Brevet FR2984987A1 — publié le 20130628

- I - Le clapet limiteur de débit s'applique à la gestion des ruissellements d'eau de pluie. Il vise à améliorer les systèmes de rétention d'eau de pluie existants. L'imperméabilisation croissante des zones urbaines couplée à des événements pluvieux de plus en plus intenses avec l'évolution climatique conduit à des ruissellements urbains de plus en plus difficiles à gérer. Des inondations graves en sont la conséquence. Pour lutter contre ces ruissellements urbains, les donneurs d'ordres imposent de plus en plus de contraintes aux aménageurs afin que les imperméabilisations nouvelles soient compensées. 10 Ces compensations peuvent consister à : - infiltrer à la source les eaux de pluies sur les parcelles imperméabilisées ; - réguler les ruissellements issus des parcelles imperméabilisées grâce à des bassins de rétention ; 15 écrêter les pointes de débit transitant dans les réseaux grâce à des bassins de rétention à l'aval des zones imperméabilisées ; Aujourd'hui, la rétention de ces eaux de ruissellement peut se faire grâce à des noues, fossés, chaussées réservoirs, bassins enterrés, conduites stockantes,... 20 comprenant un exutoire à débit limité : l'ajutage, et une surverse qui permet d'évacuer le surplus de débit lorsque la pluie est si forte que le débit et le volume d'eau résultant du ruissellement dépasse la capacité de rétention de l'ouvrage. Le point commun à toutes ces techniques est que le stockage des eaux ne peut se faire que dans des zones relativement plates et que leur exutoire, constitué d'un 25 orifice dont le diamètre ou la capacité d'évacuation est volontairement restreint a tendance à se colmater s'il n'est pas régulièrement entretenu. La rétention des eaux de pluies nécessite donc souvent beaucoup d'espace, des zones plates, et un entretien très régulier. 30 Le clapet limiteur de débit réunit en un seul organe les fonctions d'ajutage (orifice limiteur de débit) et de surverse. Il permet de faire de la rétention d'eau avec peu d'espace (stockage sous chaussée), sous des chaussées en pente et sans colmatage de l'ajutage. 35 - 2 - Les dessins annexés présentent l'invention : La FIG. 1 représente le clapet vu de 3/4 en position ouverte et fermée. La FIG. 2 représente, à titre d'exemple non limitatif, la mise en oeuvre de.ce dispositif sous une chaussée, en association à une conduite stockante de diamètre 800 mm. La FIG. 3 illustre le fonctionnement de cet ensemble conduite + clapet en fonction de l'intensité du ruissellement d'eau de pluie. En référence à la FIG. 1, le clapet limiteur de débit est constitué d'un corps tubulaire dont l'extrémité est légèrement inclinée. Un clapet mobile (1) à la base duquel est ménagé un ajutage (2) est maintenu fortement fermé sur cette extrémité grâce à un système de fermeture forcée (3) dont la puissance de fermeture est choisie pour contenir une pression d'eau permettant la mise en charge d'un dispositif de stockage d'eau situé à l'amont. Le système de fermeture forcée du clapet mobile peut être réalisé, à titre d'exemple non limitatif grâce à 2 ressorts hélicoïdaux fixés, pour une extrémité, sur le corps fixe du clapet et pour l'autre sur le clapet mobile, et dont la résistance à l'ouverture est fixée en fonction de la hauteur d'eau à retenir en amont. Selon des variantes non illustrées, le système de fermeture forcée pourrait également être réalisé grâce à l'utilisation de ressorts mécaniques ou pneumatiques verticaux, à des élastomères ou bien grâce à la mise en oeuvre de contrepoids. Afin de pouvoir adapter la pression d'eau à partir de laquelle le système de fermeture forcée commence à s'ouvrir, il peut être équipé d'un dispositif de précontrainte. A titre d'exemple non limitatif et en référence au système de fermeture forcée constitué de deux ressorts hélicoïdaux (3) représenté sur la FIG. 1, un tel dispositif de précontrainte peut être réalisé grâce à une tige filetée fixée aux extrémités des ressorts hélicoïdaux, traversant la partie supérieure du clapet mobile, et bloquée grâce à un écrou qui