Brevet FR2802524A1 — publié le 20010622

DISPOSITIF D'AERATION D'UN PLAN D'EAU La presente invention concerne l'aération d'un plan d'eau par injection de colonnes de bulles d'air comprimé destinées à réaliser l'oxygénation de l'eau et également son brassage. Elle concerne plus particulièrement un dispositif d'aération comprenant un réseau de canalisations de bullage, alimentées en air comprimé et perforées en sorte de créer les colonnes de bulles. Pour lutter contre l'eutrophisation de plans d'eau, notamment de lacs ou de retenues artificielles , il est connu de mettre en oeuvre des mesures curatives parmi lesquelles la déstratification et l'oxygénation. En particulier dans plans d'eau dits eutrophes , on constate une stratification telle que la quasi-totalité de la masse d'eau située à une faible profondeur, qui peut être de l'ordre de 2m, est quasiment exempte d'oxygène dissous. phénomène d'eutrophisation est caractéristique de l'évolution des plans d'eau et normalement se déroule sur un temps très long qui peut être de plusieurs milliers d'années. Mais ce processus naturel est accéléré du fait des apports en matières organiques et en éléments fertilisants , tels l'azote et le phosphore , dus à l'activité agricole et aux effluents urbains et industriels. Cette eutrophisation se concrétise par différents phénomènes visibles diminution de la profondeur par comblement progressif, évolution de la coloration des eaux , réduction de la transparence, biomasse plus importante, apparition d'espèces telles que des algues et notamment les algues bleues ou cyanophycées. L'oxygénation et la déstratification sont obtenues , de manière conjuguée, en injectant des bulles d'air comprimé depuis fond du plan d'eau, sous forme de colonnes. Le courant ascendant généré par les remontées de l'air vers la surface entraîne progressivement la création de courants de convexion qui vont faire redescendre vers le fond les eaux de surface chaudes et saturées en oxygène tandis que les eaux fond, froides et exemptes d'oxygène , vont monter vers la surface. Il se produit ainsi une déstratification de la masse d'eau et une aération homogène de celle-ci , avec apport en oxygène atmosphérique depuis la surface. C'est cet effet mécanique de déstratification que l'on dénomme couramment air-lift. L'injection de l'air , sous forme de bulles , dans un volume d'eau produit une mise en solution de l'oxygène dans l'eau. II est connu notamment dans l'ouvrage intitulé "Mémento technique de l'eau" et publié la société DEGREMONT que le rendement d'oxygénation est d'autant plus élevé que les bulles mises en oeuvre sont plus fines. A titre comparatif , là ou le rendement d'oxygénation est de 4 à 6 % pour des grosses bulles il est de 5 à 10% pour des moyennes bulles et de 15 à 30% pour des fines bulles. Le document FR.2.771.401 décrit un dispositif d'aération d'un plan d'eau qui comprend une canalisation perforée de bullage , une canalisation ballast sur laquelle sont fixés à intervalles réguliers des blocs de béton " formant lests. La canalisation de bullage est reliée à la canalisation de ballast par des sangles en polyester. Ces deux canalisations sont en polyéthylène haute densité. En fonctionnement normal, la canalisation de bullage est alimentée en air comprimé par un compresseur, tandis que la canalisation de ballast est remplie d'eau. La masse volumique de la canalisation de bullage est telle elle a tendance à remonter à la surface de l'eau lorsqu'elle est remplie d'air comprimé. Lors de la mise en place ou du retrait du dispositif, c'est de l'air qui est injecté dans la canalisation de ballast, ce qui permet la remontée vers la surface du dispositif constitué des deux canalisations et des blocs de beton de lestage. II est certain qu'un dispositif d'aération de ce type est fait pour reposer sur le fond du plan d'eau pendant de longues années. La végétation peut , en se développant , se prendre dans les sangles qui attachent les blocs de béton de lestage à la canalisation de ballast, ce qui le moment venu peut créer des désagréments lorsque l'on veut remonter le dispositif par insufflation d'air dans ladite canalisation de ballast. De plus la présence des blocs de béton, qu'il est nécessaire d'attacher à intervalles réguliers sur la canalisation de ballast, rend complexe et particulièrement pénible la mise en place du dispositif. Le but que s'est fixé le demandeur est de proposer un dispositif d'aération d'un plan d'eau qui pallie les inconvénients précités. Ce but est parfaitement atteint par un dispositif qui de manière connue comprend deux canalisations solidaires l'une de l'autre, à savoir une première canalisation perforée de bullage et une seconde canalisation de ballast, la première canalisation de bullage ayant une masse volumique telle qu'elle a tendance à remonter à la surface de l'eau lorsqu'elle est remplie d'air. De manière caractéristique , selon l'invention, la masse volumique de la