Lorsqu'en 1886, Charles Liernur dépose son premier brevet d'assainissement sous vide, il est loin d'imaginer que plus de 110 ans plus tard, cette technique serait reconnue comme l'un des avancées technologiques majeures du 21ème siècle. En effet, c'est aujourd'hui, que l'on découvre les atouts de ce système qui permet de collecter les eaux usées non seulement dans les bâtiments mais aussi dans les réseaux d'assainissement en s'affranchissant des contraintes de la gravité. C'est une technologie qui offre une rentabilité et une flexibilité certaine et ce tout en respectant l'environnement. C'est également une réponse pour tous les industriels, soucieux de ne pas alourdir leur facture d'eau et qui attendent un retour sur investissement rapide.
Une technologie européenne plus que centenaire...
Les balbutiements
C’est Liernur qui le premier, en 1886, a l’idée de concevoir les premières cuvettes en porcelaine, sans chasse d'eau. Ces toilettes étaient dotées d'un aérateur situé au-dessus du toit de la maison. Un réservoir à l'extérieur, relié à la maison par des canalisations en acier, recueillait les effluents. Tous les soirs, une pompe à vide fonctionnant à la vapeur vidangeait le réservoir.
Parallèlement, le Français Le Marquand concevait en 1888 un réseau sous-vide automatique. Hélas, si ce système se révélait très proche dans sa conception du système actuel, il n’a pu être commercialisé. Composé d’un mini réseau gravitaire, d'antennes sous-vide, de réservoirs collecteurs de conduites sous-vide et d’une centrale de deux pompes à vide et deux pompes de refoulement, il permettait de collecter les effluents dans une bâche de transfert puis dans un réseau maintenu sous-vide grâce à la centrale de vide.
Le développement de l’avant-guerre
Une dizaine d’années plus tard, un autre Français, Pierre Gandillon, invente un nouveau système mixte : la collecte et l’évacuation restent gravitaires tandis que la vidange est sous-vide. Cette technique est toujours utilisée depuis 1932 pour l'assainissement des communes de Dieppe, Nevers et Villeneuve-Saint-Georges. Il est composé de tuyaux de collecte dans les immeubles, de postes de collecte, de conduites de rues, de postes de curage et d'une station de vide.
Les tuyaux de collecte acheminent les eaux usées et vannes vers le poste de collecte relié au poste de curage par une conduite de rue. Des vannes à pistons et des boîtes boules permettent la liaison. Le collecteur principal conduit les effluents du poste de curage à la station de vide. Le curage est effectué sous-vide trois fois par semaine. Lorsqu’il atteint 0,510⁵ Pa, on ouvre la vanne à piston ; la conduite de rue est alors sous-vide mais la boule du poste de collecte empêche que le tuyau de collecte ne soit en connexion avec le vide. Lorsque les effluents ont atteint un certain niveau dans la cuve de la station de vide, un balancier entraîne la fermeture des arrivées des canalisations à air comprimé. Le compresseur se met alors en route pour chasser les effluents contenus dans la cuve vers la station d'épuration.
La période de l’après-guerre
En 1956, un Suédois, Joël Liljendahl, invente les toilettes sous-vide, des sanitaires spécifiques qui permettent l'évacuation des effluents par le vide. Dès 1958, le système est développé à travers le monde. Le groupe Electrolux-Wascator rachète le brevet en 1969. En 1985, Evac, un grand groupe suédois, filiale du géant finlandais Metra, rachète le département sous-vide du groupe Electrolux. C’est sous le nom de Sanivac® que sera désormais commercialisé ce système pour le bâtiment.
