EP3234265A1 - Système de prélèvement de sédiments sur un fond d'un milieu liquide - Google Patents

Système de prélèvement de sédiments sur un fond d'un milieu liquide

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Publication number
EP3234265A1
EP3234265A1 EP15820126.9A EP15820126A EP3234265A1 EP 3234265 A1 EP3234265 A1 EP 3234265A1 EP 15820126 A EP15820126 A EP 15820126A EP 3234265 A1 EP3234265 A1 EP 3234265A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sediments
basket
mouth
sediment
sampling system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15820126.9A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Guylène LE GUEN
Philippe Petard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Environnemental Sediments Treatment
Original Assignee
Environnemental Sediments Treatment
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from FR1462824A external-priority patent/FR3030318B1/fr
Priority claimed from FR1462822A external-priority patent/FR3030587A1/fr
Application filed by Environnemental Sediments Treatment filed Critical Environnemental Sediments Treatment
Publication of EP3234265A1 publication Critical patent/EP3234265A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/88—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with arrangements acting by a sucking or forcing effect, e.g. suction dredgers
    • E02F3/90—Component parts, e.g. arrangement or adaptation of pumps
    • E02F3/92—Digging elements, e.g. suction heads
    • E02F3/9243—Passive suction heads with no mechanical cutting means
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/88—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with arrangements acting by a sucking or forcing effect, e.g. suction dredgers
    • E02F3/90—Component parts, e.g. arrangement or adaptation of pumps
    • E02F3/92—Digging elements, e.g. suction heads
    • E02F3/9256—Active suction heads; Suction heads with cutting elements, i.e. the cutting elements are mounted within the housing of the suction head
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D11/00—Solvent extraction
    • B01D11/02—Solvent extraction of solids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/26—Treatment of water, waste water, or sewage by extraction
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/88—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with arrangements acting by a sucking or forcing effect, e.g. suction dredgers
    • E02F3/8858—Submerged units
    • E02F3/8866—Submerged units self propelled
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62D—CHEMICAL MEANS FOR EXTINGUISHING FIRES OR FOR COMBATING OR PROTECTING AGAINST HARMFUL CHEMICAL AGENTS; CHEMICAL MATERIALS FOR USE IN BREATHING APPARATUS
    • A62D3/00—Processes for making harmful chemical substances harmless or less harmful, by effecting a chemical change in the substances

Definitions

  • the invention relates to the field of cleaning the bottom of liquid media, for example maritime or fluvial.
  • the present invention finds particular application in the treatment and recovery of sediments is de nt u ntu re nd u nt and / or the fact of a pol l utio n su rles fon ds liquid environments such as estuaries, harbors, lakes, ponds, rivers, rivers or water retaining structures and treatment plants.
  • dredging a cleaning of the funds of these environments.
  • Classically, dredging operations are carried out periodically, for example every 3 to 5 years, to remove sludge or sediment that accumulates there and which can eventually disrupt human activities (societal , commercial, tourist, leisure, ...) and / or ecological balances.
  • the equipment used often combines, on the one hand, a mechanical or hydraulic system making it possible to set in motion the sediments accumulated on the bottom to be cleaned, and on the other hand a system making it possible to extract the brewed sediments. usually a suction pump.
  • a major disadvantage of these art systems is their negative impact on the aquatic environment. In fact, the sediments are stirred and lifted, and a part of them are distributed in the liquid space, giving a dirty and troubled appearance, then redepositing on the bottom.
  • this brewing acts in depth, and can reach areas polluted by toxic, heavy metals or pesticides, from industries or urban waters. These toxins are generally trapped in layers of mud during sediment deposition on the bottoms of aqueous environments. However, most hydraulic or mechanical dredging systems remobilize polluted sediments from the cleaned area, exposing the previously buried toxins. These toxic sludge are thus in contact with the aquatic environment.
  • the port (for example) is inaccessible or access is severely disrupted compared to normal use.
  • Such dredging operations must also be regularly replicated (for example, every five years) since the siltation is continuous, which periodically disrupts the activities of the area concerned.
  • the sediments following their extraction (and independently of the way this extraction is made), the sediments must be evacuated, and preferably at least partly reused and recovered. They are usually transported and then undergo pretreatment before use.
  • This pretreatment aims on the one hand to separate the sludge particles from undesirable elements (detritus, ...) recovered during the dredging operation, and to dry the sediments by dissociating the dry matter of the water .
  • pretreatment There are different types of pretreatment, the most commonly used being screening (ie the passage of sediments through a grid), sieving, (ie the passage of sediments to through a sieve) or draining (that is, natural drainage of sediments by migration of excess water).
  • the present invention aims to overcome at least some of these disadvantages of the prior art.
  • a sediment sampling system on a bottom of a liquid medium such as than a harbor or a pond.
  • the system includes a duct whose lower end forms a movable suction mouth intended to be placed substantially at the bottom, and whose upper end opens out in the open air so that the mouth is under atmospheric pressure, the system comprising means for performing a local stirring, inside the mouth and means for evacuation connecting the mouth to the surface of the liquid medium, in which sediment circulates.
  • Such a sampling system makes it possible to take small amounts of sediment from a silted soil and then extract it, reducing the environmental impacts on the aquatic environment.
  • the means of carrying out a local stirring make it possible to detach the sediments from the bottom.
  • Such agitation can be achieved by mechanical means (for example by means of stirring arms) or by means of generating an overpressure (for example by means of fluid jets).
  • the fact that the pipe is under natural atmospheric pressure allows the creation of a local depression in its lower end, whose role is to contain the "contaminated" mixture of water and potentially polluted sediments within the zone of cleaning defined by the conduit lying on the bottom, without this mixture can be brought into contact with the external aquatic environment, as is often the case in current dredging solutions.
  • the sampling system comprises a floating unit, supporting the evacuation means at a first end.
  • one end of the duct is kept out of the water, in order to allow the evacuation of the mixing of water and sediments with adjacent barges or subsequent treatment operations, by means of evacuation means.
  • the sampling system comprises a mobile unit on the bottom, connected to the evacuation means by a second end.
  • This mobile unit on the bottom allows to clean silted areas difficult to access (such as areas under boats or pontoons for example), while leaving the waterways free, and maintaining the second end of the duct near the bottom so to extract the sediments removed by the evacuation means.
  • the local stirring means deliver at least one jet of water under pressure directed towards the bottom.
  • the means for carrying out a local stirring comprise at least one mechanical stirring device.
  • It may for example be one or more propellers driven in rotation along a vertical axis, or tools mounted on a horizontal axis (for example similarly to a scarifier).
  • the duct under atmospheric pressure carries and / or forms the evacuation means.
  • Such a conduit allows both to protect and contain the evacuation means and to define a perimeter cleaning floor. Since the duct is at atmospheric pressure, a local depression is created within this cleaning perimeter when the level of the water and sediment mixture decreases as it is evacuated by the evacuation means. This local depression prevents any contact of the soiled liquid with the aquatic environment outside the conduit.
  • this vertical duct can extend in one piece between the surface and the bottom.
  • the mouth may be connected to this conduit, and more generally to the surface, by a flexible tube.
  • the sampling system comprises proximity control means of the immersed height of the vertical duct.
  • the position of the duct can thus be adjusted so that the submerged lower end of the duct rests on the floor to be cleaned.
  • control means are motorized. This allows an automatic adjustment of the position of the conduit relative to the bottom, without manual action being necessary.
  • the floating unit and / or the mobile unit on the bottom is equipped with autonomous displacement means.
  • the system comprises means of control autonomous of its displacement, so as to progressively cover a predefined surface.
  • the displacement means implement at least one guide cable, the control means driving at least one movable element along the cable or cables.
  • the robotization of the sampling system avoids the need for human intervention to ensure and control its movement, which reduces the need for human and financial resources, and facilitates and speeds up the cleaning operations.
  • the use of guide cables stowed at sea and / or on land is a simple and effective way to move the system.
  • system is connected to at least one sampled sediment receiving unit.
  • the sediments collected can thus easily be recovered, and if necessary be treated or recovered following their extraction.
  • the invention also relates to a method of sampling sediments on a bottom of a liquid medium such as a port or a pond. Such a method comprises at least one iteration of the following steps:
  • the steps are repeated, the successive placement steps being controlled by a step of locating the mouth.
  • the location step takes into account a predetermined treatment plan, defining a surface to be treated progressively.
  • each sequence of steps constitutes an automated cycle, allowing the cleaning to be done easily and progressively without external resources.
  • the invention also relates to a device for pretreatment of sediments taken from a bottom of a liquid medium, comprising at least two successive sieving stages, each sieving stages comprising a sieving basket having meshes of predetermined size, rotatable within a receptacle, so as to separate filtrates, passing through said sieves meshes of said basket, and residues not passing through said meshes.
  • At least one of the sieving stages comprises means for projecting a pressurized fluid onto at least a portion of the periphery of the sieving basket, from the outside to the inside thereof.
  • the sieving basket has a frustoconical shape with an upper edge wider than the lower edge.
  • the projection of fluid under pressure on the periphery of the basket makes it possible to unclog the meshes of the basket forming the filter.
  • the pressure exerted by the fluid off the particles obstructing the filter, and puts them back in motion so that the sieving operation can be continued and the filtrates are evacuated.
  • the specific shape of the basket allows the residual sediment to be ejected from the basket during its rotation, when the speed of the basket is increased.
  • the projection means comprise a plurality of nozzles distributed over the height of the periphery.
  • the basket is flared near its upper edge.
  • This specific form again facilitates the ejection of residual sediment out of the basket, when the rotational speed thereof is increased.
  • the shaft is mounted on an axis of rotation therethrough movable relative to the receptacle.
  • the upper end of the axis of rotation is driven by a motor.
  • the receptacle has an inclined bottom guiding the filtrates to transfer means.
  • the filtrate transfer means comprise a discharge nozzle.
  • the receptacle is fixed inside a tank receiving the residues.
  • the tank has, under the receptacle, a funnel-shaped shape, guiding the residues towards disposal means.
  • the sediment pre-treatment device comprises control means controlling the setting in rotation and / or the speed of rotation of said baskets and / or the distribution of said fluid under pressure.
  • the sediment treatment cycle can be completely automated to gain performance.
  • the sediment pre-treatment device comprises three successive sieving stages.
  • the incoming sediments thus undergo three successive treatments, the size of the meshes of the sieving baskets reducing gradually as the stages of sieving. In this way, three types of residues can be recovered and recovered, the "ultimate” residues taking the form of very fine particles.
  • the "ultimate” filtrates, evacuated at the end of operations are liquid and can be discharged directly into the starting environment. The device is thus efficient, since there is no "ultimate" waste to be stored.
  • the pretreatment operations can be carried out "in situ" on the actual site of extraction of the sediments, unlike the solutions of the prior art that require transport of the sediments to a treatment zone. This makes it possible to considerably reduce the carbon footprint of transport operations since only the sediments released from their water (and possibly packaged) are transported.
  • the invention also relates to a pretreatment stage for a device for sieving sediments taken from a bottom of a liquid medium, comprising a screening basket having meshes of predetermined size, which can be rotated inside a receptacle, so as to separate filtrates, passing through the mesh of the basket, and residues not passing through the mesh, comprising means for projecting a fluid under pressure on at least a portion of the periphery of the sieve pan, the outside towards the inside of it.
  • the screening basket has a truncated shape with an upper edge wider than the lower edge.
