Brevet FR2960161A1 — publié le 20111125

La présente invention se rapporte d'une manière générale à un dispositif de tamisage mis en oeuvre pour l'alimentation en eau d'une quelconque installation industrielle, notamment pour l'alimentation en eau de refroidissement d'une telle installation. Elle concerne plus particulièrement un dispositif de tamisage pour déconcentrer la teneur en détritus d'un cours d'eau en aval dudit dispositif de tamisage dans la proportion du débit tamisé par rapport au débit total du cours d'eau concerné. L'invention trouve une application générale dans des domaines dans lesquels on souhaite retirer au moins une partie des débris d'origines diverses (végétale, animale ou humaine) qui encombrent et chargent les cours d'eau, afin que l'eau en aval soit plus propre. C'est le cas de certains cours d'eau pour des raisons d'aspect (rivières, canaux urbains, etc.). C'est aussi le cas lorsque la concentration en débris est trop élevée pour l'utilisation en aval de l'eau (prise d'eau de centrales électriques, station de tamisage sous-dimensionnée, etc.). En pratique, l'élément filtrant du dispositif de tamisage est mobile en boucle sans fin, circulaire ou allongée. Le dispositif de tamisage est alors un tambour rotatif ou un filtre à chaînes. On connaît déjà des solutions au problème de déconcentration de la teneur en détritus d'un cours d'eau en aval d'un dispositif de tamisage. Une première solution connue consiste à construire une prise d'eau conventionnelle dans un ouvrage de génie civil avec une entrée d'eau gravitaire, un traitement de l'eau par un système conventionnel comprenant un dégrillage et un tamisage, puis un pompage afin de retourner l'eau au cours d'eau en aval. Une telle solution n'est toutefois pas satisfaisante en raison du coût de mise en oeuvre de l'ouvrage de génie civil, qui est notamment établi sous le niveau de l'eau. Une deuxième solution consiste à installer un filtre en caisson avec le flot tamisé créé par des extracteurs mécaniques à très faible hauteur manométrique ajoutée. Cette solution nécessite cependant, pour le pompage, un apport d'énergie qui n'est pas toujours aisément disponible. La présente invention remédie à au moins un de ces inconvénients. La présente invention a ainsi pour objet une installation de tamisage comprenant, aménagés dans un chenal véhiculant un fluide en écoulement avec un débit total QE : - un dispositif de tamisage comportant un tamis qui comprend au moins un élément filtrant afin de tamiser une fraction Q10 du débit total, - au moins un premier passage dans le chenal qui est adapté à laisser passer une fraction Q31 du débit total telle que QE = Q10 + Q31, tant que la perte de charge entre l'amont et l'aval du dispositif de tamisage est inférieure à une valeur prédéterminée, - au moins un deuxième passage dans le chenal qui est adapté à laisser passer une fraction Q32 du débit total telle que QE = Q10 + Q31 + Q32 lorsque ladite perte de charge est supérieure à la valeur prédéterminée. Le dispositif de tamisage permet de réduire la concentration du fluide (par exemple l'eau) en débris transportés. Toutefois, plus le dispositif se colmate au fur et à mesure qu'il arrête les débris volumineux moins il est apte à laisser passer le débit de fluide QE. A cet égard, au moins un premier passage doté d'une première ouverture pour le passage d'une fraction du débit est prévu pour permettre à l'installation de fonctionner pendant que le dispositif de tamisage se charge en débris. A partir d'une certaine valeur de la perte de charge entre l'amont et l'aval du dispositif de tamisage (cette valeur traduit un encrassement prononcé du dispositif) au moins un deuxième passage de fluide intervient pour aider ledit au moins un premier passage à véhiculer le débit total QE. En effet, sans ledit au moins un deuxième passage la perte de charge entre l'amont et l'aval de ce passage serait d'une valeur telle que les pompes situées en aval risqueraient d'être désamorcées. On notera ainsi que les ouvertures ou les sections de passage desdits au moins un premier et deuxième passages sont dimensionnées pour que quand le dispositif de tamisage est obstrué par les débris et saletés diverses tout le débit QE puisse s'écouler à travers lesdits au moins un premier et deuxième passages. Une telle installation qui n'exige aucun apport d'énergie important hors du faible débit d'eau de lavage sous pression et des quelques kilowatts