Brevet FR2690184A1 — publié le 19931022

DISTRIBUTEUR D'EAU SOUS HAUTE PRESSION POUR DESCENTES D'EAUX PLUVIALES La présente invention concerne un dispositif dis- tributeur d'eau sous haute pression destiné à envoyer les eaux pluviales, provenant d'un système de gouttières, jusqu'à un point situé à une certaine distance des fondations d'une habitation En particulier, ce dispositif distributeur peut être fixé à un tuyau de descente existant et envoyer l'eau sous haute pression, par un tuyau d'arrosage classique, jusqu'à un point éloigné. A l'heure actuelle, les maisons d'habitation et les petits bâtiments à usage administratif font souvent appel à un système de gouttières destiné à recueillir les eaux pluviales provenant du toit, et font descendre cette eau par plusieurs tuyaux de descente Ces descentes sont normalement situées le long de différents murs du bâtiment et possèdent à leur base des coudes Ces coudes ont pour but d'évacuer l'eau à une certaine distance des fondations du bâtiment. L'une des principales applications du système de gouttières est de protéger le périmètre de fondation du bâtiment contre un dommage des eaux, qui pourrait provoquer une innondation du sous-sol ou un affaissement différentiel des fondations Il est donc important que l'eau drainée du toit soit envoyée à un point suffisamment éloigné de la base des fondations. On connaît à l'heure actuelle différentes formes d'extensions, ou rallonges, horizontales Ces extensions sont généralement constituées d'un tuyau ou d'un tube plastique de grand diamètre, fixé à la descente d'eaux pluviales et s'éloignant de ce dernier Ces systèmes sont des systèmes à basse pression, ou systèmes à gravité, et la charge manométrique qui se crée dans le système n'est pas très élevée On les utilise simplement pour distribuer l'eau dans une petite zone entourant immédiatement la zone de cette extension. On trouve des exemples de ces systèmes basse pression dans les brevets des Etats-Unis NI 2 814 529 et 3 966 121, délivrés respectivement le 26 novembre 1957 et le 29 juin 1976 Ces brevets décrivent des extensions basse pression pour descentes d'eaux pluviales, présentant un grand nombre de trous situés dans le tube et permettant de distribuer l'eau dans la zone immédiatement contiguë. On connaît aussi des systèmes souterrains Ces systèmes utilisent un tube semi-rigide de grand diamètre, descendant vers une fosse souterraine ou vers un point bas de la propriété De même, ces systèmes envoient directement l'écoulement d'eau dans une conduite sous basse pression, car il ne se crée pas une charge manométrique importante dans le système De plus, ce type de système ne peut guère être modifié, car l'eau est toujours drainée vers le même point. Le brevet des Etats-Unis NI 3 904 121, délivré le 9 septembre 1975, propose un distributeur pour descente d'eaux pluviales Ce distributeur vise à minimiser la pression de l'eau et à distribuer cette eau de façon à éliminer la formation d'ornières dans les pelouses Ce système de la technique antérieure utilise de petites ouvertures aménagées sur la descente, et destinées à arroser la zone immédiatement voisine De plus, ce système utilise sur les côtés du coude des ouvertures servant à raccorder des tuyaux d'arrosage par immersion assurant une distribution peu importante de l'eau de pluie Ce type de système est peu satisfaisant, car il est conçu pour travailler sous une faible pression. En particulier, dans une configuration décrite dans le brevet US NI 3 904 121, l'eau est déchargée sur une zone relativement petite au voisinage de la descente Une autre configuration utilise des tuyaux d'arrosage par immersion du commerce, dans lesquels l'eau de pluie est envoyée très près des fondations du bâtiment De plus, cette configuration présente une capacité limitée, car il ne se crée qu'une légère pression