La décontamination par rayonnement ultra-violet est une technologie permettant la désinfection de fluides ou de surfaces en endommageant l'ADN bactériologique sous l'effet de rayons UV. Elle consiste à faire circuler l'eau contaminée dans un réacteur équipé de lampes UV, qui irradient les bactéries en suspension dans l'eau le long de leur trajet dans le réacteur.
Lignes de courant d'eau dans le réacteur UV.
Cette technologie présente de nombreux avantages par rapport aux techniques concurrentes que sont la chloration et le traitement par ozone, notamment d'être non corrosive et de nécessiter un temps de contact court.
Pour des raisons de sécurité, la désinfection UV est soumise à des normes contraignantes et tout dispositif mis sur le marché est tenu d'être validé par des expérimentations onéreuses. Plus précisément, l'expérimentation définit le débit d'eau maximum autorisé pour une transparence donnée.
Champ de puissance radiative émise par les lampes UV.
Pour éviter de devoir répéter plusieurs fois les validations expérimentales, la simulation numérique permettrait d'obtenir une prévision des capacités de traitement des dispositifs et donc de cibler efficacement les courbes de débit/transparence à faire valider par expérience.
Dans le cadre du projet de recherche COSMOS+, projet collaboratif (SAFRAN, ONERA, CERFACS, CNES, SIEMENS,...) dédié au couplage multi-physique et partiellement financé sur fonds FUI, Andheo a mis en place la simulation d'un réacteur de décontamination avec pour but de retrouver numériquement la courbe Débit/Transparence expérimentale.
Trois solveurs de la suite CEDRE ont été couplés :
le solveur fluide Navier-Stokes calculant l'écoulement d'eau dans le réacteur,
le solveur radiatif Monte-Carlo modélisant la répartition de la puissance émise par les lampes UV et diffusée dans le dispositif,
et le solveur de trajectographie lagrangien intégrant la dose radiative reçue par les bactéries transportées par l'eau.
De plus, un post-traitement spécialisé a été mis en place afin d'obtenir la RED (Reduction Equivalement Dose, dose correspondant à l'extinction moyenne dans le réacteur) via des lois mathématiques encadrées par la norme « ÖNORM 5873-1 ». La courbe débit/transparence a ainsi pu être reconstruite numériquement avec une bonne cohérence qualitative. Des différences quantitatives restent cependant présentes : une légère sur-estimation (+11%) du débit à faible transparence et une sous-estimation (-25%) du débit à forte transparence sont observées. Plusieurs hypothèses peuvent justifier ces écarts :
la non prise en compte de la réfraction dans le quartz qui, en réduisant le secteur d'émission, réduit l'écart à transparence élevée,
la non prise en compte des réflexions sur les parois qui augmente le débit à transparence donnée, mais dont l'effet est a priori faible ( l'acier inoxydable non traité ne réfléchit que 20 % de la puissance incidente),
le taux d'absorption des UV dans la couche de quartz, dont les estimations sont incohérentes selon les sources.
Courbe Débit/Transparence.