Brevet FR2623490A1 — publié le 19890526

DISPOSITIF POUR LA REGENERATION DES PLANS D'EAU La présente invention a pour objet un dispositif pour la régénération des plans d'eau. Il est fréquent que des plans d'eau subissent un phénomène d'eutrophisation qui a pour origine un apport excessif de matières organiques qui déclenche le processus suivant Au cours d'une année, un plan d'eau subit deux périodes de circulation, l'automne et le printemps, et deux périodes de stagnation, l'hiver et l'été. Durant l'été, la masse d'eau des plans d'eau forme deux couches distinctes, la couche supérieure, plus chaude et par conséquent plus légère, l'hépilimnion, qui a un bon contact avec l'atmosphère, et la couche inférieure, plus froide et plus lourde, l'hyperlimnion, qui se trouve isolé de l'atmosphère. Dans la couche supérieure, les algues planctoniques produisent des substances organiques et de l'oxygène comme produit secondaire. Si les éléments nutritifs s'accroissent par suite de pollution provenant de l'extérieur, la production des substances organiques augmente également. Lorsque ces organismes meurent, ils descendent dans l'hypo- limnion froid où ils se décomposent normalement en boues oxydées. Pour que ce processus puisse avoir lieu, il faut que l'hyperlimnion cède de l'oxygène. En cas de charge excessive pendant les périodes d'hiver et d'été, il peut se créer des conditions anaérobie (absence complète d'oxygène) dans la couche inférieure. Lorsque cela se produit, il se forme alors de l'acide sulthridique et, simultanément, les éléments nutritifs contenus dans la vase se dissolvent dans l'eau. Au cours de la période de circulation qui suit, ces éléments sont, à nouveau, mélangés dans la masse totale du plan d'eau. II en résulte, une fois de plus, une production excessive de substances organiques dans l'épilimnion et une consommation rapide de l'oxygène de l'hyperlimnion, au cours de la période de stagnation suivante. Même si l'apport des déchets et des eaux usées est coupé, le plan d'eau a, généralement, peu de chance de pouvoir sortir du cercle vicieux de cette fertilisation interne. Pour limiter l'eutrophisation, il est avantageux d'éliminer, au moins dans leur majeure partie, les déchets qui engendrent la formation des matières organiques. Cependant, ce moyen ne peut que limiter les effets de la pollution, et n'est pas suffisamment efficace pour traiter un plan d'eau déjà contaminé. Il convient, dans un tel cas, de procéder à une opération de régénération qui consiste à - alléger la couche supérieure, au fur et à mesure qu'elle se forme, afin de permettre à la couche inférieure de rester en contact avec l'atmosphère, - recueillir les matières organiques, notamment les algues, au fur et à mesure qu'elles se déposent sur la couche supérieure, pour ne pas alourdir la couche inférieure. Cependant, compte tenu de la fragilité des fonds et notamment de ceux des lagunes cotières, il est indispensable de mettre au point un dispositif spécifique qui tienne compte de ces impératifs. En ce qui concerne la phase préventive qui consiste à éliminer dans sa majeure partie les matières organiques, il peut être fait référence aux travaux menés antérieurement par les Demandeurs et ayant fait l'objet de dépôts de demandes de brevets, et notamment des demandes de brevets français 87 06880 concernant la méthanisation de déchets marins et autres matières organiques et 87 06881 concernant le dessalement hydro-mécanique des déchets marins. La présente demande de brevet vise pour sa part à fournir un dispositif particulièrement efficace pour réaliser la régénération des plans d'eau, quelle que soit la nature de ceux-ci: lacs de moyenne ou grande profondeur, étangs qui sont généralement de faible profondeur, et lagune côtière ou fluviale, présentant simultanément des "plateaux" de faible profondeur, et des chenaux qui peuvent atteindre ou dépasser dix mètres de profondeur. En ce qui concerne les lagunes côtières, leur formation est due à une interaction dynamique complexe entre l'accumulation des sédiments apportés par les fleuves et l'action érosive des vagues et des courants marins. Cette formation a pour issue de combler entièrement l'aire lagunaire en raison de la formation d'un cordon de dunes qui s'oppose à l'action de la mer et favorise l'accumulation des sédiments d'origine fluviale.Une lagune a donc une durée de vie relative~ ment courte qui peut être estimée à une dizaine de siècles. Tel est notamment le cas de la lagune de Venise dont la sauvegarde pose actuellement un problème important. Il est apparu que, pour traiter les différents types de plans d'eau, il convenait d'adapter les moyens mis en oeuvre au mode de traitement