THOMAS, Pierre-Armand (Tour Défense 2000, 23 rue Louis Pouey, Puteaux, F-92800, FR)
REVENDICATIONS
1.- Dispositif (10 ; 210 ; 250 ; 310) d'extraction d'un matériau situé au fond (14) d'une étendue d'eau (12), du type comprenant :
- une installation de surface (18) destinée à s'étendre au moins partielle- ment au-dessus de la surface (16) de l'étendue d'eau (12) ;
- un ensemble de fond (22) comprenant des moyens (34) de prélèvement du matériau sur le fond (14) de l'étendue d'eau (12) ;
- une conduite (42) de transport du matériau, raccordant un premier point (38) situé sur l'installation de surface (18) à un deuxième point (40) situé sur l'ensemble de fond (22), la conduite de transport (42) délimitant au moins un passage (48) de circulation du matériau ;
- au moins une ligne fonctionnelle (44) flexible sur sensiblement toute sa longueur, raccordant l'ensemble de fond (22) à l'installation de surface (18), la ligne fonctionnelle (44) étant apte à transmettre une puissance électrique ou hy- draulique, une information ou un fluide entre l'installation de surface (18) et l'ensemble de fond (22), l'installation de surface (18) comprenant au moins un tambour (68) d'enroulement de la ou de chaque ligne fonctionnelle (44) ; caractérisé en ce que la conduite de transport (42) est flexible sur sensiblement toute sa longueur, la ou chaque ligne fonctionnelle (44) étant disposée autour de la conduite de transport (42) pour former un conduit flexible (24), la conduite de transport (42) et la ou chaque ligne fonctionnelle (44) étant déployables conjointement entre une configuration de repos enroulée sur le tambour d'enroulement (68) et une configuration déployée vers le fond (14) de l'étendue d'eau (12). 2.- Dispositif (10 ; 210 ; 250 ; 310) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le conduit flexible (24) comprend une nappe (43) de forme annulaire entourant la conduite de transport (42), la nappe (43) délimitant des passages longitudinaux (48A) de réception de la ou de chaque ligne fonctionnelle (44) dans lesquels est insérée la ou chaque ligne fonctionnelle (44). 3.- Dispositif (10 ; 210 ; 250 ; 310) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'installation de surface (18) comprend un navire (20), le tambour (68) étant monté rotatif sur une plateforme (60) du navire (18).
4.- Dispositif (10 ; 210 ; 250 ; 310) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le navire (20) délimite un bord latéral (62), le conduit flexible (24) étant déployé transversalement vers l'extérieur du navire (20) en regard du bord latéral (62). 5.- Dispositif (10 ; 210 ; 250 ; 310) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conduit flexible (24) comprend une pluralité de tronçons (50) assemblés bout à bout.
6.- Dispositif (10 ; 210 ; 250 ; 310) selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque tronçon (50) comprend une partie tubulaire (52) et, à chaque ex- trémité de la partie tubulaire (52), une bride (54) de raccordement à un tronçon adjacent, de dimension transversale supérieure à celle de la partie centrale (52), et en ce que le tambour (68) délimite :
- une surface d'appui (84) du conduit (24), et
- au moins une gorge (90) de réception des brides de raccordement (54) d'au moins deux tronçons (50) adjacents, déplaçable autour de la surface d'appui
(84), lesdites brides (54) étant insérées dans la gorge (90) lorsque le conduit flexible (24) occupe sa configuration enroulée.
7.- Dispositif (10 ; 210 ; 250 ; 310) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ensemble de fond (22) comprend une base (26), et un véhicule extracteur (28) raccordé à la base (26) par un lien souple (30) délimitant une lumière (37) de transport de matériau, la lumière (37) débouchant dans le passage de circulation (48) et en regard des moyens de prélèvement (34).
8.- Dispositif (10 ; 210 ; 250 ; 310) selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que l'installation de surface (18) comprend un séparateur (72) gaz/liquide/solide délimitant une chambre de séparation (114) raccordée au passage de circulation (48).
9.- Dispositif (10 ; 210 ; 250 ; 310) selon la revendication 8, caractérisé en ce que la chambre de séparation (114) comprend : - une sortie (126) d'évacuation d'un solide séparé dans la chambre de séparation (114), et
- une vanne (132) d'obturation de la sortie d'évacuation (126), apte à être pilotée pour maintenir la chambre de séparation (114) à une pression supérieure à la pression atmosphérique lors du déchargement de matériau issu du passage de circulation (48) dans la chambre de séparation (114).
10.- Dispositif (10 ; 310) selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le conduit flexible (24) comprend au moins une ligne (46) d'injection de gaz d'entraînement du matériau, la ligne d'injection de gaz (46) débouchant dans le passage de circulation (48) à l'écart de l'installation de surface (18), l'installation de surface (18) comprenant un compresseur (74) présentant une entrée raccordée au séparateur (72) et une sortie raccordée à la ligne d'injection de gaz (46).
11.- Dispositif (210 ; 250) selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que, dans la configuration déployée, le conduit flexible
(24) comprend au moins une unité (212) d'injection de liquide sous pression dans le passage de circulation (48), le liquide sous pression étant apte à entraîner le matériau vers l'installation de surface (18).
12.- Dispositif (10 ; 210 ; 250 ; 310) selon l'une quelconque des revendica- tions 8 à 10, caractérisé en ce que le tambour d'enroulement (68) délimite un volume intérieur (86), la chambre de séparation (114) étant disposée au moins partiellement dans le volume intérieur (86).
13.- Dispositif (10 ; 210 ; 250) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ensemble de fond (22) comprend un véhicule extracteur (28) muni des moyens de prélèvement (34).