dans le système, pression qui ne peut suffire en présence d'une pluie très faible Il en résulte que ce système ne peut envoyer l'eau de pluie sous une pression suffisante pour entraîner un dispositif de type sprinkler ou l'envoyer à une certaine distance, ce qui pourrait faire appel au levage de l'eau au-dessus du niveau du bas de la descente, ou au-dessus d'un terrain inégal. Ces systèmes de la technique antérieure se fondent tous sur une distribution, sous une basse pression, des eaux de pluie qui s'écoulent d'un toit d'un bâtiment d'habitation ou d'un ouvrage analogue Par exemple, ces systèmes ne peuvent envoyer l'eau de pluie dans un réservoir situé à une très grande distance de la descente Il en résulte que ces systèmes de la technique antérieure n'assurent pas d'une manière efficace la distribution des eaux de pluie. La présente invention vise à mettre à disposition un dispositif distributeur d'eau de pluie qui produise une pression manométrique, ou charge, pouvant envoyer l'eau à une certaine distance des fondations du bâtiment L'eau de pluie ainsi déplacée peut être utilisée pour irriguer des pelouses, des arbres, des jardins ou des parterres de fleurs De plus, l'eau excédentaire peut être éliminée, comme c'est souvent le cas avec les locaux industriels ou administratifs, les bâtiments agricoles, les pépinières, les exploitations agricoles et les surfaces plantées. La présente invention vise aussi à mettre à disposition un dispositif pouvant être facilement fixé à un tuyau de descente existant, qui peut avoir différentes tailles et différentes formes (circulaire, rectangulaire ou carrée), même si le tuyau de descente est ancien et un peu endommagé. On peut ensuite raccorder un tuyau d'arrosage classique à la base du dispositif distributeur et envoyer l'eau de pluie à une certaine distance des fondations du bâtiment. Pour réaliser un distributeur sous haute pression, la présente invention prévoit un tube souple ou rigide, qui peut être placé sur un tuyau de descente existant, avec à sa base un joint étanche à l'eau Le tube est installé sur un tuyau de descente et maintenu en position fixe sur cette descente à une certaine distance au-dessus de la base de cette dernière, de façon à réaliser un moyen permettant de produire une charge manométrique. Pour assurer un joint étanche à l'eau, on peut utiliser une bride de serrage pour serrer le tube autour de la descente; on peut aussi laisser le tube partiellement ouvert, pour permettre à l'excédent d'eau de pluie de se déverser sur le bord supérieur du tube, ce qui est utile dans certaines conditions d'exploitation pour éviter la constitution d'une pression trop importante dans la descente d'eaux pluviales à l'occasion d'un fort orage de pluie Des raccords pour tuyaux souples peuvent être situés à la base du tube, pour permettre la fixation de tuyaux d'arrosage classiques La zone du toit à drainer et la situation géographique de l'immeuble définissent le nombre d'orifices à utiliser (un ou plusieurs). Selon un aspect de la présente invention, il est mis à disposition, en combinaison avec un tuyau de descente d'eaux pluviales comportant une extrémité inférieure ouverte, un dispositif distributeur d'eaux pluviales comprenant un élément creux oblong comportant une extrémité supérieure ouverte et une extrémité inférieure ouverte, cet élément creux pouvant s'emmancher par glissement sur ladite descente, de façon que l'extrémité ouverte supérieure soit située, sur ladite descente, à une grande distance au-dessus de l'extrémité inférieure ouverte de la descente, l'élément creux communiquant de ce fait, pour ce qui est de la réception de l'eau, avec les eaux pluviales tombant le long de la descente; un orifice de décharge de l'eau, situé dans l'élément creux au voisinage de l'extrémité ouverte inférieure et très loin en- dessous