Brevet FR3119850A1 — publié le 20220819

Dispositif de piège à charriage installé sur un collecteur d’eaux chargées dont le but est d’attirer et piéger dans un volume hors du courant principal les particules charriées dans ce collecteur. Il comprend une fosse, un système d’aspiration et un système de vidage. La fosse peut être construite lors d’une nouvelle construction ou en addition sur le coté d’un ouvrage existant. Le système d’aspiration comprend une conduite de sortie de la fosse débouchant sous le point central d’un venturi généralement muni d’un seuil et situé sur la conduite aval de l’ouvrage. La hauteur de seuil, perte de charge dans la conduite de sortie et la dépression du venturi contrôlent le débit traversant la fosse. Le vidage est via un regard ou par une manche d’aspiratrice ou une tarière passant dans un fourreau dont le débouché est à l’écart de l’ouvrage. Figure à publier pour l’abrégé Figure No 1. Piège à charriage compact. Domaine technique de l'invention: La présente invention concerne un dispositif de piège à charriage qui peut être installé sur une ligne de collecte d’eaux usées ou pluviales et dont le but est d’attirer et piéger dans un volume hors du courant les sables, les graviers et autres particules charriées dans les conduites de ces réseaux. Ces dits charriages pouvant alors être ponctuellement évacués par des moyens mécanisés. État de la technique antérieure: Il existe plusieurs types de pièges à charriage ou grilles, décanteurs statiques ou dynamiques, cycloniques etc. dont l’objet est de capturer les gros éléments denses et les sables que l’on trouve dans les conduites d’assainissement et d’eaux pluviales. Cette capture limite l’encrassement des conduites, les nuisances olfactives et la productions de gaz, leur détérioration, la perte de leur capacité hydraulique avec d’éventuels blocages ainsi que la surcharge des stations de traitement lors des à-coups de débits. Certains équipements associés aux pièges aident dans l’atteinte de leurs performances, par exemple par contrôle des débits des écoulements ou des sections de passage. Leurs dimensions, coûts, performances et accessibilité sont variables. Nous considérons ici l’état de la technique parmi les pièges à charriage en écoulements d’assainissement et pluviaux statiques de faible dimensions, bonne accessibilité et haute performance. Des exemples incluent les dispositifs suivants: FR2940987: Optimisation du fonctionnement et de l'exploitation des ouvrages de dessablement. Ce dispositif est destinée aux fosses de piégeage des sables type chambre de dessablement ou pièges à charriage, et en améliore l’opération et la performance tout en diminuant le relargage à grand débit. FR2751679 : Dispositif de piégeage de solides charriés par un écoulement. Constitué d'une fosse située sous la conduite et recouverte par des plaques mobiles recouvrant cette fosse lorsqu’en opération ou forçant un by-pass de l'écoulement durant la maintenance et le vidage. Aussi, des brevets mettant en œuvre des chambres de plus gros volume ou dans une autre industries ou autres utilisations: FR1081327: Trappe à sable et à pierres pour rigole de charriage de betteraves à courant d'eau. US 2002/0139736 Stormwater Treatment Apparatus, qui est une chambre de séparation des polluants d’eaux d’orage avec chicanes pour retenir les charriages et les flottants; US 2002/0057944 Storm Water Inlet Pollution Trap, Piège à pollution en entrée d’un traitement des eaux d’orage ; RU2636944 Sand and Gravel Trap. Piège pour sables et graviers. D’autres dispositifs concernent les équipements de vidage du piège à sable comme: WO 02\088472: Method for the Removal of Sediments from Sand Traps. Méthode d’extraction des sédiments d’un piège à sables. Solutions proposées: Les solutions proposées dans ce document combinent certaines fonctions des dispositifs existants en utilisant d’autres principes et techniques tout en ajoutant quelques fonctionnalités et évitant certains inconvénients. Elles permettent de créer un dispositif sur un ouvrage nouveau ou qui peut être installé conjointement à un ouvrage déjà existant. Son accès pour entretien et vidage se fait avantageusement sur une zone non soumise à la circulation des véhicules, et son l’efficacité est peu affectée par les débits dans les canalisations. La construction d’un ouvrage nouveau sur une ligne de conduite en opération nécessite usuellement de gros moyens et/ou une interruption de service. Pouvoir construire avec un impact minimal est donc important. Ceci sera généralement