Brevet FR2914660A1 — publié le 20081010

La présente invention concerne de façon générale le traitement des eaux usées, et en particulier les systèmes d'épuration des eaux usées. Selon un procédé connu, des eaux usées à traiter sont déversées dans un milieu biologique d'épuration. Ce milieu comprend habituellement un premier étage d'un filtre constitué d'un lit de gravier, planté de roseaux. Un dispositif de siphon auto-amorçant, tel que celui décrit dans la demande de brevet FR-2 690 955 récupère en continu l'eau épurée par le milieu biologique. Un réservoir est vidangé automatiquement par ce siphon auto-amorçant et alimente séquentiellement un second étage de filtration, disposé en aval. Ce filtre est ainsi alimenté de façon homogène. Dans une variante du dispositif, les eaux sont stockées dans la couche drainante du premier étage du filtre, ce qui permet de réduire le dénivelé nécessaire entre les deux étages. Cependant, l'utilisation d'un siphon auto-amorçant, tel que celui décrit dans la demande de brevet FR-2 690 955 pour alimenter un second étage de traitement avec des eaux stockées dans la couche drainante du premier étage présente des inconvénients. En effet, les ouvrages qui doivent être construits pour loger ce siphon sont onéreux et leur intégration dans le filtre est compliquée à mettre en oeuvre, en particulier en ce qui concerne les joints d'étanchéité. L'invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients, tout en 20 .garantissant des vidanges séquentielles à la sortie. L'invention a ainsi pour objet un dispositif de chasse pour eaux usées, comprenant : - un réservoir présentant une entrée d'eaux usées, une sortie ménagée dans le fond du réservoir et un siège d'étanchéité entourant la sortie ; 25 -un bouchon flotteur mobile verticalement dans le réservoir entre une position en contact avec le siège et une position écartée du siège ; - un organe flotteur, mobile verticalement dans le réservoir, entraînant le bouchon flotteur durant sa course vers le haut. Selon une variante, 30 -le dispositif comprend un ressort déformé entre l'organe flotteur et le bouchon flotteur à partir d'une première position de l'organe flotteur durant sa course vers le haut ; - le bouchon flotteur comprend une butée entraînée par l'organe flotteur à partir d'une deuxième position de l'organe flotteur durant sa course vers le haut, la deuxième 35 position étant supérieure à la première. Selon encore une variante, le bouchon flotteur comprend un arbre s'étendant vers le haut, une butée supérieure s'étendant radialement par rapport à l'arbre, le ressort étant comprimé entre l'organe flotteur et la butée supérieure à partir de ladite première position. Selon une autre variante, l'organe flotteur est monté coulissant verticalement par rapport au réservoir. Selon encore une autre variante, le réservoir présente deux guides verticaux disposés de part et d'autre du bouchon flotteur, guidant l'organe flotteur en coulissement 5 vertical. Selon une variante, le bouchon flotteur est monté coulissant par rapport à l'organe flotteur. L'invention concerne également un système d'épuration pour eaux usées, comprenant : 10 -un milieu d'épuration biologique alimenté en eaux usées ; - un dispositif de chasse tel que défini ci-dessus enfoncé dans le milieu d'épuration et dont l'entrée communique avec l'eau drainée par le premier milieu d'épuration ; - un organe de filtration alimenté par les eaux issues de la sortie du dispositif de chasse. Selon une variante, le système comprend une enceinte munie d'un fond étanche, 15 l'enceinte contenant le milieu d'épuration biologique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : 20 -la figure 1 représente en coupe un système de filtration dans lequel est implanté un dispositif de chasse pour eaux usées selon l'invention ; -la figure 2 représente en coupe un dispositif de chasse pour eaux usées fermé ; - la figure 3 représente en coupe un dispositif de chasse pour eaux usées au moment de son ouverture. 