nécessaires au moteur d'entraînement du tamis (lorsque celui-ci est mobile) permet, soit de tamiser une partie du débit, soit de permettre le passage du débit total sans le tamiser selon les besoins de nettoyage du fluide. L'installation ne nécessite par ailleurs aucun ouvrage de génie civil complémentaire. Selon une caractéristique, ledit au moins un premier passage est ouvert en permanence afin que l'installation soit en mesure de fonctionner même lorsque le débit du fluide passant à travers le dispositif de tamisage diminue par suite du colmatage de ce dernier. Selon une caractéristique, ledit au moins un deuxième passage est équipé d'un organe qui est mobile entre une position d'obturation dudit au moins un passage et une position d'ouverture dans laquelle la fraction Q32 du débit total est susceptible de traverser ledit au moins un passage. En dessous d'une valeur de perte de charge prédéterminée ledit au moins un deuxième passage reste fermé, le débit QE étant pris en charge uniquement par le dispositif de tamisage et par ledit au moins un premier passage. Dès lors que le dispositif de tamisage devient trop obstrué, la perte de charge créée par l'ensemble de l'installation devient trop élevée et dépasse 30 la valeur prédéterminée mentionnée ci-dessus. Ceci provoque l'ouverture dudit au moins un deuxième passage afin de laisser, via cette voie de contournement, une fraction du débit total du chenal. Le passage de la position d'obturation à la position d'ouverture est 5 commandé manuellement ou de façon automatique. Selon une caractéristique, le déplacement de la position d'obturation à la position d'ouverture dépend de la valeur de la perte de charge. C'est en effet la valeur de la perte de charge créée par l'installation en fonctionnement qui conditionne le déplacement de l'organe et donc 10 l'ouverture dudit au moins un deuxième passage. Selon une caractéristique, l'organe mobile est un clapet qui est par exemple lesté afin de le maintenir de façon stable en position fermée. Selon une caractéristique, l'installation comprend une paroi séparant le chenal entre une zone amont et une zone aval, le dispositif de tamisage étant 15 assujetti à la paroi et lesdits au moins un premier et deuxième passages étant aménagés dans ladite paroi. Cette paroi s'étend par exemple de façon transversale dans le chenal de façon à ce que le débit QE du fluide s'écoule nécessairement à travers un ou plusieurs des éléments constitutifs de l'installation (dispositif de tamisage, 20 premier et deuxième passages). Selon une réalisation, la paroi séparatrice est un mur inclus dans le génie civil. Selon une autre réalisation, la paroi est métallique et fixée aux murs du chenal. 25 Selon une caractéristique, le dispositif de tamisage et lesdits au moins un premier et deuxième passages sont agencés transversalement dans le chenal de façon à ce que ledit au moins un premier passage soit disposé entre le dispositif de tamisage et ledit au moins un deuxième passage. En pratique, le dispositif de tamisage et lesdits au moins un premier 30 et deuxième passages sont aménagés dans une paroi qui s'étend transversalement par rapport au chenal et aux parois longitudinales qui le délimitent. A titre d'exemple, les moyens de tamisage du dispositif de tamisage comprennent au moins une grille de protection équipée de barreaux espacés de quelques centimètres. Ainsi, l'eau à tamiser entre par la face du bac équipée de la grille et les éléments trop volumineux sont arrêtés sur la surface externe de la grille, d'où ils sont éventuellement retirés par un râteau mécanique appelé dégrilleur. Par exemple, le bac est réalisé en matériau métallique, composite ou en génie civil (par exemple en béton). Selon une caractéristique, le tamis est animé d'un mouvement continu afin de pouvoir retirer les débris du fluide de façon globalement continue. En pratique le tamis est un filtre à chaîne ou un tambour filtrant équipé de mailles par exemple de quelques millimètres. Selon une réalisation, le tamis est à prélèvement interne tel qu'un tambour rotatif ou un filtre à chaînes à double flux, le courant de fluide (ex : d'eau) étant choisi de telle sorte que le brin aval de l'élément filtrant dudit tamis soit traversé par l'eau de l'intérieur du tamis vers l'extérieur de celui-ci. Selon encore une autre réalisation, le tamis est un filtre à passage direct. En pratique, les ouvertures permettant le passage de l'eau sans tamisage préalable sont situées soit à côté du tamis rotatif, soit en dessous selon des critères de commodité. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description détaillée ci-après et des dessins annexés dans lesquels : - la Figure 1 est une vue en coupe verticale longitudinale d'une installation selon un mode de réalisation de l'invention; - la Figure 2 est une vue de l'installation de la Figure 1 en coupe horizontale longitudinale sous le niveau de l'eau selon le plan de coupe I-I de la Figure 1; - la Figure 3 est une vue du chenal depuis l'amont de celui-ci selon la Flèche A de la Figure 1; - la Figure 4 est une vue partielle agrandie de la coupe selon le plan de coupe III-III de la Figure 3. Comme représenté sur les Figures 1 à 3, une installation 1 de tamisage selon l'invention est aménagée dans un chenal ou canal 5 allongé véhiculant un fluide tel que de l'eau avec un débit total QE. Le chenal est délimité par deux parois longitudinales 2 et 3 (Figure 2) et une paroi de fond 4 (Figure 1). L'installation comporte une paroi séparatrice 30 s'étendant transversalement par rapport aux parois 2 et 3 et qui sépare une zone amont AM du chenal d'une zone aval AV. Du côté de la zone amont AM l'eau à tamiser, repérée par la flèche F1 sur les Figures 1, 2 et 4, s'écoule avec un débit total QE. La paroi est munie de plusieurs passages dans lesquels sont pratiquées des ouvertures pour le passage de l'eau non tamisée. L'installation comporte un dispositif de tamisage pour déconcentrer la teneur en détritus et débris divers transportés par l'eau. Le dispositif est agencé dans le chenal et est plus particulièrement monté sur la paroi 30 (Figures 1 et 2) en faisant saillie par rapport à la paroi dans la zone amont. A cet effet, le dispositif de tamisage comprend un tamis de filtration 10. D'une manière générale, le tamis de filtration mis en oeuvre comporte un élément filtrant, tel qu'une toile, une tôle perforée ou un autre élément mobile, en boucle sans fin. Par exemple, cette boucle peut être circulaire, le tamis de filtration formant alors un tambour monté rotatif autour d'un arbre. En référence aux Figures 1 et 2, on a représenté une boucle sans fin de forme allongée et dans laquelle le tamis de filtration 10 est du type filtre à chaîne(s) dit à double flux, c'est-à-dire où l'eau non filtrée reste à l'extérieur du filtre et où l'eau filtrée est à l'intérieur du filtre. L'invention s'applique également aussi à d'autres formes de circulation de fluide (intérieur/extérieur, passage direct). Alternativement, le tamis peut être du type dégrilleur dans lequel la grille comporte des barreaux très faiblement espacés (barreaux resserrés). Le filtre 10 comprend des éléments filtrants dits panneaux filtrants 11 qui sont disposés en travers du flux et portés par deux chaines, une de chaque côté, constituant une boucle sans fin, allongée dans le sens vertical, les axes supérieur et inférieur étant longitudinaux. La réalisation du filtre 10 à chaîne(s) à double flux est bien connue en elle-même et ne sera décrite ici que succinctement. Les panneaux 11 qui sont agencés consécutivement forment une boucle soutenue par des roues dentées 13 coaxiales disposées en partie supérieure et sur lesquelles s'engrènent les chaînes porte-panneaux. Un arbre 15 portant les roues dentées supérieures 13 tourne sur deux paliers, disposés chacun d'un côté, et est entraîné en rotation selon la flèche F3 (Figure 3) par un système d'entraînement M connu en soi. Les paliers sont portés par une charpente 35 généralement glissée dans des guides muraux verticaux 37 fixés à la paroi séparatrice 30. En pratique et tel que représenté en référence à la Figure 1, le filtre 10 n'est que partiellement immergé dans l'eau à filtrer. Sur la Figure 1, on a représenté par l'indication PB le niveau de cette eau pour les plus basses eaux et par PH le niveau de cette eau pour les plus hautes eaux. De manière usuelle, il est prévu d'associer à la partie émergée du filtre 10, un poste de lavage 22 (Figure 3). Ce poste de lavage 22 est disposé au-dessus du niveau des plus hautes eaux PH, du côté de la partie émergée du filtre à chaîne(s) 10 la plus en aval vis-à-vis du sens de défilement de cet élément filtrant, c'est-à-dire de son sens de rotation, tel que repéré à titre d'exemple par la flèche F3 de la Figure 3. De manière connue en soi, le poste de lavage 22 comporte à l'intérieur du filtre 10 (Figure 3) : - une ou plusieurs