Brevet FR2382404A1 — publié le 19780929

La présente invention concerne un procédé de régénération et/ou d'assainissement d'étendues aqueuses, telles qu'étangs, lacs ou rivières, par exemple, et les dispositifs pour la mise en oeuvre de ce procédé. On sait que la pollution des cours d'eau et plans d'eau conduit, à l'heure actuelle, à des bouleversements écologiques qui sont malheureusement le plus souvent irréversibles. C'est ainsi qu'en particulier, les déversements d'ef- fluents les plus divers, souvent toxiques, et les apports calorifiques non contrôlés entratnent, outre une contamination, un dégazage des eaux et, notamment, une réduction de l'oxygène dissout. Les mutations ainsi opérées au sein des zones aqueuses sont le plus souvent nuisibles à la flore et à la faune indigènes et conduisent à plus ou moins long terme à une disparition des espèces courantes tout en favorisant éventuellement la prolifération de micro-organismes, de bactéries ou de larves, nuisibles tant à l'habitat animal et végétal de ces eaux qu'à l'environnement. Divers procédés,s'inspirant des procédés de traitement et/ou de régénération des eaux résiduaires, ont déjà été proposés pour palier ces inconvénients, par exemple en opérant un brassage artificiel des eaux, générateur d'oxygénation, ou, au contraire, en effectuant directement une oxygénation des couches profondes par injection d'oxygène à un degré de pureté élevé. Toutefois, ces procédés sont généralement spécifiques à un processus de traitement donné et nécessitent le plus souvent des installations complexes, établies à demeure, dont les colts élevés, tant d'installation que de fonctionnement, ne conviennent qu'à des opérations de traitement spécifiques, de longue durée, et correspondant à des besoins particuliers ,et présentent, en conséquence, une spécificité qui, non seulement, obère les coûts de traitement, mais encore interdit leur utilisation pour des opérations de traitement ponctuelles et variées et nécessitant une mise en oeuvre rapide. La présente invention a pour objet d'obvier à ces inconvénients en proposant un procédé et un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, qui permettent un traitement de plans d'eau, souple, rapide, et efficace, tout en autorisant des possibilités d'exploitation à long terme et une souplesse d'adaptation des traitements en fonction des divers types de pollution et une modulation de ces traitements en cours d'opération. Pour ce faire, et selon une caractéristique de la présente invention, ce procédé consiste à immerger dans un endroit prédéterminé d'un plan d'eau à régénérer, au moins un caisson diffuseur, à connecter ce caisson à au moins une source commandable de fluide sous pression, et à faire diffuser de façon contrôlée ce fluide par le caisson diffuseur dans le volume aqueux et, éventuellement, à déplacer le caisson pour opérer un traitement dans d'autres zones du volume aqueux considéré. A cet effet, et selon une caractéristique de la présente invention, le dispositif de régénération et/ou d'assainissement comprend au moins un caisson immergeable creux, comportant sur au moins une zone de sa paroi extérieure une pluralité d'orifices et un moyen de tuyauterie débouchant dans le volume intérieur défini par le caisson, des moyens commandables pour amener au moins un fluide sous pression à ce moyen de tuyauterie et au moins une source de fluide sous pression. Selon une autre caractéristique de la présente invention, au moins une source de fluide sous pression est rendue solidaire du caisson immergé. Selon une autre caractéristique de la présente invention, le fluide sous pression est un mélange de liquide et de gaz, le liquide étant essentiellement constitué d'eau prélevée dans la zone aqueuse à traiter par une pompe, et le gaz étant essentiellement constitué d'air prélevé par une pompe ou par effet de trompe, des moyens étant prévus pour injecter de façon sélective dans le flux de liquide et/ou dans le flux d'air envoyés au caisson diffuseur des quantités contrôlées d'adjuvants de traitement liquides ou gazeux. La mise en oeuvre d'ur. tel dispositif est remarquablement souple,tant au niveau de l'implantation que du choix