Brevet FR2963572A1 — publié le 20120210

Dispositif de couverture d'un bassin de traitement ou de rétention comprenant des éléments libres flottants catalytiques 1. Domaine de l'invention Le domaine de l'invention est celui du traitement d'effluents gazeux émis par certains liquides, notamment des eaux, des hydrocarbures..., lorsqu'ils sont stockés dans des bassins de traitement ou de rétention. Plus précisément, l'invention concerne un dispositif de couverture d'un tel bassin de traitement ou de rétention. 2. Art antérieur et ses inconvénients Certaines eaux, comme par exemple celles issues de l'industrie de la pétrochimie, émettent, lorsqu'elles sont stockées dans des bassins de traitement ou de rétention, des effluents gazeux qui se répandent dans l'atmosphère depuis leur surface. Ces effluents gazeux peuvent par exemple contenir des Composés Organiques Volatils (COV), des gaz à effet de serre comme le protoxyde d'azote (N2O) et/ou les oxydes d'azote (NOX)... Ces composés, peuvent se révéler être, au-delà d'un certain seuil de tolérance, toxique pour l'Homme. Ils contribuent également à dégrader l'environnement, et notamment l'air atmosphérique. Diverses techniques ont été développées ces dernières années en vue de réduire les émissions dans l'atmosphère de ces types de composés par certaines eaux. Une première technique consiste à recouvrir les bassins de traitement ou de rétention d'une couverture rigide ou semi-rigide reposant sur le contour périphérique de ceux-ci. Les effluents gazeux émis par les eaux stockées dans ces bassins s'accumulent dans l'espace formé entre la surface de l'eau et la couverture, communément appelé espace de tête. Ces effluents gazeux restent confinés dans l'espace de tête en sorte qu'ils ne se répandent pas dans l'atmosphère. Certains de ces effluents gazeux sont toutefois explosibles sous certaines conditions de pression, de température, de concentration. Il est ainsi nécessaire de mettre en oeuvre des dispositifs permettant de les extraire de l'espace de tête en vue de les traiter dans des équipements dédiés externes aux bassins dont la mise en oeuvre est relativement onéreuse. Par ailleurs, les bassins de traitement ou de rétention sont généralement équipés d'un mélangeur et/ou d'un racleur placé à l'extrémité d'un bras y 5 plongeant relié à des moyens de mise en mouvement. La mise en oeuvre et l'entretien régulier de ces moyens de mélange et/ou de raclage impose de démonter préalablement la couverture. Il en résulte qu'au cours du mélange et/ou du raclage du bassin, les effluents gazeux émis par les eaux qu'il contient se répandent dans l'atmosphère. 10 Il peut également être nécessaire dans certains cas d'accéder à la surface des eaux du bassin, par exemple pour y faire des prélèvements d'échantillons en vue de réaliser des analyses ou pour réaliser des opérations de pompage des boues de décantation en fond de bassin. Ceci suppose également de démonter la couverture. 15 Une deuxième technique consiste à recouvrir les bassins de traitement ou de rétention d'une couverture flottante comprenant une enveloppe poreuse en matière plastique contenant des moyens de traitement des effluents gazeux émis par les eaux. Il peut par exemple s'agir de charbon actif sur lequel ces effluents sont traités par adsorption ou de dioxyde de titane sur lequel ces effluents sont 20 traités par photo catalyse. Ces couvertures présentent une structure renforcée de manière à pouvoir être maintenues depuis les bords du bassin, et sont pourvues de flotteurs pour rester à la surface des eaux stockées dans celui-ci. La mise en oeuvre de ce type de couverture présente l'avantage qu'elle permet le traitement local des effluents gazeux et le rejet dans l'atmosphère 25 d'effluents gazeux traités non toxiques et n'exerçant pas d'impact négatif sur l'Homme et sur l'environnement. En outre, du fait que les couvertures de ce type flottent à la surface des eaux stockées dans les bassins de traitement ou de rétention, l'espace de tête est supprimé ou à tout le moins fortement diminué. Le risque d'accumulation de gaz explosibles est