WO2024008947A1 - Dispositif de tri de fibres par deplacement lateral differencie et procede de tri de fibres - Google Patents

Dispositif de tri de fibres par deplacement lateral differencie et procede de tri de fibres Download PDF

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WO2024008947A1
WO2024008947A1 PCT/EP2023/068908 EP2023068908W WO2024008947A1 WO 2024008947 A1 WO2024008947 A1 WO 2024008947A1 EP 2023068908 W EP2023068908 W EP 2023068908W WO 2024008947 A1 WO2024008947 A1 WO 2024008947A1
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WO
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fibers
sorting
obstacles
network
container
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/068908
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English (en)
Inventor
Ursy MAKANGA
Blaise DELMOTTE
Camille DUPRAT
Original Assignee
Ecole Polytechnique
Centre National De La Recherche Scientifique
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D21/00—Separation of suspended solid particles from liquids by sedimentation
    • B01D21/0039—Settling tanks provided with contact surfaces, e.g. baffles, particles
    • B01D21/0042—Baffles or guide plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D43/00—Separating particles from liquids, or liquids from solids, otherwise than by sedimentation or filtration
    • 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
    • C02F1/001—Processes for the treatment of water whereby the filtration technique is of importance
    • C02F1/004—Processes for the treatment of water whereby the filtration technique is of importance using large scale industrial sized filters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/002—Construction details of the apparatus

Definitions

  • the field of the invention is that of sorting fibers, in particular synthetic fibers.
  • the invention relates to a device for sorting fibers by differentiated lateral movement of the fibers.
  • the invention finds particular applications in the treatment of wastewater loaded with fibers, in particular synthetic fibers.
  • the invention also finds applications in the field of biology, for the characterization of filaments derived from cytoskeletons, or the identification of pathogens.
  • Wastewater treatment techniques in particular of the wastewater treatment plant type, are known from the prior art. Although these techniques make it possible to filter the majority of impurities contained in wastewater, they do not make it possible to filter the smallest waste, in particular microplastics.
  • Microplastics which are defined as plastic particles less than 5 millimeters in size, are particularly harmful to the ecosystem due to their dispersion in rivers, lakes, seas and oceans, and ultimately their integration into the food chain of animals and humans.
  • Synthetic fibers are found in wastewater, particularly following washing of synthetic clothing in the washing machine.
  • the present invention aims to remedy all or part of the disadvantages of the state of the art cited above.
  • the invention aims at a device for sorting fibers, in particular synthetic fibers, contained in a liquid loaded with fibers, the sorting device comprising a container extending in a substantially vertical direction and being adapted to contain the liquid, and a network of obstacles arranged in the container, the network of obstacles being configured so as to be able to be crossed by a fiber from an upper zone of the container towards a lower zone of the container, called recovery zone, under the effect of gravity, and the network of obstacles comprises a plurality of substantially parallel rods, extending substantially orthogonal to said substantially vertical direction, and in which the cross section of a rod is of shape triangular, and in which the orientation of a rod is such that a majority of the vertices of the triangular shape are closer to the upper zone of the container, than to the lower zone of the container, whereby the network of obstacles is configured to induce a lateral movement of said fiber differentiated according to the length of the fiber and/or the flexibility of the fiber, so as to sort fibers in the
  • the sorting device is thus entirely passive, which allows the implementation of the device without requiring an external energy source.
  • the vertical orientation of the container in use that is to say substantially parallel to the direction of the local gravitational field, makes it possible to ensure movement of the fibers in the container under the sole effect of gravity.
  • the vertical orientation of the device therefore corresponds to a normal configuration of use of the device.
  • sorting can be carried out in the device under the sole effect of gravity, and in particular in the absence of the effect of any active means to cause the fibers to cross the network of obstacles.
  • the device makes it possible to filter a liquid loaded with fibers, as well as to sort the latter according to their type.
  • the network of obstacles is in fact chosen so as to induce a lateral movement of the fibers which depends on their mechanical properties, that is to say which depends on the type of fiber, and here in particular on its length and/or or its flexibility.
  • Sorting is carried out by the sole hydrodynamic interaction between the fibers and the obstacles of the obstacle network, immersed in the liquid.
  • a liquid initially loaded with fibers poured into the container such as waste water loaded with synthetic fibers
  • a rest time allowing the fibers to move towards the bottom of the container under the effect of their own weight.
  • the fibers sorted according to their Mechanical properties can be recovered at the recovery zone.
  • the sorted fibers can be revalorized, and the liquid previously loaded with fibers is filtered, and can for example be released into the environment without fear of microplastic pollution.
  • the plurality of substantially parallel rods extending substantially orthogonal to said substantially vertical direction, form a network of obstacles in the manner of a fence, through which the fibers can move.
  • the sorting device is particularly simple in design, which makes it both inexpensive and simple to maintain, and easily adaptable for different applications.
  • Said triangular shape has rounded vertices.
  • Said triangular shape is isosceles, and preferably equilateral.
  • a base of said triangular shape is substantially parallel to a bottom of the container.
  • the network of obstacles comprises a plurality of series of rods, arranged offset one above the other in said substantially vertical direction, so as to obtain a staggered arrangement of the rods in the substantially vertical direction .
  • Such an arrangement has the effect of maximizing the probability of a fiber encountering an obstacle, and in particular several obstacles, during its movement through the obstacle network. As lateral movements can thus be combined, discrimination when exiting the network of obstacles is improved. In addition, such an arrangement favors fiber movements along diagonals of the sorting network, which reinforces the total lateral movement.
  • the maximum dimension of the cross section of a stem is between 0.5 and 10 times the average length of the fibers intended to be sorted.
  • Such a range of values represents a good compromise between the risk of fibers being blocked in the network, and the probability for a fiber to encounter a obstacle and being moved laterally.
  • a maximum dimension of the cross section of a rod is between 1 and 3 times the average length of the fibers intended to be sorted may be preferred, and represents an ideal compromise.
  • the invention also relates to a biological analysis installation comprising a sorting device as described above, for the characterization of biological fibers, in particular pathogens or cytoskeletons.
  • the invention also relates to a wastewater treatment installation comprising a treatment circuit and a fiber sorting device, as described above, the device being arranged downstream of said treatment circuit.
  • the invention also relates to the use of a device for sorting fibers, in particular synthetic fibers, contained in a liquid loaded with fibers, the sorting device comprising a container extending in a substantially vertical direction and being adapted to contain the liquid, and a network of obstacles arranged in the container, the network of obstacles being configured so as to be able to be crossed by a fiber from an upper zone of the container towards a lower zone of the container, called zone recovery, under the effect of gravity, the network of obstacles being configured to induce a lateral movement of said fiber differentiated according to its flexibility, to sort fibers in particular according to their flexibility by deposit at differentiated lateral positions in the zone of recovery.
  • sorting can be performed based on the flexibility and length of the fiber, together determining a characteristic behavior of the fiber in the interacting liquid in the obstacle network.
  • Sorting according to flexibility makes it possible to discriminate fibers according to their constituent material for example, unlike the known technique.
  • sorting can be carried out under the sole effect of gravity, and in particular in the absence of the effect of any active means to cause the fibers to cross the network of obstacles.
  • the obstacle network is chosen according to the fibers to be sorted, with the ratio between the length of the fibers and the maximum dimension of an obstacle of the obstacle network which is substantially equal to 1.
  • the network of obstacles comprises a plurality of rods chosen according to the fibers to be sorted, with the maximum dimension of the cross section of a rod which is between 0.5 and 10 times the average length of the fibers intended to be sorted.
  • the sorting of fibers is carried out so that the Reynolds number, characterizing the behavior of the liquid in the container, is less than 1, preferably less than 0.1.
  • the device is used to sort fibers contained in a liquid loaded with fibers comprising water, in particular salt water.
  • the device is configured in particular to be able to contain water, for example salty, intended to be treated.
  • Water polluted with microplastic fibers is a type of liquid particularly likely to be filtered by the device.
  • the device is used to pull fibers in a wastewater treatment facility or in a biological analysis facility.
  • the invention also relates to a process for sorting fibers, in particular synthetic fibers, contained in a liquid loaded with fibers, according to their flexibility in particular, comprising the steps of:
  • a sorting device comprising a container extending in a substantially vertical direction and being adapted to contain the liquid, and a network of obstacles arranged in the container, the network of obstacles being configured so as to be able to be crossed by a fiber from an upper zone of the container to a lower zone of the container, called the recovery zone, under the effect of gravity;
  • the sorting process is passive, that is to say, it is enough to fill the container with liquid loaded with fibers, then let it rest, without external intervention and without intervention of an active element , so that fiber sorting can take place.
  • the container can first be filled in whole or in part with liquid, in particular with liquid not loaded with fibers.
