Brevet FR3129952A1 — publié le 20230609

Digesteur de station d’épuration Digesteur de station d’épuration (1) comportant : Une cuve (10) agencée pour recevoir des matières organiques, comportant une jupe (15), et un radier (11), une coupole (20) reposant sur la jupe (15) pour fermer la cuve (10) en partie supérieure, cette coupole (20) comportant une pluralité de secteurs (23) préfabriqués en matériau cimentaire, au moins l’un desdits secteurs (23) comportant au moins une zone de déformation préférentielle (27) à proximité de l’interface (21) avec la jupe (15), permettant à au moins une partie de ce secteur (23) de se soulever vers l’extérieur sous l’effet d’une surpression accidentelle dans le digesteur. Figure pour l’abrégé : Fig. 2 Digesteur de station d’épuration La présente invention concerne les digesteurs de stations d’épuration. Les digesteurs de stations d’épuration sont des enceintes où des gaz inflammables issus de la digestion de matières organiques sont générés. Les conséquences d’une explosion accidentelle au sein de l’enceinte doivent être maîtrisées. Aujourd’hui, la règlementation impose de respecter des cercles de danger correspondant à des niveaux de pression autorisés en fonction de la distance au centre du digesteur, lieu de l’explosion. Par conséquent, la conception de l’ouvrage doit limiter les niveaux de pression externes issus de l’explosion engendrée par la quantité de gaz éjectée, en respectant des cercles de danger définis par la réglementation. La conception de l’ouvrage doit également limiter, voire éviter, la projection de débris risquant de blesser le personnel du site. Les coupoles de certains digesteurs en béton armé peuvent ne plus répondre à l’évolution de la réglementation. En effet, lors d’une explosion, la pression à l’intérieur du digesteur croit très rapidement. Les efforts de traction dans la coupole sont repris par le ferraillage de cette dernière. Celle-ci peut résister jusqu’à une pression à l’intérieur du digesteur typiquement de l’ordre de 250 à 300 mbar, dite « pression de rupture ». A partir de cette pression, le digesteur se rompt et la libération secondaire d’une quantité de gaz importante entraîne une explosion secondaire générant des pressions aux alentours du digesteur trop élevées pour respecter la règlementation. Le cercle de danger calculé à partir de cette pression de rupture est d’autant plus grand que la pression de rupture est importante. Pour respecter la nouvelle règlementation, il est donc essentiel de diminuer la pression de rupture pour réduire le cercle de danger. Afin d’obtenir une telle diminution, il est connu d’utiliser des évents d’explosion disponibles dans le commerce, présentant une pression de rupture située entre 100 et 150 mbar. Toutefois, cette solution ne donne pas entière satisfaction. Tout d’abord, elle nécessite le recours à un nombre important d’évents. Il peut en résulter des problèmes d’étanchéité et d’entretien. En outre, cela implique des structures compliquées, avec notamment des poutres retroussées, qui peuvent s’avérer onéreuses. Enfin, le risque de fuite de gaz s’en trouve augmenté. Il existe par conséquent un besoin d’améliorer les digesteurs de station d’épuration, en particulier afin de réduire le diamètre du cercle de danger tout en minimisant les problèmes d’entretien et de fuite de gaz, et en ayant une structure relativement simple à fabriquer. L’invention vise à répondre à tout ou partie de ce besoin et a pour objet un digesteur de station d’épuration comportant : une cuve agencée pour recevoir des matières organiques, comportant une jupe, et un radier une coupole reposant sur la jupe pour fermer la cuve en partie supérieure, cette coupole comportant une pluralité de secteurs préfabriqués en matériau cimentaire, au moins l’un desdits secteurs présentant au moins une zone de déformation préférentielle à proximité de l’interface avec la jupe, permettant à au moins une partie de ce secteur de se soulever vers l’extérieur sous l’effet d’une surpression accidentelle dans le digesteur. En situation normale, la coupole de l’invention permet tout autant qu’une coupole conventionnelle de résister aux chargements de service du digesteur. En situation accidentelle, c’est-à-dire lorsqu’une explosion se produit, en raison d’une part de la non-continuité du matériau cimentaire de la coupole, et d’autre