14.- Dispositif (310) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ensemble de fond (22) comprend un support (320) de collecte de matériau, raccordé au conduit flexible (24), le support de collecte (320) étant destiné à être posé sur le fond (14) pour recueillir le matériau prélevé par les moyens de prélèvement (34), les moyens de prélèvement (34) étant déployables depuis l'installation de surface (18) indépendamment du support de collecte (320).
15.- Procédé d'extraction d'un matériau situé au fond (14) d'une étendue d'eau (12), à l'aide d'un dispositif (10 ; 210 ; 250 ; 310) selon l'une quelconque des revendications précédentes, le procédé étant du type comprenant les étapes suivantes:
- positionnement de l'installation de surface (18) en regard d'une région du fond (14) dans laquelle le matériau doit être extrait, le conduit flexible (24) étant enroulé autour du tambour d'enroulement (68) dans sa configuration de repos ; - déploiement du conduit flexible (24) vers sa configuration déployée par déroulement hors du tambour d'enroulement (68), pour l'immerger conjointement avec l'ensemble de fond (22) jusqu'à ce que les moyens de prélèvement (34) atteignent ladite région du fond (14) ;
- extraction du matériau de ladite région du fond (14) par les moyens de prélèvement (34) et convoyage du matériau extrait vers l'installation de surface (18) à travers le passage de circulation (48) de la conduite de transport (42). |
Dispositif d'extraction d'un matériau situé au fond d'une étendue d'eau et procédé associé
La présente invention concerne un dispositif d'extraction d'un matériau situé au fond d'une étendue d'eau, du type comprenant : - une installation de surface destinée à s'étendre au moins partiellement au- dessus de la surface de l'étendue d'eau ;
- un ensemble de fond comprenant des moyens de prélèvement du matériau sur le fond de l'étendue d'eau ;
- une conduite de transport du matériau, raccordant un premier point situé sur l'installation de surface à un deuxième point situé sur l'ensemble de fond, la conduite de transport délimitant au moins un passage de circulation du matériau ;
- au moins une ligne fonctionnelle flexible sur sensiblement toute sa longueur, raccordant l'ensemble de fond à l'installation de surface, la ligne fonctionnelle étant apte à transmettre une puissance électrique ou hydraulique, une infor- mation ou un fluide entre l'installation de surface et l'ensemble de fond, l'installation de surface comprenant au moins un tambour d'enroulement de la ou de chaque ligne fonctionnelle.
Ce dispositif s'applique par exemple à l'exploitation minière des fonds sous- marins, ou aux travaux de terrassement des sols sous-marins en vue de la mise en place d'installations de production d'hydrocarbures.
On connaît de FR-A-2 467 283 un dispositif du type précité. Ce dispositif comprend une installation de surface portée par un navire, et un ensemble de fond. Cet ensemble comporte une station de base et un véhicule d'extraction circulant sur le fond marin et raccordé à la station de base par un lien souple désigné par le terme anglais « jumper ».
L'ensemble de fond est descendu dans l'eau à l'aide d'un train de tiges rigides qui raccorde la station de base à l'installation de surface. Le train de tiges délimite intérieurement un passage de circulation du matériau prélevé au fond, pour le convoyer jusqu'à la surface. En outre, une ligne d'injection de gaz dans le train de tiges et des lignes de transfert de puissance électrique formant un lien désigné par le terme « ombilical », sont descendues dans la mer vers la station intermédiaire à partir du navire. Un exemple d'ombilical est décrit dans la demande GB 2 395 539.
Pour déployer le dispositif, il est nécessaire de monter successivement chaque tige du train de tiges sur le navire en surface lors de la descente de l'ensemble de fond, puis de descendre simultanément la ligne d'injection de gaz et l'ombilical comprenant les lignes de puissance électrique, en les assemblant sur chaque tige.
Par suite, le navire doit disposer d'un espace de stockage très étendu pour l'assemblage et le stockage des tubes rigides et de l'ombilical.
Un but de l'invention est d'obtenir un dispositif d'extraction d'un matériau situé au fond d'une étendue d'eau qui soit simple à mettre en œuvre et peu encom- brant.
A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif du type précité, caractérisé en ce que la conduite de transport est flexible sur sensiblement toute sa longueur, la ou chaque ligne fonctionnelle étant disposée autour de la conduite de transport pour former un conduit flexible, la conduite de transport et la ou chaque ligne fonc- tionnelle étant déployables conjointement entre une configuration de repos enroulée sur le tambour d'enroulement et une configuration déployée vers le fond de l'étendue d'eau.
