Brevet FR2628476A1 — publié le 19890915

6. L'invention porte sur un puits foncé qui a une paroi en béton ou en béton armé avec une ouverture pratiquée à l'intérieur et renfermant un filtre. Que ce soit pour la production d'eau potable, d'eau industrielle ou d'eau d'irrigation ou pour l'évacuation de l'eau souterraine du sous-sol (pour des raisons de technoogie de construction par exemple), on connaît l'existence de puits de conceptions différentes: par exemple puits tubés, puits profonds, puits horizontaux, puits sous vide, puits foncés, etc.. Le choix du type de puits approprié se fait en tenant compte des données respectives, et en premier lieu des conditions hydrogéologiques. Si la couche de fond aquifère présente une granulation particulièrement fine et une faible épaisseur de couche (2 à 3 m par exemple), la production d'eau se heurte à des difficultés avec tous les types de puits, et notamment en raison des causes suivantes: - les petits grains fins se déplacent de façon très intensive en même temps que l'eau qui afflue dans le puits, ce qui aboutit d'une part à un rapide engorgement du fitre et d'autre part à l'ensablement du puits lors de la pénétration des petits grains à l'intérieur; - avec les puits tubés qui sont utilisés le plus fréquemment et peuvent être fabriqués avec un coût relativement faible, on ne peut pas concevoir une surface de filtre de grandeur appropriée en raison de la faible épaisseur de couche, de sorte qu'on ne peut obtenir qu'une faible distribution d'eau avec des puits de ce type. Avec les puits tubés, la surface de filtre est encore réduite du fait de l'aspiration. L'invention a pour objet de créer un puits qui - 2 - 2628476 permette de résoudre avec certitude le problème de la production d'eau, même avec des conditions hydrogéologiques assez défavorables, et dont la durée de vie soit élevée. L'invention repose sur les faits acquis suivants: Les filtres à gravier naturels et artificiels, par exemple les couches de gravier de puits avec filtrage des zones de filtre et les couches de gravier et de sable utilisées dans les stations de retraitement des eaux, conviendraient pour réaliser une production d'eau sûre même avec les conditions hydrogéologiques extrêmes mentionnées au début (grande finesse de grain, couche aquifère de faible épaisseur), car le chemin d'écoulement des différentes particules élémentaires à travers le filtre chargé de petits grains est suffisamment long pour assurer l'efficacité nécessaire de filtrage. Une autre découverte: l'épaisseur de paroi des puits foncés qui ont une. paroi en béton ou béton armé peut être choisie assez grande ou telle que l'on puisse concevoir à l'intérieur des chambres offrant des volumes suffisants pour recevoir des couches granuleuses de substances filtrantes dont la quantité ou l'épaisseur soit appropriée pour un filtrage efficace; ces chambres sont délimitées sur les deux surfaces opposées par des. plaques perforées, fonctionnent comme des filtres à gravier et éliminent tous les inconvénients qui sont liés aux puits qui ont un filtrage traditionnel, qu'il s'agisse de puits tubés, de puits foncés ou de puits horizontaux. Fort de ces connaissances, on a résolu le problème qu'on s'est fixé, dans le sens de l'invention, en ayant recours à un puits tubé qui a une paroi en béton ou béton armé avec une ouverture (des ouvertures) pratiquée(s) dedans pour le logement du fitre et qui est caractérisé par le fait que le filtre est - 3 - 2628476 formé par une chambre de filtrage qui renferme du matériau granuleux fitrant dans l'espace intérieur délimité par des plaques filtrantes ajourées (fixes de préférence). Avec une forme de construction favorable, la chambre de filtrage est pourvue (en haut et en bas de préférence) d'ouvertures qui servent à l'évacuation (au moyen d'une pompe ou d'un compresseur par exemple) du matériau granuleux filtrant souillé ainsi qu'au remplissage du matériau filtrant propre et débouchent à l'intérieur du puits foncé. Dans ce cas, il est opportun que les ouvertures soient conçues sous la forme de tubulures filetées. D'après un autre exemple de réalisation de l'invention, la chambre de filtrage est prévue dans un orifice de passage étroit, de forme allongée, disposé verticalement et prévu dans la paroi du puits. Dans ce cas, la hauteur de la chambre de fitrage sera supérieure de trois à six fois sa largeur. D'après une autre caractéristique