  • the invention also relates to a method for the pretreatment of sediments taken from a bottom of a liquid medium, comprising at least two successive sieving phases.
  • each of the sieving phases implements operations of:
  • Such a method allows efficient and simple sorting and dewatering of the sediments.
  • FIG. 1 represents an example of a sampling system according to the invention, seen from the side;
  • Figure 2 shows the sampling system of Figure 1, seen from above;
  • Figure 3 is a bottom view of the sampling system of Figure 1;
  • Figure 4 illustrates a first embodiment of the means for performing agitation in the lower end of the conduit
  • FIG. 5 represents a second embodiment of the means of carrying out agitation in the lower end of the duct
  • FIG. 6 illustrates an alternative embodiment of a sampling system, implementing an underwater unit
  • FIGS. 7A to 7D show four embodiments of the sampling system
  • Figure 8 illustrates the iterative steps of the sediment sampling process associated with the sediment sampling system
  • Figure 9 shows a three-dimensional view of the sieving device according to the invention
  • Figure 10 shows the holding structure of the sieving device according to a first embodiment
  • Figure 11 shows the sieving device according to a particular embodiment
  • Figure 12 shows a sectional view of a sieving stage according to this particular embodiment
  • Figure 13 is a three-dimensional view of a screening basket and the associated high pressure cleaning system
  • Figure 14 shows a variant of the high pressure cleaning system
  • FIG. 15 illustrates an exemplary implementation method according to the invention
  • Figure 16 is a view of the sampling system discharging sediment into the sieving device.
  • the invention relates to the treatment of sediments accumulated on the bottom of liquid environments such as ports or ponds.
  • Two aspects of the treatment are described which can be implemented in a single processing set (as illustrated in Figure 16). These two aspects are hereinafter described independently on board, and may if necessary be implemented independently of one another.
  • the sampling is carried out using a floating unit ( ⁇ 5.1.1 and ⁇ 5.2), whose extraction you 52 delivers the sediment taken from the bottom.
  • this extraction tube 52 directly feeds a device 100 for pretreatment of the sediments ( ⁇ 5.1.2 and ⁇ 5.3), installed for example on a quay Q or a bank.
  • the pretreatment device can be embedded on the floating unit 20, or on a dedicated floating unit placed nearby.
  • An independent implementation (sediments being stored in the meantime) can also be planned.
  • another pretreatment is implemented. In the same way, the pretreatment can be applied also to sediments obtained by another type of sampling.
  • Such a system comprises in particular:
  • a suction mouth mo bile under atmospheric pressure, desti to be placated substantially at the bottom, means for performing a local stirring at the bottom, inside the mouth, to ensure, where appropriate, the detachment and agitation (or mixing) of sediments, and
  • These means may extend inside an open conduit at both ends thereof, such conduit being supported by at least one floating element maintaining it partially emerged.
  • the lower end of the duct constituted by the mouth, rigid, touches or touches the bottom, while its upper end is kept in the open air, at atmospheric pressure.
  • the system of the invention comprises a surface unit, or floating unit, and / or a bottom unit, or immersed unit, which can be motorized and autonomously mobile, without human action required during cleaning, once an appropriate programming has been done.
  • the sediments are removed, according to the technique described above or if appropriate according to another approach, they are routed to a sediment pre-treatment device comprising at least two successive stages (or a single stage in some cases).
  • Such floors can for example be arranged in columns, steps or side by side. Sediment sieving allows gradual dewatering of sediments by dissociation of solid particles and liquid, sucked up during sediment sampling.
  • Each of the sieving stages comprises a sieving basket having meshes of predetermined size, this basket being able to be rotated inside a receptacle, so as to separate filtrates, passing through the meshes of the basket, and residues, not going through the cracks.
  • At least one of the sieving stages comprises means for projecting a fluid under pressure on the periphery of said sieving basket from the outside to the inside of the basket.
  • the fluid projection means may comprise a single nozzle or a plurality of nozzles (for example aligned), delivering as many jets, over the entire height, or at least a large part thereof. They can be fixed or mobile relative to the receptacle and / or the basket.
  • Figures 1, 2, 3 and 7A have a floating unit 20 supporting a conduit 30 mounted for example vertically, the upper end is held in a housing 21 provided for this purpose in the floating unit.
  • the floating element is in the form of a rectangular barge of approximate dimensions of 2m x 1m, but can of course take any other aspect (circular buoy, boat ...) provided that the functions flotation and maintaining the upper end of the conduit 30 at atmospheric pressure are met.
  • the shape of the duct and mouth may of course not be circular in section, but also, for example, of square, rectangular, oval or even any section.
  • This duct 30 can be deployed vertically or not, provided that this rigid end rests on the floor to be cleaned.
  • This conduit 30 envelopes on the one hand feed means 40 for directing one (or more) jet (s) under pressure, the water being pumped to the surface by a high pressure pump 44, and propelled to the bottom of the conduit 30 by the conduit (s) 43.
  • Mechanical stirring means may also be implemented in another embodiment, as shown in FIG. 5, to ensure that the sediment is decolored and agitated.
  • means similar to a scarifier 53 and / or a rotated propeller may be used.
  • the stirring means generate a local stirring at the lower part of the conduit 30, where appropriate to take off sediments present on the bottom.
  • This duct 30 also envelops an evacuation channel 50 to raise up to the surface a mixture of water and sediment.
  • the supply means feed two jets of water under high pressure, guided in channels 43 and 41, 42 as visible in Figure 3. These channels extend within the conduit 30, their first end flush with the ground, their second end being connected to the channel 43 out of conduit, itself connected to a high pressure pump 44. Extraction of the sediment and water mixture is provided via the evacuation channel 50, which is extended above the surface by an extraction tube 52 which joins a sediment collection unit (not shown), for example in the form of a barge. A pump 51 propels the sediments brought to the surface by the extraction duct 52 itself in the duct 30.
  • the duct 30 can be adjusted in height with respect to the floating element 20.
  • a rack 61 fixed vertically on the outer surface of the duct 30 meshes with a toothed shaft driven in rotation by an engine.
  • Means for controlling the position of the duct may allow the precise and automatic adjustment of the lower end of the duct relative to the ground.
  • Figure 4 illustrates the lower end of the conduit 30 when a cleaning operation is in progress and that it rests on the ground.
  • Displacement means for example four motors 70, 71, 72, 73, are fixed on the sides of the floating unit 20.
  • four cables anchored at four securing points (for example on the bank) delimiting an area to be treated, are connected to the four motors: the actuation of the motors causes the winding of the cables or their unwinding, as required, and the displacement of the floating unit 20 along a path to four translation components.
  • Automation means can be provided, so that the floating unit moves autonomously, and covers the entirety of a predefined surface, using mapping, positioning, avoidance means. obstacles, ...
  • the displacement of the floating unit is managed by GPS geolocation ("Global Positioning System” in English) or the like. Geolocation makes it possible to identify and identify macro-waste and to ensure the traceability of the cleaning operations and the route taken.
  • Means for picking up floating objects may be provided on the floating unit 20, for example to recover the invasive plants in the case of cutting operations.
  • the sampling system can implement a bottom unit 80, moving on the bottom to be cleaned.
  • This bottom unit 80 can move under the floating unit 20, or be able to shift relative to this floating unit 20, in particular to reach areas to be cleaned difficult to access (under boats or pontoons for example) or to leave waterways free.
  • the bottom unit 80 has a housing 81 in which is mounted the rigid lower end of the conduit 30.
  • This bottom unit 80 weighted to rest on the For example, the bottom (eg ballasts) takes a shape similar to the floating unit 20 holding the upper end of the conduit 30 out of the water.
  • FIG. 7C illustrates an underwater unit 80 connected to a fixed unit 200 placed at the edge of a quay Q for example, by means of a flexible duct.
  • FIG. 7D shows a bottom unit 80 and a floating unit 20 which can be offset relative to one another by means of such a flexible duct.
  • Displacement means for example four motors 91, 92, 93, 94 (shown in FIG. 5) can be fixed on the bottom unit 80, in addition to or in place of those of the floating unit 20. D other means of displacement can be implemented, such as a crawler movement.
  • This bottom unit 80 may, just like the floating unit 20, be controlled in an automated manner and its programmed displacement.
  • Sediment deposition on the waterbed is the cause of siltation of spaces such as ports or ponds.
  • the extraction of these sediments is, according to the invention, by means of the sampling system 10, comprising a floating unit 20 floated on the surface of a water point and then directed to an area to be cleaned by an operator , For example by towing or via a remote control, the motors 70, 71, 72, 73 located at the ends of the floating element 20 to easily orient the device 10 between the potential obstacles (boats, pontoons, ).
  • the sampling device 10 can also be moved automatically. For this, it includes locating means (for example GPS geolocation) enabling it to work along a predefined path over a predefined sector. "Local” localization, using sensors distributed on the zone, is also possible.
  • the motor 62 fixed on the floating element 20 is actuated, its toothed shaft meshing with the rack 61 fixed on the conduit 30.
  • the position of the conduit 30 at depth is adjusted in height such that so that it comes touching the bottom to clean.
  • Means for detecting the position of the duct 30 may allow, if necessary, an automatic adjustment of its lower end.
  • the duct 30 is therefore placed under atmospheric pressure.
  • the suction pump 44 is started and injects into the channel 43 a jet of high pressure water, then guided in the two channels 41, 42 to the ground.
  • the pressure of the water jets on the mud layers makes it possible to detach the sediments from the soil and to mix them with the water present in the pipe 30.
  • the depression generated by the extraction of the evacuation pump 51 ensures the suction of the mixture of sediment and water to the surface.
  • the sediment and the water are then sent to a collection unit via the extraction tube 52, using the pump 51.
  • the duct 30 remains under atmospheric pressure and delimits a restricted working perimeter on the ground makes it possible to eliminate the remobilization during the removal of the polluted sediments and avoids the contamination of the aquatic environment with the brewed toxic sludge.
  • the suspended particles are in fact confined within the conduit 30, until they are sucked by the pump 52 and the corresponding area is cleaned.
  • the duct 30 can then slide upwards via the height-regulating means 61, 62 so that it can be moved to another zone to be disengaged.
  • this zone is close to that which has just been cleaned, and the cleaning is done gradually, in small areas (for example of 40 cm 2 and 1 m 2 ) successive.
  • FIG. 8 An example of a method for collecting sediments from an aqueous bottom is illustrated in FIG. 8. It comprises, in this embodiment, nine main iterative steps, corresponding to the operating steps of the sediment sampling device, as presented in FIG. previous paragraph:
  • a step 801 of moving the device to the area to be cleaned As the case may be, the floating part and / or the underwater part are displaced, so that the mouth is in line with the desired position;
  • a sensor and / or sonar can allow precise control;
  • the suction of the water by the pump 51 creates a vacuum in the zone of cleaning. It is desirable that the previous step 802 of descent of the conduit be completed before this step 803 begins, so that the cleaning perimeter (corresponding to the area defined by the mouth) is well defined and circumscribed; a step 804 for starting the stirring, for detaching the sludge from the bottom, by starting the pump 44.
