Brevet FR2535799A1 — publié le 19840511

DISPOSITIF DE REGULATION DE LA VITESSE D'ECOULEMENT DES EAUX USEES DANS UN SIPHON La présente invention concerne un dispositif de régulation de la vitesse d'écoulement des eaux usées dans un siphon, constitué par un canal de section fixe comprenant plusieurs tronçons successifs différemment inclins par rapport à l'horizontale Pour contourner des obstacles tels que par exemple des cours d'eau, des ouvrages d'art ou d'autres conduites, les systèmes de canalisations ou conduits d'évacuation des eaux usées doivent comporter des siphons habituellement constitués par un canal de section fixe comprenant plusieurs tronçons successifs différemment inclinés par rapport à l'horizontale. Bien que le nombre des tronçons peut varier en fonction de la profondeur et de la largeur de l'obstacle à franchir, ces siphons comportent, comme tous les siphons, une partie "descendante" et une partie '@ascendante", et Fonctionnent sur le principe des vases communiquant. Alors que le transport des eaux claires ne pose aucun problème, celui des eaux usées charriant des composants solides pose le problème de l'ac- cumulation des déchets dans les zones basses du siphon ou dans les tron çons à faible déclivité. Ces accumulations se produisent lorsque la vitesse du courant dans le canal tombe au-dessous d'une valeur prédéterminée. Dans les systèmes conventionnels, aucun remède n'est prévu pour maintenir la vitesse du courant dans le canal au-dessus d'une valeur critique. Lors d'orages ou de pluies diluviennes, les canalisations sont très sollicitées, voire saturées, alors qu'en période de sécheresse, ces mêmes canalisations connaissent un débit très faible propice au déport des déchets solides. Dans les grands centres urbains, il n'est pas rare que les siphons se bouchent partiellement ou totalement, et que des équipes spécialisées soient appelées à intervenir pour les déboucher. Le coût de ces interventions est très élevé et les conditions de travail sont par ticulièrement désagréables. Pour remédier à ce problème, on a proposé un système dans lequel le ca nal comporte deux secteurs séparés, l'une de section relativement faible correspondant à 11 écoulement des eaux usées dans des conditions normales et l'autre, de section plus importante, qui entre en fonction pour absorber un excédent d'eaux usées, enparticulier lors des orages. Une chambre réceptrice des eaux usées, disposée à l'entrée du siphon, effectue automatiquement le partage en prévoyant des entrées de ces secteurs, disposées à des niveaux différents. Pendant les longues périodes de temps sec, il peut s'avérer nécessaire de vider les secteurs ou chambres d'évacuation des eaux de pluie à l'aide de pompes et de les rincer avec des conduits de nettoyage. Un autre système connu dit "siphon à coussin d'air" est utilisé pour résoudre ce problème d'accumulation de déchets. Ce siphon comporte nécessairement un tronçon horizontal raccordé, par l'intermédiaire de deux siphons latéraux, aux conduits d'arrivée et de sortie habituellement placés verticalement. La section du tronçon horizontal est relativement importante. La partie utile de cette section ou section utile de ce tronçon horizontal peut être modifiée grâce à la création d'un coussin d'air, provenant par exemple d'un compresseur et injecté au moyen d'une vanne. Lorsque le débit est faible, on réduit la section utile du conduit en accroissant le volume du coussin d'air pour maintenir la vitesse d'écoulement des eaux usées au-dessus d'une valeur prédéterminée, empêchant l'accumulation de déchets solides.Par contre, lorsque le débit augmente, on réduit le volume du coussin d'air pour accroître la section utile du conduit. Ce dispositif donne d'excellents résultats et peut être préconisé pour toutes les installations nouvelles de siphons. Il doit cependant répondre à des règles bien précises, en particulier il doit comporter un tronçon inférieur horizontal qui se prête à la constitution du coussin d'air indispensable au fonctionnement de ce siphon. On constate malheureusement que les siphons existants ne se prêtent pas à une transformation