  • the sorting can be carried out under the sole effect of gravity, and in particular in the absence of the effect of any active means to cause the fibers to cross the network of obstacles.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a sorting device according to a particular embodiment, in a sectional view.
  • FIG. 2 is a detailed view of two obstacles of different types, in a cross section.
  • FIG. 3 is a graph illustrating the lateral displacement of a fiber for different elasto-gravitational numbers Be.
  • FIG. 4 is a graph illustrating the lateral displacement of a fiber for different ratios between maximum dimension of the obstacle and length of the fiber.
  • FIG. 5 is a graph illustrating the lateral movement of a fiber for different shapes of obstacles in the obstacle network.
  • FIG. 6 is a schematic representation of a wastewater treatment installation including a sorting device.
  • Figure 1 schematically represents a sorting device 100 according to a possible embodiment, in a longitudinal sectional view.
  • the sorting device 100 comprises a container, which is in particular a tank 110.
  • the tank 110 is adapted to contain a liquid loaded with fibers 120, in particular synthetic fibers.
  • a liquid can for example comprise water, and in particular a solute such as salt.
  • the liquid may be silicone oil.
  • the tank 1 10 comprises side walls 1 1 1, a bottom 1 12, and an opening 1 13 adapted to fill the tank 1 10 with a liquid.
  • the tank 110 comprises an upper wall 114 provided with the opening 113.
  • the opening 113 can however be made in a side wall 111.
  • the tank 110 extends in a longitudinal direction between the bottom 112 and the upper wall 114.
  • the height of the tank 1 10, defined as its dimension in the longitudinal direction, is here greater than its transverse dimensions.
  • the tank 110 can also be wider than it is high, in other embodiment variants.
  • the tank 1 10 can in particular have a rectangular base, although any other shape can also be suitable.
  • the dimensions of a rectangular base of the tank 110 can be 40 centimeters by 60 centimeters. Its height is for example 80 centimeters.
  • the sorting device 100 comprises a network of obstacles 130 arranged inside the tank 110.
  • the network of obstacles 130 is configured to induce a differentiated lateral movement of the fibers 120, depending on their mechanical properties.
  • the network of obstacles 130 extends between an upper zone 140 of the tank 110, and a lower zone 150, called recovery zone, of the tank 110, and can be crossed by a fiber 120 from the upper zone 140 to the lower zone 150.
  • the network of obstacles 130 is arranged at a distance from the bottom 112, and at a distance from the upper wall 114.
  • the network of obstacles 130 extends substantially from one side wall 111 to the other, being substantially parallel to the bottom 112.
  • the obstacle network 130 includes a plurality of obstacles.
  • the obstacles include rods 131, solid or hollow.
  • the rods 131 are preferably rectilinear.
  • the rods 131 extend substantially parallel to each other, in a transverse direction of the tank 110, which is in particular orthogonal to the longitudinal direction of the tank 110. In other words, the rods 131 are arranged substantially parallel to the bottom 112.
  • the rods 131 can be arranged in a plurality of series 132 of rods, the series 132 being arranged offset one above the other in the longitudinal direction of tank 1 10.
  • the network of obstacles 130 comprises between five and fifteen, preferably ten, series 132 of rods.
  • each series 132 of rods comprises between five and ten rods 131.
  • the distance d between two adjacent rods 131 belonging to two different series corresponds for example to between 1 and 2 times, preferably 1.5 times, the maximum dimension of the cross section of a rod 131.
  • a cross section of a rod 131 is circular in shape.
  • Such a configuration is shown on the right in Figure 2, which represents the cross sections of two variants of rods 131.
  • a cross section of a rod 131 is polygonal in shape.
  • the polygonal shape of a rod section 131 is a triangular shape.
  • the triangular shape is isosceles, preferably equilateral.
  • the polygonal shape of a rod section 131 has rounded or blunt vertices.
  • a particularly preferred configuration is a rod section 131 of triangular shape, the vertices of which are rounded, as shown on the left in Figure 2.
  • the triangular shape with rounded vertices is not limited to the representation made in Figure 2. Indeed, any shape of triangle going almost from a circle, to a “conventional” triangle, can be considered. In other words, the vertices of the triangular shape can be from slightly rounded to very strongly rounded.
  • the orientation of a rod 131 is preferably such that a majority of the vertices of the triangular shape are closer to the upper zone 140 of the tank 1 10, that is to say of the upper wall 114, that of the lower zone 150 of the tank 1 10, that is to say of the bottom 1 12.
  • such an orientation of a rod 131 corresponds to a triangular shape of its cross section which “points” towards the lower zone 150.
  • a base of the triangular shape of the cross section of a rod 131 is substantially parallel to the bottom 112, being oriented in opposition to the latter.
  • the dimensions of a cross section of a rod 131 are chosen according to the type of fibers 120 to be sorted.
  • the maximum dimension of the cross section of a rod 131 is between 0.5 and 10 times, preferably between 1 and 3 times, the average length of the fibers 120 intended to be sorted. Such a dimension makes it possible to reduce the risk of blocking of the fibers 120 in the network of obstacles 130, and maximizes their reorientation.
  • the dimensions of the cross section depend on the application envisaged for the sorting device 100.
  • fibers 120 are of the order of centimeters or millimeters in the case of synthetic fibers in wastewater, and of the order of micrometers in the case of fibrous biological organisms.
  • the maximum dimension of the cross section corresponds to its diameter, while for a triangular section, the maximum dimension of the cross section corresponds to the length of its base.
  • the fibers 120 can be recovered directly in the recovery zone 150, following their deposit at differentiated lateral positions on the bottom 1 12, or indirectly downstream of the zone recovery 150.
  • the sorting device 100 can also include recovery units 160 for fibers 120, as shown in Figure 1.
  • recovery units 160 taking the form of containers are arranged near the bottom 112, inside or outside the tank 110.
  • the recovery units 160 thus make it possible to easily collect and recover the sorted fibers 120.
  • the sorting device 100 operates as described below.
  • the tank 110 is filled with a liquid loaded with fibers 120, which is intended to be filtered and whose fibers 120 are intended to be sorted.
  • the liquid can for example include water.
  • the liquid may also include a solute such as salt, i.e. the liquid includes salt water, such as sea water.
  • the liquid is generally a liquid polluted by fibers 120, which are in particular synthetic fibers.
  • Synthetic fibers can come from human activities, such as washing synthetic clothing.
  • the synthetic fibers contained in the liquid include polyester, polyolefin, acrylic and nylon fibers.
  • the tank 110 is previously filled with an identical or different liquid, so as to at least immerse the network of obstacles 130.
  • the sorting of fibers is preferably carried out when the liquid contained in the tank 110 is almost at rest.
  • the Reynolds number, characterizing the behavior of the liquid in the tank 1 10, is less than 1, preferably between 0.1 and 10 -6 .
  • the fibers 120 contained in the liquid move under the effect of their own weight towards the bottom 1 12 of the tank 110.
  • the tank 1 10 is arranged substantially vertically, in accordance with what has been been described further upstream.
  • Each fiber 120 has its own mechanical properties. These mechanical properties include in particular geometric characteristics of the fiber 120, such as its length, and intrinsic mechanical properties, such as its flexibility, expressed in particular by its Young's modulus.
  • the lateral displacement of a fiber 120 is inversely proportional to the adimensional elasto-gravitational number Be of the fiber, defined
  • Figure 3 is a graphic representation of the lateral displacement of a fiber 120 for an elasto-gravitational number equal to 200 (chronophotograph on the left and plot ⁇ ) as well as for an elasto-gravitational number equal to 1000 (chronophotograph on the right and plot ⁇ ).
  • the ratio between the length of the fiber 120 and the maximum dimension of an obstacle of the obstacle network 130 (also designated by ) corresponds here to 2.
  • the obstacles are of circular section.
  • Figure 4 is a graphic representation of the lateral displacement of a fiber 120 for an elasto-gravitational number equal to 200, for a ratio between the length of the fiber 120 and the maximum dimension of an obstacle of the network of obstacle 130 of 1 (plot ⁇ ) as well as for a ratio between the length of the fiber 120 and the maximum dimension of an obstacle of the obstacle network 130 of 2 (plot ⁇ ).
  • the obstacles are circular in section.
  • the network of obstacles 130 makes it possible to induce a differentiated lateral movement of the fibers 120, with a view to their sorting, or discrimination, according to mechanical properties.
  • Figure 5 is a graphic representation of the lateral movement of a fiber 120 for obstacles of circular cross section (left chronograph and plot ⁇ ) as well as for obstacles of rounded triangular cross section, oriented towards the bottom of the tank (chronophotograph on the right and trace ⁇ ).