25 -la figure 4 représente en coupe un dispositif de chasse pour eaux usées ouvert. L'invention propose un dispositif de chasse comprenant un réservoir recevant des eaux usées. Un organe de flotteur est mobile verticalement dans le réservoir en fonction du niveau de l'eau et entraîne dans sa course un bouchon flotteur, obturant sélectivement 30 une sortie d'eaux ménagée dans le fond du réservoir. L'organe flotteur entraîne le bouchon flotteur en position d'ouverture lorsque celui-ci obture la sortie du fait de la pression hydrostatique de l'eau du réservoir. La figure 1 présente de façon schématique un système d'épuration pour eaux 35 usées, comprenant un dispositif de chasse 1 pour eaux usées. La flèche en traits discontinus illustre le trajet de l'eau dans le système. Le système comprend une alimentation en eaux usées 91 (telles que des eaux d'évacuation domestiques) se déversant sur un lit de gravier 92. Des végétaux 93, tels que des roseaux, sont enracinés dans le lit de gravier 92. Le lit de gravier 92 présente une granulométrie croissant avec la 40 profondeur : du grain fin est présent dans la partie supérieure, du grain grossier est présent dans la partie inférieure. Ces végétaux 93 sont destinés à favoriser le développement d'une flore microbienne permettant d'absorber et de dégrader des résidus polluants contenus dans l'eau. Du fait de cette absorption et du filtrage par le gravier 92, l'eau est progressivement épurée, puis collectée dans des tuyaux de drainage 94. Les tuyaux de drainage 94 sont disposés dans une couche de galets 96. Les tuyaux de drainage 94 débouchent sur des entrées d'un dispositif de chasse 1. La couche de galets 96 repose contre une paroi formant un fond étanche 95 empêchant l'eau collectée de se disséminer dans l'environnement. La paroi étanche 95 est disposée typiquement à 60 à 100 cm sous la surface du lit de gravier 92. Les figures 2, 3 et 4 représentent un dispositif de chasse 1 respectivement en positions fermé, en cours d'ouverture et ouvert. Le dispositif 1 comprend un réservoir 11 destiné à recevoir et à stocker provisoirement des eaux usées. Le réservoir 11 présente des entrées 2, recevant par exemple de l'eau provenant de tuyaux de drainage. Le réservoir 11 présente une sortie délimitée par un conduit coudé 3. La sortie est ménagée dans le fond du réservoir 11. Le conduit 3 forme un siège d'étanchéité 31 entourant un orifice d'écoulement. Le dispositif 1 comprend un bouchon 4 flotteur. Le bouchon 4 et le siège 31 sont conformés pour obturer de façon étanche l'orifice d'écoulement lorsqu'ils sont en contact. Le bouchon 4 est mobile verticalement dans le réservoir 11 entre la position de fermeture illustrée à la figure 2 (où le bouchon 4 est en contact avec le siège 31) et une position d'ouverture illustrée à la figure 3 (où le bouchon 4 est écarté du siège 31). Le dispositif 1 comprend également un organe flotteur, mobile verticalement dans le réservoir. Dans l'exemple illustré, l'organe flotteur comprend deux flotteurs 5 solidarisés par un élément de liaison 6. Comme illustré à la figure 3, l'organe flotteur entraîne le bouchon 4 dans sa course vers le haut. L'organe flotteur et le bouchon 4 présentent une flottabilité positive par rapport à de l'eau. Les flotteurs 5 comprennent une enceinte étanche remplie d'air, dont le volume est déterminé pour garantir la flottabilité de l'ensemble de l'organe flotteur. De façon similaire, l'extrémité inférieure 43 du bouchon 4 présente une enceinte remplie d'air. Le volume de cette enceinte est déterminé pour garantir la flottabilité de l'ensemble du bouchon 4. Le principe de fonctionnement du dispositif de chasse 1 est le suivant : en absence d'eau à l'intérieur du réservoir 11, la gravité attire le bouchon 4 