des fluides de traitement qui peuvent être modulés qualitativement et quantitativementenfonction des besoins propres à l'étendue aqueuse à traiter et, essentiellement, en fonction des variations de traitement nécessaire lors du déroulement dans le temps du processus derégénération ou d'assainissement de cette étendue aqueuse. C'est ainsi que, de façon sélective ou concomittante, le dispositif permet d'effectuer la dissolution de gaz dans l'eau de façon à améliorer, voire rétablir, les proportions normales de ce gaz dans la masse liquide, et de diffuser dans le volume d'eau biologiquement et chimiquement usée les adjuvants nécessaires à la purification, la floculation, ou la destruction sélective de certains organismes vivants. Par exemple, pour éliminer les algues rouges et supprimer les micro-organismes générateurs d'odeurs nauséabondes, un flux d'air enrichi d'oxygène peut entre diffusé par les caissons immergés dans des parties profondes de la masse aqueuse. Avec un flux d'azote mélangé à de l'ozone, il est également possible de traiter des plans d'eau destinés à l'agrément, alors que, pour la régénération des eaux en vue de l'augmentation du parc piscicole, une diffusion d'air dans un flux d'eau enrichi de sels nutritifs et de phosphates pourra être obtenueen utilisant les mêmes composants structurels de base du dispositif selon la présente invention. En variante, pour l'assainissement d'étangs, par exemple, les flux d'air et d'eau diffusés peuvent être en outre chargés de substances toxiques pour les larves et autres parasites nuisibles à l'environnement de-l'étang. La présente invention sera bien comprise au vu de la description suivante, faite en relation avec les dessins joints dans lesquels La figure 1 représente, de façon schématique, en coupe longitudinale partielle, un mode de réalisation d'un caisson diffuseur selon la présente invention ; La figure 2 représente une vue en perspective d'un mode de réalisation du dispositif de régénération et/ou d'assainissement selon la présente invention, une partie du caisson étant arrachée pour montrer l'agencement des tuyauteries d'amenée du fluide;; La figure 3 représente de façon schématique l'implantation d'un dispositif selon la présente invention mettant en oeuvre une pompe à air immergée La figure 4 représente de façon schématique un mode de réalisation de la pompe à air immergée représentée sur la figure 3 La figure 5 représente de façon schématique l'implantation d'un autre mode de réalisation du dispositif selon la présente invention La figure 6 représente de façon schématique,en coupe partielle, l'agencement d'un caisson dans un mode de réalisation de la figure 5 ; et La figure 7 représente de façon schématique un chariot de servitude et de commandeztel que celui utilisé dans le schéma d'implantation de la figure 5. Sur ces figures, comme dans la description qui va suivre, les éléments identiques ou analogues porteront, afin de simplifier l'exposé, des références identiques ou corrélativement indicées. Un caisson diffuseur immergeable selon la présente invention, généralement référencé 10, comprend dans un premier mode de réalisation tel que celui illustré sur la figure 1, une enveloppe extérieure ayant une forme de préférence parallélépipédique mais qui peut être par exemple cylindrique, définissant un volume intérieur, par exemple de l'ordre de 0,5 à I m3, susceptible de communiquer avec 1'extérieur du caisson par une pluralité d'orifices généralement référencés 11, ménagés dans au moins une des parois,de #référence la paroi supérieure. Un tel caisson est avantageusement réalisé en alliage léger anodisé ou ea acier traité, mais il peut être également réalisé en matériaux polymères ou à partir de fibres minérales enduites et moulées. La paroi inférieure du caisson 10 est munie de pieds lestés 12 terminés par des plaquettes d'appui 13 permettant au caisson de se poser sur un fond même sableux ou vaseux 100. La partie supérieure du caisson 10 est munie d'anneaux d'accrochage 14 permettant la mise en place et l'enlèvement du caisson 10. Une des parois du caisson, de préférence une paroi latérale, présente une ouverture 15 par laquelle débouche un élément de tuyauterie 20 destiné à être connecté à des tubulures d'amenée de fluides dans le caisson. A l'intérieur du caisson 10, sont disposées, par exemple, des rangées de clayettes 16 servant à répartir et/ou homogénéiser les fluides à diffuser dans le caisson,préalablement à leur diffusion par les orifices de sortie 11. