Brevet FR2932824A1 — publié le 20091225

i 2932824 DISPOSITIF D'UTILISATION DES EAUX PLUVIALES ET SOUTERRAINES L'invention concerne un dispositif d'utilisation pondérée des eaux pluviales et souterraines. Alors que deux milliards de personnes dans le monde et 40% de l'agriculture mondiale dépendent des nappes d'eau souterraine pour répondre à leurs besoins en eau potable et en eau d'irrigation, ces nappes, surexploitées, s'appauvrissent. Ce phénomène est fortement amplifié par l'urbanisation. Cette dernière, alors qu'elle entraîne une augmentation des besoins en eau, imperméabilise les sols empêchant l'eau de s'y infiltrer et d'alimenter les nappes d'eau souterraine. Afin de limiter l'exploitation des nappes d'eau souterraine de nombreuses solutions ont été développées. La plus accessible est l'utilisation de dispositifs de récupération des eaux pluviales. Même si ces réservoirs adaptés pour recueillir et stocker les eaux pluviales sont une source d'eau d'origine naturelle alternative à celle des nappes d'eau souterraine, ils tendent indirectement à les appauvrir en interrompant le cycle de l'eau. En effet, l'eau recueillie dans ces réservoirs est soustraite au volume total d'eau qui aurait pu s'infiltrer et alimenter les nappes. En outre, en périodes de fortes précipitations, un tel réservoir peut se trouver saturé. L'eau des fortes précipitations ne pourra alors pas être stockée. Comme l'eau de fortes précipitations s'écoule rapidement sur le sol, elle ne pourra pas non plus s'y infiltrer, pouvant même aller jusqu'à provoquer des inondations. L'eau de pluie sera alors perdue à la fois pour l'utilisateur et les nappes d'eau souterraine. Enfin, en cas de sécheresse prolongée, de tels réservoirs sont rapidement à court d'eau. L'utilisateur se retrouve donc sans eau au moment où son besoin est le plus élevé et un surplus d'eau impossible à stocker en cas de fortes pluies. Quant aux nappes d'eau souterraine, elles sont certes d'une part préservées d'une surexploitation mais d'autre part de tels réservoirs freinent leur alimentation en eaux pluviales. Afin de rétablir le cycle de l'eau et de réalimenter les nappes d'eau souterraine, il existe des dispositifs associant un système de recueil des eaux 2 2932824 pluviales à un puits d'infiltration. US 2006/0169320 décrit un système de citernes pour la récupération de l'eau de pluie connecté à un puits d'infiltration. Les puits d'infiltration utilisés sont en général peu profonds et donc éloignés des nappes d'eau souterraine. Ce type de puits présente un faible pouvoir d'infiltration et donc 5 un intérêt limité quant à la réalimentation des nappes particulièrement en cas de très fortes pluies. De plus, avec de tels réservoirs, les problèmes de pénuries d'eau en périodes de sécheresse persistent. Il existe également des systèmes combinant un réservoir de récupération des eaux de pluie et un puits d'infiltration profond capable d'infiltrer 10 des volumes d'eau importants. Cependant, en infiltrant ainsi des eaux pluviales dans une nappe d'eau souterraine, on risque de la polluer. Il est impératif d'épurer l'eau s'injectant dans la nappe. De telles structures combinant des systèmes de récupération d'eau, d'épuration et d'infiltration étant couteuses et encombrantes, elles sont réservées à des usages collectifs ou industriels. Enfin, de tels systèmes ont 15 pour but de servir de source d'eau ou d'éviter des inondations mais ils n'intègrent pas dans leur conception l'équilibre entre exploitation et alimentation des nappes d'eau souterraine. Ils présentent donc le risque de contribuer au déficit des nappes d'eau souterraine. L'invention vise à pallier les inconvénients précédemment 20 évoqués en fournissant un dispositif d'alimentation en eaux d'origine naturelle utilisable aussi bien en cas de fortes pluie qu'en périodes de sécheresse et respectueux de l'équilibre des nappes d'eau souterraine. L'invention vise en particulier à proposer un dispositif d'utilisation pondérée des eaux pluviales et souterraines empêchant l'exploitation 25 des eaux souterraines au-delà d'une certaine limite. L'invention vise à proposer un tel dispositif dont la conception, la facilité d'implantation et d'entretien le rendent accessible pour un usage non collectif, en particulier pour un usage domestique et/ou pour une propriété, une habitation ou un immeuble d'habitations. 