Brevet FR3038923A1 — publié le 20170120

DISPOSITIF DE CHASSE A VIDANGE TOTALE D'UNE CUVE TAMPON A DECLENCHEMENT PAR CONTRE POIDS SOLIDARISABLE ET A FLOTTEUR A IMMERSION VARIABLE Le dispositif selon la présente invention concerne une chasse d'un fluide contenu dans une cuve tampon avec un déclenchement par contre poids solidarisable au dispositif, et flotteur à immersion variable, visant principalement les installations d'assainissement de petite capacité. On connaît des installations de traitement des eaux usées collectives et autonomes. Ces installations comportent une arrivée des fluides, généralement des eaux usées domestiques, qui sont déversées sur un filtre afin de pouvoir retenir les matières organiques d'une part et de diffuser l'eau par un rejet en milieu naturel d'autre part. Ces filtres sont des filtres dits "filtres à sable" ou filtres plantés de roseaux comprenant généralement un filtre terrassé avec plusieurs couches de matériaux minéraux filtrants, de granulométries variant de la plus grosse à la plus fine du bas vers le haut du filtre. Ainsi la première couche peut comporter du matériau drainant (type 20/40), la seconde un gravier de transition (type 5-20) et enfin une troisième du gravier (type 2-6), cette troisième couche étant la couche de filtration pour donner un exemple. Les matières organiques retenues dans ces couches sont digérées par des microorganismes travaillant de façon aérobie. Ce type de filtre ne présente pas de durée de vie limite tant que son utilisation reste conforme à ce que prévoit son dimensionnement initial. Pour fonctionner ledit filtre est complété par deux réseaux, un réseau de répartition du fluide en surface des couches avec une alimentation en fluide chargé et un réseau de collecte de l'eau filtrée, en partie inférieure des couches, avec une sortie d'eau claire. Un problème se pose quant à la répartition du fluide chargé sur la totalité de la surface du filtre. En effet, le réseau en surface est constitué de rampes de répartition, dont la sortie est située à la surface du massif filtrant. Or les débits de fluide chargé entrant dans l'installation sont généralement très faibles, et donc inaptes à se propager sur l'intégralité du filtre au travers des rampes de répartition. La conséquence est une répartition sur une faible partie du massif filtrant, ce qui laisse une importante surface non sollicitée. 3038923 2 Il est donc connu de prévoir en amont de ce réseau de répartition, une cuve qui collecte les eaux usées pour constituer un volume tampon. Cette cuve tampon est équipée d'une chasse qui assure une libération rapide d'un volume important de fluide, celui accumulé dans la cuve, ce qui charge l'ensemble des rampes de répartition et assure 5 une répartition surfacique complète et homogène du massif filtrant. La chasse de ce type de cuve présente des contraintes de réalisation car il faut qu'elle fonctionne avec des fluides chargés et de façon purement mécanique car il n'y a pas d'alimentation électrique prévue pour ce type de station d'épuration. De plus un agencement purement mécanique rend le dispositif plus fiable. 10 Il faut aussi que le volume dans la cuve tampon puisse être éventuellement réglable dans un plage donnée, pour permettre un ajustement, par exemple, de la surface de filtration. Enfin, il s'agit d'un accessoire donc la réalisation doit être industriellement simple. On connaît par exemple le brevet US 5 290 434 qui décrit une chasse comportant un tube avec une 15 zone souple susceptible de se courber, raccordé par une de ses extrémités à une sortie ménagée en partie basse d'une cuve tampon et muni à l'autre de ses extrémités d'une tête flottante. Cette tête flottante est un boîtier fermé dans lequel débouche de façon étanche ladite extrémité dudit tube, au-delà de la partie susceptible de se courber. Le boîtier fermé de cette tête comprend une ouverture ménagée sur sa face supérieure. 