Brevet FR2872153A1 — publié le 20051230

La présente invention concerne un dispositif d'injection de fluide sous pression dans un effluent mis en circulation dans une cuve de fermentation anaérobie de type solide , ledit dispositif étant destiné à induire un mouvement d'agitation vertical, de bas en haut, des particules solides présentes dans ledit effluent, et comprenant à cet effet au moins une buse enchâssée dans la dalle de ladite cuve, d'une manière telle que ses deux extrémités émergent respectivement de part et d'autre de l'épaisseur de ladite dalle, l'extrémité inférieure de la buse étant connectée à des moyens d'alimentation en fluide sous pression tandis que l'extrémité supérieure débouche dans ledit effluent, le fluide sous pression circulant ainsi de l'extrémité inférieure de ladite buse vers l'extrémité supérieure, laquelle comporte un orifice au travers duquel ledit fluide sous pression est insufflé dans ledit effluent. La présente invention concerne le domaine du traitement des eaux usées et est plus spécifiquement destinée à être intégrée au niveau des installations techniques mises en oeuvre pour réaliser, en milieu anaérobie, des procédés de fermentation de type solide , dans lesquels la proportion en matière sèche des substances organiques contenues dans un effluent est normalement supérieure à 15%, et tout le moins toujours supérieure à 10%. De telles installations sont notamment employées pour traiter des matières pâteuses, telles que les boues épaisses et les boues organiques issues des traitements primaire ou secondaire effectués dans les stations d'épuration des eaux résiduaires, ou telles que les fractions organiques issues de tris manuels ou mécaniques de déchets d'origine ménagère. Ces matières présentent la particularité de contenir d'importantes quantités de particules inertes, de granulométrie plus ou moins fine, et dont la taille la plus élevée, en termes de longueur ou de diamètre selon leur forme, peut varier de quelques dizaines de microns à quelques centimètres. La présence de ces particules au sein des matières en décomposition est à l'origine des principales difficultés rencontrées dans la mise en oeuvre du traitement d'un effluent, principalement en raison de leur forte tendance à sédimenter et à décanter au fond des cuves de fermentation, ce qui freine considérablement le traitement entrepris. Une des solutions destinées à prévenir cette sédimentation/décantation, consiste à maintenir la teneur en matière sèche suffisamment importante, à la fois pour éviter une séparation de phases et pour garder les particules inertes emprisonnées dans la boue épaisse en fermentation. Une autre solution prévoie, par ailleurs, d'entretenir un brassage suffisamment efficace de l'effluent, pour empêcher la sédimentation, et/ou remettre en suspension les particules ayant déjà décanté. A cet effet, certaines cuves de fermentation sont équipées de moyens, tels que des buses, aptes à permettre l'injection d'un fluide sous pression, notamment d'un gaz, dans l'effluent, de sorte à créer une agitation verticale, et un mouvement de bas en haut des particules insolubles précitées. De tels moyens sont notamment connus des documents FR 2 530 659 et FR 2 551 457 qui se rapportent principalement à un procédé et une installation pour réaliser une méthanisation en continu de composés organiques solides et/ou liquides, dans lesquels une bonne homogénéisation est assurée dans la cuve de fermentation, notamment pour favoriser le processus de dégradation de la matière organique et éviter l'accumulation des matières lourdes au fond de ladite cuve. Pour ce faire, les solutions décrites dans ces documents prévoient de profiter de la conjugaison de plusieurs effets, liés en particulier au mouvement de flux et de reflux de l'effluent entre la cuve de fermentation et les puits d'alimentation et/ou d'évacuation, ainsi qu'à la recirculation forcée, dans l'effluent, du gaz issu de la fermentation des matières organiques. La recirculation des gaz est notamment réalisée au travers d'un dispositif d'injection comprenant des buses, définies par des conduits débouchant dans le fond de la cuve de fermentation, ce qui permet justement d'éviter le phénomène de sédimentation préalablement évoqué, au travers d'une agitation verticale, de bas en haut, des particules concernées. Lors de la mise en oeuvre de ces