Brevet FR2735379A1 — publié le 19961220

PROCEDE D'EXTRACTION ET DE TRAITEMENT DE BOUES SEDIMENTEES HYDRAULIQUES ET PUITS FILTRANT UTILISABLE POUR LA MISE EN OEUVRE D'UN TEL PROCEDE La présente invention concerne l'entretien et/ou la réhabilitation de bassins contenant des boues sédimentées hydrauliques, notamment les lacs naturels ou artificiels et les bassins de décantation de résidus liquides urbains, industriels ou miniers. D'une façon générale, la réglementation sur l'environnement de plus en plus stricte a réduit les possibilités d'entreposage permanent de boues polluées liquides et tend à imposer des dépôts de siccité de plus en plus élevée ainsi que l'amélioration de la qualité des eaux rejetées. L'entretien ou la réhabilitation d'un site (ou bassin) de décantation comporte trois phases principales: l'extraction des boues du bassin d'origine, le transport des boues vers le bassin final de dépôt/sédimentation et l'élimination de l'eau contenue dans les boues extraites avant, pendant ou après le transport. Selon la surface du bassin d'origine, surface pouvant facilement dépasser l'hectare, les volumes de boues à déplacer et à traiter peuvent s'avérer considérables de telle sorte que les coûts en matériel et en exploitation de l'installation deviennent primordiaux. Une première méthode consiste à extraire les boues à la benne preneuse ou à la drague à godets en réduisant le plus possible la quantité d'eau extraite du bassin d'origine. Toutefois les moyens de transport en continu, bandes transporteuses ou circuits de boues par pompes "haute pression", s'avèrent onéreux en installation voire fragiles en exploitation. Une autre méthode consiste à extraire les boues à la drague aspiratrice et à transporter les boues sous forme de mixture eau/sédiments. Cette solution se heurte le plus souvent à la nécessité de recyclage de l'eau de transport (la réglementation sur la gestion de l'eau tend à devenir de plus en plus restrictive sur la qualité de l'eau de rejet). De ce fait, cette seconde méthode impose en général une véritable installation d'extraction des composants solides de la mixture, par exemple avec d'amont en aval, un crible pour la séparation des graviers, un jeu d'hydrocyclones pour la séparation des sables (avec une coupure de l'ordre de 80/100 hum), l'épaississement des boues résiduelles dans des clarificateurs-épaississeurs et une pompe pour acheminer les boues épaissies vers le bassin de sédimentation définitif.Comme la méthode précédente, cette seconde méthode est très onéreuse en termes de coût en matériel et de coût d'exploitation. La présente invention a pour but de proposer un procédé d'extraction et de traitement des boues sédimentées hydrauliques efficace et relativement peu onéreux tant en matériel qu'en coût d'exploitation. Selon l'invention, le procédé comportant les opérations d'extraction à partir d'un bassin d'origine des boues sédimentées hydrauliques par drague aspiratrice et de transport hydraulique de la mixture eau/sédiments vers un bassin de décantation est caractérisé en ce qu'il comporte de plus l'opération de sédimentation des boues dans le bassin de décantation par décantation naturelle avec rabattement continu de l'eau contenue dans ledit bassin de décantation par pompage au travers d'au moins un puits filtrant. Il est à noter également que le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre avec des équipements de dragage standards, simples et fiables et que la réalisation des puits filtrants selon les indications données ci-après ne nécessite pas d'investissements importants. Parmi les avantages conférés par l'invention, on peut noter une accélération sensible de la décantation/sédimentation de l'ordre de 50% pour une siccité des boues passant de 30% à 60%. Avantageusement, l'eau extraite par pompage du bassin de décantation/sédimentation est recyclée vers le bassin d'origine, avec de façon optionnelle un passage dans un bassin de tranquillisation. Selon un mode de mise en oeuvre intéressant du procédé selon l'invention, les opérations d'extraction/transport et de sédimentation/pompage des boues sont réalisées selon au moins un cycle de trois périodes successives: - une période de dragage dont la durée est fonction du volume d'eau disponible dans le bassin d'origine; - une période de décantation dont la durée est fonction du temps théorique