Brevet FR2942219A1 — publié le 20100820

Installation de filtration comprenant une dalle en béton fibré 1. Domaine de l'invention Le domaine de l'invention est celui du traitement de l'eau douce ou salée en vue de sa potabilisation ou celui des eaux usées en vue de leur épuration. Plus précisément, l'invention concerne les installations de traitement d'eau par filtration gravitaire. 2. Art antérieur Les installations de traitement d'eau par filtration gravitaire comprennent classiquement une dalle perforée qui délimite une chambre supérieure et une 10 chambre inférieure. La chambre supérieure est destinée à accueillir un média filtrant comme par exemple du charbon actif, du sable..., qui repose sur la dalle. La chambre inférieure est destinée à recueillir l'eau filtrée. Les perforations de la dalle sont traversées par des crépines qui présentent 15 une tête faisant saillie dans la chambre supérieure et une queue qui se prolonge dans la chambre inférieure. La queue présente des orifices de sortie d'eau filtrée, et des orifices d'entrée d'air et/ou d'eau de lavage. La tête présente des orifices de passage d'eau traitée et d'air et/ou d'eau de lavage. Le principe de fonctionnement d'un tel filtre gravitaire est le suivant. 20 L'eau à traiter est acheminée dans la chambre supérieure du filtre et s'écoule sous l'effet de la gravité à travers le média filtrant. L'eau filtrée traverse ensuite les orifices présents sur la tête des crépines et se déverse dans la chambre inférieure avant d'être recueillie ou acheminée vers un traitement aval. 25 Au fur et à mesure que l'eau à traiter est filtrée, la masse filtrante se charge des particules initialement en présence dans l'eau : le filtre se colmate. Des opérations de lavage du filtre sont alors mises en oeuvre afin d'assurer son décolmatage. Pour cela, de l'eau et/ou de l'air sont injectés dans le filtre à contre courant par l'intermédiaire des orifices prévus à cet effet dans la queue de chaque 30 crépine. La mise en oeuvre de telles installations de traitement d'eau est avantageuse en ce qu'elle permet de filtrer de manière efficace l'eau à traiter. Elle n'est toutefois pas exempte d'inconvénients. 3. Inconvénients de l'art antérieur Selon une première approche, les dalles mises en oeuvre dans ce type d'installation de traitement d'eau sont réalisées en béton armé, c'est-à-dire d'un mélange réalisé notamment à partir de ciment, de sable, de gravier et d'eau de gâchage dans lequel est noyée une armature métallique comme un treillis. Les eaux à traiter contiennent généralement des substances agressives et sont de ce fait la plupart du temps corrosives. Au cours des traitements de filtration, ces substances ont tendance à pénétrer et à diffuser à l'intérieur de la matrice cimentaire de la dalle et à atteindre l'armature métallique qui y est plongée. Ce phénomène s'accompagne d'une dégradation de cette armature métallique par corrosion, ce qui fragilise la dalle. En outre, l'oxydation de ces armatures métalliques engendre la fissuration et l'éclatement du béton de la dalle. Ce phénomène est favorisé du fait que la dalle est soumise à des charges descendantes de l'ordre de 4 tonnes par mètre carré au cours des phases de filtration et par des charges ascendantes de l'ordre de 2 tonnes par mètre carré au cours des phases de lavage du filtre. Au final, ce phénomène d'oxydation exerce une incidence négative sur la durabilité des dalles de béton mises en oeuvre dans ce type d'installation de traitement d'eau. Afin de limiter la corrosion des armatures métalliques, et en particulier de réduire la pénétration et la diffusion des espèces agressives en présence dans les eaux à traiter, l'épaisseur de la dalle a été augmentée. Celle-ci peut atteindre et même dépasser les 25 centimètres. Afin de limiter encore davantage ce phénomène de corrosion, il est recommandé de recouvrir la dalle d'un revêtement de protection. De telles pratiques ont effectivement conduit à limiter la corrosion des armatures métalliques et par conséquent à augmenter la durabilité des dalles de filtration. Elles se sont toutefois accompagnées d'une augmentation du poids de la dalle et de celui du dimensionnement des armatures métalliques de manière telle qu'elles supportent le surpoids de la dalle. Ces dalles sont donc relativement coûteuses à réaliser notamment du fait de la quantité importante de matières premières entrant dans leur fabrication. Par ailleurs, la présence des armatures métalliques dans la dalle pose des problèmes dans la répartition des crépines à travers la dalle. On comprend en effet que l'implantation des crépines est limitée aux régions de la dalle ne présentant pas d'armature métallique. Ce défaut