le plus judicieux dans chaque cas. Les lacs "cuvettes" sont profonds et résultent de déformations de l'écorce terrestre ou de creusements spécifiques à certains domaines morphologiques, leur fond comporte, généralement, un ou plusieurs points bas où s'accumulent les alluvions et les sédiments de toutes natures. Lorsqu'ils sont contaminés, pour les régénérer, il faut traiter chacun de ces points bas. Les lacs "barrages" sont moins profonds et résultent de retenues, situées en arrière de contre-pentes d'origine variée. Le fond est constitué par le lit du cours d'eau qui l'alimente. Les alluvions et les sédiments, de toutes natures, s'accumulent dans la partie basse. Lorsqu'ils sont contaminés, pour les régénérer, il faut traiter, sur toute sa longueur, la partie envahie par les alluvions et les sédiments de toutes natures. Les lagunes ont un relief particulier. Elles sont composées de plateaux parcourus par des chenaux navigables. - Dans les plateaux, où les eaux sont peu profondes, il faut tenir compte que, outre les dépôts des alluvions et des sédiments, l'apport excessif des déchets organiques, venus de l'extérieur de la lagune, et le grand éclairement du fond, favorisent la prolifération des algues, qu'il faut récolter au moment de leur "floraison", afin qu'elles n'accentuent pas, lors de leur putréfaction, la pollution de la lagune. - Dans les chenaux navigables, où les eaux sont profondes, l'accumulation des alluvions et des sédiments, de toutes natures, augmentent la formation de la couche supérieure, tout en comblant les chenaux, alors qu'il faut, au contraire, l'alléger pour permettre à la couche inférieure de s'oxygéner. Lorsque les lagunes sont contaminées, et elles le sont dans la majeure partie des cas, il faut - Dans les plateaux, atténuer l'apport des alluvions et des sédiments, et récolter, en même temps et par le même moyen, les algues. - Dans les plateaux, atténuer l'apport des alluvions et des sédiments, et récolter, en même temps et par le même moyen, les algues. - Dans les chenaux navigables, plus particulièrement touches, maintenir, à un niveau déterminé, le fond des chenaux en éliminant, au fur et à mesure qu'ils se présentent, les apports excédentaires. Il en résulte des traitements adaptés à chaque cas Pour les lacs cuvettes, il faut, à la fois, alléger la couche supérieure, dans les points bas, et oxygéner les eaux. Dans les lacs barrages, il faut, à la fois, alléger la couche supérieure, sur toute la longueur du lit envahie par la vase, et oxygéner les eaux. Dans les lagunes, il faut - dans les plateaux, où les algues prolifèrent, collecter ces dernières automatiquement et industriellement par un moyen qui permette, en dehors de la collecte, de stabiliser le fond des bassins traités - dans les chenaux navigables, parcourant les bassins où les algues prolifèrent, il faut, à la fois, alléger la couche supérieure, sur toute leur longueur, et oxygéner les eaux. Le dispositif de régénération, selon l'invention, comprend au moins un régénérateur posé au fond du plan d'eau et reposant sur ce fond par une semelle débordant latéralement par rapport aux parois latérales qui délimitent avec la paroi supérieure une enceinte communiquant avec liextérieur par des ouvertures régulièrement espacées, ménagées en partie basse, c'est-à-dire à proximité de la semelle, permettant la pénétration des vases, une ouverture étant ménagée dans la paroi supérieure, qui débouche dans une canalisation reliée à une station de pompage. En pratique, les vases pénètrent par aspiration dans le régénérateur, en partie basse de celui-ci, et sont évacuées de celui-ci par la canalisation débouchant à sa partie haute, en direction de la station de pompage. La semelle que comporte chaque régénérateur sert, d'une part, à stabiliser celui-ci et, d'autre part, évite, en raison de ses parties en débord, l'aspiration des vases de la couche inférieure. Si besoin est, il est possible d'améliorer la stabilité du régénérateur par adjonction de béquilles. Avantageusement, une vanne automatique programmée est disposée entre l'ouverture ménagée dans la paroi supérieure et la canalisation reliée à la station de pompage. Cette vanne permet de régler le temps d'aspiration, ce qui est avantageux, d'une part, pour limiter la puissance de la station de pompage dans la mesure où celle-ci est associée à plusieurs régénérateurs qui travaillent en alternance et, d'autre part, pour favoriser le processus même de régénération. En effet, il n'est pas souhaitable de faire fonctionner en permanence un régénérateur, pour éviter de déstabiliser celui-ci par une aspiration trop importante des vases, et du fait que la régénération des plans d'eau s'effectue