Brevet FR3156465A1 — publié le 20250613

L’invention concerne un dispositif de collecte des eaux usées et procédé de mise en œuvre. Figure pour l’abrégé : Fig 1. Dispositif de collecte des eaux usées et procédé de mise en œuvre L’AquaCollect Automatique avec déconnexion possible est une solution pour la collecte des eaux usées avec un automatisme propriétaire. Cette solution s’applique dans les milieux contraints dont la connexion peut être non permanente comme les bateaux. L’installation se fait dans des ports maritimes et fluviaux. Elle pourrait s’envisager pour des aires de campings cars si le coût de déploiement n’est pas trop élevé pour cette cible. L’important à comprendre est que la manœuvre de connexion/déconnection doit être réalisable simplement par l’occupant du bateau/camping-car. Dès qu’il est raccordé, la collecte peut être gestion automatique ou manuelle. Art antérieur Aujourd’hui la collecte des eaux usées des bateaux de plaisance dans les ports est réalisée : soit dans une installation collective de collectes à quai pour plusieurs bateaux ce qui implique une manœuvre d’accostage et un branchement manuel à chaque vidange, l’ouverture et fermeture manuelle des vannes de liaison. Il existe actuellement des réseaux installés dans des zones portuaires utilisant la technologie dite “ sous dépression”. Ces réseaux sous dépression déjà ancien et efficace présentent aussi de nombreux inconvénients : ils ne possèdent pas de système de gestion automatique de fonctionnement ils n’ont pas système d’alerte et de surveillance évolué leurs capacités de traitement sont définies par le constructeur et ne peuvent évoluer sans modifier ou changer les performances des pompes à vide ils sont sensibles aux variations de flux horaires et peuvent être vite limités en capacité par le nombre de déclenchements simultanés entraînant l'arrêt provisoire du réseau. soit par vidange dans un bateau affrété par le port ; Il peut aussi arriver qu’aucune collecte ne soit prévue, la réglementation permettant d’effectuer les vidanges en mer au-delà de 3 milles marins. Les principaux inconvénients liés à ces modes de fonctionnement sont : le nombre de manœuvres faites manuellement par les agents portuaires et par l’utilisateur ; un taux de récupération des eaux usées très faible ; le risque de vidange non maîtrisé sur le littoral (zone non réglementaire). Les problèmes à traiter L’installation de collecte doit donc permettre de : collecter toutes les eaux usées avec un point de collecte par bateau sur des zones de plusieurs km2 en milieu contraint (bord de quai, ponton flottant) ; transférer ces eaux usées dans un réseau urbain qui mène vers une station de traitement des eaux usées collectives ou non ; limiter le nombre d’opérations manuelles de connexion/déconnexion des utilisateurs et des techniciens des ports ; bénéficier d’un fonctionnement 24h/24 éventuellement de manière automatique, avec gestion des plages horaires d’utilisation possible ; être facilement extensible. Descriptif de l’invention Le réseau de collecte intègre des fournitures qui permettent le pilotage automatique : Une ou plusieurs vannes motorisées ; Eléments électroniques de commande. Le programme informatique permet de collecter les données, de les analyser et de piloter l’armoire de pompage et les vannes motorisées. L’objet de l’invention Le principe général consiste à créer un réseau de collecte qui comprend les éléments suivants : Un réseau maître destiné à recevoir chaque réseau secondaire et relié à la station de pompage ; Un réseau secondaire relie le réseau maître et les points de collectes particuliers à chacun des bateaux ; Des points de collecte assurant le raccordement du tuyau au bateau ; Une vanne motorisée d’ouverture/fermeture ; Une borne contenant la gestion électronique du système située à proximité de ce point de collecte. Elle contrôle le bon fonctionnement de la vanne motorisée. Ainsi que la demande ponctuelle de la vidange de la cuve d’un bateau ; Une centrale de pompage composée de pompes de type à lobes, péristaltiques ou à vide qui assurent le transfert des eaux usées vers le réseau qui va vers la station de traitement ; Un poste de refoulement situé entre la station de pompage et le réseau d’eaux usées. Celui-ci peut être équipé d’une pompe de relevage et de capteurs ( i.e hydrocarbures) et il permet d’isoler une partie de flux pour une intervention de maintenance. Il convient par ailleurs d’assurer le fonctionnement général de l’ensemble par une unité de gestion électronique. L’unité de gestion électronique permet de piloter les vidanges de chacun des bateaux de manière séquentielle à des intervalles réguliers prédéfinis et modifiables sans interventions humaines et/ou tenir compte des commandes de vidange déclenchées de manière manuelle. Elle est composée de boîtiers électroniques et d’une liaison basse tension avec l’armoire électrique de contrôle de la station de pompage et de ses annexes. Il est donc nécessaire pour gérer les distances d’avoir un boîtier électronique à proximité de