Brevet FR2825082A1 — publié le 20021129

(2a, 3a). - APPAREIL AUTONOME D' OXYGENATION ET TRAITEMENT DES EAUX La présente invention se rapporte à la dépollution de plans d'eau ouverts ou fermés et plus particulièrement vise à traiter les problèmes d'eutrophisation et de pollution organique dans un plan d'eau, sur une rivière, sur un canal ou dans une lagune. L'eutrophisation d'un plan d'eau, qui est une situation complexe, s'explique généralement par le comul de trois paramètres: des mouvements faibles de la masse d'eau ne permettant pas une déstratification, un ensoleillement élevé réchauffant la surface, et la présence de nitrates et de phosphates en concentration excessive. Il s'en suit un développement anarchique des algues. Les conséquences de l'eutrophisation sont nombreuses: appauvrissement de la biodiversité par asphyxie, dégagement d'odeurs désagréables, prolifération du phytoplancton compromettant l'efficacité de l'équilibre bio-épuratoire, accomulation de vases organiques. La puilulation d'algues en surface diminue la transparence des eaux, I'activité de photosynthèse n'est alors possible que dans la couche superficielle. L'opacité provoquée par la pullulation algale augmente la turbidité de l'eau. La pénétration des ultraviolets se limite à quelques 10 centimètres de profondeur (dans une eau claire pénétration des UV jusqu'à un mètre), ce qui limite l'effet "désinfectant" de ces rayonnements. Il en résulte une diminution de la teneur globale en oxygène avec pour conséquence la disparition de poissons. Ce phénomène se trouve considérablement accéléré quand la matière végétale produite en grande quantité meurt et tombe au fond. Sa décomposition par les micro-organismes est grande consommatrice d'oxygène. La disparition d'oxygène au fond entrane l'apparition de fermentations anaérobies accompagnces de dégagement de gaz nauséabonds (hydrogène sulfureux, ammonioc). Cette phase ultime est marquée par la disparition des peuplements animaux. Le lac devient azoque. Des techniques d'ensemencements massifs de micro-organismes par épandage depuis la surface des plans d'eau existent actuellement pour intervenir sur ce phénomène. Leur efficacité est très limitée, par une mauvaise répartition des micro-organismes sur le fond du bassin, par un taux d'oxygène insuffisant sur le lieu ou la matière organique est à digérer par les micro organismes aérobies sélectionnés. Des matériels d'oxygénation par brassage intensif de l'eau peuvent également étre utilisés pour augmenter le taux d'oxygène dissous. On rencontre également de petit système de brassage mécanique éolien pour déstratifier la masse. Le premier système est gourmand en énergie, le deuxième est d'une efficacité très limitée. L'invention vise précisément à lulter contre l'eutrophisation par une réoxygénation contrôlée de iteau associée à son traitement en vue de restaurer une activité acrobie équilibrée dans l'écosystème du plan d'eau. A cet effet, I'invention a pour objet un appareil autonome d'oxygénation et traitement des eaux, notamment de plans d'eau ouverts ou fermés, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une structure flottante sur laquelle sont montés: - des moyens pour déplacer sur l'eau l'appareil, une source d'énergie embarquée, - des moyens d'agitation-brassage de l'eau et leur moyen de commande en vue d'opérer une déstratification de l'eau, et - des moyens de maintien de l'appareil sur la zone à traiter. Une première fonction, essentielle, d'un tel appareil sera de provoquer une déstratification du plan d'eau, à savoir une remontée des couches profondes de liquide à la surface qui est une condition préalable nocessaire pour homogénaiser les températures et les éléments dissous, améliorer [oxvgAnabon de Cesu e1 donc les condlons de dAveloppemenl des mFo o[gonlsmes. Ge pFdfAFence, PappsceU sera utHisA complmentaiFement pOUF diveFses tAches svnchFonisies avec le bFassage / dstFstHicalion' teJes qu'ensemencement ou dUfusion de substances blologiques e1/ou chImiques en vue de dcomposeF les matiAFes o[ganiques sAdimentes, de dAlFuPe les olgues, etc.. 1OUicuFs dans le cadFe