  • the start of stirring means (jets of water and / or mechanical means) begins a few moments after the start of the pump 51;
  • This step 805 combines the effects of steps 803 and 804, ensuring the separation of sediments in a confined space and their evacuation. Steps 804 and 805 can also be performed at the same time. It is possible to vary the agitation and / or suction (stops, changes in speed, direction of rotation, power, ...), and moving the stirring means inside the mouth ;
  • a step 809 for calculating a new position to be cleaned is preferentially automated, for example using a calculation rule determining a position to be reached, classically close to that which has just been processed, taking into account in particular the zones already treated, possible obstacles. , with a predefined treatment plan, an optimization of the journeys to be made, ....
  • the device moves, or is moved, to the new zone (step 801), relaunching a new iteration of the nine steps.
  • This sampling method of the invention thus makes it possible to collect the sediments continuously over time, without the need to resort to periodic and periodic dredging (for example every 5 years), and without interruption of the activity (especially for a port).
  • the device may for example make it possible to treat between 1 m 3 and 2m 3 of sludge per hour, or between 8,000 m 3 and 16,000 m 3 of sludge per year, depending on the embodiments.
  • the approach of the invention is thus opposed to the conventional approach, which provides for periodic cleaning, for a period of a few weeks during which the port, or the pond, can not be used in a normal manner.
  • the cleaning extends over a long period of time, and may even be continuous: thus treating small quantities, permanently, without disturbing the activity of the port or the pond, and without strongly stirring the sludge and the sediments.
  • the approach of the invention is particularly economical, and has the advantage that, the bottom being cleaned permanently, after 5 years, it is necessary to do only maintenance, which ensures the system of the invention, whereas, according to the prior art, the bottom is again completely silted.
  • the sediments taken generally have a slow or slow appearance, including a liquid phase and a solid phase. They need to be dried in order to be stored or valued.
  • Figures 9 and 10 show a sediment pre-treatment device 100 comprising three successive sieving stages 110, 120, 130.
  • Each stage 110, 120, 130 pretreatment device 100 thus comprises three stages 11, 12,
  • stage 13 forms a centrifuge system allowing gradual dewatering of sediments by sieving sediment particles smaller and smaller.
  • the stages 110, 120, 130 are assembled in stairs in the embodiment illustrated in FIGS. 9 to 11, but could equally well be assembled in columns or side by side.
  • the stages 110, 120, 130 may be fixed to a structure comprising one or more walls 140 and one or more roofs 150, forming a shelter, and intended to rest on the ground or on a barge.
  • the wall 140 of this structure comprises in particular on its inner face protruding elements 141, 142, 143 now fixed each of the sieving stages relative to each other, and relative to the ground.
  • Other holding structures can be envisaged as a perforated structure.
  • FIG. 11 shows the stages 110, 120, 130 sieving the device according to a preferred embodiment.
  • each floor comprises a hood closed tank, provided with a high pressure cleaning system, a discharge and a discharge pipe, as described more precisely to follow, in correspondence with Figure 12.
  • a first screening stage 110 forming a first centrifuge system thus comprises a basket 300 provided with meshes on its surface, so as to form a filter allowing only a certain particle size.
  • the basket 300 preferably has a frustoconical shape, the perimeter of its high edge being greater than the perimeter of its low edge, the basket 300 thus being flared in its high edge.
  • the basket 300 is also provided with an ejector rim 310 in its upper part as illustrated in FIG. 5. The size of such a basket is in correspondence with the volumes of sediments to be extracted during an entire cycle.
  • Such basket 300 may also have any other shape facilitating the drying and ejection of sediment.
  • the basket has a nominal diameter in a dewatering phase, and a larger diameter in a sediment ejection phase. This can for example be provided by three sliding means at 120 ° in the upper part of the basket.
  • This basket 300 is secured to an axis 400 adapted to be actuated in rotation by a motor M preferably electric.
  • a motor M preferably electric.
  • the base of the basket is advantageously mounted tight around the axis of rotation 400, but a mechanical connection by belt or reducer can also be considered.
  • a receptacle 500 receives the screening basket 300, the lower end of the axis 400 being connected to the base 510 of the receptacle 500.
  • the lower end of the axis 400 is provided with a base 410 comprising a ball bearing 420, and cooperates with a bearing support 520 emerging in the center of the base 510 of the receptacle 500.
  • the receptacle 500 is mounted in a tank 600, which can take any type of shape (cylindrical, cubic, frustoconical ).
  • the vessel has a substantially frustoconical shape, having under the receptacle 500, a funnel-shaped element for discharging residues.
  • residues is meant the sediments deposited in the screening basket 300 and too large to cross the mesh of the basket.
  • the tank 600 is provided with a cover 610 pierced at its center to receive the axis 400 which is secured to the screen basket 300.
  • the motor M to turn this axis 400 and to activate the centrifugation process, is located at the upper end of the axis 400, and above the cover 610.
  • the receptacle 500 is fixed by different points to the tank 600, the receptacle 500 and the tank 600 forming a fixed assembly.
  • the residues that are too large to pass through the meshes of the basket 300 are ejected outside the basket 300 via the ejector flange 310 and fall into the tank 600, then are conveyed for gravity conditioning to the end 620.
  • the residues may possibly then be recovered in a storage bin, as shown in Figures 9 and 10.
  • the receptacle 500 is in connection with means for discharging the filtrates, which may, for example, take the form of a discharge nozzle 530 (or a tube, a channel, etc.) placed in the end the lowest of the receptacle.
  • Filtrates are called the set of liquid and sedimentary particles, having crossed the mesh during the rotation of the basket 300.
  • the receptacle 500 is also provided with means for projecting a fluid under pressure, which comprise in the embodiment described a channel 700 for conveying the fluid (preferably water, but possibly also oil or petrol). ) provided with a plurality of nozzles 710 over part of its height. These nozzles are shown in greater detail in FIGS. 13 and 14.
  • the channel 700 is inserted inclined through the cover 610 of the tank 600 and the receptacle 500 so as to orient the fluid spray nozzles 710 perpendicular to the outer surface of the nozzle. basket 300 and over all its height. The nozzles 710 are thus positioned so as to brush against the outer surface of the basket 300.
  • a single movable nozzle moves along the channel 700 in order to project the fluid between the bottom edge and the top edge of the channel.
  • basket filter 300 In an alternative embodiment, shown in FIG. 14, blanks 710 are uncovered and respectively covered by a rotation of a shutter shell 720 around the channel 700, so as, on the one hand, to allow (and respectively prevent) the projection of the high pressure fluid arriving in the channel and also prevent the particles passing through the basket 300 during centrifugation to come to obstruct the nozzles.
  • the rotation of the envelope may naturally be initiated by the rise in pressure of the channel.
  • the means for projecting the fluid under pressure are not limited to the examples mentioned above.
  • the sieving stage 110 is connected to the sieving stage 120 by the overflow nozzle 530 guiding the filtrates from the receptacle 500 to the next sieving basket.
  • the various stages of the wetting 110, 120, 130 of the device 100 can also communicate with each other via a piping system comprising, in the case of a staircase assembly, tubes of Elbow evacuation 111, 121, 131. In the case of an installation in colon, these evacuation you would be straight. The sediments are thus discharged into the sieving basket 300 of the first stage 110 by means of a first evacuation tube 111.
  • the tank 500 of the first stage 110 is open on a second exhaust pipe 121 which makes it possible to evacuate the filtrates.
  • This 121 is oriented by an elbow towards the sieve basket of second stage of sieving 120.
  • a third one 131 similarly discharges the filtrates from the second stage 120 to the third stage 130.
  • a fourth tube 141 emerges from the tank of the last stage 130 and discharges the filtrates, which are Stage l iquids, towards a reservoir or in the environment of departure (port, lake, pond ).
  • each of the stages 110, 120, 130 regardless of the embodiment, therefore has a similar structure, forming a centrifuge system. Only the size of the mesh of the sieving basket varies so that the filtering of the sediments is gradually refined as and when the stages are crossed. Thus, in the embodiment described, the first screening stage 110 retains the large particles larger than 5 mm, the second stage 120 filters the residues of average size, between 1 and 5 mm, and the third stage 130 treats small particles smaller than a millimeter in size.
  • the residues can be ejected to a storage bin 112, 122, 132 corresponding, and recovered for recovery.
  • large-scale waste pebbles, gravel
  • medium-sized waste sand
  • waste fine size valued in agronomy waste fine size valued in agronomy.
  • Such a device 100 of sediment sieving can rest on the ground or be installed on a barge, on the surface of a liquid medium (harbor, pond, lake ...), this latter configuration allowing the sediments not to pass through a stage of "waste".
  • the sediments, of pulverulent type, recovered during a dredging operation, for example, are automatically discharged inside the first screening basket 300 of the first stage 110.
  • a sieving cycle comprises several phases, or steps, after the first stage sieve has received (step 810) a sediment dose to be treated:
  • a first phase 810 of a duration appropriate to the desired drying, the electric motor M is actuated, driving in rotation the axis 400 which is secured to the basket 300.
  • the rotation of the basket in the manner a centrifuge, increases the gravity field around the sediments: they are pressed against the hole surface of the basket 300, and water and particles smaller than the size of the holes are projected through the basket 300 and reach the receptacle 500 and the tip 530, preferably placed above a second sieve basket of the next sieving stage to undergo a second treatment, the second sieving basket having mesh size lower.
  • a second phase 820 the rotation speed of the basket 300 is then increased so as to project the residues that have not passed through the holes along the inclined walls of the basket and towards the ejection edge 310 at the top of the basket.
  • the residues due to the speed acquired during the rotation of the basket, are ejected in the tank 600 and join the funnel 620 for the purpose of being transferred and possibly stored in storage bins.
  • a third phase 830 of rotation of the basket 300 slower is accompanied by the startup of the nozzles 710 for spraying fluid under pressure.
  • the fluid is thus projected over the entire height of the basket 300, and because of its rotation over its entire periphery.
  • the pressure exerted makes it possible to unclog the holes of the basket 300 by pushing the particles obstructing the filter towards the center of the basket.
  • the following sieving operations do not lose in effectiveness.
  • a fourth phase 840 the supply of the nozzles projection 710 cut off and the motor M is stopped, the rotation of the basket thus being stopped.
  • a new sediment spill in the basket 300 can also be envisaged, which operates with a slow speed of rotation, so as not to completely stop the motor M.
  • the cleaning fluid flowing in the receptacle 500 causes the remainder of sediment particles filtered to the tip 530, then to the second stage 120 sieving.
  • Each sieving stage reproduces these same phases constituting a sieving cycle. All sieving stages can operate at the same time, only the filling of the highest basket is automatically performed before each rotation. Furthermore, the rotation of the baskets, the speed of rotation of the baskets and the distribution of the cleaning fluid are advantageously automated so as to make the sediment treatment operations more fluid and efficient.
  • the ultimate filtrates are preferably substantially liquid and can be returned to the environment in which the sediments have been removed or transferred to a treatment zone, if polluted.

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Abstract

Système de prélèvement de sédiments sur un fond d'un milieu liquide tel qu'un port ou un étang, caractérisé en ce qu'il comprend un conduit (30) dont l'extrémité inférieure forme une bouche d'aspiration mobile (31) destinée à être placée sensiblement au niveau dudit fond, et dont l'extrémité supérieure débouche à l'air libre de manière que ladite bouche (31) soit sous pression atmosphérique, ledit système comprenant des moyens de réalisation d'une agitation locale (41, 42, 43, 44, 53), à l'intérieur de ladite bouche (31), et des moyens d'évacuation (50, 51, 52) reliant ladite bouche (31) à la surface dudit milieu liquide, dans lesquels circulent des sédiments.

