Systèmes de relèvement des eaux usées

Les avec chambre brevetée de retenue des corps solides constituent des ensembles bien spécifiques sur le marché du pompage. L'absence des risques d’obstruction, génératrice de sécurité et de fiabilité, ainsi que des avantages certains sur le plan des économies d’énergie, et enfin la possibilité d’atteindre des hauteurs manométriques appréciables constituent les avantages marquants du procédé exposé. Les coups de béliers, inévitables dans les conduites de refoulement sous pression, peuvent être sensiblement réduits par un nouveau système de clapet antiretour, doté d’une soupape de décharge spéciale anti-bélier. Les poches d’air qui se forment aux points hauts des tuyauteries sous pression sont évacuées par la soupape d’aération/purge, qui assure en même temps une aération de la tuyauterie lors de l’arrêt des groupes de pompages.

Les groupes de relevage sont couramment utilisés dans les cas où des terrains ou des implantations se trouvent placés sous le niveau des canaux ou rivières. Dans le secteur de l'évacuation des eaux usées communales, ces groupes permettent le transfert des eaux depuis les parties de la commune situées en contrebas du réseau vers la station d’épuration. Ils évitent la mise en œuvre de très coûteuses tuyauteries gravitaires à grande profondeur. Le ou les groupes de relèvement associés à une conduite sous pression permettent dans tous les cas le transfert à moindre prix des eaux usées vers les stations de traitement.

Description du procédé

La caractéristique marquante de ce type de stations de relevement réside dans l'implantation « à sec » des groupes de pompage, ainsi que de la cuve étanche de collecte des eaux. D’un accès particulièrement aisé, les groupes de pompage sont flasqués par brides directement sur des piquages prévus sur la cuve. Des vannes à tiroir permettent l'isolement des groupes lors des opérations d’entretien.

Du côté opposé aux pompes se situent, au départ de la cuve, des clapets antiretour spéciaux desservant la tuyauterie de refoulement vers la station d’épuration.

La tuyauterie d’amenée des eaux usées canalise les eaux en écoulement gravitaire vers la cuve. Cette cuve est équipée d’une conduite d’évent qui assure la mise à l’atmosphère de celle-ci, qui ne doit être ni en pression ni en dépression.

Chambre de retenue des corps solides

Le cœur du système est constitué par ce dispositif, qui a pour mission essentielle d’isoler les pompes de tout contact avec les corps solides et les matières fécales présentes dans les eaux usées arrivant sur le groupe de relevage.

Comment est réalisée cette fonction ?

Les eaux usées arrivent sur une trémie de répartition située à l’intérieur de la cuve, puis coulent dans les deux chambres de retenue des corps solides, lesquels sont équipés de râteaux barrant le passage aux solides, mais laissant bien entendu passer l’eau. Celle-ci circule à travers les pompes vers la citerne inférieure. Les corps solides sont donc momentanément séparés de l'eau. Cette première phase s’appelle la phase de remplissage.

Dès que la citerne inférieure est remplie, un détecteur de niveau à membrane commande la mise en marche d’une des pompes. Celle-ci aspire l’eau en provenance de la citerne inférieure et la refoule à travers la chambre de retenue des corps solides. La puissance du refoulement permet d’entraîner vers la sortie et vers la tuyauterie de refoulement tous les corps solides et matières qui avaient été momentanément accumulées dans la chambre de retenue. C’est la phase de vidange.

Pendant cette phase, l’arrivée et l’écoulement normal des eaux usées vers la cuve de la station de relevement continuent à être normalement assurés par la deuxième chambre de retenue des corps solides dont les clapets sont restés ouverts. Elles circulent normalement à travers la deuxième pompe restée à l’arrêt.

Avantages du système

À partir de cette description, on peut immédiatement identifier les trois avantages marquants caractérisant ce type de station de relèvement :

• Économie d’énergie ;

• Sécurité et fiabilité vis-à-vis d’une éventuelle obstruction ;

• Propreté et facilité d’accès et d’entretien.

Voyons chacun de ces points plus en détail :

• Du fait que les pompes ne véhiculent que de l’eau (les matières solides restant consignées dans la chambre de retenue), elles peuvent être équipées de roues à canaux multiples. Il est universellement reconnu que ce type de roues a un rendement énergétique très élevé. Des rendements de 70 % ne sont pas exceptionnels si bien que la mise en œuvre de ce type de station de relèvement permet en général une diminution des dépenses énergétiques de 50 %.

Un autre facteur générant une économie énergétique réside dans le fait que le moteur électrique est exactement dimensionné par rapport à la puissance juste nécessaire au pompage. Dans les stations classiques, les moteurs doivent au contraire être surdimensionnés, pour permettre d’absorber le surcroît de puissance nécessaire lors du passage des corps solides et des matières dans les pompes.