30 Pour ce faire, l'invention concerne un dispositif d'utilisation pondérée des eaux pluviales et souterraines, comprenant : 3 2932824 - un puits, dit puits d'infiltration, s'étendant depuis une partie supérieure, dite tête de puits, jusqu'à une partie inférieure, dite fond de puits, de profondeur suffisante pour atteindre au moins une nappe d'eau souterraine, le puits d'infiltration étant adapté pour permettre l'infiltration de l'eau dans le sous-sol, 5 - un réservoir de stockage des eaux d'origine pluviale attenant à ladite tête de puits, et relié à cette dernière par au moins un orifice de trop-plein ménagé en partie supérieure du réservoir de stockage, - un dispositif épurateur disposé de façon à recevoir l'eau issue du réservoir de stockage, ce dispositif épurateur étant adapté pour épurer cette 10 eau et autoriser sa descente dans le puits d'infiltration, - un circuit de distribution d'eau comprenant : � au moins un conduit de distribution d'eau reliant le réservoir de stockage à au moins une sortie de distribution d'eau, � au moins un conduit, dit conduit de puisage, 15 s'étendant entre une extrémité inférieure, dite limite de puisage, située dans le puits d'infiltration, et une extrémité supérieure reliée au réservoir de stockage, � des moyens de pompage de l'eau depuis la limite de puisage jusqu'au réservoir de stockage, via au moins un conduit de puisage, � un détecteur, dit détecteur de niveau bas, apte à 20 générer un signal, dit signal de niveau bas, représentatif du fait que le niveau d'eau dans le réservoir de stockage descend en dessous d'une limite inférieure prédéterminée, dite niveau bas, � une unité de commande reliée au détecteur de niveau bas et adaptée pour activer lesdits moyens de pompage sur réception d'un signal de 25 niveau bas, et pour inactiver lesdits moyens de pompage en l'absence de réception d'un signal de niveau bas. Un dispositif selon l'invention permet une utilisation des eaux pluviales et souterraines indépendante des conditions climatiques à la fois en infiltrant les eaux pluviales dans la nappe en cas de fortes pluies et en puisant dans 30 les eaux souterraines en cas de sécheresse. Cette utilisation se fait de manière raisonnée grâce au circuit de distribution d'eau spécialement conçu pour que 4 2932824 l'utilisation des eaux d'origine pluviales et souterraines se fasse dans le respect de l'équilibre hydrique de la nappe d'eau souterraine. En réalimentant la nappe d'une part et en privilégiant toujours l'utilisation des eaux pluviales par rapport à l'utilisation des eaux souterraines et en limitant l'utilisation des eaux souterraines 5 d'autre part, il permet de préserver l'équilibre des nappes d'eau souterraine. En outre un dispositif selon l'invention est d'un encombrement minimal, composé d'éléments simples, son assemblage et son implantation sur site sont aisés, son entretien est facile. Ainsi un dispositif selon l'invention est adapté pour un usage autre que collectif ou industriel. En particulier, 10 il permet une utilisation par un particulier pour un usage domestique. Avantageusement et selon l'invention, la limite de puisage est placée de façon à empêcher l'exploitation des eaux souterraines en dessous d'une certaine limite située au-dessus du niveau molassique des nappes d'eaux souterraines. Avantageusement, la limite de puisage est placée au niveau d'une 15 nappe alluviale. Avantageusement et selon l'invention, le détecteur de niveau bas est de préférence adapté pour que le signal de niveau bas soit généré lorsque le réservoir de stockage est vide. De préférence, avantageusement et selon l'invention, le 20 réservoir de stockage est périphérique au puits d'infiltration. En outre, avantageusement et selon l'invention, le réservoir de stockage est enterré. Avantageusement et selon l'invention, le dispositif épurateur comprend au moins un filtre. 