Brevet FR3011189A1 — publié le 20150403

PLANCHER POUR FILTRE GRAVITAIRE A MEDIA FILTRANT POUR LE TRAITEMENT D'EAU, ET CAISSON POUR UN TEL PLANCHER. L'invention est relative à un plancher pour filtre gravitaire à média filtrant, pour le traitement d'eau, plancher du genre de ceux qui comportent des caissons disposés sur un radier et supportant au moins une couche de média filtrant granulaire, chaque caisson comportant une paroi supérieure munie d'orifices pour le passage d'eau filtrée, ou d'eau et/ou d'air de lavage. Les planchers à caissons peuvent être utilisés à la place de planchers en béton, dont la construction est relativement longue. EP 0 562 182 propose un drain, ou caisson, préfabriqué pour réaliser de tels planchers. Les drains sont reliés bout à bout avec établissement d'une étanchéité par joint entre deux drains qui se suivent. Les drains sont ancrés au radier du filtre, après coulage d'un mortier de première phase, pour former des rampes continues. La structure intérieure d'un drain comporte plusieurs parois internes pour définir des chambres destinées aux flux d'eau et d'air de lavage. La disposition des parois internes est prévue pour homogénéiser les pressions et pour, autant que possible, assurer une répartition uniforme des débits de fluide à travers les orifices de la paroi supérieure du caisson. Cette structure intérieure complexe des drains entraîne des coûts de fabrication élevés. En outre, la mise en place nécessitant l'assemblage étanche de plusieurs drains bout à bout est relativement longue et coûteuse. De plus, il est souhaitable que l'uniformité de la répartition du débit de fluide de lavage à travers les orifices de la paroi supérieure des caissons soit améliorée. L'invention a pour but, surtout, de proposer un plancher du genre défini précédemment qui soit d'une réalisation plus économique et rapide, tout en assurant une bonne répartition de l'écoulement des fluides de lavage à travers les orifices de la paroi supérieure des caissons. Selon l'invention, un plancher de filtre gravitaire à média filtrant pour traitement d'eau, du genre défini précédemment, est caractérisé en ce que chaque caisson présente une section intérieure libre de toute paroi, est complètement fermé à une extrémité tandis que son extrémité opposée est partiellement fermée et comporte un orifice d'entrée/sortie d'eau en partie basse, et un orifice d'entrée d'air en partie haute, et en ce que les orifices de la paroi supérieure du caisson sont équipés de buselures propres à assurer une répartition relativement uniforme des débits de fluide. Les caissons sont d'une seule pièce. Les assemblages de caissons modulaires sont évités. Dans le cas d'un plancher rectangulaire, les caissons s'étendent suivant toute une dimension du plancher, la longueur des caissons étant égale à ladite dimension du plancher, ou suivant la moitié de ladite dimension, chaque caisson ayant une longueur égale à ladite moitié de dimension, et deux caissons étant disposés tête-bêche, avec leurs extrémités ouvertes adjacentes. De préférence, les caissons sont disposés avec leur longueur orientée parallèlement à la largeur du plancher. La section intérieure d'un caisson étant libre, ce caisson peut être réalisé par extrusion, de manière rapide et économique. Avantageusement, la section transversale des caissons est rectangulaire. De préférence, les caissons sont directement posés sur un lit de mortier de première phase parallèlement les uns aux autres, en étant séparés par un espace réduit, de préférence compris entre 50mm et 100mm. Un mortier de deuxième phase est coulé dans l'espace entre les caissons. Pour chaque caisson, l'orifice d'entrée/sortie d'eau, situé en partie basse d'une paroi d'extrémité, présente une section de passage qui peut être comprise entre 120 et 160 cm2, de préférence d'environ 140 cm2, tandis que l'orifice d'entrée d'air, situé dans la même paroi d'extrémité en partie haute, présente une section d'environ 13 cm2. Des pièces de raccord entre les orifices d'entrée/sortie