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, le caisson 10 est plus particulièrement destiné à la régénération d'un volume aqueux par diffusion d'un flux gazeux,accompagnée d'un brassage de l'eau par une circulation d'eau également diffusée par le caisson 10. Pour ce faire, l'élément de tuyauterie 1 est connecté par l'intermédiaire d'une pipe 31 à un élément collecteur 3 alimenté en gaz par une manche souple, en l'occurrence en air, à diffuser. Une tubulure d'injection 21 pénètre dans l'élément de tuyauterie 1 à travers la pipe 31 et est connectée par son extrémité amont à un collecteur de fluide sous pression 2, destiné à être connecté par une tubulure d'entrée 25 à une tuyauterie d'admission de fluide sous pression, en l'occurrence de l'eau.Dans le mode de réalisation représenté, l'élément de tuyauterie 1 débouchant dans le caisson par l'ouverture 15 est prolongé par une rampe de distribution 22 percée à intervalles réguliers d'ouvertures 23 dirigeant les fluides injectés vers les clayettes 16 et les ouvertures ll et présentant également des ouvertures terminales 24 pour assurer une circulation du fluide à l'intérieur du caisson 10. On a représenté sur la figure 2 un mode de réalisation du dispositif selon la présente invention, permettant la diffusion d'un mélange liquide et gazeux, le liquide étant constitué de l'eau prélevée au voisinage du caisson par une pompe immergée 26, commandée et alimentée depuis la rive, la manche 4 pouvant être reliée à un dispositif de prise d'air situé en surface de la masse aqueuse considérée. Dans ce mode de réalisation, les orifices de diffusion du caisson 10 sont représentés par un treillis métallique Il percé dans une ouverture circulaire formée dans la paroi supérieure du caisson 10. Les collecteurs 2 et 3 sont identiques à ceux représentés sur la figure 1, mais, dans ce mode de réalisation, le collecteur 2 est connecté par sa tubulure d'admission 29' à une tubulure de raccordement 25 reliée d la sortie sous pression 1'une pompe immergée 26 dont l'entrée d'admission 28 est raccordée à une crépine 27. La pompe 26 est commandée et alimentée par une ligne d'alimentation reliée à une source électrique, non représentée, et qui peut être immergée, commandée par une installation de commande non immergée et disposée soit sur une rive de l'étendue d'eau, soit sur une structure flottante. On a représenté sur la figure 3 l'implantation d'un mode de réalisation du dispositif selon la présente invention dans lequel les caissons diffuseurs 10 sont alimentés en air, éventuellement enrichi d'adjuvants gazeux, par une structure de pompe air immergée 40, décrite plus en détail sur la figure 4, prélevant de l'air au-dessus de la surface 60 de l'étendue aqueuse par un dispositif du type Schnorkel 61 porté par une structure flottante 62 et relié à la structure de pompe immergée 40 par une manche souple élastique 63,par exemple en matériau polymère. La structure de pompe immergée 40 est alimentée en courant électrique et éventuellement en adjuvants gazeux par une canalisation 64 reliée à un chariot terrestre 50 muni de roues 51, et éventuellement de béquilles télescopiques de soutien 52, placé sur la berge de l'étendue aqueuse considérée. On a représenté sur la figure 4 un mode de réalisation de la structure de pompe immergée 40 représentée dans l'agencement de la figure 3. Cette structure de pompe immergée 40 comprend, de façon générale, un caisson cylindrique 41 dans lequel deux membranes souples 42 définissent trois chambres hermétiquement distinctes les unes des autres, 43, 44 et 45, le fond du caisson constituant une quatrième chambre de refoulement 46 séparée de façon étanche de la chambre 45 immédiatement adjacente par une cloison rigide 47.Dans la chambre médiane 44 est disposé un dispositif à came 48 susceptible d'agir alternativement sur les membranes 42, de