20 Lorsque la cuve est vide, le boîtier est vide et repose au fond de la cuve, l'ouverture vers le haut. Tout le fluide a été évacué par gravité à travers le tube. Lorsque du fluide est introduit dans la cuve tampon, le boîtier flotte car il est plein d'air, il suit donc la surface qui s'élève avec le niveau de fluide. Néanmoins, lorsqu'une hauteur donnée est atteinte, comme le boîtier se trouve retenu par le tube 25 souple, il passe sous le niveau de la surface. Du fluide pénètre alors à travers l'ouverture dans le boîtier qui se remplit et le boîtier coule lorsque son poids est supérieur à la poussée d'Archimède. Dès lors le fluide contenu dans la cuve tampon s'écoule par ledit tube sans aucune retenue et la cuve se vide. Ce dispositif est surtout lié à la nature du tube souple et les mouvements nombreux de pliage sur des durées de plusieurs années peuvent engendrer des variations de résistance et donc provoquer des dysfonctionnements. De plus il n'y a aucune possibilité de réglage de la hauteur du niveau dans la cuve. 3038923 3 Surtout on constate qu'il n'y a pas d'effet d'aspiration du fond de l'ouvrage et il ne s'agit donc pas d'un système à vidange totale. On connaît aussi le brevet FR 2 861 109 qui est une amélioration du brevet précédent dans le sens 5 où la boîte comprend son propre tube d'évacuation du fluide contenu dans la boîte et il est prévu deux tubes d'évacuation indépendants, portant chacun un coude de façon à générer un effet de siphon. Cette invention utilise la même boîte que le brevet précédent et cet agencement présente un inconvénient important en terme de compacité. 10 II faut recourir à trois tubes qui sont des produits coûteux et encombrant pour l'usage sur de très petites unités. L'effet de siphon était connu et décrit dans la demande de brevet FR 2 690 955 antérieure, le flotteur à remplissage, destiné à provoquer l'amorçage étant également décrit dans cette même demande de brevet. 15 Les systèmes existants ne sont pas adaptés aux installations de type autonome, autant à cause du problème économique que d'un encombrement inadaptable aux très petits volumes requis pour cet usage. A l'inverse, les systèmes destinés aux installations autonomes actuels ne sont pas conçus pour fonctionner avec de l'eau brute et ne sont pas à vidange totale et sont donc réservés à un 20 usage après fosse toutes eaux. La présente invention vise un dispositif de chasse à contrepoids solidarisable et à flotteur à immersion variable ayant une viabilité technico-économique pour les très petites installations. Le dispositif proposé vise à être installé dans un ouvrage C tampon particulièrement compact, 25 compatible notamment avec les volumes requis pour un usage sur une installation d'assainissement autonome. Le dispositif propose également un processus de fabrication compatible avec les exigences, financières notamment, de la vente à des particuliers. La présente invention est maintenant décrite en détail en regard des dessins annexés, dessins sur 30 lesquels les différentes figures représentent : - Figure 1 : Vues 3D de l'ouvrage avec numérotation des éléments, - Figures 2 (a à f) : synoptique de fonctionnement du dispositif selon l'invention 3038923 4 Le dispositif selon la présente invention comprend un châssis 1, fixé sur un bac flotteur 2 lui-même solidaire d'un ensemble tubulaire 3 d'évacuation. Ce châssis 1 est monté articulé par son extrémité proximale par rapport au fond d'une cuve tampon Ç, partiellement représentée car parfaitement 5 connue de l'homme de l'art. Le châssis 1 est articulé autour d'un axe XX', parallèle au fond de la cuve tampon C dans laquelle il est monté et auquel il est rattaché, comme le montre la Figure 1. L'ensemble 3 tubulaire d'évacuation contribue à la flottabilité du système, dont il est même seul responsable durant la première phase comme détaillé plus loin. 10 L'ensemble tubulaire est muni à son extrémité proximale 3-1-1 de moyens d'articulation, en