Brevet FR2570824A1 — publié le 19860328

Procédé et dispositif de prélèvement d'échantillons liquides La présente invention concerne le prélèvement d'échantillons pour la surveillance en continu de la composition de liquides chargés ou non de particules solides par exemple des effluents industriels et urbains. Les dispositifs de prélèvement que l'on connatt actuellement soutirent directement les échantillons au moyen d'une pompe ou d'un système de mise sous vide relié par une canalisation à ltémissaire transportant le liquide dont la composition est à surveiller. Pour les uns la canalisation est alimentée de manière discontinue et purgée entre chaque soutirage d'échantillons qui s'effectue lorsqu'elle atteint son plein débit. Pour les autres cette canalisation est alimentée continuellement, le soutirage d'échantillons s'effectuant par un sectionnement momentané de la veine liquide. Ces dispositifs de prélèvement ne permettent pas d'effectuer une surveillance continue de longue durée même dans le cas d'un prélèvement discontinu. Il faut en effet se prémunir contre une évolution soudaine et de courte durée de la composition du liquide en adoptant une fréquence élevée d'échantillonnage alors que, par ailleurs, le volume de chaque échantillonnage ne peut être très réduit en raison de la vitesse d'écoulement du liquide dans la canalisation de prise d'échantillon et du diamètre de cette canalisation qui doivent être l'un et l'autre suffisants pour garantir l'entrainement des matières en suspension et éviter les risques de colmatage. Cela conduit à un volume important de prélèvement qui dépasse rapidement, sur une durée de l'ordre de l'heure, les limites des capacité de stockage des dispositifs. De plus, pour être représentatif de la pollution écoulée, le dispositif de prélèvement doit pouvoir tenir compte des variations de débit de l'effluent. Pour satisfaire ces impératifs, la demanderesse a déjà proposé dans une demande de brevet français enregistrée sous le nO 8.306.165, le 15 Avril 1983, un procédé et un dispositif de prélèvement utilisant une capacité tampon en remplissage quasi continu alimentée en effluent à un débit asservi à celui de l'émissaire, échantillonnée et vidangée chaque fois qu'elle est pleine. Un tel système à deux étages permet d'éviter le stockage d'un volume d'échantillons très important tout en conservant des vitesses de fluide suffisantes pour garantir la représentativité des prélèvements vis-à-vis des matières en suspension. On peut néanmoins éprouver des difficultés en cas de variation importante du débit de l'effluent car celles-ci sont répercutées sur le débit d'alimentation de la capacité tampon qui peut parfois devenir insuffisant pour entraîner les matières en suspension. La présente invention a pour but d'éviter cette difficulté et de permettre, d'une manière simple et efficace, une surveillance continue de la composition d'un liquide sur une longue durée, sans stockage d'un volume important de prélèvement et en tenant compte des variations de débit du liquide. Elle a pour objet un procédé de prélèvement d'échantillons liquides dans un émissaire à l'aide d'une capacité tampon remplie de manière quasi continue, échantillonnée et vidangée lorsqu'elle est pleine. Selon ce procédé, pendant chaque échantillonnage on prélève de la capacité tampon un volume de liquide fonction du débit de l'émissaire. Le réglage du volume d'échantillon soutiré de la capacité tampon permet de tenir compte des variations de débit de l'émissaire sans agir sur le débit d'alimentation de la capacité tampon qui peut alors être maintenu en toutes circonstances suffisamment élevé pour garantir l'entraînement des matières en suspension. De plus le système comporte un dispositif efficace de rinçage des bidons avant leur remise en remplissage, au moyen d'effluent décanté pulvérisé sous pression Selon un mode préféré de mise en oeuvre le procédé consiste - à remplir de manière quasi continue la capacité tampon au moyen d'une capacité intermédiaire reliée à l'émissaire par une simple canalisation d'amenée et à la capacité tampon par une canalisation d'évacuation, alternativement remplie depuis l'émissaire par une mise en dépression et vidée par une mise en pression dans la canalisation d'amenée qui est rincée et dans la canalisation d'évacuation qui alimente la capacité tampon, - à maintenir en agitation le contenu de la capacité