Brevet FR2967994A1 — publié le 20120601

L'invention concerne un procédé et un dispositif de filtration et dépollution des eaux pluviales, notamment urbaines, routières et industrielles ou encore d'eaux usées d'autres provenances. L'imperméabilisation massive des surfaces urbaines est aujourd'hui à l'origine de phénomènes d'inondations récurrents. A ce titre, il est proposé aux différentes collectivités, des ouvrages de collecte des eaux de ruissellement qui sont inadaptées aux contraintes urbaines. En effet, leur coût de mise en place et leur emprise foncière desservent grandement ces techniques. Par ailleurs, les villes, de par leur activité, sont à l'origine d'une pollution qui a trop longtemps été minimisée et les récentes lois votées imposent aujourd'hui, tant aux collectivités qu'aux sociétés commerciales et industrielles, de traiter les eaux de ruissellement charriant cette pollution. Il convient d'observer que s'il l'on tente d'ores et déjà de remédier au problème d'imperméabilisation des sols, notamment par la conception de chaussée drainante, le problème de la pollution reste entier sans compter que les revêtements drainants mis en application subissent un phénomène de colmatage dans le temps diminuant d'autant leur capacité de filtration et réduisant l'intérêt réel de ces chaussées drainantes. Le même constat peut être fait à propos des bacs déshuileurs installés en amont dans les systèmes de récupération des eaux de ruissellement. Ces bacs qui ont pour but de retenir les polluants légers afin qu'ils puissent être recueillis en vue de leur traitement dans des installations adaptées, nécessitent une intervention régulière des services d'entretien pour prélever ces polluants retenus. Or, ceci qui n'est pas toujours le cas, de sorte que, après saturation, ces produits polluants viennent à nouveau contaminer les écosystèmes environnants. C'est dans le cadre d'une démarche inventive qu'il a été imaginé de recueillir ces eaux de ruissellement polluées pour en assurer leur dépollution in situ. Tout particulièrement, la présente invention a pour but d'assurer cette dépollution des eaux de ruissellements particulièrement contaminée de manière biologique, par dégradation, transformation et consommation de la plupart des polluants d'origine organique et chimique, tandis que par phytoextraction et phyto-stabilisation, il est prévu de capter par les végétaux les polluants d'origine minéral, en particulier les métaux lourds. Le but visé par la présente invention consiste à filtrer et décontaminer les eaux pluviales de ruissellements urbains, routiers ou industriels pour permettre leur infiltration sans contamination de l'écosystème environnant, voire leur recyclage. En bout de chaîne, la solution selon l'invention permet de séquestrer définitivement les polluants les plus dangereux dans les produits bétons ou revêtements routiers. Pour atteindre ces objectifs la présente invention fait essentiellement appel aux moyens suivants : - Le végétal - Les micro-organismes - La symbiose végétale / micro-organisme Ainsi, en ce qui concerne le végétal, du type arbustif et/ou massif, il sera essentiellement choisi et sélectionné en fonction de ses aptitudes à survivre en milieu urbain. De tels végétaux, de par leurs racines, ont une capacité évidente d'extraire du milieu dans lequel ils sont implantés les métaux lourds, de dégrader divers polluants organiques et de stimuler toute une vie bactériale et fongique. Tout particulièrement, par phyto-extraction, les éléments métalliques sont stockés dans divers organes du végétal suivant les prédispositions de ce dernier. Ainsi, troncs, jeunes pousses, feuilles ou encore racines sont susceptible d'accueillir, selon les végétaux choisis, les métaux lourds extraits du substrat. La phyto-stabilisation se distingue de cette phyto-extraction en ce que le stockage intervient au niveau racinaire. La dégradation des polluants organiques présents dans le substrat, autrement dit le milieu dans lequel est implanté le végétal est rendu possible par les enzymes, telles que les lactases, nitrilases, etc émise au niveau du système racinaire. Les micro-organismes, parmi lesquels on distingue les bactéries, les protozoaires et les champignons, sont plus particulièrement responsables de la dégradation de polluants. Ainsi, les bactéries participent à la dégradation de