• Les pompes ne véhiculant aucun corps solide ne courent aucun risque d’obstruction ou de colmatage. Le passage libre de l’ensemble du groupe de relèvement est au moins de 150 mm et plus, suivant la taille de l’installation. Du fait de ce passage important, les risques d’obstruction sont totalement éliminés.

• L’implantation « à sec » de l’ensemble du groupe de relèvement permet d’éviter la corrosion rapide constatée sur les installations immergées. Les opérations d’entretien et de surveillance sont particulièrement aisées.

Plages de puissance

Ces installations permettent de couvrir une plage allant des besoins d’une maison individuelle jusqu’à des quartiers urbains totalisant 30 000 équivalents/habitants.

La conception particulière de ces stations avec des pompes équipées de roues à canaux multiples permet d’assurer le relèvement des eaux jusqu’à des hauteurs manométriques de 130 m (pression ≈ 13 bars).

Les clapets anti-retour

Ce dernier point nous amène tout naturellement à parler du traitement des coups de bélier. En effet, dès le moment où l’on est en présence d’une canalisation de refoulement sous pression, la mise en œuvre d’un clapet anti-retour est inéluctable.

Toutefois, la fermeture brutale du clapet lors de l’arrêt du groupe de pompage est génératrice de gros problèmes. En effet, le mouvement de reflux de la colonne de liquide située dans la tuyauterie de refoulement est stoppé brutalement par la fermeture du battant, ce qui provoque une élévation brutale de la pression, engendrant des coups de bélier. Ce phénomène est dangereux pour l’installation dont certains éléments peuvent être endommagés, voire détruits.

Dispositifs anti-bélier sur le système de clapet

Un premier point qu’il est important de remarquer réside dans le fait que le coup de bélier lié au fonctionnement du clapet anti-retour est occasionné par le mouvement de « reflux » de l’eau au moment de l’arrêt de la pompe. Dans ce système, le battant est équipé d’une précharge par ressort de rappel dont la pression est prédéterminée en fonction de la configuration de l’installation.

Ce ressort maintient une pression constante de rappel du battant vers son siège, si bien que, lorsque la pompe s’arrête de débiter, le battant est déjà fermé, avant même que ne puisse s’amorcer un mouvement de reflux de la colonne d’eau.

Parallèlement est mis en œuvre un deuxième élément important ayant un effet anti-bélier : le circuit de décharge muni d’une soupape tarée. Dès qu’apparaissent des coups de bélier, la soupape de décharge s’ouvre et, par le passage de l’eau d’un côté du clapet vers l’autre, une compensation des surpressions est assurée. Dès que le gradient de pression a disparu, la soupape se referme automatiquement.

La soupape d’aération/purge

Le profil du tracé de la tuyauterie de refoulement s’adapte naturellement à la configuration topographique de son parcours. Très fréquemment on note la présence de plusieurs points hauts qui sont le siège de poches d’air préjudiciables au bon fonctionnement de l’installation.

En effet, elles limitent le débit des pompes et occasionnent des coups de bélier. Il est donc indispensable d’éliminer ces poches d’air dès le début de la phase de pompage.

La soupape d’aération/purge assure automatiquement cette mission.

Principe de fonctionnement :

Au départ de la phase de pompage, l’effluent afflue dans la tuyauterie de refoulement qui est vide, en comprimant l’air contenu dans celle-ci. Celui-ci s’échappe donc par la soupape principale qui est ouverte, jusqu’à ce que l’eau arrivant dans le corps de l’appareil entraîne la bille vers son siège, bloquant ainsi de manière étanche la soupape principale.

Les bulles d’air plus petites qui se présentent encore au point haut et arrivant dans le corps de la soupape sont évacuées par la soupape secondaire. Une fois que le niveau de l’effluent a atteint une cote suffisante, la soupape secondaire se ferme également sous l’action du flotteur. Toute nouvelle arrivée d’air fait descendre momentanément ce flotteur et entraîne aussitôt la purge.

À l’arrêt de la phase de pompage, la soupape, au contraire, laisse à nouveau entrer l’air, permettant ainsi l’aération de la canalisation et évitant tout phénomène dépressionnaire.

Conclusion

La station de relevage présente l’avantage de pouvoir être utilisée tant au niveau du relèvement des eaux usées du particulier ou des communes que dans le monde industriel, et ce quelle que soit la topologie du terrain (hauteur relevée jusqu’à 130 m). Ce système a fait depuis de nombreuses années ses preuves et assure une fiabilité optimum, une longévité supérieure à trente ans, une maintenance quasi inexistante, et cela dans un environnement propre. À noter également la diminution sensible des coûts d’exploitation, qui ne doit pas laisser indifférent.