permettant d'appliquer tel quel le principe du coussin d'air. En effet, les tronçons inférieurs sont généralement in clinés, de sorte que le principe du coussin d'air ne pourrait s'appliquer que si les tronçons inférieurs étaient remplacés par un conduit ho rizontal approprié. Une telle modification serait extrêmement coûteuse, voire impossible dans certains cas. La présente invention se propose de pallier ces difficultés en. r#aIisant un dispositif de régulation pouvant être mis en place dans les siphons existants, sans nécessiter d'aménagements exceptionnels. Dans ce but, le dispositif de régulation selon l'invention comprend un élément allongé disposé à l'intérieur des tronçons successifs du canal constituant le siphon et dont la section est variable, et un organe de commande pour modifier la section de cet élément de manière à modifier la section utile du canal constituant le siphon. Selon un mode de réalisation avantageux, l'élément allongé comporte une poche souple élastique et l'organe de commande comporte un dispositif pour injecter un fluide à l'intérieur de cette poche. Pour la réalisation de cette poche, une solution #particulièrement avantageuse consiste à utiliser une membrane élastique constituée par une bande dont les bords latéraux sont fixés le long de la paroi du canal, de manière à délimiter une zone supérieure constituant la poche souple élastique et une zone- inférieure définissant la section utile du canal. Pour assurer la fixation de la bande constituant la membrane souple, celle-ci comporte, le long de ses bords latéraux, deux bourrelets agencés pour s'engager respectivement dans une des rainures longitudinales de deux profils fixés axialement -le long de la paroi intérieure du canal, sensiblement symétriquement par rapport à un plan médian. Selon une forme de réalisation préférée, le bourrelet est réalisé au moyen d'un câble d'armature surmoulé avec la matière élastomère qui constitue la membrane, et le profil a une forme générale de U dont les branches latérales comportent chacune un tronçon rectiligne disposé au voi sinage de la base du U, un tronçon incurvé disposé à l'extrémité libre de la branche correspondante et agencé pour guider la membrane respectivement dans sa position d'extension maximale et dans sa position d'extension minimale, et une zone resserrée pour former un étranglement à l'embouchure de la rainure, cette zone resserrée étant disposée entre les tronçons rectilignes et les tronçons incurvés.Grâce à ce dispositif, le montage de la membrane consiste, dans un premier temps, à fixer les profils le long des parois du canal, puis à glisser les bourrelets latéraux de la membrane à l'intérieur des rainures correspondantes des profils. Selon un autre mode de réalisation du dispositif décrit, l'élément allongé comporte un boudin de section approximativement circulaire ou ovale dont les parois sont élastiques, et qui est fixé tangentiellement à la paroi intérieure supérieure du canal. Pour assurer le remplissage et l'extension de la poche, l'organe de commande comporte de préférence un bassin à niveau réglable, ce bassin pouvant être mis en communication avec l'intérieur de l'élément allongé pour modifier la section utile du canal. Le réglage du niveau du bassin peut être effectué manuellement ou automatiquement en fonction de divers paramètres définis ci-dessous. Le bassin peut par exemple être alimenté par le cours d'eau que le siphon permet de contourner. Le principe de fonctionnement du dispositif selon l'invention sera mieux compris en référence à la description d'un exemple de réalisation et de quelques variantes, et au dessin annexé dans lequel : La figure 1 représente schématiquement le dispositif de régulation selon l'invention et son principe de fonctionnement, La figure 2 estunevueencoupeducanal du siphon équipé d'une membrane élastique fixée aux parois intérieures du canal, la section utile du canal étant fortement réduite, La figure 3 est une vue similaire à celle de la fig. 2, mais dans laquelle la membrane est représentée dans une position pour laquelle la section utile du canal est voisine de