polluants organiques que sont les hydrocarbures, les composés organochlorés azotés et phosphatés. Quant aux protozoaires, organismes unicellulaires, présent à l'état naturel dans tout type de sol, ils consomment les bactéries et relarguent des composés azotés et des nutriments bénéfiques à la croissance du végétal. Ils ont donc une activité de régulation de la flore bactérienne et d'accompagnement de la croissance du végétal. De plus ils contribuent à réduire le risque d'attaque des racines par divers pathogènes. Quant aux champignons et les mycorhizes, leurs propriétés sont semblables à celles des bactéries. La mycorhization des végétaux permet d'augmenter la solution d'éléments nutritifs pour le végétal et ainsi favoriser sa croissance. A travers ses racines, le végétal va produire quantité d'exsudats qui permettent de nourrir la flore bactérienne. En effet, 10 à 20 % des photosynthétas produits par le végétal se retrouvent sous une forme d'exsudas racinaires. Constitués de phénol, d'acides organiques, d'alcool et de protéines, ils constituent une source non négligeable de carbone et d'azote pour la communauté fongique et bactérienne. En conclusion, la croissance racinaire régit d'une certaine manière la prolifération des micro-organismes. En contrepartie, grâce à la minéralisation de la matière organique, les micro-organismes vont rendre disponibles un ensemble d'éléments nutritifs au végétal. A titre d'exemple, les bactéries dites dénutrifiantes vont transformer les composés azotés charriés par les eaux pluviales en ions nitrates, directement assimilables par le végétal, lui permettant ainsi de constituer des acides aminés, enzymes et acides nucléiques qui contribuent à sa croissance. De même, par un jeu d'affinités ioniques, la matière organique est prédisposée à retenir les cations métalliques. La dégradation de l'humus du sol permet d'augmenter la biodisponibilité de ces éléments afin qu'ils soient extraits par le végétal. De ce fait, plus le volume racinaire croît, plus la surface de développement offerte à la microfaune du sol est abondante et plus la quantité d'enzyme larguée dans le milieu sera importante. Au final, le rôle prépondérant du végétal et plus particulièrement des racines est le suivant : Extraire les polluants pour permettre leur stockage ou 15 leur dégradation au sein du végétal ; Stimuler le développement de la flore bactérienne par la production d'exsudats racinaires ; Dégrader des polluants grâce aux enzymes contenus dans ces mêmes exsudats. 20 La mise en oeuvre de la présente invention fait encore appel à un substrat pour l'ensemble des moyens évoqués préalablement et qui est préférentiellement constitués de divers éléments minéraux et organiques ayant pour fonction majeur d'assurer un support de culture et de vie aux micro-organismes, ainsi qu'aux 25 végétaux implantés. Par ailleurs, ce substrat aura pour rôle prédominant de filtrer les eaux à dépolluer de sorte qu'après rétention de ces polluants, cette eaux puisse, soit être recyclée, soit s'infiltrer librement dans le sol sans contamination de l'écosystème environnant. 30 Ainsi, le procédé selon l'invention de filtration et de dépollution des eaux pluviales, notamment urbaines routières et industrielles ou encore d'autres types d'eaux usées, consistent à filtrer ces eaux au travers les différentes couches suivantes : 35 - Une première couche de mulch, notamment de bois raméal fragmenté ou BRF ; Une couche organique composée de terre végétale et/ou de terreau et/ou de composte servant de support et de développement racinaire d'au moins un végétal, notamment de type massif ; Une couche sableuse ou sablo limoneuse. Selon ce procédé conforme à l'invention, au-delà de la couche sableuse ou sablo limoneuse, ces eaux sont encore filtrées par une nouvelle couche de matériau organique servant de support et de développement racinaire d'au moins un végétal, notamment de type arbre et/ou arbustif. Selon encore une autre particularité de l'invention, au-delà des diverses couches filtrante, l'eau s'écoule au travers d'une couche drainante, essentiellement constituée de matériau drainant, notamment minérale et/ou est recueillie dans un bac de récupération. L'invention concerne encore un dispositif de filtration et de dépollution pour la mise en oeuvre de ce procédé essentiellement constitué d'un contenant en forme