tampon, à a vidanger la capacité tampon chaque fois qu'elle est pleine au-dessus d'un godet dont la contenance est variable selon son inclinaison réglée en fonction du débit de l'émissaire - et à vider le godet entre les vidanges de la capacité tampon dans un bidon de collecte d'échantillons. Elle a également pour objet un dispositif mettant en oeuvre ce procédé et comportant avantageusement un système de vidange, de permutation automatique et de rinçage de bidons de collecte d'échantillons qui permet de tenir à la disposition des utilisateurs des échantillons correspondant à plusieurs journées consécutives, chaque échantillon étant disponible en double afin de permettre à la fois des mesures et un contrôle. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description ci-après d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple. Cette description sera faite en regard de la figure unique du dessin qui représente un schéma hydraulique d'un dispositif de prélèvement d'échantillons selon l'invention. Ce dispositif est contenu dans une armoire 1 placée à proximité d'un émissaire 2 de liquide 3 dont on veut surveiller la composition en continu. Il comporte une pompe à vide 4 alimentant un réservoir de vide 5 et un compresseur 6 alimentant un réservoir d'air comprimé 7. Le compresseur 6 et la pompe à vide 4 sont équipés de filtres d'admission 8, 9. Une capacité intermédiaire 10 de six litres reliée par un système de canalisation 11 et d'électrovannes 12, 13 aux réservoirs de vide 5 et d'air comprimé 7 peut être mise en pression ou en dépression. Elle est mise en communication avec l'émissaire 2 par une canalisation d'amenée 14 et avec une capacité tampon 15 de dix litres par une canalisation d'évacuation 16. La canalisation d'amenée 1-4 est un simple tuyau de 15 mm de diamètre dont une extrémité est équipée d'une crépine 17 plongée dans l'émissaire 2 et dont l'autre extrémité présente à l'intérieur de la capacité intermédiaire 10 une embouchure 18 réglable en hauteur. La canalisation d'évacuation 16 également constituée d'un tuyau de 15 mm de diamètre est équipée d'une électrovanne 19 jouant le rôle d'un dispositif antiretour. Elle part du fond de la capacité intermédiaire 10 pour aboutir au-dessus de la capacité tampon 15 à une chambre 20. Le blocage de l'électrovanne 19 de la canalisation d'évacuation 16 et la mise sous vide de la capacité intermédiaire 10 assure le remplissage de cette dernière par l'intermédiaire de la canalisation d'amenée 14 dans laquelle le liquide atteint une vitesse supérieure à 2 m s ce qui permet d'assurer l'entrainement des matières en suspension. Des que le liquide atteint dans la capacité intermédiaire 10 un niveau haut détecté par un capteur de niveau 40, la capacité intermédiaire 10 est mise sous pression par inversion des positions des électrovannes 12, 13. Pendant un premier temps de cette mise sous pression, l'électrovanne 19 de la canalisation d'évacuation 16 reste fermée forçant le liquide à retourner à contre-courant vers l'émis- saire 2 par la canalisation d'amenée 14 qui se trouve rincée par un liquide légèrement décanté. Le rinçage s'arrête dès que l'embouchure 18 de la canalisation d'amenée 14 est découverte. Il est suivi dans un deuxième temps par l'ouverture de l'électrovanne 19 de la canalisation d'évacuation 16 qui permet le transfert du restant de liquide dans la capacité tampon 15. Les cycles de mise sous vide et sous pression de la capacité intermédiaire 10 se succèdent régulièrement assurant -le remplissage quasi continu de la capacité tampon 15 dans laquelle les matières solides sont maintenues en suspension grâce à un agitateur 21. Des sondes d'alarme détectant le dépassement de seuils pré-établis sont disposées dans la chambre qui est pourvue d'un orifice type bec de canard qui permet de la maintenir pleine malgré son mode de remplissage pulsé. La capacité tampon 15 est pourvue d'un système de vidange rapide formé d'un orifice d'écoulement aboutissant sur une électrovanne de vidange 22 commandée par un capteur de niveau haut 23. L'électrovanne de vidange 22 débouche au-dessus d'un godet basculant 24 à contenance variable en fonction de son inclinaison. Ce godet 24 est plus ou moins incliné en fonction du débit de liquide dans l'émissaire 2 vers une vasque de trop plein 25 et peut basculer en sens inverse de son inclinaison vers un entonnoir répartiteur 26. Chaque