et l'organe flotteur vers le fond du réservoir. Le bouchon 4 obture ainsi l'orifice d'écoulement. Lorsque de l'eau est versée dans le réservoir 1l, il se trouve progressivement immergé. Cependant, seules les surfaces latérales et supérieures de l'extrémité 43 du bouchon sont en contact avec l'eau, la surface inférieure de l'extrémité du bouchon 43 étant en contact avec de l'air présent dans le conduit 3. Ainsi, le poids du bouchon 4 et la pression de l'eau sur les surface supérieures et latérales de l'extrémité 43 maintiennent celle-ci en contact avec le siège 31 pendant le remplissage. A la fin du remplissage, à un niveau déterminé par les dispositions constructives, la montée continue du niveau de l'eau entraîne l'organe flotteur vers le haut. Durant sa course vers le haut, l'organe flotteur entraîne le bouchon 4. Dès que l'extrémité 43 du bouchon est écartée du siège 31, l'eau peut pénétrer dans le conduit 3. L'eau pénétrant dans le conduit 3 exerce alors une pression sur la surface inférieure de l'extrémité 43. Dès lors, comme le bouchon 4 présente une flottabilité positive, l'eau exerce sur celui-ci une force dirigée vers le haut. Lorsque le niveau de l'eau dans le réservoir devient trop faible pour permettre la flottaison du bouchon 4, l'extrémité 43 revient en contact avec le siège 31 pour obturer l'orifice d'évacuation. Ainsi, avec un mécanisme simple et économique, le dispositif 1 garantit des vidanges automatiques et séquentielles de son réservoir 11. Le débit d'eau nominal d'un tel dispositif de chasse 1 sera généralement compris entre 2 et 200 mètres cubes par heure. Avantageusement, le dispositif 1 illustré aux figures 2, 3 et 4 comprend un mécanisme permettant d'accélérer le mouvement d'ouverture du bouchon 4, de sorte que le débit d'eau atteint rapidement une valeur permettant une pression sur la surface inférieure de l'extrémité 43 suffisante pour assurer la flottabilité du bouchon. . A cet effet, le bouchon 4 comprend un arbre 45 solidaire de l'extrémité 43 et s'étendant vers le haut. L'arbre 45 présente une butée supérieure 41 et une butée intermédiaire 42. Les butées 41 et 42 sont formées d'épaulements s'étendant radialement par rapport à l'arbre 45. Un ressort de compression 8 est disposé entre la butée supérieure 41 et l'élément de liaison 6. Ainsi, lorsque l'organe flotteur est entraîné vers le haut par la montée des eaux, le ressort 8 est comprimé et stocke de l'énergie. La force de réaction exercée par le ressort 8 sur la butée 41 est cependant insuffisante pour vaincre la pression hydrostatique qui maintient l'extrémité 43 du bouchon sur son siège 31. Durant la suite de la course de l'organe flotteur vers le haut, l'élément de liaison 6 vient en contact avec la butée intermédiaire 42. A partir d'un seuil de niveau d'eau, la force exercée par l'organe flotteur sur la butée 42 est suffisante pour que l'extrémité 43 soit écartée du siège 31. Dès lors, le ressort 8 libère l'énergie stockée et entraîne le bouchon 4 vers le haut. La vitesse de montée du bouchon 4 est ainsi accrue et permet un dégagement franc de son siège même si la vitesse de montée des eaux dans le réservoir est lente. Dans l'exemple illustré, l'organe flotteur est monté en coulissement vertical par rapport au réservoir 11. A cet effet, deux barres verticales de guidage 7 sont disposées de par et d'autre du bouchon flotteur 4. Ces barres 7 sont solidarisées par leur extrémité supérieure à un élément de fixation 12 solidaire de la partie supérieure du réservoir 11. Ces barres 7 sont solidarisées par leur extrémité inférieure à une plaque de fixation 13 solidaire du fond du réservoir 11. L'élément de liaison 6 présente deux portées cylindriques coulissant sur les barres 7. Ainsi, l'arc-boutement de l'organe flotteur peut être évité durant sa course verticale. Le guidage en translation verticale du bouchon 4 dans le réservoir 