techniques, on a cependant pu constater qu'elles présentaient de nombreuses limitations, dues essentiellement au fait que le mouvement vertical ascendant des particules est toujours suivi d'un mouvement vertical descendant, au cours duquel elles retombent vers le fond de la cuve de fermentation et par conséquent vers les conduits destinés à insuffler le fluide sous pression. Or, la manière dont ces derniers sont conformés et disposés dans la cuve de fermentation conduit inévitablement les particules à s'y introduire, pour finir progressivement par les boucher, au moins partiellement. L'agitation verticale, par injection de gaz, ou de fluide, se déroule alors de manière de moins en moins efficace, et le phénomène de sédimentation/décantation qu'elle est supposée prévenir s'en trouve accru. Le résultat peut alors devenir extrêmement pénalisant, non seulement d'un point de vue biologique au niveau du ralentissement de la fermentation, mais aussi en termes de rhéologie des matières dans les cuves de fermentation. Ce type de dispositif nécessite par conséquent de fréquentes opérations de maintenance des installations, destinées à nettoyer et déboucher les buses d'injection de fluide sous pression. D'autre part, la solution employée pour éviter le bouchage des conduits, qui a consisté à réduire le diamètre de l'orifice de sortie dudit fluide ou gaz, présente le clair inconvénient de réduire l'efficacité de l'agitation du fait des pertes de charges que subit le fluide ou le gaz avant sa libération sous pression dans la cuve de fermentation. En outre, cette particularité complique les éventuelles opérations de débouchage des buses, effectuées classiquement à l'aide de moyens de tringlage. En effet, plus le diamètre de l'orifice du conduit est réduit, plus la tringle utilisée doit elle-même être fine et fragile, et plus la poussée nécessaire pour tringler s'en trouve réduite et donc moins efficace. La diminution de la taille de l'orifice de l'injecteur n'est donc pas apparue, en soi, comme une solution 5 satisfaisante. L'objet de la présente invention est par conséquent de proposer un dispositif d'injection de fluide sous pression dans une cuve de fermentation dans lequel les buses d'injection sont conformées et disposées dans la cuve de fermentation selon une manière leur permettant de ne plus être sujettes aux phénomènes de bouchage précédemment évoqués, tout en conservant une parfaite efficacité de brassage des matières organiques, et autorisant en outre un nettoyage aisé. A cet effet, l'invention vise un dispositif d'injection de fluide sous pression dans un effluent mis en circulation dans une cuve de fermentation anaérobie de type solide , ladite cuve comportant en outre un fond formé d'une dalle avec une face inférieure et une face supérieure, ledit dispositif étant destiné à induire un mouvement d'agitation vertical, de bas en haut, des particules solides présentes dans ledit effluent, comprenant au moins une buse enchâssée dans la dalle de ladite cuve, d'une manière telle que ses deux extrémités émergent respectivement de part et d'autre de l'épaisseur de ladite dalle, l'extrémité inférieure de la buse étant connectée à des moyens d'alimentation en fluide sous pression tandis que l'extrémité supérieure débouche dans ledit effluent, le fluide sous pression circulant ainsi de l'extrémité inférieure de ladite buse vers l'extrémité supérieure, laquelle comporte un orifice au travers duquel ledit fluide sous pression est insufflé dans ledit effluent, caractérisé en ce que ladite buse est enchâssée de manière inclinée dans la dalle et est conformée au niveau de son extrémité supérieure de sorte que l'orifice, au travers duquel le fluide sous pression est insufflé dans l'effluent, se situe sensiblement dans un plan vertical. Selon une première caractéristique avantageuse du présent dispositif, ladite buse est enchâssée dans la dalle d'une manière apte à conférer au fluide sous pression débouchant dudit orifice, un sens de circulation dont la composante est identique à celle du sens de circulation auquel est soumis l'effluent dans la cuve de fermentation. Une autre caractéristique de l'invention concerne par ailleurs le fait que ladite buse est enchâssée dans la dalle d'une manière telle que la base de l'orifice affleure la face supérieure de ladite dalle. En outre, selon une première variante conforme à la présente