<5)
TA (°f)	13,4 (10)	16,2 (10)	10,2 (<0,7*TAC)	10,4 (<0,7*TAC)
TAC (°f)	23,2 (15-50)	24,8 (<40)	20,8 (<40)	107,1 (80-120)
SiO₂ (mg/l)	30 (<5)	29 (<5)	26 (<5)	24 (<200)
SO₃^2- (mg/l)	15,3 (<10)	6,8 (<10)	6,8 (<10)	16 (10-50)
PO₄^3- (mg/l)	0 (0,0)	0 (0,0)	11,7 (<15)	11,7 (25-50)
Fe²⁺ (mg/l)	2,7 (<0,05)	3 (<0 ,05)	3,5 (<1)	4,5 (<1)
Cl^- (mg/l)	28,4 (<5)	28,4 (<5)	30,1 (<150)	274,8 (<800)

N.B : Valeurs des consignes entre parenthèses (NORME NF EN ISO 32-020-1)

Les moyens disponibles pour maintenir la qualité de l'eau dans les limites autorisées reposent sur :

- Le traitement externe de l'eau du forage et l'eau d'appoint avant son admission à la chaudière pour réduire ou éliminer les impuretés (sels dissous, oxygène), qu'elle introduit en chaudière ;

- Le traitement interne de l'eau de chaudière par des produits chimiques de conditionnement ;

- L'élimination des impuretés présentent en chaudière par des purges de déconcentration.

I.5. Généralités sur les chaudières

Dans son acception moderne, une chaudière désigne un appareil (voire une installation industrielle, selon sa puissance) permettant de transférer en continu de l' énergie thermique à un fluide caloporteur (le plus généralement de l' eau). L'énergie thermique transférée (source de chaleur) peut être soit la chaleur dégagée par la combustion (de charbon, de fioul, de gaz, de bois, de déchets, ...), soit la chaleur contenue dans un autre fluide (chaudière de récupération sur gaz de combustion ou gaz de procédés chimiques, chaudière « nucléaire » recevant la chaleur du circuit primaire, etc.), soit encore d'autres sources de chaleur (chaudières électriques, par exemple). Les chaudières sont aussi bien des systèmes industriels que domestiques. À l'intérieur de la chaudière, ce fluide caloporteur peut être soit uniquement chauffé (c'est-à-dire qu'il reste en phase liquide), soit chauffé et vaporisé, soit chauffé, vaporisé puis surchauffé (donc avec passage de phase liquide à phase gazeuse).

On distingue les chaudières selon leurs combustibles (chaudières à combustibles liquides ou gazeux et chaudières à combustibles solides) et selon leurs constructions (chaudières à tubes de fumées et chaudières à tubes d'eaux).

La chaufferie est le bâtiment où sont rassemblées les chaudières dans une entreprise. Il est nécessaire qu'elle soit alimentée en eau, en combustible, en électricité, bref tout ce qui est nécessaire à la production de la vapeur. Elle est la chambre de chauffe d'une usine et est chargée de produire et de canaliser la vapeur d'eau. Dans le cas d'une savonnerie cette vapeur est utilisée surtout pour le nettoyage des circuits (aquap.fr).

I.5.1. Historique des chaudières

C'est au 1^er siècle après J.C. qu'apparut pour la première fois l'idée d'utiliser l'énergie de la vapeur à des fins motrices, dans l'ouvrage intitulé Pneumatica de l'inventeur et mathématicien grec Héron d'Alexandrie. Il y décrivit un éolipyle, une turbine à vapeur se composant d'une chaudière connectée par deux tubes creux aux pôles d'une sphère creuse tournant librement. La première amélioration importante apportée à la chaudière fut la chaudière « Lancashire » à tube de fumée brevetée en 1845 par l'ingénieur britannique sir William Fairborn. Les chaudières à tubes de fumée avaient cependant une capacité et une pression limitées et présentaient parfois des risques d'explosion (www.wikipedia.org).

La première chaudière à tubes d'eau, brevetée en 1867 par les inventeurs américains George Herman Babcock et Stephen Wilcox, autorisa une pression supérieure à celle de la chaudière à tube de fumée. Les chaudières à tubes d'eau modernes peuvent fonctionner à de très hautes pressions et produisent plus de quatre mille cinq cents tonnes de vapeur par heure ( Technique de chauffage : erdgas.lu).

I.5.2. Présentation de la chaudière du Complexe Industriel du Littoral

La chaufferie de l'entreprise est constituée principalement d'une chaudière, d'une tuyauterie de vapeur, d'une tuyauterie d'alimentation d'eau, d'une pompe alimentaire en eau et d'une bâche d'alimentation. La chaudière du Complexe Industriel du Littoral est un élément incontournable dans la mesure où la vapeur et l'eau chaude qu'elle va générer participe directement au processus de fabrication du savon. C'est une chaudière à fuel et à tube de fumées. La vapeur est utilisée pour le blanchiment de l'huile de palme, à la saponification, au nettoyage des circuits après chaque transfert, et au séchage du savon dans la boudineuse.

Elle est la deuxième chaudière de l'entreprise et la seule en activité, la première étant en panne ; et se présente sous la forme d'un corps fermé et renferme les éléments suivants :

- Un tube foyer, il est légèrement excentré de l'axe de la chaudière (vers le bas) et constitue les parcours des fumées ;

Les caractéristiques de la chaudière du Complexe Industriel du Littoral sont présentées comme suit :

Le fuel contenu dans la bâche de stockage est acheminé vers le réchauffeur pour réduire sa viscosité et facilité l'allumage (75 °C - 110 °C) par une pompe. Avant son entrée dans le réchauffeur, le fuel est filtré pour éliminer les particules solides qui pourraient obstruer les injecteurs, et ensuite filtré de nouveau par un filtre plus fin à l'entrée du bruleur. La flamme est produite par un mélange air/gaz qui est enflammé par une étincelle produite par un allumeur. Une fois ce mélange enflammé, le brûleur laisse passer le fuel déjà chaud, qui continu à s'enflammé avec de l'air.

Cette combustion produit la chaleur nécessaire pour transformer l'eau en vapeur. L'eau à vaporiser est à l'extérieur des tubes, tandis que la fumée qui transporte la chaleur (due à la combustion) est à l'intérieur des tubes. Cette chaleur est dissipée par convection et conduction, réchauffant ainsi l'eau dans laquelle les tubes sont plongés. Les fumées sont expulsées à l'extérieure via la cheminée et la vapeur produite est acheminée en utilisation via les conduites.

La chaudière reçoit de l'eau provenant de la bâche, qui est de l'eau adoucie, après avoir directement été tirée du réseau d'eau de la société.

Les impuretés contenues dans l'eau d'alimentation peuvent par leur nature ou par leur concentration perturber son fonctionnement et cela dû aux dépôts sur les tubes vaporisateurs ou la mauvaise séparation de l'eau dans la vapeur. Ce disfonctionnement de la chaudière implique le respect des consignes du constructeur ou à défaut du respect des normes de traitement des eaux de chaudières.

