Brevet FR2966821A1 — publié le 20120504

-1- BORNE AUTONOME POUR LA POTABILISATION DE L'EAU DESCRIPTION DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention se rapporte à une borne autonome pour la potabilisation de l'eau, utilisable en tout lieu et par tout individu, plus particulièrement destinée aux zones géographiques qui ne disposent pas d'infrastructure pour subvenir aux besoins vitaux des populations. EXPOSE DE L'ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE Les moyens connus de sécurisation bactériologique de l'eau destinée à la consommation humaine, utilisent diverses techniques et plus particulièrement celle mettant en oeuvre : - une première étape de filtration destinée à retenir les matières en suspension ; - une deuxième étape de décontamination par rayonnement ultraviolet destinée à réduire les bactéries, les virus et les parasites pathogènes ; afin de rendre l'eau potable d'un point de vue microbiologique et ce : - sans utilisation de produits chimiques ; - sans générer des sous-produits d'oxydation. Les filtres utilisés sont généralement des filtres à sable qui possèdent des seuils de filtration de l'ordre de 50 pm et qui nécessitent des pressions de décolmatage importantes et des changements fréquents. Les réacteurs UV utilisés sont généralement équipés de lampes UV qui nécessitent des puissances électriques en rapport avec le seuil de filtration desdits filtres. L'association desdits deux sous-ensembles, conduit à la réalisation de stations de potabilisation qui sont surdimensionnées par rapport aux besoins réels de l'application considérée. En effet, les recommandations de l'OMS fixent les besoins en eau potable à 25 litres par jour et par personne. C'est donc de petites unités, capables de produire 2 à 3 m3 d'eau potable par jour, donc d'alimenter 80 à 120 personnes, entièrement autonomes en énergie, de faible consommation, que le marché en question a besoin. RESUME DE L'INVENTION L'invention vise à réaliser une borne : - capable de produire ladite quantité d'eau potable par jour et ce de manière entièrement autonome en énergie ; - de conception simple, peu onéreuse, fiable, peu consommatrice d'énergie électrique, capable de résister à des climats extrêmes, dont l'habillage est solide et inusable, d'entretien aisé et économique. Selon les caractéristiques basiques de l'invention, la borne comporte, essentiellement : a) un dispositif de potabilisation constitué d'un filtre, décolmatable par lavage à contre courant, dont le seuil de filtration est inférieur à 15 pm et d'un réacteur à rayonnement ultra-violet qui est équipé d'une lampe UV basse pression ; b) un dispositif d'alimentation électrique autonome constitué d'une unité de régulation et d'un capteur d'énergie renouvelable. Selon des caractéristiques particulières de l'invention : - le filtre utilisé est à base de zéolite, de seuil de filtration inférieur à 15 pm, voire 10 pm, facile à décolmater avec des pressions inférieures à celles utilisées pour les filtres à sable, nécessitant des changements moins fréquents que pour ces derniers ; - la lampe UV basse pression utilisée possède une puissance inférieure à 15 W pour un résultat de décontamination au moins égal à celui obtenu avec les lampes UV, utilisées avec les filtres à sable qui ont un dimensionnement et une puissance supérieurs. Selon des caractéristiques additionnelles de l'invention, la borne comporte : - un réservoir qui est conçu pour, d'une part, être alimenté en eau, soit manuellement, soit à partir d'un réseau sous pression, et, d'autre part, alimenter en eau le dispositif de potabilisation ; - une pompe, lorsque la borne est alimentée manuellement, qui est configurée pour que la pression minimum, à l'entrée du filtre, soit supérieure à 1,5 bar (1,5x105 Pa) de manière à, d'une part, assurer une filtration efficace de l'eau, et, d'autre part, supporter une perte de charge au moins égale à 1 bar (1x105 Pa) afin de filtrer 2 à 3 m3 d'eau sans nécessiter une opération de décolmatage du filtre (1). Le dispositif d'alimentation électrique autonome est configuré pour fournir, pendant 3 à 4 heures : - lorsque seul le réacteur est à alimenter, une énergie électrique comprise entre 10 et 15W; - lorsque le réacteur est utilisé avec une pompe, une énergie électrique comprise entre 60 et 80 W. Tous ces résultats ont été obtenus par la combinaison : de la finesse de la filtration ; - de l'utilisation de lampes UV, basse pression, de faible puissance ; - de la définition des divers composants du système (capteurs, unités