Brevet FR2960581A1 — publié le 20111202

EQUIPEMENT AVEC NAPPE D'EAU ARTIFICIELLE, EN PARTICULIER BAIGNADE ARTIFICIELLE L'invention est relative à un équipement avec nappe d'eau artificielle, du genre de ceux qui utilisent une eau maintenue captive, et comportent au moins un bassin d'activités et une installation de traitement par filtration biologique de l'eau du bassin d'activités avec recirculation de l'eau traitée en circuit fermé, un apport d'eau étant en outre prévu pour compenser les pertes. io L'invention concerne plus particulièrement, mais non exclusivement, un équipement de baignade artificielle. Toutefois, d'autres équipements avec nappes d'eau artificielles peuvent être concernés, notamment des équipements pour loisirs récréatifs tels que bassins de canoë-kayak, ou des équipements liés à l'élevage et aux soins d'animaux 15 aquatiques, tels que pisciculture ou aquariums. L'eau de la nappe artificielle, notamment l'eau de la baignade artificielle, doit présenter une qualité sanitaire satisfaisante, sans utilisation de produits chimiques, notamment le chlore, dangereux pour l'environnement. L'eau de la nappe est ainsi une eau non désinfectée ni 20 désinfectante. Malgré l'absence de produits chimiques désinfectants, il convient de maîtriser efficacement les dangers sanitaires, notamment en situation de dysfonctionnement ou de contamination microbienne. L'invention a ainsi pour but, surtout, de proposer un équipement avec nappe d'eau artificielle, en particulier baignade artificielle, qui permet de 25 garantir la qualité sanitaire de l'eau de baignade sans utilisation de produits chimiques dangereux pour l'environnement. Selon l'invention, l'équipement du genre défini précédemment est caractérisé en ce qu'il comporte : - un bassin de lagunage avec plantes aquatiques, prévu dans le circuit de 30 recirculation de l'eau, pour contribuer au traitement de l'eau par combinaison du lagunage avec le traitement de filtration, - et un dispositif de refroidissement de l'eau de la nappe pour éviter que la température de l'eau ne dépasse une limite supérieure au-delà de laquelle une prolifération d'algues pourrait se produire. 35 De préférence, le dispositif de refroidissement de l'eau est prévu pour maintenir la température de l'eau inférieure ou égale à 25°C. 2 Avantageusement, la recirculation de l'eau correspond à au moins une fois le volume de la nappe toutes les six heures, et de préférence une fois le volume de la nappe toutes les deux heures. L'installation de traitement par filtration peut comprendre un premier bassin de filtration biologique en aval du bassin d'activités et en amont du bassin de lagunage, un deuxième bassin de filtration biologique sur cultures fixées en aval du bassin de lagunage, suivi d'un dispositif de traitement UV de l'eau avant son retour dans le bassin d'activités, et le cas échéant d'un traitement par l'ozone. En variante, l'installation de traitement par filtration comprend, en aval du bassin d'activités, un premier bassin de filtration biologique suivi du bassin de lagunage et, en aval du bassin de lagunage, une installation de flottation à l'air et de filtration par membranes d'ultrafiltration, suivie d'un dispositif de traitement UV de l'eau avant son retour dans le bassin d'activités, et le cas échéant un traitement par l'ozone. De préférence, l'équipement comporte des moyens de régulation de la température de l'eau entre une limite basse, en particulier 20°C, et une limite haute, en particulier 25°C, de manière non seulement à refroidir l'eau notamment pendant la saison estivale, mais également de manière à la chauffer lorsque la température ambiante est relativement basse. Les moyens de régulation de la température de l'eau peuvent comporter un échangeur de chaleur traversé par l'eau de la nappe, qui échange de la chaleur avec de l'eau provenant d'un forage dans le sol, pour une régulation par géothermie. Avantageusement, l'équipement comprend un moyen de réinjection dans le sol de l'eau du forage. Le bassin de lagunage peut comporter des plantes aquatiques cultivées en hydroponie, en particulier disposées sur un feutre que traversent les racines des plantes qui plongent dans l'eau du bassin. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci- dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'exemples de réalisation décrits avec référence aux dessins annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs. Sur ces dessins : Fig. 1 est un schéma synoptique d'un équipement selon 35 l'invention. Fig. 2 est une coupe verticale schématique avec parties en extérieur d'une réalisation d'équipement selon Fig. 1. Fig. 3 est un schéma synoptique d'une variante de réalisation de l'équipement selon l'invention et Fig. 4 est une coupe verticale schématique d'un équipement réalisé selon le schéma de Fig. 3. En se reportant aux dessins, notamment à Fig. 1 et 2, on peut voir un équipement E avec une nappe d'eau artificielle N utilisant une eau maintenue captive, et comportant au moins un bassin d'activités 1 et une installation T de traitement par filtration de l'eau du bassin d'activités 1 avec recirculation C de l'eau traitée, en circuit fermé. io La description qui suit concerne plus particulièrement le cas où le bassin d'activités est constitué par une baignade artificielle. Toutefois, les explications fournies s'appliquent à tout type de bassin d'activités nécessitant une eau de qualité, soit pour les loisirs, soit pour des usages liés à l'élevage et/ou aux soins d'animaux aquatiques. 15 Un apport d'eau 2 (Fig. 1) est prévu pour compenser les pertes, notamment par évaporation 3, ainsi que pour remplir le bassin d'activités 1 après une vidange effectuée à l'aide d'un réseau de purge 4. L'installation de traitement comporte un bassin de lagunage 5 avec plantes aquatiques 6, traversé par le courant d'eau dans sa boucle de 20 recirculation. Les plantes 6 sont cultivées en hydroponie et sont disposées sur un support 7, en particulier un feutre, que traversent les racines des plantes qui plongent dans l'eau du bassin 5. Ce type de culture réduit les risques de pollution de l'eau par des déchets organiques provenant des plantes. L'hydroponie, ou culture hydroponique, ou agriculture hors-sol, est 25 la culture de plantes réalisée sur substrats neutres et inertes. Dans le cas présent, aucun substrat n'est utilisé, les plantes sont simplement maintenues dans le feutre 7 et leurs racines croissent librement dans l'eau. De cette façon, une absorption maximale des nutriments de l'eau est assurée par les plantes sans aucun risque d'effet secondaire indésirable dû à la dégradation 30 du substrat. Par ailleurs, cette approche permet un renouvellement accru de l'eau et donc une meilleure filtration de l'eau pour des surfaces de lagunage réduites. La filtration par les plantes est assurée par ce lagunage hydroponie. En outre, selon l'invention, l'équipement comporte un dispositif de refroidissement 8 de l'eau de la nappe pour éviter que la température de 35 l'eau ne dépasse une limite supérieure au-delà de laquelle une prolifération d'algues pourrait se produire dans le bassin de baignade 1. Avantageusement, le dispositif de refroidissement 8 est prévu pour maintenir 4 la température de l'eau du bassin 1 inférieure ou égale à 25°C, notamment en période estivale. Le dispositif de refroidissement 8 est constitué par un échangeur de chaleur 9 traversé par au moins une partie de l'eau recirculée et par un fluide thermique s'écoulant suivant un circuit 10, pour échange de chaleur avec l'eau recirculée. L'échangeur 9 peut être utilisé non seulement pour assurer le refroidissement de l'eau, notamment en période estivale, mais également pour assurer un chauffage de cette eau en période de mi-saison afin de io permettre d'utiliser le bassin de baignade 1 alors que la température ambiante est relativement fraîche. La régulation de la température de l'eau du bassin de baignade 1 est avantageusement assurée par géothermie à l'aide d'eau provenant d'un forage et admise dans le circuit 10, cette eau étant ensuite réinjectée dans le sol, dans la nappe souterraine d'où elle avait 15 été prélevée. Un bassin de filtration biologique 11 est prévu entre le bassin de baignade 1 et le bassin de lagunage 5. Un deuxième bassin 12 de filtration biologique sur cultures fixées est prévu en aval du bassin de lagunage 5. Ce deuxième bassin de filtration 12 est