d'eau et d'air des caissons peuvent être scellées dans un canal d'arrivée d'eau et d'air de lavage prévu sur un côté du filtre. L'invention est également relative à un caisson pour plancher de filtre gravitaire du genre défini précédemment, ce caisson comportant une paroi supérieure munie d'orifices pour le passage d'eau filtrée ou de lavage, et/ou d'air de lavage, et étant caractérisé en ce qu'il présente une section intérieure libre de toute paroi, est complètement fermé à une extrémité, tandis que l'extrémité opposée est partiellement fermée et comporte un orifice d'entrée/sortie d'eau en partie basse, et un orifice d'entrée d'air en partie haute, et en ce que les orifices de la paroi supérieure du caisson sont équipés de buselures, propres à assurer une répartition relativement uniforme des débits de fluide. Avantageusement, le caisson est réalisé en matériau composite, en particulier avec résine isophtalique, conforme aux exigences des normes relatives aux matériaux mis en contact de l'eau destinée à la consommation humaine. La surface supérieure du caisson comporte une distribution uniforme d'orifices recevant les buselures. Ces buselures permettent le passage d'eau filtrée lors de l'étape de filtration, et le passage d'eau et/ou d'air de lavage lors de l'étape de lavage du média filtrant. La distribution des orifices de la paroi supérieure, et donc des buselures, est optimisée de manière à garantir une distribution idéale et uniforme de l'eau et de l'air lors de l'étape de lavage à contrecourant. Les surfaces latérales du caisson sont avantageusement équipées d'au moins une ailette, qui permet de renforcer le scellement dans le mortier. Les ailettes équipant les surfaces latérales sont disposées, de préférence, à des hauteurs différentes pour faciliter l'accrochage dans un mortier de deuxième phase. La surface inférieure du caisson peut aussi être équipée d'au moins une ailette pour renforcer le scellement dans un mortier de première phase. Les dimensions des caissons sont modulables de manière à s'adapter à toute surface de filtre. La longueur peut être comprise entre 1 mètre et 5 mètres, la largeur entre 300 et 400 mm, et la hauteur entre 200 et 400 mm. Le caisson est avantageusement obtenu par extrusion d'une ébauche découpée à la longueur souhaitée, qui correspond généralement à une dimension, largeur ou longueur, ou à la moitié de ladite dimension, d'un plancher de filtre rectangulaire. Les deux extrémités ouvertes de l'ébauche de caisson sont ensuite fermées par une paroi transversale d'extrémité collée ou soudée, et l'une des parois d'extrémité est percée pour la réalisation de l'orifice d'entrée/sortie d'eau, et celui pour l'entrée de l'air de lavage. L'invention est également relative à un procédé de construction d'un plancher de filtre gravitaire, du genre défini précédemment, selon lequel les caissons sont directement posés sur le radier du filtre sans ancrage, en étant séparés par un espace réduit, de préférence compris entre 50mm et 100mm, après coulage d'un lit de mortier de première phase et, après que les caissons ont été posés, un coulage d'un mortier de deuxième phase est réalisé entre les caissons. Après coulage du mortier de deuxième phase, la ou les couches de média filtrant sont répandues sur les caissons équipés des buselures. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci- dessus, en un certai n nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'un exemple de réalisation décrit avec référence aux dessins annexés, mais qui n'est nullement limitatif. Sur ces dessins : Fig. 1 est une vue schématique partielle de dessus d'un plancher de filtre selon l'invention. Fig. 2 est une coupe schématique suivant la ligne II-II de Fig. 1 du filtre. Fig. 3 est une vue en perspective, à plus grande échelle, d'un caisson selon l'invention. Fig. 4 est une vue, à plus grande échelle, de l'extrémité du caisson munie d'orifices, et Fig. 5 est une vue, à plus grande échelle, d'une buselure qui équipe chaque orifice de la paroi supérieure