11 est assuré par l'élément de liaison 6. L'élément 6 présente un alésage guidant l'arbre 45. Avantageusement, l'arbre 45 présente une butée inférieure 44. Cette butée 44 est disposée de sorte que l'organe flotteur exerce son poids sur le bouchon 4 lorsque le niveau d'eau est très faible, ce qui garantit que l'extrémité 43 vienne bien au contact du siège 31. L'homme du métier saura déterminer des matériaux adéquats pour les différents composants présents dans le réservoir, afin que ceux-ci résistent aux milieux agressifs. Des matériaux tels que l'INOX A340, de l'aluminium, du PEHD ou du PVC peuvent notamment être utilisés. 10 Le dispositif de chasse permet d'alimenter d'une manière séquentielle un second étage de traitement à partir des eaux stockées dans la couche drainante du premier étage de traitement. Pour une telle application, les entrées d'eau à traiter sont de préférence aménagées dans la partie basse du réservoir. 15 Dans une variante, l'invention permet également d'alimenter, à partir d'un réservoir, un premier étage de filtration des eaux, plantés de roseaux ou non, avec des eaux usées décantées ou ayant subies un dégrillage. L'avantage de l'innovation est ici son coût assez peu élevé par rapport à des produits existant sur le marché, et le fait que l'invention permet de vider intégralement le réservoir de stockage. 20 REVENDICATIONS 1. Dispositif de chasse (1) pour eaux usées, caractérisé en ce qu'il comprend : - un réservoir (11) présentant une entrée (2) d'eaux usées, une sortie ménagée dans le fond du réservoir et un siège d'étanchéité (31) entourant la sortie ; - un bouchon flotteur (4) mobile verticalement dans le réservoir entre une position en contact avec le siège et une position écartée du siège ; - un organe flotteur (5,6), mobile verticalement dans le réservoir, entraînant le bouchon flotteur durant sa course vers le haut. 2. Dispositif de chasse pour eaux usées selon la revendication 1, dans lequel : - le dispositif (1) comprend un ressort (8) déformé entre l'organe flotteur (5, 6) et le bouchon flotteur (4) à partir d'une première position de l'organe flotteur durant sa course vers le haut ; le bouchon flotteur (4) comprend une butée entraînée par l'organe flotteur à partir d'une deuxième position de l'organe flotteur durant sa course vers le haut, la deuxième position étant supérieure à la première. 3. Dispositif de chasse pour eaux usées selon la revendication 2, dans lequel le bouchon flotteur (4) comprend un arbre (45) s'étendant vers le haut, une butée supérieure (41) s'étendant radialement par rapport à l'arbre, le ressort étant comprimé entre l'organe flotteur et la butée supérieure à partir de ladite première position. 4. Dispositif de chasse pour eaux usées selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'organe flotteur (5, 6) est monté coulissant verticalement par rapport au réservoir (11). 5. Dispositif de chasse pour eaux usées selon la revendication 4, dans lequel le réservoir présente deux guides verticaux (7) disposés de part et d'autre du bouchon flotteur (4), guidant l'organe flotteur en coulissement vertical. 6. Dispositif de chasse pour eaux usées selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le bouchon flotteur (4) est monté coulissant par rapport à l'organe flotteur. 7. Système d'épuration pour eaux usées, comprenant :- un milieu d'épuration biologique (92, 93) alimenté en eaux usées ; - un dispositif de chasse (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes enfoncé dans le milieu d'épuration et dont l'entrée communique avec l'eau drainée par le premier milieu d'épuration ; -un organe de filtration alimenté par les eaux issues de la sortie du dispositif de chasse. 8. Système d'épuration pour eaux usées selon la revendication 7, comprenant une enceinte munie d'un fond étanche (95), l'enceinte contenant le milieu d'épuration biologique.