façon à comprimer et déprimer ainsi les gaz, en l'occurrence de l'air, contenus dans les chambres 43 et 45, des ressorts 49 étant prévus dans ces chambres 43 et 45 pour tendre à ramener les membranes 42 dans les positions correspondant au volume maximum de ces chambres. Dans le mode de réalisation représenté, la manche d'admission d'air 63 débouche dans la chambre supérieure 43 par un orifice 70 muni d'un clapet anti-retour 71, un circuit de dérivation 72, débouchant dans la manche 63 en amont de l'orifice 70, connectant cette manche 63 à la chambre inférieure 45 par un orifice 73 également muni d'un clapet anti-retour. De cette façon, les chambres 43 et 45 servent alternativement pour les phases d'aspiration et de compression de l'air tUne canalisation 74 relie la chambre 43 à la chambre de refoulement 46, un clapet anti-retour 75 étant prévu dans cette canalisation 74 ; de la même façon, une canalisation 76, pourvue d'un clapet anti-retour 77 relie la chambre 45 à la chambre de refoulement 46.Cette chambre de refoulement 46 présente dans une de ses parois au moins une ouverture d'échappement 78 à laquelle peut être connectée la manche d'admission d'air 4 à un caisson 10 ; la chambre de refoulement 46 présente également une ouverture 79 destinée à être connectée à la canalisation 64 servant à l'acheminement des adjuvants liquides ou gazeux à intégrer au fluide sous pression se trouvant dans la chambre 46 et destin à être diffusés par les caissons diffuseurs 10. Le dispositif à came 48 est entraîné par un moteur 80 logé dans le compartiment 44 et relié par une ligne 81 à la cabine de commande 5 contenant une source électrique commandable pour l'actionnement de ce moteur. De façon préférentielle, la ligne 81 est rendue solidaire de façon élastique de la canalisation 64. Pour accomoder les variations du niveau 60 de la masse aqueuse, la manche souple 63 est avantageusement munie d'un dispositif de mise sous tension élastique 82. On a représenté sur la figure 5 l'implantation d'un dispositif selon un autre mode de réalisation de la présente invention. Dans ce mode de réalisation, comme on le voit également sur la figure 6, les caissons 10 sont alimentés, par l'intermédiaire des collecteurs 2 et 3, par une manche souple 4' renfermant une canalisation 82 raccordant cette fois le collecteur 2 à une pompe 26' située dans le chariot de servitude et de commande 50 (figure 7). Cette pompe 26'tentrainée par un moteur 126, prélève l'eau de la masse aqueuse à traiter par exemple par une crépine 27', cette eau étant acheminée par une canalisation souple d'amenée d'eau 28'. Dans ce mode de réalisation, comme on le verra plus en détail par rapport à la figure 7, tous les éléments actifs sont regroupés dans le chariot de commande et de servitude 50, les caissons 10 étant reliés à ce chariot par des manches doubles, souples et résistantes, par exemple en matériaux polymères de sorte qu'avec une seule et même cabine de commande et de servitude 50 une pluralité de caissons 10 peuvent être immergés en différents endroits, au gré des besoins et en fonction des variations de traitement à effectuer à L'étendue aqueuse, le chariot ou cabine 50 étant lui-même susceptible d'être déplacé à volonté le long de la berge ou embarqué sur une structure flottante. Dans ce mode de réalisation, les caissons sont avantageusement constitués suivant le mode de réalisation représenté sur la figure 6, c'est-à-dire que les ouvertures d'échappement 11' sont ménagées sur toute la surface supérieure du caisson 10 et sont réalisées de préférence par un maillage métallique, le flux de liquide sous pression amené par la canalisation 82 et le collecteur répartiteur 2 étant introduit par une buse d'éjection 21' dans l'élément de canalisation 1, cette éjection sous pression du liquide par la buse d'éjection 21' entratnant, par effet Venturi, les fluides gazeux amenés par la manche 4', la répartition du mélange gaz-liquide et la diffusion étant favorisées par les systèmes de claies 16 du caisson 10. On a représenté de façon schématique sur la figure 7 un mode de réalisation du chariot de servitude et de commande 50, plus particulièrement destiné à l'utilisation