Brevet FR2499962A1 — publié le 19820820

La présente invention concerne les déversoirs des ouvrages hydrotechniques et a notamment pour objet les déversoirs de barrages. L'invention peut etre appliquée pour débarrasser l'eau circulant à travers un ouvrage hydrotechnique des impuretés pouvant etre éliminées par flottation et pour aérer l'eau en aval de l'ouvrage hydrotechnique. On connait des dispositifs (brevets d'invention des Etats-Unis d'Amérique nO 3.451.674 et 3.893.924) destinés à l'aération de l'eau dans les bassins d'eau et réalisés sous forme d'un système de tubes à orifices disposés près du fond du bassin d'eau et à travers les orifices desquels l'air, mélangé au préalable à l'eau, débouche dans les couches situées près du fond du bassin d'eau.Le mélange eau-air est amené dans ces tubes sous une pression supérieure à celle qui règne dans les couches voisines du fond du bassin d'eau soit à l'aide d'un mélangeur (brevet d'invention des Etats-Unis d'Amérique nO 3.461.674) dans lequel l'air et l'eau sont refoulés par un ventilateur et une pompe respectivement, soit à l'aide d'un éjecteur d'eau et d'air (brevet d'invention des Etats-Unis d'Amérique nO 3.893.924) dans lequel l'air est entrainé par l'eau refoulée par une pompe. Toutefois, dans ces dispositifs connus, pour refouler l'air dans les couches voisines du fond, il faut dépenser l'énergie complémentaire consommée par la source d'entrainement de la pompe et du ventilateur.La quantité de cette énergie dépensée pour le fonctionnement continu de ces dispositifs pendant un délai déterminé, par exemple pendant une année, est notable. En outre, ces solutions ne possèdent pas des particularités constructives qui permettraient de les utiliser comme déversoir de barrage. On connait un déversoir de barrage (certificat d'auteur de l'URSS nO 348.678) dans lequel on utilise, pour entrainer l'air dans le courant d'eau circulant à travers le déversoir, l'énergie cinétique de l'eau qui resulte de la différence des niveaux des biefs amont et aval. Dans ce déversoir, l'air pénètre dans le courant d'eau à travers des orifices prévus dans des canaux relies è l'atmosphère et disposés sous la surface de déversement de l'eau, à la suite de la dépression créée par l'eau se déplaçant suivant la surface de déversernent. Grâce à cette utilisation de l'énergie cinétique de l'eau de circulation, on a réussi non seulement à prévenir, dans ce dispositif connu, la détérioration de la surface du déversoir, mais encore à assurer l'aération de l'eau, ce qui contribue à sa saturation en oxygène.Pourtant, du fait que dans ce dispositif connu, conçu comme un déversoir découvert, la pression statique régnant dans le courant d' est voi- sine de la pression atmosphérique, et que la dépression créée dans les orifices de sortie des canaux d1 amenée d'air n'est pas forte, le débit d'air aspiré dans le courant d'eau est petit et, par conséquent, l'énergie cinétique de l'eau est utilisée d'une manière peu efficace On connaît un déversoir de brrra';;je pour le passage de l'eau du bief amont au bief aval (certiFicat d'auteur de l'URSS nO 340.735) comportant un dispositif pour la connu pression de l'air atmosphérique par l'eau de circulation. Dans ce déversoir, dans lequel le canal pour le passage de l'eau, formé d'une chambre de mélange disposée verticalement et dont la section d'entrée débouche dans l'atmosphere, et d'un diffuseur monté horizontalement, fait fonction simultanément de dispositif de compression d'air, l'énergie cinétique de l'eau est utilisée d'une manière plus efficace. Pendant le passage de l'eau, son courant descendant entraî- ne avec lui l'air dans la chambre de mélange, à travers la section d'entrée débouchant dans l'atmosphère de cette chambre. En conséquence, une certaine partie de l'énergie cinétique de l'eau descendante est transmise à l'air, Du fait que tout le courant de l'eau de circulation participe au processus d'entranement de l'air, le débit d'air passant par le déversoir atteint une valeur notable pour laquelle il se forme un mélange eau-air dans le secteur de sortie de la chambre de mélange. De l'énergie supplémentaire de l'eau est transmise à l'air dans le diffuseur pendant le