l'occurrence d'un manchon 6, souple, par exemple en élastomère, ou tout autre système d'articulation étanche. Le manchon G est solidaire d'une évacuation rigide 7-1, débouchante, aménagée en partie inférieure de la cuve C tampon. De telles évacuations sont généralement reliées à un réseau de 15 répartition d'un filtre du type filtre à sable ou filtres plantés de roseaux, non représenté. Trois plans caractéristiques sont préalablement définis pour préciser l'agencement de l'ensemble tubulaire décrit ci-après : - Le plan PH est le plan, horizontal lorsque la cuve C tampon est vide et la chasse posée au fond de ladite cuve, qui passe par l'axe de la portion tubulaire rectiligne proximale et l'axe XX' d'articulation 20 de la chasse. - Le plan P1 est un plan vertical passant également par l'axe de la portion tubulaire rectiligne proximale de l'ensemble tubulaire. - Le plan P2 est un plan vertical passant par l'axe de la portion tubulaire rectiligne distale de l'ensemble tubulaire. 25 L'ensemble tubulaire est constitué d'une partie 3-1 rectiligne, puis d'un ensemble de coudes dont le premier 3-2, sensiblement à 90°, est situé dans le plan PH horizontal. Le second 3-3, d'angle sensiblement égal à 90 ° aussi forme un angle voisin de 60° avec le premier ramenant l'orientation de la génératrice du tube dans un sens opposé au premier tronçon 3-1 proximal et montant à 60°. Le troisième coude 3-4, toujours d'un angle voisin de 90° est situé dans le plan P2, orientant 30 l'ensemble tubulaire vers le bas selon un angle de 30° environ. Un quatrième coude 3-5 à 20°, également dans le plan P2, permet d'obtenir une orientation vers le bas de 50° environ. Enfin, un 3038923 5 élément tubulaire 3-6 rectiligne plongeant prolonge ce dernier coude 3-5 dans le plan P2 jusqu'à un niveau inférieur au point le plus bas de la portion tubulaire 3-1. L'extrémité 3-6-1 de l'ensemble tubulaire est coupée en biseau de façon que l'ouverture 3-6-2 soit parallèle et à proximité du fond de la cuve, ceci pour au moins une partie de sa périphérie. La surface 5 d'ouverture est alors faiblement inclinée par rapport au fond de la cuve tampon lorsque le châssis et le bac flotteur sont horizontaux, ainsi que cela sera expliqué de façon détaillée plus avant dans la présente description. Cette extrémité plonge dans un espace plus profond de la cuve, permettant une vidange dite totale du reste de l'ouvrage. 10 Le dispositif selon la présente invention comporte un moyen de flottaison additionnel constitué par un bac flotteur 2, solidaire d'une part du châssis 1, et d'autre part de l'ensemble tubulaire 3 au moyen d'éléments 5-1, 5-2, 5-3, 5-4 de liaison. Ce bac flotteur 2 assure la liaison rigide de ces trois éléments. Il présente une fond 2-1 horizontal rectangulaire, et une fermeture du côté proximal en 2 panneaux 2-2 et 2-3 formant un angle de 90°par rapport au fond 2-1 puis de 40° vers l'avant par 15 rapport à la paroi 2-2. Les parois latérales 2-4 sont situées dans des plans parallèles aux plans P1 et P2. Ces parois identiques présentent des arrêtes 2-4-1 et 2-4-2 dont les intersections définissant l'axe YY',sont placées avantageusement dans le quasi-alignement de la paroi interne du coude 3-4. Cette disposition permet d'assurer que l'eau contenue dans la cuve (C) tampon ne puisse s'engager dans l'ensemble tubulaire au-delà de la partie basse du coude 3-4 au cours de la montée de la 20 chasse. Les extrémités distales de ces parois 2-4 présentent des moyens 2-4-4 de support ponctuel d'un contrepoids 4 attaché à la cuve C tampon au moyen d'un élément 4-1 non rigide et support 42 fixe. Ce bac flotteur 2 ne présente pas de fermeture sur le côté distal 2-1-1 permettant sa vidange gravitaire complète par déversement dans la cuve (C) tampon lorsque le dispositif est en position horizontale basse, et que le niveau d'eau dans la cuve (C) tampon est inférieur à la surface 2-1 du 25 bac. Cette conception fait également