chaque vanne motorisée. En général, ce boîtier s’installe dans l’armoire électrique qui permet à chacun des bateaux de s’alimenter en électricité. Cette armoire en général alimente deux bateaux. Nous nous adaptons à ce principe. Chacun de ces boîtiers de contrôle nommé “boîtier de pilotage” est relié à l’unité de gestion électronique située à côté de l’armoire électrique de la station de pompage. Cette armoire est connectée à internet par un moyen de connexion propre au port. Elle permet de maîtriser les actions suivantes : Pour le pompage automatique : l’identification des vannes motorisées et donc des bateaux raccordés ; Pour le pompage manuel : l’identification de l’utilisateur et sa connexion au réseau. Elle peut être réalisée au moyen d’une carte RFID. La portée maximale étant inférieure à 5cm, il n’y a pas de risque d’interférence entre les bateaux connectés. D’autres moyens de reconnaissance sont possibles via une application mobile. L’option de l’attribution d’un QR code est également possible, mais semble moins sécuritaire ; La surveillance de l’ensemble du réseau de collecte ; La programmation séquentielle des vidanges de cuves de bateaux ; La surveillance du fonctionnement des pompes et installations liées afin d’optimiser la consommation électrique de l’installation. L’envoi d’une alerte en cas de défaillance du réseau en indiquant le point de collecte concerné, ou encore de l’arrêt de la centrale de pompage pour prévenir les personnels de maintenance, La gestion des plages horaires de fonctionnement si le port souhaite les limiter. Le traitement des données observées est transmis sur un /des serveurs pour alimenter un outil de valorisation de données, afin d'optimiser la performance du réseau et permettre ainsi au gestionnaire portuaire, d’avoir un véritable outil de pilotage pour agir sur le plaisancier et l’engagement dans une démarche de protection de l’environnement. Les caractéristiques techniques Le réseau de collecte Le réseau est en 3 parties : Réseau maître : c’est le tuyau qui est raccordé à la station de pompage et qui s’étend sur la surface à équiper. Il est interrompu par des Té de connexion pour le raccordement des réseaux secondaires ; Réseau secondaire : c’est le tuyau qui s’étend entre le réseau maître et le point de collecte ; Réseau bateau : c’est le tuyau entre le bateau et le point de collecte Le réseau est constitué de tuyaux PVC, PEHD, PU ou tout autre polymère ayant des caractéristiques physicochimiques similaires (tenue aux milieux contraints, tels que les atmosphères marines). Le nombre de points de collectes, la longueur du réseau sont fonction des caractéristiques des pompes et du réseau hydraulique. La centrale de pompage est constituée d’une ou plusieurs machines sous dépression dont la fonction est de générer par aspiration une dépression équivalente à - 0.6/0.8 Pa. Elle permet la vidange d’une cuve d’eau usée en un temps préférentiellement court, avantageusement en moins de dix minutes . Les débits de pompage peuvent être modifiables avec l’installation d’un variateur de vitesse. La gestion électronique Le contrôle commande est assuré par une unité de gestion électronique qui comprend une carte électronique de pilotage (Arduino ou équivalent), la carte de réception du RFID, une alimentation 24v qui commande l’ouverture/fermeture de l’électrovanne permettant la vidange de la cuve d’un bateau. Elle est aussi reliée à la centrale de pompage, ainsi qu’à l'instrumentation de la cuve de refoulement par l’intermédiaire de câble Ethernet/RJ45. La miniaturisation de l’ensemble est prise en compte pour être compatible avec les contraintes d’installations données par la configuration générale définie par le port. Le contrôle commande de l’installation est compatible avec des distances de plusieurs kilomètres entre la commande de mise en route de la pomperie et la vanne d’ouverture/fermeture du bateau le plus éloigné grâce à l’installation de switch relais. La protection des cartes électroniques vis à vis des atmosphères marines est assurée par l’utilisation d’un gel d’isolement. La caractéristique de l'invention est de pouvoir gérer les flux du réseau en temps réel à partir des éléments d’automatismes, de calculs, de contrôles et de transmission définis selon l’installation. L’invention consiste également à faire piloter des électrovannes par l’unité de gestion électronique qui permet d’assurer le bon fonctionnement et le suivi de l’installation. Les données de débits, pressions, durée de fonctionnement de la centrale de pompage sont transmises via l’unité de gestion électronique à un ou des serveurs et font l’objet d’une analyse scientifique de manière à optimiser le fonctionnement, notamment pour la consommation électrique. L’historique des vidanges permet aussi de vérifier les charges par zone et de modifier les séquences de vidange en conséquence. La valorisation des données Les événements observés sur chaque point de collecte et sur la centrale de pompage sont transmises au serveur et analysés pour : optimiser le