rampes de lavage 23 propres chacune à projeter de façon sensiblement perpendiculaire une nappe d'eau 24 à travers l'élément filtrant 11 en vis-à-vis de ce filtre, - et, à l'extérieur de ce dernier, en correspondance avec la ou les rampes 23 (en regard de celle(s)-ci) un caniveau 25 propre à recueillir les débris détachés de l'élément filtrant par la nappe d'eau 24. En amont du canal, une grille 6 à barreaux espacés de quelques centimètres protège l'ensemble des équipements aval des éléments les plus volumineux charriés par le flot. Comme représenté sur les Figures 1 et 2, une ouverture 33 est pratiquée dans la paroi 30 en vis-à-vis du dispositif de tamisage 10. Cet agencement permet à l'eau, qui a été tamisée après avoir traversé les panneaux filtrants 11, de sortir du dispositif par l'ouverture 33 et de rejoindre la zone aval AV. Comme déjà brièvement mentionné ci-dessus, un premier passage d'eau 31 comporte une ouverture de section par exemple rectangulaire sur la Figure 3 et qui est par exemple disposée en partie basse de la paroi 30. Cette ouverture est dépourvue de tout organe de fermeture dans le but de permettre une traversée permanente d'une fraction Q31 du débit d'eau total. La fraction d'eau traversante augmente au fur et à mesure que le débit traversant le dispositif de tamisage 10 diminue par suite du colmatage. Un deuxième passage d'eau 32 comporte également une ouverture de section par exemple rectangulaire et qui est par exemple disposée en partie basse de la paroi 30, à côté de l'ouverture 31 (Figure 3). Le passage 31 est disposé entre le dispositif 10 et le passage 32 mais l'agencement inverse est envisageable, de même que d'autres agencements où les passages 31 et 32 sont disposés en partie haute de la paroi et, par exemple, l'un au-dessus de l'autre. Cette ouverture 32 est munie d'un organe mobile 41 qui est déplaçable entre deux positions illustrées sur la Figure 4 : une position d'obturation (en traits pleins) empêchant le passage de l'eau de la zone amont vers la zone aval et une position d'ouverture relevée (en traits pointillés) autorisant le passage de l'eau. L'organe mobile est maintenu en position fermée tant que certaines conditions de perte de charge ne sont pas remplies comme on le verra ci-après. L'organe mobile 41 est par exemple un clapet qui comporte deux parties, une première partie 41a ayant la forme d'une plaque dont la forme ou la surface disposée en vis-à-vis de l'ouverture 32 en position d'obturation a des dimensions au moins égales à celles de l'ouverture 32 afin de l'obstruer. De façon simple, la partie 41a a une forme de section transversale sensiblement rectangulaire. Le clapet comporte également une deuxième partie 41b disposée par exemple à angle droit avec la première partie 41b et qui forme un bras d'actionnement. Le clapet est monté pivotant sur une face 30a de la paroi 30 située du côté aval AV, et plus particulièrement de façon articulée par rapport à un axe de pivotement 45. Le clapet est par exemple lesté afin d'éviter le passage d'un quelconque débit jusqu'à ce que la perte de charge entre l'amont et l'aval atteigne une valeur choisie (quelques dizaines de cm en pratique). Le clapet 41 équipant l'ouverture 32 est équipé d'un contrepoids 42 qui est conçu pour ne commencer à s'ouvrir par pivotement autour de l'axe 45 que pour une perte de charge 44 supérieure ou égale à une valeur prédéterminée H1. a) Lorsque le tamis 10 est en service, sa perte de charge 44 varie avec son encrassement mais son fonctionnement qui est assujetti à la perte de charge, selon des moyens connus en eux-mêmes, évite que celle-ci ne dépasse la valeur prédéterminée H1 (Figure 4). Au début du fonctionnement de l'installation (le tamis n'est pas ou est peu colmaté et le débit le traversant est donc peu affecté) le débit d'eau entrant QE (débit du flot total véhiculé par le chenal en amont de la paroi 30) se répartit entre le tamis 10 (Q1o) et l'orifice 31 (Q31). La somme des débits Q10 et Q31 est égale à QE. Le débit Q10 est d'autant plus important que le tamis 10 est peu colmaté. On notera que l'eau tamisée ressort du côté aval du dispositif 10 par l'ouverture 33 et se mélange avec l'eau non tamisée ayant traversé l'ouverture 31. Le débit Qs sortant par l'ouverture 33 contient sensiblement moins d'éléments colmatants, car tous ceux véhiculés par le débit Q10 ont été retenus par le tamis 10. b) Si, pour une raison quelconque, le colmatage du tamis 10 