Description

Système de prélèvement de sédiments sur un fond d'un milieu liquide
1. Domaine de l'invention
L' invention concerne le domaine du nettoyage du fond de milieux l iquides, par exemple maritimes ou fluviaux.
La présente invention trouve notamment son application dans le traitement et la valorisation d es séd i ments se dé posa nt n atu re l l eme nt et/o u d u fa it d' u n e pol l utio n su r l es fon ds des environnements liquides tels que les estuaires, les ports, les lacs, les étangs, fleuves, les rivières ou les ouvrages de retenue d'eau et stations d'épuration.
2. Art antérieur
Les cours d'eau transportent de nombreux sédiments, dont le dépôt provoque naturellement l'envasement des fonds. Ce phénomène peut être amplifié par les processus d'érosion, de faibles débits, une topographie plane ainsi que par les rejets industriels et urbains. Les mil ieux fermés (mares, étangs,...) ou presque fermés (ports, barrages...) sont encore plus sujets à ce problème.
Pour cette raison, il est nécessaire d'effectuer de réaliser un curage des fonds de ces milieux (appelé dragage). Classiquement, on met en œuvre périodiquement, par exemple tous les 3 à 5 ans, des opérations de dragage de ces zones afin d'évacuer les boues ou sédiments qui s'y accumulent et qui peuvent perturber, à terme, les activités humaines (sociétales, commerciales, touristiques, loisirs,...) et/ou les équilibres écologiques.
Ces travaux de désenvasement sont généralement réalisés par des bateaux spécialisés, appelés dragues, qui peuvent être hydrauliques ou mécaniques, ou par des engins de travaux publics, depuis le rivage.
Dans la catégorie des dragues hydrauliques, le matériel utilisé combine souvent d'une part un système mécanique ou hydraulique permettant de mettre en mouvement les sédiments accumulés sur le fond à nettoyer, et d'autre part un système permettant d'extraire les sédiments brassés, en général une pompe aspirante.
U n inconvén ient majeu r de ces systèmes de l'art a ntérieu r est leu r impact néfaste sur l'environnement aquatique. En effet, les sédiments sont brassés et soulevés, et une partie de ceux-ci se retrouvent distribués dans l'espace liquide, donnant un aspect sale et trou ble, pour se redéposer ensuite sur le fond.
De plus, ce brassage agit en profondeur, et peut atteindre des zones polluées par des toxiques, métaux lourds ou pesticides, issus des industries ou d'eaux urbaines. Ces toxiques sont généralement emprisonnés dans des couches de boue lors du dépôt des sédiments sur les fonds des environnements aqueux. Cependant, la plupart des systèmes de dragage hydraulique ou mécanique remobilisent les sédiments pollués de la zone nettoyée, provoquent la mise à nu des toxiques jusqu'alors ensevelis. Ces boues toxiques se retrouvent ainsi en contact avec l'environnement aquatique.
Par ailleurs, un autre inconvénient des solutions existantes est le coût important et hétérogène généré par les chantiers temporaires de dragage. En effet, ces chantiers mobilisent un grand nombre de ressources humaines et matérielles pendant des durées conséquentes pouvant aller jusqu'à plusieurs mois, du fait des quantités de boue importantes à extraire.
En outre, pendant la période de dragage, le port (par exemple) est inaccessible ou son accès est fortement perturbé en comparaison avec l'usage normal.
De telles opérations de dragage doivent en plus être reproduites régulièrement (par exemple, tous les cinq ans) puisque l'envasement est continuel, ce qui perturbe périodiquement les activités de la zone concernée.
Une solution a été proposée par le document de brevet EP 2090699, consistant à mettre en œuvre une cloche sous-marine posée sur un fond à nettoyer, contenant une pompe d'aspiration des boues. Cette cloche est reliée à un bateau via un puits, permettant à un plongeur d'y descendre, et une cond uite. Via cette condu ite, de l'a ir sous pression atmosphériq ue est pompé da ns la cloche, permettant d'y chasser l'eau et les sédiments, qui sont aspirés par la pompe d'aspiration vers un lieu de stockage dans le bateau. Ceci permet de réduire les turbulences et les remous de boue.
Bien que ce dispositif permette de réduire l'impact environnemental du dragage, il reste imposant, fixe ou peu déplaçable, et très onéreux. Par ailleurs, la présence d'un bateau au-dessus de la cloche est nécessaire.
Par ailleurs, suite à leur extraction (et indépendamment de la façon dont cette extraction est faite), les sédiments doivent être évacués, et de préférence au moins en partie réutilisés et valorisés. Ils sont généralement transportés puis su bissent un prétraitement préala ble à leur util isation. Ce prétraitement a pour but d'une part de séparer les particules de boues des éléments indésira bles (détritus, ... ) récupérés lors de l'opération de dragage, et d'assécher les sédiments en dissociant la matière sèche de l'eau. Il existe différents types de prétraitement, les plus classiquement utilisés étant le dégrillage (c'est-à-dire le passage des sédiments au travers d'une grille), le tamisage, (c'est-à-dire le passage des sédiments à travers un tamis) ou le ressuyage (c'est-à-dire le drainage naturel des sédiments par migration de l'eau en excès).
II n'existe pas, à l'heure actuelle, de système efficace pour traiter de grandes quantités de sédiments. En conséquence, les milliers de m3 de sédiments récupérés lors des opérations de dragage ne sont généralement pas traités. Les déchets sont ainsi stockés à terre en dépôt ou acheminés par pipeline, barge ou autre moyen de transport loin des côtes et relâchés en pleine mer. Ces opérations également peuvent être néfastes pour l'environnement en contribuant à la pollution des eaux du fait des toxiques contenus dans de tels déchets.
De nombreuses études présentent pourtant le potentiel de valorisation des sédiments de dragage, comme par exemple dans la fa brication du béton, dans les travaux routiers (rem blais, chaussées...), dans l'industrie (verrerie, fonderie...) ou encore dans l'agronomie.
Il existe donc un besoin de disposer d'un système qui assurerait un prélèvement des sédiments respectueux de l'environnement et aisé à mettre en œuvre puis un séchage efficace des sédiments, tout en étant capable de traiter des quantités plus importantes de matière entrante, et qui contribuerait à la réduction de la masse de déchets stockés à terre ou déversés en mer.
3. Exposé de l'invention
La présente invention a pour objectif de pallier au moins certains de ces inconvénients de l'art antérieur.
Cet objectif, ainsi que d'autres qui apparaîtront plus clairement par la suite, sont atteints, selon au moins un aspect de l'invention, à l'aide d'un système de prélèvement de sédiments sur un fond d'un milieu liquide tel qu'un port ou un étang. Le système comprend notamment un conduit dont l'extrémité inférieure forme une bouche d'aspiration mobile destinée à être placée sensiblement au niveau du fond, et dont l'extrémité supérieure débouche à l'air libre de manière que la bouche soit sous pression atmosphérique, le système comprenant des moyens de réalisation d'une agitation locale, à l'intérieur de la bouche et des moyens d'évacuation reliant la bouche à la surface du milieu liquide, dans lesquels circulent des sédiments.
Un tel système de prélèvement permet de prélever de petites quantités de sédiments d'un sol envasé puis de les extraire, en réduisant les impacts environnementaux sur l'environnement aquatique. En particulier, les moyens de réalisation d'une agitation locale permettent de décoller les sédiments du fond. Une telle agitation peut-être réalisée par des moyens mécaniques (par exemple grâce à des bras d'agitation) ou encore par des moyens de génération d'une surpression (par exemple grâce à des jets de fluide). Le fait que le conduit soit sous pression atmosphérique naturelle permet la création d'une dépression locale dans son extrémité basse, dont le rôle est de contenir le mélange « souillé » d'eau et de sédiments potentiellement pollués à l' intérieur de la zone de nettoyage définie par le conduit reposant sur le fond, sans que ce mélange puisse être mis en contact avec l'environnement aquatique externe, comme c'est souvent le cas dans les solutions de dragage actuelles.
Sel o n u n premier mode de réal isation, le système de prélèvement comprend une un ité flottante, supportant les moyens d'évacuation par une première extrémité.
Ainsi, une extrémité du conduit est maintenue hors de l'eau, afin de permettre l'évacuation du mélange d'eau et de sédiments vers des barges attenantes ou des opérations de traitement postérieures, par l'intermédiaire des moyens d'évacuations.
Selon un autre mode de réalisation, ou en complément, le système de prélèvement comprend une unité mobile sur le fond, reliée aux moyens d'évacuation par une seconde extrémité.
Cette unité mobile sur le fond permet de nettoyer des zones envasées difficiles d'accès (comme les zones sous les bateaux ou les pontons par exemple), tout en laissant les voies navigables libres, et en maintenant la seconde extrémité du conduit proche du fond afin de réaliser l'extraction des sédiments décollés par les moyens d'évacuation.
Selon un autre aspect particulier, les moyens de réalisation d'une agitation locale délivrent au moins un jet d'eau sous pression dirigé vers le fond.
Ainsi, la pression générée par le (les) jet(s) d'eau sur le sol envasé, souvent durci en surface, permet de en outre de décoller et d'agiter les sédiments.
Selon un autre aspect particulier, les moyens de réalisation d'une agitation locale comprennent au moins un dispositif d'agitation mécanique.
Ces moyens mécaniques permettent de travailler le sol envasé, décoller les sédiments, et les mélanger efficacement.
Il peut par exemple s'agir d'une ou plusieurs hélices entraînées en rotation selon un axe vertical, ou d'outils montés sur un axe horizontal (par exemple de façon similaire à un scarificateur).
Selon un autre aspect particulier, le conduit sous pression atmosphérique porte et/ou forme les moyens d'évacuation.
Un tel conduit permet à la fois de protéger et contenir les moyens d'évacuation et de définir un périmètre de nettoyage au sol. Le conduit étant sous pression atmosphérique, une dépression locale est créée au sein de ce périmètre de nettoyage lorsque le niveau du mélange eau et sédiments diminue, au fur et à mesure qu'il est évacué par les moyens d'évacuation. Cette dépression locale empêche tout contact du liquide souillé avec l'environnement aquatique extérieur au conduit.
Lorsque le milieu à traiter est peu profond, ce conduit vertical peut s'étendre d'un seul tenant entre la surface et le fond. Dans d'autres situations, la bouche peut être reliée à ce conduit, et plus généralement à la surface, par un tube souple.
Selon un autre aspect particulier, le système de prélèvement comprend des moyens de contrôle de proximité de la hauteur immergée du conduit vertical.
La position du conduit peut ainsi ajustée de façon à ce que l'extrémité inférieure immergée du conduit repose sur le sol à nettoyer.
Selon un autre aspect particulier, les moyens de contrôle sont motorisés. Ceci permet un ajustement automatique de la position du conduit par rapport au fond, sans qu'une action manuelle soit nécessaire.
Selon un autre aspect particulier, l'unité flottante et/ou l'unité mobile sur le fond est équipée de moyens de déplacement autonomes.
Selon un autre aspect particulier, le système comprend des moyens de contrôle autonomes de son déplacement, de façon à couvrir progressivement une surface prédéfinie.
En particulier, les moyens de déplacement mettent en œuvre au moins un câble de guidage, les moyens de contrôle pilotant au moins un élément mobile le long du ou des câbles.
