Brevet FR2792959A1 — publié le 20001103

DESCRIPTION La présente invention se rapporte à un barrage à cla- pet comprenant un seuil pour l'essentiel horizontal; deux parois latérales s'étendant perpendiculairement au seuil et distantes l'une de l'autre dans le sens longitudinal dudit 5 seuil; et un clapet qui est monté à pivotement autour d'un axe horizontal sur le seuil, entre les deux parois latéra- les, et présente une position de fermeture et une position d'ouverture. Dans des canalisations d'eaux mixtes, l'on utilise des systèmes de déversement des eaux pluviales qui, en cas de dépassement d'un niveau d'eau bien défini, rejettent les eaux excédentaires dans les eaux courantes. Dans de nombreux cas, les systèmes de déversement sont réalisés sous la forme de seuils- déversoirs fixes. En vue d'une amélioration, l'on connaît déjà des bar- rages à clapets autorisant une meilleure exploitation de l'espace disponible. Dans un barrage à clapet connu, un clapet est arti- culé à pivotement autour d'un axe horizontal, le bord de trop-plein étant relié à un contrepoids par l'intermédiaire d'un câble guidé par un rouleau. Le contrepoids sert à dres- ser le clapet (DE-257 804). L'on connait un barrage à clapet similaire, dans le- quel le clapet est en liaison avec un flotteur sollicité par l'eau en amont dudit clapet (DE-A1-33 05 401). Il est pareillement connu d'employer, à la place d'un clapet pivotant, une murette de retenue pouvant, par elle- même, subir des déformations (US-4 787 774). Un autre dispositif connu de régulation d'un liquide, notamment de la hauteur d'un niveau d'eau, comporte un cla- pet s'étendant, en position fermée, selon un angle d'environ degrés visà-vis de l'horizontale. Il peut être animé d'un pivotement vers le bas jusqu'à une position d'ouver- ture, sous l'effet de l'eau s'accumulant, en s'opposant à l'action d'un ressort de pression. Seule la constante d'élasticité du ressort est disponible en tant que degré de latitude relatif à la courbe caractéristique. Le ressort est placé au-dessus du bord de trop-plein du clapet (DE-U-85 10 517). L'invention a pour objet de fournir un barrage à cla- pet de structure simple, se dispensant d'énergie extérieure, qui présente une courbe caractéristique aplatie, c'est-à- dire une grande variation du flux de trop-plein en cas de faible variation du niveau de l'eau, ainsi qu'une hystérésis la plus modeste possible. Conformément à l'invention, cet objet est atteint par un ressort de pression qui sollicite le clapet vers sa posi- tion de fermeture, et se trouve au-dessous dudit clapet. En position de fermeture, le clapet est orienté de manière à former un seuil de trop-plein. Lorsque l'eau monte suffisamment, le clapet s'ouvre sous l'effet de la pression de l'eau en s'opposant à l'action du ressort de pression. Il se meut ensuite jusqu'à une position d'ouverture maximale. Après baisse du niveau de l'eau, le ressort de pression ra- mène le clapet à la position de fermeture. Ledit ressort de pression est placé au-dessous du clapet, ce qui dispense de la nécessité de mécanismes de transmission tels que des ar- bres, des rouleaux, des disques à cames, des câbles ou des tiges de traction qui seraient synonymes d'une perturbation dans l'écoulement de l'eau. Dans le mécanisme à ressort di- rectement sous-jacent au clapet, les forces non négligeables sont guidées sur le trajet le plus court, avec absence de jeu et avec faible frottement. Cela a pour effet de minimi- ser le frottement et le jeu, et le clapet réagit tout en fi- nesse et avec faible hystérésis. Dans un perfectionnement de l'invention, il peut être prévu que le clapet décrive, dans sa position de fermeture, un angle d'environ 20 degrés à environ 30 degrés avec la verticale, plus précisément en s'écartant de la verticale dans la direction d'ouverture. Il peut être semblablement prévu que le clapet s'étende à peu près horizontalement dans sa position d'ou- verture. L'invention propose que l'angle de pivotement du cla- pet puisse mesurer environ 50 degrés. Cela permet de tirer parti, de manière optimale, de l'espace de retenue de l'ouvrage. Conformément à l'invention, il peut être prévu que le ressort de pression présente les caractéristiques d'élasti- cité d'un ressort hélicoïdal. Des ressorts hélicoïdaux ont une courbe caractéristique correspondant à la loi de Hooke. Selon