d'uniformité dans la répartition des crépines s'accompagne d'un drainage non homogène de l'eau filtrée et d'une répartition irrégulière des fluides (eau et/ou air) de lavage sur toute la surface de la dalle. Il en résulte que les contraintes hydrodynamiques à l'intérieur du filtre, tant en phase de filtration qu'en phase de lavage, ne sont pas uniformes. La filtration de l'eau et le nettoyage du filtre ne sont donc pas optimaux. On observe en conséquence des développements bactériens à l'intérieur du filtre, ce qui tend à affecter la qualité de l'eau traitée. Selon une deuxième approche, les dalles mises en oeuvre dans ce type d'installation de traitement d'eau sont réalisées en matériau plastique composite. Ces dalles présentent l'avantage d'être plus faciles à réaliser, et de faciliter et d'optimiser la répartition des crépines. Elles présentent toutefois une résistance mécanique faible, subissent généralement une dégradation relativement rapide et présentent souvent un défaut de planéité et de fluage. Les défauts géométriques que peuvent par conséquent présenter ces dalles causent des problèmes au cours de leur mise en place. Ces dalles ont par conséquent une durabilité assez limitée. 4. Objectifs de l'invention L'invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur. Plus précisément, un objectif de l'invention est de fournir une installation de filtration gravitaire d'eau comprenant une dalle perforée présentant une bonne durabilité. Notamment l'invention poursuit l'objectif de fournir des dalles présentant de bonnes caractéristiques mécaniques. Un autre objectif de l'invention est de mettre en oeuvre de telles dalles qui résistent à la corrosion. L'invention a encore pour objectif de fournir de telles dalles qui soient peu 10 encombrantes. L'invention vise également à produire de telles dalles qui facilitent l'implantation des crépines et favorisent l'uniformité de leur répartition. Un autre objectif de l'invention est de fournir de telles dalles qui soient relativement faciles à réaliser et assez peu coûteuses à mettre en oeuvre. 15 5. Exposé de l'invention Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints à l'aide d'une installation de filtration d'eau comprenant une dalle perforée, délimitant : - une chambre supérieure logeant un matériau filtrant reposant sur ladite 20 dalle, et - une chambre inférieure susceptible de recueillir de l'eau filtrée. Selon l'invention, ladite dalle est réalisée en béton fibré, ledit béton présentant: - une résistance à la compression comprise entre 100 et 250 MPa ; 25 - une résistance à la flexion comprise entre 15 et 60 MPa ; - un module d'Young compris entre 45 et 60 GPa. Ainsi, l'invention repose sur une approche tout à fait nouvelle et inventive qui consiste à utiliser du béton fibré pour réaliser la fabrication de dalles mises en oeuvre dans des installations de filtration d'eau. 30 Cette mise en oeuvre permet d'obtenir des dalles : - présentant une grande résistance mécanique ; - peu sensibles aux phénomènes d'oxydation ; - présentant une grande durabilité. Ces dalles ont encore l'avantage de présenter une faible épaisseur relativement aux dalles selon l'art antérieur tout en étant capables de supporter des charges équivalentes. En effet, un béton fibré du type de celui qui est mis en oeuvre selon l'invention pour la réalisation de dalles de filtration présente : - une résistance à la compression 6 à 8 fois supérieures à celle d'un béton traditionnel ; - une résistance à la flexion 10 fois supérieure à celle d'un béton traditionnel ; - une ductilité importante ; - une grande résistance à l'oxydation ; - une durabilité 100 fois supérieure à celle d'un béton traditionnel. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, ladite dalle est traversée par une pluralité de crépines, lesdites crépines étant réparties de manière uniforme sur toute la surface de ladite dalle. En effet, l'absence d'armature métallique dans le béton permet d'offrir une grande liberté dans l'implantation des crépines et en particulier de permettre de les répartir de manière uniforme sur toute la surface de la dalle. Ainsi, en phase de filtration, l'eau à traiter traverse de manière homogène l'ensemble de la masse filtrante reposant sur la dalle de filtration. De même, en phase de lavage du filtre, l'eau et/ou l'air de lavage traverse de manière homogène l'ensemble de la masse filtrante. La mise en oeuvre de l'invention contribue donc à optimiser : - la filtration de l'eau, et - le décolmatage de filtre, ce qui conduit à limiter les développements bactériens dans le filtre et à augmenter la qualité de l'eau traitée produite. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, ledit béton présente : - une résistance à la compression comprise entre 150 et 180 MPa ; - une résistance à la flexion comprise entre 15 et 45 MPa. Les dalles de filtration selon l'invention présentent donc une grande rigidité. Préférentiellement, ledit béton présente un coefficient de Poisson compris entre 0,2 et 0,25. Une dalle de filtration selon l'invention est donc sensiblement 10 incompressible. Avantageusement, ledit béton présente un coefficient de retrait compris entre 0 et 500 �m par mètre. Un retrait ce cet ordre peut être obtenu lorsque le béton subi une cure thermique à une température comprise entre 60 et 70°C pendant 48 heures. 15 Selon une autre caractéristique avantageuse, ledit béton présente : - une porosité accessible à l'eau comprise entre 1,3 et 12% ; - une perméabilité à l'oxygène comprise entre 10-19 et 10-20 m2 ; - un coefficient de diffusion des chlorures compris entre 10-14 et 10-15 m2/s. Une dalle de filtration en béton fibré selon l'invention est assez peu 20 perméable et présente donc une grande résistance à l'oxydation et une grande durabilité. Avantageusement, ledit béton fibré contient des fibres appartenant au groupe comprenant : - les fibres métalliques ; 25 - les fibres de carbone ; - les fibres organiques; - les fibres composites ; - les fibres minérales. La mise en oeuvre de ce type de fibres dans le béton fibré servant à la 30 réalisation des dalles de filtration selon l'invention leur confère d'excellentes caractéristiques mécaniques. Selon une caractéristique préférée de l'invention, ladite dalle est constituée par au moins une plaque. Une dalle de filtration selon l'invention peut donc être constituée par une pluralité de plaques. Cette mise en oeuvre peut permettre d'obtenir de manière simple une dalle de filtration de taille importante en rapprochant une pluralité de plaques les unes des autres. En outre, du fait de leur résistance importante, la taille des plaques réalisées selon l'invention peut être augmentée comparativement à celle de l'art antérieur. Ainsi, à taille égale, une dalle selon l'invention peut être obtenue en juxtaposant un nombre plus réduit de plaques. Ceci permet de faciliter l'assemblage de la dalle. Ceci permet encore de limiter les risques de défaut d'étanchéité, le nombre de joints entre les plaques étant également réduit. 6. Liste des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et de la figure unique annexée, qui présente un schéma partiel d'une installation selon l'invention mettant en oeuvre une dalle en béton fibré. 7. Description d'un mode de réalisation de l'invention 7.1. Rappel du principe de l'invention Le principe général de l'invention repose sur l'utilisation de béton fibré pour la fabrication de dalles mises en oeuvre dans des installations de filtration d'eau, lequel béton fibré présente : - une résistance à la compression comprise entre 100 et 250 MPa ; - une résistance à la flexion comprise entre 15 et 60 MPa ; - une résistance à la traction comprise entre 5 et 25 MPa. Comparativement à des dalles de filtration classiquement réalisées en béton armé, des dalles selon l'invention : - sont moins sensibles à la l'oxydation ; - présentent de meilleures caractéristiques mécaniques ; - présentent une meilleure durabilité. Les dalles de filtration selon l'invention présentent par conséquent une section inférieure à celles des dalles selon l'art antérieur à résistance équivalente ce qui conduit à réduire la quantité de matière première entrant dans leur réalisation. Par ailleurs, l'utilisation de béton fibré pour la réalisation des dalles de filtration prévient la mise en oeuvre d'armatures métalliques destinées à renforcer les dalles selon l'art antérieur. Les contraintes relatives à l'implantation des crépines dans les techniques de l'art antérieur sont ainsi éliminées par la mise en oeuvre de l'invention. La mise en oeuvre de l'invention permet de répartir de manière uniforme les crépines sur toute la surface de la dalle ce qui conduit à optimiser la filtration de l'eau, le décolmatage du filtre et à réduire en conséquence les développements bactériens. Elle conduit de ce fait à améliorer la qualité de l'eau traitée. 