du caisson. En se reportant à Fig. 1 et 2, on peut voir un plancher 1 de filtre ouvert gravitaire à média filtrant 2 formé, en particulier, par un matériau granulaire notamment du sable, pour le traitement d'eau. Le filtre comporte au moins une couche N de média filtrant. Généralement plusieurs couches de granulométries différentes sont superposées et supportées pat le plancher 1. Ce plancher est réalisé avec des caissons 3. Chaque caisson comporte une paroi supérieure 5 munie d'orifices 6 pour le passage d'eau filtrée de haut en bas, ou pour le passage d'eau et/ou d'air de lavage, de bas en haut. Selon l'invention, chaque caisson 3 présente une section intérieure libre de toute paroi, comme visible sur Fig. 2. Le caisson 3 est réalisé d'une seule pièce et s'étend parallèlement à l'une des dimensions du plancher, généralement de forme rectangulaire. La longueur d'un caisson est de préférence égale à ladite dimension, largeur ou longueur du plancher. En variante, si la dimension est élevée, notamment supérieure à 5m, la longueur d'un caisson est égale à la moitié de ladite dimension, et deux caissons sont disposés tête-bêche suivant ladite dimension, avec des extrémités ouvertes adjacentes. Avantageusement, le caisson 3 s'étend parallèlement à la largeur du plancher, la longueur d'un caisson 3 pouvant atteindre 5 m. Chaque caisson 3 peut être réalisé par extrusion, en matériau composite, notamment résine isophtalique, conforme aux exigences des normes françaises et internationales relatives aux matériaux mis en contact de l'eau destinée à la consommation humaine. Les caissons 3 sont directement posés sur le radier 4 du filtre, sans ancrage, et après coulage d'un lit de mortier 7 (Fig. 2) de première phase, en étant séparés par un espace réduit J, de préférence compris entre 50mm et 100mm, notamment de 70mm. Une fois les caissons 3 posés, comme illustré sur Fig. 2, du mortier 8 est coulé, lors d'une deuxième phase, entre chaque rampe de caissons. La section transversale d'un caisson, comme visible sur Figures 2-4, a une forme rectangulaire dont la grande dimension est disposée horizontalement. Pour la fabrication, une ébauche de caisson est réalisée par extrusion et se présente sous forme d'un prisme à section rectangulaire, dont les parois sont pleines. L'ébauche de caisson 3 est découpée à la longueur souhaitée, les deux extrémités longitudinales de l'ébauche étant ouvertes. Une extrémité de l'ébauche est fermée par une paroi transversale 3a (Fig. 3), soudée ou collée de manière étanche à l'extrémité correspondante du caisson 3. L'autre extrémité longitudinale du caisson est fermée de manière étanche de la même manière par une paroi transversale 3b. Une ouverture 9, notamment de forme rectangulaire et dont la surface peut être de l'ordre de 120 à 160 cm2 est découpée dans la paroi d'extrémité 3a en partie basse de ladite extrémité. Cette ouverture 9 est destinée au passage de l'eau. Une ouverture 10, de plus faible section, notamment de l'ordre de 10 à 15 cm2, et généralement de forme circulaire, est prévue en partie haute de la paroi d'extrémité 3a comportant l'ouverture 9. Cette ouverture 10 permet le passage de l'air lors du lavage du filtre. Les ouvertures 9 et 10 sont prévues pour recevoir des pièces de raccord (non représentées) qui sont scellées dans un canal (non représenté) d'eau et d'air de lavage. Les dimensions de ces pièces de raccord varient selon l'épaisseur de la paroi séparant le filtre du canal pour l'air et pour l'eau. Après extrusion de l'ébauche, les orifices 6 sont réalisés dans la paroi supérieure de cette ébauche comme visible sur Fig. 3. Le perçage des orifices 6 est réalisé selon une distribution uniforme d'orifices, chaque orifice ayant un diamètre lui permettant de recevoir une buselure 11 qui permet le passage d'eau lors de l'étape de filtration, de haut en bas, et le passage d'eau et d'air lors de l'étape de lavage du média filtrant, de bas en haut. Chaque buselure 11 comporte une tête 12a munie de fentes verticales suffisamment