Le dispositif selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristique^) suivante(s), prise(s) isolément ou suivant toute(s) combinaison(s) techniquement possible(s) :
- le conduit flexible comprend une nappe de forme annulaire entourant la conduite de transport, la nappe délimitant des passages longitudinaux de réception de la ou de chaque ligne fonctionnelle dans lesquels est insérée la ou chaque ligne fonctionnelle ; - l'installation de surface comprend un navire, le tambour étant monté rotatif sur une plateforme du navire ;
- le navire délimite un bord latéral, le conduit flexible étant déployé transversalement vers l'extérieur du navire en regard du bord latéral ;
- le conduit flexible comprend une pluralité de tronçons assemblés bout à bout ;
- chaque tronçon comprend une partie tubulaire et, à chaque extrémité de la partie tubulaire, une bride de raccordement à un tronçon adjacent, de dimension transversale supérieure à celle de la partie centrale,
et le tambour délimite :
- une surface d'appui du conduit, et
- au moins une gorge de réception des brides de raccordement d'au moins deux tronçons adjacents, déplaçable autour de la surface d'appui, lesdites brides étant insérées dans la gorge lorsque le conduit flexible occupe sa configuration enroulée ;
- l'ensemble de fond comprend une base, et un véhicule extracteur raccordé à la base par un lien souple délimitant une lumière de transport de matériau, la lumière débouchant dans le passage de circulation et en regard des moyens de prélèvement ;
- l'installation de surface comprend un séparateur gaz/liquide/solide délimitant une chambre de séparation raccordée au passage de circulation ;
- la chambre de séparation comprend :
• une sortie d'évacuation d'un solide séparé dans la chambre de sépa- ration, et
• une vanne d'obturation de la sortie d'évacuation, apte à être pilotée pour maintenir la chambre de séparation à une pression supérieure à la pression atmosphérique lors du déchargement de matériau issu du passage de circulation dans la chambre de séparation ; - le conduit flexible comprend au moins une ligne d'injection de gaz d'entraînement du matériau, la ligne d'injection de gaz débouchant dans le passage de circulation à l'écart de l'installation de surface, l'installation de surface comprenant un compresseur présentant une entrée raccordée au séparateur et une sortie raccordée à la ligne d'injection de gaz ; - dans la configuration déployée, le conduit flexible comprend au moins une unité d'injection de liquide sous pression dans le passage de circulation, le liquide sous pression étant apte à entraîner le matériau vers l'installation de surface ;
- le tambour d'enroulement délimite un volume intérieur, la chambre de séparation étant disposée au moins partiellement dans le volume intérieur ; - l'ensemble de fond comprend un véhicule extracteur muni des moyens de prélèvement ; et
- l'ensemble de fond comprend un support de collecte de matériau, raccordé au conduit flexible, le support de collecte étant destiné à être posé sur le fond
pour recueillir le matériau prélevé par les moyens de prélèvement, les moyens de prélèvement étant déployables depuis l'installation de surface indépendamment du support de collecte.
L'invention a en outre pour objet un procédé d'extraction d'un maté- riau situé au fond d'une étendue d'eau, à l'aide d'un dispositif tel que défini ci- dessus, le procédé étant du type comprenant les étapes suivantes:
- positionnement de l'installation de surface en regard d'une région du fond dans laquelle le matériau doit être extrait, le conduit flexible étant enroulé autour du tambour d'enroulement dans sa configuration de repos ; - déploiement du conduit flexible vers sa configuration déployée par déroulement hors du tambour d'enroulement, pour l'immerger conjointement avec l'ensemble de fond jusqu'à ce que les moyens de prélèvement atteignent ladite région du fond ;
- extraction du matériau de ladite région du fond par les moyens de prélè- vement et convoyage du matériau extrait vers l'installation de surface à travers le passage de circulation de la conduite de transport.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique de côté et en perspective partielle d'un premier dispositif d'extraction selon l'invention, avec son conduit flexible déployé ;
- la figure 2 est une vue schématique en coupe partielle d'un détail marqué II de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en perspective partiellement éclatée du conduit flexible du premier dispositif selon l'invention ;
- la figure 4 est une vue schématique partielle en perspective de trois- quarts face, du tambour d'enroulement du conduit flexible de la figure 1 , le conduit flexible étant partiellement enroulé autour du tambour ; - la figure 5 est une vue analogue à la figure 4 du tambour sans le conduit ;
- la figure 6 est une vue en bout, prise suivant la flèche Vl de la figure 4 ;
- la figure 7 est une vue prise en coupe partielle suivant le plan vertical longitudinal VII de la figure 4,
- la figure 8 est une vue analogue à la figure 2 d'un deuxième dispositif selon l'invention comprenant une unité de pompage par injection d'eau ;
- la figure 9 est une vue analogue à la figure 8 d'un troisième dispositif selon l'invention ; - la figure 10 est une vue en coupe transversale suivant le plan X-X de la figure 9 ; et
- la figure 11 est une vue analogue à la figure 1 d'un quatrième dispositif selon l'invention.
Un dispositif d'extraction 10 selon l'invention est représenté sur les figures 1 à 10. Ce dispositif 10 est destiné à prélever des matériaux situés au fond d'une étendue d'eau 12 comme une mer, un océan ou un lac.
L'étendue d'eau 12 repose sur un fond 14 délimité par du matériau solide comprenant des roches ou/et des sédiments.
Le dispositif 10 a pour objet de réaliser par exemple des travaux de terras- sèment sur le fond 14 en vue de la mise en place d'une installation d'exploitation d'hydrocarbures, ou de prélever des minerais déposés sur le fond 14 en vue de leur exploitation ultérieure à la surface 16 de l'étendue d'eau 12.
Comme illustré par la figure 1 , le dispositif 10 comprend une installation de surface 18 portée par un navire 20, un ensemble de fond 22 pour le prélèvement du matériau sur le fond 14 de l'étendue d'eau 12, et, selon l'invention, un conduit flexible 24 de type « faisceau de production intégré », ou « Integrated Production
Bundle » pour raccorder l'ensemble de fond 22 à l'installation de surface 18.
L'ensemble de fond 22 comprend une station de base 26 fixée à l'extrémité inférieure du conduit 24, un véhicule excavateur 28, placé en contact avec le fond 14 de l'étendue d'eau 12, et un lien souple 30 raccordant le véhicule 28 à la station de base 26.
La station de base 26 est destinée à être placée au voisinage du fond 14, à l'écart de celui-ci lors de l'exploitation de matériaux. La station de base 26 comprend des équipements (non représentés) de pompage et de traitement du maté- riau prélevé, comme par exemple des pompes ou des filtres, et des moyens de commande du véhicule excavateur 28.