de l'extrémité supérieure ouverte de l'élément creux, l'aire de section transversale de l'orifice de décharge d'eau étant nettement plus faible que l'aire de section transversale moyenne de l'élément creux; un raccord de tuyau souple, monté sur l'élément creux, en alignement et en communication fluide avec l'ouverture de décharge d'eau; un moyen de fermeture, situé sur l'élément creux au niveau de l'extrémité inférieure ouverte, destiné à empêcher que les eaux pluviales ne passent par l'extrémité inférieure ouverte; et un moyen de fixation, en prise avec l'élément creux, destiné à maintenir l'élément creux dans une position fixe par rapport au tuyau de descente, de façon que les eaux pluviales s'écoulant dans la descente puissent s'échapper de l'extrémité ouverte de l'élément creux; la grande distance assurant une charge d'eau prédéterminée. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et des dessins annexés, qui présentent des exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels, les numéros de référence identiques indiquant des éléments correspondants sur les différentes figures: La Figure 1 est une vue en perspective d'un distri- buteur d'eau utilisé sur un tuyau de descente d'une gouttière; La Figure 2 est une vue en perspective d'une forme de réalisation de la présente invention montée à grande hauteur; La Figure 3 est une vue en perspective d'une forme de réalisation de la présente invention avec montage à mi- hauteur; et La Figure 4 est une vue en plan d'une forme de réa- lisation à position variable de la bride de serrage selon la présente invention. La Figure 1 illustre un distributeur 7, qui comprend un tube 10 comportant un haut 12, une base 14, un orifice de sortie 18 et une bride de serrage inférieure 16 maintenue par des boulons 17. Le tube 10 est creux et peut avoir une section transversale quelconque, du moment qu'il peut être placé sur une descente d'eaux pluviales 30 de façon à être en communication avec la descente 30 en recevant l'eau qui s'y écoule En conséquence, si la descente 30 a une section transversale circulaire, l'idéal serait que le tube 10 ait aussi une section circulaire Cependant, dans différentes formes de réalisation étudiées par référence aux figures ci- après, on peut facilement utiliser un tube circulaire 10 sur une descente carrée ou rectangulaire 30. Le tube 10 peut être en un matériau souple ou rigide Si le tube 10 est en un matériau souple, tel que le caoutchouc ou un vinyle, on peut utiliser une bride de serrage 32 pour fixer le tube 10 à la descente 30 et maintenir ce tube 10 en position fixe autour de la descente 30 La bride de serrage 32 peut aussi assurer, selon la configuration utilisée, un joint relativement étanche à l'eau entre le tube 10 et la descente 30 Il n'est cependant pas toujours nécessaire que la bride de serrage 32 réalise un joint étanche à l'eau, du moment que l'on peut créer la charge requise. Si le tube 10 est en un matériau plus rigide, la bride de serrage 32 pourra être utilisée pour ancrer le tube 10 à une paroi voisine ou à la descente 30 proprement dite Dans un montage à tube rigide, le haut 12 du tube 10 reste ouvert, ce qui laisse une zone de trop-plein qui va réguler la charge produite dans le système. Ou bien encore, on peut omettre la bride de serrage 32 dans un montage à tube rigide, car la base 14 du tube 10 peut être ancrée dans le sol, la descente 30 étant en communication avec le haut 12 du tube 10 et pouvant recevoir l'eau Un simple ancrage du tube 10 dans le sol va assurer le support nécessaire permettant au distributeur 7 de fonctionner convenablement Dans une variante non représentée, le tube rigide 10 peut s'appuyer sur une plaque d'assise directement sur le sol. La bride de serrage 16 est fixée d'une manière amovible à la base 14 du tube 10, pour réaliser un joint étanche à l'eau