Ces impuretés contenues dans l'eau de la chaudière proviennent des sels dissous (calcium, sodium, sulfates), des gaz dissous (oxygène et dioxyde de carbone) contenus dans les eaux ainsi que des matières en suspension (sable, boue, matière organique). Par conséquent, pour respecter les limites imposées par le constructeur ou les normes, les moyens suivants ont été mis en place :

Notons que seules les purges d'extraction de fond sont réalisées régulièrement. Le cycle parcouru par l'eau à travers sa transformation est schématisé comme suit :

I.6. Généralités sur la méthodologie appliquée

I.6.1. Méthode DMAIC ou Six Sigma

Les bases de cette approche DMAIC, ont été posées par un ingénieur de Motorola, nommé Mikel Harry en 1986, mais la méthode devient célèbre dans les années 1990 lorsque General Electric décide de l'appliquer et de l'améliorer. L'approche six sigma repose sur la maîtrise statistique des procédés. C'est une approche globale de l'amélioration continue de la qualité du produit et des services rendus aux clients (Lopez, Redchuk, Moguerza, 2011).

o Un indicateur de performance permettant de connaître la situation de l'entreprise en matière de qualité ;

o Une méthode de résolution de problème permettant de réduire la variabilité des produits ;

o Une organisation des compétences et des responsabilités des hommes de l'entreprise ;

o Un mode de management de la qualité s'appuyant fortement sur une gestion des projets.

Cette méthode utilise la norme ISO 9000:2000 comme référentiel. En effet l'ISO 9000:2000 est utilisé pour la réalisation des systèmes de gestion de la qualité. Elle est orientée vers la réalisation des objectifs de l'entreprise, y compris la satisfaction des clients. D'où l'importance de l'amélioration continue pour aller vers le management de la qualité totale.

I.6.2. Principe de la méthode

CHAPITRE II : MATERIEL ET METHODES

II.1 MATERIEL

o Kit d'analyse chimique du fer de marque HI3834, pour déterminer la teneur en fer de l'eau ;

o Kit d'analyse chimique des chlorures de marque HI3815, pour déterminer la teneur en chlorure de l'eau ;

II.2. METHODES

La démarche DMAIC, qui est une démarche structurée en cinq étapes a permis de faire une évaluation des différents problèmes rencontrés lors de la prise en charge et de la mise en service de la chaudière par l'entreprise, afin de proposer des améliorations aux processus impliqués et de faire une évaluation des coûts des améliorations proposées. C'est ainsi que le schéma synoptique du travail effectué s'articule comme suit :

II.2.1. Etat des lieux

Cette première étape a permis de définir le problème afin de mieux le comprendre. Ceci s'est fait par le biais d'un état des lieux qui avait pour but:

§ De présenter les installations de traitement de l'eau et le traitement existant ;

Ces questions répondues, les prochaines étapes étaient de prélever l'eau du forage, d'évaluer ces paramètres physico-chimiques, proposer les actions correctives appropriées et enfin évaluer les coûts.

II.2.2. Caractérisation physicochimique de l'eau du forage

Ici, les paramètres physico-chimiques de l'eau du forage prélevée ont été évalués.

Les prélèvements de l'eau du forage ont été faits in situ, dans trois bouteilles PET d'un litre chacun (Poly Téréphtalate d'Ethylène), tout en évitant la pénétration de l'air. Avant son remplissage, la bouteille a été plusieurs fois rincée avec l'eau à analyser puis étiquetée.

Le transport des échantillons du point de prélèvement jusqu'au laboratoire se fait dans une glacière.

Les paramètres évalués sont : le pH, la température, la turbidité, la teneur en fer, la teneur en chlorure, et la conductivité. Les modes opératoires des paramètres analysés sont présentés en annexe 13.

Sa mesure repose sur l'activité chimique des ions hydrogènes (H⁺) dans l'eau.

Sa mesure repose sur la sensation de froid et de chaud, provenant du transfert thermique entre l'eau et son environnement.

Sa mesure repose sur la capacité que l'eau a à disperser et absorber la lumière. La dispersion de la lumière qui passe à travers un liquide est principalement due aux matières solides en suspension présentes. Plus il y a de matières en suspension dans l'eau, plus la turbidité est élevée et vice-versa.

Sa mesure repose sur l'aptitude qu'a l'eau à laisser les charges électriques se déplacer librement, donc à permettre le passage d'un courant électrique.

La mesure est basée sur une méthode colorimétrique. Tout d'abord, les ions ferriques (Fe³⁺) sont réduits par le sulfite de sodium (Na₂SO₃), en ions ferreux (Fe²⁺). Ensuite les ions ferreux (Fe²⁺) forment un complexe stable avec l'ortho-phénantroline, de couleur orange. L'intensité de la couleur détermine la teneur en fer dans l'eau. Ceci peut être interpréter par les équations suivantes :

2Fe(OH)_3(aq) + Na₂SO_3(s) 2Fe²⁺_(aq) + 4OH^-_(aq) + Na₂SO_4(s) + H₂O_(aq)

La mesure de la teneur est basée sur le dosage par le nitrate de mercure. Le pH du milieu est abaissé par ajout de l'acide nitrique (HNO₃). Les ions mercureux (Hg⁺) réagissent avec les ions chlorures pour formés le chlorure de mercure (II), dont la couleur est jaune. Lorsque les ions mercuriques sont présents en excès, ils forment un complexe avec le diphénylcarbazone, qui se traduit par une solution de couleur pourpre. Cette couleur marque le point d'équivalence du dosage. Cela est présenté par les réactions suivantes:

II.2.3. Brainstorming

Il est question ici d'identifié les causes d'irrégularités dans le traitement de l'eau. L'identification des causes s'est faite selon la procédure suivante :

Les causes qui engendrent le traitement insuffisant de l'eau du forage ont été mises en évidence par la méthode des 5M, obtenue par un questionnaire à sept questions à réponses ouvertes (Voir annexe 7). La phase du questionnaire a été faite en présence du directeur technique, le responsable de maintenance, le responsable de production, le contre maitre, et les chefs des équipes (de chaque quart) A, B, C.

La classification des causes a été faite par la méthode des 5M : Matière, Matériel, Méthodes, Milieu, Main d'oeuvre. Les résultats ont été représentés par le diagramme d'Ishikawa, encore appelé diagramme causes-effet.

· Etape 1: Qualifier l'effet : cela consiste à définir clairement le problème que l'on cherche à résoudre ;

· Etape 2: Dresser un inventaire des causes possibles : lister celles qui ont une influence sur le problème ;

À partir des causes identifiées du questionnaire, un vote pondéré a été faite afin d'identifier les causes majeures du problème. Ce vote a été fait toujours en présence des mêmes personnes ou individus que lors de la phase du questionnaire et les critères pour le vote ont été :

§ 1 = pour la cause ayant peu d'influence sur le traitement insuffisant de l'eau ;

§ 2 = pour la cause ayant une influence sur le traitement insuffisant de l'eau ;

§ 3 = pour la cause ayant une très grande influence sur le traitement insuffisant de l'eau.

Le vote terminé, les points attribués à chaque cause par tous les membres ont été additionnés et les résultats ont été présentés sous forme de tableau en plaçant les causes par ordre d'influence décroissante.