son maximum, La figure 4 représente une vue agrandie d'un exemple de réalisation du dispositif de fixation de la membrane, La figure 5 représente une autre forme de réalisation des moyens de fixation de la membrane, et La figure 6 est une vue schématique illustrant un boudin allongé, à parois élastiques, disposé à l'intérieur du canal en remplacement de la membrane des figures 2 et 3. En référence à la figure 1, le siphon 10 représenté est prévu pour contaurner un cours d'eau lys et se compose par exemple de trois tronçons successifs 12, 13, 14 qui relient entre elles la tête amont 15 d'un conduit d'amenée des eaux usées, et la tête aval 16 raccordée'à un conduit d'évacuation. Si ham désigne la hauteur du niveau des eaux usées dans la tête amont 15 et hav désigne la hauteur du niveau des eaux usées dans la tête aval 16, la différence Ah - kam - hav correspond aux pertes de charges hydrauliques dans le canal constituant le siphon 10 Ces pertes de charges sont fonction de la vitesse d'écoulement dans le canal. Comme mentionné précédemment, la condition nécessaire et suffisante pour éviter l'accumulation de déchets solides dans le siphon est que l'écoulement se fasse à une vitesse supérieure à une vitesse vO , appelée vitesse de consigne Le dispositif décrit, permet de faire varier la vitesse d'écoulement des eaux usées à travers le siphon 10, grâce à une régulation de la section utile du canal. A cet effet, ce canal est pourvu d' un élément allongé 17 disposé l'intérieur des tronçons 12, 13 et 14, au voisinage de la paroi supérieure du canal constituant le siphon 10. Cet élément allongé qui sera décrit plus en détail en référence aux figures suivantes, peut être plus ou moins "gonflé", de façon à augmenter ou à réduire la section utile du canal. A cet effet, il est relié à son extrémité amont, par l'intermédiaire d'un conduit de communication 18, à un bassin 19 dont le niveau est réglable au moyen d'une paroi 20 mobile verticalement, ou lame de niveau . Un dispositif de remplissage peut par exemple comporter un conduit 21 dont l'une des extrémités plonge dans le lit du cours d'eau 11, et une pompe 22 destinée à puiser de l'eau du cours d'eau et à la rejeter dans le bassin 19.La différence de niveau tH entre la hauteur hba du niveau d'eau dans le bassin 19, et la heu- teur hem qui est, comme mentionné précédemment la hauteur du niveau des eaux dans la tête amont 15, détermine la contrainte à l'intérieur de 1' élément allongé 17, c'est-à-dire son gonflement, dont dépend bien entendu la section utile du canal. L'extrémité aval de l'élément allongé 17 est reliée à un conduit de vidange 23 équipé d'une vanne 24, qui permet d'évacuer l'eau contenue à l'intérieur de cet élément, lorsque l'on souhaite "dégonfler" l'élément, ctest-à-dire augmenter la surface utile du canal. La description ci-dessus permet de comprendre aisément que, lorsque le débit des eaux usées diminue pour atteindre une valeur critique au-delà de laquelle la vitesse d'écoulement risque de descendre en dessous de la vitesse de consigne vO, il suffit, pour réduire la section utile du canal du siphon 10 et par là d'accroitre cette vitesse d'écoulement jusqu'à une valeur pour laquelle le risque de dépôt de déchets solides n'est plus à craindre, de "gonfler" l'élément allongé 17, ce qui s'effectue en créant une surpression à l'intérieur de cet élément, surpression correspondant à la différence de hauteur d'eau ss H définie précédemment. De façon analogue, en périodes de crues, ou suite à des pluies d'orages, lorsque le débit des eaux usées est important, l'augmentation de la section utile du canal du siphon 10 s'obtient en descendant le lame de niveau 20 .de façon à abaisser le niveau de l'eau dans le bassin 19 d'une valeur H, et en ouvrant le conduit de vidange 23 pour permettre l'éva- cuation au moins partielle de l'eau contenue dans l'élément allongé 17. Cette régulation dans les deux sens permet d'adapter la section utile du canal du siphon 10 de telle manière que la vitesse d'écoulement à l'intérieur de ce siphon soit touJours au moins égale à 18 vitesse de consigne vO. Par ce moyen on obtient