Brevet FR2637816A1 — publié le 19900420

La présente invention est relative à un filtre à sable pour la purification de l'eau ou autre liquide. La technique de filtration de l'eau à travers du sable est connue depuis longtemps, mais toujours considérée comme efficace. Les filtres à sable usuels comprennent une couche de sable, reposant sur des dalles poreuses, qui servent à retenir le sable tout en laissant passer l'eau filtrée, ces dalles poreuses forment une surface horizontale continue, et elles sont liées entreelles par un mortier approprié. Les dalles poreuses sont supportées par une charpente, ou par des dalles alvéolaires, portées elles-mêmes par une charpente, la charpente surplombant un vide de collecte de l'eau fil trée. Il est nécessaire, de temps à autre, de renouveler la couche de sable, ou simplement de la décolmater, ce qui se fait, en général, à l'aide de lances enfoncées depuis le haut dans le sable, et par lesquelles on injecte de l'air comprimé dans la couche, de façon à en remuer au moins la partie supérieure. Lorsqu'on remplace complètement la couche de sable, on en profite pour vérifier les dalles poreuses et, éventuellement, remplacer celles qui sont détériorées ou colmatées. Pour des raisons encore incomplètement éclaircies, et qui sont peut-être en relation avec les techniques de traitement préalable de l'eau envoyée sur le filtre à sable, il apparait de plus en plus fréquemment un colmatage prématuré des dalles poreuses, ce qui réduit ltefficacité du filtre et oblige ê augmenter la cadence des renouvellements du sable. En effet, il n'est pas possible de changer une plaque sans enlever la couche de sable qui la surplombe. La présente invention a pour but de fournir un filtre à sable qui permette un décolmatage rapide, non seulement de la couche de sable, mais encore des dalles poreuses qui la supportent. Pour obtenir ce résultat, l'invention fournit un filtre à sable comprenant une couche de sable reposant sur des dalles poreuses liées entre-elles par du mortier, formant une surface horizontale continue, et supportées par des dalles alvéolaires surplombant un vide de collecte d'eau filtrée, ce filtre à sable ayant pour particularités que - les dalles poreuses sont plus épaisses sur leurs bords en leur centre, et reposent par ces bords sur les dalles alvéolaires, - les dalles poreuses sont fixées sur les dalles alvéolaires par des attaches composées chacune d'une tige traversant le mortier entre les dalles poreuses, cette tige étant retenue à sa partie inférieure dans un trou rempli de mortier et situé entre deux dalles alvéolaires, et comportant à sa partie supérieure une tête élargie qui retient une plaquette de maintien, en appui sur les dalles poreuses voisines, pour les empêcher de se soulever, - des moyens d'envoi d'air ou gaz comprimé sont prévus dans le vide de collecte, pour permemttre un décolmatage des dalles poreuses par passage d'un courant ascendant d'air ou de gaz comprimé. Ainsi, l'invention repose sur le principe d'un décolmatage par passage d'un courant gazeux ascendant à travers les plaques poreuses, sans qu'il soit nécessaire de procéder à leur enlèvement. Les études qui ont amené à l'invention ont montré que, si la surface inférieure des dalles poreuses est plane, de façon à reposer sur la plus grande partie de la surface supérieure d'une dalle alvéolaire, il se crée des cheminements de gaz comprimé préférentiel au-dessus des passages prévus dans les dalles alvéolaires, ce qui aboutit à un décolmatage non homogène, avec comme conséquence des passages préférentiels pour l'eau au droit des perforations des dalles alvéolaires. La disposition selon laquelle les dalles poreuses sont plus épaisses sur leurs bords qu'en leur centre, et ne reposent que par ces bords sur les dalles alvéolaires fait qu'on a un décolmatage homogène, d'où une plus grande durée de vie des dalles poreuses.Les essais ont également permis de constater que, si les dalles poreuses ne sont pas maintenues, elles ont tendance à se soulever sous la pression du gaz comprimé, malgré la charge de sable qui les surplombe. Cela entraîne des déplacements, avec risque de bris de dalles, et de toute façon risque de passage du sable vers le vide de collecte d'eau filtrée, ce qui oblige à