Le principe de l’évacuation sous-vide
Ce système sous-vide fonctionne grâce à une centrale de vide composée de :
- 1 groupe de vide (centrale de vide à anneaux liquide) et de refoulement
(figure 1)
- - 1 cuve sous-vide
- - des toilettes spécifiques sous-vide
- - 1 régulation électrique automatique
- - 1 réseau de tuyauterie à diamètre réduit
Le système d’évacuation sous-vide transporte des déchets et des effluents sous l’effet de la pression atmosphérique. Toute l’opération se déroule sous-vide. Lorsqu’on déclenche une chasse d’eau dans la toilette, on relie temporairement celle-ci au vide maintenu dans la canalisation. L’effluent se déplace sous forme de bouchons liquides formés dans l’unité de décharge et sont poussés par la pression atmosphérique à l’intérieur de la canalisation au moment où s’ouvre la valve. Finalement, les bouchons se désintègrent par frottement à l’intérieur de la canalisation. Des poches sont donc installées à intervalles réguliers pour reconstituer les bouchons liquides. Le déplacement des effluents s’effectuant par l’air, la consommation en eau s’en trouve réduite : la toilette sous-vide ne consomme qu’1,2 litre d’eau nécessaire à son rinçage et à la garde d’eau.
Trois types de centrales sont disponibles en fonction des hauteurs à remonter et des débits : la centrale à éjecteurs (qui fonctionne par effet Venturi), la centrale à anneaux liquides, la centrale à soufflantes.
Les avantages
Flexibilité
L’aspiration sous-vide repose sur une tuyauterie de diamètre réduit (50 à 63 mm). On peut ainsi aisément la cacher dans les faux plafonds ou les planchers. Les obstacles sont contournés. Ainsi, comme il n’existe plus de contraintes de gravité, on peut remonter les effluents jusqu’à 7,50 mètres ou sur de très longues distances...
Grande rapidité d’exécution
Les travaux lourds ou gênants sont évités : percements de dalles, percements des toitures, bâchages de protection, changements de revêtements ou réalisation de tranchées par exemple.
Un plus pour l’écologie
Les toilettes spécifiques permettent de réaliser une économie de 90 % sur le volume d’eau usée (1,2 l au lieu des 6/12 litres pour des toilettes classiques). Le volume des eaux usées étant considérablement réduit, son traitement en est facilité. Autre avantage, la cuve sous-vide peut être vidangée durant les heures creuses (la nuit). On peut également séparer par une cuve cloisonnée les eaux usées des eaux vannes ou polluantes nécessitant un traitement particulier.
Hygiène et sécurité
Le système apporte de grandes qualités de confort : lors de chaque chasse, un grand volume d’air est aspiré assurant ainsi la disparition des odeurs. Le réseau étant en permanence sous-vide, il n’y a plus de stagnation d’effluents, facteur de prolifération bactérienne. C’est pourquoi les collectivités et le secteur médical l’utilisent de préférence.
Des applications multiples
La technique de l’évacuation sous-vide s’applique aussi bien dans le neuf que dans la rénovation, son domaine de prédilection ; elle touche des secteurs aussi diversifiés que le médical, l’hôtellerie, la grande distribution, l’industrie, etc.
Rentabilité
Une installation ne s’évalue pas sur un plan purement comptable ou quantitatif. Il faut prendre en compte les éléments tels que : l’économie d’eau, la réduction de la durée et de l’importance des travaux, la suppression ou l’importante réduction des pertes d’exploitation et de production, la facilité de maintenance et d’entretien et bien sûr tous les avantages techniques. Les industriels bénéficient donc soit d’un retour sur investissement en quelques années (3 ou 4 ans) soit – et cela est fréquent – d’un gain financier par rapport au gravitaire (trois fois moins onéreux par exemple) si l’on prend en compte toutes les contraintes techniques.
L’évacuation sous-vide : du bâtiment à l’industrie...
Dans une époque où la rentabilité et la flexibilité sont les maîtres-mots, il s’agit pour les industriels d’évaluer rapidement le retour sur investissement d'une technologie nouvelle.
L’équipement des Grandes et Moyennes Surfaces
C’est en 1985 que l’équipement des grandes enseignes de distribution s’est développé ; il s’agissait de récupérer les condensats des meubles de froid des hypermarchés. Le rayon froid ayant pris une place grandissante du fait de la modification des comportements alimentaires, il fallait trouver une
solution rapide qui permette d’opérer des remodelings (des opérations de rénovation qui en modifiant l’implantation des rayons permettent d’augmenter les gestes d’achat) sans fermer le magasin et avec le moins de gêne possible pour le consommateur. Le sous-vide, évitant ainsi les pertes d’exploitation, s’est naturellement développé et aujourd'hui toutes les grandes enseignes ou presque plébiscitent l’évacuation sous-vide.