de la lulte con1re les causes el/ou les consquences de 1'eut[ophisaon et la poUution, FappaFed Atant cet effet muni des quipements nAcessakes. On va mena dAchre plus en dail Pappa[eU selon Finvention, dans ses diff6[entes conf!guFations et ses diffdFents usages en se repoFlanl aux dessins annexs sur lesque: - Is figure 1 est une vue schAmatique en peFspecve d'une slFucluFe Doltante constuant la base suF laqueMe sont inst#6s les divers quipements de l'apparell selon l'lnvention; - la gure 2 est une vue en AlAvation lat6Fale de la stFuctuFe de la figure 1; - la figuFe 3 est une vue en bout cÈtd prou de la slFuctuFe; - la gure 4 esl une vue similake la ÉguFe 3 de la structuFe avec ses quipements essentie schAmatAs; - la figure 5 iMure l'appareU en aion sur un plan d'eau; - la fIgure 6 ustre une vaFiante de rdaNsalion des moyens de bssage / d on de ru; - Égu 7 u une ha de l'appal uip d'un a6FogAndrateuF, et - la figure 8 est une vue paFtielle de l'appareil de la figuFe 7 muni en plus de panneaux solakes. Sur la guFe 1, on a [epFAsentd un mode de [daNsation d'une structu[e floitante de l'appareil selon l'invention. Cette st[uctu[e comp[end deux BolleuFs longiludinaux paFa#Ales cvndFiques 1 FehAs par des pices d'ent[etoisemen1 2 dfinissant un planche ajouré sur lequel sont fixés les accessoires et équipements nocessaires au déplacement de l'appareil et à l'exercice de ses différentes fonctions. L'extrémité avant des deux flotteurs 1 est biseautée en 3 pour favoriser les déplacements. Sur la structure porteuse 2 sont fixés ies moyens de propuision déplacement de l'appareil comprenant un moteur et un système propuiseur par exemple à hélice, ces moyens n'étant pas représentés en détails sur la figure 4 mais simplement symbolisés en 4. Ces moyens peuvent avantageusement être télécommandés, soit par un opérateur depuis la rive du plan d'eau pour positionner 1'appareil à 1'endroit désiré, soit automatiquement à partir d'un programme pré-défini. Ces moyens peuvent également être commandés par un système informatique embarqué, programmé pour un circuit de déplacement et de positionnement sur le plan d'eau, le programme étant par exemple calé sur un positionnement de type GPS. Dans une version simplifiée, I'appareil n'est pas atomoteur mais déplacé par exemple manueliement à l'aide de câbles, cordages ou amarres servant également à maintenir en position l'appareil à l'endroit désiré. L'appareil comporte des moyens de brassage - déstratification de l'eau constitués, dans ie mode de réalisation illustré par la figure 4, par une hélice 5 dont 1'arbre 6 est vertical et entrané par ledit moteur embarqué (4). De préférence, ce moteur est un moteur électrique alimenté par des batteries rechargeables tirant leur énergie du soleil à l'aide de panneaux solaires 7 portés par la structure 2. La mise en rotation de l'hélice 5, dans un sens ou dans 1'autre, assure un mouvement de brassage de 1'eau déstratifiant ascendant ou descendant. Un mouvement de l'eau ascendant de i'eau comme illustré par les flèches sur la figure 5, va permettre de remonter une eau froide (hypolimnion entre 5 et 9 C) et provoquer une diffusion du flux d'eau à la surface 8 du plan d'eau et donc augmenter le taux de fixation d'oxygène par i'abaissement de la température des eaux de surfaces (épilimnion) et provoquer une diffusion à la surface du plan d'eau d'une part de microorganismes pouvant être présents dans l'hypolimnion mais également de micro-organismes spécifiques diffusés par l'appareil 9 iui-même, à partir d'une réserve embarquée 10 et distribués grâce à des moyens appropriés symbolisés en 11. Ces moyens 11 diffusent les micro-organismes selon les applications soit à la surface de l'eau, soit dans l'eau directement. Ces micro-organismes vont servir à décomposer les matières organiques sédimentées. Les moyens 11 peuvent également diffuser des substances biologiques et/ou des substances chimiques à des fins de réoxygénation, de destruction des aigues et, d'une manière générale, à des fins de lulte contre les causes et/ou les conséquences de l'eutrophisation et la pollution. Les micro-organismes