que le bac flotteur ne peut pas être soumis à la poussée d'Archimède tant que la chasse est en butée basse. En fonction du niveau d'eau dans la cuve tampon, et de l'orientation de l'ensemble articulé, le volume immergé du flotteur variera donc d'une valeur nulle lorsque le dispositif est horizontal, jusqu'à une valeur maximale pour le niveau d'eau également maximal dans la cuve C tampon. La conception des arrêtes 2-4-1 et 2-4-2 de part 30 et d'autres du point de rencontre matérialisé par l'axe YY' est : 3038923 6 - L'Arrête 2-4-1 est conçue pour être située horizontalement au moment de la solidarisation du contrepoids avec le dispositif afin de maximiser la poussée d'Archimède exercée sur le bac flotteur tout en minimisant son poids. -L'Arrête 2-4-2 est conçue pour être située horizontalement au moment du remplissage maximal de 5 la cuve (C) tampon, niveau correspondant à l'amorçage du dispositif, afin là encore de maximiser la poussée d'Archimède dans cette position, tout en minimisant le poids du bac flotteur 2. Un contrepoids 4 est fixé sur la cuve C tampon, suspendu par deux éléments 4-1 non rigides mais non extensibles telles des chainettes ou des câbles. La position de ce contrepoids dans la cuve 10 tampon (C) est calculée selon l'axe longitudinal et l'axe vertical, de sorte qu'il se situe précisément sur la trajectoire des moyens 2-4-4 de support lorsque le dispositif s'élève avec le niveau d'eau dans la cuve tampon, et au contact de ces moyens 2-4-4 lorsque le niveau de l'eau est tangent aux arrêtes 2-4-1 du bac flotteur 2. Le contrepoids sera donc automatiquement solidarisé au dispositif tant que celui-ci aura un angle de rotation tel que l'arrête 2-4-1 du bac flotteur 2 sera montante dans le sens 15 axe yy'-extrémité distale 2-1-1. Il sera automatiquement désolidarisé du dispositif quand l'angle de rotation de celui-ci sera inférieur à cette valeur. La position selon l'axe transversal du contrepoids est définie pour que le centre de gravité de celui-ci soit situé au niveau de la position moyenne de la poussée d'Archimède qui s'exerce sur le dispositif lors de sa montée, entre les positions où le niveau d'eau se situe parallèlement à l'axe 2-4-1 et celui où le niveau se situe parallèlement à l'axe 20 2-4-2. Cette position permet avantageusement de limiter les efforts de torsion du dispositif lors du chargement du contrepoids 4, et de garder ainsi l'axe YY' parfaitement horizontal. Une butée 7-2 est aménagée en fond de cuve assurant le positionnement du dispositif en position horizontale lorsque la cuve tampon est vide. 25 Le fonctionnement du dispositif selon la présente invention est maintenant décrit, en regard d'un exemple de réalisation constitué par les Figures 2a à 2f. Lorsque la cuve tampon est vide, le dispositif est en position horizontale et repose sur la butée 7 située au fond de la cuve, l'extrémité distale 3-6-1 du tube est dans la gorge permettant la vidange totale de la cuve tampon. 30 Lorsque du fluide chargé est introduit dans la cuve, le niveau monte et immerge progressivement l'ensemble 3 tubulaire de vidange, comme le montre la figure 2a. Celui-ci reste vide puisqu'obturé dans sa partie proximale 3-1-1 par un moyen étanche 6 traversant la paroi de la cuve tampon, et à 3038923 7 son extrémité 3-6-1 distale grâce à la disposition des coudes 3-2, 3-3 et 3-4 surélevant la base du conduit d'une valeur supérieure à son diamètre empêchant l'eau d'entrée par ladite extrémité distale. Dès que le niveau est suffisant, la poussée d'Archimède permet de compenser totalement le poids 5 du dispositif. Ce point de fonctionnement est calculé pour être atteint au plus tard lorsque le niveau atteint le fond 2-1 horizontal du bac flotteur comme le montre la Figure 2b . Le dispositif se met donc à flotter en montant par pivotement autour de l'axe XX'. Lors de la montée, la disposition des coudes 3-2, 3-3 et 3-4 interdit à tout moment le passage du fluide dans le tube au-delà du coude 35. 