ainsi grandement limité et la mise en oeuvre de moyens de traitement externes est évitée ainsi que les inconvénients qu' elle engendre. La mise en oeuvre de ce type de couvertures flottantes impose toutefois également leur démontage pour procéder au mélange et/ou au raclage du bassin ou simplement pour accéder à la surface des eaux qui y sont stockées. Les périodes au cours desquelles le bassin est mélangé et/ou raclé s'accompagne donc d'un rejet dans l'atmosphère des effluents gazeux non traités émis par les eaux contenues dans le bassin. Afin de pallier cet inconvénient, on a pensé à recouvrir les bassins de rétention de couvertures tournantes traversées en leur centre par une perforation permettant le passage du bras d'un mélangeur et/ou racleur. Ces couvertures sont prévues pour tourner par rapport au bassin en même temps que le mélangeur et/ou racleur. Ce type de couvertures permet la mise en oeuvre des moyens de mélange et/ou de raclage du bassin de rétention sans démontage préalable de la couverture. Le mélange et/ou le raclage du bassin n'engendre ainsi aucun dégagement d'effluents gazeux dans l'atmosphère. Les couvertures tournantes peuvent être ou non flottantes. Dans ce premier cas, leur mise en oeuvre permet également de limiter voir supprimer l'espace de tête et par conséquent de réduire le risque d'accumulation de gaz explosibles et de contourner les inconvénients inhérents à leur traitement. Les couvertures tournantes sont toutefois relativement coûteuses tant en terme d'acquisition qu'en terme de maintenance. Par ailleurs, l'accès à la surface des eaux est relativement difficile sans démonter la couverture dans la mesure où il se limite à la perforation du passage du bras. 3. 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, dans au moins 30 un mode de réalisation, une technique permettant de réduire le rejet dans l'atmosphère d'effluents gazeux émis par certains liquides stockés dans des bassins de traitement ou de rétention. Un autre objectif de l'invention est de mettre en oeuvre, dans au moins un mode de réalisation, une telle technique qui permette de réduire le risque de formation de gaz explosibles à la surface de ce type de bassins. L'invention a encore pour objectif de procurer, dans au moins un mode de réalisation, une telle technique qui permette d'éviter de découvrir le bassin lorsqu'il est procédé à son mélange et/ou raclage. L'invention vise également, dans au moins un mode de réalisation, la 10 proposition d'une telle technique qui permette d'accéder facilement à la surface des eaux stockées dans un bassin de traitement ou de rétention. Un autre objectif de l'invention est d'offrir, dans au moins un mode de réalisation, une telle technique qui soit simple et peu onéreuse à mettre en oeuvre. 4. Exposé de l'invention 15 Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints selon l'invention à l'aide d'un dispositif de couverture de la surface d'un bassin contenant un liquide émettant des effluents gazeux nocifs, ledit dispositif comprenant une pluralité d'éléments libres destinés à être disposés en au moins une couche sur ladite surface, lesdits éléments libres étant moins denses que ledit 20 liquide et présentant un contour extérieur au moins en partie constitué d'un matériau ayant des propriétés catalytiques. Ainsi, l'invention repose sur une approche tout à fait originale qui consiste à recouvrir un bassin de rétention en déposant sur l'intégralité de la surface des liquides qui y sont stockées au moins une couche d'éléments libres flottants 25 comprenant sur leur contour extérieur un matériau ayant des propriétés catalytiques. La mise en oeuvre de tels éléments flottants permet : - d'éviter les émissions d'effluents gazeux nocifs dans l'atmosphère en y rejetant des effluents gazeux traités ne présentant aucun risque de 30 dégradation de la santé de l'Homme et de l'environnement ; - d'éviter la formation d'un espace de tête entre la surface des liquides et la couverture formée par la couche d'éléments flottants, et par là celle de gaz explosibles et la mise en oeuvre de moyens nécessaires