sont stockés sous formulation liquide ou solide et sous forme de souches-mères qui au contact de l'eau vont produire des micro organismes souches-filles. Un tel ensemencement se fera réqulièrement de manière dosée et en synchronisme avec les mouvements hydrauliques déstratifiants. On obtiendra ainsi une réduction progressive et continue de I'épaisseur de la couche de vase organique sédimentée 12. L' ensemble 5 -6 est monté mobile verticalement s uivant la double flèche 13 afin de régler la profondeur d'immersion de l'hélice de brassage 5. Le réglage de la profondeur et de la vitesse de rotation de l'hélice va permettre d'agir sur les sédiments accumulés. Le mouvement hydraulique va transporter vers la surface des éléments pathogènes qui seront détruits par les ultraviolets solaires. Les actions combinées du mouvement de brassage déstratifiant, de l'activité dégradante des micro-organismes euxmêmes et de la puissance naturelle destructrice et désinfectante des ultraviolets permettent de gérer les conditions sanitaires de tout plan d'eau. 11 est à noter que l'association à la rotation de l'hélice 5 d'un mouvement vertical (flèche 13) montant et descendant provoque en fonction du niveau d'immersion du dispositif une onde de surface qui va augmenter la zone de contact air / eau (apparition de vagues de surface) et donc optimiser l'oxygénation et la diffusion de substances à la surface du plan d'eau. Les moyens 11 peuvent être également utilisés pour distribuer de manière dosée des aliments pour la faune ou la flore aquatique. La réqulation ou synchronisation des différentes tâches de l'appareil (brassage, déstratification, ensemencement, distribution de substances, etc....) est réalisoe de préférence par programmation à l'aide d'un système embarqué, éventuellement télécommandé. Sur la figure 5, on a représenté en 14 des moyens, par exemple des câbles, de maintien de l'appareil à l'endroit désiré. Ces moyens sont des moyens d'ancrage au fond du plan d'eau ou bien d'amarrage sur les rives. Ces moyens d'amarrage sur les rives peuvent servir à déplacer l'appareil d'un endroit à un autre, si ce dernier n'a pas de moyens autonomes de 1 0 déplacement. L'appareil est également avantageusement équipé d'un ensemble 15 pouvant être immergé à la profondeur désirée et faisant office de sonde de mesure de température ou de tout autre paramètre (pH, oxygénation, etc....), de prélèvement d'échantillons ou de toute autre fonction, ainsi que d'un mini labo d'analyse et/ou transmission à terre de toute donnée recueillie à bord. Ces données peuvent être bien entendu relevées périodiquement à bord par présence physique ou télétransmises par voie hertzienne, téléphonique (fax, modem, Internet, etc....). Enfin, I'appareil peut être équipé de moyens de piégeage associés, recueillant des minéraux dissous ainsi que des substances organiques dissoutes ou en suspension, acheminés par les mouvements de brassage et déstratification. Les différents équipements à bord de l'appareil sont bien entendu alimentés en énergie électrique à partir des batteries ellesmêmes chargées par les panneaux solaires 7, rendant ainsi l'appareil totalement autonome pendant une longue durée. La figure 6 illustre une variante de réalisation des moyens de brassage / déstratification, constituée d'un système connu en lui-même depuis longtemps, imaginé par Paul Schatz et formé d'un ensemble analogue à une transmission à double cardan. Un tel système, dont plus de détails peuvent être obtenus en consultant par exemple FR 2 015 012, comprend deux arbres verticaux 16 et 17, dont [un au moins est mo1eur et en1FaTnd par le mofeur ins126 en 4. Chaque orbre 16, 17 es1 reLA pr une halson la cardan, respec1ivemen1 18 e1 19, un lmen1 inte[mAdiaiFe ho[on1al 20 consb1ud por un corps de forme spAcisle Ovo[dale. L'en1raTnemen1 en ro1alion sous Laclion des srbres 1G, 17 de ce corps lui confA[e une 1[ec1Oie dans [espace suivan1 une boucle en fo[me de hulL AussL le co[ps 20 es1 animA d'un mouvemen1 semable celui d'une pagaie. Un dpos pu un m[ nd_e p ppo P6ne fournle et assure un brassage plus doux, mals ndanmoins plus efEcace