invention, l'extrémité supérieure de ladite buse, définie par un conduit cylindrique, est biseautée, de sorte à ménager un orifice présentant une section sensiblement ellipsoïdale. Selon une autre variante, l'extrémité supérieure de ladite buse est obturée tandis qu'un orifice est ménagé sur sa paroi, sensiblement à proximité de ladite extrémité supérieure. La présente invention concerne également les caractéristiques qui ressortiront au cours de la description qui va suivre, et qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons possibles. Cette description se rapportant à des exemples de réalisation, donnés à titre indicatif et non limitatif, fera mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 représente une vue schématique, en coupe, du fond d'une cuve de fermentation équipée d'un dispositif d'injection selon l'invention comprenant deux buses, - la figure 2 représente une vue en coupe longitudinale d'une buse définie selon une variante de réalisation conforme à 30 l'invention, - la figure 3 représente une vue selon la coupe H-H de la buse représentée sur la figure 2, - la figure 4 représente une vue selon la coupe I-I de la buse représentée sur la figure 2, - la figure 5 représente une vue de gauche de l'extrémité supérieure de la buse représentée sur la figure 2, - la figure 6 correspond à une représentation en perspective de la variante de réalisation selon la figure 2, - la figure 7 correspond à une vue en perspective d'une autre variante de réalisation d'une buse conforme au dispositif d'injection selon l'invention, - la figure 8 représente une vue schématique de dessus d'une cuve de fermentation équipée d'un dispositif d'injection de fluide sous pression selon l'invention. Tel que visible sur la figure 1, l'invention concerne un dispositif d'injection 1 d'un fluide sous pression dans un effluent 2 mis en circulation à l'intérieur d'une cuve de fermentation 3, et présentant une teneur en matière sèche au moins supérieure à 10%. Ladite cuve 3 comprend en outre d'un fond à l'horizontale généralement formé une dalle 30 en béton ou tout autre matériau adapté. Ledit dispositif d'injection 1 du présent exemple comprend de manière classique deux buses 10, enchâssées dans la dalle 30 de la cuve de fermentation 3, de sorte que ses deux extrémités émergent de part et d'autre de l'épaisseur de ladite dalle 30. Ainsi, l'extrémité inférieure 11 de chacune des buses 10 émerge de la face inférieure 31 de la dalle 30 pour être connectée à des moyens d'alimentation en fluide sous pression 4. Ces derniers comprennent, de manière connue, un flexible 40 relié à un collecteur 41 dans lequel est emmagasiné le fluide, tel que par exemple le biogaz issu du traitement des matières en fermentation, destiné à être insufflé dans l'effluent 2. L'extrémité supérieure 12 de chacune des buses 10 émerge quant à elle de la face supérieure 32 de la dalle 30, face interne par rapport à la cuve, de sorte que l'orifice 5, défini au niveau de ladite extrémité 12, débouche dans l'effluent 2. Le fluide sous pression est par conséquent amené à cheminer de l'extrémité inférieure 11 vers l'extrémité supérieure 12 de la buse 10, pour être insufflé dans l'effluent 2 au travers de l'orifice 5. Selon une particularité du dispositif d'injection 1 selon l'invention, les buses 10 sont disposées dans la dalle 30 de manière inclinée, c'est à dire de manière à ce que leur axe principal forme un angle avec l'horizontale ou le plan général de la dalle 30. En outre, leur extrémité supérieure 12 présente une conformation tout à fait spécifique, dans laquelle l'orifice 5 35 se situe sensiblement dans un plan vertical. La combinaison de ces deux caractéristiques permet très avantageusement d'éviter que l'orifice 5 ne se situe sur la trajectoire des particules inertes contenues dans l'effluent 2, lorsqu'elles sédimentent par gravité au fond de la cuve. Une telle configuration permet par conséquent de prévenir les problèmes liés au bouchage des buses 10 évoqués ci-avant. D'autre part, une autre spécificité de l'invention est encore définie par le fait que les buses 10 sont scellées dans la dalle 30 d'une manière telle que lorsque le fluide sous pression s'échappe de l'orifice 5, sa trajectoire présente une composante située dans le flux de l'effluent 2, tel que cela est visible sur la figure 8. En effet, l'effluent 2, introduit dans la