de l'invention, l'une des plaques est disposée dans le secteur du plan extérieur de la paroi du puits tandis que l'autre est logée dans le secteur du plan intérieur de cette paroi, de sorte que la largeur de la chambre de filtrage est égale ou à peu près égale à l'épaisseur de paroi du puits foncé. En outre, il est indiqué de raccorder un cadre (en t le d4acier de préférence) dans l'ouverture (les ouvertures) pratiquée(s) dans la paroi du puits. Dans ce cas, il est avantageux que les plaques à filtre soient fixées sur le cadre par un assemblage indétachable (de préférence joint soudé). La caractéristique d'une autre forme de construction du puits foncé est que la plaque à filtre est conçue avec une - 4 - 2628476 configuration de pont. Dans ce cas, il est indiqué que le puits foncé ait une ou plusieurs chambres de filtrage qui, soit est (sont) délimitée(s) par des nervures sortant recourbées d'un c8té du plan de l'assise et par des plaques à filtre pourvues chacune d'une fente sous les nervures et ayant une configuration de pont, soit est (sont) délimitée(s) par des nervures recourbées sortant alternativement, dans des directions opposées, des deux côtés du plan de l'assise et par des plaques à filtres pourvues chacune d'une fente. D'une façon générale, le puits foncé est construit à base d'anneaux préfabriqués en béton armé selon une technologie de grappin-abaissement et présente une plaque de base en béton ou béton armé fabriquée par bétonnage sous-marin ainsi qu'une plaque de de recouvrement comportant, un trou d'homme. Par ailleurs, il est avantageux que le puits foncé ait des chambres de fitrage disposées sur une rangée ou sur plusieurs rangées superposées, et ce de façon symétrique par rapport à son axe médian géométrique vertical, et que les chambres de filtrage prévues dans les rangées superposées soient décalées les unes par rapport aux autres. L'invention fait en outre l'objet d'une description plus détaillée sur les plans joints en annexe qui représentent une forme de réalisation avantageuse et quelques détails de construction. Voici ce que représentent ces plans: Fig. 1 une coupe horizontale du puits foncé le long de la ligne A-A cf. fig. 2 qui est agrandie par rapport à la fig. 1; Fig. 2 une coupe horizontale le long de la ligne B-B cf. fig. 1; Fig. 3 la coupe cf. fig. 2 avec une échelle agrandie, - -2628476 avec plus de détails; Fig. 4 une coupe verticale le long de la ligne C-C cf. fig. 3, dans une échelle agrandie; Fig. 5 une partie d'une forme d'exécution de la plaque à filtre représentée sur la fig. 4 avec configuration en pont en coupe verticale agrandie; Fig. 6 une coupe le long de la ligne E-E cf. fig. 5; Fig. 7 une autre forme d'exécution de la plaque à filtre avec configuration en pont et vue en perspective. Dans le cas de l'exemple.de réalisation des figures 1 et 2, le puits foncé 1 est fabriqué à partir d'éléments annulaires de puits préfabriqués en béton armé: l'élément 2 a une chemise percée d'ouvertures, est situé tout en bas et est enfoncé par son extrémité inférieure 5 dans la couche imperméable se trouvant en bas (par exemple couche de fond argileuse), l'élément de puits 3 situé tout en haut et à paroi épaisse dépasse du niveau du terrain t. Comme éléments de puits, il est recommandé d'utiliser des éléments de construction en béton "Rocha". Le puits foncé 1 est fermé par une plaque de recouvrement 8 qui comporte un trou d'homme 8a lui-même fermé par un chapeau (déjà connu). La couche aquifère est désignée par le numéro de référence 4, et le niveau de la nappe souterraine par la lettre de référence v. Dans l'élément de puits 2, on trouve les chambres de filtrage 7 qui contiennent le matériau filtrant granuleux (qui sera à décrire plus loin) et qui, dans le cas du présent exemple de réalisation, sont disposées en -deux rangées superposées à la périphérie de la paroi et réparties à des écarts latéraux.1 - 6 - 2628476 identiques par rapport à la courbe (fig. 2); les chambres de filtrage 7 prévues dans les rangées superposées sont décalées entre elles d'un demiintervalle, ce qui veut dire en d'autres termes que les ouvertures, c'est à dire les chambres à filtre 7, sont disposées de façon symétrique par rapport à l'axe médian géométrique vertical y du puits foncé. On prévoit six- chambres à filtre 7 sur chacune des deux rangées. Les-chambres à filtre 7, c'est à dire les ouvertures pratiquées dans la