Brevet FR2569575A1 — publié le 19860307

"PROCEDE ET INSTALLATION D'OX6YGENATION EN EAU PROFONDE" la presente invention est relative à l'oxygénation en eau profonde. Les masses d'eau naturelles ou artificielles de grande profondeur sont soumises à un phencuène périodique de stratification thermique. Pendant la duree de ce phénomène (de gai à octctre), le transfert naturel de l'oxygène de l'air est limite aux couches superficielles de la masse d'eau (épilinnion) Les couches profondes Grypolimnion) dépoovues d'oxygène dissous sont alors le siège de fermentations anaérobies des matières organiques accumulées dans la masse d'eau entraînant la disparition de la faune aquatique et l'évolution vers un état eutrophe. L'apport artificiel et forcé d'oxygène à ces masses d'eau répond au problème posé par l'eutrophisation . t'oxygénation à partir de l'air parfois préconisée constitue une approche économiquement défavorable par rapport à l'utilisation d'oxygène pur. En effet,, dune part l'injection d'air dans l'hypoli"nion nécessite une source d'énergie importante sur le site ma'e (énergie de cempression de l'air), d'autre part l'azote de l'air non utilisé apporte une puissance de brassage qui détruit la stratification et induit alors des conscmma- tions d'oxygène supérieuresà celles des couches profondes seules. te but de 1 invention est de limiter la consommation d'oxygène, et l'énergie utilisée sur le site A cette fin, il est nécessaire de confiner l'oxygénation aux seules couches profondes à l'aide d'un matériel de faible puissance et facilement maniable. De plus, il est indispensable d'éviter la mise en place de canalisations de grande longueur pour véhiculer les couches d'eau profondes, ce type d'opération générant des coûts d'investissement prohibitifs. Selon l'invention, on a conçu une unité de transfert autonome immergeable dans les couches profondes des masses d'eau, avec un "cordon ombilical" reliant cette unité autonome à l'unité de contrôle sur la berge, pour le transfert de l'énergie électrique et l'apport d'oxygène pur. Cette unité autonome assure la répartition de l'oxygène dissous dans toute la couche profonde et met en oeuvre un procédé d'oxygénation en eau profonde, du genre où l'on oxygène un courant primaire que l'on fait ensuite passer dans une tuyère d'entrainement et de mélange d'un courant secondaire, caractérisé en ce que I ' oxygénation du courant primaire est assuré par apport d'oxygéne prélevé d'un stockage sur berge en amont d'une veine dlecoulement à circulation substantiellement verticale ascendante prenant naissance près du fond de l'eau, après quoi, l'eau s'écoule en véhiculant des bulles d'oxygène autour de ladite veine et vers le bas dans une zone de stabilisation, puis ladite eau à forte teneur en oxygène est confinée dans une pluralité de courants répartis circonferentiellement à orientation centrifuge, chacun dans une tuyère d'entraineeent d'eau secondaire. De préférence, les courants à orientation centrifuge sont également orientés à écoulement ascendant, l'angle d'ascendance étant compris entre 50 et 450, et de préférence de l'ordre de 300. L'invention concerne également une installation d'oxygénation, du genre comprenant un dispositif d'oxygénation à cône d'axe vertical orienté vers le haut, caractérisée en ce qu'il est équipé d'une conduite axiale d'alimentation ouverte à l'eau libre en son extrémité inférieure et pourvue d'un moyen d'injection d'oxygène sous forme de bulles, ledit cône étant en outre équipé d'une pluralité de conduits radiaux débouchant chacun dans une tuyère d'entrainement d'eau secondaire. Dans une variante de réalisation, les conduits radiaux sont également orientes vers le haut. L'invention est maintenant décrite, à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en élévation de l'unité autonome ; - la figure 2 est une vue la dessus - la figure 3 est une vue sohematique d'implantation dans un lac. En se référant aux dessins, une unité autonome d'oxygénation est constituée par un cône 1, la pointe 2 dirigée vers le haut, prolongé à sa base par une virole 3, fermée par un fond -bombe 4 ; la hauteur totale de cette partie est égale à 2,5 m pour une capacité de pompage primaire de 300 m3 /h. te cône 1 est alimente en débit primaire par l'interdddiaire d'une colonne centrale 5 raccordée dans sa partie inférieure au refoulement d'une pompe primaire 8. Dans cette partie inférieure et à l'extérieur du cône se situe l'injecteur d'oxygène pur constitue par une couronne 10 concentrique à la colonne centrale 5 et percée de trous de car'unication pour le passage du gaz entre cette couronne et la colonne centrale, et alimentée par une conduite il Il aboutissant à la