de bac dans lequel est emboîté de manière escamotable au moins un autre bac de subdivision venant compartimenter ledit contenant sur sa hauteur, ce second bac comportant un fond ajouré pour le passage des eaux de ruissellement. Selon une autre particularité de la présente invention, le contenant en forme de bac est ajouré en partie inférieure. Selon un autre mode de réalisation, le contenant en forme de bac comporte, dans sa partie inférieure, un compartiment formant réservoir de récupération d'eau. Selon l'invention, dans le ou les bacs de subdivision sont disposées successivement, du haut vers le bas, les couches 30 suivantes : la première couche de mulch, notamment de bois raméal fragmenté ou BRF ; la couche organique composée de terre végétale et/ou de terreau et/ou de composte servant de support et de 35 développement racinaire d'au moins un végétal, notamment de type massif ; - la couche sableuse ou sablo limoneuse. Les avantages qui découlent de la présente invention consistent en ce que les eaux de ruissellement polluées, qu'il s'agisse d'eaux pluviales urbaines, industrielles ou autres, sont susceptibles d'être dépolluées, in situ, autrement dit sur le lieu même ou ces eaux sont recueillies, sans risque de contamination des écosystèmes environnants. De plus, cette eau de ruissellement directement dépolluée sur place peut, le cas échéant être récupérée pour un usage quelconque, en particulier, de l'irrigation, voire réutilisée sur un site industriel. La solution selon l'invention permet également, au travers de la capacité de stockage que représentent les dispositifs de filtration et de dépollution, de remédier, au moins en partie, au risque d'inondation. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaitront au cours de la description qui va suivre se rapportant à des exemples de réalisation illustrés dans les dessins ci-joints, dans lesquels : - La figure 1 est une représentation schématisée et en coupe d'un dispositif de filtration et de dépollution selon l'invention. - La figure 2 est une représentation schématisée et en éclaté d'un tel dispositif conforme à l'invention, mais 25 exécuté selon un second mode de réalisation. - La figure 3 est une représentation schématisée et en coupe d'un dispositif selon l'invention, illustrant la jonction de bacs de subdivision à hauteur du passage du tronc d'un végétal de type arbre ou arbuste ; 30 - La figure 4 est une représentation schématisée et en coupe d'un dispositif selon l'invention, selon un troisième mode de réalisation, ne recevant des végétaux que de type massif ; - La figure 5 illustre de manière schématisée, l'étape de 35 remplacement des bacs de subdivision de type amovible ; - La figure 6 illustre de manière schématisée le cycle de dépollution de l'eau ; - La figure 7 illustre, schématiquement, la canalisation des eaux de ruissellement d'un parking en direction d'un tel dispositif conforme à l'invention. Comme représenté dans les dessins ci-joints, la présente invention concerne un procédé de filtration et de dépollution des eaux pluviales, notamment des eaux de ruissellement urbain, routier et industriel ou encore d'autres types d'eaux usées. Ainsi, le procédé selon l'invention consiste à recueillir ces eaux de ruissellement en les canalisant vers un dispositif de filtration et de dépollution 1 comportant un contenant sous forme d'un bac 2 enterré dans le sol pour filtrer ces eaux de ruissellement au travers différentes couches. Ainsi, la première de ces couches que viennent traverser ces eaux de ruissellement est une couche de mulch 3, essentiellement constitué de bois raméal fragmenté ou BRF. Cette couche de mulch, constituée par conséquent d'un mélange de résidus de broyage de rameaux de bois frais, assure au travers de son épaisseur de l'ordre de 1 à 10 cm, préférentiellement de 2 à 5 cm, d'une part le drainage et la répartition homogène des flux d'eaux collectés en surface du contenant 2. D'autre part, elle a pour but d'accueillir toute une vie microbienne et fongique destinée à dégrader en surface les premiers polluants absorbés par les copeaux. Par ailleurs, la dégradation au fil du temps de ce bois raméal fragmenté par la fleur microbienne et fongique conduit à diffuser dans le milieu quantité d'éléments nutritifs pour des végétaux implantés dans le dispositif 1 selon l'invention comme cela apparaîtra dans la suite de la description. En outre, cette couche de mulch 3 assure un état hydrique correct des couches inférieures. De manière essentielle, l'intérêt de cette première couche 3 est d'assurer, au travers d'un pré filtrage des eaux de ruissellement, une absorption d'une partie au moins des métaux lourds et certains polluants organiques. 