l'invention, pour concrétiser ces propriétés élastiques, le ressort peut être un ressort hélicoïdal. D'après un perfectionnement supplémentaire, il peut être prévu que le ressort hélicoïdal soit disposé à peu près verticalement. L'invention propose que le ressort vienne en prise avec le clapet proprement dit. Conformément à l'invention, il peut être prévu que le ressort vienne en prise avec le clapet en un emplacement dont la distance, vis-à-vis de l'axe de pivotement dudit clapet, est nettement inférieure à la distance comprise entre l'axe de rotation du clapet et le bord de trop- plein dudit clapet. De la sorte, la caractéristique d'élasticité du ressort peut être mieux mise à profit en vue d'obtenir la courbe caractéristique aplatie. Il peut être prévu que le ressort vienne en prise avec le clapet en un emplacement qui est éloigné, en aval, d'une ligne reliant l'axe de rotation du clapet au bord de trop-plein dudit clapet. Conformément à l'invention, il peut être prévu que le ressort soit articulé à pivotement sur le clapet et/ou sur une contre-butée, et soit empêché de flamber. Ainsi, le res- sort peut être réalisé à la manière d'une jambe de force à ressort et être disposé, par exemple, à l'intérieur de tubes guidés télescopiquement, ou bien tout autour de tiges. Dans un perfectionnement supplémentaire de l'inven- tion, il peut être prévu que le point de venue en prise du ressort avec le clapet soit plus rapproché, que la contre- butée, d'un plan vertical passant par l'axe de pivotement dudit clapet. Néanmoins, il est également possible que ce point de venue en prise soit plus éloigné, que la contre-butée, vis- à-vis de ce plan vertical. La multiplicité des points possi- bles de disposition de la contre-butée confère, au clapet proposé par l'invention, un plus large degré de latitude pour déterminer la courbe caractéristique. A la place d'un montage articulé de l'extrémité du ressort, il peut également être prévu que ledit ressort soit relié au clapet et/ou à la contre-butée, respectivement de façon rigide ou avec rigidité aux couples, dans la région de son extrémité considérée. Lorsque le ressort est relié rigidement à l'élément respectif dans la région de ses deux extrémités, il peut être prévu, conformément à l'invention, que les extrémités dudit ressort soient situées dans des plans parallèles dans la position d'ouverture du clapet. L'invention propose que le ressort puisse être dis- posé de façon telle que l'orientation d'une ligne, reliant ses points de venue en prise, varie au cours du mouvement du clapet. Il peut semblablement être prévu que le ressort soit disposé de façon telle que le bras de levier efficace et/ou le couple de rappel augmente tout d'abord jusqu'à une valeur maximale, au cours du mouvement du clapet de la position de fermeture à la position d'ouverture, et diminue ensuite de nouveau. Le clapet conforme à l'invention peut aussi être uti- lisé en tant que clapet de retenue. A cette fin, il peut être prévu une butée contre laquelle ledit clapet prend appui, de manière étanche, en cas d'accumulation d'eaux situées en aval. L'invention va à présent être décrite plus en détail, à titre d'exemples nullement limitatifs, en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe d'un ouvrage de déversement des eaux pluviales, équipé d'un barrage à clapet conforme à l'invention; la figure 2 est une coupe, à échelle agrandie, du clapet à l'état fermé; la figure 3 est une vue par-derrière d'un clapet à ressort, très court pour des raisons d'illustration et ob- servé par la gauche sur la figure 2; la figure 4 est une représentation correspondant à la figure 2, en position d'ouverture intégrale d'un clapet dont la base inférieure du ressort est largement sortie; la figure 5 est une illustration correspondant à la figure 2, dans une deuxième forme de réalisation dans laquelle la base inférieure du ressort est rentrée; la figure 6 est une représentation correspondant aux figures 2 et 5, dans une forme de réalisation encore diffé- rente dans laquelle les deux extrémités du ressort sont re- tenues avec rigidité aux couples; et la figure 7 montre une autre forme de réalisation. La figure 1 est une coupe d'un ouvrage 1 de déverse- ment des eaux pluviales, constitué par des parois bétonnées. En situation normale, l'ouvrage 1 est parcouru dans le sens longitudinal, c'est-à-dire