Ainsi, la robotisation du système de prélèvement évite qu'une intervention humaine soit nécessaire pour assurer et contrôler son déplacement, ce qui réduit les besoins en ressources humaines et financières, et facilite et accélère les opérations de nettoyage. L'utilisation de câbles de guidage arrimés en mer et/ou sur terre est un moyen simple et efficace de déplacer le système.
Selon un autre aspect particulier, le système est relié à au moins une unité de réception de sédiments prélevés.
Les sédiments prélevés peuvent ainsi aisément être récupérés, puis le cas échéant être traités ou valorisés suite à leur extraction.
L'invention concerne aussi un procédé de prélèvement de sédiments sur un fond d'un milieu liquide tel qu'un port ou un étang. U n tel procédé comprend au moins une itération des étapes suivantes :
- placement d'une bouche d'aspiration mobile, sous pression atmosphérique, sensiblement au niveau du fond ;
réalisation d'une agitation locale, à l'intérieur de la bouche ; et
évacuation de sédiments de la bouche vers la surface du milieu liquide.
Selon un aspect particulier, les étapes sont réitérées, les étapes de placement successives étant contrôlées par une étape de localisation de la bouche.
Selon un autre aspect particulier, l'étape de localisation tient compte d'un plan de traitement prédéterminé, définissant une surface à traiter progressivement.
Ainsi, chaque enchaînement d'étapes constitue un cycle automatisé, permettant que le nettoyage soit réalisé facilement et progressivement sans ressource extérieure.
Selon un autre aspect, pouvant dans certains cas être mis en œuvre indépendamment de ce qui précède, l'invention concerne également un dispositif de prétraitement de sédiments prélevés sur un fond d'un milieu liquide, comprenant au moins deux étages de tamisage successifs, chacun des étages de tamisage comprenant un panier de tamisage présentant des mailles de taille prédéterminée, pouvant être entraîné en rotation à l'intérieur d'un réceptacle, de façon à séparer des filtrats, traversant lesdites mailles dudit panier, et des résidus ne traversant pas lesdites mailles.
Selon un aspect de l'invention, au moins un des étages de tamisage comprend des moyens de projection d'un fluide sous pression sur au moins une partie de la périphérie du panier de tamisage, de l'extérieur vers l'intérieur de celui-ci et le panier de tamisage présente une forme tronconique avec un bord supérieur plus large que le bord inférieur.
La projection de fluide sous pression sur la périphérie du panier permet de décolmater les mailles du panier formant le filtre. La pression exercée par le fluide décolle les particules obstruant le filtre, et les remet en mouvement afin que l'opération de tamisage puisse être poursuivie et que les filtrats soient évacués.
La filtration, et par conséquent le tri et le séchage des sédiments, est ainsi plus efficace. La présence du système de nettoyage permet d'assurer une continuité dans le fonctionnement du dispositif de prétraitement, et ainsi de traiter des quantités plus importantes de sédiments.
La forme spécifique du panier permet que les sédiments résiduels soient éjectés hors du panier lors de sa rotation, lorsque la vitesse du panier est augmentée.
Selon un premier mode de réalisation, les moyens de projection comprennent une pluralité de buses distribuées sur la hauteur de la périphérie.
Ainsi, lorsque le panier est mis en mouvement et effectue sa rotation, l'ensemble de la surface extérieure du panier, c'est-à-dire de l'extrémité basse du panier jusqu'à son extrémité haute, est aspergée. Ceci garantit que toutes les mailles du panier soient décolmatées, et assure une efficacité maximum.
Selon un autre mode de réalisation, le panier est évasé au voisinage de son bord supérieur.
Cette forme spécifique facilite à nouveau l'éjection des sédiments résiduels, hors du panier, lorsque la vitesse de rotation de celui-ci est augmentée.
Selon u n mode de réal isation particul ier, le pa nier est monté sur u n axe de rotation le traversant, mobile par rapport au réceptacle.
En particulier, l'extrémité supérieure de l'axe de rotation est entraînée par un moteur.
La mise en route du moteur, entraîne la rotation de l'axe, et par conséquent du panier à l'intérieur du réceptacle. La technique mise en œuvre est simple et peu coûteuse.
Selon un autre mode de réalisation, le réceptacle présente un fond incliné guidant les filtrats vers des moyens de transfert.
En particulier, les moyens de transfert des filtrats comprennent un embout déverseur.
Ainsi, les filtrats ayant franchi les mailles du panier s'écoulent naturellement vers le bas du réceptacle, l'embout déverseur permettant leur guidage précis vers le panier de filtration suivant.
Selon un autre mode de réalisation, le réceptacle est fixé à l'intérieur d'une cuve recevant les résidus.
Ainsi, la récupération des résidus, n'ayant pas franchi les mailles du panier, s'effectue de manière simple, au sein même du dispositif.
Selon u n autre mode de réa lisation, la cuve présente, sous le réceptacle, une forme en entonnoir, guidant les résidus vers des moyens dévacuation.
Ceci permet que les résidus soient naturellement guidés vers les bas de la cuve, et soient rassemblés afin d'être évacués vers un bac de stockage, par exemple.
Selon un autre mode de réalisation, le dispositif de prétraitement de sédiments comprend des moyens de contrôle pilotant la mise en rotation et/ou la vitesse de rotation desdits paniers et/ou la distribution dudit fluide sous pression.
Ainsi, le cycle de traitement des sédiments peut être complètement automatisé afin de gagner en performance.
Selon un autre mode de réalisation, le dispositif de prétraitement de sédiments comprend trois étages de tamisage successifs.
Les sédiments entrants subissent ainsi trois traitements successifs, la taille des mailles des paniers de tamisage réduisant au fur et à mesure des étages de tamisage. De cette manière, trois types de résidus peuvent être récupérés et valorisés, les résidus « ultimes » prenant la forme de particules très fines. De plus, les filtrats « ultimes », évacués à la fin des opérations sont liquides et peuvent être rejetés directement dans l'environnement de départ. Le dispositif est ainsi efficient, puisqu'il ne reste aucun déchet « ultime » à stocker.
Par ailleurs, les opérations de prétraitements peuvent être effectuées « in situ », sur le lieu même d'extraction des sédiments, contrairement aux solutions de l'art antérieur qui nécessitent un transport des sédiments vers une zone de traitement. Ceci permet de réduire considérablement le bilan carbone des opérations de transport puisq ue seu ls les sédiments déba rrassés de leu r eau (et éventuellement conditionnés) sont transportés.
L'invention concerne également un étage de prétraitement pour un dispositif de tamisage de sédiments prélevés sur un fond d'un milieu liquide, comprenant un panier de tamisage présentant des mailles de taille prédéterminée, pouvant être entraîné en rotation à l'intérieur d'un réceptacle, de façon à séparer des filtrats, traversant les mailles du panier, et des résidus ne traversant pas les mailles, comprenant des moyens de projection d'un fluide sous pression sur au moins une portion de la périphérie dupanier de tamisage, de l'extérieur vers l'intérieur de celui-ci.
Avantageusement, le panier de tamisage présente une forme tronconiq ue avec un bord supérieur plus large que le bord inférieur.
L'invention concerne également un procédé de prétraitement de sédiments prélevés sur un fond d'un milieu liquide, comprenant au moins deux phases de tamisage successives.
Avantageusement, chacune des phases de tamisage met en œuvre des opérations de :
mise en rotation d'un panier de tamisage de forme tronconique présentant des mailles dé taille prédéterminée, à l'intérieur d'un réceptacle, de façon à séparer des filtrats, traversant les mailles du panier, et des résidus ne traversant pas les mailles ;
projection d'u n flu ide sous pression sur la périphérie du panier de tamisage, de l'extérieur vers l'intérieur de celui-ci.
Un tel procédé permet un tri et un assèchement efficace et simple des sédiments.
Il peut notamment comprendre les étapes suivantes, pour un cycle de traitement d'un desdits étages :
extraction des filtrats, par mise en rotation dudit panier à une première vitesse de rotation ;
évacuation des résidus, par mise en rotation dudit panier à une deuxième vitesse de rotation, supérieure à ladite première vitesse ;
- décolmatage du panier, par mise en rotation dudit panier à une troisième vitesse, inférieure à ladite deuxième vitesse et activation de la projection de fluide.
4. Liste des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de modes de réalisation, donnés à titre de simples exemples illustratifs et non limitatifs, et des figures annexées, parmi lesquelles :
la figure 1 représente un exemple de système de prélèvement selon l'invention, vu de coté ; la figure 2 représente le système de prélèvement de la figure 1, vu de dessus ;
la figure 3 est une vue de dessous du système de prélèvement de la figure 1 ;
la figure 4 illustre un premier mode de réalisation des moyens de réalisation d'une agitation dans l'extrémité inférieure du conduit;
la figure 5 représente u n deuxième mode de réalisation des moyens de réalisation d'une agitation dans l'extrémité inférieure du conduit ;
la figure 6 illustre un mode de réalisation alternatif d'un système de prélèvement, mettant en œuvre une unité sous-marine ;
- les figures 7A à 7D présentent quatre modes de réalisation du système de prélèvement ;
la figure 8 illustre les étapes itératives du procédé de prélèvement des sédiments associé au système de prélèvement des sédiments ;
la figure 9 présente une vue en trois dimensions du dispositif de tamisage selon l'invention ; la figure 10 représente la structure de maintien du dispositif de tamisage selon un premier mode de réalisation ;
la figure 11 représente le dispositif de tamisage selon un mode de réalisation particulier ;
la figure 12 présente une vue en coupe d'un étage de tamisage selon ce mode de réalisation particulier ;
la figure 13 est une vue en trois dimensions d'un panier de tamisage et du système de nettoyage haute pression associé ;
la figure 14 représente une variante du système de nettoyage haute pression ;
la figure 15 illustre un exemple de procédé de mise en œuvre selon l'invention ;
la figure 16 est une vue du système de prélèvement déversant les sédiments dans le dispositif de tamisage.
5. Description d'un mode de réalisation de l'invention
5.1 Principe général
L'invention concerne le traitement de sédiments accumulés sur le fond des environnements liquides comme les ports ou les étangs. Deux aspects du traitement sont décrits, qui peuvent être mis en œuvre dans un même ensemble de traitement (comme illustré en figure 16). Ces deux aspects sont ci-a près décrits tout d'a bord indépendam ment, et peuvent le cas échéant être mis en œuvre indépendamment l'un de l'autre.
Le prélèvement est réalisé à l'aide d'une unité flottante (§ 5.1.1 et § 5.2), dont le tu be d'extraction 52 délivre les sédiments prélevés sur le fond. Dans le mode de réalisation illustrée en figure 16, ce tube d'extraction 52 alimente directement un dispositif 100 de prétraitement des sédiments (§ 5.1.2 et § 5.3), installé par exemple sur un quai Q ou une rive. Selon d'autres mises en œuvre, le dispositif de prétraitement peut être embarqué sur l'unité flottante 20, ou sur une unité flottante dédiée placée à proximité. Une mise en œuvre indépendante (les sédiments étant entre temps stockés) peut être également prévue. Enfin, il est également possible que, pour tout ou partie des sédiments prélevés, un autre prétraitement soit mis en œuvre. De la même façon, le prétraitement peut être appliqué également à des sédiments obtenus par un autre type de prélèvement.