pendant des périodes stagnantes, car en période de circulation, les éléments nutritifs sont mélangés à la masse d'eau. Selon une autre caractéristique de l'invention, afin de limiter le volume intérieur de chaque régénérateur et de favoriser l'aspiration des vases hors de celui-ci, la section de la chambre intérieure au régénérateur diminue depuis sa semelle vers sa paroi supérieure. Conformément à une autre caractéristique de l'invention, -la paroi supérieure de chaque régénérateur est équipée, sur sa face extérieure, d'un support pour une canalisation d'amenée d'air, reliée à une centrale de basse compression et destinée à assurer l'oxygénation du milieu par l'intermédiaire de busettes dont elle est équipée. Ce système d'oxygénation, inutile pour la régénération des plateaux contaminés par les algues, est particulièrement adapté pour le traitement des lacs cuvettes, des lacs barrages et des chenaux navigables des bassins contaminés par les algues. Dans la mesure où le dispositif est destiné à équiper un lac cuvette, il comprend une semelle circulaire, sur laquelle est montée une embase cylindrique de plus faible diamètre, équipée des ouvertures d'aspiration des vases, et surmontée d'une paroi supérieure conique comportant une ouverture centrale dans laquelle débouche la canalisation reliée à la station de pompage. Ce dispositif convient également pour l'équipement des intersections des chenaux navigables dans les lagunes. Comme indiqué précédemment, ce régénérateur peut être équipé d'une vanne automatique montée sur la canalisation d'aspiration des vases, ainsi que d'un support pour une canalisation d'amenée d'air alimentant des busettes en vue de l'oxygénation du milieu. Dans la mesure où le dispositif est destiné à équiper des lacs barrages, des chenaux navigables, ou des bassins contaminés par les algues, il comprend plusieurs régénérateurs parallèlépipèdiques disposés bout à bout dont chacun comporte une semelle inférieure présentant deux débords longitudinaux par rapport à l'embase et une ouverture centrale ménagée dans la paroi supérieure, cette ouverture communiquant par l'intermédiaire d'un élément coudé à 900 avec une canalisation d'aspiration fixée sur des supports solidaires de la face extérieure de la paroi supérieure, cette canalisation s'étendant sur la totalité de la longueur du régénérateur s'il s'agit de l'élément central ou d'un élément intermédiaire, et sur la moitié de la longueur du régénérateur pour les éléments d'extrémité, les canalisations des différents éléments étant reliées les unes aux autres et la partie centrale de la canalisation de l'élément central étant reliée à la canalisation connectée à la station de pompage. Avantageusement, l'intérieur de chaque régénérateur est équipé de panneaux longitudinaux orientés de l'extérieur vers l'intérieur et de bas en haut, destinés à réduire le volume intérieur de chaque élément et à favoriser l'aspiration des vases. Dans la mesure où le dispositif est plus spécialement destiné à équiper des lacs barrages et des chenaux navigables, chaque régénérateur est équipé, sur sa paroi supérieure, de supports d'une canalisation d'amenée d'air, cette canalisation s'étendant sur toute la longueur des différents éléments, celle de l'élément central communiquant en son milieu avec une canalisation reliée à la centrale de pression, les canalisations des différents éléments communiquant les unes avec les autres, et celles des éléments d'extrémité étant fermées aux deux bouts de l'installation. Selon une autre caractéristique de l'invention, les différents régénérateurs sont reliés les uns aux autres avec possibilité d'angulation par des cavaliers, tandis que les conduites, respectivement d'aspiration des vases et d'amenée d'air sont reliées les unes aux autres par des raccords souples. Les régénérateurs peuvent, par exemple, avoir une longueur de 20 mètres, et être associés par groupe de 5, avec un élément central, deux éléments d'extrémité et deux éléments intermédiaire. Les régénérateurs, destinés à l'équipement de bassins contaminés par les algues, peuvent avoir la même structure générale, sans système d'oxygénation et posséder des dimensions réduites. