L’ingénierie ramène la nature

2021 marque la fin d’un des projets les plus spectaculaires de transformation écologique d’un système fluvial complètement détruit. La Emschergenossenschaft transforme le cours de la rivière Emscher d’un égout à ciel ouvert en une masse d’eau vivante. Certains parlent de « miracle bleu », un miracle ayant quelque chose de divin et d’inexplicable. Cependant, le projet unique de reconstruction de l’Emscher n’est pas le fruit de forces surnaturelles, mais d’une ingénierie séculaire et d’une volonté ferme de réunir l’homme et la nature.

Les superlatifs concernant la revitalisation de l’Emscher ne manquent pas : 80 km de réaménagement de la source à l’embouchure, 30 ans d’exploitation, 100 ans de durée de vie minimale, 73 km de nouvelle construction de l’égout souterrain de l’Emscher, jusqu’à 40 m de profondeur, les eaux usées de 2,2 millions de personnes, 4 grandes stations d’épuration, 3 grandes stations de pompage, un volume d’investissement d’environ 5 milliards – il s’agit de l’un des plus grands projets d’infrastructure en Europe. Il n’y a jamais eu de projet comparable dans le monde à cette échelle pour transformer écologiquement un système fluvial entier qui était auparavant biologiquement mort. Au début, au début des années 1990, seuls quelques habitants de la région auraient pu imaginer qu’une telle chose était possible.

Une technologie verte pour une merveille bleue

Les visionnaires de la Emschergenossenschaft savaient ce qu’ils devaient à leur rivière, à la population et à la nature et ont fait une promesse : « Vous récupérerez votre rivière ! ». C’était le début d’un projet générationnel, qui s’achève aujourd’hui, après 30 ans, et qui a une formidable fonction de phare. D’autres grands projets peuvent être plus prestigieux et attirer davantage l’attention des médias, mais ici, l’enjeu est plus important. Il s’agit de prouver que l’ingénierie interdisciplinaire peut remettre en état un habitat que l’on croyait perdu. Connu internationalement sous le nom d' »ingénierie verte », ce terme à la mode désigne les innovations durables qui servent à protéger l’environnement et la nature en tant que base de la vie humaine. Il est également impressionnant de constater que des entreprises allemandes, en particulier, ont pu poser des jalons ici. Un métier d’avenir dont dépend le bien-être de plusieurs millions de personnes et un projet modèle qui ne serait pas réalisable sans les pompes à raccords de protection.

Cas problématique Emscher

Mais qui est l’Emschergenossenschaft et comment en est-on arrivé à cette pollution catastrophique du fleuve ? Vers 1850, avant l’industrialisation, l’Emscher serpentait sur 109 km à travers la zone centrale de la région de la Ruhr, de Holzwickede, près de Dortmund, à Dinslaken, où elle se jette dans le Rhin. La région était peu peuplée et caractérisée par des plaines inondables, des déversoirs et l’agriculture. Avec le début de l’exploitation des mines de charbon, l’industrie du charbon et de l’acier s’est développée et de nombreuses personnes se sont installées dans la région de la Ruhr. En raison de l’exploitation minière, le sol s’affaissait continuellement, c’est pourquoi les eaux usées de l’industrie et des ménages ne pouvaient pas être évacuées sous terre. Elles se sont accumulées dans les dépressions, ce qui a entraîné des inondations critiques du point de vue de l’hygiène dans les maisons lors des crues. C’est pourquoi la Emschergenossenschaft a été fondée en 1899. En tant que première association de droit public pour la gestion des eaux des villes, de l’industrie et de l’exploitation minière, elle a éliminé la situation d’urgence en matière de drainage en utilisant l’Emscher comme égout à ciel ouvert. À cette fin, la rivière Emscher a été abaissée de Dortmund au Rhin, endiguée, redressée et raccourcie à 80 km. Dans le même temps, un certain nombre de stations d’épuration ont été construites, dont les eaux usées étaient alimentées par le réseau d’égouts à ciel ouvert.

Signal de démarrage 1992

Avec l’arrêt progressif de l’exploitation du charbon, l’affaissement des mines a considérablement diminué, et la région de la Ruhr est passée d’une région fortement polluée à un espace de vie urbain verdoyant. Cette évolution de la région se reflète également dans la mission de l’Emschergenossenschaft aujourd’hui. L’objectif est maintenant de ramener le système Emscher à un état proche de la nature et de rendre la gestion de l’eau aussi durable que possible. Le coup d’envoi a été donné en 1992.