de dépôts des sédiments reconnus les plus fins; et - une période de pompage intensif dont la durée est fonction du volume d'eau dans le bassin de décantation/sédimentation à la fin de la période de décantation. Selon une autre variante avantageuse du procédé selon l'invention, les puits filtrants sont progressivement élevés au fur et à mesure de l'avancement de la sédimentation dans le bassin de décantation/ sédimentation. Avantageusement pour encore accélérer la sédimentation des boues au moins un puits filtrant est équipé de drains radiaux sensiblement horizontaux rayonnant autour du puits. L'invention concerne également un puits filtrant utilisable notamment pour la mise en oeuvre du procédé présenté ci-dessus et comportant un empilement vertical de buses centrales pourvu d'orifices d'écoulement et entouré d'au moins une épaisseur de matériau de type sable et/ou gravier maintenu en place par une paroi de grillage métallique. Selon un mode de réalisation préférentiel du puits filtrant selon l'invention, celui-ci comporte au moins un jeu de drains radiaux sensiblement horizontaux rayonnant autour d'une buse centrale du puits. La structure relativement simple des puits filtrants selon l'invention leur confère une facilité d'entretien pendant leur fonctionnement. De plus, cette structure autorise la réalisation de puits de grande taille (de diamètre compris entre 2 et 3 mètres) offrant une grande efficacité de drainage, le drainage étant encore accru par l'adjonction des drains horizontaux pouvant atteindre 15 à 20 mètres. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre en référence aux dessins ci-joints dans lesquels: - la figure 1 montre un schéma illustrant le principe de mise en oeuvre du procédé selon l'invention; et - la figure 2 montre une vue en coupe verticale d'un puits filtrant utilisable dans le cadre de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Si l'on considère la figure 1, la référence 10 désigne un bassin empli de boues à extraire 12 surmontées d'eau 14. Par convention le bassin 10 est appelé bassin d'origine. L'extraction des boues 12 est effectuée par une drague aspiratrice stationnaire 16 dont la tête 18 (éventuellement associée à un outil désagrégateur) disposée à l'extrémité libre d'une conduite d'aspiration 20 est déplacée dans le bassin 10 . Le refoulement des boues se fait sous forme de mixture eau/sédiments au travers d'une pompe centrifuge 22 associée à la drague 16 et d'une conduite de refoulement 24 pour partie autoflottante, pour partie terrestre, conduisant vers un bassin de décantation/sédimentation 26.Tel que représenté schématiquement sur la figure 1, le bassin de décantation/sedimentation 26 comporte des boues sédimentées 28 de siccité comprise entre 50 et 60W surmontées de boues en cours de sédimentation 30, ces dernières étant surmontées d'eau de décantation 32. Pour accélérer la sédimentation le bassin de décantation 26 comporte une pluralité de puits filtrants 34 (dont un seul est représenté sur la figure 1). Dans chaque puits filtrant 34 est installée une pompe immergée 36 débitant l'eau de recyclage dans une conduite de retour 38 vers un bassin de tranquillisation 40 dont l'eau clarifiée 42 se déverse par un trop-plein 44 dans le bassin d'origine 10. A titre d'exemple non limitatif, la pompe 22 d'aspiration de la drague 16 est susceptible de fournir un débit moyen de mixture eau/sédiments de 1000 m3/h avec une concentration de 16% (en volume) de sédiments dans l'eau de transport. La longueur de refoulement est en moyenne de l'ordre de 500 mètres mais peut atteindre 1000 mètres selon la puissance de la pompe 22. La structure du puits filtrant 34 est représentée en détails à la figure 2 selon une coupe verticale. Le puits filtrant 34 est posé sur le fond 46 du bassin de décantation 26, lequel fond 46 est préalablement recouvert d'une épaisseur 47 de quelques dizaines de centimètres d'enrochement. Le puits filtrant 34 se compose d'un empilement vertical 50 de buses 51 centrales cylindriques pourvu d'orifices d'écoulement 52 traversants et entouré d'un lit filtrant cylindrique 54 de sable (d'un diamètre moyen compris entre 2 et 4 mm) maintenu par une première paroi 56 en grillage métallique et lui-même entouré d'un lit filtrant externe cylindrique 58 de graviers (de dimension 20/70 mm) maintenu par une seconde paroi 60 en grillage