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples non limitatifs, deux formes d'exécution de ce régénérateur Figure 1 est une vue très schématique d'une installation de régénération Figures 2 et 3 sont deux vues d'un régénérateur circulaire, respectivement, en coupe selon la ligne Il-Il de figure 3 pour la figure 2, et de dessus pour la figure 3 ; Figure 4 est une vue en élévation du module central d'une série de plusieurs modules alignés dans le prolongement les uns des autres Figure 5 est une vue de dessus du module de figure 4 ; Figure 6 est une vue en coupe transversale de ce module selon la ligne VI-VI de figure 5 ;; Figure 7 est une vue de dessus d'un module d'extrémité Figure 8 est une vue en coupe transversale de ce module d'extre- mité selon la ligne Vili-Vili de figure 7 Figure 9 est une vue de dessus de l'assemblage entre deux modules allongés. La figure 1 représente une installation de régénération, dans laquelle le bassin à régénérer est désigné par la référence générale 2, et comporte une couche d'eau 3, une couche de limnion 4 et une couche d'hyperlimnion 5. Le régénérateur, désigné par la référence générale 6, repose sur le fond du limnion, et est relié à une station de pompage et d'oxygénation 7 par deux conduites, respectivement, 8 d'aspiration des vases et 9 d'envoi d'air sous pression en vue de l'oxygénation. De la station de pompage 7, les vases, s'il s'agit de vases d'origine marine, sont envoyées vers une station de dessalement 10, puis vers une station de méthanisation 12 comportant des cuves A, B et C, où se déroulent les différentes phases du processus de méthanisation. De l'unité de méthanisation sortent des engrais, du méthane et de l'anhydride carbonique. Les figures 2 et 3 représentent un premier régénérateur plus spécialement destiné à équiper un lac cuvette. Ce régénérateu#r comprend une semelle circulaire 13 sur laquelle est montée une embase cylindrique 14 de plus faible diamètre équipée d'ouvertures 15 régulièrement réparties et disposées à proximité de la semelle 13, l'embase 14 étant surmontée par -une paroi supérieure conique 16 présentant une ouverture centrale 17. Cette ouverture 17 débouche, par l'intermédiaire d'un coude 18 à 900 et d'une vanne programmable 19, dans une canalisation 20 reliée à la station de pompage. Sur la paroi supérieure 16 sont fixés des supports 22 soutenant une conduite 23 d'amenée d'air sous pression alimentant des busettes 24 d'oxygénation. Il est à noter que la semelle 13 assure la stabilité du régénérateur, cette stabilité pouvant être améliorée, si besoin est, par des béquilles non représentées au dessin, et évite une aspiration des vases sous le régénérateur risquant notamment de déstabiliser celui-ci. Les figures 4 à 9 représentent un autre dispositif de régénération plus spécialement destiné à équiper des lacs barrages ou des chenaux navigables. L'installation peut, par exemple, comprendre cinq régénérateurs de forme parallèlépipèdique, chacun d'une longueur de 20 mètres, disposés les uns à la suite des autres, à savoir un module central 25, deux modules intermédiaires 26 et deux modules d'extrémité 27. Le module central comprend une semelle 28 de forme générale rectangulaire sur laquelle est montée une embase 29 de forme parallèlépipèdique, la semelle débordant par rapport à l'embase, le long des deux parois longitudinales de celle-ci. Des ouvertures 30 régulièrement réparties, sont ménagées dans l'embase à proximité de la semelle 28 de celle-ci. Afin de limiter le volume intérieur de chaque module, celui-ci est équipé de parois 32 inclinées de l'extérieur vers l'intérieur et de bas en haut. Dans la paroi supérieure 33 de chaque module est ménagée, au centre de celui-ci, une ouverture 34 débouchant dans un tronçon de tubulure 35 formant un coude à 90 , débouchant lui-même dans une vanne 36 à commande programmable, débouchant également dans une conduite 37 fixée longitudinalement sur la paroi supérieure 33 du module et s'étendant sur toute la longueur de celui-ci. Dans la conduite 37 est prévu un piquage pour le raccordement à une conduite 38 susceptible de diriger les vases vers la station de pompage. Le module central 25 est également équipé, sur sa face supérieure, de supports 39 permettant la fixation d'une conduite 40 s'étendant longitudinalement sur toute la longueur du module et alimentant des busettes 42 d'oxygénation du milieu. De part et d'autre de ce module central 25 sont disposés deux modules intermédiaires 26 ne différant du module central 25 que par l'absence de piquage pour le raccordement à une conduite 38. Les conduites, respectivement 37 et 40, de chaque module intermédiaire sont reliées à celle du module central par des raccords souples, respectivement, 43 et 44. En ce qui concerne les modules proprement dits, ils sont reliés deux à deux par des cavaliers 45 avec possibilité d'une certaine latitude angulaire, comme montré à la figure 9. Les figures 7 et 8 représentent un module d'extrémité dans lequel les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références que précédemment. Ce module d'extrémité ne diffère des modules interné diaires qu'en ce que la canalisation 40 d'amenée d'air est obturée à son extrémité libre 46, et en ce que la canalisation 37 d'aspiration des boues ne s'étend que sur la moitié de la longueur du module. Les régénérateurs, destinés à l'équipement de bassins contaminés par les algues, possèdent la même structure générale, sans système d'oxygénation et, éventuellement, avec des dimensions réduites. Comme il ressort de ce qui précède, l'invention apporte une grande amélioration à la technique existante en fournissant un dispositif de régénération de conception simple, et susceptible de convenir pour le traitement de différents types de plans d'eau. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de ce régénérateur, décrites ci-dessus à titre d'exem ples ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation REVENDICATIO NS 1. - Dispositif pour la régénération des plans d'eau, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un régénérateur posé au fond du plan d'eau et reposant sur ce fond par une semelle (13, 28) débordant latérale ment par rapport aux parois latérales (14, 29) qui délimitent, avec la paroi supérieure, une enceinte communiquant avec l'extérieur par des ouvertures (15, 30) régulièrement espacées, ménagées en partie basse, c'est-à-dire à proximité de la semelle, permettant la pénétration des vases, une ouverture (17, 34) étant ménagée dans la paroi supérieure (16, 33), qui débouche dans une canalisation reliée à une station de pom page. 2. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une vanne automatique (19, 36) programmée est disposée entre l'ouverture (17, 34) ménagée dans la paroi supérieure et la canalisation reliée à la station de pompage (7). 3. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications I et 2, caractérisé en ce que la section de la chambre intérieure au régénéra teur diminue depuis sa semelle vers sa paroi supérieure. 4. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la paroi supérieure (16, 33) de chaque régénéra teur est équipée, sur sa face extérieure, de supports (22, 39) pour une canalisation (23, 40) d'amenée d'air, reliée à une centrale de basse com pression et destinée à assurer l'oxygénation du milieu par l'intermédiaire de busettes (24, 42) dont elle est équipée. 5. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend une semelle circulaire (13), sur la quelle est montée une embase cylindrique (14) de plus faible diamètre, équipée des ouvertures (15) d'aspiration des vases, et surmontée d'une paroi supérieure conique (16) comportant une ouverture centrale (17) dans laquelle débouche la canalisation (20) reliée à la station de pompage. 6. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs régénérateurs (25, 26, 27) parallèlépipèdiques disposés bout à bout dont chacun comporte une semelle inférieure (28) présentant deux débords longitudinaux par rapport à l'em base (29) et une ouverture centrale (34) ménagée dans la paroi supérieure, cette ouverture communiquant par l'intermédiaire d'un élément coudé à 900 avec une canalisation d'aspiration (37) fixée sur des supports soli daires de la face extérieure de la paroi supérieure, cette canalisation s'étendant sur la totalité de la longueur du régénérateur s'il s'agit de l'élément central (25) ou d'un élément intermédiaire (26), et sur la moitié de la longueur du régénérateur pour les éléments d'extrémité (27), les canalisations des différents éléments étant reliées les unes aux autres et la partie centrale de la canalisation de l'élément central étant reliée à la canalisation connectée à la station de pompage. 7. - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'intérieur de chaque régénérateur est équipé de panneaux longitudinaux (32) orientés de l'exterieur vers l'intérieur et de bas en haut, destiné: à réduire le volume intérieur de chaque élément et à favoriser l'aspiration des vases. 8. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que chaque régénérateur est équipé, sur sa paroi supérieure, de supports (39) d'une canalisation (40) d'amenée d'air, cette canalisation s'étendant sur toute la longueur des différents éléments, celle de l'élément central (25) communiquant en son milieu avec une canalisation reliée à la centrale de pression, les canalisations des différents éléments communiquant les unes avec les autres, et celles des éléments d'extrémité (27) étant fermées aux deux bouts de l'installation. 9. - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce -que les différents régénérateurs sont reliés les uns aux autres avec possibilité d'angulation par des cavaliers (45), tandis que les conduites (37, 40), respectivement d'aspiration des vases et d'amenée d'air, sont reliée: les unes aux autres par des raccords souples (43, 44).