paroi de béton de l'élément 2, ont une forme étroite allongée et une position verticale; leur hauteur est repérée par la lettre de référence c, et sa largeur par la lettre b. La largeur des chambres à filtre 7 est égale à l'épaisseur de paroi a du puits 1. La diamètre extérieur D1 du puits 1 peut être par exemple de 2,40 m et son diamètre intérieur D2 de 2 m (compte-tenu de son épaisseur de paroi de 20 cm). Avec de telles dimensions de puits., la hauteur àc des chambres à filtre peut être de 71,0 m, leur largeur b de 25 cm, et l'espacement k entre les rangées de chambres à filtre superposées de 7,30 cm. La hauteur des éléments de puits m est de 3,50 m. Avec ces conditions géométrqiues, les ouvertures pratiquées n'ont pratiquement aucune incidence sur la capacité portante des éléments de puits. La surface de filtre du puits foncé décrit est par ailleurs de 3 m3. A ce sujet, il faut faire remarquer que pour des raisons de simplicité, dans le cas de l'exemple de réalisation montré sur la figure 1, on a représenté la couche aquifère 4 comme si elle allait de la surface de la couche de fond argileuse 5 jusqu'au niveau du terrain t. dans ce cas, il est recommandé d'aménager les chambres à filtre dans la partie la plus basse du puits foncé 1. Il est évident que, dans le cas o _ 7 2628476 le puits traverse une ou plusieurs couches de faible épaisseur, les chambres de filtrage seront toujours disposées de manière à parvenir dans cette couche aquifère ou ces couches aquifères. La construction du puits montrée sur la fig. 1 se fait d'après la technologie de dragage souterrain-abaissement (technologie hydraulique de grappin) et les éléments du puits pourvus d'épaulement peuvent, sur les raccordements, être reliés et rendus étanches avec du matériau à prise rapide et imperméable à l'eau. L'élement du dessous 2 est pourvu d'une arête de coupe fabriquée en acier: pour réduire le frottement de surface lors de l'abaissement, on amène en permanence du gravier roulé 9 depuis la mine de travail initial près de la surface externe de la chemise. Quand on atteint le niveau prévu, on peut achever la plaque de fond 6 en béton armé avec un bétonnage souterrain (son épaisseur peut être calculée par un dimensionnnement approprié (méthode déjà connue). Sur les figures 3 et 4, (o les éléments de construction déjà décrits sont repérés par les numéros de référence déjà utilisés), on peut voir dans le détail la conception des chambres de filtrage 7. Dans les ouvertures verticales, étroites et allongées du puits 1, on trouve encastrés les cadres en t8le d'acier 12 avec une paroi de 10 mm par exemple qui sont fixés à la paroi de la chemise par exemple au moyen de pattes d'ancrage (non représentées) soudées et scellées dans du béton. On trouve soudées sur le cadre 12 les plaques à filtre lla, llb, -fixes ajourées d'ouvertures qui, dans le cas du présent exemple de réalisation, sont conçues comme des plaques avec configuration de pont. L'espace délimité par la plaque à filtre extérieure lla, la plaque à filtre intérieure llb et le cadre 12 est rempli d'un matériau - 8 -. 2628476 granuleux filtrant 10 et l'orifice de remplissage 1-3a accessible par l'intérieur 20 du puits 1 débouche dans la partie supérieure de cet espace (l'orifice d'évacuation 13b sort par le bas). La grandeur des percements (perforations, fentes, etc.) des plaques lla, llb, ainsi que la grosseur de grain (granulation) du matériau granuleux filtrant 10 doivent être choisies en fonction des conditions hydrogéologiques respectives. Les dimensions des ouvertures 13a, 13b, doivent être supérieures à la grosseur moyenne des petits grains du matériau filtrant 10, et de préférence supérieures à la taile des plus gros grains que l'on rencontre, car les ouvertures 13a, 13b, sont prévues précisément pour le remplacement du matériau granuleux filtrant 10. Il est conseillé que les ouvertures 13a, 13b, aient la forme de manchons taraudés (tubulures) soudés sur le cadre 12 ou sur la plaque intérieure. llb sur lesquels on peut raccorder un compresseur ou le tuyau d'une pompe (Woma par exemple) au moyen d'un écrou-raccord. Le remplacement du matériau granuleux filtrant 10,. par exemple du gravier filtrant, c'est à dire l'enlèvement du matériau filtrant et l'arrivée du matériau fitrant propre, peut être effectué simplement à l'aide soit d'un compresseur soit de la pompe déjà mentionnée. Bien que, comme plaques à