5.1.1 système de prélèvement des sédiments
Un tel système comprend notamment :
une bouche d'aspiration mo bile, sous pression atmosphérique, desti née à être pl acée sensiblement au niveau du fond, des moyens de réalisation d'une agitation locale au niveau du fond, à l'intérieur de la bouche, permettant d'assurer, le cas échéant, le décollement et l'agitation (ou le brassage) de sédiments, et
- des moyens d'évacuation des sédiments décollés du fond et mélangés à l'eau reliant la bouche à la surface du milieu liquide, une dépression locale étant ainsi créée au niveau de la bouche.
Ces moyens peuvent s'étendre à l'intérieur d'un conduit ouvert à ses deux extrémités, un tel conduit étant soutenu par au moins un élément flottant le maintenant partiellement émergé.
L'extrémité inférieure du conduit, constituée par la bouche, rigide, touche ou effleure le fond, alors que son extrémité supérieure est maintenue à l'air libre, à pression atmosphérique. Ainsi, lorsque les moyens d'évacuation du mélange sédiments et eau sont activés, il se crée une dépression locale à l'intérieur du tube au fur et à mesure que le mélange est évacué et que le niveau de liquide diminue. Le liquide souillé de sédiments est ainsi contenu au sein d'un périmètre de nettoyage limité par le conduit, et dont l'agitation n'affectera pas, ou que très faiblement, l'environnement avoisinant.
Selon les modes de réalisation, le système de l'invention comprend une unité de surface, ou unité flottante, et/ou une unité de fond, ou unité immergée, qui peuvent être motorisées et mobiles de façon autonome, sans action humaine requise au cours du nettoyage, une fois une programmation appropriée effectuée.
5.1.2 système de prétraitement des sédiments
Une fois les sédiments prélevés, selon la technique décrite ci-dessus ou le cas échéant selon une autre approche, ils sont acheminés vers un dispositif de prétraitement des sédiments comprenant au moins deux étages successifs (ou un unique étage dans certains cas).
De tels étages peuvent par exemple être disposés en colonne, en escalier ou côte à côte. Le tamisage des sédiments permet d'assécher de façon progressive les sédiments par dissociation des particules solides et du liquide, aspirés lors du prélèvement des sédiments.
Chacun des étages de tamisage comprend un panier de tamisage présentant des mailles de taille prédéterminée, ce panier pouvant être entraîné en rotation à l'intérieur d'un réceptacle, de façon à séparer des filtrats, traversant les mailles du panier, et des résidus, ne traversant pas les mailles.
Au moins un des étages de tamisage comprend des moyens de projection d'un fluide sous pression sur la périphérie dudit panier de tamisage, de l'extérieur vers l'intérieur du panier.
Cette projection de fluide sous pression permet notamment le nettoyage des alvéoles, ou mailles, du panier. Les particules obstruant les alvéoles du panier de tamisage sont ainsi efficacement remises en mouvement, et ces alvéoles sont débouchées en permanence. Les moyens de projection du fluide peuvent comprendre une unique buse ou une pluralité de buses (par exemple alignées), délivrant autant de jets, sur toute la hauteur, ou au moins une grande partie de celle-ci. Ils peuvent être fixes ou mobiles par rapport au réceptacle et/ou au panier.
5.2 Prélèvement des sédiments sur le fond d'un milieu liquide
5.2.1 Exemples d'unité flottante
Les figures 1, 2, 3 et 7A présentent une unité flottante 20 soutenant un conduit 30 monté par exemple verticalement, dont l'extrémité supérieure est maintenue dans un logement 21 prévu à cet effet dans l'unité flottante. Selon le mode de réalisation illustré, l'élément flottant se présente sous la forme d'une barge rectangulaire de dimensions approximatives de 2m x lm, mais peut bien sûr prendre tout autre aspect (bouée circulaire, barque ... ) pourvu que les fonctions de flottaison et de maintien de l'extrémité haute du conduit 30 à la pression atmosphérique soient remplies.
Le conduit 30, par exemple de section circulaire d'une cinquantaine de centimètres de diamètre, possède une extrémité inférieure rigide, formant une bouche 31. La forme du conduit et de la bouche peut bien sûr ne pas être de section circulaire, mais également, par exemple, de section carrée, rectangulaire, ovale, voire quelconque.
Ce conduit 30 peut se déployer verticalement ou non, pourvu que cette extrémité rigide repose sur le sol à nettoyer. Ce conduit 30 enveloppe d'une part des moyens d'alimentation 40 permettant de diriger un (ou plusieurs) jet(s) sous pression, l'eau étant pompée en surface par une pompe haute pression 44, et propulsée au fond du conduit 30 par le ou les conduits 43.
Des moyens mécaniques d'agitation peuvent également être mis en œuvre, dans un autre mode de réalisation, comme présenté par la figure 5, afin d'assurer le décol lement et l'agitation des sédiments. Par exemple, des moyens similaires à un scarificateur 53 et/ou une hélice entraînée en rotation peuvent être utilisés.
Les moyens d'agitation génèrent une agitation locale au niveau de la partie inférieure du conduit 30, permettant le cas échéant de décoller des sédiments présents sur le fond.
Ce conduit 30 enveloppe par ailleurs un canal d'évacuation 50 permettant de remonter vers la surface un mélange d'eau et sédiments. L'aspiration de ce mélange d'eau et sédiments, et de fait la diminution du niveau de liquide dans le conduit 30, crée une dépression à la base du conduit, retenant ainsi l'eau souillée au sein du périmètre de nettoyage défini par l'extrémité inférieure du conduit reposant sur le fond.
Dans le mode de réalisation préférentiel décrit, les moyens d'alimentation alimentent deux jets d'eau sous haute pression, guidés dans des canaux 43 puis 41, 42 tel que visibles sur la figure 3. Ces canaux s'étendent à l'intérieur du conduit 30, leur première extrémité affleurant avec le sol, leur seconde extrémité étant reliée au canal 43 hors conduit, relié lui-même à une pompe haute pression 44. L'extraction du mélange sédiments et eau est assurée via le canal d'évacuation 50, q ui se prolonge au-dessus de la surface par un tube d'extraction 52 qui rejoint une unité de collecte des sédiments (non représentée), par exemple sous la forme d'une barge. Une pompe 51 assure la propulsion des sédiments ramenés au niveau de la surface par le conduit d'extraction 52 lui-même dans le conduit 30.
Le conduit 30 peut être réglé en hauteur par rapport à l'élément flottant 20. Pour cela, dans le mode de réalisation illustré, une crémaillère 61 fixée verticalement sur la surface externe du conduit 30 engrène avec un arbre denté entraîné en rotation par un moteur 62 fixé sur l'élément flottant, à l'intérieur de la cavité 21.
Des moyens de contrôle de la position du conduit, par exemple un sonar, peuvent permettre l'ajustement précis et automatique de l'extrémité inférieure du conduit par rapport au sol.
La figure 4 illustre l'extrémité inférieure du conduit 30 lorsqu'une opération de nettoyage est en cours et que celle-ci repose sur le sol.
Des moyens de déplacement, par exemple quatre moteurs 70, 71, 72, 73, sont fixés sur les côtés de l'unité flottante 20. Dans un mode de réalisation particulier, quatre câbles ancrés à quatre points d'arrimage (par exemple sur la berge) délimitant une zone à traiter, sont reliés aux quatre moteurs : l'actionnement des moteurs entraîne l'enroulement des câbles ou leur déroulement, suivant les besoins, et le déplacement de l'unité flottante 20 le long d'une trajectoire à quatre composantes de translation.
Des moyens d'automatisation peuvent être prévus, de façon que l'unité flottante se déplace de façon autonome, et couvre l'intégralité d'une surface prédéfinie, à l'aide de moyens de cartographie, de positionnement, d'évitement d'obstacles,... Dans un mode de réalisation particulier, le déplacement de l'unité flottante est géré par géolocalisation GPS (« Global Positionning System » en anglais) ou similaire. La géolocalisation permet notamment de repérer et d'identifier les macro-déchets et d'assurer la traçabilité des opérations de nettoyage et du trajet effectué.
Des moyens de ramassage d'objets flottants peuvent être prévus sur l'unité flottante 20, par exemple pour récupérer les plantes invasives dans le cas d'opérations de faucardage.
5.2.2 Exemples d'unité de fond
Comme illustré sur les figures 6 et 7B, le système de prélèvement peut mettre en œuvre une unité de fond 80, se déplaçant sur le fond à nettoyer. Cette unité de fond 80 peut se déplacer sous l'unité flottante 20, ou être capable de se décaler par rapport à cette unité flottante 20, notamment afin d'atteindre des zones à nettoyer peu accessibles (sous des bateaux ou des pontons par exemple) ou afin de laisser libres des voies navigables. L'unité de fond 80 présente un logement 81 dans lequel est montée l'extrémité inférieure, rigide, du conduit 30. Cette unité de fond 80, lestée pour reposer sur le fond (par des ballasts par exemple), prend par exemple une forme similaire à l'unité flottante 20 maintenant l'extrémité supérieure du conduit 30 hors de l'eau.
L'unité de fond 80 et l'unité flottante 20 n'étant pas nécessairement l'une au dessus de l'autre, le conduit peut être réalisé dans un matériau souple ou comprendre des moyens d'articulation. De telles variantes de mise en œuvre du système de prélèvement sont représentées schématiquement sur les figures 7C et 7D. La figure 7C illustre une unité sous-marine 80 reliée à une unité fixe 200 placée au bord d'un quai Q par exemple, par l'intermédiaire d'un conduit souple. La figure 7D représente une unité de fond 80 et une unité flottante 20 pouvant être décalées l'une par rapport à l'autre grâce à un tel conduit souple.
Des moyens de déplacement, par exemple quatre moteurs 91, 92, 93, 94 (représentés sur la figure 5) peuvent être fixés sur l'unité de fond 80, en complément ou à la place de ceux de l'unité flottante 20. D'autres moyens de déplacement peuvent être mis en œuvre, comme un déplacement par chenilles.
Cette unité de fond 80 pourra, tout comme l'unité flottante 20, être contrôlée de façon automatisée et son déplacement programmé.
5.2.3 Fonctionnement
Le dépôt de sédiments sur les fonds aqueux est à l'origine de l'envasement des espaces comme les ports ou les étangs.
L'extraction de ces sédiments se fait, selon l'invention, au moyen du système de prélèvement 10, comprenant une unité flottante 20 mise à flot à la surface d'un point d'eau puis dirigé vers une zone à nettoyer par un opérateur, par exemple par remorquage ou via une télécommande, les moteurs 70, 71, 72, 73 situés aux extrémités de l'élément flottant 20 permettant d'orienter facilement le dispositif 10 entre les potentiels obstacles (bateaux, pontons, ...).
Le dispositif de prélèvement 10 peut également être déplacé de façon automatisée. Pour cela, il comprend des moyens de localisation (par exemple une géolocalisation GPS) lui permettant travailler selon un trajet prédéfini, sur un secteur prédéfini. Une localisation « locale », à l'aide de capteurs distribués sur zone, est également possible.
Une fois l'emplacement concerné atteint, le moteur 62 fixé sur l'élément flottant 20 est actionné, son arbre denté engrenant avec la crémaillère 61 fixée sur le conduit 30. Ainsi, la position du conduit 30 en profondeur est réglée en hauteur de telle manière qu'il vienne effleurer le fond à nettoyer. Des moyens de détection de la position du conduit 30 peuvent permettre, si nécessaire, un ajustement automatique de son extrémité inférieure.