Par la suite, le diagramme de Pareto permet de mettre en évidence, les éléments (effets et modes de défaillance) les plus importants du problème sur lesquels devront être concentrés en priorité les efforts d'amélioration (actions correctives). Cette analyse est également connue sous le nom de loi des 80/20 qui postule que, 80% des effets sont imputables à seulement 20% de causes.

Après l'évaluation des principales causes d'anomalies, on procède à une évaluation des actions nécessaires pour remédier aux problèmes.

II.2.4. Propositions des actions correctives

Il s'agit de présenter les actions correctives qui vont aboutir à un traitement efficace de l'eau du forage. Un tableau comparatif des solutions proposées est également présenté.

II.2.5. Evaluation des coûts

Il est question de faire une évaluation des coûts des solutions proposées, cet à dire, les couts de mise en place du projet et les charges annuelles.

CHAPITRE III: RESULTATS ET DISCUSSION

III.1. ETAT DES LIEUX

III.1.1. Station de traitement

La station de traitement d'eau du Complexe Industriel du Littoral, est constituée de trois postes : un poste de captage, deux postes de traitement, et un poste de relevage.

L'eau utilisée par le Complexe Industriel du Littoral, est captée dans un puits ayant une profondeur d'environ 100 m, par une pompe centrifuge, pour un débit de 10 m³/h. L'eau captée est introduite dans un bac ayant pour dimensions 4,5 m de longueur, 2 m de largueur et 2,5 m de hauteur. Le volume d'eau introduit est 18 m³.

Les étapes de coagulation-floculation, décantation et filtration sur sable, sont effectuées dans ce poste.

Dans l'étape de coagulation-floculation, 25 kg de sulfate d'alumine hydraté (coagulant) suivi de 9 kg de soude (36% de la dose de sulfate d'alumine), sont introduits dans un mini-bac (diamètre = 75 cm et hauteur = 80 cm) contenant 310 L d'eau puis agiter par un agitateur motoriser (de marque MILTON ROY), à une vitesse de 1340 tours/ min pendant 40 minutes environ. En même temps 25 kg de soude sont introduite dans un premier bac de décantation afin de hausser le pH de l'eau, vu qu'elle est très basse (entre 2-3). Après la préparation de la solution de coagulant, le robinet de ce mini-bac est ouvert pour laisser la solution couler dans ce premier bac de décantation. Ceci afin de permettre la formation des flocs qui vont éventuellement ce décanté dans le bac. Il n'y a pas introduction du floculant lors du traitement.

Le bac de décantation est relié à un deuxième bac de récupération, ce qui va permettre à l'eau de s'introduire dans ce dernier afin qu'une étape supplémentaire de décantation puisse avoir lieu. Ce bac de récupération est équipé d'un flotteur, qui à son tour est connecté à une autre pompe. Lorsque l'eau a atteint un certain niveau dans le bac, le flotteur enclenchera la pompe (débit = 8 m³/h) qui à son tour enverra l'eau dans un filtre, composé de gravier et sables fins, pour la filtration de cet eau. Cette filtration enclenchera une autre pompe, qui est connectée entre le filtre et la cuve de stockage d'eau, qui conduira l'eau dans ce dernier.

Ce poste est concerné par le fonctionnement des résines échangeuses d'ions et le détartrant qui est ajouté à la bâche.

L'eau qui est dans la cuve de stockage est envoyée dans les résines échangeuses d'ions par ouverture de la vanne. Ces résines échangeuses d'ions (qui sont au nombre de 2 à CIL) ont pour rôle d'adoucir ou réduire la dureté de l'eau en réduisant la quantité de calcaire (carbonates principalement de calcium et de magnésium) en suspension dans l'eau. Ces résines échangeuses d'ions sont reliées à un bac de saumure de 200 L, qui contient une solution saturée de sel (NaCl). Leurs fonctionnements sont effectués grâce aux résines sur lesquelles sont fixés des ions sodium (Na⁺). Les ions calcium (Ca²⁺) et magnésium (Mg²⁺) de l' eau dure sont échangés lors de leur passage sur les résines par des ions sodium (Na⁺). Lorsque tous les ions sodium (Na⁺) des résines sont consommés, il faut régénérer les échangeuses d'ions. On lui apporte alors une solution saturée en sel ( chlorure de sodium, NaCl) riche en ions sodium (Na⁺). De leur côté, les ions calcium (Ca²⁺) et magnésium (Mg²⁺) sont évacués dans les canalisations avec les eaux de rinçage. Ces échangeuses d'ions sont munies d'un régulateur de dureté, qui va permettre le bon rééquilibrage de la dureté.

Le détartrant (W588) est introduit dans la bâche, contenant de l'eau, afin d'enlever le tartre qui s'est accumulé dans celle-ci. La quantité de détartrant introduit est 1 kg. Le détartrant introduit, a également pour rôle d'effectuer une diminution supplémentaire de la dureté de l'eau, pour qu'elle ne soit pas nocive pour la chaudière.

La cuve de stockage d'eau est équipée d'un flotteur, afin de connaitre le niveau d'eau dans celle-ci. Lorsque l'eau envoyée jusqu'aux résines échangeuses d'ions atteint un certain niveau dans la cuve, la pompe de captage d'eau est actionner afin de démarrer le cycle de traitement d'eau.

Il faut noter que le traitement de l'eau du forage est effectué à peu près tous les samedis, afin d'utiliser cette eau en semaine. Les caractéristiques des pompes, l'agitateur motorisé et les résines échangeuses d'ions, utilisés dans la station de traitement d'eau du forage, sont présentées en annexe 8.

Le schéma présentant la station de traitement d'eau du forage du Complexe Industriel du Littoral, est présenté ci-dessous :

Figure 7: Présentation de la station de traitement d'eau du forage du Complexe Industriel du Littoral

III.1.2. Procédé de traitement

Le schéma block du procédé de traitement d'eau du forage du Complexe Industriel du Littoral, avec les différents postes de la station, est présenté ci-dessous :

Figure 8: Schéma block du traitement existant de l'eau du forage du Complexe Industriel du Littoral

* Etude critique des opérations unitaires impliquées dans le traitement de l'eau du forage

Coagulation : Il est question ici de déterminé la concentration critique du coagulant (sulfate d'alumine hydraté) utilisé dans l'étape de coagulation. 25 kg du coagulant sont introduits dans 310 L d'eau, puis agiter pendant 40 minutes. Puis la solution de coagulant est versée dans 18 m³ d'eau du forage captée. La concentration critique du coagulant (CCC) nécessaire pour le traitement de l'eau du forage est,

Décantation : Le bac de décantation comporte des plaques (10 plaques) disposées parallèlement, afin d'augmenter la surface de décantation. Les plaques sont disposées de manière oblique de sorte à permettre le glissement des matières colloïdales vers le fond du bassin. Les matières colloïdales qui se déposent sur les plaques, inclinées d'un angle de 60°, glissent le long de celles-ci et sont évacuées en partie basse du bac. La distance entre les plaques est 85 cm pour une longueur de plaque qui est 90 cm et largeur 75 cm. Ce système reste le plus utilisé (Jean Pierre BECHAC et al, 1984). Le temps de décantation est 68 minutes et la distance de chute est 174 cm. La vitesse de chute est donc,

Vitesse de chute = distance de chute/temps de décantation = 174/68 = 2,56 cm/minute

La surface totale de projection (STP) est la projection à la partie basse du bac de la surface de décantation. Elle est calculée comme suit :

Où : N_plaque est le nombre de plaque, S_p est la surface unitaire de chaque plaque et á est l'angle de projection.