cuve de fermentation 3 au niveau de la zone d'introduction 33 est classiquement soumis à un sens de circulation imposé, matérialisé par la flèche 20, pour être finalement évacué de la cuve 3 au niveau de la zone d'évacuation 34. L'invention prévoit ainsi de.conférer aux buses 10 une orientation dans laquelle les orifices 5 permettent au fluide sous pression de circuler selon une direction, matérialisée par les flèches 6, dont la composante est identique à celle du sens de circulation de l'effluent 2. Ceci permet de favoriser le cheminement de la matière en fermentation, à savoir l'effluent 2, au sein de la cuve 3, depuis la zone d'introduction 33 jusqu'à la zone d'évacuation 34, en évitant la création de zones dites mortes , notamment entre deux buses 10 adjacentes, où ladite matière en fermentation pourrait stagner. En outre, selon une caractéristique permettant au fluide sous pression de remettre en suspension d'éventuelles particules inertes ayant décanté sur le fond de la cuve 3, les buses 10 sont disposées de telle manière que la base 50 de l'orifice 5 affleure la face supérieure 32 de la dalle 30. Afin d'assurer un ancrage solide des buses 10 dans la dalle 30, l'invention prévoit également de les équiper d'au moins deux platines d'ancrage 7, 8, selon le cas de forme sphérique ou parallélépipédique, dont l'une, à savoir ici la platine 7, est située au niveau du tronçon 13 des buses 10 pris dans l'épaisseur de la dalle 30, tandis que l'autre est fixée vers la face inférieure 31 de la dalle 30, au travers de moyens de fixation 9 appropriés, au niveau de la jonction de cette dernière avec une couche isolante 35. La platine 8 permet avantageusement d'éviter toute éventuelle infiltration de biogaz dans la couche isolante 35 prolongeant la dalle 30, au travers de possibles fissures issues d'un effet de retrait du béton constituant la dalle 30 lors de son séchage. Les buses 10, dont le dispositif d'injection selon l'invention est équipé, peuvent par ailleurs présenter différentes conformations, dont deux variantes ont été schématisées, notamment sur les figures 2 et 7. Ainsi, par exemple en référence aux figures 2, 3, 4, 5, 6, la buse 10, équipée de deux platines 7, 8 de forme parallélépipédique, est définie par un conduit 14 de section cylindrique, dont la dimension demeure sensiblement constante sur l'ensemble de sa longueur, considérée à partir de l'extrémité inférieure 11, alors qu'elle présente une réduction du diamètre vers l'extrémité supérieure 12. Cette réduction du diamètre est due ici, tel que visible sur la figure 6, à un rapprochement local de la paroi de la buse 10 vers son axe principal, cependant l'on pourrait également obtenir une conformation similaire en réduisant progressivement le diamètre du cylindre définissant la buse 10, vers son extrémité supérieure 12. La buse 10 schématisée à la figure 2 et à la figure 6 présente un orifice 5 de forme sensiblement ellipsoïdale, du fait d'une finition biseautée de l'extrémité supérieure 12. Par ailleurs, selon une autre variante de réalisation d'une buse 10 schématisée sur la figure 7, cette dernière se présente sous la forme d'un conduit cylindrique 14 pourvu de deux platines 7, 8 de forme sphérique. Dans cet exemple, ledit conduit cylindrique 14 est obturé par un embout 15 au niveau de l'extrémité supérieure 12 de la buse 10, tandis qu'un orifice 5 est ménagé latéralement, au niveau de la paroi dudit conduit 14, sensiblement à proximité de 5 ladite extrémité supérieure 12. D'autre part, une autre caractéristique de l'invention, destinée à favoriser le bon déroulement des opérations de maintenance des buses 10 est encore avantageusement définie par le fait que l'orifice 5 présente des dimensions suffisantes pour permettre une introduction aisée d'un moyen de tringlage éventuellement introduit pour procéder à un nettoyage desdites buses 10. A ce propos, afin de limiter encore davantage les risques d'introduction de particules dans lesdites buses 10, le dispositif selon l'invention est également pourvu d'un filtre spécifique 16, placé au niveau de la connexion entre le flexible 40 et l'extrémité inférieure 11 de la buse 10. Tel qu'il ressort clairement de ce qui précède, la présente invention propose une solution astucieuse permettant d'empêcher, au travers de moyens tout à fait élémentaires, tous les inconvénients constatés en termes de