2967994 s Préférentiellement, cette couche de mulch est composée à 20% maximum de végétaux résineux de manière à ne pas s'acidifier de manière excessive le sol. Selon le procédé, ces eaux de ruissellement sont encore 5 amenées à traverser une couche organique 4 essentiellement composée de terre végétale et/ou de terreau et/ou de compost, préférentiellement d'un mélange de ces trois composants. Cette couche organique 4 a pour but essentiel de permettre le développement convenable à la surface du dispositif 1 d'au moins 10 un végétal 5, notamment de type massif. Selon l'invention, cette couche organique 4 préférentiellement d'une épaisseur comprise entre 10 cm et 50 cm, avantageusement entre 15 et 30 cm, repose sur une nouvelle couche de filtration à savoir une couche sableuse ou sablo- 15 limoneuse 6 d'une épaisseur comprise entre 2 et 15 cm, préférentiellement entre 5 et 8 cm. Cette couche 6 comporte avantageusement une granulométrie comprise entre 1 et 50 micromètres, préférentiellement entre 2 et 20 micromètres et a pour but, majoritairement, de retenir, là encore, les métaux 20 lourds par des phénomènes d'absorption, mais aussi les composés azotés de type nitrate et les composés phosphatés. Par ailleurs, grâce à cette fine granulométrie, la quasi-totalité des MES, ou Matières En Suspension, sont définitivement retenus par cette couche sableuse ou sablo-limoneuse 6. 25 A ce propos, il convient d'observer que le choix du matériau composant cette couche 6 peut dépendre des conditions climatiques en présence. En effet, il a été remarqué une tendance au relarguage de composés azotés, lors de périodes de sécheresse par une couche sablo-limoneuse, tendance non observée 30 sur des ouvrages comportant une couche de sable simple. Avantageusement, ces eaux de ruissellement sont encore filtrées au travers d'une nouvelle couche organique 7, située sous cette couche sableuse ou sablo-limoneuse 6, couche organique, d'une épaisseur comprise entre 85 cm et 1m50 35 préférentiellement de l'ordre de 1m20 et composé, là encore, de terre végétale et/ou de terreau et/ou de compost, préférentiellement d'un mélange de ces trois composants. Selon un mode de réalisation préférentiel, cette couche organique 7 incorpore un matériau drainant. De plus, elle peut être enrichie, avantageusement, de zéolithe en raison de ses propriétés d'absorption des métaux lourds et de support de vie de colonie bactérienne. Tout particulièrement, cette seconde couche organique sert de support et de développement racinaire à au moins un végétal de type arbre et/ou arbustif. Préférentiellement, en tant que zéolithe, il est utilisé du chabazite et/ou du clinoptilite. L'ensemble de ces couches 3, 4, 6, 7 peuvent surmonter un bac 8 de récupération des eaux filtrées défini en partie inférieure 9 du contenant 2 du dispositif 1 et/ou une couche drainante 10 essentiellement constituée de matériau drainant, tel qu'un matériau minéral, comme des galets, du pouzolane, sachant que d'autres types de matériau peuvent être exploités, comme le broya de pneumatique par exemple, difficile de valoriser dans d'autres circonstances. Comme l'entend la description ci-dessus, les différentes couches 3, 4, 5, 6, 7 peuvent simplement reposer sur un bac de récupération 8 des eaux filtrées, comme cela apparaît en particulier dans les figures 2 à 6. Tout comme, en lieu et place de ce bac 8, ces couches peuvent surmonter une couche minérale 10 favorisant, par exemple, le drainage direct de l'eau filtrée dans le sol, sachant que le contenant 2 est alors ouvert dans sa partie inférieure 9. Cependant, selon encore un autre mode de réalisation, il peut être envisagé que le bac de récupération 8 que comporte le contenant 2 dans sa partie inférieure 9, contiennent une telle couche drainante 10. Les figures 1, 2, 3 et 5 illustrent, de manière schématisée, un dispositif 1 pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, pour la réception en tant que végétaux d'au moins un arbre ou arbuste et de massifs, sachant que