Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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La présente invention concerne un dispositif pour équiper
l'extrémité d'exutoire d'un tuyau de siphonnage de drain en vue de
permettre à ce tuyau de siphonnage de Fonctionner en permanence ou par
intermittence à un débit supérieùr à un débit critique minimal déterminé
par les conditions régnant sur le site.
Le brevet FR 2 593 203 et la demande de brevet EP O 230 918
proposent un dispositif de dràinàge par siphonnage susceptible de fonc-
tionner en permanence et de façon autonome sans risque de désamorçage et
ne nécessitant donc pas d'interventions répétées ni de surveillance systé-
matique ; Quoique donnant entière satisfaction dans la très grande majoritédes situations rencontrées sur le terrain, il s'avère cependant que le
fonctionnement de ce dispositif, dans certaines circonstances, est tribu- -
taire d'une sujétion : l'eau pompée par siphonnage comporte une proportion
non négligeable de gaz dissous. Quand l'eau monte dans le tuyau formant
siphon, sa pression diminue et une partie du gaz se dégage et engendre la
formation de bulles. Ces bulles sont entrainées par le courant d'eau tant
que celui-ci est assez fort. Par contre, en-dessous d'ùn certain débit
minimal dit critique dans ce qui suit, les bulles ne sont plus entrainées
par le courant d'eau, elles remontent toutes aupaint haut du siphon, s'y
rejoignent et créent une bulle unique par coalescence.
~ On note ici un comportement très diFférent entre des tuyaux de
diamètre intérieur supérieur à environ 10 mm et ceux de diamètre inférieur
à environ 6 mm.
Dans ce dernier cas, lorsque le débit critique est atteint, les
25 bulles occupant toute là section du tuyau de siphonnage, celui-ci s'arrête
de débiter. La poursuite de l'alimentation du forage dans lequel est placé
le drain se traduit alors par une augmentation du niveau de l'eau dans ce
-drain et donc, de la charge hydrostatique. Celle-ci pousse la bulle unique
qui s'est accumulée au point haut et, quand la charge est suffisan-te pour
pouvoir complètement expulserCettebulle unique, le tuyau faisant siphon se
remet à débiter normalement jusqu'à une nouvelle phase éventuelle d'arr~t,
quand le débit critique est à nouveau atteint.
Pour les tuyaux de diamètre supérieur à environ 10 mm, la bulle
q~i stagne au point haut du siphon n'occupe pas, elle, au départ, toute la
section du tuyau et laisse passer pendant un certain temps un certain débit
d'eau, jusqu'à ce que, par coalescence, elle soit suffisamment importante
pour arrêter l'écoulement. Ici aussi, on assiste alors à une augmentation
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de la charge hydrostatique dans le forage.jusqu'à ce que cette charge soit
suffisante pour expulser la bulle et permettre la reprise du débit.
~ Cette charge importante nécessaire à l'expulsion de la bulle
peut cependant, dans certaines situations, être sinon inacceptable, du
moins indésirable. Comme déjà évoqué dans les documents cités plus haut,
on tente de remédier à cet inconvénient en équipant le drain de plusieurs
tuyaux de siphonnage, de diamètres différents, mont~senparall~le et qui
pourront débiter simultanément ou à tour de rôle selon les conditions momen-
tanées. Cette olution conduit donc ~ des installations qui peuvent ~tre,
du fait que plusieurs tuyaux de siphonnage sont impliqués,relativement
compliquées et encombrantes et donc onéreuses.
C'est cet inconvénient de l'état de la technique actuellement
connu que la présente invention vise à surmonter en proposant w~ dispositif
susceptible de fonctionner en permanence et de façon autonome sans risque -`
de désamorçage, sans apport d'énergie extérieure, ne nécessitant pas
d'interventions répétées ni de surveillance systèmatique,et permettant
l'arrêt automatique du fonctionnement du tuyau de siphonnage quand le débit
s'abaisse pour atteindre le débit critique,et le redémarrage automatique
du siphonnage pour une charge hydrostatique prédéterminée dans le site à
drainer.
Les caractéristiques de l'invention qui font l'objet des
revendications et certains avantages apparaitront à la lumière de la des-
cription qui suit et pour l'intelligence de laquelle on se réf~rera aux
dessins~dont :
- la figure 1 illustre en coupe schématique une installation de drainage
équipée d'un dispositif selon l'invention,
- la figure 2 est un détail agrandi de la figure 1, représentant plus
particulièrement le dispositif selon l'invention.