Le véhicule excavateur 28 est destiné à entrer en contact avec le fond 14 pour prélever du matériau sur le fond 14. Il comprend les moyens 32 de déplace-
ment sur le fond 14 et des moyens 34 de prélèvement du matériau, aptes à creuser, racler ou forer le matériau constituant le fond 14 et à le transporter jusqu'au lien souple 30.
Le fond de la station de base 26 est pourvu d'une trappe (26A (Figure 1 ) pi- votante par des moyens appropriés, non représentés. Cette trappe 26A permet dans sa position d'ouverture d'évacuer les matériaux bloqués dans la station de base 26. Dans ce cas, le véhicule excavateur 28 est placé au-dessous de la station de base 26 et ces matériaux tombent dans le véhicule 26 où ils sont broyés.
Un exemple de véhicule excavateur est décrit dans la demande française FR-A-2 467 283.
Le lien souple 30 est parfois désigné par le terme anglais « jumper ». Il est formé d'un tuyau creux et souple présentant une extrémité supérieure raccordée sur la station de base 26 et une extrémité inférieure raccordée sur le véhicule 28, pour prélever le matériau issu des moyens de prélèvement 34. Le tuyau souple 36 délimite intérieurement une lumière 37 de circulation du matériau débouchant en regard des moyens de prélèvement 34 et dans la station de base 26.
La flexibilité du lien souple 30 est supérieure à celle du conduit flexible 24. Le véhicule 28 est mobile par rapport à la station de base 26, notamment sur le fond 14, jusqu'à une distance maximale de la station de base 26 sensible- ment égale à la longueur du tuyau souple 36. Cette distance maximale est comprise entre 10 m et 40 m et de préférence inférieure à 50 m.
Comme illustré par les figures 1 et 2, le conduit flexible 24 s'étend entre un premier point 38 situé à son extrémité supérieure sur l'installation de surface 18, et un deuxième point 40 situé à son extrémité inférieure sur la station de base 26. Selon l'invention, le conduit 24 est flexible sur toute sa longueur, prise entre les points 38, 40. Ainsi, comme on le verra plus bas, le conduit 24 est apte à être enroulé sur un tambour rotatif entre une configuration déroulée et une configuration enroulée hélicoïdalement, dans laquelle il occupe un rayon de courbure compris entre 12 m et 15 m et de préférence inférieur à 20 m. Comme illustré par les figures 2 et 3, le conduit flexible 24 comprend une conduite centrale 42 de transport du matériau prélevé sur le fond 14, depuis la station de base 26 jusqu'à l'installation de surface 18.
Le conduit 24 comprend en outre, autour de la conduite 42, une nappe fonctionnelle extérieure 43 recevant des lignes fonctionnelles 44 aptes à transmettre de la puissance électrique ou hydraulique, des informations et/ou des fluides depuis l'installation de surface 18 jusqu'à l'ensemble de fond 22, les lignes 44 étant disposées dans la nappe extérieure 43 autour de la conduite de transport 42. Le conduit 24 comporte également une ligne 46 d'injection de gaz d'entraînement du matériau dans la conduite de transport 42, disposée dans la nappe 43 et une gaine 47 de protection extérieure disposée autour de la nappe 43. La conduite de transport 42 est conforme généralement à la norme API
17J. Elle est flexible sur toute sa longueur. Elle comprend par exemple, de l'intérieur vers l'extérieur, une carcasse métallique tubulaire interne 47A pour la résistance à la pression, une gaine plastique 47B d'étanchéité aux gaz, une carcasse externe 47C et deux couches de fils d'armures 47D pour assurer une résis- tance à la traction.
La conduite de transport 42 délimite intérieurement un passage 48 de circulation de matériau prélevé qui débouche d'une part, au premier point 38, et d'autre part, au deuxième point 40. La conduite de transport 42 est montée en série avec le tube souple 36, de sorte que la lumière intérieure 37 débouche dans le passage 48.
La nappe 43 est de forme générale annulaire. Elle est disposée extérieurement autour de la conduite de transport 42 et délimite intérieurement des passages longitudinaux 48A de réception des lignes 44, 46 dans lesquels sont insérés les lignes 44, 46. Les lignes fonctionnelles 44 comprennent par exemple une ligne de transfert de puissance électrique raccordant électriquement l'installation de surface 18 à l'ensemble de fond 22 pour alimenter électriquement la station de base 26 et le véhicule 28. Les lignes 44 comprennent en outre une ligne de transport d'informations raccordant l'installation de surface 18 aux moyens de commande sur la station de base 26 pour le pilotage du véhicule 28.
La longueur du conduit flexible 24, prise entre le premier point 38 et le deuxième point 40, est variable en fonction de la profondeur à laquelle le fond marin se situe et de préférence supérieure à 1000 m.
Dans l'exemple représenté dans la figure 1 , le conduit flexible 24 est formé par l'assemblage bout à bout d'une pluralité de tronçons unitaires 50 flexibles de longueur de préférence comprise entre 300 m et 400 m.
Chaque tronçon 50 comprend ainsi une partie centrale tubulaire 52 et à chaque extrémité une bride de fixation 54 à un tronçon 50 adjacent.
Comme illustré par la figure 2, les brides 54A, 54B de deux tronçons adjacents 50 sont fixées l'une contre l'autre par exemple par vissage.
Les brides 54A, 54B font saillie radialement vers l'extérieur par rapport à la partie centrale 52. Elles présentent un diamètre extérieur supérieur au diamètre extérieur moyen de la partie centrale 52.