vidange de la capacité tampon 15 provoque le remplissage du godet 24 et le déversement du trop plein dans la vasque 25. Entre deux vidanges de la capacité tampon 15 le godet est basculé et déverse son contenu qui peut varier de quelques centimètres cubes à 250 cm3 dans l'entonnoir répartiteur 26. L'entonnoir répartiteur 26 dessert équitablement deux groupes A et T de trois bidons de collecte d'échantillons de 10 litres 27 montés sur deux tourelles superposées 28, 29 fixées sur un axe vertical commun entrainé en rotation par un moteur 30. Les tourelles 28, 29 amènent successivement les bidons 27 d'un groupe A ou T en position de remplissage, de stockage et de vidage. Ces derniers sont fixés sur les tourelles 28, 29 par l'intermédiaire de plateaux basculant 31 articulés autour d'un axe horizontal et pourvus d'un système à rouleaux et cames permettant de les maintenir debout dans les positions de collecte et de stockage et de les basculer dans la position de vidage. Des buses de rinçage 32 sont disposées face aux bidons A3, T3 en position de vidage. Elles sont alimentées par l'intermédiaire d'une électrovanne de rinçage 33 au moyen d'un réservoir décanteur 34 de 30 litres récupérant le liquide collecté par la vasque 25 à chaque vidange de la capacité tampon 25, une canalisation de trop plein 35 dirigeant le liquide en excédent vers une vidange générale. A la fin de chaque jour, la rotation des tourelles assure la permutation des bidons. Les bidons A2, T2 correspondant aux prélèvements de l'avant veille passe en positions de vidage A3, T3. Dès qu'ils sont basculés, le réservoir décanteur 34 est mis sous pression pendant un certain temps par l'ouverture d'une électrovanne 36 le reliant au réservoir d'air comprimé 7. Pendant une première partie du temps de mise sous pression du réservoir décanteur 34 l'électrovanne de rinçage 33 est ouverte pour alimenter les buses de rinçage, puis c'est le tour d'une électrovanne 37 qui contrôle la vidange du réservoir décanteur 34. Les bidons A3, T3 rincés de la veille sont relevés et passent en position A1, T1 de collecte sous les embouchures de canalisations 38, 39 provenant de l'entonnoir répartiteur 26 qui répartit également les prélèvements entre les deux bidons. Les bidons Al, T1 correspondant aux prélèvements de la veille passent en position de stockage. Durant l'opération de permutation des bidons l'échantillonnage est interrompu. La fixation des bidons sur leur plateau est assurée par un système à largage rapide réalisé par boucles et attaches élastiques, ce qui permet de les enlever et de les remettre après usage. L'ensemble des opérations est commandé et contrôlé par un programmateur utilisant un automate programmable. Outre la capacité tampon, les circuits de remplissage et de soutirage, les tourelles portant les bidons de stockage, le réservoir décanteur, le circuit de rinçage, et des organes d'alimentation, de contrôle et de régulation électrique, l'armoire contient aussi un système de régulation thermique conservant les échantillons à 40C. Ce dispositif de prélèvement s'adapte à tous les besoins concernant le volume total prélevé dans chaque bidon et la durée que représente l'échantillon contenu dans un bidon par un dimensionnement adéquat de la capacité tampon et des bidons et par réglage du volume prélevé dans la capacité intermédiaire à chaque cycle. il s'accommode des variations de débit du liquide dont la composition est à surveiller grâce à l'asservissement du volume du godet préleveur aux indications d'un débitmètre. il permet en outre une surveillance instantanée et sans délai de la composition du liquide grâce à l'implantation de sondes d'alarme dans la chambre 20 prévue sur le circuit de remplissage. On peut sans sortir du cadre de la présente invention modifier certaines dispositions ou remplacer certains moyens par des moyens équivalents. On peut notamment remplacer le système de pompage par mise sous vide par un système utilisant une pompe. On peut également obtenir un fonctionnement continu du circuit primaire de prélèvement en doublant la capacité intermédiaire en ayant une capacité en remplissage, tandis que l'autre est en échantillonnage. il est également possible d'augmenter le nombre de bidons ou de modifier leur volume. REVENDICATIONS 1/ Procédé de prélèvement d'échantillons liquides dans un émissaire (2) à débit variable consistant à remplir de manière quasi continue une capacité tampon (15) échantillonnée et vidangée lorsqu'elle est pleine, caractérisé en ce que à chaque échantillonnage, on prélève de la capacité tampon un volume de liquide fonction du débit de l'émissaire (2). 