Impacts de la qualité de l’eau sur Impacts de la qualité de l’eau sur
l’efficacité de la
l’efficacité de la désinfection désinfection : :
Exemple d’application des
Exemple d’application des plans plans fractionnaires fractionnaires dans
dans le le domaine domaine du du Génie Génie de de l’Environnementl’Environnement
Benoit Barbeau Benoit Barbeau Benoit Barbeau
Présentation dans le cadre du cours MTH6301
Mise en contexte Mise en contexte
• •
Projet AWWARF 2592: Projet AWWARF 2592: Impact ofImpact of Water Water QualityQuality on the Inactivation ofon the Inactivation of Bacterial andBacterial and Viral
Viral PathogensPathogens
• •
En collaboration avecEn collaboration avecVivendi Vivendi WaterWater NATC, NATC,
UniversityUniversity of of SouthSouth Florida,Florida,
UniversityUniversity of Colorado and of Colorado and
Uni. of Uni. of UrbanaUrbana--Champaign in IllinoisChampaign in Illinois
• •
Durée 2.5 ans (Mars 2000 à Octobre 2002)Durée 2.5 ans (Mars 2000 à Octobre 2002)Objectifs de la présentation Objectifs de la présentation
• • Présenter la démarche ayant conduite Présenter la démarche ayant conduite au choix du plan d’essai expérimental au choix du plan d’essai expérimental
• • Discuter des difficultés rencontrées Discuter des difficultés rencontrées lors de la mise en
lors de la mise en œuvre
• • Critiquer les forces et faiblesses de Critiquer les forces et faiblesses de l’utilisation des plans de design
l’utilisation des plans de design
d’expérience dans le domaine de la d’expérience dans le domaine de la
recherche scientifique en recherche scientifique en
environnement.
environnement.
La désinfection est un procédé La désinfection est un procédé
multi
multi - - variable variable
A - Variables de procédés
1. Concentration de désinfectant
2. Type de désinfectant (Ex: chlore, ozone, etc.) 3. Temps de contact
B - Variables environnementales 1. Le pH de l’eau
2. La température de l’eau 3. La limpidité de l’eau
4. La compétition avec les agents réducteurs 5. Le type de microorganismes
6. La méthode de détection 7. Etc.
Variable de réponse (Y) : Survie des microorganismes
Stratégie retenue Stratégie retenue
Variable de réponse Y Variable de réponse Y
-4.0 -3.5 -3.0 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0
0 50 100 150
Time (min)
Inactivation (log) 1 ppm 2 ppm 2 ppm
-4.0 -3.5 -3.0 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0
0 50 100 150
CT (mg x min/L)
Inactivation (log) 1 ppm 2 ppm 2 ppm
Ln (N/No) = -k x C T
effectifChick-Watson
Variable de réponse Y
Variables de Variables de
contrôles contrôles
Modalités Modalités MinMin MaxMax
77ooC C 2222ooCC 6.56.5 8.58.5
0 UTN
0 UTN 5 UTN5 UTN 0 mg C/L
0 mg C/L 5 mg C/L5 mg C/L 1. Température
1. Température 2. pH
2. pH
3. Turbidité 3. Turbidité 4. COT
4. COT
Stratégie retenue Stratégie retenue
Variables (4) de contrôle
Variables (4) de contrôle
Description du design expérimental Description du design expérimental
Plan de tamisage de résolution IV Plan de tamisage de résolution IV
Condition pH T (oC) Turbidité COT
1 6.5 7 0 0
2 8.5 7 0 5
3 6.5 22 0 5
4 8.5 22 0 0
5 6.5 7 5 5
6 8.5 7 5 0
7 6.5 22 5 0
8 8.5 22 5 5
9 (Centered) 7.5 14.5 2.5 2.5
Design: 2
Design: 2(4-(4-1)1) = 2= 233 = 8 conditions + 1 centrée= 8 conditions + 1 centrée = 9 conditions= 9 conditions
Mise
Mise en oeuvre en oeuvre
Ce plan fractionnaire a été reproduit pour:
1. Quatre désinfectants
#1) spores de
#1) spores de B. subtilisB. subtilis #2) #2) ColiphagesColiphages MSMS--2 2
100nm 100nm
2. Deux micro-organismes cibles
10 000 nm
Pourquoi ne pas avoir inclus ces Pourquoi ne pas avoir inclus ces
variables dans le design ? variables dans le design ?
1. 4 désinfectants = 4 modalités
2. Efficacité: Ozone >>>> NH2CL (facteur 10000) 3. Résistance: Spores >>> virus (facteur 1000)
4. Objectif: Étude de la qualité de l’eau non pas de l’effet relatif des désinfectants ou des organismes 5. Permettait de répartir la tâche plus facilement entre
les différentes universités participantes
6. Réduisait les risques méthodologiques liées à la réalisation des essais
7. Facilitait le processus de publication scientifique
2. Difficultés rencontrées lors de la mise 2. Difficultés rencontrées lors de la mise
en en oeuvre oeuvre du plan expérimental du plan expérimental
1. Reproductibilté déficiente des essais
avec les virus MS2:
leur séjour au frigo les rend moins résistants envers le désinfectant.2. Impossibilité de réaliser certaines
conditions :
la modalité avec 5 ppm de COT est impossible à réaliser. Comme les plans d’essais pour lesvirus sont distincts, il a été possible de réajuster la modalité à 2 ppm dès qu’on s’est aperçu du problème.
3. Désavantages des plans d’essai 3. Désavantages des plans d’essai
fractionnaires fractionnaires
1. Le plan doit être complété avant de pouvoir
l’analyser, ce qui rend les réajustements en cours de route impossibles.
2. La reproductibilité doit être assurée. Contrainte importante pour (i) l’étude des systèmes
incorporant des organismes vivants ou (ii) l’étude de procédés susceptibles d’être affectés par des
variables non contrôlables (ex. la pluie).
3. Le transfert des connaissance acquises durant un
projet est plus ardu en raison de la faible proportion de scientifiques initiés à ces techniques.