vient en butée sur le clapet mobile (4). Placé à l'aval d'un dispositif de rétention, le clapet limiteur de débit limite ainsi le débit de sortie grâce à son ajutage et s'ouvre progressivement grâce à son système de fermeture forcée dès que la hauteur d'eau dans le dispositif de rétention dépasse une valeur donnée. - 3 - Comme représenté sur la FIG. 2, à titre d'exemple non limitatif, il peut être en particulier associé à une conduite stockante surdimensionnée. Dans ces conditions, la conduite étant étanche et pouvant résister à la pression, elle stocke de l'eau jusqu'à ce que la hauteur d'eau dans la conduite atteigne la pression déclenchant l'ouverture du clapet. Si le débit entrant reste fort, le clapet continu alors à s'ouvrir, et le débit sortant à augmenter, jusqu'à être complètement ouvert lorsque la hauteur d'eau stockée atteint un niveau maximum. Ce niveau maximum est fixé à une côte inférieure à celle du niveau de la grille ou avaloir le plus bas raccordé à la conduite stockante afin d'éviter tout débordement sur la route. Le clapet limiteur de débit, associé à une conduite surdimensionnée, permet donc de faire de la rétention sous chaussée, sans emprises complémentaires, y compris sous une chaussée en pente, d'où un gain d'espace très appréciable dans les zones urbaines qui sont souvent les plus touchées par cette problématique du ruissellement urbain. Surtout, lorsque le clapet s'ouvre, les inévitables dépôts bloqués devant l'ajutage sont évacués avec le flux hydraulique, ce qui empêche tout colmatage et limite l'entretien à un simple contrôle de fonctionnement. Ce d'autant plus que l'ajutage (2) du clapet mobile (1) est ménagé à sa base grâce à sa forme non jointive (et non pas un simple orifice), ce qui évite que des détritus se fixent dessus lorsqu'il s'ouvre. La FIG. 2 présente un exemple non limitatif d'utilisation du clapet limiteur de débit avec une conduite stockante de diamètre 800 mm, posée à 4% de pente et à 80 cm sous le terrain naturel, ce qui correspond aux instructions techniques habituelles. Dans cette configuration, il suffit d'intercaler un clapet limiteur tout les 20 m dans un regard de visite pour obtenir un stockage d'environ 0.5 m3/ml. Cela permet de compenser une voirie d'environ 5 m de large sans autre organe de rétention et sans débordement sur chaussée. Le nombre de clapets nécessaires par rapport au linéaire de conduites stockantes est calculé de manière à optimiser le volume de stockage. Il varie en fonction de la pente et de la profondeur de pose. Moins la voirie est en pente et plus la conduite est profonde, moins il en faut. Dans cette configuration un tel clapet limiteur de débit pourrait être pourvu d'un système de fermeture forcée capable de résister à une pression d'eau de 1,3 m. - 4 - La FIG. 3 illustre le fonctionnement d'un système de ce type mis en oeuvre selon l'exemple de la FIG. 2. Le niveau d'eau à l'amont, qui déclenche l'ouverture du clapet est noté (H1). Le dispositif de fermeture forcée est réglé pour qu'il soit complètement ouvert lorsque la hauteur d'eau à l'amont atteint un niveau (H2). Ce niveau de consigne (H2), qui correspond à une ouverture complète du clapet, est fixé de manière à ce que l'eau ne puisse déborder sur la chaussée (en-dessous du niveau de la grille ou de l'avaloir le plus bas raccordé sur la conduite concernée). Selon l'exemple non limitatif développé ci-dessus (conduite stockante de diamètre 800 mm, posée à 4% de pente et à 80 cm sous le terrain naturel), la valeur H2 pourrait être fixée à environ 1,5 m ce qui signifie que le clapet mobile serait complètement ouvert lorsque la hauteur d'eau stockée à l'amont atteindrait 1,5m par rapport au fil d'eau. Lorsque le clapet est fermé, l'écoulement de l'eau est limité par l'ouverture ménagée dans le clapet qui constitue ainsi un ajutage (2). La capacité d'évacuation de cet ajutage est à déterminer en fonction du type de rétention recherchée, du volume de stockage disponible et de la superficie de la zone imperméabilisée située à l'amont. Les eaux de ruissellement collectées