7.2. Exemple d'une installation selon l'invention On présente, en relation avec la figure unique, un mode de réalisation d'une installation de traitement d'eau qui selon l'invention comprend une dalle réalisée en béton fibré. Telle que cela est représenté sur cette figure unique, une installation selon l'invention comprend des murs périphériques 1 réalisés en béton armé revêtu ou pas d'un revêtement permettant de lutter contre les attaques en milieu salin, comme des résines époxy ou tout autre revêtement équivalent. Ces murs périphériques 1 présentent des appuis 2 formant des supports de voiles. Ils reposent sur un radier 3 également réalisé en béton armé. Les murs périphériques 1 et le radier 3 sont solidarisés entre-eux au moyen de ferraillages noyés tant dans les murs périphériques 1 que dans le radier 3. Dans des variantes de ce mode de réalisation, les murs périphériques 1 et le radier 3 pourront être solidarisés les uns aux autres par tout autre moyen de fixation adapté. Une pluralité de poteaux 8 repose sur le radier 3. Ces poteaux 8 sont également réalisés en béton armé. Ils sont solidarisés au radier 3 au moyen de vis coopérant avec des moyens complémentaires, comme par exemple des mèches, mis en oeuvre dans le radier 3. Ils peuvent encore y être solidarisés au moyen de boulons ou de tout autre moyen de fixation équivalents, ou encore être scellés au radier 3. Afin de limiter l'oxydation des moyens de fixation, ceux-ci sont noyés dans du mortier. Les poteaux 8 et les appuis 2 formés dans les murs périphériques 1 permettent de supporter une dalle de filtration. Dans ce mode de réalisation, la dalle de filtration est constituée par une pluralité de plaques 6 perforées. Des joints d'étanchéité 9 sont interposés entre les plaques 6, les appuis 1 et les poteaux 8. Ces joints 9 sont préférentiellement réalisés en mortier de scellement dans lequel sont noyées les armatures métalliques qui se prolongent en dehors des poteaux 8. Ils permettent ainsi d'assurer un meilleur maintien des poteaux 8 tout en protégeant leurs armatures métalliques contre la corrosion. L'étanchéité entre deux plaques 6 consécutives est assurée par des joints en plastique 5. Une clavette 7 en mortier recouvre chacun des joints 5 de manière à 20 assurer la planéité de la dalle dans la zone de jonction de deux plaques 6 consécutives. Les plaques 6 sont réalisées en béton fibré. Ce béton présente : - une résistance à la compression comprise entre 150 et 180 MPa ; - une résistance à la flexion comprise entre 15 et 45 MPa ; 25 - un module d'Young compris entre 45 et 60 GPa. Ce béton présente également un coefficient de Poisson compris entre 0,2 et 0,25 et un coefficient de retrait compris entre 0 et 500 �m par mètre. Il présente encore : - une porosité accessible à l'eau comprise entre 1,3 et 12% ; 30 - une perméabilité à l'oxygène comprise entre 10-19 et 10-20 m2 ; - un coefficient de diffusion des chlorures compris entre 10-14 et 10-15 m2/s. Les fibres contenues dans le béton dont sont faites les plaques 6 sont des fibres métalliques. Dans des variantes, ces fibres pourront appartenir au groupe comprenant : - les fibres métalliques ; - les fibres de carbone ; - les fibres organiques; - les fibres composites ; - les fibres minérales. Le béton fibré présente des caractéristiques mécaniques telles qu'il n'est pas nécessaire d'y noyer une armature métallique de type treillis pour assurer le maintien de la dalle comme cela est le cas pour les dalles de filtration réalisées en béton armé classique. La dalle formée par les plaques 6 délimite : - une chambre supérieure 10 logeant un matériau filtrant (non représenté) reposant sur la dalle, et - une chambre inférieure 11 susceptible de recueillir de l'eau filtrée. Les plaques 6 sont traversées par des perforations de manière à permettre le passage de crépines 4. Dans ce mode de réalisation, les crépines 4 sont vissées dans des inserts taraudés, par exemple en polypropylène, qui sont coulés dans les plaques 6. Compte tenu de l'absence d'armature métallique au sein du béton fibré constituant les plaques 6 de la dalle, les crépines 4 peuvent être réparties de manière homogène sur toute la surface de la dalle, sans zone morte y compris à la périphérie de la dalle et dans les zones de jonction des plaques 6. Chaque crépine 4 présente une tête 41 qui fait saillie dans la chambre supérieure 10 et une queue 42 qui se prolonge dans la chambre inférieure 11. La queue 42 présente des orifices de sortie d'eau filtrée, et des orifices d'entrée d'air et/ou d'eau de lavage (non représenté). La tête 41 présente des orifices de passage d'eau traitée et d'air et/ou d'eau de lavage (non représentés). La queue 42 de chaque crépine 4 forme un entonnoir qui s'étend en dessous des plaques 6. 