Chaque tronçon unitaire 50 délimite une partie du passage intérieur 48 et porte une section unitaire des lignes 44 et 46 qui sont raccordées entre elles à travers les brides de fixation 54A, 54B.
Le navire 20 délimite une plateforme 60 de support de l'installation de sur- face 18 s'étendant entre deux bords latéraux 62 du navire.
Le navire 20 comprend en outre une station de travail 63 munie d'une pince 64 de retenue sélective du conduit 24 qui fait saillie à partir d'un bord latéral 62. Le conduit 24 est engagé verticalement à travers la pince 64 au dessus et en regard d'un bord latéral 62. Comme illustré par les figures 1 à 7, l'installation de surface 18 comprend un tambour d'enroulement 68 du conduit flexible 24, des moyens 70 d'entraînement en rotation du tambour 68, un séparateur 72 pour le traitement du matériau prélevé, disposé dans le tambour 68, et un compresseur 74 pour l'injection de gaz dans le passage intérieur 48 à travers la ligne d'injection de gaz 46.
En fonction de l'encoulement ou du découlement du conduit flexible 24 sur le tambour 68, la station de travail 63 se déplace sur un rail 64A disposé sur un flanc du navire 20.
Comme représenté sur la figure 2, l'installation de surface 18 comprend en outre des moyens 76 de commande et des moyens d'alimentation électrique 78.
Comme illustré par les figures 4 et 5, le tambour d'enroulement 68 s'étend selon un axe longitudinal X-X' sensiblement horizontal du navire 20.
Le tambour 68 comprend un cylindre creux 80, qui présente à ses extrémités gauche et droite des collerettes transversales de blocage 82 du conduit flexible 24.
Le cylindre 80 délimite une surface cylindrique extérieure 84 destinée à re- cevoir en appui le conduit 24 enroulé, et un volume intérieur cylindrique 86 dans lequel est inséré le séparateur 72.
Comme illustré par la figure 5, le tambour 68 présente en outre, sur au moins une circonférence prise le long de la surface extérieure 84, deux cales 88 de support de deux tronçons adjacents 50 du conduit. Les cales 88 font saillie par rapport à la surface extérieure 84 et délimitent entre elles une gorge longitudinale 90 destinée à recevoir les brides 54 de fixation de deux tronçons 50 adjacents.
Ainsi, lorsque les brides 54 sont introduites dans la gorge 90, les parties centrales 52 des deux tronçons adjacents reposent respectivement sur l'une des cales 88, ce qui limite leur rayon de courbure au voisinage de la bride 54. Les risques d'endommagement du conduit 24 par torsion sont ainsi limités.
Les cales 88 sont mobiles conjointement autour de l'axe X-X' sur au moins une périphérie de la surface 84.
Plus généralement, le tambour 68 pourrait être utilisé pour enrouler un conduit flexible quelconque.
Dans l'exemple représenté sur les figures 1 à 7, le diamètre du tambour 68 est compris entre 12 m et 15 m et en tout état de cause inférieur à 20 m.
Le tambour 68 est en outre muni, dans le volume intérieur 86, de galets de roulage 92 qui sont situés au voisinage des collerettes d'extrémités 82 et qui sont répartis autour de l'axe X-X'. Les galets 92 sont disposés en appui sur une surface extérieure du séparateur, pour permettre, comme on le verra plus bas, la rotation du tambour 68 autour de l'axe X-X' par roulement sur le séparateur 72.
Les moyens 70 d'entraînement en rotation du tambour comprennent, à chaque extrémité du cylindre rotatif 80, une couronne extérieure dentée 94 et deux roues d'entraînement 96 motorisées engrenées sur la couronne dentée 94.
Chaque couronne 94 s'étend à partir de la surface extérieure 84 sur une périphérie autour de l'axe X-X'. Elle est solidaire du cylindre 80.
Les roues 96 sont montées mobiles en rotation sur la plateforme 60 de part et d'autre d'un plan vertical passant par l'axe X-X' de rotation du cylindre. Les roues d'entraînement sont aptes à faire tourner le tambour 68 autour de l'axe X-X' dans deux sens de rotation distincts pour enrouler ou dérouler le conduit flexible 24.
Comme illustré par les figures 6 et 7, le séparateur 72 comprend une cuve cylindrique 100 disposée dans le volume intérieur 86, un bac 102 de rétention du matériau séparé dans la cuve cylindrique 100, des moyens 104 d'évacuation du matériau séparé dans la cuve vers le bac de rétention 102, et des moyens 106 de pressurisation de la cuve 100.
Plus généralement, la cuve 100 du séparateur 72 peut être placée dans le volume intérieur délimité par un tambour d'enroulement quelconque présent sur le navire 20.
La cuve 100 est de forme généralement cylindrique et de diamètre légère- ment inférieur à celui du cylindre 80 dans laquelle elle est placée. Elle présente une paroi périphérique cylindrique 108 obturée transversalement par rapport à l'axe X-X' par des première et deuxième parois d'extrémité 110, 112.
Les parois 108, 110, 112 délimitent intérieurement une cavité 114 de séparation du matériau remonté à la surface par le conduit flexible 24. La cuve 100 est montée fixe sur la plateforme 60 par l'intermédiaire de bras de fixation 116. Chaque bras 116 est rapporté sur une paroi d'extrémité 110, 112 et sur la plateforme 60.
La paroi périphérique 108 est de forme cylindrique d'axe X-X'. Les galets 92 du tambour 68 roulent sur une surface extérieure de cette paroi 108 lors de la ro- tation du tambour 68 autour de son axe X-X'.