suivi d'un dispositif 13 de désinfection 20 par traitement de l'eau à l'aide d'un rayonnement ultra-violet (UV). L'échangeur de chaleur 9 est avantageusement disposé en aval du traitement UV 13 et en amont du bassin de baignade 1. L'invention propose ainsi plusieurs niveaux de sécurité en terme de maîtrise de la qualité de l'eau, en alliant à la fois le traitement par les 25 plantes, le traitement par filtration biologique et des traitements complémentaires respectueux de l'environnement et enfin une régulation de la température de l'eau. Les techniques proposées se décomposent en un traitement de base par lagunage hydroponie avec des plantes aquatiques et un traitement complémentaire avec filtration biologique et désinfection par 30 ultraviolets (UV) et/ou ozone. En pratique, ces systèmes peuvent être combinés en deux circuits, l'un utilisé pour traiter à la fois l'eau de fond et une partie de l'eau de surface, et l'autre utilisé pour spécifiquement traiter l'eau de débordement. Le premier système est dit une filtration sous pression et le 35 second est une filtration gravitaire. Les deux systèmes sont esquissés dans le schéma de Fig. 2. Selon Fig. 2, le système de filtration gravitaire 14 est le suivant. L'eau de surface du bassin de baignade 1 déborde, selon un déversoir 15, dans une première zone de filtration mécanique 16, située en contrebas, et percole au travers d'une grille 17 dans un substrat en céramique ou naturel type pierre pouzzolane 18 accueillant des bactéries assurant la filtration biologique. Ce substrat est placé sous une terrasse 19. L'ensemble des éléments 16, 17, 18 constitue le premier bassin de filtration biologique 11 dans l'exemple considéré. L'eau alimente ensuite le bassin 5 de lagunage hydroponie pour subir le traitement par les plantes. Ensuite, l'eau est évacuée par une io canalisation 20 en étant recirculée par une pompe 21. La deuxième filtration biologique 12 est réalisée dans une cuve 22, équivalente à un bassin. La désinfection par rayonnement ultraviolet UV et éventuellement traitement par ozone dans une cuve de désinfection 23. Un réseau de canalisations est prévu pour mettre en oeuvre, ou pour court-circuiter, cette cuve de 15 désinfection 23, selon les besoins. Le système de filtration sous pression 24 aspire l'eau du bassin de baignade par au moins une grille de fond 25, à l'aide d'au moins une pompe 26 et d'une conduite 27. Une pré-filtration est assurée par un dispositif 28 connu sous le nom de filtre vortex. 20 La deuxième filtration biologique est assurée dans une cuve 22a. La désinfection par rayonnement UV, éventuellement complétée par un traitement à l'aide d'un ozoniseur est réalisée dans la cuve de désinfection 23a. L'échangeur de chaleur 9, selon le schéma de Fig. 2, est installé 25 dans le circuit du système gravitaire 14 en aval du deuxième traitement biologique assuré par la cuve 22. Le cas échéant, cet échangeur 9 pourrait être installé dans le circuit du deuxième système sous pression 24, ou en aval de la jonction 29 entre les deux circuits. Le retour de l'eau dans le bassin de baignade 1 est assuré par un système de canalisations 30. 30 Les moyens de filtration performants, intégrés dans un équipement selon l'invention, n'utilisent pas de produits chimiques désinfectants tels que le chlore et permettent une rapidité de renouvellement de la totalité du volume d'eau de la nappe et donc du bassin 1. En particulier, selon l'invention, un renouvellement total du volume d'eau a lieu au moins 35 toutes les six heures, et de préférence toutes les deux heures. La configuration du bassin de baignade 1 est prévue pour ne pas engendrer de zones mortes où pourraient se développer de préférence les biofilms, micro-algues et cyanobactéries. De telles zones mortes sont évitées grâce, d'une part, au renouvellement rapide de la totalité de la masse d'eau et, d'autre part, à une répartition judicieuse des bouches d'aspiration et de réinjection de l'eau dans le bassin de baignade 1. Les plantes utilisées dans le lagunage sont sélectionnées, notamment selon les conditions climatologiques de la région. L'après-filtration mécanique est composée - d'une grille autonettoyante et d'un vortex