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que à chaque échantillonnage on prélève de la capacité tampon (15) un volume de liquide fonction du débit de l'émissaire (2) au moyen d'un godet (24) qui est rempli par gravité et dont la contenance varie selon son inclinaison réglée en fonction du débit de l'émissaire (2). 3/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on effectue chaque échantillonnage sur une veine liquide provenant de la vidange de la capacité tampon (15). 4/ Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on effectue chaque échantillonnage au moyen d'un godet (24) à contenance variable selon son inclinaison réglée en fonction du débit de l'émissaire qui est rempli par gravité par une veine liquide provenant de la vidange de la capacité tampon (15) et vidé entre les vidanges de la capacité tampon (15) dans un bidon de collecte d'échantillon. 5/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on remplit de manière quasi continue la capacité tampon (15) au moyen d'une capacité intermédiaire (10) reliée à l'émissaire (2) par une simple canalisation d'amenée (14) et à la capacité tampon par une canalisation d'évacuation (16) pourvue d'un dispositif antiretour (19), alternativement remplie depuis l'émissaire (2) par une mise en dépression et vidée par une mise en pression dans la canalisation d'amenée (14) qui est rincée et dans la canalisation d'évacuation (16) qui alimente la capacité tampon (15). 6/ Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 comportant - une capacité tampon (15), - un circuit de remplissage de la capacité tampon (15) à partir de l'émissaire (2), - un circuit de vidange de la capacité tampon (15) déclenché lorsqu'elle est pleine et un circuit de soutirage d'-échantillons liquides de la capacité tampon (15), caractérisé en ce que le circuit de soutirage d'échantillons liquides comporte un godet (24) à contenance variable selon son inclinaison réglée en fonction du débit de l'émissaire (2) qui est rempli par gravité par une veine liquide provenant de la vidange de la capacité tampon (15) et vidé dans un bidon de collecte d'échantillons entre chaque vidange de la capacité tampon (15). 7/ Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le circuit de soutirage d'échantillons liquides comporte en outre - un entonnoir répartiteur (26) dans lequel se vide le godet (24) entre chaque vidange de la capacité tampon (15) - au moins un groupe (A, T) de bidons de collecte d'échantillons fixés sur des plateaux basculants (31) portés par une tourelle rotative (28, 29) amenant successivement chaque bidon en position de remplissage de stockage et de vidage - et un dispositif de guidage maintenant les plateaux horizontaux en position de remplissage et de stockage et les faisant basculer en position de vidage. 8/ Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif de soutirage comporte en outre des moyens de rinçage opérant sur les bidons lorsqu'ils sont en position de vidage et comportant au moins une buse alimentée (32) par un réservoir décanteur (34) recevant les trop pleins des vidanges de la capacité tampon (15) et mis momentanément sous pression. 9/ Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le circuit de remplissage de la capacité tampon (15) comporte une capacité intermédiaire (10) reliée à l'émissaire (2) par une simple canalisation d'amenée (14) et à la capacité tampon (15) par une canalisation d'évacuation (16) pourvue d'un dispositif antiretour (13) alternativement remplie depuis l'émissaire (2) par une mise en dépression et vidée par une mise en pression dans la canalisation d'amenée (14) qui est rincée et dans la canalisation d'évacuation (16) qui alimente la capacité tampon (15). 10/ Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le circuit de remplissage de la capacité tampon (15) comporte au débouché de la canalisation d'évacuation (16) de la capacité intermédiaire (10) dans la capacité tampon (15), une chambre (20) muni d'une évacuation en bec de canard permettant de la maintenir pleine pendant un cycle d'aspiration et de refoulement de la capacité intermédiaire et, dans cette chambre (20) des sondes d'alarme.