  • the ratio between the length of the fiber 120 and the maximum dimension of an obstacle of the obstacle network 130 corresponds here to 2.
  • the obstacles are of circular section.
  • the elasto-gravitational number is equal to 200.
  • a circular cross-section shape induces the lateral displacement of a fiber 120 to be greater in comparison to a triangular shape with rounded vertices, for a constant elasto-gravitational number.
  • a triangular shape with concave sides can make it possible to induce a greater lateral movement of a fiber 120.
  • the choice of such a shape can thus be made with the aim of amplifying the lateral movement, but it nevertheless implies a risk of trapping the fiber in the network of obstacles, in particular in the case of long and flexible fibers which risk getting stuck on a vertex of the triangular shape.
  • the residence time of the fiber 120 in the obstacle network 130 is then increased.
  • the ratio between the length of the fiber 120 and the maximum dimension of an obstacle of the obstacle network 130 can be chosen in the vicinity of 1 . In fact, long fibers tend to get stuck on obstacles 131.
  • the orientation of the obstacles can be chosen such that a majority of the vertices of the triangular shape of the obstacle section are closer to the lower zone 150 of the tank 1 10 than of the upper zone 140 of the tank 1 10, in other words that the triangular shape “points” towards the upper part.
  • the orientation of the obstacles can be chosen such that a majority of the vertices of the triangular shape of the obstacle section are closer to the upper zone 140 of the tank 1 10 than of the lower zone 150 of the tank 1 10, in other words that the triangular shape “points” towards the lower part.
  • the surface roughness of the obstacles of the obstacle network 130 can be reduced in order to minimize the risk of trapping by friction of the fibers 120.
  • a wastewater treatment installation 200 is schematically illustrated, such as a wastewater treatment plant.
  • the treatment installation 200 comprises a wastewater treatment circuit 210, which may for example include a pretreatment station aimed at separating large solid elements, sediments and fats.
  • a pretreatment station aimed at separating large solid elements, sediments and fats.
  • such a circuit 210 then includes biological treatment basins and clarifiers.
  • the treatment installation 200 may include a sorting device 100, preferably downstream of the treatment circuit 210. Indeed, it is preferable to filter water that has already been largely purified, so that the sorting device 100 can take effect under optimal conditions.
  • the treated effluents leaving the treatment installation 200 are thus decontaminated and contain little or no fibers, particularly synthetic ones.
  • the order of magnitude of the fibers is that of the millimeter.
  • the dimensions of the obstacles of the network of obstacles 130, and their spacing, are then chosen in this same order of magnitude.
  • a biological analysis installation may include a sorting device 100 for the characterization of biological fibers, in particular pathogens or filaments originating from cytoskeletons.
  • a certain number of pathogens can be likened to fibers from a mechanical point of view, so that discrimination of the latter according to their mechanical properties can be used for characterization or identification purposes.
  • a biological analysis installation of this type essentially comprises a sorting device 100, as well as any other means necessary for the analyzes to be carried out, such as for example means to guarantee the sterility of the installation.
  • the order of magnitude of the agents and cytoskeletons comparable to fibers 120 is that of the micrometer.
  • the dimensions of the obstacles of the network of obstacles 130, and their spacing, are then chosen in this same order of magnitude.
  • the invention also relates to the use of a sorting device 100 for sorting fibers 120 as described above.
  • the use of the device 100 can be in a biological analysis installation or a wastewater treatment installation 200, or any other type of installation or system.
  • the invention also relates to a process for sorting fibers (120), in particular synthetic fibers, contained in a liquid loaded with fibers, the sorting being a sorting according to the flexibility of the fibers in particular.
  • the method comprises the step of providing a sorting device 100, for example as described previously.
  • the device 100 comprises a container 110 extending in a substantially vertical direction and being adapted to contain the liquid, and a network of obstacles 130 arranged in the container 110, the network of obstacles 130 being configured so as to be able to be crossed by a fiber 120 from an upper zone 140 of the container towards a lower zone 150 of the container, called recovery zone, under the effect of gravity.
  • the method then comprises the step of introducing liquid loaded with fibers into the sorting device 100, that is to say into the container 1 10.
  • the fiber-laden liquid may be a liquid polluted by synthetic fibers
  • the container 110 may have been filled with liquid, for example not loaded with fibers, in whole or in part, and for example at least so as to cover the network of obstacles 130.
  • the method then comprises the step of letting the sorting device 100 and the fiber-laden liquid contained rest, in order to operate under the effect of gravity a sorting of fibers 120 in particular according to their flexibility, by depositing at differentiated lateral positions in the recovery zone.
  • the step of letting the device and the liquid rest can last from a few minutes to a few hours or days, depending on the type of liquid and fibers in particular.
  • the step of letting the device and the liquid rest is preferably a step during which no active intervention, external or internal, is carried out. Only the effect of gravity is sufficient to sort the fibers, which move towards the bottom of the container 1 10 under the effect of their weight while moving laterally, which has the effect of sorting the fibers 120.
  • the method then includes the step of recovering the sorted fibers 120 at the recovery zone.
  • the fibers 120 for example synthetic fibers, can for example be recycled, or simply removed from the liquid which is thus decontaminated.
  • the recovery of a certain type of fiber at a certain lateral position at the recovery zone can also be used to indicate the type of pollution to which the liquid is exposed.
  • the fibers can be biological fibers, and can be characterized according to the sorting carried out.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif (100) de tri de fibres (120), notamment de fibres synthétiques, contenues dans un liquide chargé de fibres, le dispositif de tri comprenant un récipient (110) adapté pour contenir le liquide, et un réseau d'obstacles (130) disposé dans le récipient (110), le réseau d'obstacles (130) étant configuré de manière à pouvoir être traversé par une fibre (120) depuis une zone supérieure (140) du récipient vers une zone inférieure (150) du récipient, dite zone de récupération, sous l'effet de la gravité, le réseau d'obstacles (130) est configuré pour induire un déplacement latéral de ladite fibre (120) différencié selon ses propriétés mécaniques, de manière à opérer un tri de fibres dans la zone de récupération par dépôt des fibres (120) à des positions latérales différenciées. L'invention concerne également une utilisation d'un tel dispositif pour le tri de fibres, ainsi qu'un procédé de tri de fibres utilisant un tel dispositif.

Description

Description
Titre : Dispositif de tri de fibres par déplacement latéral différencié, utilisation d’un tel dispositif pour le tri de fibres et procédé de tri de fibres
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
[1] Le domaine de l’invention est celui du tri de fibres, notamment de fibres synthétiques.
[2] Plus précisément, l’invention concerne un dispositif de tri de fibres par déplacement latéral différencié des fibres.
[3] L’invention trouve notamment des applications dans le traitement des eaux usées chargées en fibres, en particulier synthétiques. L’invention trouve également des applications dans le domaine de la biologie, pour la caractérisation de filaments issus de cytosquelettes, ou l’identification d’agents pathogènes.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
[4] Il est connu de l’art antérieur des techniques de traitement des eaux usées, en particulier de type station d’épuration. Bien que ces techniques permettent de filtrer la majorité des impuretés contenues dans les eaux usées, elles ne permettent pas de filtrer les déchets les plus petits, notamment les microplastiques.
[5] Les microplastiques, qui sont définis comme des particules de plastique de taille inférieure à 5 millimètres, sont particulièrement néfastes pour l’écosystème en raison de leur dispersion dans les cours d’eaux, les lacs, les mers et les océans, et in fine leur intégration dans la chaîne alimentaire des animaux et de l’homme.
[6] Un type de microplastique particulièrement répandu dans les eaux usées, et particulièrement complexe à filtrer et à trier, sont les fibres synthétiques. Les fibres synthétiques se retrouvent dans les eaux usées notamment suite au lavage de vêtements synthétiques au lave-linge.
[7] On connaît des solutions de dépollution notamment des mers et océans, consistant à positionner sur l’eau des barrières flottantes visant à concentrer les déchets, à la manière d’un entonnoir, en direction d’une plateforme de traitement et/ou de stockage en vue du traitement. [8] On connaît également des solutions consistant en des installations de traitement flottantes, naviguant une zone à dépolluer et aspirant l’eau environnante en vue de son traitement.
[9] L’inconvénient de ces solutions est de ne permettre que le traitement des déchets situés à proximité de la surface de l’eau et à proximité des installations, et de ne pas être adaptée au traitement des microplastiques les plus petits.
[10] Les solutions connues ont également l’inconvénient d’être des solutions de tri actives, nécessitant une source d’énergie extérieure pour leur fonctionnement.
[11] Enfin, ces solutions ont pour inconvénient de ne proposer qu’une dépollution a posteriori, sans effet préventif de la pollution.