à leur traitement ; - un accès facile en tout endroit de la surface des liquides en repoussant simplement certains éléments flottants pour la découvrir localement ; - la mise en oeuvre de moyens de mélange et/ou de raclage sans retirer la couverture formée par les éléments flottants, ceux-ci recouvrant la surface du liquide depuis le contour intérieur du bassin jusqu'à venir en butée contre le bras auquel est lié le mélangeur et/ou racleur sans empêcher la mise en mouvement de celui-ci. Au sens de l'invention, un effluent gazeux nocif est un gaz qui peut être toxique pour l'Homme au-delà d'une certaine concentration. Un matériau ayant des propriétés catalytiques, ou matériau catalytique, est un matériau au contact duquel des effluents gazeux nocifs sont rapidement dégradés et transformés selon une réaction de catalyse en effluents gazeux traités ne présentant aucun danger, ou à tout le moins un danger limité, pour l'Homme et l'environnement. Le fait que les éléments sont libres signifie qu'ils sont indépendants les uns des autres. En d'autres termes, ils ne sont pas liés les uns aux autres. Lesdits éléments flottants présentent préférentiellement une densité telle qu'ils flottent partiellement à la surface du liquide en présentant une zone immergée et une zone émergée, leur zone émergée étant au moins en partie recouverte d'un matériau ayant des propriétés catalytiques. Ainsi, seule la partie des éléments flottants venant au contact des gaz, c'est-à-dire la partie émergée des éléments flottants est recouverte de matériau catalytique pour traiter ces gaz, la partie au contact de l'eau n'étant pas recouverte. Le matériau catalytique n'est ainsi mis en oeuvre que dans la zone dans laquelle il est susceptible d'être actif ce qui permet de réduire son coût d'utilisation. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, ledit matériau catalytique est constitué : - d'un oxyde seul, ou - d'un oxyde enrichi d'au moins un métal choisi parmi les métaux suivants : Au, Pt, Pd, Rh, Ir, Ag, Ni, Co, Cu. Préférentiellement, l'oxyde mis en oeuvre sera du TiO2. Le dioxyde de titane (TiO2) permet de dégrader rapidement certains effluents gazeux émis par les eaux (notamment les COV, le N2O et les N0x) par photocatalyse en composés moins sinon pas nocifs. Ce matériau peut être activé à avec un apport en UV provenant par exemple du soleil. Il sera préférentiellement mis en oeuvre pour les éléments de couverture de bassins à ciel ouvert. Dans des variantes, de nombreux autres oxydes pourront également être utilisés seuls comme par exemple : Al2O3, CeO2, Ga2O3, Y2O3-ZrO2, Ag3PO4, BiVO4, WO3 ou enrichis d'au moins un des métaux listés ci-avant pour donner par exemple : Rh/Al2O3, Pt-Sn/Al2O3. Le matériau catalytique peut également être du type de celui qui est décrit dans la demande internationale de brevet WO-A1-2006/002582 détenue par The Hong Kong University Of Science and Technology. Un tel matériau présente l'avantage, comparativement au dioxyde de titane, de pouvoir être activé à température ambiante, sans apport d'UV et de permettre ainsi le traitement des effluents gazeux même la nuit. Il sera donc mis en oeuvre pour les éléments de couverture de bassins à ciel ouvert ou non. Selon l'invention, lesdits éléments libres présentent préférentiellement une densité comprise entre 0,8 et 1,2. Ils peuvent ainsi naturellement flotter à la surface des eaux contenues dans les bassins de rétention, que celles-ci soient ou non salées. Selon un aspect préféré de l'invention, lesdits éléments libres sont de forme sphérique. Ils peuvent ainsi facilement bouger les uns par rapport aux autres et reprendre position pour former une couverture après que certains d'entre eux aient été déplacés pour découvrir localement la surface de l'eau. Par ailleurs, ils ne s'opposent ainsi pas à la mise en rotation des moyens de mélange et/ou de raclage et ne sont pas ou seulement très peu déplacés à cette occasion, maintenant ainsi la surface de l'eau couverte. Selon une caractéristique avantageuse, lesdits éléments libres comprennent une âme présentant une surface extérieure, ladite