l'arrêt et le démontage complet du filtre. C'est pour éviter cet inconvénient qu'il est prévu des attaches maintenant solidement les dalles poreuses par leurs bords sur les dalles alvéolaires, et les empêchant de se soulever.On aurait pu songer à fixer les dalles poreuses par des tiges traversant celles-ci et venant s'ancrer dans les dalles alvéolaires ou dans la charpente, cependant cela compliquerait la fabrication des dalles poreuses si les trous de passage de ces attaches étaient faits à l'avance, et il y aurait des risque de fissurer la dalle poreuse, si les trous étaient faits après coup. Il ne faut pas oublier en effet que la matière de ces dalles, un béton maigre, présente de médiocres caractéristiques mécaniques. Pour obtenir un résultat satisfaisant, il est apparu nécessaire de prévoir des attaches qui puissent se placer dans le mortier reliant deux dalles poreuses adjacentes. De préférence, les dalles alvéolaires sont disposées de façon que des joints de mortier entre dalles alvéolaires et les joints de mortier entre dalles poreuses sont superposés et les attaches sont ancrées dans des trous pratiqués dans le mortier joignant deux dalles alvéolaires, à des endroits où il est en concordance avec le mortier joignant deux dalles poreuses. Suivant une réalisation simple, les dalles poreuses sont carrées, ce qui est la forme la plus pratique compte tenu de leur fragilité, et les bords des dalles alvéolaires sont en correspondance avec ceux d'une dalle poreuse ou de plusieurs dalles poreuses alignées. Avantageusement, les attaches sont placées à la jonction de trois ou quatre dalles poreuses, ce qui est pratiquement aisé à obtenir si celles-ci sont de forme carrée. Suivant une réalisation intéressante, les attaches sont associées chacune à une cheville en matière plastique, destinée à s'ancrer dans le trou, et prolongée par une entretoise tubulaire, dont la longueur est égale à l'épaisseur des dalles poreuses adjacentes. La mise en place des attaches est ainsi particulièrement facilitée : à l'aide d'une foreuse, on prépare le trou dans le mortier des joints entre dalles poreuses et entre dalles alvéolaires sous-jacents, on enfonce la cheville dans le trou jusqu'à l'épaisseur convenable, repérée par le fait que l'extrémité de l'entretoise affleure la surface supérieure des dalles poreuses, et on met en place la tige filetée, dont la tête retient la plaquette. On est ainsi assuré d'une fixation efficace, sans risque de contraintes exagérées sur le bord de la plaque poreuse, qui, comme on l'a déjà dit, est fragile. L'invention va maintenant être exposée de façon plus détaillée à l'aide d'un exemple pratique illustré avec les dessins, parmi lesquels Figure I est une vue en coupe d'ensemble d'un filtre à sable, Figure 2 est une vue de dessous d'une dalle alvéolaire, à une échelle agrandie, Figure 3 est une vue en coupe selon la ligne 111-111 de la figure 2, de la dalle al#olaire, d'une dalle poreuse sous-jascente, et des éléments avoisinants, Figure 4 est une vue à plus grande échelle montrant la fixation. La figure 1 montre une cellule de filtration délimitée par deux parois latérales 1, 2, une paroi transversale 3, une autre paroi transversale, non représentée, se trouve en avant du plan de la figure. Le long d'une des parois transversales 1, court un canal de collecte 4, ouvert vers le haut à un niveau inférieur à celui du sommet des parois, et qui est destiné à la collecte des impuretés surnageantes et à leur évacuation. Sous le canal de collecte 4, est prévue une canalisation 5 d'air comprimé de décolmatage. La ligne en tirets 6 indique le niveau normal de l'eau dans la partie principale de la cellule de filtration. La paroi transversale 3 présente des ouvertures 7 pour l'amenée de l'eau à filtrer, cependant que le fond 8 de la cellule est pourvu, à sa partie inférieure, d'un canal 9 d'évacuation de l'eau filtrée. Le fond 8 porte une série de supports verticaux 10, disposés à intervalles réguliers, et qui portent une plaque continue formée d'une série de dalles alvéolaires 11. Chaque support 10 se trouve sous la jonction de deux dalles alvéolaires successives, et porte celles-ci. Sur les dalles alvéolaires 11 sont posées une série de dalles poreuses 12, et sur les dalles poreuses 12, se