transitent dans la conduite stockante. Lorsque le débit entrant (Qe) résultant du ruissellement est supérieur à la capacité d'évacuation de l'ajutage du clapet limiteur de débit, la conduite stockante commence à se remplir. Le pic de débit est alors écrêté à la valeur donnée par l'ajutage clapet fermé (Qf). Tant que la pluie continue, le débit sortant (Qs) délivré à l'aval reste celui donné par l'ajutage et le niveau d'eau (H) monte dans la conduite. Lorsque le niveau de déclenchement (H1) est atteint, par exemple 30 cm sous le niveau de la grille ou avaloir le plus bas raccordé à la conduite, le clapet commence à s'ouvrir, augmentant progressivement le débit sortant relâché à l'aval (fonction surverse). Si le niveau d'eau amont continue à augmenter et atteint la hauteur (H2), le clapet mobile finit alors par être complètement ouvert, délivrant le débit clapet ouvert (Qo), équivalent à une conduite de diamètre 400mm, sans perte de charge, ce qui correspond au dimensionnement d'un réseau classique pour la voirie concernée. Le clapet limiteur de débit peut également être associé à un petit bassin de rétention individuel. Dans ce cas, il permet alors la mise en place d'un ajutage de faible diamètre, sans risque de colmatage.35 - 5 - Les avantages de ce dispositif sont les suivants : - stockage en pente possible grâce à l'utilisation de conduites stockantes posées sous chaussée selon le même profil que la voierie ; autocurage assuré à chaque forte pluies, donc pas de curage préventif nécessaire ; - pas de colmatage de l'ajutage ; - surverse à ouverture progressive, évitant les pics de débit difficiles à gérer; - installation simple, rapide et adaptable ; - aucun filtre nécessaire à l'amont ; utilisation possible sur d'anciennes conduites pour leur redonner un fonctionnement proche d'un écoulement naturel (progressivité de la réaction du réseau) ; en cas de forte pluie, ouverture totale du clapet pour un écoulement équivalent à celui d'un réseau classique sans pertes de charges ; possibilité, lorsqu'il est associé à des systèmes de rétention peu volumineux, de mettre en place un ajutage de faible diamètre sans colmatage ; Ce clapet limiteur de débit peut être utilisé sur tous les réseaux d'eaux pluviales situés dans les centres urbains ou l'espace fait défaut et ou les ruissellements importants par temps de pluie peuvent provoquer des inondations. Plus généralement, il se justifie pleinement partout ou un règlement d'assainissement impose des dispositifs de compensation des superficies imperméabilisées (voierie, parking, lotissements, grandes surfaces, programmes immobiliers, aéroports...). REVENDICATIONS1) Clapet limiteur de débit caractérisé en ce qu'il comporte un clapet mobile (1) comprenant un ajutage à sa base (2) et qui est maintenu fermé grâce à un système de fermeture forcée (3) qui lui permet de limiter le débit d'un fluide le traversant et qui peut s'ouvrir pour laisser passer un débit plus important lorsque la pression de ce fluide à l'amont devient trop importante. 2) Clapet limiteur de débit selon la revendication 1 caractérisé en ce que le clapet mobile (1) comprend un ajutage (2) qui est ménagé à sa base grâce à sa forme non jointive (et non pas un simple orifice), ce qui évite que des détritus se fixent dessus lorsqu'il s'ouvre. 3) Clapet limiteur de débit selon la revendication 1 caractérisé en ce que le système de fermeture forcée (3) est constitué de deux ressorts hélicoïdaux fixés, pour une extrémité, sur le corps fixe du clapet et pour l'autre sur le clapet mobile et dont la résistance à l'ouverture est fixée en fonction de la hauteur d'eau à retenir en amont. 4) Clapet limiteur de débit selon la revendication 3 caractérisé en ce que le système de fermeture forcée (3) est réglable grâce à un dispositif spécifique de précontrainte (4) réalisé grâce à la fixation des extrémités des ressorts hélicoïdaux au clapet mobile (1) via une tige filetée fixée à ces extrémités, traversant la partie supérieure du clapet mobile, et bloquée grâce à un écrou qui vient en butée sur le clapet mobile.