25 Egalement, avantageusement et selon l'invention, le dispositif épurateur comprend au moins un dispositif de traitement de l'eau par voie physico-chimique. Avantageusement et selon l'invention, le fond de puits est située à une profondeur supérieure à celle de ladite nappe d'eau souterraine. 5 2932824 De préférence, avantageusement et selon l'invention, le réservoir de stockage est adapté pour recevoir les eaux pluviales via une (ou plusieurs) arrivée(s) d'eau. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention 5 apparaîtront à la lecture de la description suivante qui se réfère à la figure unique annexée qui est une vue schématique en coupe verticale d'un dispositif d'utilisation pondérée des eaux pluviales et souterraines selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, donné uniquement à titre d'exemple non limitatif. Le dispositif d'utilisation pondérée des eaux pluviales et 10 souterraines, comprend un puits, dit puits d'infiltration 1. Ce puits s'étend depuis une partie supérieure, dite tête de puits 2, jusqu'à une partie inférieure, dite fond de puits 3. La tête de puits 2 peut être enterrée ou en surface. Elle est de préférence fermée par un tampon comme représenté sur la figure 1. Le tampon doit 15 être fixé à la tête de puits 2 de façon à permettre la maintenance du dispositif selon l'invention. La tête de puits 2 est de préférence également pourvue de moyens pour assurer la sécurité du puits d'infiltration 1. Le puits 1 est d'une profondeur suffisante pour que son fond 3 atteigne au moins une nappe d'eau souterraine 4. De préférence, le puits 1 est d'une 20 profondeur telle que son fond 3 atteint le niveau molassique du sous-sol. Plus préférablement, le puits d'infiltration 1 est ancré par son fond 3 dans une couche du sous-sol imperméable située sous ladite nappe d'eau souterraine 4. On peut laisser le fond de puits 3 ouvert, le remplir de gravier ou le fermer. Dans un mode de réalisation préféré selon l'invention, le fond de puits 3 est ouvert. 25 Pour dimensionner le puits d'infiltration 1, il convient de prendre en considération la géologie et la pluviométrie de la zone d'implantation. En effet, outre le fait que le puits doit être suffisamment profond pour atteindre au moins une nappe d'eau souterraine 4, de préférence une nappe alluviale, il doit présenter un volume intérieur suffisant pour permettre une infiltration sans 30 débordement de l'eau en cas de fortes pluies en provenance des surfaces captées. Le diamètre et la profondeur du puits sont donc dépendants du volume d'eau à infiltrer. 6 2932824 Pour des raisons pratiques d'implantation, ils sont également fonction de la superficie dont dispose l'utilisateur. Le puits d'infiltration 1 est de préférence constitué d'une structure rigide. Dans un mode de réalisation préférentiel, le puits d'infiltration 1 est 5 composé d'un ensemble de buses de béton ou autre matériau préfabriqué. De telles buses sont disponibles dans le commerce et spécialement conçues pour être facilement emboitées. Le diamètre et le nombre de ces buses sont choisis en fonction du dimensionnement du puits. Le puits d'infiltration 1 est adapté pour permettre l'infiltration 10 de l'eau dans le sous-sol. L'infiltration peut se faire par le fond de puits 3 si le fond de puits n'est pas fermé, et/ou latéralement par exemple grâce à la présence de trous dans la structure du puits. Ainsi, en fonction du nombre de trous et de leurs positions par rapport aux couches poreuses sur ou sous la nappe d'eau souterraine 4, on peut moduler le débit et les zones d'infiltration d'eau dans le sous-sol 17. 15 Le réservoir de stockage 5 des eaux d'origine pluviale est attenant à ladite tête de puits 2 et relié à cette dernière par au moins un orifice de trop-plein 6 ménagé en partie supérieure du réservoir de stockage 5. Dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention, le réservoir de stockage 5 présente une paroi commune avec la tête de puits 2. Le réservoir de stockage 5 peut être de forme 20 quelconque. Il est, de préférence, périphérique du puits d'infiltration 1. La forme annulaire permettant de maximiser le volume du réservoir et sa surface de contact au puits par rapport à son encombrement, le réservoir de stockage 5 est préférablement de forme annulaire. Sur la figure 1, on a représenté un réservoir de stockage 5 d'un seul bloc. L'invention est également applicable à un réservoir de 25 stockage 5 comprenant un ou plusieurs bassins. Le réservoir de stockage 5 est adapté pour recevoir les eaux d'origine pluviale. L'expression � eaux d'origine pluviales � désigne toutes eaux issues de précipitations liquides ou solides. Les eaux d'origine pluviales peuvent par exemple provenir de pluie, de neige, de grêle ou de brouillard. 