surface extérieure étant au moins en partie recouverte dudit matériau catalytique. Les éléments flottants peuvent comprendre une âme réalisée dans un matériau ordinaire bon marché dont seulement la partie extérieure est enduite de matériau catalytique. Les matériaux catalytiques étant relativement onéreux, cette mise en oeuvre permet de produire des éléments flottants bons marchés. Dans ce cas, ladite âme est préférentiellement réalisée dans un matériau appartenant au groupe comprenant : - les métaux à faible densité, comme par exemple l'aluminium ; - le liège, qui est assimilé aux matériaux dits « verts » ; - le polystyrène ; - les plastiques et résines. Lesdits éléments libres sont de manière avantageuse inscriptibles dans un parallélépipède présentant une hauteur, une largeur et une longueur respectivement comprises entre 5 et 30 centimètres, entre 5 et 20 centimètres et entre 5 et 20 centimètres. Ceci permet de réduire l'espace séparant leur circonférence lorsqu'ils sont adjacents et par là les fuites d'effluents non traités qui pourraient y être observées lorsque la couverture n'est constituée que d'une unique couche d'éléments flottants. Selon un aspect préféré de l'invention, lesdits éléments libres sont lestés. Cette approche permet d'éviter la perte d'éléments flottants qui pourraient être emportés par le vent. Selon un autre aspect préféré de l'invention, lesdits éléments libres présentent un gradient de densité. Il est ainsi possible de ne recouvrir de matériau catalytique que la surface 30 extérieure de la région la moins dense des éléments flottants qui se tournera et viendra naturellement hors du contact de l'eau dès que l'élément flottant sera déposée à sa surface. Ceci permet de limiter la quantité de matériau catalytique entrant dans la composition des éléments flottants et de réduire en conséquence leur coût de manière significative. La présente technique couvre également un élément de dispositif de couverture de la surface d'un bassin contenant une eau émettant des effluents gazeux nocifs selon l'invention, qui est moins dense que ladite eau et présente un contour extérieur au moins en partie constitué d'un matériau ayant des propriétés catalytiques. 5. Liste des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de modes de réalisation préférentiels, donnés à titre de simples exemples illustratifs et non limitatifs, et des dessins annexés, parmi lesquels : - les figures 1 à 4 illustrent diverses variantes d'éléments de couverture selon l'invention ; - la figure 5 illustre une vue en coupe d'un bassin de rétention recouvert d'éléments de couverture selon l'invention ; - la figure 6 illustre une vue de dessus du bassin illustré à la figure 5 ; 20 - la figure 7 illustre une vue en coupe d'un bassin de rétention recouvert de deux couches d'éléments de couverture selon l'invention ; - les figures 8 à 12 illustrent des vues en coupe de variantes d'éléments flottants selon l'invention. 6. Description d'un mode de réalisation de l'invention 25 6.1. Rappel du principe de l'invention Le principe général de l'invention repose sur la mise en oeuvre d'éléments libres moins denses qu'un liquide et comprenant sur leur contour extérieur un matériau ayant des propriétés catalytiques de façon à recouvrir en au moins une couche la surface dudit liquide stocké dans un bassin de rétention ou de 30 traitement. La présente invention contribue à : - rejeter dans l'atmosphère des effluents gazeux traités ne présentant aucun risque pour l'Homme et l'environnement ; - éviter la formation d'un espace de tête entre la surface des liquides et la couverture formée par la couche d'éléments flottants, et par là celle de gaz explosibles et la mise en oeuvre de moyens nécessaires à leur traitement ; - faciliter l'accès à la surface des liquides ; - mettre en oeuvre des moyens de mélange et/ou de raclage sans retirer la couverture formée par les éléments flottants. 