métallique, les deux parois 56 et 60 en grillage métallique étant elles-mêmes maintenues en place par des raidisseurs 62 fixés aux buses 51. Comme illustré sur la figure 2, le puits filtrant 34 est élevé au fur et à mesure de l'avancement du dépôt et de l'asséchement des sédiments 28 dans le bassin de décantation 26. Comme indiqué ci-après, la sédimentation dans le bassin 26 est obtenue par couches successives 28a à 28g de sédiments autour du puits filtrant 34, la référence 30 représentant la couche de boues en cours de sédimentation et la référence 32 l'eau de décantation. L'empilement vertical 50, élevé buse 51 après buse 51, définit en son intérieur la chambre 64 du puits dont le fond est progressivement comblé de couches de béton 64a à 64f de façon à laisser en partie supérieure du puits un puisard 66 rempli d'eau filtrée dont le fond 65 est situé à une altitude inférieure de quelques mètres de celle de la surface de séparation 29 entre les boues en cours de sédimentation 30 et les boues sédimentées 28. Il en résulte autour des matériaux filtrants sable/gravier un rabattement de l'eau contenue dans les boues en cours de sédimentation (c'est à dire une baisse du niveau de l'eau en cours de filtration dans une zone entourant le puits filtrant), illustrée schématiquement sur la figure 2; les surfaces de séparation 29 et 31 normalement horizontales prenant une forme de surfaces coniques évasées vers le haut du puits 34 (la surface de séparation 31 étant située entre la couche de boues en cours de sédimentation 30 et la couche d'eau de décantation 32). L'eau contenue dans le puisard 66 est évacuée dans la conduite 38 par la pompe immergée 36 descendue sur le fond du puisard 66. A titre d'exemple non limitatif, la pompe immergée 36 a un débit de 250 m3/h, les buses 51 présentant un diamètre interne compris entre 2 et 3 mètres.De façon optionnelle, on accélère encore le séchage des boues en cours de sédimentation 30 par l'adjonction d'au moins un jeu de drains radiaux horizontaux 68 rayonnant autour du puits 34 et débouchant dans le puisard 66. Comme illustré sur la figure 2, au fur et à mesure de la sédimentation dans le bassin 26 et de l'élévation du puits 34, chaque jeu de drains 68 est mis en place radialement autour d'une des buses centrales 51, la buse 51' destinée à être en vis à vis de la nouvelle couche de boues à sédimenter 30 à venir (seuls deux drains 68 appartenant à un seul jeu sont représentés sur la figure 2). A titre d'exemple non limitatif, les drains 68 peuvent avoir des longueurs efficaces comprises entre 15 et 20 mètres. Le nombre de puits filtrants, leurs emplacements respectifs dans le bassin de décantation 26 et leurs drains éventuels sont adaptés au volume d'eau et de sédiments déplacés et aux dimensions du bassin de décantation 26 (une sédimentation d'un volume de l'ordre du million de m3 sur une hauteur de sédiments de plusieurs dizaines de mètres est tout à fait réalisable par le procédé selon l'invention). Selon le volume d'eau disponible dans le bassin d'origine (c'est-à-dire le volume d'eau au départ de l'opération moins le volume minimal à garder en place), les opérations d'extraction/transport et de sédimentation/pompage sont réalisées selon des cycles ou "campagnes" correspondant aux couches de sédiments 28a à 28g dans le bassin de décantation 26. Chaque cycle comprend successivement une période de dragage, une période de décantation et une période de pompage intensif. La période de dragage a une durée qui dépend du volume d'eau disponible Ve dans le bassin d'origine 10 (auquel s'ajoute un premier volume de retour d'eau de recyclage extraite des puits filtrants). Dans la pratique, les puits filtrants 34 sont mis en service aux deux tiers de l'avancement du dragage avec un rendement inférieur au débit théorique maximum. Dans ces conditions, le volume de retour est de l'ordre de 20k du volume d'eau disponible Ve. Compte tenu des conditions de transport hydraulique des sédiments avec une concentration de 16k dans l'eau de transport, le volume Vs de sédiments extraits du bassin d'origine 10 est donné par la formule Vs= Ve x 1,2 x 0,16 = 0,192 Ve.D'autre part, si on considère un rendement de 0,8 pour la pompe aspiratrice 22 (de débit théorique 1000 m3/h) la durée (en heures) de la période de dragage sera égale à: Dg = 1,2 Ve/800 = 1,5 x 10-3 Ve. La période de