freinage du mélange eau-air, à la suite de quoi la pression du mélange, et par conséquent la pression de l'air qu'il contient, devient supérieure à la pression atmosphérique.Ceci permet d'amener l'air faisant partie du mélange eau-air dans le bief aval à une certaine profondeur. Les bulles d'air se dégageant du mélange eau-air s'écoulant dans le bief aval entrainent avec elles vers la surface du bief aval des impuretés sensibles à l'effet de flottation. Ainsi, grâce à l'utilisation de l'énergie cinétique de l'eau, on assure, dans le dispositif connu, simultanément le passage de l'eau, son aération et sa saturation en oxygène ainsi que la compression de l'air par l'eau. Toutefois, dans ce dispositif connu, on n'utilise pas pour l'épuration de l'eau de circulation l'effet de formation du mélange eau-air à une pression élevée et l'effet d'entrainement par des bulles d'air vers la surface du bief aval des impuretés sensibles à la flottation contenues dans l'eau de circulation. On s'est donc proposé de mettre au point un déversoir de barrage dont la conception constructive permettrait d'organiser l'épuration de l'eau circulant à travers le barrage des impuretés sensibles à la flottation et l'aération supplémentaire de l'eau dans le bief aval en utilisant la pression élevée créée par le dispositif de compression de l'air par l'eau de circulation. Le problème posé est résolu par le fait qu'un déversoir de barrage pour le passage de l'eau du bief amont au bief aval, comportant un dispositif pour la compression de l'air atmosphérique par l'eau de circulation, est pourvu selon l'invention d'une chambre de flottation comprenant une enceinte divergente destinée à la séparation de l'écume, reliée au dispositif de compression d'air et munie d'une paroi inférieure dont le contour est réalisé sous la forme tlune couse concave douce, un collecteur d'écume installé à la partie supérieure de l'enceinte de séparation d'écume, disposé au-dessus du niveau du bief aval et exécuté sous la forme d'une conduite ayant une fente longitudinale qui débouche dans l'enceinte de séparation d'écume, un bloc de buses de pulvérisation d'eau et de brise-écume placé sur le collecteur d'écume, et des conduites d'air perforées montées dans le bief aval et reliées en aval du bloc des buses à la partie supérieure du collecteur d'écume. Pour assurer la fragmentation supplémentaire des bulles d'air nécessaire à l'augmentation de la capacité de flottation du mélange eau-air, il est avantageux que le déversoir du barrage soit muni d'une rangée de grilles installées dans le secteur d'entrée de l'enceinte de séparation d'écume. Pour optimiser le fonctionnement de la chambre de flottation en cas de changement des niveaux des biefs amont et aval, il est avantageux que le collecteur d'écume soit muni d'un organe de fermeture D'autres caractéristiques et avantages de 1'iniren- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple concret de sa réalisation, faite en se référant au dessin annexé sur lequel - la figure 1 représente en coupe longitudinale un déversoir de barrage selon l'invention ; - la figure 2 représente le collecteur d'écume, en vue de côté du bief aval. Le déversoir suivant l'invention reliant les biefs amont 1 (figure 1) et aval 2 séparés par un barrage permanent 3, est constitué par un dispositif de compression de l'air atmosphérique par l'eau de circulation et une chambre de flottation disposés successivement dans le corps du barrage 3. Le dispositif de compression d'air par l'eau comprend des buses 4 servant à amener l'eau, une antichambre 5 reliée par des canaux d'amenée d'air 6 à l'atmosphère, une chambre de mélange 7 et un diffuseur 8. La chambre de flottation comporte une enceinte divergente 9 de séparation de l'écume reliée à la section de sortie du diffuseur 8, un collecteur d'écume 10, un bloc 11 de buses et des conduites d'air perforées 12.Dans le secteur d'entrée de l'enceinte de séparation d'écume 9, on a installé une rangée de grilles 13 constituées par des éléments ayant une mauvaise forme aérodynamique. La paroi supérieure 14 de enceinte de séparation d'écume 9 est rongée dans la direction de l'écoulement de l'eau, tandis que le contour de sa