Comme illustré par la figure 6, la paroi d'extrémité gauche 110 présente trois buses 118 de connexion au conduit flexible 24 réparties autour de l'axe X-X'. Chaque buse 118 comprend une tête 120 de raccordement à une bride 54 d'un tronçon d'extrémité du conduit flexible 24. Chaque buse 118 comprend en outre un organe d'injection 122 du matériau provenant du conduit 24 à l'intérieur de la chambre 114 de séparation. L'organe d'injection 122 est courbé en forme d'hélice vers la paroi 108 pour diriger tangen- tiellement le flux de matériau issu de la buse 118 sur la paroi périphérique 108 de
la cuve 100. Ceci évite la détérioration des équipements présents dans la chambre de séparation 114.
Dans l'exemple représenté sur la figure 6, la paroi gauche 110 comprend trois buses de connexion 118, ce qui permet de s'adapter à différentes positions du tronçon d'extrémité 50 du conduit 24, lorsque celui-ci est enroulé sur le tambour 68.
La paroi gauche 110 comprend en outre une sortie supérieure 123 d'évacuation de gaz raccordée au compresseur 74. Le compresseur 74 est ainsi raccordé en entrée, à la sortie d'évacuation de gaz 123 et en sortie, à la ligne d'injection de gaz dans le passage intérieur 48, comme représenté sur la Figure 2.
La paroi d'extrémité droite 112 comprend, dans sa partie supérieure, une entrée 124 d'injection de fluide pressurisé, et dans sa partie inférieure, une sortie 126 d'évacuation d'un matériau séparé dans le séparateur, raccordé au bac de rétention 102 par l'intermédiaire d'un conduit intermédiaire 128. Le bac de rétention 102 est disposé sur la plateforme 60. Il est destiné à être maintenu à pression atmosphérique, pour la récupération des matériaux solides issus du séparateur 72.
Les moyens d'évacuation 104 comprennent une vis sans fin 130 disposée dans la chambre de séparation 114, et une vanne pilotable de pressurisation 132 disposée sur le conduit intermédiaire 128, entre la chambre 114 et le bac de rétention 102.
La vis sans fin 130 est placée dans une partie inférieure de la chambre 114 au voisinage de son fond. Elle s'étend parallèlement à l'axe X-X' et présente une extrémité en regard de la sortie d'évacuation 126. La vis sans fin 130 est motorisée pour permettre le convoyage d'un matériau solide et/ou liquide vers le conduit intermédiaire 128 lorsque la vanne 132 est ouverte.
Une plaque 130A formant guide est placée au-dessus de la vis sans fin 130 pour canaliser les sédiments vers le conduit intermédiaire 128. La vanne 132 est pilotable pour être ouverte lors de l'évacuation de matériaux hors de la chambre 114 et pour être fermée pour maintenir la chambre 114 sous pression lors de la séparation du matériau provenant de la conduite 42, comme on le verra plus bas.
Les moyens de pressurisation 106 comprennent une source d'eau comprimée 134 raccordée à l'entrée 124.
Le fonctionnement du dispositif d'extraction 10 selon l'invention va maintenant être décrit. Initialement, le conduit flexible 24 est monté par assemblage bout à bout des différents tronçons unitaires 50 par l'intermédiaire de leurs brides de fixation 54.
Cet assemblage peut être effectué à terre, ou directement sur le navire 20. Lors de cet assemblage, les lignes 44, 46 sont assemblées par connexion bout à bout des sections de ligne présentes sur un tronçon unitaire 50. De même, le passage intérieur 48 est continu entre le premier point 38 et le deuxième point 40.
Une fois le conduit 24 assemblé, ou lors de son assemblage, il est enroulé sur le tambour 68. A cet effet, les roues motorisées 96 sont activées pour enrouler le conduit 24 hélicoïdalement autour de la surface extérieure 84, sur sensiblement toute sa longueur.
Lors de la mise en place sur le tambour 68 de chaque paire de brides de fixation 54 assemblées, une paire de cales 88 en regard est déplacée autour d'une périphérie du cylindre 80 pour faire pénétrer les brides 54 dans une gorge
90 et faire reposer les deux tronçons 50 adjacents aux brides de fixation 54 sur les cales 88.
Le conduit 24 est ainsi stocké de manière simple et peu encombrante sur le navire 20. Il est en outre prêt à être déployé rapidement et à moindre coût lorsqu'une opération d'exploitation de matériau doit être réalisée.
Pour ce faire, l'installation de surface 18 sur le navire 20 est placée en re- gard de la région du fond sur laquelle du matériau doit être prélevé. L'ensemble de fond 22 est extrait des cales du navire 20 et l'extrémité inférieure du conduit flexible 24 est raccordée sur la station de base 26.
Le conduit 24 est engagé à travers la pince de retenue sélective 64 sur le bord 62 du navire. Ensuite, l'ensemble de fond 22 est immergé sous l'eau en étant retenu à l'extrémité inférieure 40 du conduit 24 et par un treuil auxiliaire 140 monté sur la plateforme 60. L'ensemble 22 est descendu vers le fond 14 par libération de la pince 64 et déroulement progressif du conduit 24 hors du tambour 68, et du treuil
140. Si nécessaire, le déroulement du conduit 24 est stoppé et le conduit 24 est maintenu en position par serrage de la pince de retenue 64.
Lorsque le véhicule excavateur 28 touche le fond 14, la station de base 26 est maintenue à l'écart du fond 14. Le conduit flexible 24 est alors tendu sensi- blement linéairement entre la pince de retenue 64 et la station de base 26.