décantation suit la période de dragage avec une durée fonction du temps théorique maximum de dépôt des sédiments reconnus les plus fins. Ce temps maximum de dépôt est fonction du diamètre minimum des particules de sédiments (par exemple pour de la vase et/ou des boues très fines, des particules de l'ordre de 4 ym), de la profondeur du bassin de décantation (celleci diminuera à chaque cycle de l'épaisseur de sédiments de la couche correspondant au cycle précédent), de la densité moyenne des particules et de la température moyenne de l'eau de décantation. A titre d'exemple, des sédiments très fins de 4 ym présentent des vitesses de chute de l'ordre de 2 cm/h. Pendant cette période de décantation, les puits filtrants 34 sont mis en service de façon à évacuer l'eau filtrée disponible. La période de pompage intensif suit la période de décantation avec une durée fonction du volume d'eau dans le bassin de décantation 26 à l'issue de la période de décantation. Au cours de la période de pompage intensif la pompe immergée de chaque puits filtrant opère au débit maximum, l'eau à recycler étant alors normalement totalement décantée. Une fois vidangée, au travers des puits filtrants, l'eau 32 du bassin de décantation 26, il est possible de procéder à l'élévation correspondante des puits 34 et de recommencer un nouveau cycle (nouvelle "campagne") et de ce fait multiplier les "campagnes" jusqu'à extraction de tous les sédiments encombrant le bassin d'origine 10. Il est à noter que cette façon de procéder en "campagnes" évite l'apport d'eau extérieure et régénère l'eau de transport qui en fin d'opération est renvoyée dans le bassin d'origine, filtrée (dans les puits) et clarifiée (dans le bassin de tranquillisation) . Ainsi donc, le procédé selon l'invention est particulièrement bien adapté au nettoyage et/ou à la réhabilitation de bassins et/ou lacs envasés. REVENDICATIONS: 1. Procédé d'extraction et de traitement de boues sédimentées hydrauliques comportant les opérations de: - extraction à partir d'un bassin d'origine (10) des boues sédimentées hydrauliques (12) par drague aspiratrice (16); - transport hydraulique de la mixture eau/sédiments vers un bassin de décantation (26); caractérisé en ce qu'il comporte de plus l'opération de: - sédimentation des boues (28, 30) dans le bassin de décantation (26) par décantation naturelle avec rabattement continu de l'eau contenue dans ledit bassin de décantation (26) par pompage au travers d'au moins un puits filtrant (34). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'eau extraite par pompage du bassin de décantation/sédimentation (26) est recyclée vers le bassin d'origine (10). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'eau extraite du bassin de décantation/ sédimentation (26) est recyclée vers le bassin d'origine (10) après passage dans un bassin de tranquillisation (42) 4. Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les opérations d'extraction/ transport et de sédimentation/pompage des boues sont réalisées selon au moins un cycle de trois périodes successives: - une période de dragage dont la durée est fonction du volume d'eau disponible dans le bassin d'origine (10); - une période de décantation dont la durée est fonction du temps théorique de dépôts des sédiments reconnus les plus fins; et - une période de pompage intensif dont la durée est fonction du volume d'eau dans le bassin de décantation/sédimentation (26) à la fin de la période de décantation. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les puits filtrants (34) sont progressivement élevés au fur et à mesure de l'avancement de la sédimentation dans le bassin de décantation/sédimentation (26). 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un puits filtrant (34) est équipé de drains (68) radiaux sensiblement horizontaux disposés autour du puits (34). 7. Puits filtrant utilisable pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un empilement vertical (50) de buses centrales (51) pourvu d'orifices (52) d'écoulement et entouré d'au moins une épaisseur (54, 58) de matériau filtrant de type sable et/ou gravier maintenu en place par une paroi de grillage métallique (56, 60). 8. Puits filtrant selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un jeu de drains (68) radiaux sensiblement horizontaux rayonnant autour d'une buse centrale (51') du puits (34).