berge, un poste de stockage d' oxygène 30, avec d'ailleurs un cable électrique pour la pompe 8 aboutissant à un poste électrique 31. te débit primaire contenant 1'oxygène dissous est évacué du cône par deux orifices dianétralement opposés 12, 13 de diamètre 0,1 m. tes orifices 12, 13 du cône Immerge sont prolongés par un tuyau 14, 15 formant un angle a par exemple 300 entre son axe et le plan horizontal. L'extrémité de ou tuyau comporte une buse conique convergente 16, 17 dont l'orifice à un diamètre de 0,06 m. Cette buse 16717 débouche dans une tuyère 18, 19 constitué d'un tuyau ayant par exemple une longueur de 1,2 m et de diamètre 0,4 r m. La tuyère 18, 19 est maintenue solidaire de 17ensemble par l'intermédiaire d'un chassis rigide 20,21 dont une extrêmité est accrochée par un cable 22, 23 à la partie supérieure du cône L'angle des tuyaux 14, 15 par rapport au plan horizontal et leur longueur L sont détenminés de telle manière que le courant de mélange et de diffusion induit par les éjecteurs reste confiné aux couches profondes de la masse d'eau, comme il ressort de la figure 3 où on a indiqué un A l'hypolimion et un B l'épilimmion séparés entre eux par la thermocline C ; les flèches f représentent les circulations d'eaux issues des tuyères 18, 19. L'angle a est fonction de la hauteur de la thermocline (Hl HO) au-dessus du fond. Ainsi cet angle a est d'autant plus réduit que cette profondeur (Hi - Ho) plus faible. La longueur L est fonction de la surface de la couche d'eau profonde à oxygéner. Le procédé et le matériel d'application décrits cidessus, appliqués à une retenue d'eau artificielle, d'un volume total de 7 000 000 m3 d'eau dont 1 850 000 dans les couches profondes (H1 = 12 m, HO = 32 nX, sont constitués par trois unités autonomes immergées et d'une unité de contrôle sur berge. Les trois unités immergées sont réparties sur une longeur totale de 1 000 m, la largeur de la retenue étant d'environ 15G m. La surface de traitement concernée par chaque unité est de l'ordre de 50 000 m2, soit un volume de 600 000 m3 d'eau, les capacités de pompage étant respectivement 300 m3 /h pour le primaire et 2 000 m3 nh pour le secondaire. La capacité de transfert, compte tenu de la profondeur d'imaersion, est variable de 0 à 600 kg oxygène par jour. Sur ces installations les valeurs de a et LS sont a = 700 LS = I m Cette capacité de transfert maximale appliquée aux trois unités intallées permet de maintenir une concentration en oxygène dissous prise entre 3 et 6 mg/l dans les couches profondes (hypolImnion3. L'apport spécifique (kg 02/kwh) optimal obtenu avec les unités est de l'ordre de 2 kg 02/kwh. Le rendement de transfert (02 dissous/02 injecté) est voisin de 100 %. Les domaines d'application du procédé sont l'oxygénation des couches d'eau profonde des retenues d'eau naturelles ou artificielles, l'oxygénation de bassin-tampon de station d'épuration, Iroxygénation de bassin d'activation de station d'épuration, l'oxygénation de rivières. REVENDICATIONS 1. Procédé d'oxygénation en eau profonde, du genre où l'on oxygène un courant primaire que l'on fait ensuite passer dans une tuyère d'entrainement et de mélange d'un courant secondaire, caractérisé en ce que l'oxygénation du courant primaire est assuré par apport d'oxygéne prélevé d'un stockage sur berge en amont d'une veine d'écoulement à circulation substantiellement verticale ascendante prenant naissance près du fond de l'eau, après quoi, l'eau s'écoule en véhiculant des bulles dDoxygene autour de ladite veine et vers le bas dans une zone de stabilisation, puis ladite eau à forte teneur en oxygène est confinée dans une pluralité de courants répartis circonférentiellement à orientation centrifuge, chacun dans une tuyère dVentrainement d'eau secondaire. 2. Procédé d'oxygénation en eau profonde selon la revendication 1 caractérisé en ce que les courants à orientation centrifuge sont également orientés à écoulement ascendant. 3. Procédé d'oxygénation en eau profonde selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'angle d'ascendance est compris entre 50 et 450 et de préférence de l'ordre de 300. 4. Installation d'oxygénationl du genre comprenant un dispositif d'oxygénation à cône d'axe vertical orienté vers le haut, caractérisée en ce qu'elle est équipée d'une conduite axiale d'alimentation ouverte à l'eau libre en son extréinité inférieure et pourvue d'un moyen d'injection d'oxygène sous forme de bulles, ledit cône étant en outre équipé d'une pluralité de conduits radiaux débouchant chacun dans une tuyère d'entrainement d'eau secondaire. 5. Installation d' oxygénation, selon 4, caractérisée en ce que les conduits radiaux sont également orientés vers le haut.