Dans ce qui suit, l'invention est exposée en prenant l'exemple
du drainage d'un versant sur un site en dévers où le terrain est susceptible
de glisser, le drain étant placé dans un forage. Il est clair que cet
exemple n'est nullement limitatif et que l'invention peut trouver son
application dans bien d'autres cas, selon la spécificité des sites, comme
cela apparaitra à l'homme du métier.
Le drain représenté à la figure 1 est vertical, mais toute
inclinaison par rapport à la verticale donnant une pénétration descendante
du drain vers l'amont est possible sans que le fonctionnement de principe
en soit changé. Le drain représenté est placé dans un forage, mais comme
dit plus haut, pourrait aussi bien être battu, vibré ou lancé, selon les
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techniques connues. Il est constitué par un premier tube 1, par exemple
en matériau plastique approprié ~ cette utilisation. Le tube 1 comporte
sur la partie de sa longueur recoupant les arrivées d'eau, une partie munie
de perforations et Formant crépine, et représentant par sa fonction le
drain proprement dit. A son extremite inférieure, il est de préférence
fermé par un bouchon de pied 2 évitant les remontées de matériaux par le
fond du drain. Entre le tube 1 et les parois latérales du forage, peut
être en outre placé un matériau faisant filtre 3. A l'intérieur du drain
donc du tube 1, est placé un second tube, par exemple en matériau plastique
10. approprié à cette utilisation. Ce tube comporte sur une partie de sa
longueur une partie 4 munie de perforations et formant crépine, éventuel-
lement ~rotégée par un deuxième filtre (non représenté). A son extrémit~
inférieure, le second tube est fermé, et ses parois sont pleines pour
former une cuvette ou réservoir 5. Il est en outre surmonté par une partie
tubulaire à parois pleines 6, terminée en partie haute~ par exempl^e par un
dispositif comportant au moins une sortie latérale sensiblement radiale,
et~avantageusement, selon la pratique dcs chantiers cn fonction do3 concli-
tions spécifiques du site, quatre sorties radiales disposées en croix 7
pour permettre l'accès et le support mécanique pour la sortie adéquate
d'un tuyau de siphonnage 11. Cette partie sommitale est avantageusement
placée dans un regard de visite. De ce regard de visite~ part une canali-
sation 9, par exemple en matériau plastique approprié, maintenue dans un
h inflUej~uCseqS~aimuantirneU9ea'rd dit regard d'exutoire 10-
Dans le second tube 6~ le tuyau de siphonnage 11 plonge en permanence par
son extrémite inférieure 12 dans la cuvette 5 du second tube monté ~
l'intérieur de la partie crépinée ~ et de la partie pleine 6 de ce second
tube pour en ressortir par un des conduits latéraux de la partie sommitale
7 et, après une section intermédiaire éventuelle qui peut être proche de
l'horizontale, redescendreàtravers une canalisation 9 de préférence hors
influence climatique,
vers un exutoire a son extrémité située, en altitude, au niveau du
bord supérieur de la cuvette 5 pour que le siphonnage puisse jouer
sans que cette cuvette 5 ne puisse jamais être vidée par l'effet de siphon.
Cependant, pour éviter les inconvénients dus à l'émergence et
la coalescence de bulles au poi~ haut du tuyau de siphonnage 11, probl~mes
évoqués dans l'introduction de la presente description, il est fait appel
aux dispositions ci-après exposées.
L'extrémité 13 du tuyau de siphonnage 11 peut être, comme
prévu dans l'état de la technique déj~ évoqu~ plus haut, disposée dan~ un
regard d'exutoire lO.5elon l'invention, l'extrémité 13 du tuyau de siphon-
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nage 11 est au niveau du bord supérieur de la cuvette 5 et est branch~e
soit directem~nt, soit de préf~rcnce par un raccord tournant 19 sur un
tube rigide 14. Ce tube rigide 14 peut tourner autour d'un axe horizontal
15 porté par un support 20 par l'eFfet d'un contrepoids 16, 1~ course de
ce tube étant limitée vers le haut et vers le bas, par une but~e haute 17
et une butée basse 1~. L'amorçage du siphon peut se Faire par injection
.. . .
d'eau par l'extrémité du tube rigide 14, jusqu'a purge compl~te du tuyau
de siph`onnagc 11 de son air et position de l'eau dans le drain ~ au moins
un mètre au-dessus de l'horizontale passant par l'extrémité 13 du tuyau
de siphonnage 11 L'arrêt de l'injection d'eau et la charge de l'eau dans
le drain par rapport à l'extrémité 13 du siphon provoque le fonctionnemcnt
du disp'ositif de drainage Avantageusement, l'extrémité 13 du tuyau de
siphonnage 11 avant son accès au niveau de l'axe de rotation 15 es~ munie
d'une partie~ souple en U favorisant les déplacements libres vers le haut
et vers le bas du tuyau rigide 14. Le poids de l'eau dans le tube rigidc
14 étant moteur par rapport au contrepoids 16, ce tube vient se placer
contre la butée inférieure 1~. Le siphon débite alors ~ un d~bi~ sup~rieur
au débit criti~ue évoqué plus haut.