[12] En outre, dans les systèmes connus, il est nécessaire de procéder après la collecte à un tri des déchets récoltés, en vue de leur recyclage. Or, il serait souhaitable de collecter les déchets, en particulier microplastiques, et de les trier simultanément, en vue de leur recyclage.
[13] Par ailleurs, on connaît des solutions de tri de particules selon leur longueur, par déplacement latéral à travers un réseau d’obstacles, par exemple de la demande internationale de brevet WO 2019211523 A1 . Dans ce document, le tri est opéré de manière active, sous l’effet d’une différence de pression induite par une pompe.
[14] On connaît également des solutions passives de tri de particules selon leur longueur, par exemple de la demande de brevet américain US 20130168298 A1 . Dans ce document, le dispositif de tri n’est pas spécifiquement conçu pour le tri de fibres.
EXPOSÉ DE L’INVENTION
[15] La présente invention vise à remédier à tout ou partie des inconvénients de l’état de la technique cités ci-dessus.
[16] À cet effet, l’invention vise, un dispositif de tri de fibres, notamment de fibres synthétiques, contenues dans un liquide chargé de fibres, le dispositif de tri comprenant un récipient s’étendant selon une direction sensiblement verticale et étant adapté pour contenir le liquide, et un réseau d’obstacles disposé dans le récipient, le réseau d’obstacles étant configuré de manière à pouvoir être traversé par une fibre depuis une zone supérieure du récipient vers une zone inférieure du récipient, dite zone de récupération, sous l’effet de la gravité, et le réseau d’obstacles comprend une pluralité de tiges sensiblement parallèles, s’étendant sensiblement orthogonalement à ladite direction sensiblement verticale, et dans lequel la section transversale d’une tige est de forme triangulaire, et dans lequel l’orientation d’une tige est telle qu’une majorité des sommets de la forme triangulaire soit plus proche de la zone supérieure du récipient, que de la zone inférieure du récipient, grâce à quoi le réseau d’obstacles est configuré pour induire un déplacement latéral de ladite fibre différencié selon la longueur de la fibre et/ou la flexibilité de la fibre, de manière à opérer un tri de fibres dans la zone de récupération par dépôt des fibres à des positions latérales différenciées.
[17] Le dispositif de tri est ainsi entièrement passif, ce qui permet la mise en oeuvre du dispositif sans nécessiter de source d’énergie extérieure. L’orientation verticale du récipient en utilisation, c’est-à-dire sensiblement parallèle à la direction du champ gravitationnel local, permet d’assurer un déplacement des fibres dans le récipient sous le seul effet de la gravité. L’orientation verticale du dispositif correspond donc à une configuration normale d’utilisation du dispositif.
[18] En particulier, le tri peut être opéré dans le dispositif sous le seul effet de la gravité, et notamment en l’absence d’effet de tout moyen actif pour amener les fibres à traverser le réseau d’obstacles.
[19] Grâce au réseau d’obstacles, le dispositif permet de filtrer un liquide chargé de fibres, ainsi que de trier ces dernières selon leur type.
[20] Le réseau d’obstacles est en effet choisi de manière à induire un déplacement latéral des fibres qui dépend de leurs propriétés mécaniques, c’est-à-dire qui dépend du type de fibre, et ici notamment de sa longueur et/ou de sa flexibilité.
[21] Ainsi, il est possible en particulier de discriminer les fibres selon leur longueur, qui peut être déterminante en vue de leur revalorisation, et/ou leur flexibilité, qui est un indicateur du type de matériau constitutif de la fibre, qui peut également être déterminant en vue de leur revalorisation.
[22] Le tri est opéré par la seule interaction hydrodynamique entre les fibres et les obstacles du réseau d’obstacle, immergés dans le liquide.
[23] Ainsi, un liquide initialement chargé de fibres versé dans le récipient, tel une eau usée chargée de fibres synthétiques, peut être filtré après un temps de repos permettant aux fibres de se déplacer vers le fond du récipient sous l’effet de leur propre poids. Après passage à travers le réseau d’obstacles, les fibres triées selon leurs propriétés mécaniques peuvent être récupérées au niveau de la zone de récupération. Les fibres triées peuvent être revalorisées, et le liquide précédemment chargé de fibres se retrouve filtré, et peut par exemple être rejeté dans l’environnement sans craindre une pollution microplastique.
[24] La pluralité de tiges sensiblement parallèles, s’étendant sensiblement orthogonalement à ladite direction sensiblement verticale forment un réseau d’obstacles à la manière d’un grillage, à travers lequel les fibres peuvent se déplacer.
[25] La forme et l’orientation des sections transversales des tiges permet d’obtenir un déplacement latéral des fibres satisfaisant avec un risque modéré de blocage des fibres dans le réseau.
[26] De plus, le dispositif de tri est particulièrement simple de conception, ce qui le rend à la fois peu coûteux et simple d’entretien, et facilement adaptable pour différentes applications.
[27] Selon d’autres caractéristiques avantageuses :
[28] Ladite forme triangulaire comporte des sommets arrondis.
[29] Une telle forme arrondie des sommets participe à réduire le risque de blocage des fibres dans le réseau d’obstacles.
[30] Ladite forme triangulaire est isocèle, et préférentiellement équilatérale.
[31] Une base de ladite forme triangulaire est sensiblement parallèle à un fond que comporte le récipient.
[32] Le réseau d’obstacles comprend une pluralité de séries de tiges, arrangées de façon décalée l’une au-dessus de l’autre selon ladite direction sensiblement verticale, de manière obtenir un arrangement en quinconce des tiges selon la direction sensiblement verticale.
[33] Un tel arrangement a pour effet de maximiser la probabilité d’une fibre de rencontrer un obstacle, et en particulier plusieurs obstacles, au cours de son déplacement à travers le réseau d’obstacle. Les déplacements latéraux pouvant ainsi se cumuler, la discrimination en sortie du réseau d’obstacles est améliorée. De plus, un tel arrangement favorise les déplacements de fibres le long de diagonales du réseau de tri, ce qui renforce le déplacement latéral total.
[34] La dimension maximale de la section transversale d’une tige est comprise entre 0.5 et 10 fois la longueur moyenne des fibres destinées à être triées.
[35] Une telle plage de valeurs représente un bon compromis entre risque de blocage des fibres dans le réseau, et la probabilité pour une fibre de rencontrer un obstacle et d’être déplacée latéralement. En particulier, une dimension maximale de la section transversale d’une tige est comprise entre 1 et 3 fois la longueur moyenne des fibres destinées à être triées peut être préférée, et représente un compromis idéal.
[36] L’ invention a également pour objet une installation d’analyse biologique comprenant un dispositif de tri tel que décrit ci-avant, pour la caractérisation de fibres biologiques, en particulier de pathogènes ou de cytosquelettes.
[37] L’ invention a également pour objet une installation de traitement d’eaux usées comprenant un circuit de traitement et un dispositif de tri de fibres, tel que décrit ci-avant, le dispositif étant disposé en aval dudit circuit de traitement.
[38] Ainsi, il est possible d’améliorer la qualité des effluents traités dans une installation de traitement d’eaux usées, tout en récupérant les fibres triées en vue de leur revalorisation par exemple.
[39] L’ invention a également pour objet l’utilisation d’un dispositif de tri de fibres, notamment de fibres synthétiques, contenues dans un liquide chargé de fibres, le dispositif de tri comprenant un récipient s’étendant selon une direction sensiblement verticale et étant adapté pour contenir le liquide, et un réseau d’obstacles disposé dans le récipient, le réseau d’obstacles étant configuré de manière à pouvoir être traversé par une fibre depuis une zone supérieure du récipient vers une zone inférieure du récipient, dite zone de récupération, sous l’effet de la gravité, le réseau d’obstacles étant configuré pour induire un déplacement latéral de ladite fibre différencié selon sa flexibilité, pour trier des fibres notamment selon leur flexibilité par dépôt à des positions latérales différenciées dans la zone de récupération.
[40] Une telle utilisation, c’est-à-dire la mise en oeuvre d’un procédé de tri de fibres au moyen d’un dispositif de tri tel que décrit, est inconnue de la technique pour le tri de fibres selon leur flexibilité notamment.
[41] En outre, le tri peut être réalisé en fonction de la flexibilité et de la longueur de la fibre, déterminant ensemble un comportement caractéristique de la fibre dans le liquide en interaction dans le réseau d’obstacles.
[42] Le tri selon la flexibilité notamment permet de discriminer des fibres selon leur matériau constitutif par exemple, contrairement à la technique connue.
[43] En particulier, le tri peut être opéré sous le seul effet de la gravité, et notamment en l’absence d’effet de tout moyen actif pour amener les fibres à traverser le réseau d’obstacles.