réalisable par le déport de la chambre ou fosse du piège par rapport à l’ouvrage d’origine lors d’une modification d’ouvrage. Le vidage ou l’entretien de l’ouvrage se fait usuellement par accès au dessus de l’ouvrage qui, comme les conduites d’assainissement sont souvent situés sur des voies de circulation. Ceci provoque des gènes de trafic. Notre solution consiste à vider la fosse ou chambre du piège par un fourreau ou une conduite ou un accès ayant plain pied déporté par rapport à l’axe du collecteur et de sa conduite principale. Enfin, l’augmentation du flot dans la conduite principale réduit généralement la capture de sables ou autres particules plus fines dans la fosse des pièges classiques. De même pour les ouvrages dimensionnés sur la base des lois de décantation ou ayant leur fosse dans la ligne d’eau, on note souvent une forte capture de matières organiques dans les pièges par faibles débits alors que ces dernières devraient préférablement poursuivre vers la station de traitement et ne pas constituer des sources de nuisances et de remise en suspension voire de relargage vers les stations lors d’épisodes de forts débits. Par l’action du système d’aspiration, notre solution permet un certain contrôle du débit traversier de la chambre ou fosse du piège et réduit donc l’effet de décroissance du taux de capture par classe de granulométrie avec l’augmentation du débit dans la conduite principale du collecteur. La solution ne comporte pas ou très peu d’équipements mécanisés sous le niveau de la chaussée et ne requiert pas d’interventions spécialisées ou de visites de maintenance dans l’ouvrage. D’autres attributs de l’invention sont explicités plus loin. Exposé de l’invention. Le dispositif de piège à charriage compact est constitué de 3 parties principales: une chambre ou fosse, un système d’aspiration et un système de vidage de la fosse. La fosse peut être située sous un ouvrage comme un regard de visite de la conduite principale du collecteur ou être construite sur le coté et sous le niveau de l’ouvrage. Ceci peut se produire par construction initiale ou par modification d’un ouvrage. La fosse prend son origine sous le fil d’eau du fond de l’ouvrage de visite qui est lui même dans le prolongement quasi horizontal du fil d’eau de la conduite. Une ouverture est crée sous ce fil d’eau et est reliée à la fosse par un conduit incliné à forte pente. La forme de cette ouverture et d’éventuels profils de forme ou guides favorisent l’effet de ségrégation des couches inférieures du flot vers la fosse. Les dimensions de la fosse sont variables suivant les flots et les quantités de charriages à intercepter et les intervalles de vidage envisagés. Quelle que soit la capacité de la fosse, ses formes sont avec de fortes pentes dirigées vers un puisard de fond d’où va puiser le système d’extraction ou de vidage de la fosse. Le fil d’eau de la conduite du collecteur est munie d’une grille à barreaux dans le sens approximativement longitudinal ayant un écartement suffisant pour laisser passer les charriages mais formant barrière aux gros sacs plastiques ou autres gros débris ou encombrants. Le système d’aspiration est composé d’un système de mise en vitesse de l’écoulement qui prend généralement la forme d’un venturi situé dans la conduite juste en aval de l’ouvrage et d’un système de décharge de la fosse. Le venturi peut être équipé ou non d’un seuil s’élevant légèrement au dessus du fil d’eau de la conduite. L’élément de mise en vitesse peut également être utilisé par un système de mesure de débit par addition d’instrumentation. Il peut être moulé ou formé sur place en divers matériaux (ciment, composite, métal etc.) ou préfabriqué et inséré dans la conduite aval du collecteur. Les génératrices du venturi peuvent être circulaires comme dans un éjecteur ou verticales comme dans un chenal. Le système de décharge est constitué d’une conduite de sortie qui relie la fosse au venturi et débouche en son point inférieur central. On appellera ici point central le point du fil d’eau qui présente la plus forte dépression. L’entrée de cette conduite est équipée d’une chicane et d’une grille ou d’une grille chicane qui combine les 2 fonctions, située dans la fosse en amont et au niveau la connexion de la conduite à la fosse. Le but de la chicane et de la grille est de retenir les feuilles et les sables qui pourraient s’échapper de la fosse lors d’une augmentation du débit. Une vanne à pleine section de passage peut être installée sur cette conduite pour isolement ou réglage du débit. Le terme