30 Le réservoir de stockage 5 peut être ouvert totalement ou partiellement recueillant ainsi directement les eaux d'origine pluviales via cette ou 7 2932824 ces ouvertures. Toutefois, le réservoir est, de préférence, fermé et adapté pour recevoir les eaux d'origine pluviale par l'intermédiaire d'une ou plusieurs canalisations 18. Dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention, le réservoir de stockage 5 est relié aux gouttières de façon à recevoir l'eau de pluie 5 tombant sur les toits. Le réservoir de stockage 5 comprend de préférence un moyen de fermeture adapté pour permettre la maintenance du dispositif selon l'invention. De même que la tête de puits 2, le réservoir de stockage 5 peut être enterré ou en surface. Afin de présenter un encombrement minimal pour l'utilisateur, il est de préférence enterré. 10 Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les dimensions du réservoir de stockage 5 sont calculées en fonction de la capacité de récupération en eau et du besoin en eau afin que le bilan hydrique de la nappe d'eau souterraine 4 soit positif ou du moins équilibré. La capacité de récupération dépend notamment de la pluviométrie locale et des moyens de récupération mis en oeuvre. 15 Par exemple, elle dépendra de la superficie des toitures si le réservoir de stockage 5 est relié aux canalisations. Quant aux besoins en eau, ils sont fonction des utilisations qui en sont faites et des volumes d'eau nécessaires pour ces utilisations. Sur la figure 1, on a représenté deux orifices de trop-plein symétriques par rapport à l'axe du puits. L'invention est également applicable à un 20 ou plusieurs orifices de trop-plein positionnés de manière symétrique ou non pouvant être situés à des différents niveaux de la partie supérieure du réservoir de stockage 5. Le dispositif épurateur 7 est disposé dans le puits d'infiltration 1 ou à son entrée, de préférence dans la tête de puits 2, de façon à recevoir l'eau 25 issue du réservoir de stockage 5. Il est situé sous l'orifice de trop-plein 6 de sorte que l'eau contenue dans le réservoir de stockage 5 qui dépasse le niveau de l'orifice de trop-plein 6 soit évacuée vers le dispositif épurateur 7. Ce dernier est adapté pour épurer cette eau et autoriser sa descente dans le puits d'infiltration 1. Le dispositif épurateur 7 peut comprendre tous les moyens 30 connus aptes à traiter les eaux issues du réservoir de stockage 5 afin qu'elles puissent être infiltrées avec un risque de pollution minimal pour les nappes d'eau souterraine. Le dispositif épurateur 7 peut en particulier comprendre un ou plusieurs filtres. Ces filtres peuvent être des systèmes qui retiennent les débris grossiers tels que des feuilles, des mousses ou des brindilles comme un système de dégrillage. Dans un mode préférentiel de réalisation, on utilisera un panier dégrilleur. On peut 5 également utiliser des filtres présentant des seuils de rétention plus petits tels qu'une ou plusieurs couches de matériaux drainant qui permettront d'éliminer des contaminants de faibles tailles. Ces couches peuvent être constituées de gravier, de sable, de pouzzolane etc. Le dispositif épurateur 7 peut également comprendre un dispositif de traitement de l'eau par voie physicochimique notamment par filtration- 10 adsorption sur du charbon actif. De plus, le dispositif épurateur 7 est conçu pour pouvoir être facilement accessible et aisément entretenu. Il peut être utilement installé en amont du dispositif pour éviter que des éléments polluants n'y pénètrent. Le dispositif d'utilisation pondérée des eaux pluviales et souterraines comprend, outre le réservoir de stockage 5 et le puits d'infiltration 1, 15 un circuit de distribution 8 