seconde canalisation de base est déterminée, en fonction de celle de la première canalisation de bullage , en sorte qu'étant remplie d'eau ladite seconde canalisation assure le lestage de la première canalisation et en sorte que , ladite seconde canalisation étant remplie d'air , le dispositif remonte vers la surface l'eau. Ainsi selon le concept de l'invention on supprime purement et simplement les blocs béton de lestage prévus dans le document FR.2.771.401 grâce à sélection particulière de la masse volumique de la seconde canalisation, fait office à la fois de lest et de ballast , sélection qui est fonction de la masse volumique de la première canalisation. Etant remplie d'eau , la seconde canalisation doit être assez lourde pour maintenir l'ensemble du dispositif vers le fond du plan d'eau , tout en étant elle-même au contact avec ledit fond, alors que de l'air comprimé est injecté dans la première canalisation bullage. Etant remplie d'air comme la canalisation de bullage, elle doit etre suffisamment légère pour que l'ensemble du dispositif remonte à la surface du plan d'eau. Dans un mode particulier de réalisation, la masse volumique de la seconde canalisation remplie d'air est supérieure à la densité de l'eau de sorte que c'est la premiere canalisation qui assure la remontée vers la surface de l'ensemble du dispositif. De préférence densité du matériau constitutif de la première canalisation est comprise entre 0,9 et 0,97. Avantageusement cette première canalisation ayant un diamètre extérieur compris entre 40 et 70mm , l'épaisseur dudit matériau est comprise entre 6 et 8mm. préférence la densité du matériau constitutif de la seconde canalisation est comprise entre 1,5 et 2. Avantageusement, cette seconde canalisation ayant un diametre extérieur compris entre 60 et 80mm, l'épaisseur dudit matériau est comprise entre 1 et 20mm. Les tubes utilisés pour ces canalisations sont en matière plastique souple de sorte que lesdites canalisations peuvent épouser les irrégularités de relief du fond du plan d'eau. S'agissant de la première canalisation de bullage, différences de hauteur d'un point à un autre de la canalisation , dues à irrégularités de relief , peuvent se traduire par des différences de pression l'air comprimé et donc par des écarts dans la grosseur bulles le long de la canalisation. Afin de pallier cet inconvénient, les deux canalisations du dispositif de l'invention sont solidaires par des liens souples de longueurs réglables en sorte la première canalisation de bullage reste sensiblement horizontale quelle que soit la conformation du fond sur laquelle repose la seconde canalisation. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description va être faite d'un mode préféré de réalisation d'un dispositif d'aération d'un plan d'au comprenant une canalisation perforée de bullage et une canalisation remplissant à la fois le rôle de ballast et de lest, illustré par le dessin annexé dans lequel - La figure 1 est une vue schématique de côté montrant le dispositif immergé sur un fond sensiblement plan, - La figure 2 est une vue schématique du même dispositif immergé sur un fond présentant de fortes variations de relief, - et la figure 3 est une vue schématique en coupe transversale du dispositif, selon l'axe 111-11I de la figure 1. Le dispositif d'aération d'un plan d'eau va être décrit s'appuie sur la technique d'injection de fines bulles qui réalise à la fois la déstratification par effet mécanique de type air-lift et l'oxygénation de l'eau. Ce dispositif 1 est constitué uniquement de deux canalisations 2,3, reliées entre-elles par des éléments 4 de liaison. La première canalisation 2 , dite de bullage, est constitué d'un tube souple 5 , par exemple en polyéthylène haute densité, présentant à intervalles réguliers des perforations 6. Dans un exemple de réalisation preferé mais non limitatif , il s'agissait de perforations 6 de l'ordre de 1 mm, realisées à des intervalles de l'ordre de 1 à 1,5m. Cette première canalisation de bullage 2 est alimentée en air comprimé par un compresseur non représenté, exemple un compresseur basse pression, de l'ordre de 7 bars, avec detente de l'air alimentant la canalisation 2 à une pression de 2 bars. La seconde canalisation 3 remplit à la fois la fonction de lest et de ballast. Il s'agit d'un tube 7 d'un diamètre légèrement plus important que le tube 5 constitutif de la première canalisation 2 , ayant une épaisseur de paroi E supérieure à l'épaisseur e du tube 5 constitutif de la première canalisation 2. II s'agit également d'un tube 7 en un matériau souple, par exemple en polyéthylène haute densité (PERD). La densité de ce polyéthylène est par exemple de 0,955 pour la première canalisation de 1,75 pour la seconde. La seconde canalisation 3 est alimentée eau. Les canalisations 2, 3 sont rendues solidaires l'une de l'autre par des éléments de liaison 4 qui sont par exemple des courroies souples dans un matériau