Surface Totale de Projection (STP) = 10 * 90 * 75 * Cos 60 = 33 750 cm²

Filtration : La filtration sur sable-gravier a été choisie pour sa facilité de mise en place afin de retenir les petites particules n'ayant pas pu être retenues par la décantation. Le filtre adopté par l'entreprise a une forme cylindrique de hauteur 210 m et diamètre 66 cm, donc une capacité de 71,85 m³ (volume du cylindre = ð * (diamètre) ² * hauteur/4). Dans le filtre, le gravier occupe un volume de 21,54 m³ et le sable fin occupe un volume de 44,32 m³.

Le temps de filtration des 18 m³ d'eau, contenue dans le bac de récupération, est environ 141 minutes (soit 2,35 heures) et ceci à travers une section (circulaire), offerte à l'écoulement de 0,76 m². Le débit (volumique) d'écoulement d'eau à la sortie du filtre est donc,

Vitesse de filtration = Débit volumique/section d'écoulement = 7,66/0,76 = 10,08 m/h

Adoucissement : Cette étape implique l'utilisation des résines échangeuses d'ions, car elle repose sur un échange entre les ions sodium (Na⁺) de la résine contre les ions calcium (Ca²⁺) et magnésium (Mg²⁺) de l'eau à traiter. Lorsque la résine est saturée, il faut la régénérer à l'aide d'une solution saturée de chlorure de sodium (NaCl). La solution saturée est obtenue en introduisant 35 kg de chlorure de sodium dans un bac contenant 200 L d'eau. Ceci correspond à une concentration (NaCl) de,

III.1.3. Constats fait

§ Economie dans l'utilisation des kits d'analyses chimiques, car l'analyse des eaux est faite une fois tous les trois jours ;

Qui? Qui est concerné par le problème?	Le Complexe Industriel du Littoral
Quoi? Quel est le problème?	Traitement insuffisant de l'eau, car il y a la présence d'une forte teneur en fer et en chlorure dans l'eau de la chaudière
Où? Où survient le problème?	L'eau du forage
Quand? À quel moment apparait t-il?	Lors de son utilisation
Comment? Comment a-t-il été détecté?	Diagnostique des installations de traitement, interview, observation basée sur la méthode des 5M (Matière, Matériel, Méthodes, Milieu, Main d'oeuvre)
Pourquoi? Quels sont les raisons qui poussent à résoudre le problème?	Assurer la durée de la chaudière en la protégeant, empêcher la corrosion des tuyauteries

Après identification des principales anomalies sur la station de traitement, l'eau du forage est prélevée et caractériser.

III.2. QUALITE PHYSICOCHIMIQUE DE L'EAU DU FORAGE

Les résultats des paramètres physicochimiques de l'eau du forage du Complexe Industriel du Littoral (CIL), montrent qu'elle est acide et trouble. Sa conductivité élevée ce qui suggère une eau fortement chargée. La forte acidité de cette eau est due à sa haute teneur en sulfites (SO₃^2-). Cependant son pH est élevé par ajout de la soude, qui transformera les sulfites (SO₃^2-) en sulfates (SO₄^2-), d'après la réaction suivante :

Le sulfate de sodium (Na₂SO₄), est un composé chimiquement très stable. Il est généralement considéré comme étant non-toxique, et à l'avantage de ne pas corroder les installations.

L'eau du forage détient également une forte teneur en fer ferreux (Fe²⁺) et en chlorure (Cl^-), d'où l'objectif de notre travail, car ce sont les deux seules paramètres qui ne sont pas contrôlés, jusqu'à l'arrivée de l'eau à la chaudière.

Les résultats des paramètres physicochimiques de l'eau du forage sont présentés ci-dessous :

Paramètres Analysés	Eau du forage	Norme NF EN ISO 32-020-1
Aspect	Trouble	Limpide
Turbidité (NTU)	7,2	=5
Température (°C)	26,8	=25
pH	2,7	7,5-8,5
Conductivité (uS/ cm)	649,3	<50
Fe²⁺ (mg/l)	2,7	<0,05
Cl^- (mg/l)	28,4	<5

III.2.1. Produits du traitement existant de l'eau du forage

Les produits du traitement existant de l'eau du forage du Complexe Industriel du Littoral, cet-à-dire le sulfate d'alumine hydraté (Al₂(SO₄)₃ 18H₂O), le détartrant W588, et la soude (NaOH), sont fournis par la société ADER. Le sel (NaCl) est fourni par la société SOCAPURSEL. Ces produits permettent de corriger le pH, la turbidité, la dureté (TH), la teneur en sulfite et l'alcalinité (TA et TAC) de l'eau du forage avant qu'elle n'arrive à la chaudière.

Les doses des produits de traitement hebdomadaires sont : 25 kg de sulfate d'alumine hydraté + 9 kg de soude dans le mini bac, et 25 kg de soude dans le bac de décantation. Ces produits sont utilisés pour traiter 18 m³ d'eau.

III.3. CLASSIFICATION ET HIERARCHISATION DES CAUSES DU TRAITEMENT INSUFFISANT DE L'EAU DU FORAGE (BRAINSTORMING)

III.3.1. Classification des causes du traitement insuffisant de l'eau du forage

La recherche des causes du traitement insuffisant de l'eau du forage s'est faite par un questionnaire et des observations sur le site. Ces causes ont ainsi été regroupées par la méthode des 5M et représentées sur un diagramme causes-effet (figure 9).

Il est important de noté que lorsque le compresseur d'air était utiliser dans la station de traitement d'eau, la teneur en fer dans l'eau après traitement de l'eau du forage était 0,03 mg/l. Cette valeur respecte la norme NF EN ISO 32-020-1 qui voudrait que la teneur en fer dans l'eau du forage soit inférieure à 0,05 mg/l. Les caractéristiques du compresseur d'air utilisé, avant qu'il ne tombe en panne, sont présentées en annexe 8.

III.3.2. Hiérarchisation des causes du traitement insuffisant de l'eau du forage

Après la séance de questionnaire, le vote de chaque participant est effectué. Les résultats du vote sont consignés dans le tableau donné en annexe 1. Les totaux de ces résultats ont été par la suite regroupés dans le tableau 6 suivant.

Tableau 6: Valeurs pondérés des causes liées au traitement insuffisant de l'eau

Causes	Note finale
Panne du compresseur à air auparavant utilisé pour l'élimination du fer	21
Absence des réactifs ou kits d'analyses chimiques	21
Absence de quantification des produits de traitement supplémentaire	20
Eau du forage acide avec forte teneur en fer et chlorure	18
Corrosion de la vanne rendant le prélèvement difficile	16
Personnel peu qualifié	10
Total	106

III.3.3. Identification des anomalies majeures dans le mauvais traitement de l'eau

Sur le diagramme de Pareto obtenu sur la figure 10 suivante, la loi des 80/20 n'est pas respectée. En effet, 33,33% des effets sont induits par 66,67% des causes (résultat du calcul des fréquences en annexe 2). Les actions correctives seront donc proposées pour tous les 66,67% défauts observés sur le site.