vanne inclut ici tout organe ayant les mêmes fonctions. La connexion de la conduite au niveau du point central du venturi est oblique dans le sens du courant. Cet ensemble permet d’assurer un débit minimal descendant vers la fosse capable d’entraîner les sables et autres particules vers cette fosse. Dans le détail, le seuil permet de créer une légère charge d’eau au dessus de l’ouverture de fil d’eau sur l’entrée du conduit de transfert vers la fosse. Ceci permet de forcer le passage d’un faible débit de la conduite du collecteur au travers de la fosse entre le conduit de transfert vers la fosse et le système de décharge, et ceci jusqu’à concurrence de la hauteur du seuil. Lors des occurrences de débits supérieurs, le but du venturi est de créer de la vitesse au niveau du flot le traversant afin de réduire la valeur de la pression statique au niveau de son fil d’eau en son centre. Ceci permet d’accroître la différence de pressions entre l’entre du conduit de transfert et le système de décharge et ainsi de forcer la totalité des débit à concurrence de la hauteur du seuil et une partie des débits plus forts via la fosse. Les pertes de charge crées dans la conduite du système de décharge au travers des passages au travers de grilles et chicanes, entrée, sortie et longueurs de conduites et éventuels organes de contrôle de débit et ou isolement limitent le débit maximum traversant la fosse. L’aspiration additionnelle crée lors de l’augmentation des débits dans la conduite principale du collecteur augmente le débit descendant vers la fosse. Ce débit descendant sera égal à celui transitant par la conduite d’aspiration mais sera bien entendu inférieur au débit total passant dans le collecteur. Il a pour but de créer localement dans les couches inférieures de l’écoulement, où se trouvent les particules les plus facilement décantables, une composante verticale descendante qui augmente artificiellement la vitesse de décantation sédimentation. Le dimensionnement de la fosse, du système venturi et de la conduite d’aspiration est réalisé de façon à ce que le débit traversier de la fosse dans tous les cas de débits de la conduite du collecteur assure le maximum de capture et de rétention des charriages et le minimum de rétention des matières organiques d’un écoulement chargé. Le système d’extraction ou vidage de la fosse consiste en l’un ou l’autre des systèmes suivants. Une conduite captant les charriages en bas du puisard de fosse jusqu’au niveau de la chaussée. Cette conduite de préférence oblique sert de fourreau pour la manche d’une aspiratrice qui va aspirer les charriages ou bien sert de fourreau à un système d’extraction de type tarière qui par rotation de son système de vis va extraire les charriages. Alternativement l’extraction peut se faire par moyens conventionnels via une ouverture au dessus de la fosse si celle-ci est munie d’une ouverture au niveau du sol. L’appellation système de vidage peut ne pas forcement inclure les équipements mécanisés, aspiratrice ou tarière qui ne sont pas spécifiquement attaché à chaque dispositif. Le système de vidage peut être unique ou reproduit plusieurs fois suivant les formes de la fosse, sa capacité ou les autres contraintes de profondeur. De tacon générale, le système de vidage peut être constitué par au moins un fourreau d’extraction (5) qui permet d’accommoder des systèmes d’extraction mécanisés extérieurs. Le dispositif du piège à charriage compact peut contenir tous les éléments décrits ci-dessus ou une partie seulement. Il peut être construit en même temps que la conduite principale du collecteur et un ouvrage de regard ou être ajouté à sur un ouvrage existant. Dans les deux cas, il peut être utile de prévoir une ouverture de visite entre le fond de l’ouvrage de visite du collecteur et le dessus de la fosse. Dans le premier cas les méthodes de construction classiques ne posent pas de problème particulier. Dans le deuxième cas, il est nécessaire de retenir les terres et l’ouvrage de visite du collecteur par un système de blindage généralement de type parois berlinoises contre l’ouvrage de visite et suivant les pourtours de la future fosse. Le conduit de liaison et transfert entre le collecteur et la fosse ainsi que la conduite de décharge seront construite au travers de certains éléments du blindage de la paroi après s’être assuré que les terres au dessus des ouvertures sont maintenues par des inserts horizontaux entre les planches supérieures de la paroi. Durant la courte période de construction nécessaire à la mise en