10 La rotation du dispositif autour de l'axe XX' lors de la montée entraîne une variation de l'orientation du bac flotteur 2 par rapport à l'horizontale. Ce changement permet au bac flotteur 2 de contribuer à la flottabilité du système en apportant une part supplémentaire de poussée d'Archimède. Lorsque le niveau atteint correspond à la position horizontale de la partie 2-4-1 du bac flotteur 2, la flottabilité supplémentaire ainsi apportée permet l'emport d'un contrepoids 4 calculé pour que 15 l'ensemble du dispositif continue de flotter, comme le montre la Figure 2c . Lorsque le remplissage de la cuve tampon atteint un niveau correspondant à la position horizontale de la partie 2-4-2 du bac flotteur 2 comme le montre la Figure 2d, l'eau va pénétrer par surverse dans celui-ci, et annuler ainsi le supplément de poussée d'Archimède permettant de soulever le contrepoids 4. Le dispositif ne disposant plus d'une flottabilité suffisante, il va couler. 20 Lorsque le dispositif atteint le niveau où le contrepoids 4 est relâché (arrête 2-4-2 horizontale), l'ensemble 3 tubulaire est avantageusement totalement immergé comme le montre la Figure 2e. L'eau pénètre alors dans le tube par son extrémité 3-6-1 distale. Dès lors, il se produit un effet de siphon du fait de la pression et l'extrémité 3-1-1 proximale étant débouchante, le fluide pénètre dans l'élément 3 tubulaire et amorce l'écoulement. Le fluide sort par l'évacuation prévue avec un 25 fort débit. L'ensemble 3 tubulaire étant alors remplis d'eau, sa flottabilité est à son tour annulée et le dispositif complet par l'intermédiaire du châssis 1 et de la liaison 1-1 poursuit son pivotement retour autour de l'axe XX' jusqu'à revenir en appui sur le fond de la cuve C tampon selon la figure 2f. Le châssis 1 est en partie inférieure et l'effet de siphon se poursuit du fait de la différence de niveau entre l'entrée 3-6-1 du tube et la sortie plus basse dans l'ouvrage suivant (non décrit ici) 30 assurant le vidage complet de la cuve C tampon. Le bac flotteur 2 étant à nouveau en position horizontale, celui-ci va se vider gravitairement dans la cuve C tampon dès que le niveau d'eau dans ladite cuve sera inférieur au fond 2-1 horizontal de ce bac. 3038923 8 La sortie de l'eau de la partie 3-6-1 distale de l'ensemble 3 tubulaire entraîne une entrée d'air dans ledit ensemble, assurant le désamorçage du système se trouvant donc à nouveau dans la position de la Figure 2a. REVENDICATIONS1. Dispositif de chasse d'un fluide accumulé dans une cuve tampon (ÇI comprenant un châssis (1) incluant au moins un ensemble tubulaire (3) ayant une partie rectiligne (3-1) dont une extrémité (3-1-1) proximale est reliée par des moyens d'articulation et d'étanchéité (6) à une évacuation (7-1) portée par ladite cuve n tampon, ledit châssis (1) étant monté pivotant sur une articulation (1-1) par son extrémité proximale autour d'un axe (XX'), par rapport à la cuve (Ç tampon, le châssis (1) étant équipé d'un moyens de flottaison additionnels (2) et d'un contrepoids (4), caractérisé en ce que l'extrémité (3-6-1) distale de l'ensemble tubulaire (3) est munie en amont de quatre coudes (32), (3-3), (3-4) et (3-5) avantageusement disposés, en ce que cet ensemble tubulaire est seul responsable de la flottabilité du système en position horizontale, en ce que ce moyen de flottaison apporteune flottabilité variable et d'une valeur nulle lorsque le dispositif est horizontal, et en ce que le contrepoids (4) soit temporairement solidarisé au dispositif. 