fines pour s'opposer au passage du matériau filtrant, et une queue cylindrique 12b constituée par un tube ouvert à sa partie inférieure et plongeant dans la nappe d'eau E (Fig.2) se trouvant en partie basse du caisson. La queue 12b comporte des fentes verticales 12c traversant le niveau 13 supérieur de la couche d'eau E. La partie supérieure des fentes 12c se trouve dans la couche d'air A surmontant la couche d'eau E. De l'air de lavage peut donc passer par cette partie supérieure des fentes 12c pour s'écouler verticalement vers le haut, en se mélangeant à de l'eau également injectée de bas en haut. Les buselures 11 sont fixées de manière étanche sur la paroi supérieure 5 du caisson et permettent d'assurer une distribution uniforme de l'air et de l'eau de lavage dans la couche N de matériau filtrant. Les deux surfaces latérales verticales de chaque caisson 3 sont avantageusement équipées d'au moins une ailette horizontale 14. Cette ailette peut être obtenue d'un seul tenant avec l'ébauche du caisson lors de l'extrusion de cette ébauche. Les ailettes 14 permettent de renforcer le scellement des caissons 3 dans le mortier 7 de première phase, et dans le mortier 8 de deuxième phase, et de solidariser l'ensemble des caissons pour ne former qu'un seul plancher. Les ailettes équipant les surfaces latérales sont disposées, de préférence, à des hauteurs différentes pour faciliter l'accrochage dans le mortier de deuxième phase. La surface inférieure du caisson peut aussi être équipée d'au moins une ailette 14, verticale, pour renforcer le scellement dans le mortier de première phase. Les dimensions des caissons 3 sont modulables, de manière à pouvoir s'adapter à toute surface de filtre : - la longueur L peut être comprise entre 1 et 5 mètres - la largeur W (Fig. 3) peut être comprise entre 300 et 400 mm - la hauteur H peut être comprise entre 200 et 400 mm. Le caisson 3 étant d'une seule pièce et complètement fermé à une extrémité, aucun raccord étanche n'est à effectuer contrairement au cas où 2 0 plusieurs drains sont assemblés bout à bout. Les planchers réalisés avec des caissons 3 selon l'invention présentent de nombreux avantages. Installation rapide et aisée des planchers : 25 Les travaux de génie civil sont fortement réduits et très simples à réaliser : - toutes les opérations de production d'éléments préfabriqués, tels que des dalles, des poutres, et les opérations de ferraillage sont évitées ; - le coulage d'un mortier 8 de seconde phase entre les caissons 3 est facilité par une distance J suffisante entre caissons ; 30 - les opérations de pose des caissons 3 sont également simplifiées : - ces caissons étant directement posés sur un lit de mortier, tous les travaux d'ancrage des caissons au radier sont évités ; - la forme des caissons en parallélépipède rectangle permet de faciliter les opérations de réglage et de calage des caissons pour obtenir 35 l'horizontalité recherchée du plancher ; - les tolérances de planéité sont plus facilement accessibles que dans le cas de planchers en béton ; - en raison du faible poids au mètre linéaire des caissons 3, ces derniers peuvent être maniés manuellement, sans qu'il soit nécessaire de faire appel à des moyens de levage motorisés, tels que des grues ; - les étapes de contrôle sont réduites : il s'agit uniquement de vérifier l'horizontalité de l'ensemble des caissons, et de procéder à des tests d'étanchéité une fois ces caissons montés, en particulier dans la zone de raccord entre les caissons et un canal d'arrivée d'eau et d'air ; - enfin, la mise en oeuvre des planchers ne dépend pas du savoir-faire ou de la maîtrise, par les entreprises de génie civil, de techniques de préfabrication, et peut donc être réalisée dans de nombreux pays, sans nécessité d'un niveau technologique élevé. Plus grande fiabilité des planchers : - l'étanchéité des planchers, avec les caissons selon l'invention, peut être obtenue plus facilement, et à moindre coût, que dans le cas de planchers en béton ; l'étanchéité est en effet assurée par