Dans cette configuration déployée du conduit 24, l'extrémité supérieure du conduit 24 est fixée sur une buse de connexion 118. La lumière 37 à l'intérieur du tuyau souple est raccordée au passage intérieur 48, lequel débouche dans la chambre de séparation 114 du séparateur 72. Le conduit 24 est déployé au-dessus du bord latéral 62 du navire 20 vers l'extérieur en chevauchant ce bord 62. Il n'est donc pas nécessaire de disposer d'un navire 20 comprenant un puits central pour déployer le dispositif d'extraction 10.
De même, les lignes fonctionnelles 44 sont raccordées aux moyens de commande 76 et aux moyens d'alimentation électrique 78 sur l'installation de surface 18 et à la station de base 26 et au véhicule 28.
Ainsi, le véhicule 28 et la station de base 26 sont alimentés électriquement depuis l'installation de surface 18 à travers les lignes 44 pour propulser le véhicule 28 et activer les moyens de prélèvement 34. De même, le déplacement du véhi- cule 28 et la mise en route des moyens de prélèvement 34 par les moyens de commande 76 sont commandés depuis l'installation de surface 18 à travers les lignes 44.
En outre, l'entrée du compresseur 74 est raccordée à la sortie d'évacuation de gaz de la cuve 100 et la sortie du compresseur 74 est raccordée sur la ligne d'injection de gaz 46.
Pour démarrer l'exploitation du matériau situé sur le fond 14, les moyens de commande 76 envoient un signal d'activation à la station de base 26 et au véhicule 28 pour alimenter électriquement les moyens de prélèvement 34 et piloter le déplacement du véhicule 28 sur le fond 14. Les moyens de prélèvement 34 prélèvent le matériau situé sur le fond et l'amènent à l'entrée de la lumière 37.
Les moyens de pompage présents sur la station de base 26 amorcent la remontée du matériau vers l'installation 18 composé d'un mélange liquide / solide.
Pour faciliter la remontée du matériau vers l'installation de surface 18, le compresseur 74 est mis en route. Le compresseur 74 injecte alors du gaz dans le passage 48, par exemple de l'air comprimé à 100 bars environ, en un point d'injection 142 situé entre le premier point 38 et le deuxième point 40. Ce point d'injection 142 est par exemple situé à une profondeur d'environ
1000 m pour permettre d'alléger la colonne de matériau circulant dans le passage 48 au-dessus du point d'injection 142 et entraîner ainsi le matériau vers l'installation de surface 18.
Un flux continu de matériau prélevé s'établit alors entre les moyens de pré- lèvement 34 et la chambre de séparation 114 à travers successivement la lumière
37, le passage 48 et la buse de connexion 118. Le mélange recueilli au niveau de la buse 118 est constitué de liquide, de solide et de gaz circulant à une vitesse appropriée de préférence comprise entre 15 et 20 m par seconde.
Dans cette configuration, la vanne de sortie 132 du séparateur 72 est main- tenue fermée, de sorte que la pression dans la chambre de séparation 114 est supérieure à la pression atmosphérique. Cette pression est par exemple comprise entre 15 et 30 bars.
Le mélange liquide/solide/gaz pénètre alors dans la chambre 114 où il subit une séparation par gravité. Le gaz recueilli dans la partie supérieure de la chambre 114 est réinjecté dans le compresseur 74 à travers la sortie 123, ce qui limite la perte de charge et la taille du compresseur 74.
Le matériau solide s'accumule dans le fond de la chambre 114 autour de la vis sans fin 130. Lorsque la chambre 114 doit être vidangée, la vanne 132 est ou- verte et la vis sans fin 130 est activée pour évacuer le matériau solide et une partie du liquide, à travers la conduite intermédiaire 128 jusqu'au bac de rétention 102. Pour maintenir une pression comprise entre 15 et 30 bars dans la chambre 114, de l'eau pressurisée est injectée à travers l'entrée 124.
Lorsque l'opération d'extraction est terminée, l'ensemble de fond 22 est re- monté à la surface par enroulement du conduit 24 autour du tambour 68 comme décrit précédemment.
Dans une variante, le conduit flexible 24 est dépourvu de ligne de transfert de puissance électrique. Un ombilical comprenant des lignes de puissance électri-
que est descendu simultanément lors de la descente du conduit flexible 24 pour assurer l'alimentation électrique du véhicule excavateur 28.
Dans une variante non représentée, la chambre de séparation n'est pas maintenue sous pression lors du déchargement du matériau dans celle-ci. Dans ce cas, la taille du compresseur 74 est supérieure et le point d'injection est situé plus bas que dans le premier dispositif 10 selon l'invention.
Dans une autre variante, l'ensemble de fond est dépourvu de station de base 26. Le lien souple 30 est raccordé directement sur le conduit flexible 24 par l'intermédiaire d'un embout d'adaptation. Un deuxième dispositif 210 selon l'invention est représenté partiellement sur la figure 8. A la différence du premier dispositif 10, le deuxième dispositif 210 comprend, dans la configuration déployée du conduit flexible 24, une pluralité d'unités 212 d'injection d'un liquide sous pression dans le passage de circulation 48, pour convoyer le matériau vers l'installation de surface 18. Chaque unité d'injection 212 est par exemple montée entre deux brides de fixation 54A, 54B de deux tronçons 50 adjacents lors du déploiement du conduit flexible 24 hors du tambour 68. Les unités 212 sont par exemple montées par des opérateurs placés sur la station de montage 63 et ces unités 212 sont maintenues sur les brides 54A, 54B par des colliers de fixation 213 respectifs. Chaque unité de pompage 212 comprend ainsi un manchon 214 délimitant intérieurement une partie du passage de circulation 48, une buse 216 de prélèvement d'eau dans l'étendue d'eau 12, et de distribution dans le passage 48, et une turbine hydraulique 218 pour le pompage et la mise en pression de l'eau injectée. La buse 216 délimite une lumière généralement transversale 230 qui dé- bouche extérieurement dans l'étendue d'eau 12 à travers une crépine 222, et inclinée axialement vers le haut dans le passage 48.
