Coagulation-floculation

Les particules colloïdales sont caractérisées par deux points essentiels : d'une part, elles ont un diamètre particulièrement faible (de 1 nm à 1 µm) - d'autre part, elles ont la particularité d'être chargées électronégativement, génèrant des forces de répulsions intercolloïdales. Ces deux points confèrent aux colloïdes une vitesse de sédimentation extrêmement faible (que on peut même considérer comme nulle dans le cadre du traitement de l'eau).

La coagulation-floculation est un procédé donnant la possibilité, en deux temps, de s'affranchir de cette absence de sédimentation. Cette technique sert à s'attaquer aux deux caractéristiques - mentionnées auparavant - rendant impossible une élimination naturelle des particules colloïdales.

La coagulation

Tout d'abord, la coagulation, par un ajout de sels métalliques (généralement de fer ou d'aluminium), sert à supprimer les répulsions intercolloïdales : les cations métalliques (Al³⁺ et Fe³⁺) se lient aux colloïdes et les neutralisent. Les particules colloïdales peuvent désormais se rencontrer.

La floculation

Dans un second temps, la floculation sert à s'attaquer au problème du faible diamètre des colloïdes. Le véritable souci est en fait la masse, qui ne permet pas une sédimentation naturelle et exploitable dans le cadre d'un traitement. La solution exploitée par la floculation est de provoquer, grâce à l'ajout de floculant, une agglomération des particules colloïdales. Par la suite, cet agglomérat de colloïdes nommé floc dispose d'une masse suffisante pour pouvoir se décanter. Le floculant ajouté est le plus souvent un polymère, qu'il soit organique ou naturel, qui va jouer le rôle de colle entre les colloïdes.

Mise en œuvre

Du point de vue de la mise en œuvre de la coagulation-floculation, deux paramètres nécessitent une attention spécifique lors du dimensionnement d'un traitement de coagulation-floculation : les quantités de réactifs à ajouter et les vitesses d'agitation du milieu réactionel.

Ces quatre valeurs (une quantité de réactif et sa vitesse d'agitation associée pour la coagulation puis une quantité de réactif et sa vitesse d'agitation associée pour la floculation) sont à déterminer selon l'eau à traiter. Et dans ce domaine, il n'existe pas de règle ou de formule de dimensionnement : ces valeurs ne peuvent être déterminées que de façon empirique, par tâtonnements et par des essais sur échantillons en laboratoire.

Le jar test

La détermination de ces grandeurs en laboratoire est réalisée par ce qu'on nomme le jar test. Il consiste en une rangée de béchers alignés sous un appareillage servant à l'ensemble des agiter à la même vitesse. Les différents béchers ont reçu une dose différente de réactifs ainsi qu'à la fin de l'expérimentation, on détermine quels sont les couples quantités de réactifs / vitesse et temps d'agitation qui permettent d'obtenir l'eau la plus limpide, les flocs les plus gros et les mieux décantés. Concernant les vitesses d'agitation, l'unique certitude est que la coagulation nécessite une vitesse d'agitation plutôt rapide (pour bien mélanger l'eau et que les colloïdes et les cations métalliques se rencontrent et se neutralisent) et que la floculation - quant à elle - nécessite une vitesse assez lente (pour faciliter la rencontre et l'agrégation des colloïdes mais sans détruire les flocs déjà constitués)...

Application dans le traitement des eaux

Dans le cadre d'un traitement de potabilisation, la coagulation-floculation peut-être utilisée pour éliminer la turbidité de l'eau (micro-particules comme l'argile responsable d'un trouble de l'eau). Pour potabiliser de l'eau, un procédé de coagulation-floculation doit s'accompagner d'une décantation et d'une élimination rigoureuse des flocs. Qui plus est , les quantités de réactifs doivent être exactement évaluées pour ne pas en ajouter de trop.

Dans le cadre du traitement d'eaux usées, on rencontre fréquemment la coagulation-floculation comme dispositif de traitement tertiaire - dans une station d'épuration urbaine - conçu pour éliminer la pollution phosphorée.