paroi inférieure 15 est réalisé sous la forme d'une courbe concave douce. Le collecteur d'écume 10 est installé à la partie supérieure de l'enceinte de séparation d'écume 9, et il est possible de le disposer au-dessus du niveau du bief aval 2. Le collecteur d'écume 10 est exécuté sous la forme d'une conduite à fente longitudinale 16 parallèle au niveau d'eau et débouchant dans 1 enceinte de séparation d'écume 9. Sur le collecteur d'écume 10, on a installé un bloc 11 de buses de pulvérisation d'eau et de brise-écume reliées au bief amont 1 à l'aide d'une conduite d'amenée d'eau 17. En aval du bloc 11 (figure 2), on a prévu des conduites d'air perforées 12 installées dans le bief aval 2 et reliées à la partie supérieure du collecteur d'écume 10. Dans le secteur de sortie du collecteur d'écume 10, on a installé un organe de fermeture réglable 18. Le collecteur d'écume 10 est incliné vers le décanteur 19. L'eau passe par le barrage 3 (figure 1) du bief amont 1 au bief aval 2 sous l'action de la pression créée par la différence de niveaux dans ces biefs 1 et 2. Sous l'action de cette pression, l'eau parvient dans les buses 4, dans lesquelles elle accélère son mouvement et se divise en jets distincts. Les jets d'eau débouchant dans l'antichambre 5 créent dans celle-ci une dépression sous l'action de laquelle l'air est aussi entraîné dans l'antichambre 5, à partir de l'atmosphère, par les canaux 6. L'eau et l'air arrivés dans l'antichambre 5 commencent à se déplacer conjointement et entrent en contact immédiat ; autrement dit, c'est le début du processus d'aération de l'eau.De l'antichambre 5, les jets d'eau entrainent l'air dans la chambre de mélange 7, dans laquelle les jets d'eau et l'air se fragnentent, se mélangent et forment un mélange eau-air. En conséquence, cette intensification du processus d'aération provoque une saturation intensive de l'eau en oxygène (dissolution de l'oxygène de l'air dans l'eau3 et l'oxydation des impuretés se trouvant dans l'eau et pouvant etre éliminées par oxydation. Le mélange eau-air formé dans la chambre de mélange 7 arrive dans le diffuseur 8. Lors du freinage dans ce diffuseur 8, la partie principale de l'é- nergie cinétique du courant d'eau et d'air ne se perd pas, mais se transforme en énergie de pression de ce courant. En conséquence, la pression statique du courant d'eau et d'air et de l'air qu'il contient s'élève dans la section de sortie du diffuseur 8, et sa valeur dépasse la pression atmosphérique. En meme temps, le processus de saturation de l'eau en oxygène et d'élimination des impuretés par oxydation continue dans le diffuseur 8. Depuis le diffuseur 8, le mélange eau-air arrive sous une pression élevée dans l'enceinte de séparation d'écume 9.Une petite partie de cet excédent de pression relativement à la pression atztnos- phérique est consommée pour faire passer le courant du mélange eau-air à travers la rangée de grilles 13 et former, à l'entrée de l'enceinte de séparation d'écume 9, un mélange eau-air ayant une structure finement dispersée (avec de plus petites bulles d'air), ce qui améliore la capacité de flottation du mélange. De petites bulles d'air se trouvant dans le mélange, arrivant dans l'enceinte 9, adsorbent à leur surface des substances tensio-actives nocives et s'accrochent également aux impuretés qui sont sensibles à l'ef- fet de flottation.Dans l'enceinte de séparation d'écume 9, les bulles d'air montent vers la surface, grâce à sa forme, sous l'action de la force d'Archimède et de la force centrifuge engendrée sur la paroi concave inférieure 15, et entraînent des impuretés. Il en résulte que l'écume contenant des impuretés s'accumule à la partie supérieure de l'enceinte 9 formée par un élargissement, après etre montée le long de la paroi supérieure 14. L'eau épurée et contenant de l'oxygène dissous s'écoule le long de la paroi infé rieure 15 de l'enceinte 9 vers le bief aval 2. Sous l'action de la pression élevée régnant dans l'enceinte de séparation d'écume 9, l'écume renfermant des impuretés, possédant une densité plus basse que l'eau, monte dans le collecteur d'écume 10 à travers la fente 16.Grâce à la pression élevée mentionnée et à la faible densité de l'é- cume, il