agissant comme un véritable "dépoussiéreur d'eau" io - d'un filtre biologique gravitaire avec un substrat en céramique ou d'un filtre biologique sous pression contenant des billes en matière plastique et permettant le développement d'un biofilm bactérien. En se reportant à Fig. 3 et 4, on peut voir une variante de réalisation de l'équipement selon l'invention. Les parties de cet équipement 15 semblables à des parties déjà décrites à propos des figures précédentes sont désignées par les mêmes références numériques sans que leur description soit reprise. Selon le schéma de Fig. 3, la deuxième filtration biologique qui était prévue, selon l'exemple précédent, en aval du bassin de lagunage 5 est 20 remplacée par un traitement de flottation à l'air 31 suivi d'un traitement d'ultrafiltration par membranes 32. L'eau sortant de ce traitement 32 est envoyée à l'échangeur de chaleur 9 avant de retourner au bassin de baignade 1. Fig. 4 illustre en coupe verticale avec parties schématiques, 25 l'équipement de Fig. 3. L'installation de flottation à l'air 31, et d'ultrafiltration 32 par membranes est avantageusement conforme à celle décrite dans le brevet français FR n° 2 890 651 (05 09 236). Une pompe 33 assure l'aspiration de l'eau du bassin de lagunage 5 pour la déverser dans un bassin qui précède 30 la flottation à l'air 31. Une pompe 34 aspire l'eau filtrée provenant du traitement par ultrafiltration 32 pour l'envoyer dans l'échangeur de chaleur 9, avec retour dans le bassin de baignade 1. Le traitement de flottation est réalisé, de manière habituelle, avec ou sans addition de coagulants et de floculants, et injection de bulles d'air en 35 partie inférieure du bassin de traitement pour recueillir les flocs en surface du bassin. La régulation de température de l'eau du bassin assurée par l'échangeur 9 permet plusieurs actions au cours de l'année : - lors de la saison estivale, elle permet de refroidir l'eau de baignade, limitant ainsi la prolifération algale et améliorant le fonctionnement de l'ultrafiltration sur membrane ; - en dehors de la saison estivale, elle permet de chauffer l'eau de baignade, améliorant l'activité biologique des plantes aquatiques et de la filtration biologique. La recirculation importante de l'eau (toutes les six heures au moins, et de préférence toutes les deux heures) permet plusieurs actions : io - dans le bassin de baignade 1, elle garantit l'homogénéité de l'eau en termes de température et de qualité de l'eau, et l'absence de zones mortes, - sur le circuit de l'eau recirculée, elle permet de limiter la montée ou la baisse de température de l'eau recirculée vis-à-vis d'un objectif de température de l'eau du bassin. 15 Le traitement de l'eau permet plusieurs actions : - l'abattement des matières organiques, - l'abattement en azote et en phosphore, - une désinfection de l'eau sans utilisation de chlore. 20 EXEMPLE Un exemple envisagé de baignade artificielle comprend : - une zone de baignade d'une capacité de 300 personnes par jour, composée de deux bassins de nage, l'un de 240,50 m2 avec une profondeur de 1,20 m, l'autre de 182,50 m2 avec une profondeur de 1,60 m, d'un volume 25 global de 600 m3, correspondant à une fréquentation maximale instantanée de 60 personnes, - une zone de lagunage par plantes aquatiques d'un volume de 120 m3, - un traitement associant une régulation de la température par géothermie, une recirculation d'eau de 300 m3/h et un traitement par filtration biologique 30 et désinfection UV. La régulation de la température sera réalisée par géothermie : - à l'aide d'un forage de 10 m3/h qui permet de capter l'eau entre 50 m et 100 m de profondeur, - l'eau de forage passe par un échangeur de chaleur, tel que 9, pour refroidir 35 ou réchauffer l'eau de baignade, - après l'échangeur de chaleur, l'eau de forage est réinjectée dans le sol par un deuxième forage. Cette régulation permet d'obtenir une température de l'eau dans une limite de -5°C à +5°C par rapport à la température ambiante. La recirculation d'eau de 300 m3/h permet un renouvellement de l'eau du bassin de baignade toutes les deux heures. La filtration biologique sur cultures fixées de type biolite, avec désinfection UV, est dimensionnée