filtre fixes lla et llb, on puisse utiliser pratiquement n'importe quelle Construction pourvue d'une ouverture et adaptée à l'usage, le montage de plaques avec configuration de pont s'est avéré particulièrement avantageux au cours des essais. Les figures 5 et 6 représentent en coupe verticale et avec une échelle agrandie un détail d'une forme de réalisation avantageuse d'une plaque à pont lia de ce type. La plaque de base 14 qui a une épaisseur d est pourvue de - 9 - 2628476 fentes continues le long de deux l-ignes parallèles et les parties de plaque se trouvant entre elles (bandes de tôle) sont recourbées et sortent du plan de la plaque de base 14. Ainsi, on trouve les nervures 15 et en desous les ouvertures d'entrée 16 qui peuvent faire quelques mm de largeur (entre 1 et 4 par exemple), alors que l'épaisseur de plaque d peut être de 10 mm, comme on l'a déjà mentionné), la cote e (fig. 5) de 3 mm, la cote f de 80 mm, et la cote q de 30 à 40 mm. Le chemin de l'eau qui afflue par les ouvertures 16 de la plaque lla est visualisé par la flèche o. La plaque à filtre lla représentée sur la fig. 7 ne diffère de celle représentée sur la fig. 5 que par les points suivants: d'une part le nervures 15 ne sortent pas recourbées de la plaque de base 14 (comme c'est le cas de la réalisation montrée sur la fig. 5), mais en formant une courbe continue avec en son sommet une faible cassure, et d'autre part les nervures 15 sont recourbées dans des directions opposées et sortent alternativement des deux plans de la plaque de base 14 qui se font- face. Les nervures 15 sont verticales dans leur position encastrée. L'exploitation du puits 1 s'effectue de manière que l'eau sorte de la couche aquifère 4, traverse les chambres de filtrage 7 et passe à l'intérieur 20 du puits, les saletés se trouvant dedans étant retenues par le- matériau granuleux filtrant 10. Dans le matériau filtrant 10, le chemin d'écoulement de l'eau est suffisamment long pour permettre son épuration avec une grande certitude. Dans le puits, il ne rentre même pas les petits grains de sols qui présentent une granulation extrêmement fine (ce qui fait que l'on n'est pas obligé de compter avec un ensablement), et le matériau - 2628476 granuleux filtrant 10 ne doit être remplacé ou régénéré qu'après une durée de service relativement longue. Le remplacement du matériau granuleux filtrant 10 peut se faire très simplement: on raccorde le tuyau de la pompe (Woma par exemple) ou du compresseur à l'une des ouvertures 13a (de préférence celle du haut) et on fait sortir en pressant le matériau sali par l'ouverture intérieure 13b. De même l'amenée du matériau granuleux filtrant frais 10 se fait de préférence par l'ouverture supérieure 13a à l'aide d'une pompe (Woma par exemple) ou d'un compresseur. Dans l'espace intérieur du puits 1, on prélève l'eau affluant au moyen d'une pompe (par une méthode déjà connue). Les avantages liés à cette invention sont les suivants: L' 'un des gros avantages réside dans le fait que l'invention permet une production rationnelle de l'eau, même avec des conditions hydrogéologiques aussi défavorables (très fine grosseur de grain et/o' couche aquifère peu épaisse) dans lesquelles, avec une autre configuration de puits, la production d'eau ne serai.t pas rentable, ou seulement très peu rentable. L'eau filtrée est de bonne qualité, le filtre est insensible à l'engorgement, il a une longue durée de vie et, en cas de souillure, le remplacement du matériau granuleux filtrant est simple et -rapide. Comme le pompage de l'eau produite ne se fait pas à proximité immédiate des filtres, comme c'est le cas par exemple avec les puits tubulaires, les vitesses d'écoulement sont également inférieures, et même à l'extérieur du puits, à proximité des ouvertures, il se formera une bonne couche de filtrage. Selon la quantité d'eau à obtenir; et la capacité de la couche aquifère, on peut modifier les - ll - 2628476 paramètres du filtre (grosseur de grain et granulation du gravier filtrant, grandeur d'ouverture des plaques-filtre en forme de pont, nombre et grandeur des chambres de filtrage) en fonction des -besoins. Grâce à cette invention, on pourra intégrer dans l'alimentation en eau également des secteurs o l'on ne connaissait pas de possibilité de rentabilité jusqu'à maintenant avec les types de puits connus. La construction du puits peut être réalisée très rapidement avec la méthode