[44] Selon d’autres caractéristiques avantageuses : [45] Pour effectuer le tri, le réseau d’obstacles est choisi en fonction des fibres à trier, avec le rapport entre la longueur des fibres et la dimension maximale d’un obstacle du réseau d’obstacle qui est sensiblement égal à 1 .
[46] Ceci limite le risque de piégeage des fibres dans le réseau d’obstacles.
[47] Pour effectuer le tri, le réseau d’obstacles comprend une pluralité de tiges choisies en fonction des fibres à trier, avec la dimension maximale de la section transversale d’une tige qui est comprise entre 0.5 et 10 fois la longueur moyenne des fibres destinées à être triées.
[48] Une telle plage de valeurs représente un bon compromis entre risque de blocage des fibres dans le réseau, et la probabilité pour une fibre de rencontrer un obstacle et d’être déplacée latéralement.
[49] Le tri de fibres étant opéré de sorte que le nombre de Reynolds, caractérisant le comportement du liquide dans le récipient, soit inférieur à 1 , préférentiellement inférieur à 0,1 .
[50] Ainsi, un meilleur fonctionnement du dispositif peut être obtenu, le liquide étant proche du repos, et le déplacement de la fibre n’est pas perturbé, ce qui a pour effet d’améliorer la qualité du tri.
[51] Le dispositif est utilisé pour trier des fibres contenues dans un liquide chargé de fibres comprenant de l’eau, notamment de l’eau salée.
[52] Ainsi, le dispositif est configuré notamment pour pouvoir contenir de l’eau, par exemple salée, destinée à être traitée. De l’eau polluée de fibres microplastiques est un type de liquide particulièrement susceptible d’être filtré par le dispositif.
[53] Le dispositif est utilisé pour tirer des fibres dans une installation de traitement d’eaux usées ou dans une installation d’analyse biologique.
[54] L’ invention a également pour objet un procédé de tri de fibres, notamment de fibres synthétiques, contenues dans un liquide chargé de fibres, selon leur flexibilité notamment, comprenant les étapes de :
- fournir un dispositif de tri comprenant un récipient s’étendant selon une direction sensiblement verticale et étant adapté pour contenir le liquide, et un réseau d’obstacles disposé dans le récipient, le réseau d’obstacles étant configuré de manière à pouvoir être traversé par une fibre depuis une zone supérieure du récipient vers une zone inférieure du récipient, dite zone de récupération, sous l’effet de la gravité ;
- introduire du liquide chargé de fibres dans le dispositif de tri ;
- laisser reposer le dispositif de tri et le liquide chargé de fibres contenu, afin d’opérer sous l’effet de la gravité un tri de fibres notamment selon leur flexibilité, par dépôt à des positions latérales différenciées dans la zone de récupération ;
- récupérer les fibres triées au niveau de la zone de récupération.
[55] Ainsi, le procédé de tri est passif, c’est-à-dire qu’il suffit de remplir le récipient de liquide chargé de fibres, puis de le laisser reposer, sans intervention extérieure et sans intervention d’un élément actif, afin que le tri de fibres s’opère.
[56] Il convient de préciser que le récipient peut préalablement être rempli en tout ou partie de liquide, en particulier de liquide non chargé de fibres.
[57] En particulier, dans le procédé, le tri peut être opéré sous le seul effet de la gravité, et notamment en l’absence d’effet de tout moyen actif pour amener les fibres à traverser le réseau d’obstacles.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
[58] D’autres avantages, buts et caractéristiques particulières de la présente invention ressortiront de la description non limitative qui suit d’au moins un mode de réalisation particulier des dispositifs et procédés objets de la présente invention, en regard des dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 est une représentation schématique d’un dispositif de tri selon un mode de réalisation particulier, selon une vue en coupe.
- la figure 2 est une vue de détail de deux obstacles de différent type, selon une coupe transversale.
- la figure 3 est un graphe illustrant le déplacement latéral d’une fibre pour différent nombre élasto-gravitationnels Be.
- la figure 4 est un graphe illustrant le déplacement latéral d’une fibre pour différents rapports entre dimension maximale de l’obstacle et longueur de la fibre.
- la figure 5 est un graphe illustrant le déplacement latéral d’une fibre pour différentes formes d’obstacles du réseau d’obstacle.
- la figure 6 est une représentation schématique d’une installation de traitement d’eaux usées comprenant un dispositif de tri.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L’INVENTION [59] La présente description est donnée à titre non limitatif, chaque caractéristique d’un mode de réalisation pouvant être combinée à toute autre caractéristique de tout autre mode de réalisation de manière avantageuse.
[60] On note, dès à présent, que les figures ne sont pas à l’échelle.
[61] La figure 1 représente schématiquement un dispositif de tri 100 selon un mode de réalisation possible, selon une vue en coupe longitudinale.
[62] Le dispositif de tri 100 comprend un récipient, qui est en particulier une cuve 1 10. La cuve 1 10 est adaptée pour contenir un liquide chargé de fibres 120, en particulier de fibres synthétiques. Un tel liquide peut par exemple comprendre de l’eau, et notamment un soluté tel que du sel.
[63] Selon une autre possibilité, le liquide peut être de l’huile de silicone.
[64] La cuve 1 10 comprend des parois latérales 1 1 1 , un fond 1 12, et une ouverture 1 13 adaptée pour remplir la cuve 1 10 d’un liquide.
[65] En particulier, la cuve 1 10 comprend une paroi supérieure 1 14 munie de l’ouverture 1 13. L’ouverture 1 13 peut toutefois être pratiquée dans une paroi latérale 1 11.
[66] La cuve 1 10 s’étend selon une direction longitudinale entre le fond 1 12 et la paroi supérieure 114.
[67] La hauteur de la cuve 1 10, définie comme étant sa dimension selon la direction longitudinale, est ici supérieure à ses dimensions transversales. La cuve 110 peut toutefois également être plus large que haute, dans d’autres variantes de réalisation.
[68] La cuve 1 10 peut notamment être à base rectangulaire, bien que toute autre forme puisse également convenir.
[69] Par exemple, les dimensions d’une base rectangulaire de la cuve 110 peuvent être de 40 centimètres par 60 centimètres. Sa hauteur est par exemple de 80 centimètres.
[70] Par la suite, l’utilisation de termes « inférieur », « supérieur >> et « latéral » est faite en considération d’une cuve 1 10 disposée verticalement, c’est-à-dire dans laquelle la direction longitudinale correspond à une direction verticale de la cuve 110 en utilisation. On entend par direction « verticale >> une direction sensiblement parallèle au champ gravitationnel terrestre local. [71] Le dispositif de tri 100 comprend un réseau d’obstacles 130 disposé à l’intérieur de la cuve 1 10. Le réseau d’obstacles 130 est configuré pour induire un déplacement latéral différencié des fibres 120, selon leurs propriétés mécaniques.
[72] Préférentiellement, le réseau d’obstacles 130 s’étend entre une zone supérieure 140 de la cuve 1 10, et une zone inférieure 150, dite zone de récupération, de la cuve 1 10, et peut être traversé par une fibre 120 depuis la zone supérieure 140 vers la zone inférieure 150.
[73] Plus précisément, le réseau d’obstacles 130 est agencé à distance du fond 1 12, et à distance de la paroi supérieure 1 14.
[74] Préférentiellement, le réseau d’obstacles 130 s’étend sensiblement d’une paroi latérale 11 1 à l’autre, en étant sensiblement parallèle au fond 1 12.
[75] Le réseau d’obstacles 130 comprend une pluralité d’obstacles.
[76] Les obstacles sont notamment des tiges 131 , pleines ou creuses. Les tiges 131 sont préférentiellement rectilignes.
[77] Les tiges 131 s’étendent sensiblement parallèlement les unes aux autres, dans une direction transversale de la cuve 1 10, qui est en particulier orthogonale à la direction longitudinale de la cuve 1 10. En d’autres termes, les tiges 131 sont agencées de façon sensiblement parallèle au fond 112.
[78] Tel que cela est représenté à la figure 1 , les tiges 131 peuvent être agencées selon une pluralité de séries 132 de tiges, les séries 132 étant arrangées de façon décalée l’une au-dessus de l’autre selon la direction longitudinale de la cuve 1 10.
[79] Ainsi, un arrangement en quinconce des tiges 131 selon la direction verticale est obtenu.
[80] Par exemple, le réseau d’obstacles 130 comprend entre cinq et quinze, préférentiellement dix, séries 132 de tiges.
[81] Par exemple, chaque série 132 de tiges comprend entre cinq et dix tiges 131.
[82] La distance d entre deux tiges 131 adjacentes appartenant à deux séries différentes correspond par exemple à entre 1 et 2 fois, préférentiellement 1 ,5 fois, la dimension maximale de la section transversale d’une tige 131 .