est possible d'élever le collecteur d'écume 10 (figure 2) au-dessus du niveau du bief aval 2. La hauteur de la disposition du collecteur d'écume 10 peut être choisie telle que le niveau dans le décanteur 19 au-dessus duquel doit se trouver la section de sortie du collecteur d'écume 10 puisse même dépasser le niveau du bief aval 2. L'écume se déplaçant suivant le collecteur d'écume lO est éliminée à l'aide de l'eau pulvérisée par le bloc il de buses. Dans le but de diminuer le débit d'eau dépensé pour briser l'écume, il est préférable de faire appel à des buses centrifuges, car elles possèdent un grand angle du clone de pulvérisation. Du bief amont 1 (figure 1), l'eau arrive dans le bloc 11 de buses par les conduites 17 (figure 2) et est pulvérisée sous l'action de la différence entre le niveau du bief amont 1 (figure 1) et le niveau auquel est disposé le bloc ll de buses. L'eau formée à la suite du brisement de l'écume contenant une grande quantité d'impuretés s'écoule par gravité, grâce au fait que le collecteur d'écume 10 est disposé au-dessus du niveau du décanteur 19 (figure 2) et avec une inclinaison par rapport au décanteur 19, et elle se dirige, à travers l'organe de fermeture réglable 18, vers le décanteur 19. Du fait que le niveau d'eau dans le décanteur 19 se trouve au-dessus du niveau du bief aval 2, l'eau clarifiée dans le décanteur 19 peut revenir par gravité dans le bief aval 2. Pour organiser une aération complémentaire de l'eau clarifiée arrivant dans le bief aval 2 à partir de l'enceinte de séparation d'écume 9, l'air dégagé après le brisement de l'écume, ayant une pression élevée, se dirige du collecteur d'écume 10 vers les conduites d'air 12 perforées d'orifices et disposées dans le bief aval 2.Les bulles com plémentaires d'air arrivant dans l'eau épurée par ces orifices peuvent être transportées par le courant en même temps que de petites bulles d'air entraînées par l'eau épurée provenant de l'enceinte de séparation d'écume 9, à des distances importantes du barrage 3, assurant en combinaison avec l'oxygène dissous dans l'eau, le rétablissement et le maintien de la capacite biologique du milieu aqueux à l'autoépuration. Dans la conception du déversoir suivant l'invention, on obtient l'épuration de l'eau de circulation des impu retés pouvant être éliminées par flottation et une aéra- tion supplémentaire de l'eau épurée dans le bief aval 2, grâce à l'organisation de la chambre de flottation en aval du dispositif de comDression d'air atmosphérique par liteau circulant par le barrage 3. A11 moyen de l'enceinte de separation d'écume 9 à élargissement suivant l'invention, on effectue dans celle-ci la séparation du mélange eau-air arrivant du diffuseur 8 sous l'action de la force d'Archimède et de la force centrifuge engendrée sur la paroi inférieure concave, en eau épurée débouchant dans le bief aval 2 et en écume portant avec elle des impuretés flottables et accumulée à la partie supérieure de 11 enceinte 9. Sous l'action de la pression élevée créée dans l'enceinte fermée de séparation d'écume 9 par le dispositif effectuant la compression de l'air par l'eau, l'écume monte dans le collecteur d'écume 10. Du fait que la densité de l'écume est considérablement inférieure à celle de l'eau, l'écume peut être soulevée sous l'action de cette pression élevée à une hauteur notable et, de ce fait, le collecteur d'écume me 10 peut être élevé auZessus du décanteur 19 (figure 2), dans lequel le niveau peut meme être maintenu au-dessus du niveau du bief aval 2. Ayant placé le bloc 11 de buses de pulvérisation d'eau sur le collecteur d'écume 10, on assure le brisement de l'écume se déplaçant dans le collecteur d'écume 10.Grâce au fait que l'eau pour les buses est prise dans le bief amont 1 (figure 1), la pulvérisation de l'eau se produit sous l'action de la di-fférence entre le niveau du bief amont 1 et le niveau sur lequel est disposé le bloc 11 de buses. Grâce à la disposition du collecteur d'écume 10 au-dessus du niveau du décanteur 19 (figure 2) et avec une inclinaison par rapport à celui-ci, l'eau portant des impuretés, formée après le brisement de l'écume est évacuée dans le décanteur 19 par gravité. Grâce au fait