les caissons eux-mêmes, sans faire intervenir de joints coûteux ; - l'étanchéité des planchers est plus simple que celle à réaliser avec des drains manufacturés qui nécessitent d'assembler plusieurs drains et de réaliser une étanchéité entre les drains assemblés ; - le matériau utilisé pour la fabrication des caissons présente des propriétés de résistance mécanique : flexibilité constante, absence de déformation rémanente, stabilité dimensionnelle, et des propriétés de résistance chimique, notamment résistance à la corrosion, ce qui permet d'obtenir une durabilité plus élevée que pour des planchers en béton ; - du fait de la simplicité des matériaux utilisés et de la structure des caissons, ces derniers sont préparés à la demande, de préférence par extrusion, en étant adaptés aux dimensions du plancher à construire ; selon l'invention, il n'y a plus de poutres porteuses dans le radier, ni de joints, ni d'éléments préfabriqués. Les risques d'aléas de construction des planchers sont réduits, ce qui permet de limiter les facteurs susceptibles d'engendrer des sinistres. Réduction des coûts de fabrication et de montage : en raison de : - l'utilisation d'un matériau composite à faible coût ; - un profilé de caisson : tube à section rectangulaire dépourvu de parois intérieures, beaucoup plus simple que celui de drains manufacturés avec parois intérieures ; - une production de caissons standardisés, et un volume journalier important ; - une adaptation aisée des machines de production, permettant d'obtenir une grande modularité des caissons, avec variabilité de la longueur des caissons en fonction des dimensions, notamment la largeur exacte des filtres à réaliser - la faible hauteur des caissons, qui permet de réduire la hauteur totale du filtre, tout en conservant la même hauteur de média filtrant. Cette réduction permet notamment de réduire fortement les coûts de génie civil de construction des filtres. Toutes ces caractéristiques permettent d'obtenir des coûts de production inférieurs à ceux des autres planchers connus, qu'ils soient réalisés en béton, ou à l'aide de drains plastiques manufacturés. Réduction des délais de fabrication et de pose : - la simplicité du profilé, ainsi que la standardisation des opérations de production, permettent d'obtenir des délais de fabrication inférieurs à ceux nécessaires pour des drains plastiques avec parois intérieures ; - toutes les opérations complexes de génie civil sont évitées : pas de ferraillage, pas d'ancrage, et les délais de pose des caissons sont également nettement inférieurs à ceux rencontrés pour la construction de planchers en béton. Etude comparative Une étude comparative a été effectuée à propos des coûts et délais de construction d'un plancher pour filtre ouvert gravitaire en eau potable d'une installation répondant aux caractéristiques suivantes : - capacité de traitement de 430.106 litres/jour ; - superficie filtrante totale de 2160 m2 ; - station de filtration composée de 12 filtres double-cellule de 180 m2 de surface unitaire, de longueur = 18 m et de largeur = 2 x 5 m. Le coût total d'une station réalisée avec les caissons selon l'invention a été estimé inférieur d'environ 20% à celui obtenu avec les techniques connues de béton armé ou de drains manufacturés, avec un délai de construction du même ordre que celui obtenu avec des drains manufacturés et nettement inférieur à celui de planchers en béton. Applications industrielles L'invention peut s'appliquer à la construction et à la réhabilitation de filtres ouverts gravitaires ou fermés sous pression, à média filtrant : sable, anthracite, charbon actif en grains, ou autre média y compris des mélanges de ces matériaux, pour la production d'eau potable, la filtration d'eau de mer, ou le traitement d'eaux résiduaires.40 REVENDICATIONS1. Plancher pour filtre gravitaire à média filtrant, pour le traitement d'eau, comportant des caissons disposés sur un radier et supportant au moins une couche de média filtrant granulaire, chaque caisson comportant une paroi supérieure munie d'orifices pour le passage d'eau filtrée, ou d'eau et/ou d'air de lavage, caractérisé en ce que chaque caisson (3) présente une section intérieure libre de toute paroi, est complètement fermé à une extrémité (3b) tandis que son extrémité opposée (3a) est partiellement fermée et comporte un orifice d'entrée/sortie d'eau (9) en partie basse, et un orifice d'entrée d'air (10) en partie haute, et en ce que les orifices (6) de la paroi supérieure du caisson sont équipés de buselures (11) propres à assurer une répartition relativement uniforme des débits de fluide. 