Les agitateurs flottants de surface peuvent assurer à la fois l'homogénéisation et l'aération des masses d'eau ou d'effluents. Plus rapides à installer et plus faciles à maintenir que les systèmes de diffusion d'air fine bulle, ils interviennent surtout en lagunages et plans d'eau, ou dans les stations d'épuration en supplément de solutions existantes. Les constructeurs proposent une large variété de technologies adaptées à de nombreux besoins.
Bassins de stations d’épuration, lagunes ou étangs sont souvent équipés de systèmes de brassage. Il s'agit, pour les stations de traitement d’effluents urbains ou industriels, de remettre ou maintenir en suspension les particules et d’homogénéiser le mélange effluent/boues. De leur côté, les aérateurs assurent également une fonction d’oxygénation, surtout si le brassage est énergique, en faisant remonter l'eau profonde, peu oxygénée, à la surface où elle entre en contact avec l'atmosphère ambiante. Dans certains cas, l'eau est projetée sur des déflecteurs aériens pour se charger en oxygène avant de retomber. Au besoin, les constructeurs peuvent même adjoindre aux agitateurs des systèmes d’injection d’air. Il existe au
Contraire des situations où l’oxygénation est inutile, voire néfaste (bassins anaérobies de dénitrification). Dans ce cas, les agitateurs « purs » s’imposent, comme pour le brassage d’effluents présentant une fermentation élevée (lixiviats, agroalimentaire, effluents viticoles, ...).
Agitateurs (sans apport d'air) et aérateurs (dont la fonction principale est d’amener de l’air) permettent de réaliser ces deux opérations indispensables. Mais pourquoi choisir des systèmes flottants ?
« Ils sont logiquement adaptés aux plans d’eau à niveau variable comme les lagunes » répond Christophe Lichtle, d’Isma. Mais ce n’est pas la seule motivation. Ne nécessitant aucun chantier de génie civil coûteux et parfois impossible à réaliser (lagune ou étang), les appareils flottants peuvent s’installer rapidement à moindre frais, même ponctuellement. Leur accessibilité facilite la maintenance : pas besoin de vider le bassin, par exemple. De plus, ils sont transportables. À tel point que les grands opérateurs tels que Veolia, Suez ou Saur possèdent chacun leur propre parc d’agitateurs et aérateurs flottants destinés à intervenir rapidement sur des installations où un système fixe est tombé en panne.
KAMPS, de son côté, développe des passerelles autoportantes de très grandes dimensions permettant d’éviter les inconvénients des flotteurs : accessibilité, etc.
Des évolutions technologiques
Axflow, Biotrade, Emyg Environnement & Aquaculture, Eau claire, Europelec, Faivre, Isma, KAMPS, Landia, Milton Roy, Oxydro, SCM Tecnologie, Techsub-Aquago, TMI, plusieurs constructeurs exploitent différentes technologies et se partagent le marché, chacune adaptée à un besoin particulier : aération ou non, effluents chargés ou eau claire, lagune ou bassin, etc. Parmi les dernières innovations marquantes, « le développement d’aérateurs de très grands diamètres pour une augmentation appréciable des rendements d’oxygénation », comme le souligne Alain Mineur, CEO de KAMPS. Chaque fournisseur optimise également sa gamme, affinant le dessin des rotors, l’ergonomie des appareils ou optimisant leur motorisation. Selon Maxime de Franceschi, responsable export chez Europelec, « les clients se déterminent selon un compromis entre le rendement énergétique, le prix d’achat et la maintenance. C'est pourquoi les turbines brassant l'eau, lentes ou rapides, dominent le marché mondial dans l’aération mécanique ».
Systèmes simples et légers comprenant un moteur, un axe et une hélice, les turbines rapides (1,05-1,35 kg O₂/kWh, fourchette usuelle d’après la source CEMAGREF-IRSTEA) n’exigent que des flotteurs réduits. Peu coûteuses, elles présentent toutefois un rendement énergétique inférieur à celui des turbines lentes. Ces dernières, équipées d'un dispositif de réduction des vitesses et d’un rotor, demandent des flotteurs importants pour soutenir leur poids. Leur rendement énergétique supérieur compense à court ou moyen terme l’investissement initial plus élevé. Le choix dépendra donc des contraintes de l’exploitant. Les grosses stations d’épuration optent en général pour des turbines lentes (1,35-1,75 kg O₂/kWh, source Cemagref). Parmi les aérateurs lents, les turbines à arbre vertical sont très utilisées car elles
Ils ont un meilleur rendement d’oxygénation, une haute capacité d’oxygénation par machine et la meilleure capacité de brassage et de propulsion dans des chenaux d’oxydation, par exemple.
Plus lourds et donc plus chers que les turbines rapides, les aérateurs à effet venturi aspirent l’air atmosphérique pour l’injecter dans l’eau ou les effluents. Ils interviennent lorsqu’un flux directionnel est souhaité, comme cela peut se produire en station d’épuration en chenal ou dans des plans d’eau dégradés. Ils sont en revanche plus énergivores que des turbines de surface.