de régulation, pompes, batteries,...). En outre, les besoins énergétiques s'en trouvent diminués avec pour conséquences : - l'utilisation de capteurs photovoltaïques (ou éoliens), de dispositifs d'alimentation électrique, de batteries et de pompes ; - une plus grande autonomie pour un dimensionnement physique et un coût de la borne également réduits. PRESENTATION DES FIGURES Les caractéristiques et les avantages de l'invention vont apparaître plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'au moins un mode de réalisation préféré de celle-ci donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés. Sur ces dessins : - la figure 1 est une vue schématique du dispositif selon l'invention mettant en évidence les divers composants de la borne et leur interconnexion ; - la figure 2 est une vue en perspective de l'intérieur de la borne (sans son habillage) équipée d'un capteur photovoltaïque ; - la figure 3 est une vue en perspective de l'extérieur de la borne (avec son habillage). DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION La borne représentée est conçue : - pour être utilisée en tout lieu et par tout individu ; - pour rendre potable une eau impropre à la consommation. Selon les caractéristiques de base de l'invention, la borne comporte : a) un dispositif de potabilisation constitué d'un filtre (1), situé en amont, décolmatable par lavage à contre courant, dont le seuil de filtration est inférieur à 15 pm et d'un réacteur à rayonnement ultra-violet (2), situé en aval, qui est équipé d'une lampe basse pression ; b) un dispositif d'alimentation électrique autonome constitué d'une unité de régulation (3) et d'un capteur (4) d'énergie renouvelable. Le filtre (1) utilisé est réalisé au moyen de zéolite qui est une pierre volcanique poreuse dont le seuil de filtration est inférieur à 15 pm, voire à 10 pm. Cette filtration fine permet l'élimination des matières en suspension donc de réduire les risques microbiologiques et de garantir une eau de qualité optimale à l'entrée du réacteur UV pour y subir une phase de décontamination. La lampe UV basse pression utilisée, possède une puissance inférieure à 15 W. Elle est du type à vapeurs de mercure. Les lampes à rayonnement ultraviolet, qui émettent à une longueur d'onde de 254 nm, ont un pouvoir fortement bactéricide, virucide et algicide. Les ultraviolets de type C éradiquent les germes en perturbant fortement le métabolisme des cellules jusqu'à leur destruction totale. Le réacteur UV est dimensionné pour apporter une dose minimale de 400 J/m2 en fin de vie de la lampe (pour une dose de départ égale à 600 J/m2). Cette dose UV permet de garantir : - une réduction minimum de 4 log (99,990/0) sur les bactéries de contamination fécale (pathogènes) ; - une réduction minimum de 2 log (99%) sur les virus ; - une réduction minimum de 4 log (99,99%) sur les micro-organismes de type Cryptosporidium et Giardia. La lampe UV est alimentée par un ballast électronique 24 VDC. La borne est dimensionnée pour : - traiter de 2 à 3 m3 d'eau par jour avec un débit de 500 litres/heure ; - fonctionner 3 à 5 heures par jour avec une autonomie de 3 jours (batterie de stockage alimentée par la source d'énergie renouvelable). Elle comporte, un réservoir (5) qui est conçu pour : - d'une part, être alimenté en eau, soit manuellement, soit à partir d'un réseau sous pression ; - d'autre part, alimenter en eau le dispositif de potabilisation (1,2). A cet effet, celui-ci est pourvu d'une entrée, obturable par un couvercle (51), destinée à une alimentation manuelle et une buse d'entrée (52) destinée à une alimentation par un réseau sous pression. Elle comporte également, lorsqu'elle est alimentée manuellement, une pompe (6) qui est configurée pour que la pression minimum, à l'entrée du filtre, soit supérieure à 1,5 bar de manière à, d'une part, assurer une filtration efficace de l'eau, et, d'autre part, supporter une perte de charge au moins égale à 1 bar afin de filtrer 2 à 3 m3 d'eau sans nécessiter une opération de décolmatage du filtre (1). Cette pression minimum a été déterminée à une valeur de 1,5 bar (1,5x105 Pa) pour un débit de 500 litres/heure. Lorsque la borne est raccordée directement à un réseau sous pression, la pression de celui-ci ne doit pas dépasser 3 bars (3x105 Pa). Le dispositif d'alimentation électrique autonome (3,4) est configuré pour fournir, pendant 3 à 5 heures : - lorsque seul le réacteur est à alimenter, une énergie électrique comprise entre 10 et 15W; - lorsque le réacteur est utilisé avec une pompe (6), une énergie électrique comprise entre 60 et 80 W. Le dimensionnement des capteurs (photovoltaïques ou éoliens) tient également compte de la zone géographique dans laquelle les bornes sont installées (taux d'activité du soleil ou du vent). La borne comporte également : - un compteur volumétrique (non représenté) indiquant la quantité d'eau consommée ; - une batterie (7), rechargée par le dispositif d'alimentation électrique autonome (3), configurée pour fournir au système une autonomie d'au moins 3 jours pour un fonctionnement de la borne de 3 à 5 heures par jour. - un dispositif de contre-lavage du filtre (1) qui est réalisé au moyen de deux vannes 3 voies (8) à commande manuelle. Sur la figure 1 : - les flèches A, en trait continu, indiquent le sens du passage de l'eau en cours de traitement avec une sortie d'eau potable en C et les flèches B, en trait discontinu, indiquent le sens de passage de l'eau de décolmatage du filtre avec une sortie (purge) en D (les liaisons en trait continu double indiquant le circuit de l'eau) ; - les liaisons en trait discontinu, indiquent le circuit du courant électrique. Sur les figures 2 et 3, le capteur (4) représenté est photovoltaïque et est supporté par la borne au moyen d'un bras de liaison (41). A titre d'exemple non limitatif : a) la borne pourra comporter un habillage (9) en matière composite rigide, résistant aux divers environnements climatiques ; b) le réservoir pourra avoir une capacité de 20 litres. La face avant de la borne comporte une trappe d'accès (53). Le robinet se trouve dans cette zone. Bien entendu, l'homme de métier sera apte à réaliser l'invention telle que décrite et représentée en appliquant et en adaptant des moyens connus sans qu'il soit nécessaire de les décrire ou de les représenter. II pourra également prévoir d'autres variantes sans pour cela sortir du cadre de l'invention qui est déterminé par la teneur des revendications. REVENDICATIONS1- Borne destinée à rendre potable une eau impropre à la consommation, caractérisée en ce qu'elle comporte : a) un dispositif de potabilisation constitué d'un filtre (1), décolmatable par lavage à contre courant, dont le seuil de filtration est inférieur à 15 pm et d'un réacteur à rayonnement ultra-violet (2) qui est équipé d'une lampe UV basse pression ; b) un dispositif d'alimentation électrique autonome constitué d'une unité de régulation (3) et d'un capteur (4) d'énergie renouvelable. 2- Borne, selon la revendication 1, caractérisée en ce que le filtre (1) est à base de zéolite. 3- Borne, selon la revendication 1, caractérisée en ce que la lampe UV basse pression équipant le réacteur (2), possède une puissance inférieure à 15 W. 4- Borne, selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un réservoir (5) qui est conçu pour alimenter en eau le dispositif de potabilisation (1,2). 5- Borne, selon la revendication 4, caractérisée en ce que le réservoir (5) est pourvu d'une entrée, obturable par un couvercle (51), destinée à une alimentation manuelle et une buse d'entrée (52) destinée à une alimentation par un réseau sous pression. 6- Borne, selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte, lorsqu'elle est alimentée manuellement, une pompe (6) qui est configurée pour que la pression minimum, à l'entrée du filtre, soit supérieure à 1,5x105 Pa de manière à, d'une part, assurer une filtration efficace de l'eau, et, d'autre part, supporter une perte de charge au moins égale à 1x105 Pa afin de filtrer 2 à 3 m3 d'eau sans nécessiter une opération de décolmatage du filtre (1). 7- Borne, selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif d'alimentation électrique autonome (3,4) est configuré pour fournir, lorsque seul le réacteur (2) est à alimenter, une énergie électrique comprise entre 10 et 15 W et ce pendant 3 à 5 heures. 8- Borne, selon la revendication 6, caractérisée en ce que le dispositif d'alimentation électrique autonome (3,4) est configuré pour fournir, lorsque le réacteur est utilisé avec une pompe (6), une énergie électrique comprise entre 60 et 80 W et ce pendant 3 à 4 heures. 9- Borne, selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte une batterie (7), rechargée par le dispositif d'alimentation électrique autonome (3), configurée pour fournir au système une autonomie d'au moins 3 jours pour un fonctionnement de la borne de 3 à 5 heures par jour. 10- Borne, selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de contre-lavage du filtre (1) qui est réalisé au moyen de deux vannes 3 voies (8) à commande manuelle.