trouve une couche de sable de fixation 13. La cellule est représentée comme isolée, mais bien entendu, il est possible d'avoir un ensemble de filtration contenant plusieurs cellules adjacentes, les canaux 4 et 5 pouvant alors être communs à deux cellules voisines. Les figures 2 et 3 montrent de façon plus claire la structure d'une dalle alvéolaire -: chaque dalle 11 a, en plan, la forme d'un rectangle dont le grand cOte est double du petit coté. A-sa face supérieure, la dalle présente une série de trous 20, circulaires, coniques, qui vont en se rétrécissant vers le bas, jusqu'à peu près le tiers de l'épaisseur de la dalle. A cet endroit, les trous 20 se raccordent à des ouvertures de forme pyramidale qui vont, quant à elles, en s'élargissant vers le bas, jusqu'à occuper, à la face inférieure de chaque dalle alvéolaire, la plus grande partie de la surface de cette face. Dans la partie centrale de la dalle alvéolaire il, les cavités pyramidales 21 sont symétriques par rapport à l'axe des trous 20, cependant que sur les bords des mêmes dalles, elles ont une forme excentrée.L'intérêt de cette disposition est que, lorsque plusieurs dalles alvéolaires sont assemblées ensemble, l'intervalle entre deux trous 20 situés sur deux dalles adjacentes est le même qu'entre deux trous 20 situés sur la même dalle. On obtient ainsi, pour l'ensemble du filtre, une répartition régulière des trous 20. Comme on peut le voir à la figure 4, des fers d'armature 22, horizontaux, sont régulièrement répartis dans la masse de chaque dalle alvéolaire, entre les trous 20 ou les cavités pyramidales 21. Chaque coté d'une dalle alvéolaire présente, à peu près sur la moitié supérieure de sa hauteur, une échancrure 23, à bords essentiellement verticaux, et, sur la moitié inférieure du bord, la surface 24 de la dalle alvéolaire présente une légère inclinaison, destinée à faciliter le démoulage. La zone de contact, ou de rapprochement maximal 25 de deux dalles alvéolaires, se trouve donc sensiblement au milieu de la hauteur de ces dalles. Un espace élargi qui s'ouvre au-dessus de cette zone et correspond aux échancrures 23 est rempli d'un mortier de ciment 26. Les dalles poreuses 12 ont, en vue en plan, la forme d'un carré dont le coté est égal au petit côté d'une dalle alvéolaire. Plus précisément, les dimensions sont calculées pour que deux dalles poreuses, avec le joint qui les réunit, se superposent exactement à une dalle alvéolaire.La surface supérieure 30 des dalles poreuses est plane, leur surface inférieures 31 est plane sur la plus grande partie de cette surface, mais elle comporte, près du bord, une partie inclinée 32, suivie d'une partie horizontale 33, l'ensemble aboutissant à donner une plus grande épaisseur à la dalle poreuse près de son bord. C'est par la partie plane 33 que la dalle poreuse repose sur la dalle alvéolaire. Le joint entre deux dalles poreuses est obturé par un mortier de ciment 34, qui fait suite au mortier de ciment 26 qui relie deux dalles alvéolaires. Pour la fixation des dalles alvéolaires, afin d'empêcher qu'elles ne se soulèvent sous la pression du gaz comprimé, des trous 40 sont percés dans les joints de mortier 34 et 46.A l'intérieur de ces trous, sont introduites des pièces en matière plastique 41 dont la partie inférieure 42 est constituée comme une cheville d'ancrage classique, et est prolongée par une partie tubulaire 43, de longueur sensiblement égale à l'épaisseur d'une dalle poreuse. La partie 43 se termine par un élargissement conique 44. Lorsque la pièce 41 a été convenablement enfoncée dans le trou 40, c'est-à-dire jusqu'à ce que la partie formant cheville 42 soit dans la partie du trou qui se trouve au niveau des échancrures 23 des dalles alvéolaires, la partie conique 44 se trouve retenue par le bord du trou 40.A l'intérieur de la pièce 41 est introduite une vis 45 en acier inoxydable, qui peut traverser sans frottement la partie tubulaire 43 pour venir s'ancrer dans la partie formant cheville 42, élargissant celle-ci pour fournir un bon ancrage contre le mortier qui forme la paroi du tube 40. La tête 46 de la vis 45 retient une platine d'appui 47, également en acier inoxydable, circulaire, et la maintient en appui contre les dalles poreuses avoisinantes. Les trous 40 sont