La domination des turbines
Europelec est présente sur le marché de l’aération depuis 40 ans. Son cheval de bataille à l’export : la turbine lente LTF, utilisable en fixe ou sur flotteur. Les puissances proposées vont de 1,5 à 132 kW. « Disponible en différentes versions métal ou polyester et fibre de verre, c’est l’aérateur mécanique de référence » affirme Maxime de Franceschi. La société vient par exemple d’en vendre en Algérie ainsi qu’en Arabie, pour des stations d’épuration de grande capacité. Aquafen®, une turbine rapide, projette l’eau sur un déflecteur conçu pour produire une gerbe plate, limitant ainsi la production d’aérosols – un inconvénient des turbines rapides qui peut faire reculer les exploitants d’installations situées à proximité d’habitations. Deux vitesses de rotation (1000 et 1500 t/min) sont disponibles sur la même gamme de puissance allant de 1,5 à 110 kW.
Europelec propose en outre des agitateurs « purs ». Euromix®, agitateur rapide sur flotteur circulaire, utilise une hélice qui pousse le liquide vers le fond en créant un courant empêchant la sédimentation et favorisant l’homogénéisation. Les puissances disponibles vont de 3 à 22 kW. Rotomix® est brasseur flottant à vitesse lente muni d’un rotor immergé au bout d’un axe de longueur variable (jusqu’à 7 mètres). Le vortex créé à partir du fond évite en général la formation de mousses en surface. Enfin, la firme propose depuis 2012 un appareil hybride : Sofie® est un mixeur immergé tournant en permanence, pourvu d’un système d’éjection d’air relié à un compresseur qui fonctionne au besoin. Ce type de machine offre aussi un bon rendement d’oxygénation (1,4 kgO₂/kWh en moyenne, source Cemagref). Il est conçu pour les procédés d’épuration biologique, boues activées ou séquentiels (SBR). Tous ces équipements sont personnalisables en termes de matériau, selon le besoin du client.
TMI propose également une large gamme
Aquago propose une gamme d’aérateurs flottants à vitesse lente, de 1,1 à 45 kW, utilisés essentiellement sur des lagunes où les travaux de génie civil seraient très onéreux, voire impossibles. Leur conception, identique à celle des aérateurs fixes, repose sur un motoréducteur, calculé avec un facteur AGMA élevé, qui entraîne à vitesse lente une turbine à la surface du liquide. L’ensemble est installé sur une charpente flottante constituée de trois flotteurs remplis de polystyrène et monté sur vérins filetés pour permettre un réglage optimal. La turbine peut être livrée avec une finition spéciale anticorrosion ou en acier inoxydable si la nature des effluents le justifie.
S’intéresse également à l’aération des lagunes et bassins industriels. Sa gamme « eaux claires » (lagunes, étangs) se compose d’Aquasub et Flobull. Le premier comporte une turbine presque horizontale sous un flotteur circulaire. L’hélice aspire l’air atmosphérique par effet venturi et l’injecte en même temps qu’elle crée un courant d’eau dans toute la masse de l’étang, permettant à la fois sa dé-stratification et son oxygénation. Les puissances proposées vont de 0,37 à 4 kW. Flobull® est une turbine rapide sur flotteur carré. Son rotor immergé projette l’eau verticalement, vers le haut, sur un cône aérien qui crée une
Aérateurs : l’effet venturi comme alternative
Faivre, fabricant de machines pour l’aquaculture à Baume-les-Dames (Doubs), s’intéresse également à l’aération des lagunes et bassins industriels.
Ces photos sont prises avec le même moteur fonctionnant sur la même intensité. Ceci démontre que, au-delà du rendement moteur, l’optimisation des domaines tournants (hélices, turbines, …) reste un bras de levier considérable sur l’efficience machine.
Gerbe circulaire retombante.
Ce système léger et peu puissant (de 0,32 à 1,95 kW) est destiné à l'aquaculture. « Un éleveur de truites en petits bassins choisira Flobull®, alors qu’une municipalité optera pour Aquasub® pour mettre en mouvement la masse d'eau de son étang », explique Louis-Fabien Lucas, ingénieur traitement des eaux chez Faivre.
Pour les effluents chargés (sucrerie, papeterie, textile, compostage...), Faivre propose Hydropulse® et Flopulse®, équivalents industriels des deux premiers. Aquapulse®, adapté aux bassins peu profonds, est réservé aux situations où le bruit et les embruns ne posent pas de problème. Dans le cas contraire (village à proximité de l'installation), ou pour des bassins de plus de quatre mètres de profondeur, Hydropulse® s'impose. Cette année, la société a par exemple équipé huit plateformes de compostage de Terralys en Flopulse® et Hydropulse®. Une fabrique de caoutchouc africaine lui a également fait confiance. Faivre a développé un design d’hélice qui, en bassin d’essai, double le débit pour une même puissance moteur. Ce nouveau rotor équipera Aquasub® dès 2016, puis viendra le tour d’Hydropulse®.