[83] Selon une première variante, une section transversale d’une tige 131 est de forme circulaire. [84] Une telle configuration est représentée à droite sur la figure 2, qui représente les sections transversales de deux variantes de tiges 131 .
[85] Selon une deuxième variante, une section transversale d’une tige 131 est de forme polygonale.
[86] De préférence, la forme polygonale d’une section de tige 131 est une forme triangulaire. En particulier, la forme triangulaire est isocèle, préférentiellement équilatéral.
[87] De préférence également, la forme polygonale d’une section de tige 131 comporte des sommets arrondis, ou émoussés.
[88] Une configuration particulièrement préférée est une section de tige 131 de forme triangulaire, dont les sommets sont arrondis, tel que représente à gauche sur la figure 2.
[89] La forme triangulaire à sommets arrondis n’est pas limitée à la représentation faite sur la figure 2. En effet, toute forme de triangle allant quasiment depuis un cercle, jusqu’à un triangle « conventionnel », peut être envisagée. En d’autres termes, les sommets de la forme triangulaire peuvent être de légèrement arrondis à très fortement arrondis.
[90] Lorsque la section transversale d’une tige 131 est de forme triangulaire, l’orientation d’une tige 131 est préférentiellement telle qu’une majorité des sommets de la forme triangulaire sont plus proche de la zone supérieure 140 de la cuve 1 10, c’est-à-dire de la paroi supérieure 114, que de la zone inférieure 150 de la cuve 1 10, c’est-à-dire du fond 1 12.
[91] En d’ autres termes, une telle orientation d’une tige 131 correspond à une forme triangulaire de sa section transversale qui « pointe » vers la zone inférieure 150.
[92] Préférentiellement, dans une telle orientation, une base de la forme triangulaire de la section transversale d’une tige 131 est sensiblement parallèle au fond 112, en étant orientée en opposition à ce dernier.
[93] En particulier, lorsque la forme triangulaire de la section transversale d’une tige 131 est isocèle, la base est orientée vers la paroi supérieure 1 14.
[94] Les dimensions d’une section transversale d’une tige 131 sont choisies en fonction du type de fibres 120 à trier. En particulier, la dimension maximale de la section transversale d’une tige 131 est comprise entre 0.5 et 10 fois, préférentiellement entre 1 et 3 fois, la longueur moyenne des fibres 120 destinées à être triées. Une telle dimension permet de réduire le risque de blocage des fibres 120 dans le réseau d’obstacles 130, et maximise leur réorientation.
[95] En d’autres termes, les dimensions de la section transversale dépendent de l’application envisagée pour le dispositif de tri 100.
[96] Par exemple, les fibres 120 sont de l’ordre du centimètre ou du millimètre dans le cas de fibres synthétiques dans une eau usée, et de l’ordre du micromètre dans le cas d’organismes biologiques fibreux.
[97] Dans le cas d’une section circulaire, la dimension maximale de la section transversale correspond à son diamètre, tandis que pour une section de forme triangulaire, la dimension maximale de la section transversale correspond à la longueur de sa base.
[98] Après leur passage dans le réseau d’obstacles 130, les fibres 120 peuvent être récupérées directement dans la zone de récupération 150, suite à leur dépôt à des positions latérales différenciées sur le fond 1 12, ou indirectement en aval de la zone de récupération 150.
[99] Dans ce dernier cas, le dispositif de tri 100 peut également comprendre des unités de récupération 160 de fibres 120, tel que représenté à la figure 1 .
[100] Par exemple, des unités de récupération 160 prenant la forme de récipients sont disposés à proximité du fond 112, à l’intérieur ou à l’extérieur de la cuve 110.
[101] Les unités de récupération 160 permettent ainsi de collecter et de récupérer aisément les fibres 120 triées.
[102] Le dispositif de tri 100 fonctionne comme décrit ci-après.
[103] La cuve 110 est remplie d’un liquide chargé de fibres 120, qui est destiné à être filtré et dont les fibres 120 sont destinées à être triées.
[104] Comme indiqué ci-avant, le liquide peut par exemple comprendre de l’eau. Le liquide peut également comprendre un soluté tel que du sel, c’est-à-dire que le liquide comprend de l’eau salée, tel que de l’eau de mer.
[105] Le liquide est généralement un liquide pollué par des fibres 120, qui sont en particulier des fibres synthétiques. Les fibres synthétiques peuvent provenir d’activités humaines, tel que le lavage de vêtements en matière synthétique.
[106] En particulier, les fibres synthétiques contenues dans le liquide comprennent notamment des fibres de polyester, de polyoléfines, acryliques, de nylon. [107] Préférentiellement, la cuve 1 10 est auparavant remplie d’un liquide identique ou différent, de façon à au moins immerger le réseau d’obstacles 130.
[108] En effet, le tri de fibres est opéré préférentiellement lorsque liquide contenu dans la cuve 1 10 est quasiment au repos.
[109] En d’autres termes, le nombre de Reynolds, caractérisant le comportement du liquide dans la cuve 1 10, est inférieur à 1 , préférentiellement compris entre 0.1 et 10-6.
[110] Plus précisément, le nombre de Reynolds peut ici être défini de la manière
Figure imgf000014_0001
suivante : Re = Olj y est |a vitesse de la fibre 120, donnée par l’équilibre entre
77 la gravité et la viscosité du liquide, l est la longueur moyenne d’une fibre, p est la densité du fluide et p est la viscosité dynamique du liquide.
[111] Ainsi, non seulement l’écoulement du liquide est laminaire, il est préférentiellement quasi statique, c’est-à-dire que le fluide est sensiblement au repos.
[112] On comprend ainsi qu’afin de maintenir un nombre de Reynolds constant pour différentes longueurs de fibres, dans le but d’obtenir un fonctionnement constant du dispositif de tri 100, il suffit de modifier la viscosité du liquide. Par exemple, pour des fibres 120 de longueur inférieure à 100 micromètres, de l’eau peut être utilisée, tandis que pour des fibres de longueur supérieure à 100 micromètres, de l’huile, notamment de silicone, peut être utilisée
[113] Les fibres 120 contenues dans le liquide se déplacent sous l’effet de leur propre poids vers le fond 1 12 de la cuve 110. Pour obtenir un tel comportement, la cuve 1 10 est disposée sensiblement verticalement, conformément à ce qui a été décrit plus en amont.
[114] Lors de leur déplacement vers le fond 1 12, les fibres 120 rencontrent les obstacles du réseau d’obstacles 130.
[115] Chaque fibre 120 possède des propriétés mécaniques propres. Ces propriétés mécaniques comprennent notamment des caractéristiques géométriques de la fibre 120, tel que sa longueur, et des propriétés mécaniques intrinsèques, tel que sa flexibilité, exprimée notamment par son module de Young.
[116] Il a été observé que les interactions hydrodynamiques entre un obstacle tel qu’une tige 131 et une fibre 120 induisent un déplacement latéral de la fibre 120 lors de la traversée du réseau d’obstacles 130. [117] Plus précisément, il a été observé que plus une fibre 120 est longue et/ou peu flexible, plus cette dernière dérive fortement latéralement.
[118] En d’autres termes, le déplacement latéral d’une fibre 120 est inversement proportionnel au nombre adimensionnel élasto-gravitationnel Be de la fibre, défini
WL3 comme suit : Be = où W est la masse linéique de fibre, L est la longueur de la
Figure imgf000015_0001
fibre, E est le module de Young de la fibre, et / est le moment quadratique de la fibre.
[119] La figure 3 est une représentation graphique du déplacement latéral d’une fibre 120 pour un nombre élasto-gravitationnel égal à 200 (chronophotographie de gauche et tracé ■) ainsi que pour un nombre élasto-gravitationnel égal à 1000 (chronophotographie de droite et tracé ►). Le rapport entre la longueur de la fibre 120 et la dimension maximale d’un obstacle du réseau d’obstacle 130 (aussi désigné par ) correspond ici à 2. Les obstacles sont de section circulaire.
[120] La figure 4 est une représentation graphique du déplacement latéral d’une fibre 120 pour un nombre élasto-gravitationnel égal à 200, pour un rapport entre la longueur de la fibre 120 et la dimension maximale d’un obstacle du réseau d’obstacle 130 de 1 (tracé ■) ainsi que pour un rapport entre la longueur de la fibre 120 et la dimension maximale d’un obstacle du réseau d’obstacle 130 de 2 (tracé ►). Les obstacles sont de section circulaire.
[121] Respectivement sur les graphes de la figure 3 et 4, ainsi que sur la figure 5 décrite ci-après, sur l’axe des ordonnées est indiquée la position en profondeur du centre de masse de la fibre 120 dans la cuve 1 10, normé par la longueur de la fibre 120. Sur l’axe des abscisses est indiquée la position latérale du centre de masse de la fibre 120 dans la cuve 1 10, également normé par la longueur de la fibre 120.