un résultat-sensiblement similaire à celui que permettent d'obtenir les siphons à coussins d'air décrits précédemment. Les figures 2 et 3 illustrent un mode de réalisation préféré de l'élément allongé 17 défini précédemment. Comme le montre la coupe transversale, par exemple du tronçon 13 constituant le siphon 10, ce canal est ~ matérialisé par un tuyau 31 de section circulaire dont la paroi intérieu- re 32 porte deux glissières longitudinales de fixation 33 et 34 d'une membrane élastique 35, en forme de bande allongée dont les bords laté- raux sont engagés dans lesdites glissières de fixation. Sur les figures 2 et 3, la ligne interrompue 36 définit la position de repos de la memA brane 35, lorsque celle-ci n'est soumise ål aucune contrainte.La zone inférieure 37 représente la section utile d\s:. db mal du siphon et la zone supérieure 38- constitue un coussin de volume variable, dont l'effet est similaire au coussin d'air dans les siphona Q couasins d'air de l'art antér#ieur, destiné à modifier à volonté la section utile de ce canal. Sur la figure 2, la section utile 37 est relativement réduit6 et le coussin 38 est "gonflé" de manière à accroître la vitesse de circulation des eaux usées dans le canal 10. Sur la. figure 3, le volume du coussin 38 est considérablement réduit de manière à accroître la section utile du canal du siphon 10. En d'autres termes, la figure 2 correspond à une situation de basses eaux et la figure 3 corre#spond à une situation de crues. La figure 4 représente une vue agrandie en coupe transversale d'un rail de fixation 33 ou 34 permettant- le montage de la membrane 35 sur la pa roi intérieure 32 du conduit 31. Le rail 34 se compose d'un profil ayant une forme générale de U dont les branches latérales 40 et 41 comportent chacune un premier tronçon rectiligne 40a et 41a disposés au voisinage de la base 42 du U, un tronçon incurvé 40b et 41b respectivement disposé aux extrémités libres des branches correspondantes et une zone centrale reserrée 43 qui définit un étranglement à l'embouchure de la rainure 44 définie par ledit profil. Les bords latéraux de la membrane 35 se composent d'un bourrelet 45 constitué par un câble d'armature 46 surmoulé avec une couche du maté riau élastomère à l'aide duquel est réalisée la membrane 35. Au fond de la rainure 44 du profil 34, est disposé un joint d'étanchéité 47 qui est de préférence un profil en caoutchouc creux, gonflé sous une pression voisine de 10 bars. Les- ex-trémités incurvées 41b et 40b des branches du profil en forme de U permettent de guider la membrane dans ses différentes positions extrêmes. La position représentée en traits pleins et portant le No de référence 35 correspond à la posi- tiori d'extension maximale ou à la position d'auto-curage pour laquelle la section utile du canal est minimale.La position de montage est représentée par une double ligne interrompue 35a. La position de retrait maximale est représentée par la double ligne 35b. La position limite en cas de mauvais fonctionnement de la membrane est représentée par le double trait interrompu correspondant à la référence 35c. La figure 5 représente une autre forme de réalisation des moyens de fixation de la membrane, comportant deux tubes 51 et 52 soudés sur une barre 53 fixée le long de la paroi intérieure du canal. Un étranglement 54 est ménagé entre les deux tubes 51 et 52 qui définissent une rainure 55 à l'intérieur de laquelle est logé un bourrelet latéral 56 de la membrane 57. Une masse spatulée 58 permet de réaliser une zone de guidage pour protéger la membrane lorsqu'elle adopte sa position extrême plaquée contre la paroi supérieure du canal. La figure 6 représente une autre forme de réalisation dans laquelle la membrane a été remplacée par un boudin 60 de section circulaire ou ovale suspendu, par exemple par un système de rails (non représenté), à la paroi supérieure du canal. Ce boudin peut être gonflé de façon plus ou moins forte et adopter différentes positions selon les conditions d'utilisation. La référence 60' indique une position correspondant aux périodes de sécheresse, la position 60 représente une