d'abaissement et d'anneaux de puits qui a été décrite, mais cette invention ne se limite nullement à cette technologie de construction ni au profil circulaire, mais le puits peut également être fabriqué par exemple à partir de béton monolithite à section carrée ou polygonale (les plaques-fitre fixes ne doivent pas représenter à tout prix une configuration de filtre-pont). D'un autre point de vue, l'invention ne se limite pas non plus aux exemples de réalisation détaillés plus haut, mais peut être réalisée de diverses manières dans les limites du cadre de protection défini par les revendications. - 1 2 - c c) 2628476 R E V E N D I C A T 1 0 N S 1. Puits qui a une jiaroi do beton ou ( fitre (lia, llb) (de préférence fixes) percées d'ouvertures. 2. Le puits défini par la revendication 1 a comme caractéristique que la chambre à filtre (7) a des ouvertures (13a, 13b) (de préférence en haut et en bas) qui débouchent dans l'espace intérieur (20) du puits foncé (1) pour l'évacuation du matériau granuleux filtrant (10) souillé, par exemple au moyen d'une pompe ou d'un compresseur) ainsi que pour le remplissage du matériau filtrant (10) propre (figure 4). 3. Le puits défini par la revendication 2 a comme caractéristique que les ouvertures (13a, 13b) sont cqnçues comme des tubulures filetées. 4. Le puits défini par l'une des revendications l à 3 a comme caractéristique que chaque chambre à filtre (7) est logée dans une ouverture de passage étroite, de forme allongée, disposée verticalement et prévue dans la paroi du puits. 5. Le puits défini par la revendication 4 a comme caractéristique que la hauteur (c) de la chambre à filtre (7) est trois à six fois supérieure à sa]argeun (b). 6. Le puits défini par l'une quelquonque des revendicationE 1 à 5, caractérisé en ce qu'une plaque-filtre (lila) est disposée dans la zone du plan extérieur de la paroi du puits (1) et que l'autre (llb) est située dans la région du plan int;rieur de - 13 - 2628476 cette paroi, de sorte que la largeur de la chambre de filtrage (7) est égale ou à peu près égale à l'épaisseur de paroi (a) du puits (1). 7. Le puits défini par l'une des revendications 1 à 6 a comme caractéristique qu'un cadre (12), fabriqué de préférence en tôle d'acier) est fixé dans l'ouverture (les ouvertures) pratiquées) dans la paroi du puits et que les plaques-filtre (lla, llb) sont rattachées à ce cadre (12). 8. Le puits foncé défini par la revendication 7 a comme caractéristique que les plaques-filtre sont fixées au cadre (12) par un assemblage indétachable (de préférence par une soudure). 9. Le puits foncé défini par l'une des revendications 1 à 8 a comme caractéristique que la plaque-filtre (lla, llb) est conçue avec une configuration de pont. 10. Le puits foncé défini par la revendication 9 a comme caractéristique qu'il possède une ou plusieurs chambres de filtrage (7) qui est (sont) délimitée(s) par des nervures (15) sortant du plan de la plaque de base (14) et recourbées d'un côté et par des plaques-filtre (11a, 11b) en forme de pont qui ont chacune une fente en dessous de ces nervures. 11. Le puits défini par les revendications 9 et 10 a comme caractéristique qu'il a une ou plusieurs chambres de filtrage qui est (sont) délimitée(s) par des nervures (15) recourbées qui sortent aternativement, dans des directions opposées, des 2 côtés du plan de l'assise (14) et par des plaques-filtre (11a, llb) (11a, llb) en forme de pont qui ont. chacune une fente en dessous de ces nervures. 12. Le puits foncé dé%fini par l'une des revendications 1 à 11 a comme caractéristique que le puits (1) est construit à _ 14 - 2628476 partir d'anneaux préfabriqués de béton ou béton armé (2,3). 13. Le puits défini par l'une des revendications 1 à 12 a comme caractéristique que le puits (1) dispose d'une plaque en béton ou béton armé (6). 14. Le puits foncé défini par l'une des revendications 1 à 13 a comme caractéristique que le puits (1) a une plaque de recouvrement (8) contenant un trou d'homme (8a). 15. Le puits foncé défini par l'une des revendications 1 à 14 a comme caractéristique qu'il a des chambres de filtrage (7) disposées sur une rangée ou plusieurs rangées de façon symétrique par rapport à l'axe central géométrique vertical (y). 16. Le puits défini par la revendication 15 a comme caractéristique que les chambres de filtrage (7) prévues dans les rangées superposées sont décalées les unes par rapport aux ai res.