communication d’une partie de l’ouvrage existant avec les parties du dispositif ajouté, soit la création de l’ouverture du fil d’eau de la conduite du collecteur, l’installation du venturi et la connexion de la conduite de décharge, des moyens doivent être pris et l’isolement de l’ouvrage peut être fait au moyen de vessies gonflables ou élimination du débit dans le collecteur. Il y a des avantages à déporter la fosse à l’écart de l’axe du collecteur, cependant rien n’interdit de laisser celle ci directement sous cet axe. L’ouverture de passage des charriages pourra être aménagée pour accès dans cette fosse si requis. L’installation du piège se fait généralement en un endroit critique du collecteur, préférablement en amont d’un tronçon en faible pente et en aval d’un regroupement de collecteurs mineurs. L’addition du système peut provoquer une perte de charge qui bien que relativement minime dont l’effet peut être amoindrie par le remodelage des formes d’entrée et de sortie du collecteur dans l’ouvrage. Enfin, dans le cadre de l’invention, les éléments du piège ainsi que le fond de l’ouvrage peuvent être préfabriqués en plusieurs modules indépendants ayant les formes et les systèmes d’étanchéité nécessaires aux raccordement de ces modules entre eux ainsi qu’aux collecteurs amont et aval. En terme d’opération courante, une disposition consiste en l’installation entre le fond de la fosse et la surface d’un tube de diamètre moyen (environ 200 à 500 mm) permettant le guidage d’un flexible d’aspiratrice ou d’une vis qui viendra attraper les matières du fond de fosse pour les remonter. Le tube peut être vertical ou incliné afin d’éloigner le lieu d’intervention de la circulation de la chaussée, et la vis fonctionnera alors dans le tube formant chemise ou auge à l’image d’une tarière ou d’un classificateur à sable. De même, à l’image des systèmes de forage, un véhicule léger ou un système tracté peut transporter, introduire et mouvoir la vis, tandis qu’un simple bac ou une citerne peut en récupérer les extraits. Le diamètre de l’âme de la vis sera généralement supérieur à la base de la vis et le pas plus petit afin de limiter les compressions et les risques de blocage lors de l’extraction. Pour la maintenance et l’opération exceptionnelle et dans le cas d’une fosse complètement couverte, outre la communication entre l’ouvrage de regard et la fosse par le conduit d’entrée de fosse, une partie de la face mitoyenne du regard peut être plus ou moins ouverte afin de permettre une communication par un opérateur à l’intérieur de la fosse ou une opération manuelle par un outil. Cette ouverture peut être permanente ou être aménagée par une trappe de communication munie d’une plaque articulée, démontable ou coulissante qui permet d’isoler la fosse en cas de nécessité de vidange complète de la fosse sans interruption de l’écoulement dans le collecteur. Le dispositif peut également être utilisé pour d’autres procédés que ceux de réseaux sanitaires ou pluviaux indiqués plus haut. Brève présentation des différentes figures constituant les dessins. Les dessins suivants complètent la description ci-dessus et illustrent quelques réalisations préférées de l'invention. Les représentations ne constituent pas une liste exhaustive et ne limitent en rien la portée de l’invention qui inclut tous autres mécanismes répondant aux mêmes critères et principes. Les dessins ne sont pas à l’échelle, et sont faits pour illustrer de façon simple et lisible les concepts du dispositif. Les combinaisons des différents attributs de l’invention présentés dans chaque dessin ne sont que des exemples, chaque attribut pouvant en effet être combiné avec d’autres attributs qu’ils soient parts de la description ou des autres dessins. .est une vue en perspective du dispositif. Elle montre la fosse (1) construite au coté d’un ouvrage existant (7) avec ses conduites amont (8) et aval (9), la fosse est alimentée par le conduit d’entrée (2) et équipée d’une conduite de sortie (4) qui débouche vers le point central d’un venturi (4) installé sur le collecteur aval (9). Un fourreau d’extraction (5) atteint le puisard en fond de fosse et hébergera une manche ou une tarière de vidage de la fosse. .est une vue de dessus du dispositif dans une configuration presque similaire à celui de la montrant des détails optionnels de trappe de communication (13) entre l’ouvrage (7) et le dessus de la fosse (1), un profil ou forme guide (6), une grille chicane (10) et un organe de contrôle ou isolement (11). est une vue d’un dispositif similaire en