6.2. Exemples d'éléments flottants selon l'invention On présente, en relation avec la figure 1, un mode de réalisation d'un élément d'un dispositif de couverture selon l'invention. Ainsi que cela est représenté sur cette figure 1, un tel élément 10 comprend une âme 11 dont la surface extérieure est entièrement recouverte d'une couche d'un matériau catalytique 12. Cette couche de matériau catalytique 12 peut être déposée à la surface de l'âme 11 par la mise en oeuvre de techniques de dépôt de couches minces connues de l'homme du métier comme par exemple par dépôt chimique en phase vapeur, par encollage... L'âme 11 est un corps plein en liège qui présente une forme sphérique. Le matériau catalytique est un matériau du type de ceux qui sont décrits dans la demande de brevet internationale WO-A1-2006/002582. L'élément 10, c'est-à-dire l'âme 11 recouverte de matériau catalytique 12, présente une densité homogène égale à 0,8 et un diamètre dont la valeur est égale à 8 centimètres. Dans des variantes : - l'âme 11 pourra être constituée par un métal à faible densité comme par exemple un alliage d'aluminium. Elle pourra également être réalisée en polystyrène ou dans d'autres matières plastiques comme par exemple le PE, le PP, PVC. L'âme 11 pourra également être constituée par un corps creux comme une coque 20 ainsi que cela est représenté sur la figure 2. Seule une portion de la surface de l'âme 11 pourra être recouverte de matériau catalytique 12. L'élément 10 devra dans ce cas présenter un gradient de densité comme cela sera expliqué plus loin et le matériau catalytique sera placé dans la région la moins dense. - le matériau catalytique 12 pourra être un oxyde présentant des propriétés photocatalytiques seul ou enrichi d'au moins un métal choisi parmi les métaux suivants : Au, Pt, Pd, Rh, Ir, Ag, Ni, Co, Cu. Cet oxyde sera préférentiellement du TiO2 ou un autre oxyde présentant des propriétés photocatalytiques tels que Al2O3, CeO2, TiO2, Ga2O3, Y2O3-ZrO2, Ag3PO4, BiVO4, WO3. - l'élément 10 pourra présenter un diamètre compris entre 5 et 10 centimètres. Il pourra présenter une forme non sphérique par exemple ovoïde (cf. figure 8), oblongue (cf. figure 9), biconique (cf. figure 10), être constitué par la juxtaposition de deux sphères (cf. figure 11), ou présenter la forme d'un champignon dont le pied comprend une sphère (cf. figure 12). De façon générale, un élément flottant sera inscriptible dans un parallélépipède présentant une hauteur, une largeur et une longueur respectivement comprises entre 5 et 30 centimètres, entre 5 et 20 centimètres et entre 5 et 20 centimètres. Sa densité pourra être comprise entre 0,8 et 1,2. Elle sera préférentiellement choisie en sorte que seul un tiers de son volume soit immergé lorsque l'élément flottant flotte à la surface d'un liquide. L'élément 10 pourra également présenter un gradient de densité. En d'autres termes, sa densité pourra ne pas être uniforme sur l'ensemble de l'élément 10. Dans ce cas, lorsque l'âme 11 sera constituée par un élément creux comme une coque 20, elle pourra loger un élément de lestage comme un plomb 21, ainsi que cela est représenté sur la figure 2. Elle pourra encore par exemple comprendre deux demi-âmes 30, 31 de densités différentes, comme cela est représenté sur la figure 3. Celles-ci pourront par exemple être collées entre-elles ou vissées l'une à l'autre. L'âme 11 pourra encore être constituée par un empilement de plusieurs couches 40, 41, 42 de matériaux présentant des densités croissantes, comme cela est représenté sur la figure 4. 6.3. Exemple de réalisation d'une couverture au moyen d'éléments flottants selon l'invention On présente en relation avec les figures 5 à 7 la réalisation de couvertures de bassins de traitement ou de rétention au moyen d'éléments 10 flottants selon l'invention. La figure 5 illustre une vue en coupe d'un bassin de rétention 50 contenant des liquides 51 dont la surface est illustrée par la ligne S. Le bassin 50 loge un élément de mélange et/ou de raclage 52 solidarisé à un bras 53 dont une extrémité s'étend à l'extérieur du bassin 50. Cette extrémité est destinée à être déplacée par la mise en oeuvre de moyens d'entraînement, préférentiellement des moyens d'entraînement en rotation, prévus à cet effet pour mettre