Réseau d’égouts souterrains d’Emscher

Afin de libérer la rivière Emscher des eaux usées, une gigantesque artère principale souterraine a été construite, le canal d’évacuation des eaux usées de l’Emscher (AKE). Il s’étend sur 51 kilomètres de Dortmund à Dinslaken et passe sous des autoroutes, des routes, le canal Rhin-Herne et ses écluses ainsi que des voies ferrées et des zones industrielles à une profondeur pouvant aller jusqu’à 40 mètres. Le canal nécessite une pente de 1,5 pour mille et commence à Dortmund au premier puits à une profondeur de 8 mètres. Le diamètre des tuyaux du LFS passe progressivement de 1,6 à 2,8 mètres. Elle est constituée de tuyaux en béton armé qui ont été précomprimés et posés à l’aide de machines à foncer les tuyaux. Dans sa partie ouest, de Bottrop à Oberhausen, elle a été posée avec des éléments en béton imbriqués, appelés tubbings, et creusée avec des tunneliers ultramodernes. Si la pente était simplement maintenue à 1,50 mètre par kilomètre, le canal arriverait à sa destination à Dinslaken en 80 mètres, ce qui entraînerait des problèmes et des coûts de construction considérables. C’est pourquoi trois grandes stations de pompage situées à Gelsenkirchen, Bottrop et Oberhausen sont interposées pour relever les eaux usées de manière sélective et les acheminer vers les stations d’épuration. Le canal principal peut ainsi maintenir la pente et est encore suffisamment profond pour permettre au système de canaux latéraux affluents d’une longueur d’environ 400 km de s’écouler à une pente libre.

Station de pompage cardiaque d’Oberhausen

Les pompes sont situées dans des locaux souterrains de la station de pompage et ont un débit maximal de 16 500 l/seconde. Dans la plus grande station de pompage des eaux usées d’Oberhausen, 10 pompes peuvent chacune pomper les eaux usées sur une distance de 40 m à un débit pouvant atteindre 2 060 l/seconde. La station de pompage d’Oberhausen est la dernière des trois stations de pompage avant que l’égout de l’Emscher ne se jette dans la station d’épuration Emscher-Mündung (KLEM) à Dinslaken après 3,2 km d’égout surélevé. À environ 7 km à l’ouest de KLEM, l’Emscher se jette dans le Rhin. À l’époque de sa construction, il était considéré comme « le chantier le plus profond de la région de la Ruhr ». Avec une profondeur de 44 m et un diamètre de 50 m, elle est la plus grande des trois stations de pompage et constitue le cœur de l' »artère principale des eaux usées » AKE. Si vous voulez rester dans cette image, les pompes ont des valves cardiaques qui assurent le maintien de la vie – les raccords. Bien qu’ils ne déconnectent pas les courants, ils déconnectent le variateur en cas de surcharges soudaines. Cette fonction de protection est essentielle pour que les turbines et les arbres d’entraînement ne soient pas endommagés à long terme. En particulier, ces volumes d’eaux usées peuvent contenir de gros corps étrangers tels que des morceaux de bois. S’ils pénètrent dans les roues des pompes, des forces énormes doivent être séparées en quelques millisecondes avant qu’un dommage total ne se produise. Mais même de petits objets supposés tels que du papier hygiénique, du papier mouillé ou des articles d’hygiène peuvent entraîner la formation d’une « queue de cochon », redoutée par les spécialistes des eaux usées, et paralyser les pompes.

La mécanique avant l’électronique

Christopher Monka est gestionnaire de comptes senior chez R+W Antriebselemente GmbH à Wörth am Main. Les raccords de sécurité R+W sont synonymes de qualité dans l’industrie. Chaque accouplement est adapté individuellement à la situation d’entraînement respective et est finement réglable. Responsable du projet d’accouplement pour la station de pompage d’Oberhausen, dans le canal d’évacuation des eaux usées d’Emscher, il insiste sur la nécessité d’une protection mécanique : « Les pompes ne peuvent être chargées que jusqu’à un certain couple. Si un blocage soudain se produit, l’accouplement protège la pompe, le moteur et l’ensemble de l’entrée et de la sortie contre une surcharge de couple. Cette protection est assurée mécaniquement par des ressorts à disque qui exercent une force axiale sur des billes. La bille est logée du côté de la sortie dans un siège correspondant. Dès que la force tangentielle exercée sur la bille devient trop importante et que le ressort à disque ne peut plus la maintenir dans son siège, la bille glisse dans le segment de sécurité. L’accouplement libère la liaison et le flux de force est découplé. Ce phénomène se produit en l’espace de 10 à 15 millisecondes. La surveillance purement électronique du courant du moteur, avec coupure automatique en cas de surcharge en cas d’urgence, n’est pas adaptée en raison de l’inertie de la masse et de l’énorme énergie cinétique, car elle ne permet pas d’obtenir cette séparation fulgurante des forces d’entraînement. Il faut 40 à 60 millisecondes pour détecter la surcharge. Ce n’est qu’ensuite que le moteur s’arrête, mais sans séparation des forces de la chaîne cinématique. En outre, le système de commande nécessite une alimentation électrique et une programmation précise, ce qui présente des risques qui n’affectent pas les accouplements mécaniques de sécurité de R+W. »