d'eau. Ce circuit de distribution 8 d'eau comprend au moins un conduit de distribution 9 d'eau reliant le réservoir de stockage 5 à au moins une sortie de distribution d'eau 10. De préférence relié à une pompe, le conduit de distribution 9 d'eau permet une alimentation en eau issue du réservoir de stockage 5. Cette eau 20 peut être utilisée directement, pour arroser des jardins, par exemple. La sortie de distribution d'eau 10 peut être connectée à un ou plusieurs circuits hydrauliques et/ou des moyens de traitement de l'eau afin de permettre l'injection de l'eau issue du réservoir dans tout ou une partie du circuit d'eau domestique (hors eau potable). Cette eau peut par exemple servir à alimenter en eau un lave-linge ou des sanitaires. 25 Le circuit de distribution 8 d'eau comprend également au moins un conduit, dit conduit de puisage 11. Chaque conduit de puisage s'étend entre une extrémité inférieure, dite limite de puisage 12, située dans le puits d'infiltration 1, et une extrémité supérieure reliée au réservoir de stockage 5. L'extrémité inférieure de chaque conduit de puisage 11 est de préférence dotée 30 d'une crépine 20 afin d'arrêter les corps étrangers. La limite de puisage 12 est choisie pour empêcher l'exploitation des eaux souterraines en dessous d'une 9 2932824 certaine limite située au-dessus du niveau molassique des nappes d'eaux souterraines, notamment au niveau d'une nappe alluviale, c'est-à-dire au-dessus du niveau le plus bas d'une nappe alluviale, évitant ainsi un risque de surexploitation de la nappe phréatique. 5 Le circuit de distribution 8 d'eau comprend en outre des moyens de pompage 13 de l'eau depuis la limite de puisage 12 jusqu'au réservoir de stockage 5, via au moins un conduit de puisage 11. Par moyens de pompage 13, on entend tous les moyens de pompage 13 connus, en particulier des pompes, motopompes, électropompes, de type centrifuge, axiales, à pistons ou autres. Les 10 moyens de pompage 13 peuvent être à une ou plusieurs voies. Ils sont de préférence submersibles. Le circuit de distribution 8 d'eau comprend aussi un détecteur, dit détecteur de niveau bas 14. Le détecteur de niveau bas 14 est apte à générer un signal, dit signal de niveau bas, représentatif du fait que le niveau d'eau dans le 15 réservoir de stockage 5 descend en dessous d'une limite inférieure prédéterminée, dite niveau bas. Pour cela, le détecteur est pourvu d'un ou plusieurs capteurs positionnés dans le réservoir de stockage 5, d'un ou plusieurs transmetteurs et d'un générateur de signal. Le détecteur de niveau bas 14 est de préférence choisi parmi les détecteurs de niveau qui permettent une utilisation facile par un particulier et un 20 entretien aisé. Le détecteur de niveau bas 14 est de préférence adapté pour que le signal de niveau bas soit généré lorsque le réservoir de stockage 5 est vide. Le circuit de distribution 8 d'eau comprend une unité de commande 15 reliée au détecteur de niveau bas 14 et adaptée pour activer lesdits moyens de pompage 13 sur réception d'un signal de niveau bas, et pour inactiver 25 lesdits moyens de pompage 13 en l'absence de réception d'un signal de niveau bas. Ainsi, lorsque le niveau du réservoir est supérieur au niveau bas, l'unité de commande 15 inactivant les moyens de pompage 13, aucune eau souterraine n'est pompée. L'utilisateur utilise alors uniquement les eaux d'origine pluviale stockées dans le réservoir et préserve les eaux souterraines. Lorsque le niveau de l'eau dans 30 le réservoir devient inférieur au niveau bas, ce qui se produit généralement lorsqu'on prélève un excès d'eau dans le réservoir ou en période de sécheresse Io 2932824 prolongée, le détecteur de niveau bas 14 génère un signal de niveau bas transmis à une unité de commande 15. L'unité de commande 15 par des moyens électroniques ou hydrauliques active les moyens de pompage 13. L'eau est alors pompée de la limite de puisage 12 jusqu'au réservoir de stockage 5. Le débit de distribution d'eau 5 est de préférence supérieur ou égal au débit d'eau pompée du puits d'infiltration 1. L'eau pompée du puits d'infiltration 1 remplit le réservoir de stockage 5 jusqu'à atteindre le niveau bas et les moyens