7.3. Avantages Les dalles de filtration réalisées selon l'invention en béton fibré présentent l'avantage de ne pas requérir de mise en place dans le béton d'armature métallique, leur rigidité étant assurée par les fibres contenues dans le béton. Ces dalles sont donc peu sensibles aux phénomènes d'oxydation et présentent une grande résistance mécanique. Au final, les dalles de filtration selon l'invention ont une grande durabilité tout en présentant une épaisseur nettement inférieure aux dalles de filtration réalisées selon l'art antérieur en béton armé classique. À titre indicatif, une dalle de filtration réalisée classiquement en béton armé présente une épaisseur de l'ordre de 25 à 30 centimètres pour résister : - à des charges descendantes de l'ordre de 4 tonnes par mètre carré au cours des phases de filtration, et - à des charges ascendantes de l'ordre de 2 tonnes par mètre carré au cours des phases de lavage du filtre. Une dalle de filtration réalisée selon l'invention en béton fibré présente, pour résister à des charges équivalentes, une épaisseur de l'ordre de 4 à 14 centimètres. Le fait de réduire la taille des dalles permet de réduire le volume de béton nécessaire à leur réalisation. Par conséquent, la mise en oeuvre de béton fibré permet de réduire de façon non négligeable la quantité de matière première (béton, armature métallique) nécessaire à la réalisation de dalles de filtration. En outre, le béton fibré est un béton auto-plaçant, encore appelé auto-nivelant. Sa mise en forme est aisée notamment du fait que sa mise à niveau est obtenue naturellement sous l'effet de la gravité et en ce qu'il n'est pas nécessaire de vibrer le béton pour le compacter. Par ailleurs, le béton fibré ne contient pas d'armature métallique telles que celles qui sont noyées dans un béton armé classique. Les crépines peuvent par conséquent être implantées de manière uniforme sur toute la surface de la dalle de filtration. Ainsi, en phase de filtration, l'eau à traiter traverse de manière homogène l'ensemble de la masse filtrante reposant sur la dalle de filtration. De même, en phase de lavage du filtre, l'eau et/ou l'air de lavage traverse de manière homogène l'ensemble de la masse filtrante. La mise en oeuvre de l'invention contribue donc également : - à optimiser la filtration de l'eau, - à optimiser le décolmatage de filtre, - à limiter les développements bactériens dans le filtre, et donc - à augmenter la qualité de l'eau traitée produite. Par ailleurs, une dalle selon présente encore l'avantage de présenter des surfaces lisses. Cette caractéristique conduit à limiter l'accrochage des micro-algues, des algues, des animaux marins et le développement bactérien. 7.4. Calcul des caractéristiques mécaniques Les caractéristiques mécaniques du béton fibré mis en oeuvre selon l'invention sont déterminées par des essais normés ou réalisés par des organismes agréés tels que le CSTB (Centre Scientifique et Technique du Bâtiment), l'AFPC (Association Française pour la construction), l'AFREM (Association Française de Recherches et d'Essais sur les Matériaux, l'AFGC (Association Française du Génie Civil), ... REVENDICATIONS1. Installation de filtration d'eau comprenant une dalle perforée (6), délimitant : - une chambre supérieure (10) logeant un matériau filtrant reposant sur 5 ladite dalle (6), et - une chambre inférieure (11) susceptible de recueillir l'eau filtrée, caractérisée en ce que ladite dalle (11) est réalisée en béton fibré, ledit béton présentant: - une résistance à la compression comprise entre 100 et 250 MPa ; 10 - une résistance à la flexion comprise entre 15 et 60 MPa ; - un module d'Young compris entre 45 et 60 GPa. 2. Installation de filtration selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite dalle (11) est traversée par une pluralité de crépines (4), lesdites crépines (4) étant réparties de manière uniforme sur toute la surface de ladite dalle (6). 15 3. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit béton présente : - une résistance à la compression comprise entre 150 et 180 MPa ; - une résistance à la flexion comprise entre 15 et 45 MPa. 4. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée 20 en ce que ledit béton présente un coefficient de Poisson compris entre 0,2 et 0,25. 5. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ledit béton présente un coefficient de retrait compris entre 0 et 500 �m par mètre. 6. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée 25 en ce que ledit béton présente : - une porosité accessible à l'eau comprise entre 1,3 et 12% ; - une perméabilité à l'oxygène comprise entre 10-19 et 10-20 m2 ; - un coefficient de diffusion des chlorures compris entre 10-14 et 10-15 m2/s. 7. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée 30 en ce que ledit béton fibré contient des fibres appartenant au groupe comprenant :- les fibres métalliques ; - les fibres organiques ; - les fibres de carbone ; - les fibres organiques; - les fibres composites ; - les fibres minérales. 8. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que ladite dalle est constituée par au moins une plaque (6) plate ou présentant un autre relief.10