en mouvement l'élément de mélange et/ou de raclage 52 à l'intérieur du bassin 50. La couverture du bassin 50 est réalisée en déposant une pluralité d'éléments de couverture 10 en au moins une couche à la surface S du liquide5l de manière telle qu'elle soit entièrement revêtue depuis les bords intérieurs du bassin 50 jusqu'aux contours du bras 53. Ceci est illustré par la figure 6 qui représente une vue de dessus du bassin 50. Les éléments flottants 10 sont initialement entreposés dans un contenant. Le contenu de celui-ci est déversé à la surface du bassin 50. Les éléments flottants, compte tenu de leur densité, de leur forme et de l'absence de lien entre eux, se répartissent naturellement de manière jointive et uniforme à la surface S du liquide 51. Compte tenu que les éléments de couverture 10 flottent à la surface S du liquide 51, il n'existe aucun espace de tête entre la surface S et la couverture formée par ceux-ci. La figure 7 illustre une variante dans laquelle la couverture du bassin est réalisée par l'empilement de deux couches d'éléments 10 à la surface S du liquide 51. Lorsque le bras 53 est déplacé à l'intérieur du bassin 50, les éléments 5 flottants 10 se déplacent sans s'opposer au mouvement du bras 50 et recouvrent automatiquement et naturellement la surface S du liquide 51 laissée non couverte par le déplacement du bras 53. Il est possible d'accéder de manière très simple à la surface S du liquide 51 en poussant dans une zone souhaitée les éléments flottants 10 de manière à 10 découvrir localement la surface S du liquide 51. Lorsque le matériau catalytique présent à la surface des éléments flottants 10 n'est plus efficace, ceux-ci sont remplacés par de nouveaux éléments flottants 10. La maintenance d'une couverture selon l'invention est donc très limitée. REVENDICATIONS1. Dispositif de couverture de la surface (S) d'un bassin (50) contenant un liquide (51) émettant des effluents gazeux nocifs, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité d'éléments libres (10) destinés à être disposés en au moins une couche sur ladite surface (S), lesdits éléments libres (10) étant moins denses que ledit liquide (51) et présentant un contour extérieur au moins en partie constitué d'un matériau (12) ayant des propriétés catalytiques. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau (12) est constitué : - d'un oxyde seul, ou - d'un oxyde enrichi d'au moins un métal choisi parmi les métaux suivant : Au, Pt, Pd, Rh, Ir, Ag, Ni, Co, Cu. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit oxyde est du TiO2. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits éléments libres (10) présentent une densité comprise entre 0,8 et 1,2. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en que lesdits éléments libres (10) sont de forme sphérique. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdits éléments libres (10) comprennent une âme (11) présentant une surface extérieure, ladite surface extérieure étant au moins en partie recouverte dudit matériau (12). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite âme (11) 25 est réalisée dans un matériau appartenant au groupe comprenant : - les métaux à faible densité ; - le liège ; - le polystyrène ; - les plastiques. 30 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé ence que lesdits éléments libres (10) sont inscriptibles dans un parallélépipède présentant une hauteur, une largeur et une longueur respectivement comprises entre 5 et 30 centimètres, entre 5 et 20 centimètres et entre 5 et 20 centimètres. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que lesdits éléments libres (10) sont lestés. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que lesdits éléments libres (10) présentent un gradient de densité. 11. Elément (10) de dispositif de couverture de la surface d'un bassin (50) contenant une eau (51) émettant des effluents gazeux nocifs selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il est moins dense que ladite eau (51) et présente un contour extérieur au moins en partie constitué d'un matériau (12) ayant des propriétés catalytiques.