avec les caissons 10 représentés sur la figure 6. Comme il a déjà été mentionné, une manche 4' renfermant une canalisation 82, ou une pluralité de ces manches 4' renfermant des canalisations 82 sont raccordées à une buse d'admission d'air 84, par exemple en alliage léger, fixée au chassis 501 du chariot 50, cette buse d'admission d'air 84 étant de préférence munie d'un filtre à air 85.Un ou plusieurs réservoirs 86 contenant des gaz de traitement tels que, par exemple, de 11 azote, de ltoxygene pur ou de ltozone, sont prévus dans le chariot 50 de façon à pouvoir injecter, par une canalisation 87 débouchant dans la buse 84, des quantités variables et contrdlées de ces gaz dans le flux d'air 125 délivré par chaque manche 4' aux caissons. Un doseur automatique command'b2e 88 est prévu dans la canalisation 87 pour régler les quantités ou débits de gaz à injecter dans le flux d'air transmis auxcais sons. En variante, dans le cas notamment d'une pluralité de manches 4', ou d'uneimmersion à forte profondeur des caissons 10, l'extrémité avant de la buse 84 peut être connectée à une pompe à air de suralimentation 89 figurée en pointillés sur la figure 7. De façon analogue au réservoir de gaz traitant 86, des réserves d'adjuvants liquides 90 peuvent être également prévues dans le chariot 50, ces adjuvants liquides, par exemple des solutions de sels nutritifs ou de phosphates sont introduits par une pompe dosimétrique 91 dans la canalisation 28' d'amenée de l'eau à la pompe de refoulement 26'. Cette pompe 26' est entraînée par un moteur 92 commandé par un asservissement automatique 93 permettant un dosage et une répartition temporelle de ces adjuvants liquides dans le flux liquide 126 amené par chaque canalisation 82 à la buse d'injection 21' correspondante montée sur le caisson 10. Une vanne de réglage 94 peut, par ailleurs, permettre de modifier et de régler le débit de liteau amenéeà la buse d'injection 21'. Le chariot 50 est en outre équipé d'un tableau de couplage électrique 95 par L'intermédiaire duquel les divers composants actifs, tels que moteurs ou asservissements, peuvent être alimentés soit à partir du réseau, par l'intermédiaire d'une ligne de branchement 96, soit dans le cas où cela n'est pas possible, par un générateur électrique 97 disposé dans le chariot 50 et actionné par un moteur thermique 98, qui peut être constitué avantageusement par un moteur diesel à deux temps ou par une petite turbine à gaz.Des ouvertures 99 sont en outre prévues dans la structure 501 du chariot 50 pour permettre l'admission d'air à la buse 84 et/ou à la pompe à air de suralimentation 89 et pour en même temps refroidir l'intérieur du chariot, notamment lors de l'utilisation du moteur thermique 98. Pour déterminer les bilans des opérations de traitement, on peut prévoir en outre des unités de comptage horaire et/ou volumétrique , regroupé dans un ensemble d'enregistrement et d'affichage 101, pour chaque adjuvant et pour chaque élément actif (moteurs, générateurs) ,ainsi qu'un dispositif de minuterie de commande 103 permettant un fonctionnement séquentiel et programmable de l'ensemble de l'installation. Dans ce dernier mode de réalisation, on comprendra donc qu'avec un chariot commun et une pluralité de caissons 10, on peut disposer d'un ensemble autonome mobile, facile à mettre en oeuvre et à déplacer et offrant des possibilités de traitement plus complètes et variées que le dispositif de l'art antérieur. On comprendra que la mise en place, c'est-à-dire l'immersion des caissons 10 en des endroits prédéterminés peut s'opérer de façon très simple à partir de barques équipées d'un palan et que, en variante, le chariot 50 monté sur roues peut également être installé sur une structure flottante et ce, notamment, afin de réduire les longueurs des canalisations reliant le chariot aux divers caissons. Si les profondeurs s'avèrent trop importantes, il est loisible de prévoir des caissons munis de flotteurs commandables et flottant entre deux eaux en étant maintenus en position par un ancrage selon les techniques conventionnelles. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaftront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Procédé de régénération d'étendues aqueuses comportant l'injection d'au moins un fluide dans une zone du volume aqueux à traiter, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes d'immerger au moins un caisson diffuseur, de connecter ce caisson à au moins une source de fluide sous pression, et de faire diffuser dans le volume aqueux ce fluide au moyen du caisson diffuseur. 2 - Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que le fluide sous pression est principalement constitué d'air comprimé par une pompe. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide sous pression est constitué principalement d'eau prélevée dans l'étendue aqueuse à traiter et comprimée par une pompe. 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'eau sous pression est mélangée à un gaz, constitué essentiellement d'air, lors de sa pénétration dans le caisson diffuseur. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des adjuvants de traitement sont introduits dans le fluide sous pression délivré au caisson. 6 - Dispositif de régénération et/ou d'assainissement d'étendues aqueuses, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un caisson immergeable, creux, présentant dans au moins une zone de sa paroi extérieure, une pluralité d'orifices, et au moins un élément de tuyauterie débouchant dans le volume intérieur défini par le caisson, des moyens étant prévus pour amener au moins un fluide sous pression à l'élément de tuyauterie. 7 - Dispositf selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moyen de pompe amenant de l'eau sous pression à l'élément de tuyauterie. 8 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le moyen de pompe est immergeable et monté solidaire du caisson. 9 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'eau sous pression est amenée à une buse d'injection disposée dans l'élément de tuyauterie, l'élément de tuyauterie étant par ailleurs connecté à une tubulure de prise d'air. 10 - Dispositif selon la revendication 6 ou la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de pompe à air dont ltextrémité de refoulement est reliée à l'élément de tuyauterie. Il - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le moyen de pompe à air est disposé dans une structure immergeable, une manche souple reliant le moyen de pompe à un dispositif de prélèvement d'air disposé sur une plate-forme flottante. 12 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, une unité de servitude et de commande comportant une source élec- trique, au moins un élément de câble conducteur reliant cette unité à la structure de pompe immergée. 13 - Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'unité de servitude et de commande comporte, en outre, au moins une source de fluide de traitement sous pression, une canalisation raccordant cette source à la structure de pompe immergée. 14 - Dispositif selon l'une quelconques des revendications 6, 7 et 9, caractérisé en ce qu'il comporte une unité de servitude et de commande, comprenant des moyens d'admission d'air, une tubulure raccordant ces moyens d'admission d'air à l'élément de tuyauterie d'un caisson, une pompe à eau prélevant l'eau de l'étendue aqueuse à traiter, une canalisation reliant la sortie de refoulement de cette pompe à l'élément de tuyauterie d'un caisson et des moyens pour entrainer cette pompe. 15 - Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'unité de servitude et de commande comporte, en outre, des moyens pour injecter un fluide de traitement dans le dispositif d'admission d'air. 16 - Dispositif selon les revendications 14 ou 15, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, des moyens pour injecter un fluide de traitement dans la tubulure d'acheminement de l'eau sous pression. 17 - Dispositif selon }'une quelconque des revendica tions 12 à 16, caractérisé en ce que unité de servitude et de commande comporte, en outre, un groupe électrogène autonome. 18 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 14 à 17, caractérisé en ce que l'unité de servitude et de commande comporte en outre des moyens dtadjonction de fluides de traitement et des moyens de commande et de régulation des flux de fluides délivrés.