Les principales causes recensées sont donc : panne du compresseur, l'absence (auparavant) de réactifs ou kits d'analyses du fer et chlorure, absence de quantification des produits de traitement supplémentaire, et la forte teneur en fer et chlorures contenus dans l'eau du forage.

III.4. PROPOSITION DES ACTIONS CORRECTIVES

Dans notre travail, il était question pour nous de proposer un système de déferrisation et dé-chloration de l'eau du forage.

III.4.1. Déferrisation de l'eau du forage

Les méthodes de déferrisation de l'eau du forage proposées à l'entreprise CIL sont l'oxydation par l'ozone (en utilisant un ozoneur) ou par l'oxygène (en utilisant un compresseur d'air).

L'ozone peut être obtenu industriellement par décharge électrique dans l'air très sec ou de l'oxygène entre deux électrodes. C'est un oxydant très puissant. Il se présente comme un gaz instable, qui doit donc être produit sur place dans des ozoneurs industriels. L'ozone est produit d'après la réaction suivante :

L'ozone agi de façon très complexe et sont utilisation présente les avantage suivant :

- C'est un composé instable (formation d'ozonide instable par des réactions d'addition) : sa stabilité dans l'eau est de l'ordre de 10 à 20 minutes avant de se décomposer en oxygène sans laisser de produits dérivés dans l'eau, même lorsqu'il est présent en excès dans l'eau ;

- Temps de réaction très court (2 à 6 minutes), et ceci quel que soit le pH de l'eau ;

- Produit sur place, il ne pose aucun problème de transport de matière dangereuse ou de stockage de produit toxique et ne fait appel à aucun consommable.

Cependant sa production est grande consommatrice d'énergie et les coûts d'investissement sont importants. (Lamb et al, 1995)

Les caractéristiques des ozoneurs varient en fonction des constructeurs. Les valeurs moyennes (www.agrochem.fr) sont généralement de :

Tension entre les électrodes	15 000 à 20 000 V
Fréquence du courant	50 à 60 Hz
Débit d'air	1 000 m³/h
Concentration du gaz obtenu	20 à 60 g d'O₃ par m³d'air
Production spécifique	15 à 20 g d'O₃/h
Consommation d'énergie	24 à 72 kWh/g d'O₃
Puissance appliquée	25 W/ l minute d'air sec
Pression de fonctionnement	0,5 à 0,6 bar (1 bar maxi)

L'ozone peut être généré dans des concentrations comprises entre 20 et 60 g/m³, et la consommation d'énergie étant généralement située entre 24 et 72 kWh/g d'ozone.

La quantité minimale théorique d'ozone nécessaire pour la déferrisation de l'eau est 0,43 g d'O₃par g de Fe²⁺ (Lamb et al, 1995).

La quantité de Fe²⁺ contenu dans l'eau du forage est 2,7 mg/l (1 mg/l = 1 g/m³). La quantité de Fe²⁺ dans 18 m³ d'eau du forage est,

Ainsi pour 48,6 g de Fe²⁺, la quantité d'ozone nécessaire pour la déferrisation est,

Quantité d'ozone nécessaire pour la déferrisation = 48,6 * 0,43 = 20,898 g d'ozone

Ainsi pour 15 grammes par heure d'ozone pulvérisé dans l'eau, la quantité d'ozone produit en excès est,

Quantité en excès = (15-11,61) * 1,8 = 6,102 g d'ozone en excès dans l'eau

Ainsi pour la déferrisation de l'eau, il faut un ozoneur produisant 15 grammes par heure d'ozone. Ceci correspond à une consommation d'énergie de 24 kilowattheures par gramme d'ozone. Ainsi l'énergie consommée pour la production de 20,898 g d'ozone est,

Les calculs (théoriques) effectués ci-dessus nous montrent effectivement que, pour la déferrisation de l'eau du forage, le pourcentage d'ozone utilisé est 77,4 %, pour une consommation d'énergie de 501,552 kWh.

Cette méthode de traitement nécessite l'utilisation d'un compresseur d'air. L'air est prélevé de l'atmosphère puis comprimé. La compressibilité est utilisée à l'aide d'un système pneumatique. L'air comprimé est maintenu sous une pression supérieure à celle de l'atmosphère. L'oxygène produit précipite le fer via la réaction suivante :

L'hydroxyde de fer formé est éliminé par décantation et/ou filtration. L'énergie nécessaire à la compression de l'air est importante et s'accompagne d'une production d' énergie thermique (chaleur) qui reste le plus souvent inexploitée. L'air comprimé est donc un vecteur d'énergie relativement coûteux.

L'avantage de cette méthode est que l'oxygène utilisé pour la déferrisation est prélevé de l'atmosphère. La vitesse de déferrisation est plus grande si le pH de l'eau est élevé. Cependant le temps de réaction pour cette méthode est long (entre 45 et 90 minutes), dépendant du débit d'air et la consommation d'énergie relativement couteuse. (Lamb et al, 1995)

Les spécifications des compresseurs d'air varient d'un concepteur à l'autre, cependant les valeurs moyennes ( www.agrochem.fr) disponibles sur le marché sont présentées dans le tableau ci-après :

Exigences électriques	230 V (#177;10 %), 50 Hz - 60 Hz
Consommation de courant nominal	2,0 A
Niveau sonore	44 dB en moyenne
Niveau de concentration d'O₂	0,05 à 5 litres/ min (Niveau de concentration obtenus après une période de chauffe d'environ 30 minutes)
Pression de sortie maximale	34,5 kPa (#177; 3,45 kPa)
Gamme de débit	0,5 à 5 litres/ min (les débits inférieurs à 0,5 litre/ min ne sont pas recommandés)
Consommation d'énergie	90 à 120 kW

La quantité minimale théorique d'oxygène nécessaire pour la déferrisation de l'eau est 0,14 g d'O₂par g de Fe²⁺ (ou 0,104 l d'O₂ par g de Fe²⁺ ou 0,5 l d'air par g de Fe²⁺). (Lamb et al, 1995)

La quantité de Fe²⁺dans 18 m³ d'eau est 48,6 g (Voir le calcul ci-dessus). La quantité d'oxygène nécessaire pour la déferrisation est donc,

Quantité d'oxygène nécessaire pour la déferrisation = 48,6 * 0,14 = 6,804 g d'O₂

Cette quantité d'oxygène correspond à 5,0544 litres d'O₂ ou 24,3 litres d'air. Le temps nécessaire pour le remplissage du bac de décantation est 1,8 heure ou 108 minutes.