L'extrémité supérieure du conduit étant ouverte et à l'air libre, le conduit 30 est donc placé sous pression atmosphérique. La pompe aspirante 44 est mise en route et injecte dans le canal 43 un jet d'eau haute pression, ensuite guidé dans les deux canaux 41, 42 jusqu'au sol. La pression des jets d'eau sur les couches de boue permet de décoller les sédiments du sol et de les mélanger à l'eau présente dans le conduit 30.
En parallèle, la dépression générée par l'extraction de la pompe d'évacuation 51, par rapport à la pression atmosphérique, assure l'aspiration du mélange de sédiments et d'eau jusqu'à la surface. Les sédiments et l'eau sont ensuite envoyés vers une unité de collecte via le tube d'extraction 52, à l'aide de la pompe 51.
Le fait que le conduit 30 reste sous pression atmosphérique et délimite un périmètre de travail restreint sur le sol permet d'éliminer la remobilisation lors du prélèvement des sédiments pollués et évite la contamination de l'environnement aquatique avec les boues toxiques brassées. Les particules en suspension sont en effet confinées à l'intérieur du conduit 30, jusqu'à ce qu'elles soient aspirées par la pompe 52 et que la zone correspondante soit nettoyée.
Le conduit 30 peut alors coulisser vers le haut via les moyens de régulation en hauteur 61, 62 afin qu'il puisse être déplacé vers une autre zone à désenvaser. Généralement, cette zone est voisine de celle qui vient d'être nettoyée, et le nettoyage se fait donc progressivement, par petites zones (par exemple de 40 cm2 et 1 m2) successives.
5.2.4 Exemple de mise en œuvre
Un exemple de procédé de prélèvement des sédiments d'un fond aqueux est illustré sur la figure 8. Il comprend, dans ce mode de réalisation, neuf étapes itératives principales, correspondant aux étapes de fonctionnement du dispositif de prélèvement des sédiments, tel que présenté au paragraphe précédent :
une étape 801 de déplacement du dispositif jusqu'à la zone à nettoyer. Selon les cas, la partie flottante et/ou la partie sous-marine sont déplacées, de façon que la bouche se trouve à l'aplomb de la position souhaitée ;
une étape 802 d'ajustement en hauteur du conduit 30, descendant celui-ci jusqu'à ce que son extrémité inférieure vienne effleurer le fond à nettoyer. Cette étape s'effectue une fois le dispositif stabilisé à la surface de l'eau. Un capteur et/ou sonar peuvent permettre un contrôle précis ;
une étape 803 de mise en route des moyens d'évacuation, notamment de la pompe 51, tendant à vider une partie du contenu (eau) du conduit 30. L'aspiration de l'eau par la pompe 51 crée une dépression dans la zone de nettoyage. Il est souhaitable que l'étape 802 précédente de descente du conduit soit terminée avant que cette étape 803 débute, afin que le périmètre de nettoyage (correspondant à la zone définie par la bouche) soit bien défini et circonscrit ; une étape 804 de mise en route de l'agitation, pour le décollement les boues du fond, par la mise en route de la pompe 44. De préférence, la mise en route des moyens d'agitation (jets d'eau et/ou moyens mécaniques) débute quelques instants après la mise en route de la pompe 51 ;
- une étape 805 d'aspiration du mélange d'eau et de sédiments par la pompe d'extraction 51, du fait de la dépression créée dans le conduit. Cette étape 805 combine les effets des étapes 803 et 804, assurant le décollement des sédiments dans un espace confiné et leur évacuation. Les étapes 804 et 805 peuvent également être effectuées en même temps. Il est possible de faire varier l'agitation et/ou l'aspiration (arrêts, changements de vitesse, de sens de rotation, de puissance,...), et de déplacement les moyens d'agitation à l'intérieur de la bouche ;
une étape 806 d'arrêt des moyens d'agitation ;
une étape 807 d'arrêt de la pompe d'évacuation 51 quelques minutes après la pompe 44,pour évacuer les sédiments encore contenus dans le conduit 30 ;
une étape 808 de remontée du conduit, de manière à l'éloigner du sol pour permettre le déplacement du dispositif. Il est souhaitable que l'étape d'aspiration des sédiments soit terminée avant de remonter le conduit.
une étape 809 de calcul d'une nouvelle position à nettoyer. Ce calcul est préférentiellement automatisé, par exemple à l'aide de règle de calculs déterminant une position à atteindre, classiquement voisine de celle qui vient d'être traitée, en tenant compte notamment des zones déjà tra itées, des o bstacl es éventu el s, d' u n pl a n de tra itement prédétermi né, d'une optimisation des trajets à effectuer,....
Une fois cette nouvelle position déterminée, le dispositif se déplace, ou est déplacé, jusqu'à la nouvelle zone (étape 801), relançant une nouvelle itération des neufs étapes.
Une itération, c'est-à-dire le traitement d'une zone correspondant à la surface couverte par la bouche, peut durer entre 2 mn et 15 mn.
Ce procédé de prélèvement de l'invention permet ainsi de prélever les sédiments de manière continue dans le temps, sans avoir besoin de recourir à des dragages ponctuels et périodiques (par exemple tous les 5 ans), et sans interruption de l'activité (notamment pour un port).
Le dispositif peut par exemple permettre de traiter entre 1 m3 et 2m3 de vase par heure, soit entre 8 000 m3 et 16 000 m3 de vase par an, selon les modes de réalisation. L'approche de l'invention s'oppose ainsi à l'approche classique, qui prévoit un nettoyage périodique, pendant un laps de temps de quelques semaines pendant lesquelles le port, ou l'étang, ne peut pas être utilisé de façon normale. En effet, selon l'invention, le nettoyage s'étend sur une longue durée, et peut même être continu : on traite ainsi de petites quantités, en permanence, sans perturber l'activité du port ou de l'étang, et sans remuer fortement les boues et les sédiments.
Outre ces avantages, l'approche de l'invention est particulièrement économique, et présente l'avantage que, le fond étant nettoyé de façon permanente, au bout de 5 ans, il est nécessaire de faire seulement de la maintenance, ce qu'assure le système de l'invention, alors que, selon l'art antérieur, le fond est à nouveau complètement envasé.
Il est bien sûr possible de prévoir que plusieurs dispositifs selon l'invention fonctionnent simultanément. Dans ce cas, le calcul des positions peut être effectué de façon centralisée, pour assurer un traitement optimisé, et éviter d'éventuelles collisions.
Les sédiments prélevés présentent généra lement u n aspect pu lvéru lent o u gl a iseux, comprennant une phase liquide et une phase solide. Ils nécessitent d'être asséchés afin de pouvoir être stockés ou valorisés.
Ainsi, il est nécessaire d'acheminer ces sédiments vers un dispositif de prétraitement et de tamisage, comme décrit à suivre et illustré sur la figure 16.
5.3 Prétraitement et tamisage des sédiments
5.3.1 Eléments constitutifs
Les figures 9 et 10 présentent un dispositif 100 de prétraitement de sédiments comprenant trois étages de tamisage successifs 110, 120, 130.
Chaque étage 110, 120, 130 dispositif 100 de prétraitement comporte ainsi trois étages 11, 12,
13 forme un système de centrifugeuse permettant d'assécher de manière progressive les sédiments, par le tamisage de particules sédimentaires de plus en plus petites. Les étages 110, 120, 130 sont assemblés en escaliers dans le mode de réalisation illustré sur les figures 9 à 11, mais pourraient aussi bien être assemblés en colonne ou côte à côte.
Comme illustré par la figure 10, les étages 110, 120, 130 peuvent être fixés à une structure comprenant un ou plusieurs mur(s) 140 et un ou plusieurs toit(s) 150, formant un abri, et destinée à reposer sur le sol ou sur une barge. Le mur 140 de cette structure comporte notamment sur sa face interne des éléments en saillies 141, 142, 143 maintenant fixes chacun des étages de tamisage l'un par rapport à l'autre, et par rapport au sol. D'autres structures de maintien peuvent être envisagées comme une structure ajourée.
La figure 11 présente les étages 110, 120, 130 de tamisage du dispositif selon un mode de réalisation préférentiel. En particulier, chaque étage comprend une cuve fermée par capot, munie d'un système de nettoyage haute pression, d'un déverseur et d'un tuyau d'évacuation, comme décrit plus précisément à suivre, en correspondance avec la figure 12. Un premier étage 110 de tamisage formant un premier système de centrifugeuse comprend ainsi un panier 300 muni de mailles sur sa surface, de manière à former un filtre ne laissant passer qu'une certaine taille de particules. Le panier 300 présente de préférence une forme tronconique, le périmètre de son bord haut étant supérieur au périmètre de son bord bas, le panier 300 étant ainsi évasé dans son bord haut. Le panier 300 est également muni d'un rebord éjecteur 310 dans sa partie supérieure comme illustré sur la figure 5. La dimension d'un tel panier est en correspondance avec les volumes de sédiments à extraire durant l'intégralité d'un cycle.
Un tel panier 300 peut également présenter toute autre forme facilitant l'assèchement et l'éjection des sédiments. On peut par exemple mettre en œuvre un panier capa ble de changer d'inclinaison en fonction de la phase de traitement. Ainsi, le panier présente un diamètre nominal dans une phase d'assèchement, et un diamètre supérieur dans une phase d'éjection des sédiments. Ceci peut par exemple être assurés par trois moyens de coulissement à 120° dans la partie haute du panier.
Ce panier 300 est solidaire d'un axe 400 apte à être actionné en rotation par un moteur M de préférence électrique. Ainsi, le socle du panier est avantageusement monté serré autour de l'axe de rotation 400 mais une liaison mécanique par courroie ou réducteur peut également être envisagée.
Un réceptacle 500, d'un diamètre légèrement supérieur au panier et muni d'un socle 510 incliné, reçoit le panier de tamisage 300, l'extrémité inférieure de l'axe 400 étant liée au socle 510 du réceptacle 500. Pour ce faire, l'extrémité inférieure de l'axe 400 est munie d'une embase 410 comportant un roulement à billes 420, et coopère avec un support de roulement 520 émergeant au centre du socle 510 du réceptacle 500.
Le réceptacle 500 est monté dans une cuve 600, q u i peut prend re tout type de forme (cylindrique, cubique, tronconique...). Dans le mode de réalisation décrit, la cuve présente une forme sensiblement tronconique, comportant sous le réceptacle 500, un élément en forme en entonnoir destiné à évacuer les résidus. On entend par résidus, les sédiments déposés dans le panier de tamisage 300 et de taille trop importante pour franchir les mailles du panier.
La cuve 600 est munie d'un capot 610 percé en son centre afin de recevoir l'axe 400 auquel est solidarisé le panier 300 de tamisage. Le moteur M, permettant de mettre cet axe 400 en rotation et d'activer le processus de centrifugation, est situé à l'extrémité supérieure de l'axe 400, et au dessus du capot 610.
Par ailleurs le réceptacle 500 est fixé par différents points à la cuve 600, le réceptacle 500 et la cuve 600 formant un ensemble fixe. Ainsi au bout d'un certain temps de centrifugation, et du fait d'une augmentation de la vitesse de rotation les résidus trop volumineux pour traverser les mailles du panier 300, sont éjectés à l'extérieur du panier 300 via le rebord éjecteur 310 et tombent dans la cuve 600, puis sont acheminés pour le conditionnement par gravitation jusqu'à l'extrémité 620. Les résidus peuvent éventuellement être ensuite récupérés dans un bac de stockage, comme représenté sur les figures 9 et 10.