est tel que le débit Q10 diminue jusqu'à ce que le débit Q31, pour passer à travers l'ouverture 31, crée une perte de charge 44 supérieure à H1, le clapet 41 s'ouvre en pivotant vers le haut jusqu'à admettre une fraction du débit notée Q32 qui diminue d'autant le débit à traiter par le tamis filtrant 10. Le degré d'ouverture du clapet 41 est fonction du degré de colmatage du tamis filtrant. L'ouverture 31, le clapet 41 (et donc l'ouverture 32) et son contrepoids sont dimensionnés pour que, si le débit Q10 s'annule (tamis 10 entièrement obstrué), le débit total QE = Q31 + Q32 traverse la paroi 30 en créant une perte de charge limitée un peu supérieure à H1. Ainsi, en cas de défaillance du tamis 10, le débit QE sera toujours disponible en aval moyennant une faible perte de charge additionnelle. c) Si, pour une raison quelconque, l'opérateur souhaite arrêter temporairement le fonctionnement du tamis (pour un entretien, par exemple), tout en assurant le passage du débit avec un minimum de perte de charge, il ouvre le clapet en tirant sur une attache souple 43 (câble, chaîne, corde, etc.) reliée au clapet via le bras 41b, jusqu'à ce que le clapet 41 soit entièrement relevé et donc ouvert. Les ouvertures 31 et 32 admettent alors le débit pour une perte de charge très inférieure à H1. Il convient de noter que la valeur H1 est choisie pour être égale à la perte de charge sur le tamis 10 qui offre une capacité maximum de traitement de débris (0,30 m, par exemple). Cela permet d'utiliser au mieux le tamis 10 et de nettoyer au maximum le débit Qs, compte tenu du potentiel du tamis (largeur, vitesse de translation, etc.). Selon une variante, les ouvertures 31 et 32 peuvent être scindées chacune en plusieurs orifices. Ces ouvertures peuvent être situées à côté du tamis comme indiqué dans la description qui précède, ou en dessous du tamis 10, ou bien sur la paroi REVENDICATIONS1. Installation de tamisage comprenant, aménagés dans un chenal (5) véhiculant un fluide en écoulement avec un débit total QE : - un dispositif de tamisage (10) comportant un tamis qui comprend au moins un élément filtrant afin de tamiser une fraction Q10 du débit total, - au moins un premier passage (31) dans le chenal qui est adapté à laisser passer une fraction Q31 du débit total telle que QE = Q10 + Q31 tant que la perte de charge entre l'amont et l'aval du dispositif de tamisage est inférieure à une valeur prédéterminée, - au moins un deuxième passage (32) dans le chenal qui est adapté à laisser passer une fraction Q32 du débit total telle que QE = Q10 + Q31 + Q32 lorsque ladite perte de charge est supérieure à la valeur prédéterminée. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit au moins un premier passage (31) est ouvert en permanence. 3. Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit au moins un deuxième passage (32) est équipé d'un organe (41) qui est mobile entre une position d'obturation dudit au moins un passage et une position d'ouverture dans laquelle la fraction Q32 du débit total est susceptible de traverser ledit au moins un passage. 4. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que le déplacement de la position d'obturation à la position d'ouverture dépend de la valeur de la perte de charge. 5. Installation selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que l'organe mobile est un clapet. 6. Installation selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comprend une paroi (30) séparant le chenal entre une zone amont et une zone aval, le dispositif de tamisage étant assujetti à la paroi et lesdits au moins un premier et deuxième passages étant aménagés dans ladite paroi. 7. Installation selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le dispositif de tamisage (10) et lesdits au moins un premier et deuxième passage (31, 32) sont agencés transversalement dans le chenal de façon à ce que ledit au moins un premier passage soit disposé entre le dispositif de tamisage et ledit au moins un deuxième passage. 8. Installation selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le tamis (10) est animé d'un mouvement continu. 9. Installation selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le tamis est un filtre à chaînes. 10. Installation selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le tamis est un tambour filtrant. 11. Installation selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le tamis est un dégrilleur à barreaux resserrés.