perpendiculairement au plan du papier. L'ouvrage 1 comprend un seuil 2 qui, en situation normale, sépare un passage 3 d'avec une sortie 4 menant à l'air libre. Un clapet 5, articulé sur le bord supérieur du côté du seuil 2 qui est tourné à l'opposé du passage normal 3, comporte une position de fermeture. La figure 1 montre le clapet 5 dans sa position de fermeture dressée verticalement lorsque l'écoulement s'effectue par temps sec. Dans la posi- tion de fermeture, un bord de trop-plein 6 du clapet pré- sente sa hauteur maximale. Cette hauteur maximale du bord 6 concrétise simultanément le niveau d'eau maximal 7, en pré- sence duquel aucune quantité d'eau ne s'écoule encore du passage 3 vers la sortie 4. Dans la position fermée, le cla- pet 5 est retenu par un ressort précontraint 8, placé au- dessous dudit clapet 5 et agissant entre ledit clapet 5 et une contrebutée 9. La contre-butée 9 est reliée au seuil 2 de façon rigide, mais réglable le cas échéant. Le clapet agit de façon telle que, lorsque l'eau excède le niveau 7 susmentionné, ledit clapet se rabatte vers la sortie 4 gagnant les eaux courantes, c'est-à-dire qu'il s'ouvre sous l'effet de l'eau, en s'opposant à l'action du ressort 8. Il peut être animé d'un pivotement jusqu'à une position d'ou- verture maximale. Le ressort 8 redresse le clapet 5 aussitôt que la hauteur de l'eau retombe au-dessous du niveau 7. Le clapet 5 s'étend, dans le sens longitudinal du seuil 2, entre deux parois latérales 10 vis-à-vis desquelles ledit clapet 5 est rendu étanche, par exemple au moyen de garnitures à lèvres d'étanchement. Par conséquent, l'eau ne peut parvenir à la sortie 4 qu'entre les deux parois latéra- les 10, en franchissant le bord de trop-plein 6 du clapet 5. La figure 2 illustre, de manière plus détaillée, l'agencement structurel et la fixation du clapet au seuil 2. Un corps de base 11, revêtant la forme d'une tôle coudée deux fois, est installé sur le seuil 2 à l'aide de che- villes, par exemple, du côté tourné vers la sortie 4. Des supports 12 sont montés sur le corps de base et forment, dans la région de leur extrémité inférieure tournée à l'op- posé du seuil 2, une portée destinée à un axe 13 sur lequel le ressort 8 est articulé. Un arbre 14 ou un bout d'arbre, matérialisant respec- tivement l'axe de pivotement du clapet 5, s'étend dans la région supérieure des supports 12. Le clapet 5 est constitué d'un profilé en caisson creux, de préférence en acier fin, qui assure la nécessaire rigidité dudit clapet 5. Ledit clapet est renforcé par des membrures 15. Ces membrures 15 sont disposées dans la région des deux extrémités du clapet 5. D'autres membrures 16, entre lesquelles s'étendent des tenons 17, sont implantées dans la région centrale du clapet. Lesdits tenons 17 servent au montage articulé du ressort 8 sur le corps du clapet 5. Les parois latérales 10 sont formées par des bou- cliers latéraux qui sont reliés soit au corps de base 11, soit aux parois de l'ouvrage, voire à l'un et aux autres. Des garnitures d'étanchement glissantes configurées en L, assurant l'étanchéité des étroits interstices, sont interpo- sées entre les boucliers latéraux et les extrémités du cla- pet 5. Dans le cas de clapets servant également à assurer la retenue, un jeu supplémentaire de ces garnitures se trouve sur l'arête frontale de l'interstice d'étanchement. Si l'on relie le tenon 17 à l'arbre 14, cette ligne de liaison décrit, avec l'axe longitudinal du ressort, un angle inférieur à 90 degrés et mesurant, par exemple, envi- ron 70 degrés. Lorsque le clapet 5 est déplacé vers le bas dans le sens horaire, de la position de fermeture à la posi- tion d'ouverture, cet angle augmente jusqu'à ce qu'il attei- gne 90 degrés. Lors d'une poursuite du pivotement vers la position d'ouverture illustrée sur la figure 4, l'angle aug- mente pour excéder les 90 degrés. Le bras de levier efficace atteint son maximum à 90 degrés. Il diminue donc à nouveau lors d'un dépassement de cette valeur. Ainsi, le couple de rotation rétrograde peut croître moins fortement que la grandeur correspondant à la force élastique continuant d'augmenter. En fonction de la disposition du tenon 17 par rapport à l'arbre 14, il est possible de déterminer l'angle d'ouverture du clapet se traduisant par le bras de levier maximal ou, respectivement, par le couple maximal de rota- tion