Par ailleurs, le réceptacle 500 est en connexion avec des moyens d'évacuation des filtrats, pouvant par exemple prendre la forme d'un embout déverseur 530 (ou d'un tube, d'un canal ...) placé dans l'extrémité la plus basse du réceptacle. On appelle filtrats l'ensemble constitué de liquide et de particules sédimentaires, ayant franchi les mailles lors de la mise en rotation du panier 300.
Le réceptacle 500 est également muni de moyens de projection d'un fluide sous pression, qui comprennent dans le mode de réalisation décrit un canal 700 de transport du fluide (de préférence de l'eau, mais éventuellement aussi de l'huile ou du pétrole) pourvu d'une pluralité de buses 710 sur une partie de sa hauteur. Ces buses sont représentées plus en détail sur les figures 13 et 14. Le canal 700 est inséré incliné au travers du capot 610 de la cuve 600 et du réceptacle 500 de manière à orienter les buses 710 de projection du fluide perpendiculairement à la surface extérieure du panier 300 et sur toute sa hauteur. Les buses 710 sont ainsi positionnées de manière à venir frôler la surface extérieure du panier 300. Dans un mode de réalisation alternatif, une unique buse mobile se déplace le long du canal 700 afin de projeter le fluide entre le bord bas et le bord haut du filtre du panier 300. Dans un autre mode de réalisation, représenté figure 14, l es b u ses 710 sont découvertes et respectivement recouvertes par une rotation d'une enveloppe obturatrice 720 autour du canal 700, de manière à d'une part permettre (et respectivement empêcher) la projection du fluide haute pression arrivant dans le canal et d'autre part empêcher les particules traversant le panier 300 lors de la centrifugation de venir obstruer les buses. La rotation de l'enveloppe peut par exemple être initiée naturellement par la montée en pression du canal. Bien entendu, les moyens de projection du fluide sous pression ne sont pas limités aux exemples susmentionnés.
Le fait de projeter le fluide sous pression sur l'ensemble de la surface extérieure du panier 300 et vers l'intérieur du panier, permet notamment de décolmater les mailles du filtre ayant été obstrués par les sédiments, et de remettre en mouvement les particules.
L'étage de tamisage 110 est relié à l'étage de tamisage 120 par l'embout déverseur 530 guidant les filtrats depuis le réceptacle 500 vers le panier de tamisage suivant. Comme représenté sur les figures 9 et 10, les d ifférents étages de ta misage 110, 120, 130 du dispositif 100 peuvent également communiquer entre eux via un système de tuyauterie comportant, dans le cas d'un montage en escalier, des tubes d'évacuation coudés 111, 121, 131. Dans le cas d' un montage en colon ne, ces tu bes d'évacuation seraient droits. Les sédiments sont ainsi déversés dans le panier de tamisage 300 du premier étage 110 grâce à un premier tube d'évacuation 111.
La cuve 500 du premier étage 110 est ouverte sur un deuxième tu be d'évacuation 121 qui permet d'évacuer les filtrats. Ce tu be 121 est orienté par un coude vers le panier de tamisage du deuxième étage de tamisage 120. Un troisième tu be 131 évacue de manière similaire les filtrats du deuxième étage 120 vers le troisième étage 130. Enfin, un quatrième tube 141 émerge de la cuve du dernier étage 130 et déverse les filtrats, qui sont à ce stade l iqu ides, vers un réservoir ou dans l'environnement de départ (port, lac, étang ...).
Chacun des étages 110, 120, 130, quel que soit le mode de réalisation, présente donc une structure similaire, formant un système de centrifugeuse. Seul la taille des mailles du panier de tamisage varie afin que le filtrage des sédiments soit progressivement affiné au fur et à mesure du franchissement des étages. Ainsi, dans le mode de réalisation décrit, le premier étage de tamisage 110 retient les grosses particules de taille supérieures à 5 mm, le deuxième étage 120 filtre les résidus de taille moyenne, comprise entre 1 et 5 mm, et le troisième étage 130 traite les petites particules de taille inférieures au millimètre.
A chaque passage d'étage, les résidus peuvent être éjectés vers un bac de stockage 112, 122, 132 correspondant, et récupérés pour être valorisés. A titre d'exemple, les déchets de grosse taille (cailloux, graviers... ) peuvent être utilisés pour les sous-couches routières, les déchets de taille moyenne (sable) peuvent être assemblés en sacs de grande dimension, et les déchets de taille fine valorisés en agronomie.
5.4 Description du fonctionnement
Le fonctionnement du dispositif est décrit en lien avec les figures 9 à 15.
Un tel dispositif 100 de tamisage des sédiments peut reposer sur le sol ou être installé sur une barge, à la surface d'un milieu liquide (port, étang, lac...), cette dernière configuration permettant aux sédiments de ne pas passer par un stade de « déchets ».
Les sédiments, de type pulvérulent, récupérés lors d'une opération de dragage par exemple sont automatiquement déversés à l'intérieur du premier panier 300 de tamisage du premier étage 110.
Comme illustré sur la figure 15, le procédé de l'invention met en œuvre, pour chaque étage de tamisage, des cycles de tamisage successifs. Un cycle de tamisage comprend plusieurs phases, ou étapes, une fois le tamis du premier étage ayant reçu (étape 810) une dose de sédiments à traiter :
Lors d'une première phase 810, d'une durée appropriée à l'assèchement désiré, le moteur électrique M est actionné, entraînant en rotation l'axe 400 auquel est solidarisé le panier 300. La mise en rotation du panier, à la manière d'une centrifugeuse, augmente le champ de gravité autour des sédiments : ceux-ci sont plaqués contre la surface à trous du panier 300, et l'eau et les particules de taille inférieure à la taille des trous sont projetées au travers du panier 300 et rejoignent le réceptacle 500 puis l'embout déverseur 530, de préférence placé au-dessus d'un deuxième panier de tamisage de l'étage de tamisage suivant en vue de subir un second traitement, ce deuxième panier de tamisage comportant des mailles de taille inférieure. Dans une deuxième phase 820, la vitesse de rotation du panier 300 est ensuite augmentée de façon à projeter les résidus n'ayant pas franchi les trous, le long des parois inclinées du panier et vers le rebord d'éjection 310 en haut du panier. Les résidus, du fait de la vitesse acquise lors de la rotation du panier, sont éjectés dans la cuve 600 et rejoignent l'entonnoir d'évacuation 620 dans le but d'être transférés et éventuellement stockés dans des bacs de stockage.
Une troisième phase 830 de rotation du panier 300 plus lente, est accompagnée de la mise en route des buses 710 de projection de fluide sous pression. Le fluide est ainsi projeté sur toute la hauteur du panier 300, et du fait de sa rotation sur toute sa périphérie. La pression exercée permet de décolmater les trous du panier 300 en repoussant les particules obstruant le filtre vers le centre du panier. Ainsi, les opérations de tamisage suivantes ne perdent pas en efficacité.
Enfin, lors d'une quatrième phase 840, l'alimentation des buses 710 de projection coupée puis le moteur M est arrêté, la rotation du panier étant ainsi stoppée. Un nouveau déversement de sédiments dans le panier 300 peut aussi être envisagé, celui-ci fonctionnant avec une vitesse de rotation lente, afin de ne pas stopper complètement le moteur M.
Le fluide de nettoyage s'écoulant dans le réceptacle 500 entraîne le reste de particules sédimentaires filtrées vers l'embout déverseur 530, puis vers le deuxième étage 120 de tamisage.
A chaque étage de tamisage se reprod uisent ces mêmes phases constituant un cycle de tamisage. Tous les étages de tamisage peuvent fonctionner en même temps, seul le remplissage du panier le plus haut est automatiquement effectué avant chaque rotation. Par ailleurs, la mise en rotation des paniers, la vitesse de rotation des paniers et la distribution du fluide de nettoyage sont avantageusement automatisés de manière à rendre les opérations de traitement des sédiments plus fluides, et efficaces.
Lorsque les trois étages 110, 120, 130 de tamisage ont été franchis, les filtrats ultimes sont préférentiellement sensiblement liquides et peuvent être renvoyés dans l'environnement dans lequel les sédiments ont été prélevés ou transférés vers une zone de traitement, si pollués.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de prélèvement de sédiments sur un fond d'un milieu liquide tel qu'un port ou un étang, caractérisé en ce qu'il comprend un conduit (30) dont l'extrémité inférieure forme une bouche d'aspiration mobile (31) destinée à êter placée sensiblement au niveau dudit fond, et dont l'extrémité supérieure débouche à l'air libre de mani Ire que ladite bouche (31) soit sous pression atmosphérique, ledit système comprenant des moyens de réalisation d'une agitation locale (41, 42, 43, 44, 53), à l'intérieur de ladite bouche (31), et des moyens d'évacuation (50, 51, 52) reliant ladite bouche (31) à la surface dudit milieu liquide, dans lesquels circulent des sédiments.
2. Système de prélèvement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une unité flottante (20), supportant une première extrémité desdits moyens d'évacuation (50, 51, 52).
3. Système de prélèvement selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend une unité mobile sur ledit fond (80), reliée auxdits moyens d'évacuation (50, 51, 52) par une seconde extrémité.
4. Système de prélèvement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de réalisation d'une agitation locale (41, 42, 43, 44) délivrent au moins un jet d'eau sous pression dirigé vers ledit fond.
5. Système de prélèvement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de réalisation d'une agitation locale (53) comprennent un dispositif d'agitation mécanique.
6. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdits moyens d'évacuation (50, 51, 52) comprennent des moyens de pompage (51).
7. Système de prélèvement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit conduit (30) porte et/ou forme lesdits moyens d'évacuation (50, 51, 52).
8. Système de prélèvement selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de contrôle (61, 62) de la hauteur immergée dudit conduit.
9. Système de prélèvement selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens de contrôle (61, 62) sont motorisés.
10. Système selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ladite unité flottante (20) et/ou ladite unité mo bile sur le fond (80) est équipée de moyens de déplacement autonomes (70, 71, 72, 73, 91, 92, 93, 94).
11. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de contrôle autonomes de son déplacement, de façon à couvrir progressivement une surface prédéfinie.
12. Système selon la revendication 11, caractérisé en ce que lesdits moyens de déplacement (70, 71, 72, 73, 91, 92, 93, 94) mettent en œuvre au moins un câble de guidage, lesdits moyens de contrôle pilotant au moins un élément mobile le long du ou desdits câbles.
13. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il est relié à au moins une unité de réception de sédiments prélevés.
14. Procédé de prélèvement de sédiments sur un fond d'un milieu liquide tel qu'un port ou un étang, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une itération des étapes suivantes :
placement d'une bouche d'aspiration mobile (31), sous pression atmosphérique, sensiblement au niveau dudit fond (801, 802);
réalisation d'une agitation locale (804), à l'intérieur de ladite bouche (31) ; et
évacuation de sédiments de ladite bouche (31) vers la surface dudit milieu liquide (805).
15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que lesdites étapes sont réitérées, les étapes de placement successives étant contrôlées par une étape de calcul (809) d'une nouvelle position de ladite bouche (31).
16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que ladite étape de localisation tient compte d'un plan de traitement prédéterminé, définissant une surface à traiter progressivement.
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