La masse volumique de l'oxygène est 1,429 kg/m³, ce qui correspond à 1,429 g/l. Ainsi le nombre de litres d'oxygène par minutes que le compresseur doit produire est,

Nombre de litres d'oxygène par minute = 0,063/1,429 = 0,0441 litre par minute d'O₂

Cela correspond à un compresseur d'air ayant un débit de 0,05 litre d'oxygène par minute. Ainsi il y aura donc une grande partie de l'oxygène fourni qui précipitera le Fe²⁺. La quantité d'oxygène en excès se trouvant dans l'eau du forage est,

La puissance correspondant à ce débit est 90 kW. L'énergie consommée par le compresseur d'air est 90 * 1,8 = 162 kWh.

Les calculs (théoriques) ci-dessus ont permis de faire une étude comparative de la méthode de déferrisation avec l'ozone et avec l'oxygène.

TABLEAU 9 : ETUDE COMPARATIVE DE LA MÉTHODE DE DÉFERRISATION AVEC L'OZONE ET AVEC L'OXYGÈNE

Les opérations de maintenance de ces équipements (ozoneur ou compresseur d'air) doivent être effectuées par des techniciens qualifiés. Les filtres et dessiccateurs dans les systèmes de préparation de l'air doivent être changés régulièrement en fonction de la qualité de l'air utilisé et du nombre d'heures de fonctionnement. Les canalisations et chambre de contact doivent être inspectées à échéance régulière pour pallier à toute corrosion et fuite.

III.4.2. Dé-chloration de l'eau du forage

Etant donner que la teneur en chlorure de l'eau du forage est élevée, un système de dé-chloration devient nécessaire. Le système de dé-chloration proposé dans notre méthode de traitement, consiste à installer une cartouche de charbons actifs granulaires en aval du filtre sable-gravier. Le charbon actif granulaire offre une grande surface de contact, entre 600 et 1500 m²/g, d'où la nécessité de l'utilisation pour la dé-chloration (KNAPPE, MATSUI, SNOEYINK, 1998).

Tableau 10: Caractéristiques du filtre à cartouche de charbon actif granulaire proposé

Les actions correctives proposées ont été présenté au moyen des figures ci-après (figure 11 et 12). Il a été proposé que pour l'opération de déferrisation, qu'un compresseur d'air ou ozoneur soit connecté par simple branchement (à l'aide du tube de venturi, afin de maximiser le contact entre l'eau et l'ozone (ou l'oxygène)) à la tour d'oxydation existante. Ceci va permettre la déferrisation de l'eau, lorsque la pompe de captage sera démarrée. L'air ou l'ozone sera diffusés en continu dans la tour d'oxydation jusqu'à arrêt de la pompe. Aussi, pour la dé-chloration, nous avons proposé qu'une cartouche de charbons actifs granulaires soit incorporé en aval du filtre sable-gravier, ceci afin d'éviter que la cartouche soit chargé en particules colloïdales.

Il est aussi à noter que le préchauffage de la bâche est important dans le deuxième poste de traitement pour un dégazage de l'eau qui va à la chaudière. Cela permet d'éliminer les gaz (oxygène et/ou dioxyde de carbone) dissous présent dans l'eau, afin d'éviter une quelconque oxydation qui pourrait se produire à la chaudière. Ces gaz dissous (oxygène et/ou dioxyde de carbone) s'échappent du système avec les vapeurs incondensables. La solubilité de ces gaz dissous dans l'eau, diminue avec augmentation de la température.

FIGURE 11 : PRÉSENTATION DE LA STATION DE TRAITEMENT (ACTIONS CORRECTIVES) D'EAU DU FORAGE DU COMPLEXE INDUSTRIEL DU LITTORAL

Figure 12: Schéma block du traitement de l'eau du forage (Actions correctives) du Complexe Industriel du Littoral

III.5. EVALUATION DES COÛTS DES ACTIONS CORRECTIVES

III.5.1. Evaluation des coûts du projet

L'évaluation des coûts du projet tient compte du coût d'achat, coût d'installation et coût des pièces de rechanges. Ces différents coûts sont regroupés dans le tableau 10 ci-après :

Désignation	Ozoneur	Compresseur d'air
Coût d'achat	20 000 000 FCFA	3 500 000 FCFA
Coût d'installation	300 000 FCFA	65 000 FCFA
Coût des pièces de rechanges	5 000 000 FCFA	750 000 FCFA
Filtre à cartouche de charbon actif	350 000 FCFA	350 000 FCFA
Armoire électrique de commande et câbles électrique	3 320 000 FCFA	3 320 000 FCFA
Total	28 970 000 FCFA	7 985 000 FCFA

III.5.2. Evaluation des charges annuelles

Etant donné que l'eau du forage est traitée dans l'entreprise un jour par semaine, le coût de consommation énergétique mensuel et annuel dans le cas de l'ozoneur est,

Le coût de consommation mensuel et annuel dans le cas du compresseur d'air est,

Les calculs des charges annuelles révèlent que l'entreprise CIL bénéficiera plus sur l'utilisation d'un compresseur d'air, pour l'amélioration du traitement de son eau du forage. Les charges annuelles sont présentées dans le tableau ci-dessous :

CONCLUSION

En somme, il était question dans ce travail de faire une étude critique du système de traitement de l'eau de chaudière du Complexe Industriel du Littoral. La démarche DMAIC a été utilisée pour réaliser cet objectif. Les principales causes d'insuffisance dans le traitement de l'eau du forage sont la panne du compresseur d'air (qui n'a pas été réparé depuis plus d'un an), l'absence de réactifs ou kits d'analyse chimique du fer et chlorure, absence de quantification des produits de traitement supplémentaire, et la forte teneur en fer et chlorure contenus dans l'eau du forage. Pour la déferrisation de l'eau du forage, l'utilisation d'un compresseur d'air ou ozoneur a été proposé, et pour la dé-chloration, l'entreprise devrait incorporer un filtre à cartouche de charbon actif granulaire en aval du filtre sable-gravier. Les coûts de mise en place du projet ont été évalué à 28 970 000 FCFA (pour le cas de l'ozoneur plus filtre charbon actif) et 7 985 000 FCFA (pour le cas du compresseur d'air plus filtre charbon actif). Les charges annuelles ont également été évaluées à 4 324 097,28 FCFA (dans le cas de l'ozoneur) et 2 427 680 FCFA (dans le cas du compresseur d'air).

§ Le préchauffage de la bâche d'alimentation, par les chefs d'équipe à la prise de chaque quart, afin d'éliminer les gaz (oxygène et dioxyde de carbone) dissous dans l'eau ;

§ La construction (en acier inoxydable de préférence) des nouveaux bacs de décantation et récupération. Ceux existants étant sévèrement corrodés ;

§ De recruter un ingénieur (de conception) spécialisé en traitement des eaux et en hygiène, sécurité et environnement.

§ L'entreprise devrait organiser les opérations de maintenance (avec les techniciens) du compresseur d'air ou l'ozoneur, une fois le projet adopté.