vue de coté montrant les mêmes éléments que les figures 1 et 2 avec en addition un regard de visite (12) de la fosse en option. Dans cet exemple les génératrices du venturi (4) sont représentées verticales. est une vue d’un dispositif installé lors de la construction de l’ouvrage de regard. Il comporte une fosse (1) qui sera située principalement sous le regard (7), le fond de la fosse est ici marqué en traits fins pour les lignes de pentes qui convergent vers 2 puisards pré-équipés de formes et de systèmes d’étanchéité pour recevoir deux fourreaux (5), les axes de ces fourreaux sont représentés ici inclinés ou de bais et déportés par rapport à l’axe du collecteur, le conduit d’entrée de fosse (2) et la conduite de sortie de fosse (3) sont également équipés de systèmes d’étanchéité permettant leur montage. Le venturi (4) est dans cet exemple à génératrices circulaires. Une grille chicane (10) est montée en sortie de la fosse (1). Les éléments pré-fabriqués de cet ensemble peuvent être en béton, PEHD, matières plastiques, matériaux composés ou toute autre matière utilisable dans l’industrie. Les modules supérieurs du regard (7) sont des modules standards dans l’industrie. Exposé de modes de réalisation (les configurations décrites ci-dessous sont à compléter avec les détails de la partie exposé de l’invention). La configuration classique du dispositif est représentée par . Il s’agit ici d’une fosse construite à coté d’un ouvrage existant. Applications industrielles Le dispositif est destiné à aider le gestionnaire d’un réseau d’assainissement, pluvial ou combiné à assurer l’entretien des collecteurs sensibles aux dépôts. Le dispositif piège les solides charriés de façon efficace et permet leur extraction par des moyens mécanisés. Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit: Piège à charriage compact à système d’aspiration caractérisé en ce qu’il est constitué d’une fosse (1) équipée d’un conduit d’entrée de fosse (2), d’un système d’aspiration composé principalement d’un système de mise en vitesse appelé venturi (4) installé dans la conduite aval (9) d’un ouvrage de collecteur (7) et d’un système de décharge de la fosse consistant en une conduite de sortie de fosse (3) débouchant sur le point inférieur central du venturi (4), et d’un système de vidage (5), ledit dispositif permettant un maximum de capture et de rétention des charriages et un minimum de rétention des matières organiques d’un écoulement chargé. Piège à charriage compact selon la revendication 1 caractérisé en ce que le système de vidage est constitué par au moins un fourreau d’extraction (5) qui permet d’accommoder des systèmes d’extraction mécanisés extérieurs. Piège à charriage compact selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce qu’une vanne (11) à pleine section de passage est ajoutée sur la conduite de sortie (3) du système de décharge, et une grille chicane (10) située dans la fosse (1), en amont de la conduite de sortie (3). Piège à charriage compact selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que les génératrices du venturi (4) sont circulaires comme dans un éjecteur. Piège à charriage compact selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les génératrices du venturi (4) sont verticales comme dans un chenal. Dispositif de piège à charriage compact selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que l’axe du système de vidage (5) est déporté par rapport à l’axe du collecteur et de sa conduite principale. Piège à charriage compact selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que le piège est construit lors de la construction initiale de l’ouvrage . Piège à charriage compact selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que le piège est construit lors d’une modification d’ouvrage, et aura sa fosse (1) déportée par rapport à l’ouvrage d’origine (7). Piège à charriage compact selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que les éléments du piège ainsi que le fond de l’ouvrage sont préfabriqués en plusieurs modules indépendants ayant les formes et les systèmes d’étanchéité nécessaires aux raccordement de ces modules entre eux ainsi qu’aux collecteurs amont (8) et aval (9). Piège à charriage compact selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce qu’une trappe de communication (13) est aménagée entre l’ouvrage de regard (7) et la fosse (1). Piège à charriage compact selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce qu’une forme guide (6) est introduite au niveau du conduit d’entrée dans la fosse.