Pendant le fonctionnement du dispositif, la bride de serrage 16 est fermement fixée autour de la base 14 par des boulons 17 Cependant, on peut enlever les boulons 17 pour éliminer les débris, tels que les feuilles et les saletés, piégées dans le tube 10 De plus, on peut laisser la base 14 ouverte pendant l'hiver, quand la glace devient un paramètre à ne pas oublier dans les climats froids. L'orifice de sortie 18 est ménagé au voisinage de la base 14 du tube 10 L'emplacement de l'orifice de sortie 18 dépend pour beaucoup des exigences de l'utilisateur Dans certains cas, on peut disposer deux orifices de sortie 18, ou plus, autour de la base 14 du tube 10 Le nombre d'orifices de sortie va dépendre d'un certain nombre de facteurs, parmi lesquels l'aire du toit et les caractéristiques pluviométriques Pour maximiser la charge produite dans le système, l'orifice de sortie 18 doit être relativement proche de la bride de serrage inférieure 16 Cependant, si on ne souhaite qu'une faible charge, on peut monter l'orifice de sortie 18 en un point quelconque du tube 10 assurant la charge requise. L'orifice de sortie 18 est muni d'un raccord 20 pour tuyaux flexibles, qui permet de fixer un tuyau d'arrosage classique 22 ou un autre tube, moins cher et plus rigide, quand il est souhaitable d'enterrer le tuyau. Le tube 10 peut être monté de nombreuses manières sur des systèmes de descente déjà existants Cependant, dans toutes les variantes, on doit pouvoir produire une charge d'eau suffisante pour obtenir une vitesse de sortie assez grande. Il se crée une charge (pression manométrique) quand de l'eau de pluie s'accumule dans le distributeur 7 On mesure la charge par la distance entre le niveau supérieur de l'eau et le centre de l'orifice de sortie 18 Le niveau supérieur de l'eau dépend du débit avec lequel l'eau de pluie pénètre dans le distributeur 7, ainsi que de la longueur et de la disposition du tube 10 et de l'orifice de sortie 18. Il existe un certain nombre de possibilités de montage selon la présente invention, qui donnent des charges de différentes valeurs, et en conséquence permettent d'obtenir des vitesses de sortie et des volumes de décharge différents. La Figure 2 illustre une variante avec montage en position haute, dans laquelle un tube 10 est fixé à la descente 30 en un point situé immédiatement en-dessous de l'auge horizontale d'une gouttière 40 Le tube 10 peut être fixé sur une position donnée grâce à une bride de serrage 32 ; ou encore, dans le cas d'un tube rigide 10, la base 14 peut être ancrée dans le sol (comme on le voit sur la Figure) La longueur du tube 10 est variable (par exemple de 2,5 cm à 3 m) selon les conditions et l'état de la descente 30. La Figure 3 illustre une variante à mi-hauteur, la totalité de la descente 30 étant installée Le tube 10 est emmanché autour de la descente 30 de façon que la descente 30 soit essentiellement entraînée dans le tube 10 Puis une bride de serrage 32 ancre le tube 10 à la descente 30 ou à un mur voisin La charge s'établit simultanément dans la descente 30 et dans le tube 10. Dans les formes de réalisation illustrées sur les Figures 2 et 3, la charge nécessaire est produite dans le tube 10 et/ou dans la descente 30, de sorte qu'un joint étanche à l'eau, réalisé par la bride de serrage supérieure 32, n'est pas absolument nécessaire. La Figure 4 illustre une variante dans laquelle la bride de serrage a une position variable, la totalité de la descente étant installée Dans cette forme de réalisation, le tube 10 est emmanché sur la descente 30 et peut être serré à une hauteur quelconque, par exemple sur la position 1, 2 ou 3, selon les besoins de l'utilisateur Par exemple, pour avoir une grande vitesse de sortie, la bride 32 peut être placée en position 3, ce qui va donner une charge H 3 Si l'on a besoin d'une faible vitesse, la