L’équipement des sites agro-alimentaires
Logiquement, le sous-vide s’est ensuite intéressé, en amont, aux sites agro-alimentaires. Les avantages de l’évacuation sous-vide se sont révélés durant les différentes phases de vie d’un site : la construction, durant l’exploitation et lors de la rénovation.
À la construction
Cette technique permet en effet de pallier les contraintes topographiques : terrains en contrebas des égouts, sols complexes (longrines, proximité de la nappe phréatique), on peut ainsi édifier un site sur un emplacement difficile.
Durant l’exploitation
La présence de chambres frigorifiques rendait nécessaire l’installation de systèmes d’évacuation des eaux de décongélation. De plus, le long des chaînes de fabrication, il fallait évacuer les eaux de process et de lavage. Comme dans les grandes surfaces, le choix s’est fait essentiellement en raison des contraintes du système gravitaire : des canalisations de gros diamètres (90 à 250 mm) qui imposent de réaliser des travaux de génie civil importants. L’évacuation par voie aérienne à travers des tuyaux de 50 mm de diamètre raccordés à une centrale de vide parfois située à l’extérieur du site apportait des solutions incomparables. Le système permet également d’évacuer les déchets solides tels que les entrailles, les écailles de poissons, les graisses, etc.
Enfin, l’évacuation sous-vide améliore l’hygiène en réduisant la formation des odeurs dues à la stagnation des eaux de process ou des graisses grâce à l’aspiration automatique. De surcroît, cette technique facilite l’entretien des réseaux puisqu’il y a un autocurage naturel des tuyaux.
Lors des rénovations des unités frigorifiques
Les chantiers longs et coûteux sont évités ainsi que les pertes d’exploitation et de production de l’usine notamment en raison de la grande rapidité d’exécution. De plus, il n’y a qu’un seul intervenant (au lieu de 4) — l’installateur agréé étant généralement le fournisseur des équipements frigorifiques. Les contraintes techniques sont donc notablement allégées.
L’équipement des sites industriels
Aujourd’hui de nombreuses études sont réalisées pour des sites industriels nécessitant l’évacuation d’eaux chargées ou polluantes et c’est un secteur en plein développement.
Les contraintes nouvelles en matière d’environnement, la nécessité de trouver des solutions compétitives privilégient des technologies modernes et fiables telle que la sous-vide.
Des sites agro-alimentaires tel que celui de Belin près d’Orléans, celui de la SNCF à Saint-Pierre des Corps près de Tours (il s’agit de l’usine de rénovation des trains Corail où s’activent près de 750 personnes) sont équipés et plus récemment l’INRA qui l’a choisi pour équiper la station de pathologie infectieuse et d’immunologie. Ce qui motive les industriels, ce sont essentiellement la rentabilité, les économies d’eau et la réduction des travaux ainsi que la possibilité de faire du séparatif.
Exemple d’une application industrielle : l’INRA de Tours
La contrainte
Il s’agissait de restructurer le bâtiment étanche situé dans la station pathologie infectieuse et immunologie de l’INRA de Tours.
Les chercheurs sont à pied d’œuvre pour rechercher les conditions de développement du prion, cette protéine dont la déformation contagieuse serait le facteur d’une maladie infectieuse — l’encéphalite bovine spongiforme — plus communément connue sous le terme de “vache folle”. Cette infection provoque la détérioration du système nerveux. Depuis un an, cette protéine est sous les feux de la rampe. La maladie qu’elle entraîne serait transmissible à l’homme et s’apparenterait à la maladie de Creutzfeldt-Jakob. C’est pourquoi ces recherches sont d’une importance capitale. Les chercheurs travailleront aussi avec des maladies telles que la tremblante des moutons (sous sa dénomination populaire).