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Ø http://www.gwp.org/Global/GWP-Etude nationale sur le financement du secteur de l'eau au Cameroun.pdf, consulté le 12-10-2017 à 20h45 minutes ;

ANNEXES

Causes / personnes	Panne du compresseur d'air	Absence de réactifs ou kits d'analyses chimiques	Absence de quantification des produits de traitement supplémentaire	Eau du forage acide Forte teneur en fer et chlorures	Corrosion de la vanne	Personnel peu qualifié
Responsable Technique	3	3	2	2	1	1
Responsable de Maintenance	3	3	3	2	1	1
Responsable de Production	3	3	3	2	2	1
Contremaître	3	3	3	3	3	1
Chef équipe A	3	3	3	3	3	2
Chef équipe B	3	3	3	3	3	2
Chef équipe C	3	3	3	3	3	2
Total	21	21	20	18	16	10

Causes	Fréquence	% Fréquence	Fréquence cumulée (%)	80%
Panne du compresseur d'air	21	19,81	19,81	80%
Absence de réactifs ou kits d'analyses chimiques	21	19,81	39,62	80%
Absence de quantification des produits de traitement supplémentaire	20	18,87	58,49	80%
Eau du forage acide, forte teneur en fer et chlorures	18	16,98	75,47	80%
Corrosion de la vanne	16	15,09	90,56
Personnel peu qualifié	10	9,44	100
Total	106	100

Questions	Réponses
1. Comment jugez-vous la qualité de l'eau du forage ?	.........................................................
2. Avec quels réactifs traitez-vous l'eau du forage?	.........................................................
3. Comment savez-vous que l'eau du forage est traitée ?	.........................................................
4. Comment entretenez vous la station de traitement d'eau ?	.........................................................
5. Comment suivez-vous la qualité de l'eau traitée ?	.........................................................
6. Comment jugez-vous le personnel ?	.........................................................
7. Qu'avez-vous fait après la panne du compresseur d'air ?	.........................................................

Annexe 8: Caractéristiques des équipements utilisés pour le traitement de l'eau

Equipement	Caractéristiques
Pompe de forage	Marque : MILTON ROY Hauteur de relevage : 125 m Débit (max) : 15 m³/h Diamètre de refoulement : 75 mm N° de série : TC-X 1510302583
Pompe de surface	Marque : MILTON ROY Hauteur de relevage : 55 m Débit (max) : 10 m³/h N° de série : EWN-A 8003462571
Pompe de relevage	Marque : MILTON ROY Hauteur de relevage : 6 m Débit (max) : 8 m³/h Diamètre de refoulement : 25 mm Section de passage : 8mm N° de série : MD-F 3592650048
Agitateur Motorisé	Marque : MILTON ROY Nombre de tour : 1340 tours/minutes Courant : 2,2 A Tension : 380 V Puissance : 0,75 kW Cos ö : 0,60 N° de série : RC-N 1409020032
Résine échangeuse d'ions	Marque : AMBERJET^TM 1200 Na Matrix : Copolymère styrène di vinylbenzène Capacité d'échange total : = 2,00 eq/l (Forme Na⁺) Capacité de rétention de moisissure : 43 à 47% (Forme Na⁺) Température de fonctionnement (max) : 135 °C Hauteur du lit (min) : 800 mm Vitesse de service (max) : 60 m/h Débit : 5 à 50 m³de solution par m³de résine Regénérant : NaCl (10%), HCl (4 à 10%), H₂SO₄ (1 à 8%) Temps de contact (min) : 20 minutes N° de série : AT 3414-2
Compresseur d'air utilisé (Avant sa panne)	Marque : MAXIMATOR Tension : 230 V (60 Hz) Courant : 2,5 A Niveau sonore : 46 dB Concentration d'oxygène: 2 litres/minutes Pression de sortie : 36 kPa Débit d'air : 3 litres/minutes Consommation d'énergie : 110 kW N° de série : DLE 8503-1

Annexe 12: Test Chimique de la dureté, TH (Manuel d'instruction HANNA Instruments)

- Retirer le couvercle du bécher en plastique (20 ml). Puis rincer le bécher avec l'eau qu'il contiendra. Ensuite ajouter 5 ml de cet eau (jusqu'au trait de jauge) et replacer le couvercle ;

- Ajouter 5 gouttes de la solution tampon, à travers le couvercle du bécher, puis agiter minutieusement en formant des cercles ;

- Ajouter également 1 goutte de l'indicateur calmagite, ensuite agiter. La solution devient de couleur rouge-violette ;

- Prendre la seringue et le plonger dans la solution EDTA (HI 3812-0). Ensuite prélever la solution jusqu'à la marque zéro de la seringue ;

- Placer la seringue à travers le couvercle du bécher, et doser la solution goutte à goutte ;

- Continuer d'ajouter la solution d'EDTA jusqu'à l'obtention d'une couleur pourpre, ensuite agiter pendant 15 secondes après chaque nouvelle goutte jusqu'à ce que la solution devient bleue ;

- Lire le nombre de millilitres d'EDTA utilisés sur l'échelle de la seringue et multiplier la valeur obtenue par 300, afin d'obtenir le nombre de mg/ l de calcaire (CaCO₃).

Annexe 13: Test Chimique de l'alcalimétrie, TA et TAC (Manuel d'instruction HANNA Instruments)

§ 2 béchers en plastiques calibrés avec couvercles perforés (10 ml et 50 ml) ;

- Retirer le couvercle du bécher en plastique (20 ml). Puis rincer le bécher avec l'eau qu'il contiendra. Ensuite ajouter 5 ml de cet eau (jusqu'au trait de jauge) et replacer le couvercle ;

- Ajouter 1 goutte de l'indicateur phénolphtaléine, à travers le couvercle du bécher, puis agiter minutieusement en formant des cercles. Si la solution demeure incolore, noter la valeur du TA comme zéro et procéder à la mesure du TAC. Si la solution est rose ou rouge, procéder à la prochaine étape ;

- Prendre la seringue et le plonger dans la solution HI 3811-0. Ensuite prélever la solution jusqu'à la marque zéro de la seringue ;

- Placer la seringue à travers le couvercle du bécher, et doser la solution goutte à goutte en agitant, après chaque goutte. Continuer d'ajouter la solution HI 3811-0 jusqu'à l'obtention d'une in-coloration ;

- Lire le nombre de millilitres d'EDTA utilisés sur l'échelle de la seringue et multiplier la valeur obtenue par 300, afin d'obtenir le nombre de mg/ l de calcaire (CaCO₃).

- Retirer le couvercle du bécher en plastique (20 ml). Puis rincer le bécher avec l'eau qu'il contiendra. Ensuite ajouter 5 ml de cet eau (jusqu'au trait de jauge) et replacer le couvercle ;

- Ajouter 1 goutte de l'indicateur bromophénol bleu, à travers le couvercle du bécher, puis agiter minutieusement en formant des cercles. Si la solution est verte ou bleue, procéder à la prochaine étape ;

- Prendre la seringue et le plonger dans la solution HI 3811-0. Ensuite prélever la solution jusqu'à la marque zéro de la seringue ;

- Lire le nombre de millilitres d'EDTA utilisés sur l'échelle de la seringue et multiplier la valeur obtenue par 300, afin d'obtenir le nombre de mg/ l de calcaire (CaCO₃).