2. Dispositif de chasse d'un fluide accumulé dans une cuve (Ç tampon selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble tubulaire (3) de flottaison et d'évacuation, solidaire du châssis (1) et du moyen de flottaison additionnel (2), assemblé de manière compacte pour en réduire l'encombrement, est composé d'un tube rectiligne (3-1), d'un premier coude (3-2) sensiblement à 90° dans un plan horizontal (PH) passant, d'un second coude (3-3) sensiblement à 90° formant un angle montant voisin de 60° avec le premier coude (3-2), d'un troisième coude (3-4) sensiblement à 90° et dans un deuxième plan (P2), parallèle à un premier plan (P1) vertical passant par l'axe du tube rectiligne (3-1), le troisième coude (3-4) orientant l'ensemble tubulaire (3) d'un angle vers le bas de sensiblement 30° par rapport à l'intersection du plan horizontal (PH) et du premier plan (P1), d'un quatrième coude (3-5) à 20° toujours dans le deuxième plan (P2) et augmentant l'angle de plongée à sensiblement 50°, et d'une portion rectiligne (3-6) plongeante terminée en partie par un biseau horizontal (3-6-2) permettant de minimiser la quantité d'eau restante dans la cuve (Ç tampon, et en ce que cet ensemble tubulaire (3) soit seul responsable de la flottaison en position horizontale du dispositif. 3. Dispositif de chasse d'un fluide accumulé dans une cuve (Ç1 tampon selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen (2) de flottaison additionnel comprend un bac flotteur solidaire du châssis (1) et de l'ensemble tubulaire (3), composé d'un fond horizontal (2-1) communiquant avec la cuve (Ç tampon par son extrémité distale (2-1-1) lorsque le dispositif est horizontal et assurant ainsi la vidange dudit moyen de flottaison, dont la partie proximale est fermée 3038923 10 par une première paroi (2-2) selon un premier plan perpendiculaire montant par rapport au fond (2-1), puis une seconde paroi (2-3) formant un angle de sensiblement 40° vers l'avant par rapport à la première paroi (2-2), dont les parois latérales (2-4) parallèles et identiques sont découpés selon deux arrêtes, la première arrête (2-4-1) étant parallèle au niveau de l'eau dans la 5 cuve (Ç tampon à l'endroit où le contrepoids (4) est solidarisé au dispositif, la seconde arrête (2-4- 2) étant parallèle au niveau de l'eau dans la cuve (Çj. tampon à l'endroit d'amorçage du dispositif, et apporte une flottabilité nulle lorsque le dispositif est horizontal, et croissante au cours de la montée du dispositif. 4. Dispositif de chasse d'un fluide accumulé dans une cuve (ÇI tampon selon les revendications 10 2 et 3, caractérisé en ce que l'axe (YY') passant par les intersections des portions linéaires (2-4-1) et (2-4-2) du bac flotteur soit située juste en dessous du point inférieur du troisième coude (3-4) empêchant l'eau de pénétrer au-delà du troisième coude (3-4) dans l'ensemble (3) tubulaire au cours de la montée du dispositif. 5. Dispositif de chasse d'un fluide accumulé dans une cuve (ÇI tampon selon l'une des 15 revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le contrepoids (4) relié de façon non rigide à la cuve (Ç tampon se trouve temporairement et automatiquement solidarisé ou désolidarisé au dispositif au cours de la montée ou descente respectivement dudit dispositif. 6. Dispositif de chasse d'un fluide accumulé dans une cuve (Çj tampon selon la revendication 3, caractérisé en ce que les parois latérales (2-4) du moyen de flottaison additionnel (2) sont munies 20 de moyens de support (2-4-4), destinés à solidariser le contrepoids (4) au cours de la montée du dispositif et à le relâcher au cours de la descente de celui-ci. 7. Dispositif de chasse d'un fluide accumulé dans une cuve (Çj tampon selon la revendication 5, caractérisé en ce que le contrepoids (4) est maintenu à une position précise dans la cuve (_Cj tampon lorsque celui-ci est désolidarisé du dispositif par au moins une liaison non rigide (4-1), elle- 25 même reliée à un support (4-2) fixe solidaire de la cuve (ÇI tampon. 8. Dispositif de chasse d'un fluide accumulé dans une cuve (Çj tampon selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ensemble (3) tubulaire comprends à son extrémité (3-1-1) proximale un manchon (6), souple ou toute articulation étanche le reliant à une évacuation rigide (7-1) solidaire de la cuve (ÇI tampon.