pour un débit de 300 m3/h, garantissant l'abattement de la matière organique, azote et phosphore, ainsi que la désinfection de l'eau. io Bien que la description qui précède ait été donnée principalement avec référence à une baignade artificielle, l'invention peut s'appliquer à d'autres domaines, notamment à d'autres loisirs récréatifs nécessitant l'usage d'eau en circuit fermé, tels que : - bassin de canoë-kayak, 15 - bassin de planche à voile, par exemple lors d'un événement sportif en salle couverte ; - balnéothérapie. L'invention peut également s'appliquer à des aménagements publics ou privés nécessitant l'usage de l'eau en circuit fermé, tels que : 20 - bassins d'agrément, étangs, plans d'eau, - fontaines monumentales. Enfin, l'invention peut s'appliquer à des usages professionnels, liés à l'élevage et aux soins d'animaux aquatiques : - pisciculture, 25 - aquariums, - vivariums. REVENDICATIONS1. Equipement avec nappe d'eau artificielle, en particulier baignade artificielle, utilisant une eau maintenue captive, et comportant au moins un bassin d'activités (1) et une installation de traitement (T) par filtration biologique de l'eau du bassin d'activités avec recirculation de l'eau traitée en circuit fermé, un apport d'eau étant en outre prévu pour compenser les pertes, caractérisé en ce qu'il comporte : - un bassin de lagunage (5) avec plantes aquatiques (6), prévu dans le circuit io de recirculation de l'eau, pour contribuer au traitement de l'eau par combinaison du lagunage avec le traitement de filtration, - et un dispositif de refroidissement (8) de l'eau de la nappe pour éviter que la température de l'eau ne dépasse une limite supérieure au-delà de laquelle une prolifération d'algues pourrait se produire. 15 2. Equipement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement de l'eau est prévu pour maintenir la température de l'eau inférieure ou égale à 25°C. 20 3. Equipement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la recirculation de l'eau correspond à au moins une fois le volume de la nappe toutes les six heures. 4. Equipement selon la revendication 3, caractérisé en ce que la 25 recirculation de l'eau correspond à une fois le volume de la nappe toutes les deux heures. 5. Equipement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'installation de traitement par filtration (T) comprend 30 un premier bassin de filtration biologique (11) en aval du bassin d'activités (1) et en amont du bassin de lagunage (5), un deuxième bassin de filtration biologique sur cultures fixées (22,22a) en aval du bassin de lagunage, suivi d'un dispositif de traitement UV (23, 23a) de l'eau avant son retour dans le bassin d'activités, et le cas échéant suivi d'un traitement par l'ozone. 35 6. Equipement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'installation de traitement par filtration (T) comprend, en aval du 20 10 bassin d'activités (1), un premier bassin de filtration biologique (Il) suivi du bassin de lagunage (5) et, en aval du bassin de lagunage, une installation de flottation à l'air (31) et de filtration par membranes d'ultrafiltration (32). 7. Equipement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'équipement comporte des moyens de régulation de la température de l'eau entre une limite basse, en particulier 20°C, et une limite haute, en particulier 25°C, de manière non seulement à refroidir l'eau notamment pendant la saison estivale, mais également de manière à la io chauffer lorsque la température ambiante est relativement basse. 8. Equipement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de régulation de la température de l'eau comportent un échangeur de chaleur (9) traversé par l'eau de la nappe qui 15 échange de la chaleur avec de l'eau provenant d'un forage dans le sol, pour une régulation par géothermie. 9. Equipement selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de réinjection dans le sol de l'eau du forage. 10. Equipement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bassin de lagunage (5) comporte des plantes aquatiques (6) cultivées en hydroponie, en particulier disposées sur un feutre (7) que traversent les racines des plantes qui plongent dans l'eau du bassin. 25