Ajustement des avantages

Selon Christopher Monka, la précision de réglage des embrayages R+W présente des avantages indéniables : « Pour déclencher une déconnexion immédiate, d’autres fabricants d’embrayages utilisent des goupilles de cisaillement qui se détruisent d’elles-mêmes lorsqu’une force définie se produit. Le principe du cran d’arrêt à bille monté sur ressort, privilégié par R+W, présente en revanche l’avantage que le couple de débrayage de l’accouplement est défini avec une grande précision sur une largeur de bande de réglage et que la connexion peut être établie immédiatement après le débrayage, sans pièces de rechange. Les accouplements de sécurité utilisés pour la station de pompage d’Oberhausen sont de type débrayable, c’est-à-dire que le réenclenchement s’effectue manuellement, en quelques minutes. Il suffit d’un maillet en caoutchouc. Grâce à leur conception spéciale, les embrayages ne nécessitent pratiquement aucun entretien et ne s’usent pas, tout en pouvant être réglés de manière flexible. En particulier au début d’une mise en service, il peut être nécessaire d’adapter la valeur de réglage optimale aux conditions pratiques. Cependant, cette sensibilité et cette flexibilité initiales sont payantes pour l’opérateur à long terme. Si les valeurs sont simplement définies trop haut au début afin d’éviter les interruptions, cela se fait au détriment de la durée de vie de la pompe, du moteur et de la chaîne cinématique. Si des défaillances surviennent plus tard, les conséquences sont plus graves que le simple fait de réengager ou d’ajuster un accouplement.

Des composants fiables

La grande fiabilité et le principe mécanique sûr parlent en faveur des raccords de sécurité de R+W dans le cadre du projet Sewer Emscher. L’aspect du réengagement simple et rapide était tout aussi important pour les planificateurs de la station de pompage que le fait qu’aucune pièce de rechange ne doive être stockée. En effet, l’égout d’Emscher a un horizon d’exploitation de 100 ans.

Un modèle, plusieurs domaines

Au total, dix raccords de sécurité R+W de la série industrielle STR/25 sont utilisés dans la station de pompage d’Oberhausen. Le tourillon de l’arbre mesure 145 mm et possède une clavette pour la connexion au cardan, qui se déplace verticalement dans l’arbre et mesure près de 5 m de long. Deux des embrayages ont un couple de déclenchement de 11 700 Nm, et les embrayages sont réglables de 9 000 à 18 000 Nm. Les huit autres embrayages ont un couple de déclenchement de 16 000 Nm et une plage de réglage de 15 000 à 25 000 Nm. Les dix accouplements ont la même conception, la plage de réglage est définie par le nombre de segments. Le modèle d’accouplement STR/25 couvre la plage considérable de 9 000 à 25 000 Nm de couple. Bien que les dimensions du projet d’égout d’Emscher soient considérables, les raccords, qui pèsent chacun environ 1,5 million d’euros, ne sont pas suffisants. 80 kg, ne font pas partie des limites supérieures de faisabilité de R+W. Le plus grand embrayage jamais construit à cet endroit pesait plus de 20 tonnes et avait un couple de coupure de 20 millions de Nm. Il est nécessaire à un banc d’essai pour les éoliennes.

Une grande expérience

Pour Christopher Monka, c’est l’accompagnement individuel des projets qui compte chez R+W : « Nous clarifions d’abord les paramètres de base, tels que la situation de montage, le couple, les vitesses, le domaine d’application et, bien sûr, les exigences géométriques telles que le diamètre du tourillon de l’arbre, l’entraînement, le type de bride de montage et la nature du côté sortie. Idéalement, nous fournissons des conseils dès la phase de planification, car la vaste gamme d’options dont nous disposons en tant que fabricant d’accouplements ayant son siège et son usine de production en Allemagne est très utile pour les planificateurs et les concepteurs de machines et d’installations. Au niveau international, nous sommes représentés dans une centaine de pays et sommes un fabricant d’accouplements de sécurité dont la précision de la conception et de la production est certifiée et contrôlée par le TÜV. Notre portefeuille comprend une grande variété de types d’accouplements. Il va des très petits aux très grands raccords, dont certains sont utilisés dans les conditions extérieures les plus difficiles, par exemple des températures extrêmes, de la poussière, de la vapeur ou du gaz. Plus de 30 ans d’expérience dans la conception d’accouplements nous aident à répondre à ces exigences particulières et nous sommes heureux de fournir des conseils et de l’aide.

Le plan fonctionne

À la surprise générale, des poissons exigeants comme la barbotte se sont déjà réinstallés dans le cours supérieur de l’Emscher, qui a déjà fait l’objet d’un réaménagement écologique. Elles sont le signe d’une bonne qualité de l’eau. Ainsi que des martins-pêcheurs, des demoiselles et des truites. La diversité des espèces a triplé depuis le début des années 1990. D’anciennes stations d’épuration ont été transformées en oasis de tranquillité, et une piste cyclable longe ce qui est devenu une petite rivière pittoresque. Les humains, les animaux et les plantes récupèrent l’habitat détruit grâce à une prouesse technique unique. Le projet de production est porteur d’espoir et constitue en même temps une incitation à d’autres initiatives environnementales auxquelles R+W participe avec plaisir, expertise et technologie.