et de NUS ge ampude que - de li^. Sur la figu[e 7 est [eprdsente schAmatiquement une vodanie de Lappared selon [invention plus spAcialemen1 congue pour recevoir un adrogAndrateur comme source d'6nergie alimentan1 les divers disposidis embarquAs. A ce1 effe1' la s1ruc1ure Do11ante es1 de forme hexagonale e1 cons1hude par exemple de six Bo11eurs 21 reNds entre eux par un systAme charniAres 22. Au centre de la structure est dposA un boRier technlque 23 anlogue au dispositif 4 de la figure 4, relid aux floiteurs 21 par des bras Yonnants 24. Au centre de la structure o11anle est plantd un mA1 haubannd 25 de hau1eur appropride e1 supportan1 un adrogAndraleur monId en gLouette 26. En est reprAsen16 I'agitateur aquaque, analogue celul de la gure 4. La figure 8 est une simple vue paleHe de l'appareU de la Égure 7, quip6, en complAment de l'adrogAndrateur 26, de panneaux solres 27 agencAs dans les espaces dAUmits entre les bras 24 et les Botteurs 21. Les panneaux 27 son1 reU6s aux otteurs 21 par lntermAdlake d'un vrin 28 de rAglage du poshionnement des panneaux qui son1 eux-mmes monts rotafs, en 29 sur Ies bras 24 voins. L'engin, selon les figures 7 et 8, peut bien entendu Atre quipA des mmes appareUlages e1 ins1rumen1s que les appareUs des Égures 4 G. Enfin, I' invention n'est évidemment pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus mais en couvre au contraire toutes les variantes notamment en ce qui concerne les moyens de propuision / déplacement de l'appareil, les moyens de brassage / déstratification, les moyens de distribution / ensemencement de produits, substances, micro-organismes, les moyens de mesure de divers paramètres, les moyens de communication / transmission à distance et de commande ou télécommande de l'appareil et de ses divers équipements. REVENDICATIONS 1. Appareil autonome d'oxygénation et traitement des eaux, notamment de plans d'eau ouverts ou fermés, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une structure flottante (1, 2; 21) sur laquelle sont montés: - des moyens (4) pour déplacer sur l'eau l'appareil, - une source d'énergie embarquée (7, 26), - des moyens (5, 6; 20) d'agitation-brassage de l'eau et leur moyen de commande en vue d'opérer une déstratification de l'eau, et - des moyens (14) de maintien de l'appareil sur la zone à traiter. 2. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la source d'énergie embarquée est constituse par une batterie chargée par des panneaux solaires (7). 3. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la source d'énergie embarquce est constituée par une batterie chargée par un aérogénérateur (26) et éventuellement par des panneaux solaires (27) 1 5 complémentaires. 4. Appareil suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens d'agitation - brassage sont constitués par une hélice (5) entranée par un arbre vertical (6). 5. Appareil suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'hélice (5) est mobile verticaiement afin de régler la profondeur d'immersion ou de conférer à l'hélice un mouvement alternatif de monte et baisse. 6. Appareil suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens d'agitation - brassage sont constitués par un système à double cardan (16 à 19) entranant un corps horizontal (20) de forme ovodale décrivant dans l'espace un mouvement en boucle en forme de huit. 7. Appareil suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de télécommande des moyens d'agitation - brassage (5, 6; 20). 8. Appareil suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de programmation des déplacements de l'appareil et des actions d' agitation - brassage. 9. Appareil suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (10, 1 1) de diffusion de produits, substances, micro-organismes à diverses fins, synchronisés ou non aux actions d'agitation - brassage. 10. Appareil suivant l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (15) de mesure de divers paramètres tels que température, pH, oxygénation, etc.... 11. Appareil suivant l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte un mini-labo d'analyse et transmission de toute donnce