la figure 4 illustre un tel dispositif ne recevant, en tant que végétaux, que des massifs. Selon l'invention, le contenant en forme de bac 2 du dispositif 1 est avantageusement compartimenté sur sa hauteur par au moins un autre bac de subdivision 11 dont le fond 12 est ajouré pour laisser l'eau de ruissellement s'écouler au travers. Plus particulièrement, le ou les bacs de subdivision 11, sont définis de nature amovible. Par ailleurs, ils sont prévus pour contenir au moins la couche de mulch 3 et la couche organique 4, voire encore la couche sableuse ou sablo-limoneuse 10. Comme l'illustrent les figures 1, 2, 3 et 5, ce ou ces bacs de subdivision 11, amovibles, peuvent reposer sur la nouvelle couche organique 7 servant de support et de développement racinaire d'au moins un végétal, notamment de type arbre et/ou arbustif. A ce propos, dans le cadre d'un dispositif 1 destiné à accueillir un végétal de type arbre ou arbustif, le ou les bacs de subdivision 11 comportent une ouverture 13 de passage de la tige 14 de cet arbre ou arbuste 15 planté dans la nouvelle couche organique 7 s'étendant sous ce ou ces bacs de subdivision 11. Selon un mode de réalisation préférentiel, le ou les bacs de subdivision 11 sont scindés autour de cette ou ces ouvertures 13 de passage de la tige 14 pour permettre leur remplacement. En effet, si le ou les bacs de subdivision 11 accueillant les végétaux de type massif, sont considérés comme saturés, autrement dit que dans les couches 3, 4, 6 et dans les végétaux correspondant à ces massifs 5 il y a saturation de composants polluants, notamment de métaux lourds, il est aisé de retirer ces bacs de subdivision 11 pour les remplacer par des bacs neufs comme souhaite l'illustrer la figure 5. Bien évidemment comme souhaite l'illustre la figure 4, en l'absence d'arbre ou arbuste, ce ou ces bacs de subdivision 11 ne comportent pas d'ouvertures 13. D'ailleurs dans un tel cas, le dispositif 1 en particulier, le contenant 2 peut ne recevoir qu'un seul bac de subdivision 11 en un seul tenant, celui-ci restant dans tous les cas, amovible. A noter que si l'eau filtrée récupérée au fond du contenant 2 peut, selon le cas, s'infiltrer dans le sol ou être prélevée pour un usage quelconque, cette eau peut encore servir à hydrater les couches organiques 4, 7, en l'occurrence pendant les périodes de sécheresse. Aussi, le dispositif 1 peut être complété par des moyens 16 de remontée d'eau notamment par capillarité, au niveau de la ou des différentes couches organiques 7, 4. De tels moyens 16 peuvent se présenter par exemple sous forme de mèches en feutrine ou similaires. De manière avantageuse, la hauteur de ces mèches est limitée, préférentiellement de l'ordre de 60 à 70 cm depuis le fond du contenant, de manière à favoriser le développement en profondeur du système racinaire des végétaux. Le procédé selon l'invention prévoit encore une taille périodique des végétaux afin de limiter des processus réitératifs et accroître les vapo-transpirations par la création de nombreux branchages. Tout particulièrement, une telle taille est nécessaire pour assurer la pérennité de l'ouvrage. En effet, c'est à l'état juvénile que les végétaux possèdent les plus grandes capacités d'extraction. Il est donc impératif de favoriser cet état par un ensemble d'opérations dont la taille fait partie. Par ailleurs, au travers d'une récolte périodique, notamment annuelle, des bois et des feuilles, voire des racines, en particulier des végétaux de type massif, on récupère les polluants piégés dans ces structures. Cette récolte se justifie d'autant plus qu'avec le temps le végétal arrive à saturation et doit donc renouveler ses tissus. Pour ces mêmes raisons, il est avantageusement prévu un apport périodique de mulch afin de réalimenter l'ouvrage et pérenniser son bon fonctionnement rappelant que le mulch est, comme indiqué préalablement, amené à se dégrader au fil du temps par l'action de la flore microbienne et fongique. La figure 7 illustre, schématiquement, la canalisation des eaux de ruissellement d'un parking en direction d'un tel dispositif 1 conforme à l'invention. Quant à la figure 6, elle illustre de manière schématisée le cycle de dépollution de l'eau. Ainsi, est visible l'évapotranspiration par les feuille des végétaux, le transfert des polluants vers les parties aérienne de ces végétaux, l'absorption