[122] Tel que cela ressort clairement de la comparaison entre le tracé de la fibre « semi-flexible » (Be=200) et celui d’une fibre « très flexible » (Be=1000), une fibre 120 pour lequel le nombre élasto-gravitationnel est faible, la fibre 120 aura tendance à se déplacer fortement latéralement (de l’ordre de plusieurs fois la longueur de la fibre, à l’issue du passage dans le réseau d’obstacles), tandis que pour une fibre 120 pour lequel le nombre élasto-gravitationnel est important, la fibre 120 aura tendance à peu se déplacer latéralement.
[123] Ainsi, les fibres 120 les plus rigides se déplacent fortement latéralement, et se retrouvent fortement écartés d’une position centrale dans la cuve 110 à l’issue de leur passage à travers le réseau d’obstacles 130, tel que cela ressort également des chronophotographies de la figure 3.
[124] Au contraire, les fibres 120 les plus souples se déplacent peu latéralement, et restent sensiblement en position centrale dans la cuve 1 10 à l’issue de leur passage à travers le réseau d’obstacles 130.
[125] Ainsi, le réseau d’obstacles 130 permet d’induire un déplacement latéral différencié des fibres 120, en vue de leur tri, ou discrimination, selon des propriétés mécaniques.
[126] Comme cela ressort de la figure 4, un rapport entre la longueur de la fibre 120 et la dimension maximale d’un obstacle du réseau d’obstacle 130 élevé, c’est-à- dire une taille de fibre élevée, induit un déplacement latéral plus important.
[127] Bien entendu, plus une fibre 120 rencontre d’obstacles, plus son déplacement latéral sera amplifié à l’issue du passage à travers le réseau d’obstacles 130. Il est ainsi avantageux de prévoir une pluralité de séries d’obstacles arrangés selon la direction longitudinales, avantageusement en quinconce, tel que cela a été explicité plus en amont, de manière à maximiser la rencontre d’obstacles par une fibre.
[128] De plus, le choix d’une section transversale particulière de tiges 131 du réseau d’obstacles 130 permet de varier le comportement du dispositif de tri 100.
[129] La figure 5 est une représentation graphique du déplacement latéral d’une fibre 120 pour des obstacles de section transversale circulaire (chronophotographie de gauche et tracé ►) ainsi que pour des obstacles de section transversale triangulaire arrondie, orientée vers le fond de la cuve (chronophotographie de droite et tracé ■). Le rapport entre la longueur de la fibre 120 et la dimension maximale d’un obstacle du réseau d’obstacle 130 correspond ici à 2. Les obstacles sont de section circulaire. Le nombre élasto-gravitationnel est égal à 200.
[130] Comme il ressort clairement de la figure 5, une forme de section transversale circulaire induit le déplacement latéral d’une fibre 120 plus important en comparaison à une forme triangulaire aux sommets arrondis, pour un nombre élasto- gravitationnel constant.
[131] Il convient de noter qu’une forme triangulaire aux côtés concaves (non représentée) peut permettre d’induire un déplacement latéral d’une fibre 120 plus important. Le choix d’une telle forme peut ainsi être fait dans le but d’amplifier le déplacement latéral, mais il implique toutefois un risque de piégeage de la fibre dans le réseau d’obstacles, en particulier dans le cas de fibres longues et souples qui risquent de rester bloquées sur un sommet de la forme triangulaire. De plus, le temps de résidence de la fibre 120 dans le réseau d’obstacles 130 est alors augmenté.
[132] De manière générale, afin de minimiser le risque de blocage et le temps de résidence, le rapport entre la longueur de la fibre 120 et la dimension maximale d’un obstacle du réseau d’obstacle 130 peut être choisi au voisinage de 1 . En effet des fibres longues ont tendance à se bloquer sur les obstacles 131 .
[133] Afin de minimiser le risque de piégeage des fibres 120 par friction, l’orientation des obstacles peut être choisi tel qu’une majorité des sommets de la forme triangulaire de la section de l’obstacle soient plus proche de la zone inférieure 150 de la cuve 1 10 que de la zone supérieure 140 de la cuve 1 10, en d’autres termes que la forme triangulaire « pointe » vers la partie supérieure.
[134] Afin de minimiser le risque de piégeage des fibres 120 par blocage, l’orientation des obstacles peut être choisi tel qu’une majorité des sommets de la forme triangulaire de la section de l’obstacle soient plus proche de la zone supérieure 140 de la cuve 1 10 que de la zone inférieure 150 de la cuve 1 10, en d’autres termes que la forme triangulaire « pointe » vers la partie inférieure.
[135] Également, la rugosité de surface des obstacles du réseau d’obstacles 130 peut être réduite afin de minimiser le risque de piégeage par friction des fibres 120.
[136] On comprend ainsi que la taille des obstacles du réseau d’obstacles 130 par rapport à la taille moyenne des fibres à trier, la forme de leur section transversale, l’orientation de leur section transversale, ainsi que leur nombre dans le réseau d’obstacles 130, sont des paramètres de conception du dispositif de tri 100 qui peuvent être ajustés afin d’adapter le dispositif à l’application envisagée.
[137] Afin d’illustrer les possibilités d’application du dispositif de tri 100, deux exemples sont donnés ci-après.
Exemple d’une première application particulière
[138] A la figure 6 est illustrée schématiquement une installation de traitement 200 d’eaux usées, telle qu’une station d’épuration.
[139] L’ installation de traitement 200 comprend un circuit 210 de traitement des eaux usées, qui peut par exemple comprendre un poste de prétraitement visant à séparer de l’eau usagées les éléments solides de taille importante, les sédiments et les graisses. En général, un tel circuit 210 comprend ensuite des bassins de traitement biologique, et des clarificateurs.
[140] L’ installation de traitement 200 peut comprendre un dispositif de tri 100, préférentiellement en aval du circuit 210 de traitement. En effet, il est préférable de filtrer une eau déjà épurée en grande partie, afin que le dispositif de tri 100 puisse faire effet dans des conditions optimales.
[141] Les effluents traités en sortie de l’installation de traitement 200 sont ainsi dépollués et ne comportent plus ou peu de fibres, en particulier synthétiques.
[142] L’intégration d’un dispositif de tri 100 dans une installation de traitement 200 permet ainsi d’améliorer le traitement des eaux usées au plus proche de la source de pollution, de façon préventive avant tout déversement dans l’environnement, et de manière totalement passive.
[143] Dans une telle application, l’ordre de grandeur des fibres est celui du millimètre. Conformément à ce qui a été exposé plus en amont, les dimensions des obstacles du réseau d’obstacles 130, et leur espacement, sont alors choisies dans ce même ordre de grandeur.
Exemple d’une deuxième application particulière
[144] Selon un autre exemple d’application, une installation d’analyse biologique peut comprendre un dispositif de tri 100 pour la caractérisation de fibres biologiques, en particulier de pathogènes ou de filaments issus de cytosquelettes.
[145] Un certain nombre d’agents pathogènes peuvent être assimilés à des fibres d’un point de vue mécanique, si bien qu’une discrimination de ces derniers selon leurs propriétés mécaniques peut être utilisée à des fins de caractérisation ou d’indentification.
[146] Par exemple, on sait que des parasites véhiculant des maladies telles que la méningite ou la pneumonie se développent sous la forme de chaînes de cellules de longueurs et rigidités diverses, qui varient en fonction qu’elles soient mortes ou vivantes, virulentes ou non, sous action d’antibiotiques ou non. L’application du dispositif de tri 100 permet de séparer une culture de pathogènes en sous-populations discriminées selon leur morphologie, permettant par exemple d’étudier leur virulence.
[147] Une application similaire peut être faite pour caractériser ou d’identifier des cytosquelettes, qui se présentent habituellement sous une forme filamenteuse. [148] Une installation d’analyse biologique de ce type comprend essentiellement un dispositif de tri 100, ainsi que tout autre moyen nécessaire aux analyses à effectuer, comme par exemple des moyens pour garantir la stérilité de l’installation.
[149] Dans une telle application, l’ordre de grandeur des agents et cytosquelettes assimilables à des fibres 120 est celui du micromètre. Conformément à ce qui a été exposé plus en amont, les dimensions des obstacles du réseau d’obstacles 130, et leur espacement, sont alors choisies dans ce même ordre de grandeur.
[150] L’ invention a également pour objet l’utilisation d’un dispositif 100 de tri pour le tri de fibres 120 tel que décrit ci-avant.