percés à la jonction de quatre dalles poreuses 12, si bien que chacune des platines 47 repose sur les quatre dalles adjacentes, et les retient de façon efficace (voir figure 2). Des essais ont montré des résistances à l'arrachement dépassant 1600 N, ce qui est largement suffisant dans la pratique. Les figures 1 et 3 montrent dans le vide de collecte situé entre le fond 8 de la cellule et la face intérieure des dalles alvéolaires 11, une série de tubes horizontaux 50, qui présentent des perforations 51 à leur partie inférieure. Il s'agit des tubes pour l'envoi d'air comprimé. Ces tubes sont reliés, de façon étanche, au conduit d'alimentation en air comprimé 5. Le fonctionnement d'un tel filtre est très simple, en temps normal l'eau à filtrer pénètre dans la cellule par les ouvertures 7, et traverse successivement la couche de sable 13, les dalles poreuses 12 et les dalles alvéolaires 11 avant de tomber sur le fond 8 de la cellule et d'être collecté dans la conduite ê eau filtrée 9. Les impuretés flottantes sont évacuées par le conduit 4, par relèvement du niveau de l'eau dans la cellule. S'il apparaît que le sable, ou les dalles poreuses, sont colmatés, on arrête l'envoi d'eau, et on envoie de l'air comprimé sous pression par le conduit 5 et les tuyaux 50. Cet air comprimé traverse les dalles alvéolaires Il, se rassemble sous la surface plane 31 des dalles poreuses, puis traverse celles-ci de façon uniforme, pour rejoindre la couche de sable 13, assurant ainsi un décolmatage efficace et régulier. Il faut observer que les organes de fixation 41 à 47 peuvent être également utilisés, au moins dans certains cas, pour maintenir en place des dalles poreuses d'une installation préexistante qui en serait dépourvue, de façon à permettre l'envoi d'air comprimé dans le vide de collecte situé sous les dalles alvéolaires, et assurer ainsi un décolmatage efficace, sans risque de voir les dalles poreuses se déplacer. REVENDICATIONS 1. Filtre à sable comprenant une couche de sable (13) reposant sur des dalles poreuses (12), liées entre elles par du mortier (34) formant une surface horizontale continue, et supportées par des dalles alvéolaires (11) surplombant un vide de collecte d'eau filtrée, caractérisé en ce que - les dalles poreuses (12) sont plus épaisses sur leurs bords qu'en leur centre, et reposent par ces bords (33) sur les dalles alvéolaires, - les dalles poreuses sont fixées sur les dalles alvéolaires par des attaches composées chacune d'un tige (45) traversant le mortier entre les dalles poreuses, cette tige étant ancrée à sa partie inférieure dans un trou rempli de mortier et situé dans une dalle alvéolaire entre deux dalles alvéolaires (11) et comportant, à sa partie supérieure, une tête élargie (44) qui retient une plaquette (47) de maintien, en appui sur les dalles poreuses voisines, pour les empêcher de se soulever, - des moyens d'envoi d'air ou gaz comprimé (5, 50) sont prévus dans le vide de collecte, pour permettre un décolmatage des dalles poreuses par passage d'un courant ascendant d'air ou gaz comprimé. 2. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dalles alvéolaires (11) sont disposées de façon que des joints de mortier (26) entre dalles alvéolaires et des joints de mortier (43) entre dalles poreuses sont superposés, et les attaches (44 à 47) sont ancrées dans des trous pratiqués dans le mortier joignant deux dalles alvéolaires, à des endroits où il est en concordance avec le mortier joignant deux dalles poreuses. 3. Filtre selon la revendication 2, caractérisé en ce que les dalles poreuses (12) sont carrées, et les bords de chaque dalle alvéolaire (11) sont en superposition avec ceux d'une dalle poreuse ou de plusieurs dalles poreuses alignées. 4. Filtre selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les attaches sont placées à la jonction de trois ou quatre dalles poreuses. 5. Filtre selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les attaches sont associées chacune à une cheville en matière plastique (42) destinée à s'ancrer dans le trou et prolongée par une entretoise (43) tubulaire dont la longueur est égale à l'épaisseur des bords des dalles poreuses adjacentes, et la tige comprend une partie inférieure filetée, destinée à se visser dans la cheville.