de pompage 13 sont alors inactivés par l'unité de commande 15. Exemple : 10 Pour une habitation dont la toiture présente une superficie de l'ordre de 100 m2 recevant de l'ordre de 72 m3/an d'eaux pluviales, par exemple située dans le sud-ouest de la France, un réservoir de stockage 5 de 2500 f est rempli pour des précipitations cumulées de 25 mm. Les besoins en eau d'arrosage pour un jardin de 100 m2 étant de l'ordre de 15 m3/an à 20 m3/an, le bilan hydrique 15 de la nappe phréatique est équilibré grâce au dispositif selon l'invention sur un cycle annuel, sans prélèvement sur la nappe phréatique, pour une superficie de jardin arrosé de 500 m2 environ. L'invention peut faire l'objet de nombreuses variantes par rapport aux modes de réalisation préférentiels décrits ci-dessus et représentés sur la 20 figure. Il REVENDICATIONS1/ - Dispositif d'utilisation pondérée des eaux pluviales et souterraines, comprenant : - un puits, dit puits d'infiltration (1), s'étendant depuis une partie supérieure, dite tête de puits (2), jusqu'à une partie inférieure, dite fond de puits (3), de profondeur suffisante pour atteindre au moins une nappe d'eau souterraine (4), le puits d'infiltration (1) étant adapté pour permettre l'infiltration de l'eau dans le sous-sol (17), - un réservoir de stockage (5) des eaux d'origine pluviale attenant à ladite tête de puits (2), et relié à cette dernière par au moins un orifice de trop-plein (6) ménagé en partie supérieure du réservoir de stockage (5), - un dispositif épurateur (7) disposé de façon à recevoir l'eau issue du réservoir de stockage (5), ce dispositif épurateur (7) étant adapté pour épurer cette eau et autoriser sa descente dans le puits d'infiltration (1), un circuit de distribution (8) d'eau comprenant : � au moins un conduit de distribution (9) d'eau reliant le réservoir de stockage (5) à au moins une sortie de distribution en eau (10), � au moins un conduit, dit conduit de puisage (11), s'étendant entre une extrémité inférieure, dite limite de puisage (12), située dans le puits d'infiltration (1), et une extrémité supérieure reliée au réservoir de stockage (5), � des moyens de pompage (13) de l'eau depuis la limite de puisage (12) jusqu'au réservoir de stockage (5), via au moins un conduit de puisage (11), � un détecteur, dit détecteur de niveau bas (14), apte à générer un signal, dit signal de niveau bas, représentatif du fait que le niveau d'eau dans le réservoir de stockage (5) descend en dessous d'une limite inférieure prédéterminée, dite niveau bas, � une unité de commande (15) reliée au détecteur de niveau bas (14) et adaptée pour activer lesdits moyens de pompage (13) sur 12 2932824 réception d'un signal de niveau bas, et pour inactiver lesdits moyens de pompage (13) en l'absence de réception d'un signal de niveau bas. 2/ - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la limite de puisage (12) est placée de façon à empêcher l'exploitation des eaux 5 souterraines en dessous d'une limite située au-dessus du niveau molassique des nappes d'eaux souterraines. 3/ - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le détecteur de niveau bas (14) est de préférence adapté pour que le signal de niveau bas soit généré lorsque le réservoir de stockage (5) est vide. 10 4/ - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le réservoir de stockage (5) est périphérique au puits d'infiltration (1). 1 à 4, 5/ - Dispositif selon l'une des revendications caractérisé en ce que le réservoir de stockage (5) est enterré. 1 à 5, 6/ - Dispositif selon l'une des revendications caractérisé en ce que le dispositif épurateur (7) comprend au moins un filtre. 1 à 6, 7/ - Dispositif selon l'une des revendications caractérisé en ce que le dispositif épurateur (7) comprend au moins un dispositif de traitement de l'eau par voie physico-chimique. 8/ - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le fond de puits (3) est situé à une profondeur supérieure à celle de ladite nappe d'eau souterraine (4). 9/ - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le réservoir de stockage (5) est adapté pour recevoir les eaux 25 pluviales via une ou plusieurs arrivées d'eau(18). 15 20