bride 32 peut être placée en position 1, ce qui va donner une charge H 1 De même, on peut placer la bride 32 en position 2 si l'on a besoin d'une vitesse moyenne. Il convient d'observer que la Figure 4 est un dessin composite englobant plusieurs positions de bride de serrage Il faut enlever le matériau du tube 10 au-dessus du point souhaité de serrage (position 1, 2 ou 3), et la bride 32 doit fixer le tube 10 à la descente 30 de façon que l'eau de pluie puisse s'échapper au niveau du haut 12 du tube 10. En présence de précipitations importantes ou extrêmes, la charge ne peut limiter la position de la bride de serrage, car l'eau de pluie ne peut s'échapper au débit voulu et de ce fait va s'accumuler non seulement dans le tube 10, mais aussi dans la descente 30. La charge produite dans le distributeur 7 assure la régulation de la vitesse de sortie de l'eau à partir de l'orifice de sortie 18 Le débit de décharge, par l'orifice de sortie 18, dépend de la charge et de l'aire de l'orifice de sortie 18 Les exemples ci-après indiquent l'intervalle de charge et sa relation avec la vitesse de sortie et le débit de décharge. Le tableau ci-après des définitions des variables donne en détail les différents paramètres utilisés pour les calculs des Exemples 1 et 2. Définition des variables H: charge, ou hauteur d'une colonne d'eau A: aire de l'orifice de sortie A = 1,978 10-4 m 2 ( 0,00213 ft 2) pour un tuyau d'arrosage de 15,9 mm ( 5/8 ") p: pression Y: masse volumique = 1000,0 kg/m 3 ( 62,431 lb/ft 3) pour l'eau v: vitesse de sortie Q: débit de l'écoulement en sortie Cd: coefficient de décharge (Cd = Cc x Cv) Cc: coefficient de contraction Cc = 0,62 pour une ouverture à arêtes vives Cc = 0,97 pour une ouverture bien arrondie Cv: coefficient de vitesse Cv = 0,97 pour l'eau g: constante de la gravitation g = 9,8146 m/s 2 ( 32,2 ft/s 2). Exemple 1 Soit H = 0,9144 m ( 3 ft). supposons que H reste constant négligeons les éventuelles pertes dues à un frot- tement, etc. Pression de l'eau en regard de l'orifice de sortie: p = y H = 1000,0 kg/m 3 x 0,9144 m ( 62,43 lb/ft 3 x 3 ft) = 914, 4 kg/m 2 ( 187,29 lb/ft 2) Vitesse de l'eau au niveau de l'orifice de sortie: v = Cv x 1 ( 2 g H) = 0,97 x /2 g x 0,9144 ( 0,97 x v( 2 g 3 ft)) = 0,97 x 4,2366 ( 0,97 x 13,90) = 4,11 m/s ( 13,48 ft/s) Débit de sortie: avec une ouverture à arêtes vives Cc = 0, 62 Q = Cd x A x /( 2 g H) = Cc x A x 4,11 (Cc x A x 13,48) = 0, 62 x 1,978 10-4 x 4,11 ( 0,62 x 0,00213 x 13,48) = 504 10-6 m 3/s ( 0, 0178 ft 3/s) ,2 1/min (env 8 gallons américains/min) pour une ouverture bien arrondie Cc = 0,97 Q = 0,97 x 8,130 10-4 m 3/s = 0,789 10-3 m 3/s ( 0,97 x 0,0287 = 0,0279) 47,3 1/min ( 12,5 gallons américains/min) Exemple 2 Soit H = 2,134 m ( 7 ft) supposons que H reste constant il négligeons les éventuelles pertes dues à un frottement, etc. Pression de l'eau en regard de l'orifice de sortie: p = H = 1000 kg/m 3 x 2,134 m ( 62,43 lb/ft 3 x 7 ft) = 213,4 kg/m 2 ( 437,01 lb/ft 2) Vitesse de l'eau au niveau de l'orifice de sortie: v = Cv x /( 2 g H) = 0,97 x 12 g x 2,134 m ( 0,97 x /( 2 g 7 ft) = 0,97 x 6,472 ( 0,97 x 21,23) = 6,28 mis ( 20,60 ft/s) Débit de sortie: avec une ouverture à arêtes vives Cc = 0,62 Q = Cd x A X)( 2 g H) = Cc x A x 4,11 (Cc x A x 13,48) = 0, 62 x 1,978 10-4 x 6,28 ( 0,62 x 0,00213 x 20,60) = 770,20 10-6 m 3/s ( 0, 0272 ft 3/s) z 46 1/min ( 12 gallons améri- cains/min) -pour une ouverture bien arrondie Cc = 0,97 Q = 0,97 x 12,42 10-4 = 1,204 10-3 m 3/s ( 0,97 x 0,0439 = 0,0426) z 72 11 min ( 19 gallons américains/min) Calculs d'écoulement des eaux pluviales Pour une maison d'habitation ayant un toit en pointe, un côté ayant une aire de 52 m 2 ( 560 ft 2), une précipitation de ,4 mm/h ( 1 pouce/h) va donner environ ( 52 m 2 x 25,4 10-3 m x 1/3600 S = 0,367 10-3 m 3/s) ( 560 ft 2 x 1/12 ft x 1/3600 S = 0,0130 