des polluants par les racines, la dégradation des polluants par les microorganismes telluriques et les exsudats racinaires. REVENDICATIONS1) Procédé de filtration et de dépollution des eaux pluviales, notamment urbaines routières et industrielles ou encore d'autres types d'eaux usées, consistant à filtrer ces eaux au travers les différentes couches suivantes : Une première couche de mulch (3), notamment de bois raméal fragmenté ou BRF ; Une couche organique (4) composée de terre végétale et/ou de terreau et/ou de composte servant de support et de développement racinaire d'au moins un végétal, notamment de type massif ; Une couche sableuse ou sablo limoneuse (6). 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au-delà de la couche sableuse ou sablo limoneuse (6), ces eaux sont encore filtrées par une nouvelle couche de matériau organique (7) servant de support et de développement racinaire d'au moins un végétal, notamment de type arbre et/ou arbustif. 3) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en qu'au-delà des couches filtrante, l'eau s'écoule au travers d'une couche drainante (10), essentiellement constituée de matériau drainant, notamment minérale et/ou est recueilli dans un bac de récupération (8). 4) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on taille périodiquement des végétaux. 5) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on récolte périodiquement, notamment annuelle, des bois et des feuilles, voire des racines, en particulier des végétaux de type massif. 6) Dispositif de filtration et de dépollution pour la mise en oeuvre de ce procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, essentiellement constitué d'un contenant en forme de bac (2) dans lequel est emboîté de manière escamotable au moins un autre bac de subdivision (11) venant compartimenter ledit contenant sur sa hauteur, ce second bac de subdivision 13(11) comportant un fond (12) ajouré pour le passage des eaux de ruissellement. 7) Dispositif de filtration et de dépollution selon la revendication 6, caractérisé en ce que le contenant en forme de 5 bac (2) est ajouré en partie inférieure (9). 8) Dispositif de filtration et de dépollution selon la revendication 6, caractérisé en ce que le contenant en forme de bac (2) comporte, dans sa partie inférieure (9), un compartiment (8) formant réservoir de récupération d'eau. 10 9) Dispositif de filtration et de dépollution selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que dans le ou les bacs de subdivision (11) sont disposées successivement, du haut vers le bas, les couches suivantes : - la première couche de mulch (3), notamment de bois 15 raméal fragmenté ou BRF ; - la couche organique (4) composée de terre végétale et/ou de terreau et/ou de composte servant de support et de développement racinaire d'au moins un végétal, notamment de type massif ; 20 - la couche sableuse ou sablo limoneuse (6) 10) Dispositif de filtration et de dépollution selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que le ou les bacs de subdivision (11) reposent sur une couche organique (7) de support et de développement racinaire d'au moins un 25 végétal, notamment de type arbre et/ou arbustif. 11) Dispositif de filtration et de dépollution selon la revendication 10, caractérisé en ce que dans la couche organique (7) est incorporé un matériau drainant. 12) Dispositif de filtration et de dépollution selon la 30 revendication 10, caractérisé en ce que la couche organique (7) est enrichi de zéolithe. 13) Dispositif de filtration et de dépollution selon l'une quelconque des revendications 6 à 12, caractérisé en ce que dans le ou les bacs de subdivision (11) comportent une ouverture (13) 35 de passage de la tige (14) d'un végétal de type arbre ou arbuste(15) planté dans la nouvelle couche organique (7) s'étendant sous ce ou ces bacs de subdivision (11). 14) Dispositif de filtration et de dépollution selon la revendication 13, caractérisé en ce que le ou les bacs de subdivision (11) sont scindés autour de cette ou ces ouvertures (13) de passage de la tige (14) pour permettre leur remplacement. 15) Dispositif de filtration et de dépollution selon l'une quelconque des revendications 6 à 14, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (16) de remontée d'eau notamment par capillarité, au niveau de la ou des couches organiques (4, 7).