2. Plancher selon la revendication 1, caractérisé en ce que les caissons (3) sont d'une seule pièce. 3. Plancher rectangulaire selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les caissons (3) s'étendent suivant toute une dimension du plancher, la longueur des caissons étant égale à ladite dimension du plancher, ou suivant la moitié de ladite dimension, chaque caisson ayant une longueur égale à ladite moitié de dimension, et deux caissons étant disposés tête-bêche, avec leurs extrémités ouvertes adjacentes. 4. Plancher selon la revendication 3, caractérisé en ce que les caissons (3) sont disposés avec leur longueur orientée parallèlement à la largeur du plancher. 5. Plancher selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les caissons sont directement posés sur un lit (7) de mortier de première phase parallèlement les uns aux autres, en étant séparés par un espace réduit (J), de préférence compris entre 50mm et 100mm, un mortier (8) de deuxième phase étant coulé dans l'espace entre les caissons. 6. Caisson pour plancher de filtre gravitaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant une paroi supérieure munie d'orifices pour le passage d'eau filtrée ou de lavage, et/ou d'air de lavage, caractérisé en ce qu'il présente une section intérieure libre de toute paroi, est complètement fermé à une extrémité (3b), tandis que l'extrémité opposée (3a) estpartiellement fermée et comporte un orifice d'entrée/sortie d'eau (9) en partie basse, et un orifice d'entrée d'air (10) en partie haute, et en ce que les orifices (6) de la paroi supérieure du caisson sont équipés de buselures (11) , propres à assurer une répartition relativement uniforme des débits de fluide. 7. Caisson selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est réalisé en matériau composite, en particulier avec résine isophtalique, conforme aux exigences des normes relatives aux matériaux mis en contact de l'eau destinée à la consommation humaine. 8. Caisson selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que les surfaces latérales du caisson (3) sont équipées d'au moins une ailette (14), qui permet de renforcer le scellement dans le mortier. 15 9. Caisson selon la revendication 8, caractérisé en ce que les ailettes (14) équipant les surfaces latérales sont disposées à des hauteurs différentes. 10. Caisson selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que la surface inférieure du caisson (3) est équipée d'au moins une ailette (14), qui permet de 2 0 renforcer le scellement dans le mortier. 11. Caisson selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce qu'il est obtenu par extrusion d'une ébauche découpée à la longueur souhaitée, les deux extrémités ouvertes de l'ébauche de caisson étant ensuite 25 fermées par une paroi transversale d'extrémité collée ou soudée, et l'une des parois d'extrémité est percée pour la réalisation de l'orifice d'entrée/sortie d'eau (9), et celui (10) pour l'entrée de l'air de lavage. 12. Procédé de construction d'un plancher de filtre gravitaire, selon l'une 30 quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les caissons (3) sont directement posés sur le radier (4) du filtre sans ancrage, en étant séparés par un espace réduit, de préférence compris entre 50mm et 100mm, après coulage d'un lit de mortier (7) de première phase et, après que les caissons ont été posés, un coulage d'un mortier (8) de deuxième phase est réalisé entre les 35 caissons. 10