synthétique ayant une bonne résistance mécanique et un bon comportement au vieillissement dans l'eau. II peut s'agir notamment de courroies de polypropylène. Sur la figure 1 on a représenté une extrémité du dispositif , les deux canalisations 2, 3 étant fermées par des bouchons d'obturation respectivement 8,9. En fonctionnement , comme cela apparaît sur la figure 1, l'air comprimé alimenté dans la première canalisation s'échappe par chaque orifice 6 sous la forme de colonnes de bulles 13 qui remontent vers la surface, créant un courant ascendant provoquant progressivement la création de courants de convexion qui font redescendre vers le fond du plan d'eau les eaux de surface chaudes et saturées en oxygène, tandis que les eaux proches du fond, qui sont froides et sensiblement exemptes d'oxygène remontent vers la surface. De plus il se produit une certaine dissolution de l'oxygène contenu dans les bulles 11 dans l'eau 12 avec laquelle elles sont en contact oxygénation dont on sait que le rendement est d'autant plus important que diamètre des bulles 11 est petit. La faible pression (2 bars) de l'air insufflé dans la première canalisation 2 de bullage limite le débit de fuite et garantit une meilleure régularité de bullage jusqu'au bout de la canalisation et minimise la perte charge dans l'ensemble du dispositif qui peut comporter une pluralité de canalisations 3, telle que décrite, alimentée par le même compresseur. La première canalisation 2, alimentée en air comprimé, a tendance remonter vers la surface du plan d'eau. Elle en est empêchée par la seule seconde canalisation 3, qui joue à cet égard le rôle de lest. La masse volumique de cette seconde canalisation est déterminée, en fonction de masse volumique de la première, en sorte qu'étant remplie d'eau elle repose le fond 10 du plan d'eau, maintenant la première canalisation 2 de bullage à proximité dudit fond grâce aux éléments de liaison 4. Quant il s'agit de déplacer ou de retirer le dispositif 1, il suffit d'evacuer l'eau contenue dans la seconde canalisation 3 et d'y injecter de l'air comprimé. La seconde canalisation 3 remplit alors son rôle de ballast. masse volumique de cette seconde canalisation 3 est déterminée, fonction de la masse volumique de la première canalisation 2, en sorte que la presence d'air comprimé à l'intérieur des deux tubes 5,7 permet la remontée de l'ensemble du dispositif 1 jusqu'à la surface. Selon la caractéristique de l'invention, le dispositif 1 ne comporte, en fonctionnement normal, aucun autre moyen de lestage, en particulier ne comporte de blocs de béton armé fixés régulièrement sur la canalisation de ballast. Ceci simplifie considérablement la fabrication du dispositif et sa mise en place. De plus cela réduit considérablement les prises susceptibles d'accrochage qui peuvent se produire au niveau de la seconde canalisation du fait de prolifération de plantes au niveau des blocs de béton et de leurs moyens fixation sur la canalisation de ballast, du fait également des branchages charriés par le courant. Bien sûr cela n'empêche pas de réaliser un ancrage de la seconde canalisation, une fois celle-ci posee sur le fond , à l'aide de moyens fixés à demeure pour permettre que le dispositif résiste aux courants provoqués par exemple lors d'inondations ou crues subites. Cependant, dans ce cas, les points d'ancrage peuvent etre distants par exemple d'une centaine de mètres. Dans le tableau 1 ont été regroupées les données techniques correspondant à trois exemples de réalisation, donnés titre illustratif, conformes à la présente invention . En particulier ont " " indiquées les valeurs de flottaison de l'ensemble du dispositif , incluant les deux canalisations et les courroies de polypropylène constituant les éléments de liaison, selon les trois configurations possibles à savoir A. En fonctionnement normal , la première canalisation étant alimentée en air comprimé et la seconde canalisation en eau. B. Lors de l'installation ou du retrait du dispositif ,les première et seconde canalisations étant alimentées en air comprimé. C. A l'arrêt, première et seconde canalisations étant alimentées en eau. valeurs sont données en kilogrammes par mètre linéaire de canalisation. Lorsque la flottaison a une valeur négative, l'ensemble du dispositif etant moins lourd que l'eau flotte. Dans les premier et deuxième exemples, le tube formant la première canalisation de bullage était en polyéthylène haute densité tandis que dans le troisième exemple il était en polyéthylène basse densité. Bien sûr les valeurs données ci-dessus le sont à titre d'exemple non exhaustif . II revient à l'homme du métier de déterminer en fonction de la densité des matériaux utilisés et du dimensionnement des tubes, la masse volumique des deux canalisations pour obtenir le résultat recherche, à savoir une seconde canalisation qui puisse remplir à la fois le rôle de lest et de ballast. TABLEAU1 Ex l Ex 2 3 1 canalis. Densité 0,955 