La turbine hydraulique 218 est fixée sur le manchon 214. Dans l'exemple représenté sur la figure 8, la turbine 218 est alimentée hydrauliquement à travers un piquage 224 sur une ligne fonctionnelle 44A provenant de l'installation 18. Le piquage 224 débouche dans l'étendue d'eau 12 par une évacuation 226 après son passage dans la turbine 218, sans être raccordé à une partie inférieure de la ligne 44A située dans le tronçon 50 sous le manchon 214.
Le manchon 214 délimite en outre au moins une section 228 d'une autre ligne fonctionnelle 44B destinée à alimenter une autre unité de pompage située sous l'unité 212.
En fonctionnement, la turbine 218 est alimentée en fluide hydraulique de- puis l'installation de surface 18 via la ligne 44A et le piquage 224. L'alimentation de la turbine 118 provoque l'aspiration d'eau dans la lumière 230 à travers la crépine 222, puis la pressurisation de l'eau aspirée dans la lumière 230. L'eau pressurisée ainsi obtenue est injectée dans le passage 48 pour entraîner le matériau circulant dans ce passage 48 vers l'installation de surface 18. La présence d'unités d'injection 212 réparties le long du conduit flexible 24 permet de supprimer la pompe sur la station de base 26 et l'injection de gaz de transport dans le passage 48. Ceci simplifie notamment l'installation de surface 18 qui est dépourvue de compresseur.
En variante, les turbines 218 sont alimentées électriquement par une ligne fonctionnelle placée dans le conduit flexible ou par un ombilical extérieur.
Le troisième dispositif 250 représenté sur les figures 9 et 10 diffère du deuxième dispositif 210 en ce que les unités d'injection 212 sont dépourvues de turbines hydrauliques. Le liquide sous pression destiné à être injecté dans le passage de circulation 48 est stocké dans un réservoir pressurisé disposé sur le na- vire 20 dans l'installation de surface 18.
Chaque unité 212 comprend un distributeur annulaire 252 de liquide sous pression disposé autour du manchon 214. Le distributeur annulaire 252 délimite une cavité périphérique 254, de forme torique autour de l'axe du conduit 24.
La cavité 254 est raccordée au réservoir de liquide sous pression en sur- face par l'intermédiaire de la ligne fonctionnelle 44A. Elle est raccordée au passage 48 par quatre orifices d'injection radiaux 256 répartis angulairement autour de l'axe du conduit 24, comme illustré par la figure 10.
Chaque orifice d'injection 256 débouche axialement vers le haut dans le passage 48. En fonctionnement, l'eau sous pression est amenée dans la cavité 254 du distributeur 252 depuis le réservoir de l'installation de surface 18, à travers la ligne fonctionnelle 44A. Elle se répartit uniformément dans la cavité 254 pour être injectée par chaque orifice 256.
Plus généralement, de telles unités de pompage pourraient être utilisées sur un conduit flexible d'une installation quelconque.
Un quatrième dispositif 310 selon l'invention est représenté sur la Figure 11. A la différence du premier dispositif 10, les moyens de prélèvement 34 com- prennent une grue d'excavation 312, déployable et actionnable depuis l'installation de surface 18 indépendamment du conduit flexible 24.
L'ensemble de fond 22 comprend en outre des moyens 314 de réception et de traitement du matériau, posés sur le fond 14 de l'étendue d'eau 16 en étant raccordés au conduit souple 24. La grue 312 comprend une pince 316 de prélèvement du matériau sur le fond 14, et un câble 318 de déploiement de la pince 316, pour descendre la pince 316 depuis le navire 20 vers le fond 14.
Les moyens de réception 314 comprennent un support d'appui 320 réglable posé sur le fond 14 et un broyeur/concasseur 322 monté dans le support 320. Le support 320 délimite un entonnoir 324 de réception du matériau prélevé par la pince 316 ouvert vers le haut et débouchant en regard du broyeur/concasseur 322. Le support 320 est déployable depuis l'installation de surface 18 vers le fond 14, par des moyens de déploiement (non représentés) indépendants de la grue 312. Le support 320 présente des pieds réglables pour le maintenir sensiblement horizontalement et fixe sur le fond 14.
Le support 320 et le broyeur/concasseur 322 sont raccordés à une extrémité libre du lien souple 30, pour raccorder le tuyau souple 36 au broyeur/concasseur 322. Pour effectuer une opération de prélèvement de matériau, les moyens de réception 314 et le conduit flexible 24 sont descendus vers le fond 14, jusqu'à ce que le support 320 soit posé sur le fond 14 en étant immobilisé sur le fond 14.
La grue 312 est ensuite manceuvrée pour amener la pince de prélèvement 316 au contact du fond 14. La pince 316 est alors activée pour prélever du maté- riau sur le fond 14, puis est déplacée en regard de l'entonnoir 324 pour déposer le matériau prélevé par la pince 316 dans le broyeur/concasseur 322.
Le matériau traité dans le broyeur/concasseur 322 est ensuite remonté à l'installation de surface 18 à travers le tuyau souple 36 et le conduit flexible 24, comme décrit précédemment.