part de la présence de la zone de déformation préférentielle précitée, la coupole peut s’ouvrir au moins au niveau d’un secteur, laissant ainsi s’échapper une partie du gaz en surpression. L’invention permet ce faisant de diminuer la quantité de gaz éjectée, dit nuage secondaire, s’échappant lors de la rupture de la coupole du digesteur. Aussi, le digesteur selon l’invention présente l’avantage de mettre en œuvre une structure simple qui permet de réduire les cercles de danger par rapport à un digesteur conventionnel. Par « surpression accidentelle », on entend une pression à l’intérieur du digesteur égale ou supérieure à la pression gravitaire agissant sur la coupole. Par « chargements de servi ce » on entend l’ensemble des actions agissant sur le digesteur en situation normale. Les chargements de service peuvent correspondre aux forces s’exerçant en raison du poids propre de la coupole du digesteur, aux charges d’exploitation, c’est-à-dire les charges venant de l'utilisation du digesteur, aux charges climatiques, notamment liées au vent et/ou à la neige, et/ou aux charges thermiques, liées à la dilatation des matériaux. Par « axe longitudinal du secteur » , on entend la ligne joignant l'ensemble des barycentres des sections transversales du secteur. De préférence, la coupole présente une forme générale de calotte sphérique ou toute autre forme favorisant l’apparition d’un effet de voûte, par exemple conique, tronconique, ellipsoïdale ou prismatique. Secteurs Les secteurs peuvent chacun correspondre à un élément unitaire monobloc en matériau cimentaire. De préférence, les secteurs sont assemblés avec un joint sec à leur interface. Avantageusement, les secteurs sont encastrés à leur base dans la jupe. Les secteurs sont de préférence réalisés en béton armé, présentant une continuité d’armatures. De préférence, une pluralité, notamment la totalité des secteurs, est réalisée avec au moins une zone de déformation préférentielle permettant à au moins une partie du secteur de se soulever vers l’extérieur sous l’effet d’une surpression accidentelle dans le digesteur. De préférence, la coupole comporte une alternance de secteurs de différentes largeurs. Cela permet d’avoir des secteurs de moindre largeur, plus légers et donc plus à même de se soulever en cas de surpression accidentelle. Les secteurs de plus grande largeur peuvent être formés d’un seul élément ou de plusieurs éléments assemblés rigidement. La largeur d’un secteur est mesurée le long d’un axe perpendiculaire à l’axe longitudinal du secteur, en suivant un méridien. Elle correspond à la distance séparant les bords longitudinaux du secteur. Les secteurs de plus petite largeur peuvent chacun présenter une étendue angulaire inférieure à 30°, mieux inférieure à 20°, par exemple de l’ordre de 15° (+/- 5°). Les secteurs de plus grande largeur présentent de préférence une étendue angulaire inférieure à 75°, mieux inférieure à 60°, par exemple de l’ordre de 45° (+/- 5°). Les dimensions des secteurs dépendent avantageusement du rayon du digesteur. A titre d’exemple, les secteurs peuvent présenter chacun une longueur comprise entre 5 m et 20 m, mieux entre 5 et 15 m, encore mieux entre 5 et 10 m. La longueur du secteur est mesurée le long de son axe longitudinal, en suivant un méridien. Les secteurs peuvent présenter une épaisseur, mesurée à leur base, comprise entre 20 cm et 50 cm. L’épaisseur des secteurs est de préférence choisie en fonction de la pression interne. Zone de déformation préférentielle Par « zone de déformation préférentielle », il faut comprendre une zone déformable, de préférence plastiquement, sous l’action d’efforts engendrés par la surpression accidentelle à l’intérieur du digesteur. La zone de déformation préférentielle permet de contrôler la pression d’ouverture et la quantité de gaz libérée dans le nuage secondaire, localiser des zones de rupture du matériau cimentaire, limitant ainsi les ruptures non contrôlées du matériau cimentaire en cas d’explosion. Cela permet notamment de limiter, voire d’éviter, la ruine de la jupe et la projection non contrôlée du matériau cimentaire de la coupole. La zone de déformation préférentielle peut comporter au moins une engravure dans le matériau cimentaire, notamment une engravure débouchant sur la face supérieure du secteur, et dont la profondeur représente de préférence au moins 25 % de l’épaisseur maximale du secteur, mieux au moins 30% de l’épaisseur maximale du secteur. La présence de l’engravure diminue localement la résistance du secteur aux contraintes mécaniques, notamment de flexion et de cisaillement. En variante ou additionnellement, la zone de déformation préférentielle comporte une moindre densité d’armatures et/ou des armatures de moindre résistance mécanique. Par exemple, les armatures utilisées dans la zone de déformation préférentielle sont de moindre diamètre. La zone de déformation préférentielle peut être située à une distance de la jupe qui correspond à moins d’un cinquième de la longueur du secteur. Lors d’une explosion, la déformation du secteur n’a que peu d’impact, voire aucun impact sur la jupe. La coupole ayant un comportement assimilable à celui d’un fusible, cela permet de remplacer uniquement celle-ci, voire le ou les secteurs ayant réagi, à la suite d’une explosion, afin d’obtenir un digesteur à nouveau fonctionnel. La zone de déformation préférentielle peut s’étendre sur toute la largeur du secteur, notamment en suivant une ligne circulaire centrée sur l’axe de la jupe. L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, d’un exemple de mise en œuvre non limitatif de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel : représente de manière schématique et partielle un digesteur de station d’épuration selon l’invention, représente de manière schématique et partielle une coupole selon l’invention, en vue de face, et représentent schématiquement les efforts exercés sur la coupole de la en situation normale, et sont des vues similaires à celles des figures 2 et 3, en situation accidentelle, représente un détail de la zone de déformation préférentielle d’un secteur de la coupole de la , et illustrent des modèles de calcul de la coupole, en situations normale et accidentelle, respectivement, et illustre l’évolution temporelle de la pression à l’intérieur du digesteur. Digesteur de station d’épuration (1) comportant : une cuve (10) agencée pour recevoir des matières organiques, comportant une jupe (15), et un radier (11), une coupole (20) reposant sur la jupe (15) pour fermer la cuve (10) en partie supérieure, cette coupole (20) comportant une pluralité de secteurs (23) préfabriqués en matériau cimentaire, au moins l’un desdits secteurs (23) comportant au moins une zone de déformation préférentielle (27) à proximité de l’interface (21) avec la jupe (15), permettant à au moins une partie de ce secteur (23) de se soulever vers l’extérieur sous l’effet d’une surpression accidentelle dans le digesteur. Digesteur selon la revendication précédente, une pluralité, notamment la totalité des secteurs (23), présentant au moins une zone de déformation préférentielle (27) permettant à au moins une partie du secteur (23) de se soulever vers l’extérieur sous l’effet d’une surpression accidentelle dans le digesteur. Digesteur selon l’une des revendications précédentes, la zone de déformation préférentielle (27) comportant au moins une engravure (29) dans le matériau cimentaire (C), notamment une engravure débouchant sur la face supérieure du secteur, et dont la profondeur (p) représente de préférence au moins 30% de l’épaisseur maximale (H) du secteur. Digesteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, la zone de déformation préférentielle (27) comportant une moindre densité d’armatures et/ou des armatures de moindre résistance mécanique. Digesteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, la zone de déformation préférentielle (27) étant située à une distance de la jupe (15) qui correspond à moins d’un cinquième de la longueur (L) du secteur (23). Digesteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, la zone de déformation préférentielle (27) s’étendant sur toute la largeur ( l ) du secteur (23). Digesteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, les secteurs (23) étant assemblés avec un joint sec (25) à leur interface. Digesteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, les secteurs (23) étant encastrés à leur base dans la jupe (15). Digesteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, la coupole (20) comportant une alternance de secteurs de différentes largeurs ( l ). Digesteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, la coupole (20) ayant une forme générale de calotte sphérique.