La partie de l’évacuation sous-vide concerne précisément l’évacuation des effluents constitués par :
- - les lisiers en provenance des boxes animalerie ;
- - les eaux usées résiduelles des laboratoires ;
- - les eaux en provenance des sanitaires.
Ceci afin d’emprisonner le prion et d’empêcher sa diffusion. Il fallait donc concevoir un système extrêmement simple et fiable qui limite les interventions d’entretien et de dépannage au maximum et qui facilite la maintenance.
Les équipements
Une centrale à éjecteurs
Cette centrale fait le vide par effet Venturi. L’unité crée le vide à l’aide d’une électropompe et d’un éjecteur. Elle est constituée par : 2 éjecteurs en DN 100, 2 électropompes, 2 collecteurs d’arrivée des effluents, 3 vannes motorisées et 1 vanne manuelle, 1 collecteur d’évacuation, des instruments de mesure et de contrôle, et d’un système de filtration.
Une cuve en PEHD
Elle a une contenance de 5000 litres. Elle est dotée d’un système de filtration élaboré par Sartorius (Figure 2).
Une canne d’aspiration de Ø 40 mm
D’une longueur de 1,20 mètre, cette canne sera reliée à un tube souple de même diamètre à une remontée en PVC de Ø 40 mm. La canne reposera sur un support mural. Elle pompera les effluents dans les caniveaux prévus à cet effet.
Un réseau sous-vide de Ø 50 mm
Ce réseau aérien permet d’aspirer les eaux
Les contraintes de la nouvelle loi sur l'eau
L'assainissement des zones rurales ou d'habitants dispersés concerne 9 millions d'usagers dont la moitié sont incorrectement ou insuffisamment équipés. Cette situation est préoccupante pour les collectivités locales qui ont vu leurs compétences s'élargir en matière d'assainissement.
En 2005, le programme d'assainissement complet récupérant la totalité des eaux usées de la commune, aux fins de traitement devra être mis en place.
L'environnement est justement l'un des avantages majeurs de la technologie sous-vide, une cause à laquelle le groupe suédois est très fortement attaché.
Pour un assainissement en toute liberté...
C'est pourquoi, aujourd'hui, ce concept d'assainissement sous-vide, particulièrement efficace pour évacuer les eaux usées et vannes en terrains plats, rocheux, en zones inondables ou marécageuses et pour toutes les régions touristiques où l'emploi de puisards et de fosses septiques est exclu. Les municipalités peuvent donc désormais installer des canalisations de diamètres plus réduits et s'affranchir des contraintes topographiques et gravitaires pour concevoir leurs schémas d'assainissement.
De plus, le système permet la séparation des eaux usées, autorise le cloisonnement de la cuve et facilite le traitement.
Ce système s'applique non seulement aux communes de moins de 2 000 habitants mais également aux lotissements privés, campings, golfs et plus généralement toutes installations de plein air.
Il est particulièrement préconisé dans tous les cas où il s'agit de forcer la collecte et lorsque le recours au gravitaire est impossible, inefficace, inadapté ou trop coûteux.
Le principe
Le système sous-vide permet de regrouper les eaux usées et vannes de plusieurs maisons gravitairement dans un regard et un mécanisme de transfert et de les aspirer sous-vide, sans assistance électrique, automatiquement lorsque le niveau est atteint. Si le terrain présente une montée, le réseau sous-vide peut, sans pompe de relevage, passer cet obstacle (Figure 3).
La première application remonte en réalité à plusieurs années. Il s'agit d'un camping privé à Nogent-sur-Seine comportant des bungalows et des caravanes à l'année.
Le test ayant réussi, un site industriel a été installé : celui de la SNCF à Saint-Pierre-des-Corps. Des modifications ont été apportées afin que le système s'applique également aux installations industrielles très pointues – c'est le cas pour l'INRA de Tours. De nombreux chantiers sont à l'étude depuis la fin de l'année 96, notamment un ensemble composé de lotissements, de petits centres commerciaux et de zone d'activité dans le nord de la France.
Les avantages du système d'assainissement
Un système intéressant pour les zones topographiques dites difficiles.
– En terrains plats, on évite l'utilisation des pompes de relevage. Le système gravitaire, lui, nécessite la mise en place de nombreuses stations de relevage des eaux.