0,955 0,93 matériau diamètre 50 63 63 extérieur (mm) diamètre 42,6 49,4 48,8 intérieur (mm) 2 canalis. densité 1,75 1,75 ,75 matériau diamètre 63 75 75 extérieur diamètre 33 45 45 intérieur (A) Flottaison 0,31 0,21 0,22 en fonctionne ment normal (B) à l'instal- -0,55 -1,38 ,37 lationlretrait (C) à l'arrêt 1,73 2,1 1 Sur la figure 2 on a représenté un dispositif 21 qui est constitué d'une première canalisation de bullage 22 et d'une seconde canalisation de lestage et de ballast 23. Cette seconde canalisation 23 repose sur le fond 30 d'un plan d'eau qui présente une irrégularité de relief. La seconde canalisation 23 étant constituée d'un tube souple épouse sensiblement cette irrégularité. De manière caractéristique , dans cette variante de réalisation, les éléments liaison 24, 24' entre les deux canalisations 22,23 ont des longueurs différentes de manière à ce que la première canalisation 22 de bullage reste sensiblement horizontale malgré la configuration adoptée par la seconde canalisation 23 du fait de l'irrégularité de relief du fond 30. détermination de la longueur de chaque élément de liaison 24' peut être faite à l'occasion de relevés bathymétriques précis. Dans ce il peut être possible de constituer le dispositif 21, dès l'origine, avec les longueurs appropriées pour tous les éléments de liaison 24,24'. autre possibilité est de prévoir des éléments de liaison 24,24' ayant longueur plus importante et munis de moyens de reglage permettant d'adapter la longueur des éléments de liaison correspondants lors de la pose du dispositif sur le fond, par exemple par l'intermédiaire de plongeurs. Cette disposition particulière qui vise à ce que la première canalisation de bullage 22 reste sensiblement horizontale permet d'éviter les différences de pression aux différents endroits de la canalisation dont la longueur totale, selon les plans d'eau à équiper, peut être de plusieurs centaines de mètres. II est à noter que le bullage ne doit pas conduire au relargage des métaux lourds qui sont présents dans les sédiments, soit au sein de phases organiques soit sous forme de sulfure. Le dispositif 1 d'aération ne doit donc pas remettre en suspension les sédiments qui se trouvent sur le fond 1 30 du plan d'eau. C'est pour cette raison que la première canalisation de bullage 2,22 est surelevée par rapport au fond et fonctionne en flottaison par rapport à la seconde canalisation 3,23. Une même installation peut comprendre, comme indiqué précédemment, un réseau de plusieurs jeux de deux canalisations 2,3, l'ensemble etant relié au même compresseur. De préférence ces différents jeux canalisations sont disposés parallèlement les uns aux autres orientes dans le sens du courant. Cette disposition particulière vise également à obtenir le plus possible un positionnement horizontal pour premiere canalisation de bullage. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'aération d'un plan d'eau comprenant deux canalisations solidaires l'une de l'autre, à savoir une première canalisation perforée bullage (2,22) et une seconde canalisation (3,23) de ballast la première canalisation de bullage (2,22) ayant une masse volumique telle qu'elle a tendance à remonter à la surface de l'eau lorsqu'elle est remplie d'air, caractérisé en ce que la masse volumique de la seconde canalisation de base (3,23) est déterminée , en fonction de celle la première canalisation de bullage (2,22) , en sorte qu'étant remplie d'eau ladite seconde canalisation (3,23) assure le lestage la première canalisation (2,22) et en sorte que , ladite seconde canalisation (3,23) étant remplie d'air, le dispositif remonte vers la surface de l'eau. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la masse volumique de la seconde canalisation (3,23) remplie d'air est supérieure à la densité de l'eau de sorte que c'est la première canalisation (2,22) qui assure la remontée vers la surface de l'ensemble du dispositif. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce densité du matériau constitutif de la première canalisation (2,22) comprise entre 0,9 et 0,97. 4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que la premiere canalisation (2,22) ayant un diamètre extérieur compris entre et 70mm, l'épaisseur dudit matériau est comprise entre 6 et 8mm. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la densité du matériau constitutif de la seconde canalisation (3,23) est comprise entre 1,5 et 2. 6. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que la seconde canalisation (3,23) ayant un diamètre extérieur compris entre 60 et 80mm, l'épaisseur dudit matériau est comprise entre 10 et 20mm. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que deux canalisations (2,22 ; 3,23) sont solidaires des liens souples de longueurs réglables, en sorte que la première canalisation bullage (2,22) reste sensiblement horizontale quelle soit la conformation du fond (30) sur laquelle repose la seconde canalisation (3,23).