fonctionnement ; anticiper les pannes ; remonter des données pour sensibiliser l’utilisateur ; autonomiser l’exploitant avec son interface utilisateur. Caractéristiques de l’invention La présente invention concerne l’amélioration conséquente de la technique de vidange des eaux usées de bateaux amarrés dans une zone portuaire grâce à la mise en place d’une gestion automatisée de l'ensemble de l’installation. L’invention est applicable à des réseaux permettant de connecter un nombre important de bateaux, avec des longueurs de réseau elles aussi très importantes. Le cahier des charges permet de dimensionner les pompes afin d’assurer le fonctionnement du réseau. L'outil d’évaluation des données permet à cet automate un auto-apprentissage des conditions de fonctionnement réel du réseau et lui permet de s’adapter au plus près des conditions de fonctionnement optimales. Un modem de transmission et/ou un système Wifi, et/ou une liaison Ethernet avec le réseau local associé à cet automate prend en charge la transmission des données, des alertes et de l’accès au programme de régulation en temps réel. Les cas d’usage Cas N°1 : fonctionnement normal ( séquentiel) Une partie importante de la flotte est installée à quai, le déclenchement automatique du système de collecte peut être réalisé par séquence pour permettre la vidange de chacun des bateaux. Le déclenchement manuel par l’occupant du bateau est possible, éventuellement dans les plages horaires définies par le port. Dans ce cas, la séquence est suspendue puis reprise après la vidange du bateau concerné. Une autre option consiste à programmer l’ordre des collectes en fonction des habitudes de rejets des bateaux, notamment selon le niveau des cuves de chacun (ordre de collecte évolutif) : bateau x, puis bateau a, puis bateau m, etc. Un mode pause est prévu lorsque le bateau est inoccupé pour que sa cuve ne soit pas vidée. Ce mode pause peut être activé manuellement ou de manière automatique par exemple lorsqu’aucune eau n’a été collectée après X tentatives de collecte. Les horaires de collectes ainsi que les fréquences peuvent être prédéfinis. La mise en pause sur certaines plages horaires peut être définie pour éviter les nuisances sonores. Cas N°2 : le bateau n’est pas à quai. Le bateau de plaisance doit effectuer une sortie en mer et, dans ce cas, il se désolidarise du réseau de collecte. L’unité de gestion électronique interdit l’ouverture de la liaison du bateau concerné avec le réseau jusqu’à son retour. A noter que l’absence de bateau peut être avantageusement détectée par des moyens de détection appropriés sur la borne du point de collecte. Ainsi ces moyens de détection peuvent se présenter sous forme d’un capteur de présence ou d’absence d’un bouchon sur l’embouchure prévue pour le raccordement d’un bateau sur cette borne d’un point de collecte. En l’absence de bateau et plus particulièrement au moment de décrocher le bateau de l’embouchure de raccordement de la borne, cette embouchure doit être refermée au moyen du bouchon. Si ce dernier n’est pas installé, il y a un risque d’aspiration pour toute personne s’approchant du point de collecte. Pour limiter ce risque, le bouchon est enchaîné à demeure sur le tuyau de collecte. Par ailleurs il pourrait être prévu qu’au travers des moyens de détection précités la vanne motorisée de ce point de collecte ne puisse s’ouvrir, évitant ce risque d’apiration. Cas N°3 : Une partie du réseau est bouchée. Le risque de bouchage est limité par la puissance de la station de pompage et par le diamètre du réseau, il se situe plutôt au niveau de l’électrovanne qui permet la vidange. La détection de cet incident est obtenue par un utilisateur qui constate que sa cuve ne se vide plus. La centrale de pompage doit être arrêtée soit localement soit à distance via l’unité de gestion électronique. Pour déterminer la zone exacte du bouchage, une aspiration séquentielle est déclenchée en vue de déterminer à partir de quel bateau la collecte ne s’effectue plus et isoler celle-ci pour une intervention de maintenance. Cas N°4 : déclenchement manuel (Surpopulation/ retour au port avec cuve pleine). La population présente sur le bateau est plus importante et occasionne une amplitude plus importante d’eaux usées. L’unité de gestion électronique détecte l’appel de vidange. La vidange séquentielle est mise en pause pour répondre à cette demande. Cas N°5 : détection des hydrocarbures dans la cuve de refoulement en sortie de la station de pompage. L’unité de gestion électronique déclenche une mise à l’arrêt immédiate ainsi qu’un message d’alerte. L’arrêt peut aussi être réalisé à partir du coup poing de l’armoire de la station de pompage. Cas N°6 : demande simultanée de plusieurs bateaux, La règle générale peut se résumer ainsi : premier arrivé / premier servi (FiFo). Cas N°7 : demande en bout de réseau La station de pompage est dimensionnée pour l’ensemble du réseau de collecte. L’option d’un capteur de débit spécifique peut être envisagée sur le point de collecte le plus éloigné de la centrale de pompage.