bouchage avec les dispositifs classiques. En outre, le dispositif d'injection de fluide selon l'invention permet également d'entretenir l'efficacité du brassage réalisé en limitant les phénomènes de pertes de charge, et sont prévus aptes à permettre une mise en oeuvre aisée des éventuelles opérations de maintenance. Bien que l'invention ait été décrite à propos d'une forme de réalisation particulière, il est bien entendu qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut y apporter diverses modifications de forme, de matériaux et de combinaisons de ces divers éléments, sans pour cela s'éloigner du cadre et de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1) Dispositif d'injection (1) de fluide sous pression dans un effluent (2) mis en circulation dans une cuve (3) de fermentation anaérobie de type solide , ladite cuve comportant en outre un fond formé d'une dalle (30) avec une face inférieure (31) et une face supérieure (32), ledit dispositif (1) étant destiné à induire un mouvement d'agitation vertical, de bas en haut, des particules solides présentes dans ledit effluent (2), comprenant au moins une buse (10) enchâssée dans la dalle (30) de ladite cuve (3), d'une manière telle que ses deux extrémités (11, 12) émergent respectivement de part et d'autre de l'épaisseur de ladite dalle (30), l'extrémité inférieure (11) de la buse (10) étant connectée à des moyens d'alimentation en fluide sous pression tandis que l'extrémité supérieure (12) débouche dans ledit effluent (2), le fluide sous pression circulant ainsi de l'extrémité inférieure (11) de ladite buse (10) vers l'extrémité supérieure (12), laquelle comporte un orifice (5) au travers duquel ledit fluide sous pression est insufflé dans ledit effluent (2), caractérisé en ce que ladite buse (10) est enchâssée de manière inclinée dans la dalle (30) et est conformée au niveau de son extrémité supérieure (12) de sorte que l'orifice (5), au travers duquel le fluide sous pression est insufflé dans l'effluent (2), se situe sensiblement dans un plan vertical. 2) Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite buse (10) est enchâssée dans la dalle (30) d'une manière apte à conférer au fluide sous pression débouchant dudit orifice (5), un sens de circulation dont la composante est identique à celle du sens de circulation auquel est soumis l'effluent (2) dans la cuve (3) de fermentation. 3) Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite buse (10) est enchâssée dans la dalle (30) d'une manière telle que la base (50) de l'orifice (5) affleure la face supérieure (32) de ladite dalle (30). 4) Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'extrémité 5 supérieure (12) de ladite buse (10), définie par un conduit cylindrique (14), est biseautée, de sorte à ménager un orifice (5) présentant une section sensiblement ellipsoïdale. 5) Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'extrémité supérieure (12) de ladite buse (10) définie par un conduit cylindrique (14) est obturée par un embout (15) tandis qu'un orifice (5) est ménagé sur sa paroi, sensiblement à proximité de ladite extrémité supérieure (12). 6) Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite buse (10) présente une section de forme et de dimension constante, sur l'ensemble de sa longueur. 7) Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite buse (10) présente une réduction de la taille de sa section, sensiblement au niveau de l'extrémité supérieure (12) débouchant dans ledit effluent (2). 8) Dispositif (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que la paroi de ladite buse (10) est localement rapprochée de son axe principal pour définir une section de dimension réduite, sensiblement au niveau de l'extrémité supérieure (12). 9) Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tronçon (13) de ladite buse (10) se trouvant pris dans l'épaisseur de la dalle (30) est pourvu d'au moins deux platines d'ancrage (7, 8), dont la plus basse est située sensiblement au niveau de la face inférieure (31) de la dalle (30), lesdites platines (7, 8) étant essentiellement destinées à parfaire l'ancrage de ladite buse (10) dans ladite dalle (30). 10) Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit orifice (5) présente une dimension apte à permettre l'introduction d'un moyen de tringlage, utilisé lors d'une éventuelle opération de nettoyage de ladite buse (10).