– En nappe phréatique haute dans les terrains marécageux ou inondables : le système sous-vide élimine ou minimise les problèmes de rabattement de nappe et de blindage des tranchées. Le système gravitaire, lui, nécessite des travaux lourds : détournement de cours d'eau, tranchées très profondes, cuvelage, rabattement de tranchées, etc.
Le système sous-vide se pose à 80 cm sous terre (hors gel) et sans pente continue. Le système gravitaire oblige nécessairement à des travaux beaucoup plus importants.
– En terrains rocheux : le système sous-vide contourne aisément les obstacles avec sa tuyauterie de diamètre réduit.
Aucune pente naturelle continue nécessaire : une économie de temps et d'argent.
L'égout sous-vide peut être installé avec des pentes modérées. Les tranchées réalisées.
L'unité de collecte est composée de :
1 - cuve atmosphérique
2 - éjecteur
3 - électropompe
4 - vacuostat
5 - vacuomètre
6 - collecteur d'arrivée des eaux vannes
7 - vanne motorisée
8 - contrôleur de niveau haut alarme
9 - collecteur d’évacuation des eaux vannes
10 - contrôleur de niveau bas
11 - vanne d'isolement
12 - tableau électrique
L'unité crée le vide dans le réseau de tuyauteries à l'aide d'une électro-pompe (3) et d'un éjecteur (2).
Cette unité permet les opérations de vidange à l'égout par l'intermédiaire de la vanne motorisée (7) (voir les 3 figures ci-dessus).
L'unité de collecte, suivant les modules, peut être équipée de 1 ou plusieurs électro-pompes et éjecteurs pour les différents équipements constituant la centrale.
Descriptif type d’une centrale de vide & éjecteur pour petite et moyenne installation
Une seule alimentation électrique à la centrale de vide : un gain de temps dans l'installation et une gestion plus facile.
Tout l'équipement est regroupé dans la centrale de vide qui comprend les pompes et le tableau électrique.
Celui-ci permet de détecter tous les éventuels dysfonctionnements. Des alarmes sont mises en place, ce dispositif facilite la gestion du réseau.
Une épuration plus efficace : une station d’épuration mieux dimensionnée
Il ne peut y avoir d’infiltration des eaux pluviales dans les tuyauteries sous-vide. L’égout sous-vide est étanche : il n’y a pas de fuite. Les risques de pollution sont évités.
Les effluents sont automatiquement aérés et les risques de colmatage sont évités grâce à la puissance de l'aspiration.
Une rénovation des anciens réseaux facilitée
Le système permet de rénover les anciens réseaux gravitaires de qualité médiocre ou les réseaux fuyards qui polluent les sous-sols. Il permet, souvent sans tranchées, de passer une tuyauterie de très faible diamètre, rigide ou souple, dans les gros diamètres existants et offre ainsi une solution partielle ou totale.
L’évacuation sous-vide : une solution pour l'avenir
On l’a vu, la technologie d’évacuation sous-vide s'intéresse tout particulièrement à la ligne de l'eau. C’est un véritable système qui englobe non seulement la gestion de l'eau (c’est le cas dans les pays nordiques), son traitement, l'acheminement des eaux usées et leur rejet dans les stations d’épuration (ce qui là encore pourrait déboucher sur des traitements spécifiques).
Autre avantage de cette technologie : c’est qu’elle constitue une réponse fiable, performante aux contraintes du gravitaire. Celles-ci sont nombreuses et les récentes normes européennes qui ont donné naissance à la loi sur l'eau en France ouvrent la voie pour de nouvelles techniques.
De plus en plus, devant les alourdissements des coûts de traitement de l'eau, les risques de pollution des nappes phréatiques, l'inflation des travaux, les industriels et les collectivités ainsi que les principaux intervenants – les agences de l'eau notamment – ne peuvent ignorer les atouts de l’évacuation sous-vide. Maintenance, entretien, environnement, économies d'eau, facilités de traitement, rénovation, souplesse, rentabilité, autant d’avantages qui laissent présager un développement important.