ft 3/s), soit 22 1/min ( 6 gallons américains/min) d'eau pluviale descendant un tuyau de descente Cette situation pluviométrique assez forte peut être facilement gérée par la présente invention, comme le montrent les capacités de décharge des Exemples 1 et 2. Les Exemples 1 et 2 montrent que la vitesse et le débit augmentent avec la charge, en supposant que les autres variables, telles que l'aire de sortie, restent constantes. La présente invention peut produire des charges allant de 0,3-0,6 m à la hauteur maximale de la ligne de toit de la gouttière, et ce selon les exigences de l'utilisateur. Par exemple, si l'utilisateur a besoin d'une vitesse relativement faible et d'un faible débit de sortie, une charge de 0,91 m devrait être suffisante pour donner une vitesse de sortie d'environ 4,27 m/s et un débit de décharge de 30,3 1/min. Cependant, si l'utilisateur souhaite une vitesse de sortie et un débit de décharge nettement plus élevés, il peut monter le tube de façon à avoir une charge de 2,13 m Il aura ainsi une vitesse de sortie d'environ 6,4 m/s et un débit de décharge d'environ 45 1/min Ces caractéristiques en sortie peuvent être utilisées pour entraîner un sprinkler ou envoyer l'eau, par un tuyau d'arrosage classique, à des points éloignés se trouvant sur la propriété. REVENDICATIONS 1 Système de distribution d'eaux pluviales, en combinaison avec un tuyau de descente ( 30) comportant une extrémité inférieure ouverte, caractérisé en ce qu'il comprend: un élément oblong creux ( 10) comportant une extrémité supérieure ouverte ( 12) et une extrémité inférieure ouverte ( 14), l'élément creux ( 10) pouvant s'emmancher par glissement sur le tuyau de descente ( 30) de façon que l'extrémité supérieure ouverte ( 12) se trouve, sur le tuyau de descente ( 30), à une grande distance au-dessus de l'extrémité inférieure ouverte ( 14) du tuyau de descente ( 30), l'élément creux ( 10) étant ainsi en communication, avec réception de l'eau, avec les eaux pluviales descendant le long du tuyau de descente ( 30); une ouverture de décharge d'eau ( 18), située dans l'élément creux ( 10) au voisinage de l'extrémité inférieure ouverte ( 14) et se trouvant très en-dessous de l'extrémité supérieure ouverte ( 12) de l'élément creux ( 10), l'aire de la section transversale de l'ouverture de décharge d'eau ( 18) étant très inférieure à l'aire de section transversale moyenne de l'élément creux ( 10); un raccord ( 20) pour tuyau souple, monté sur l'élément creux ( 10), et en alignement et en communication fluide avec l'ouverture de décharge d'eau ( 18); un moyen de fermeture ( 16) situé sur l'élément creux ( 10) au niveau de l'extrémité inférieure ouverte ( 14) pour interrompre l'écoulement des eaux pluviales dans l'extrémité inférieure ouverte ( 14); et un moyen de fixation ( 32), qui fixe l'élément creux ( 10) pour maintenir l'élément creux fixe en position fixe par rapport au tuyau de descente ( 30), de façon que les eaux pluviales descendant le long du tuyau de descente ( 30) puissent s'échapper de l'extrémité supérieure ( 12) de l'élément creux ( 10); cette grande distance assurant une charge d'eau prédéterminée. 2 Système distributeur d'eau selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de fermeture ( 16) est une bride de serrage amovible. 3 Système distributeur d'eau selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément creux oblong ( 10) est en un matériau souple permettant d'y conserver l'eau. 4 Système distributeur d'eau selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément creux oblong ( 10) est en un matériau rigide à même d'y conserver l'eau. Système distributeur d'eau selon la revendication 1 ou 3, caractérisé en ce que le moyen de fixation ( 32) est un moyen de bride de serrage situé au voisinage de l'extrémité supérieure ouverte de l'élément creux oblong ( 10).