Annexe 14: Test Chimique de sulfite (Manuel d'instruction HANNA Instruments)

§ 2 béchers en plastiques calibrés avec couvercles perforés (20 ml et 50 ml) ;

- Retirer le couvercle du bécher en plastique (20 ml). Puis rincer le bécher avec l'eau qu'il contiendra. Ensuite ajouter 5 ml de cet eau (jusqu'au trait de jauge) et replacer le couvercle ;

- Ajouter 4 gouttes chacune de la solution d'acide sulfamique et l'EDTA, à travers le couvercle du bécher, puis agiter minutieusement en formant des cercles ;

- Prendre la seringue et le plonger dans la solution HI 3822-0. Ensuite prélever la solution jusqu'à la marque zéro de la seringue ;

- Placer la seringue à travers le couvercle du bécher, et doser la solution goutte à goutte en agitant, après chaque goutte. Continuer d'ajouter la solution HI 3822-0 jusqu'à l'obtention d'un mélange qui change d'incolore à bleu ;

- Lire le nombre de millilitres d'EDTA utilisés sur l'échelle de la seringue et multiplier la valeur obtenue par 200, afin d'obtenir le nombre de mg/ l de sulfite de sodium (Na₂SO₃).

Annexe 15: Mode opératoire des paramètres physico-chimiques analysés de l'eau du forage

pH : Le pH de l'eau du forage a été obtenu à l'aide du papier pH, par simple comparaison de la couleur de ce dernier avec le comparateur. Ceci a été effectué, après avoir trempé ce papier dans un bécher contenant 50 ml de cette eau.

Température : La température de l'eau du forage a été mesurée à l'aide d'un thermomètre, par simple lecture de la valeur affiché sur ce dernier. Ceci a été effectué, après avoir immergé ce thermomètre dans un bécher contenant 50 ml de cette eau. Elle est exprimée en degré Celsius (°C).

Turbidité : La turbidité de l'eau du forage a été mesurée à l'aide d'un turbidimètre, par simple lecture de la valeur affiché sur l'écran de ce dernier. Ceci a été effectué, après avoir immergé la sonde dans un bécher contenant 50 ml de cette eau. Elle est exprimée en NTU (Nephelometric Turbidity Unit).

Conductivité : La conductivité de l'eau du forage a été mesurée à l'aide d'un conductimètre, par simple lecture de la valeur affiché sur l'écran de ce dernier. Ceci a été effectué, après avoir immergé la sonde dans un bécher contenant 50 ml de cette eau. Elle est exprimée en micro Siemens par centimètre (uS/ cm).

Teneur en fer : La teneur a été déterminée en utilisant un kit d'analyse chimique du fer (matériels et réactifs fourni par HANNA Instruments). Dans un bécher de 20 ml, (préalablement rincé avec l'eau qu'elle contiendra, après que son couvercle a été enlevé) 10 ml d'eau du forage ont été ajouté. Ensuite un sachet du réactif HI 3834-0 a été ajouté. Puis le couvercle a été replacé et son contenu agiter jusqu'à dissolution complète des solides. Par la suite le couvercle est enlevé et le contenu du bécher a été transvaser dans le cube du comparateur. La solution est laissée pendant quatre minutes. La couleur de la solution dans le cube, a été comparée avec ceux du comparateur afin de déterminer la teneur qui correspond. Elle est exprimée en milligramme par litre (mg/l).

Teneur en chlorure : La teneur a été déterminée en utilisant un kit d'analyse chimique des chlorures (matériels et réactifs fourni par HANNA Instruments). Dans un bécher de 20 ml, (préalablement rincé avec l'eau qu'elle contiendra, après que son couvercle a été enlevé) 5 ml d'eau du forage ont été ajouté et le couvercle replacé. Ensuite deux gouttes de l'indicateur diphénylcarbazone ont été ajoutées à travers le couvercle du bécher, et ce dernier a été agité minutieusement en formant des cercles. Une coloration rouge-violette a été observée. Pendant l'agitation du bécher, la solution d'acide nitrique a été ajoutée goutte à goutte jusqu'à ce que la solution est devenue jaune. Une seringue a été prise et plonger dans la solution de nitrate de mercure (la solution HI 3815-0), afin de prélever celle-ci jusqu'à la marque zéro. La seringue a été placée à travers le couvercle du bécher, et la solution dosée goutte à goutte en agitant, après chaque goutte. La solution HI 3815-0 est dosée jusqu'à l'obtention d'un mélange qui change de jaune à violet. Le nombre de millilitres de la solution HI 3815-0 ajoutée a été lu sur l'échelle de la seringue, puis multiplié par mille (1000), afin d'obtenir le nombre de milligramme par litre (mg/l) de chlorure.

Etude critique du système de traitement de l'eau de chaudière du complexe industriel du littoral

REMERCIEMENTS

TABLE DES MATIERES

LISTE DES ABBREVIATIONS

LISTE DES TABLEAUX

LISTE DES FIGURES

LISTE DES ANNEXES

AVANT-PROPOS

RESUME

ABSTRACT

PRESENTATION DE L'ENTREPRISE

INTRODUCTION

CHAPITRE I : REVUE DE LA LITERATURE

I.1. Ressources en eau

I.2. Généralités sur les eaux du forage

I.2.1. Caractéristiques de l'eau des nappes souterraines (Eau du forage)

I.3. Généralités sur les eaux de process

I.4. Quelques indicateurs de la qualité des eaux

I.4.1. Dureté

I.4.2. Alcalinité

I.4.3. Salinité totale - Conductivité et Résistivité

I.4.4. Teneur en fer

I.4.5. Teneur en chlorures

I.5. Généralités sur les chaudières

I.5.1. Historique des chaudières

I.5.2. Présentation de la chaudière du Complexe Industriel du Littoral

I.6. Généralités sur la méthodologie appliquée

I.6.1. Méthode DMAIC ou Six Sigma

I.6.2. Principe de la méthode

CHAPITRE II : MATERIEL ET METHODES

II.1 MATERIEL

II.2. METHODES

II.2.1. Etat des lieux

II.2.2. Caractérisation physicochimique de l'eau du forage

II.2.3. Brainstorming

II.2.4. Propositions des actions correctives

II.2.5. Evaluation des coûts

CHAPITRE III: RESULTATS ET DISCUSSION

III.1. ETAT DES LIEUX

III.1.1. Station de traitement

III.1.2. Procédé de traitement

III.1.3. Constats fait

III.2. QUALITE PHYSICOCHIMIQUE DE L'EAU DU FORAGE

III.2.1. Produits du traitement existant de l'eau du forage

III.3. CLASSIFICATION ET HIERARCHISATION DES CAUSES DU TRAITEMENT INSUFFISANT DE L'EAU DU FORAGE (BRAINSTORMING)

III.3.1. Classification des causes du traitement insuffisant de l'eau du forage

III.3.2. Hiérarchisation des causes du traitement insuffisant de l'eau du forage

III.3.3. Identification des anomalies majeures dans le mauvais traitement de l'eau

III.4. PROPOSITION DES ACTIONS CORRECTIVES

III.4.1. Déferrisation de l'eau du forage

III.4.2. Dé-chloration de l'eau du forage

III.5. EVALUATION DES COÛTS DES ACTIONS CORRECTIVES

III.5.1. Evaluation des coûts du projet

III.5.2. Evaluation des charges annuelles

CONCLUSION

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

ANNEXES