Ces systèmes déprimogènes offrent en revanche des rendements plus limités (de 0,6 à 0,8 kg O₂/kWh, source Cemagref).
Intervention sur milieux dégradés
Aquago, société française d'ingénierie écologique, s’est spécialisée dans la gestion et la restauration de milieux aquatiques stagnants (plans d’eau et lagunages). Le siège se situe à Saint-Laurent-Blangy (Pas-de-Calais) et possède une agence à Montignac.
(Dordogne). L’équipe Aquago a développé des applications dont un brasseur flottant proposant un brassage lent et économe en énergie (puissance de 0,5 kW). Il existe en deux versions : Submix® (alimentation par réseau électrique) ou Sungo® (alimentation photovoltaïque). Ils sont destinés aux plans d’eau présentant des signes d’eutrophisation et aux lagunages naturels en dysfonctionnement. Le brassage lent met en circulation la masse d’eau et augmente la quantité d’oxygène dissous dans la zone profonde. Il ne perturbe pas l’équilibre du milieu et ne remet pas en suspension les sédiments. Sungo® est l'un des brasseurs solaires les plus puissants du marché. Les études démontrent par exemple qu'il peut doubler la capacité de traitement des lagunages naturels, éliminer les odeurs et les lentilles d’eau. Idéal pour les communes dont la lagune arrive à saturation en raison d'une évolution démographique plus forte que prévu… Rockmix®, enfin, est un aérateur/circulateur à effet venturi, à flux horizontal, installé sous un flotteur imitant un rocher. Destiné aux étangs et plans d'eau d’ornement, ce “rocher aérateur” réduit les blooms algaux et la mortalité piscicole. Ces brasseurs peuvent diminuer la prise en glace.
De nombreux constructeurs sur ce marché
Atlantique Industrie, représentant de Landia en France, est spécialiste du traitement des liquides chargés. Pour les systèmes d'agitation/aération flottants, elle propose des turbines flottantes lentes ou rapides, de 0,75 à 55 kW, destinées essentiellement à l'oxygénation des lagunes. Pour les bassins enterrés ou semi-enterrés (géomembrane, béton), les hydroéjecteurs VHR de surface pour l’aération de bassin de stockage et de bassin tampon combinent une pompe de surface et un venturi inox conçu par Atlantique Industrie.
Air Products SAS, spécialiste des gaz industriels, commercialise de son côté une solution pour l’aération d’urgence de bassins aérobies, que ce soit pour des stations d’épuration urbaines ou industrielles. Son système Halia® comprend une turbine rapide sur flotteur, poussant le liquide vers le bas et créant de puissants courants de convection dans le bassin. Son originalité : la turbine est combinée à un injecteur d’oxygène pur, stocké sous forme liquide ou produit sur site. Une sonde mesure la concentration d’oxygène dissous dans le liquide afin de contrôler l'apport. Deux puissances – Halia 40 (30 kW) et Halia 10 (7,5 kW) – sont proposées selon les dimensions du bassin.
Des technologies originales
Isma, fabricant de solution instrumentation à Forbach (Moselle), représente depuis 30 ans les appareils allemands Fuchs pour la France et les pays francophones. Au lieu de classiques rotors à pales, ces aérateurs utilisent des vis hélicoïdales, une technologie originale et dûment brevetée créant un vortex plus élevé. Malgré sa rotation rapide, le système n’engendre aucune projection et assure à la fois l'aération et la remise en suspension. Toute la gamme – aérateurs WBL, Centrox® ou Aerostar® et agitateurs Turbostar® et Flowstar® – repose sur ce principe.
Inversions-Technik GmbH (Bâle, Suisse) commercialise pour sa part une technologie radicalement différente. Pas d’hélice ou de vis ici, mais un objet tridimensionnel d’une forme particulière, l’Oloïde®, animé d'un mouvement rythmé grâce à un moteur électrique et un système de cames. Le résultat est un brassage doux de toute la masse d'eau, et donc une répartition de l’oxygène sur toute la profondeur, que ce soit dans une lagune, un étang, un réservoir ou un bassin de STEP. Selon sa profondeur d’immersion (affleurant ou subaquatique), l’oloïde assure plutôt l’aération ou le brassage. Il existe plusieurs modèles de puissances différentes selon la taille du bassin à traiter. Tous peuvent être alimentés par des panneaux photovoltaïques “embarqués” ou non. Il existe également des versions protégées, avec toutes les parties immergées en acier inoxydable, pour utilisation en eau salée.
Aquagreen Solar, la gamme autonome d’Aquagreen de Innogur Technologies, est quant à elle alimentée par 4 m² de panneaux solaires. La plateforme peut ainsi être installée sur n’importe quel site offrant une exposition au soleil suffisante. Aquagreen power, la version électrique d’Aquagreen, constitue une solution pertinente sur des sites peu exposés au soleil ou sur des sites ayant des typologies particulières nécessitant des puissances plus importantes.