Lorsque le débit baisse et atteint la valeur critique, le courant dans
le tube rigide 14 se met en ~coulement ~ surface libre et par un bon
équilibrage, le contrepoids 16 déséquilibre le tube 14 quand celui-ci cst
pratiquement vide d'eau. Celui-ci ~e lbve et vient en butée contre la butée
supérieure 17. Le siphon arrête alors de débiter. Si l'alimentation natu-
relle du drain permet u~ montée de l'eau, celle-ci va s'accompagner, par
une montée de l'eau dans le tube rigide 14 , le poids de l'eau contenu
dans ce tube 14 va être moteur par rapport au contrepoids 16 et faire
baisser ce tube 14 jusqu'à venir en butée sur la butée inF~rieure 18.
Pour un~bon calage des butées inférieure la et supérieure 17, et selon
la longueur du tube rigide 14, le déséquilibre va se produire pour une
charge suffisante dans le drain permettant le débit au-delà du débit
critique jusqu'à une nouvelle période éventuelle d'arrêt. Après amorçage
tel que décrit ci-dessus, l'eau pénétrant dans.le drain, ~ la pression
atmosphérique, comporte une certaine proportion~de gaz dissous. Quand
l'eau monte-dans le tuyau:de siphonnage ll, sa pression diminue, et des
bulles de gaz apparaissent. Tant que la vitesse d'écoulement est suffi-
sante, ces bulles sont évacuées par le courant d'eau. Par contre, au
débit critique, les bulles ne sont plus évacuées. En même temps que le
tube ri~ide dlextrémit~ 14 se vide~ les bulles du tuyau de siphonnage 11
montent toutes dans la zone du point haut. Si une charge se manifeste
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dans le drain, celle-ci va se traduire par une montée d'eau en parallble
dans le tube 14 et provoquer le basculernent de celui-ci. Aprbs basculement
du tube 14, la nouvelle charge hydraulique entre le niveau d'eau dans le
drain et l'extrémité inférieure du tube d'extrémité 14, va produire dans
le tuyau de siphonnage 11 un écoulement turbulent qui va entrainer la
bulle stationnaire dans la zone de point haut de ce tuyau de siphonnage
11. ûn s'attache à ce que le volume d'eau évacu~ du drain par le tuyau
de siphonnage ll pendant le débit à régime turbulent soit supérieur au
volume de ce tuyau de siphonnage 11 pour purger ce tuyau de toutes ses
bulles.
De ce qui précède, il est clair que l'extrémité 12 du tuyau
de siph~nnage 11 étant constamment immergée dans la cuvette 5 qui ne peut
jamais se vider, le siphon ne peut en aucun cas se désamorcer de ce côté,
même lorsqu'il n'y a plus d'eau dans le forage, par exemple en période
seche, le niveau d'eau restant toujours au moins au niveau du bord
supérieur de la cuvette 5. Dans ce cas, le siphon ne sera évidemment plus
actif puisqu'il n'y aura plus d'eau à drainer; mais dès que de nouvelles
infiltrations se produiront dans le drain et permettront par la charge
induite la montée de l'eau dans le tube rigide d!extrémité 14, puis son
basculement, alors le tuvau de siphonnage 11 redeviendra actif. Le problbme
d'entrée d'air par l'extrémité du tube rigide d'extrémité 14 n'est pas
à craindre puisque quand elle se produit, elle est attendue pour provoquer
la remont~e de ce tube 14, basculant autour de l'axe 15. On notera que la
technique qui vient d'8tre décrite permet de mettre Enoeuvre les drains de
façon isolée ou en parallèle vers un exutoire commun ou différents exu-
toires, ces montages pouvant être combinés de toute manière localement
appropriée, y compris en coop~ration avec d'autres systèmes de drainage.
De plus, pour un drain, il peut être mis en oeuvre plusieurs tuyaux de
siphonnage de diambtres différents, chaque tuyau étant associé à une
cuvette 5 individualisée et un tube 14 individualisé, la géométrie du
système étant adaptée aux débits à extraire et donc, à la configuration
des sites aquifbres.
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