qu'il est possible de maintenir le niveau d'eau dans le décanteur 19 au-dessus du niveau du bief aval 2, l'eau peut aussi revenir par gravité du décanteur 19, après sa clarification, dans le bief aval 2.Du fait que la pression de l'air dégagé après le brisement de l'écume est élevée, il est possible de l'envoyer dans le bief aval 2 pour réaliser l'aération supplémentaire de l'eau épurée à travers les conduites perforées d'eau 12 disposées dans le bief aval 2. Ayant disposé une rangée de grilles 13 (figure 1) constituées par des éléments d'une mauvaise forme aérodynamique dans le secteur d'entrée de l'enceinte de séparation d'écume 9, on obtient une fragmentation supplémentaire des bulles d'air contenues dans le mélange eau-air arrivant dans l'enceinte de séparation d'écume 9. Il est avantageux de disposer les grilles 13 l'une après l'autre en travers du courant et de les décaler l'une par rapport à l'autre dans la direction transversale. Bien que le montage des grilles 13 provoque une certaine baisse de la pression élevée dans l'enceinte de séparation d'écume 9, leur montage est néanmoins avantageux, car elles contribuent à l'accroissement de la capacité de flottation du mélange eau-air.En outre, il convient de noter qu'il est possible d'admettre une certaine baisse de la pression dans l'enceinte de séparation d'écume 9 dans la conception suivant l'invention, car la montée de l'écume de faible densité dans le collecteur d'écume 10 ne nécessite qu'une faible élévation de la pression dans l'enceinte de séparation d'écume 9 par rapport à la pression atmosphérique. En se servant de l'organe de fermeture réglable 18 (figure 2) qui peut être installé dans le secteur de sortie du collecteur d'écume 10, on assure la modification de la pression élevée régnant dans l'enceinte de séparation d'écume 9 (figure 1), ce qui permet d'organiser le travail optimal de la chambre de flottation lors de la variation des niveaux des biefs amont 1 et aval 2. Grâce à la formation de la chambre de flottation en aval du dispositif de compression de l'air par l'eau, le déversoir suivant l'invention permet d'organiser, en plus du passage de l'eau par le barrage, en utilisant seulement la pression créée par la différence entre les niveaux des biefs amont et aval 1 et 2 et transòrraée en pression du mélange eau-air par le dispositif de compres- sion de l'air par liteau, l'épuration de l'eau de circulation des impuretés sensibles à la flottation par collection de l'écume contenant des impuretés, brisement de l'écume et transport des impuretés par gravité dans le décanteur 19 (figure 2), ainsi que I' aératioei complémentaire de liteau épurée dans le bief aval 2 (figure 1) au moyen de l'utilisation de l'air dégagé lors du brisc-nent de l'écume. REVENDICATIONS 1. Déversoir de barrage pour le passage de l'eau du bief amont au bief aval, du type comportant un dispositif pour la compression de l'air atmosphérique par l'eau de circulation, caractérisé en ce qu'il est muni d'une chambre de flottation comportant une enceinte divergente (9) destinée à la séparation de l'écume, reliée au dispositif de compression d'air (5, 7, 8) et pourvue d'une paroi inférieure (15) dont le contour a la forme d'une courbe concave douce, un collecteur d'écume (10) installé à la partie supérieure de l'enceinte de séparation d'écume, disposé au-dessus du niveau du bief aval (2) et exécuté sous la forme d'une conduite qui présente une fente longitudinale (16) débouchant dans l'enceinte de séparation d'écume (9), un bloc (11) de buses de pulvérisation d'eau et de brise-écume placé sur le collecteur d'écume et relié au bief amont (1), et des conduites d'air perforées (12) disposées dans le bief aval et reliées en aval du bloc de buses à la partie supérieure du collecteur d'écume. 2. Déversoir de barrage conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il possède une rangée de grilles (13) constituées par des éléments ayant une mauvaise forme aérodynamique et installées dans le secteur d'entrée de l'enceinte de séparation d'écume (9). 3. Déversoir de barrage conforme à l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le collecteur d'écume (10) est muni d'un organe de fermeture (18).