position moyenne et la référence 60" une position correspondant aux débits en temps de pluie. Le principe de fonctionnement de ce dispositif est identique à celui de la membrane. Deux corps solides 61 à l'intérieur du boudin font en sorte que celui-ci ne se plisse pas d'une façon exagérée. La présente invention n'est, bien entendu, pas limitée aux formes de réalisations décrites mais peut subir diffdrentes modifications et se présenter sous différentes variantes évidentes pour l'homme de l'art. Revendications 1. Dispositif de régulation de la vitesse d'écoulement des eaux usées dans un siphon, constitué par un canal de section fixe comprenant plusieurs tronçons successifs différemment inclinés par rapport à l'horizontale, caractérisé en ce qu'il comprend un élément allongé (I7) disposé a l'intérieur d'au moins un des tronçons successifs (12, 13, 14) du canal constituant le siphon (10), et dont la section est variableet un organe de commande (19), pour modifier la section de cet élément de manière à modifier la section utile du canal constituant le siphon. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lréîément allongé (17) comporte une poche souple élastique et en ce que l'organe de commande comporte un dispositif pour injecter un fluide à l'intérieur de cette poche. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément allongé comporte une membrane élastique (35) constitué par une bande dont les bords latéraux sônt fixés le long de la paroi (32) du canal de manière à délimiter une zone supérieure (38) constituant la poche souple élastique et une zone inférieure (37) définissant la section utile du canal. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément allongé comporte un boudin (60) de section au moins approximativement circulaire ou ovale, dont les parois sont élastique et qui est fixé tangentiellement à la paroi intérieure supérieure du canal. 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la bande constituant la membrane comporte le long de ses bords latéraux deux bourrelets (45) agencés pour s'engager respectivement dans une des rainures longitudinales (44) de deux profils (34) fixés axialement le long de la paroi intérieure du canal, sensiblement symétriquement par rapport à un plan médian. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le bourrelet (45) est réalisé au moyen d'un cible d'armature (46) surmoulé avec la matière élastomère qui constitue la membrane et en ce que le profil a une forme générale de U dont les branches latérales (40 et 41) comportent chacune un tronçon rectiligne (40a, 41a), disposé au voisinage de la base (42) du U, un tronçon incurvé (40bu 41b) disposé à l'extrémité libre de la branche correspondante et agencé pour guider la membrane respectivement dans sa position d'extension maximale et sa position d'extension minimale, et une zone reserrée pour former un étranglement (43) à l'embouchure de la rainure (44), disposée entre les tronçons rec tilignes et les tronçons incurvés. 7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le profil de fixation comporte deux éléments tubulaires (51, 52) fixés sur une plaque de base (53), ces éléments tubulaires étant disposés de manière à ménager une rainure (55) à l'intérieur de laquelle est engagé le bourrelet latéral de la membrane élastique (57). 8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de commande comporte des moyens po#ur créer une surpression à l'intérieur de l'élément allongé. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens pour créer une surpression à Itintérieur de l'élément allongé comportentun bassin d'eau (19) et un conduit de liaison (18) pour faire communiquer l'intérieur dudit bassin avec l'intérieur de l'élément allongé, ce bassin étant agencé de telle manière que son niveau maximal soit supérieur au niveau de l'eau dans la tête amont (15) du siphon (lu). lO.Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit élément allongé comporte un conduit d'évacuation (23), disposé au voisinage de la tête aval (16) du siphon (10), ce-conduit étant agencé pour libérer une surpression à l'intérieur de l'élément allongé.