[151] Notamment, l’utilisation du dispositif 100 peut être dans une installation d’analyse biologique ou une installation 200 de traitement d’eaux usées, ou tout autre type d’installation ou système.
[152] L’ invention a également pour objet un rocédé de tri de fibres (120), notamment de fibres synthétiques, contenues dans un liquide chargé de fibres, le tri étant un tri selon la flexibilité des fibres notamment.
[153] Le procédé comprend l’étape de fournir un dispositif 100 de tri, par exemple tel que décrit précédemment.
[154] Par exemple, le dispositif 100 comprend un récipient 1 10 s’étendant selon une direction sensiblement verticale et étant adapté pour contenir le liquide, et un réseau d’obstacles 130 disposé dans le récipient 110, le réseau d’obstacles 130 étant configuré de manière à pouvoir être traversé par une fibre 120 depuis une zone supérieure 140 du récipient vers une zone inférieure 150 du récipient, dite zone de récupération, sous l’effet de la gravité.
[155] Le procédé comprend ensuite l’étape d’introduire du liquide chargé de fibres dans le dispositif 100 de tri, c’est-à-dire dans le récipient 1 10.
[156] Par exemple, le liquide chargé de fibres peut être un liquide pollué par des fibres synthétiques
[157] Préalablement, le récipient 1 10 peut avoir été rempli de liquide, par exemple non chargé de fibres, en tout ou partie, et par exemple au moins de façon à recouvrir le réseau d’obstacles 130.
[158] Le procédé comprend ensuite l’étape de laisser reposer le dispositif 100 de tri et le liquide chargé de fibres contenu, afin d’opérer sous l’effet de la gravité un tri de fibres 120 notamment selon leur flexibilité, par dépôt à des positions latérales différenciées dans la zone de récupération.
[159] L’étape de laisser reposer le dispositif et le liquide peut durer de quelques minutes à quelques heures ou jours, en fonction du type de liquide et de fibres notamment.
[160] L’étape de laisser reposer le dispositif et le liquide est de préférence une étape pendant laquelle aucune intervention active, externe ou interne, n’est réalisée. Seul l’effet de la gravité est suffisant pour opérer le tri de fibres, qui se déplacent vers le fond du récipient 1 10 sous l’effet de leur poids tout en se déplacement latéralement, ce qui a pour effet d’opérer un tri des fibres 120.
[161] Le procédé comprend ensuite l’étape de récupérer les fibres 120 triées au niveau de la zone de récupération.
[162] Ainsi, les fibres 120, par exemple des fibres synthétiques, peuvent par exemple être recyclées, ou simplement écartées du liquide qui est ainsi dépollué.
[163] La récupération d’un certain type de fibres à une certaine position latérale au niveau de la zone de récupération peut également servir à indiquer le type de pollution à laquelle le liquide est exposé.
[164] Dans une autre application, les fibres peuvent être des fibres biologiques, et peuvent être caractérisées selon le tri opéré.
[165] On rappelle plus généralement que l’invention ne se limite pas aux exemples décrits et illustrés.

Claims

Revendications Dispositif (100) de tri de fibres (120), notamment de fibres synthétiques, contenues dans un liquide chargé de fibres, le dispositif de tri comprenant un récipient (1 10) s’étendant selon une direction sensiblement verticale et étant adapté pour contenir le liquide, et un réseau d’obstacles (130) disposé dans le récipient (1 10), le réseau d’obstacles (130) étant configuré de manière à pouvoir être traversé par une fibre (120) depuis une zone supérieure (140) du récipient vers une zone inférieure (150) du récipient, dite zone de récupération, sous l’effet de la gravité, caractérisé en ce que le réseau d’obstacles (130) comprend une pluralité de tiges (131 ) sensiblement parallèles, s’étendant sensiblement orthogonalement à ladite direction sensiblement verticale, et dans lequel la section transversale d’une tige (131 ) est de forme triangulaire, et dans lequel l’orientation d’une tige (131 ) est telle qu’une majorité des sommets de la forme triangulaire soit plus proche de la zone supérieure (140) du récipient, que de la zone inférieure (150) du récipient, grâce à quoi le réseau d’obstacles (130) est configuré pour induire un déplacement latéral de ladite fibre (120) différencié selon la longueur de la fibre (120) et/ou la flexibilité de la fibre (120), de manière à opérer un tri de fibres dans la zone de récupération par dépôt des fibres (120) à des positions latérales différenciées. Dispositif (100) selon la revendication 1 , dans lequel ladite forme triangulaire comporte des sommets arrondis. Dispositif (100) selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel ladite forme triangulaire est isocèle, et préférentiellement équilatérale. Dispositif (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel une base de ladite forme triangulaire est sensiblement parallèle à un fond (1 12) que comporte le récipient (1 10). Dispositif (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le réseau d’obstacles (130) comprend une pluralité de séries (132) de tiges (131 ), arrangées de façon décalée l’une au-dessus de l’autre selon ladite direction sensiblement verticale, de manière obtenir un arrangement en quinconce des tiges (131 ) selon la direction sensiblement verticale. Dispositif (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la dimension maximale de la section transversale d’une tige (131 ) est comprise entre 0.5 et 10 fois la longueur moyenne des fibres (120) destinées à être triées. Installation d’analyse biologique comprenant un dispositif (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 pour la caractérisation de fibres biologiques, en particulier de pathogènes ou de filaments issus de cytosquelettes. Installation (200) de traitement d’eaux usées comprenant un circuit de traitement (210) et un dispositif (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 disposé en aval dudit circuit de traitement (210). Utilisation d’un dispositif (100) de tri de fibres (120), notamment de fibres synthétiques, contenues dans un liquide chargé de fibres, le dispositif de tri comprenant un récipient (1 10) s’étendant selon une direction sensiblement verticale et étant adapté pour contenir le liquide, et un réseau d’obstacles (130) disposé dans le récipient (110), le réseau d’obstacles (130) étant configuré de manière à pouvoir être traversé par une fibre (120) depuis une zone supérieure (140) du récipient vers une zone inférieure (150) du récipient, dite zone de récupération, sous l’effet de la gravité, le réseau d’obstacles (130) étant configuré pour induire un déplacement latéral de ladite fibre (120) différencié selon sa flexibilité, pour trier des fibres (120) notamment selon leur flexibilité par dépôt à des positions latérales différenciées dans la zone de récupération. Utilisation d’un dispositif (100) de tri de fibres (120), selon la revendication 9, le réseau d’obstacles (130) étant choisi en fonction des fibres (120) à trier, avec le rapport entre la longueur des fibres (120) et la dimension maximale d’un obstacle du réseau d’obstacle (130) qui est sensiblement égal à 1. Utilisation d’un dispositif (100) de tri de fibres (120), selon l’une quelconque des revendications 9 ou 10 le réseau d’obstacles (130) comprenant une pluralité de tiges (131 ) choisies en fonction des fibres (120) à trier, avec la dimension maximale de la section transversale d’une tige (131 ) qui est comprise entre 0.5 et 10 fois la longueur moyenne des fibres (120) destinées à être triées. Utilisation d’un dispositif (100) de tri de fibres (120), selon l’une quelconque des revendications 9 à 1 1 le tri de fibres étant opéré de sorte que le nombre de Reynolds, caractérisant le comportement du liquide dans le récipient, soit inférieur à 1 , préférentiellement inférieur à 0,1 . Utilisation d’un dispositif (100) de tri de fibres (120), selon l’une quelconque des revendications 9 à 12 pour trier des fibres (120) contenues dans un liquide chargé de fibres comprenant de l’eau, notamment de l’eau salée. Utilisation d’un dispositif (100) de tri de fibres (120) selon l’une quelconque des revendications 9 à 13, dans une installation de traitement d’eaux usées ou dans une installation d’analyse biologique. Procédé de tri de fibres (120), notamment de fibres synthétiques, contenues dans un liquide chargé de fibres, selon leur flexibilité notamment, comprenant les étapes de :
- fournir un dispositif (100) de tri comprenant un récipient (1 10) s’étendant selon une direction sensiblement verticale et étant adapté pour contenir le liquide, et un réseau d’obstacles (130) disposé dans le récipient (110), le réseau d’obstacles (130) étant configuré de manière à pouvoir être traversé par une fibre (120) depuis une zone supérieure (140) du récipient vers une zone inférieure (150) du récipient, dite zone de récupération, sous l’effet de la gravité ;
- introduire du liquide chargé de fibres dans le dispositif (100) de tri ;
- laisser reposer le dispositif (100) de tri et le liquide chargé de fibres contenu, afin d’opérer sous l’effet de la gravité un tri de fibres (120) notamment selon leur flexibilité, par dépôt à des positions latérales différenciées dans la zone de récupération ;
- récupérer les fibres (120) triées au niveau de la zone de récupération.
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