rétrograde. Dans la forme de réalisation de la figure 5, le point inférieur d'articulation du ressort 8, c'est-à-dire l'axe 13, est plus rapproché du seuil 2. Ainsi, le ressort 8 est placé à peu près verticalement dans la position de fermeture du clapet 5, mais est toutefois orienté en sens inverse par rapport à la disposition de la figure 2. Là encore, l'angle entre la direction d'action du ressort 8, et la ligne re- liant l'arbre 14 et le tenon 17, varie sur une valeur de 90 degrés, ce qui correspond au bras de levier efficace maxi- mal. Dans la forme de réalisation de la figure 5, le ressort se trouve, également au début du débordement au-delà du cla- pet 5, dans une région dans laquelle il est particulièrement bien protégé d'un encrassement par des eaux évacuées débor- dantes. Dans la forme de réalisation selon la figure 6, il est fait usage d'un ressort 18 qui, certes, est semblable- ment un ressort hélicoïdal de pression, mais n'est cependant pas conçu comme une jambe de force à ressort. Une extrémité inférieure 19 du ressort, située dans un plan, est ver- rouillée par vissage avec rigidité aux couples, à l'aide d'une plaque de serrage 20, sur une branche inférieure hori- zontale 21 du corps de base 11. Une extrémité supérieure opposée 22 du ressort héli- coïdal, pareillement située dans un plan, est bloquée contre une plaque 23 dont le plan est sensiblement parallèle à un plan reliant l'arbre 14 au bord de trop-plein 6. Dans ce cas aussi, par conséquent, le ressort 18 est relié rigidement au clapet 5. Lors du pivotement dudit clapet 5, de sa position de fermeture (voir la figure 6) à sa position d'ouverture maximale, la plaque 23 parvient à un emplacement auquel elle s'étend à peu près parallèlement au plan dans lequel se trouve l'extrémité inférieure du ressort 18. Le clapet proposé par l'invention est un clapet au- delà duquel un débordement s'opère, et qui occupe une posi- tion de repos précontrainte tant qu'il n'est pas déployé. Lorsque le niveau d'eau à déverser est atteint, les forces hydrostatiques de l'eau ont pour conséquence d'amorcer une inclinaison du clapet vers le bas. Les forces dynamiques ap- pliquées, et la force de rappel du mécanisme à ressort, se traduisent par un nouvel équilibre. Si le niveau d'eau continue de monter encore légère- ment, à un stade ultérieur, le clapet s'incline davantage vers le bas et accroit la superficie exposée à l'écoulement. La courbe caractéristique d'évacuation est approximativement horizontale dans cette situation. A pleine charge, le clapet repose contre une butée mécanique. Lorsque le flux d'écoulement décroît, la hauteur de chute diminue légèrement et les forces appliquées au clapet s'amenuisent. De la sorte, ledit clapet retourne progressi- vement à sa position de repos. La figure 7 montre une autre forme de réalisation d'un clapet proposé par l'invention, offrant une similitude avec la forme de réalisation d'après la figure 5. Dans ce cas, ledit clapet est d'une réalisation telle qu'il présente une face plane 24 exposée à l'arrivée de l'écoulement. Une zone superficielle 25, pareillement plane, se rattache à la- dite face derrière le bord de trop-plein 6. Dans cette forme de réalisation, le point d'articula- tion (axe 13) du ressort 8 est plus rapproché, de l'axe de pivotement (arbre 14) du clapet, que le point de montage (tenon 17) de l'extrémité supérieure dudit ressort 8, ce qui présente une similitude avec la forme de réalisation selon la figure 5. Le ressort 8 est parcouru par une tige 26 munie d'un filetage dans la région de son extrémité supérieure. Un écrou 27 est vissé sur ce filetage. Cela autorise un réglage du clapet. Les supports 12 formant, dans la région de leur ex- trémité inférieure, une portée destinée à l'axe 13 sur le- quel le ressort 8 est articulé, comportent une protubérance 28 saillant, dans la région dudit ressort 8, d'une distance telle qu'elle se trouve sur la trajectoire du tenon 17. Au cours d'un pivotement du clapet 5 autour de l'arbre 14, le tenon 17 vient s'appliquer contre la face supérieure des protubérances 28. Ces dernières possèdent une creusure ar- rondie 29, dans laquelle le tenon 17 vient se placer. Cela forme une butée affectée au mouvement d'ouverture du clapet. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au barrage à clapet décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. -R E VE N D I C A T I ONS - 1. Barrage à clapet comprenant un seuil (2) pour l'essentiel horizontal; deux parois latérales (10) s'éten- dant perpendiculairement au seuil (2) et distantes l'une de l'autre dans le sens longitudinal dudit seuil (2); et un 5 clapet (5) qui est monté à pivotement autour d'un axe hori- zontal sur le seuil (2), entre les deux parois latérales (10), et présente une position de fermeture et une position d'ouverture, barrage caractérisé par un ressort de pression (8; 18) qui sollicite le clapet (5) vers sa position de fermeture, et se trouve au-dessous dudit clapet (5). 2. Barrage à clapet selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que le clapet (5) décrit, dans la posi- tion de fermeture, un angle d'environ 20 degrés à environ 30 degrés avec la verticale, en s'écartant de cette dernière15 dans la direction d'ouverture. 3. Barrage à clapet selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le clapet (5) s'étend à peu près horizontalement dans la position d'ouverture. 4. Barrage à clapet selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé par le fait que l'angle de pivotement du clapet (5), entre la position de fermeture et la position d'ouverture, mesure environ 50 degrés. 5. Barrage à clapet selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé par le fait que le res- sort de pression (8; 18) présente les caractéristiques d'élasticité d'un ressort hélicoïdal. 6. Barrage à clapet selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé par le fait que le res- sort de pression (8; 18) est un ressort hélicoïdal.30 7. Barrage à clapet selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé par le fait que le res- sort (8; 18) se dresse à peu près verticalement. 8. Barrage à clapet selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé par le fait que le res- sort (8; 18) vient en prise avec le clapet (5) en un empla- cement dont la distance, vis-à-vis de l'axe de pivotement dudit clapet, est nettement inférieure à la distance com- prise entre l'axe de rotation du clapet (5) et le bord de trop-plein (6) dudit clapet (5). 9. Barrage à clapet selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé par le fait que le res- sort (8; 18) vient en prise avec le clapet (5) en un empla- cement qui s'écarte, en aval, d'une ligne reliant l'axe de rotation au bord de trop-plein (6) dudit clapet (5). 10. Barrage à clapet selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisé par le fait que le ressort (8; 18) est articulé à pivotement sur le clapet (5) et éventuellement, ou en variante, sur une contre-butée, et est empêché de flamber. 11. Barrage à clapet selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisé par le fait que le point de venue en prise du ressort (8; 18) avec le clapet (5) est plus rapproché, que la contre-butée, d'un plan ver- tical passant par l'axe de pivotement. 12. Barrage à clapet selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 10, caractérisé par le fait que le point de venue en prise du ressort (8; 18) avec le clapet (5) est plus éloigné, que la contre-butée, d'un plan vertical pas- sant par l'axe de pivotement. 13. Barrage à clapet selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 9, et 11 ou 12, caractérisé par le fait que le ressort (18) est relié rigidement au clapet (5) et éven- tuellement, ou en variante, à la contre-butée dans la région de son extrémité considérée. 14. Barrage à clapet selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisé par le fait que le ressort (8; 18) est disposé de façon telle que l'orienta- tion d'une ligne, reliant ses points de venue en prise, va- rie au cours du mouvement du clapet (5). 15. Barrage à clapet selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisé par le fait que le ressort (8; 18) est disposé de façon telle que le bras de levier efficace augmente jusqu'à une valeur maximale, au cours du mouvement du clapet (5) de la position de fermeture à la position d'ouverture, et diminue ensuite de nouveau. 16. Barrage à clapet selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisé par le fait que le ressort (8; 18) est disposé de façon telle que le couple de rappel augmente jusqu'à une valeur maximale, au cours du mouvement du clapet (5) de la position de fermeture à la po- sition d'ouverture, et diminue ensuite de nouveau.