Brevet FR2092788A1 — publié le 19720128

La présente invention est relative aux procédés et dispositifs pour prélever dans les fonds sous-mar ns des échantillons des ma tériaux de ces fonds, échantillons communément appelés carottes. Les dispositifs carottiers couramment utilisés sont des dispo sitifs très lourds qui s'enfoncent dans le fond sous-marin essen tiellement sous l'action de leurs poids, pour forcer des matériaux des couches superficielles de ce fond à pénétrer dans un tube de prélèvement placé à la partie inférieure du dispositif. Celui-ci est descendu jusqu'au fond dans sa position normale de prélèvement et il est remonté en surface avec la même orientation, de telle sorte que la carotte prélevée risque de s'échapper sous l'action l'action de la gravité par le trou inférieur de prélèvement prévu dans le tube.Pour éviter cet inconvénient, la plupart des constructeurs prévoient, pour retenir le sédiment prélevé dans le tube carot tier, des moyens plus ou moins complexes, à clapets de retenue, de forme et d'ingéniosité variées, mais qui, s'ils jouent leur rôle, contribuent aussi plus ou moins à perturber le sédiment lors de la pénétration dans le tube et à augmenter le prix de revient du dispositif carottier et les frais relatifs à son entretien. En effet, ces moyens s'usent en général rapidement et il faut les remplacer, ce qui implique l'acquisition, pour une campagne d'échantillonnage d'un fond sous-marin tant soit peu importante, d'un grand nombre de pièces de rechange. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients. 11- a pour objet un procédé de prélèvement d'échantillons d'un fond sous-marin, caractérisé en ce qu'il consiste à faire descendre en chute libre,dans l'eau recouvrant ledit fond, un dispositif de prélèvement avec tube de prélèvement dirigé verticalement vers ledit fond et de manière que ce dispositif acquière une force cinétique notable et que son tube de p-ralèverilent s'enfonce dans le fond sous l'action de cette force cinétiQue, puis à remozlser le dispositif en tirant sur lui en un point situé au-dessous de son centre de gravité, de manière à provoquer son basculement e à assurer la remontée avec le tube de prélèvement dirigé vers le haut. Grâce à ce procédé, d'une part, le dispositif peut etre consi dérablement allégé puisque, pour son enfoncement, on bénéficie d carré de sa vitesse en fin de sa chute libre et, d'autre part, du fait que pendant la remontée le tube de pré i vement est dirigé vers le haut avec son ouverture de prélèvement à la partie supérieure, la carotte prélevée ne risque pas de s'échapper dans l'eau. L'invention a également pcur objet un dispositif de prélèvement d'échantillons d'un fond sous-marin, destiné à la mise en oeuvre du procédé ci-dessus et caractérisé en ce qu'il comporte un corps formant masse, caréné en forme de bombe et pourvu, suivant son axe longitudinal, d'une part, à l'avant, d'un tube de prélèvement ouvert à son extrémité libre et, d'autre part, à l'arrière, d'un empennage de direction, cependant qu'à l'avant de ce corps, c est à-dire à l'avant du centre de gravité de l'ensemble, il est prévu un moyen de fixation d'un cible destiné à la remontée du dispositif. D'autres caractéristiques résulteront de la description qui va suivre. Aux dessins annexés} donnes uniquement à titre d'exemples: la Fig. 1 est une vue en élévation avec arrachement et coupe partielle, d'un dispositif carottier suivant l'invention; la Fig. 2 représente trois schémas A, B, C qui montrent, respectivement le dispositif suspendu à l'extérieur du bateau et nrSt a être largue, ce dispositif fiché dans le fond sous-marin, et le même dispositif en cours de remontée avec le tube de prélèvement dirigé vers le haut. Suivant l'exemple d'exécution refzréeenté, le dispositif D de prélèvement selon l'invention comporte un corps 1, constitué par une masse mdtallique de forme cylindrique, prolongé à ses deux extrémités par deux carénages avant 2 et arrière 3, de forme tronconique ou ogivale, donnant à l'ensemble 1, 2, 3 une forme analogue à telle d'une bombe. Le corps 1 peut être monobloc ou formé d'une enveloppe en acier ,lestée par exemple à l'aide de plomb. Vers l'avant, sur le corps 1, est rapporté, par soudure 4 ou autrement, n tube 5 pourvu à l'avant, d'un filetage 6, à gros pas, dans laque peut etre vissé un ub de prélèvement 7. Le diamètre de la surface interne cylindrique 8 du tube 7 est au plus égal à celui de la surface interne 9 du tube 5. L tube 7 est ouvert à ses deux extrémités et on extrémité avant est filetée extérieurement en 10 pour recevoir un embout annulaire rapporté 11. Cet embout,en acier traité ou autre matériau très résistant, est pourvu d'une ouverture 12 de prélèvement, d'un diamètre légèrement inférieur à celui des surfaces cylindriques 8 et 9. La tranche d'extrémité de l'embout est biseautée en 13 pour former une arête plus ou moins tranchante 14 de pénétration dans le fond sousmarin. Enfin, le tube de prélèvement 7 est pourvu, à divers niveaux, d'orifices 15 de sortie d'air,-la section totale de ces orifices étant au plus égale à la section interne du tube 7. De préférence, les filetages 6 et 10 sont de-sens inverses de manière que le dévissage de l'embout 11 après usage et alors que ce dévissage peut être plus ou moins difficile, ne provoque pas le dévissage du tube 7 par rapport au tube 5. Vers l'arrière, le corps 1 comporte, fixé par soudure en 16, un tube axial 17 portant un empennage 18 formé d'un certain nombre de lames rigides, réparties dans des plans longitudinaux radiaux équiangulairement espacés. Le dispositif est complété par deux moyens d'accrochage de liens souples: d'une part, à l'arrière, par un anneau 19 de fixation d'un court câble 20, par exemple en "Nylon"; et, d'autre part, à l'avant du corps 1, c 'est-à-dire en un point situé en avant du centre de gravité G de I'ensemble, par une ferrure latérae 21 de fixation d'un câble léger de rappel 22, par exemple en polyéthylène, d'une longueur au moins égale à la profondeur du point de prélèvement par rapport au niveau de la mer (cette profondeur est mesurée au sondeur). La mise en oeuvre du procédé suivant l'invention à l'aide du dispositif qui vient d'être décrit est la suivante. Avant d'effectuer le prélèvement, le dispositif est suspendu en D1 (schéma A Fig. 2) en dehors du bateau carottier B (Fig. 2) à l'aide du court câble 20, la longueur de ce câble étant suffisante pour maintenir le dispositif immergé verticalement, le câble étant amarré par quatre ou cinq tours morts 23 et noué à une bitte ou autre bosse 24, prévue sur le pont du bateau, tandis que le câble 22 est lové en 25 sur le pont, près d'un cabestan ou autre treuil 26. Lorsque le bateau se trouve au-dessus du point désiré de prélèvement, on jette à l'eau le câble 22 de longueur suffisante et dont l'une des extrémités est toujours fixée en 21 au dispositif, cependant que l'autre peut faire quelques tours morts sur le treuil ou cabestan 26 ou est accroché à une bitte 27. Du point 21 au cabestan 26 ou à la bitte 27, la plus grande partie du câble 22 flotte alors la surface de l'eau. Pour effectuer le prélèvement, on choque le câble 20 qui retenait en D1 le dispositif, ctest---dlre qu'on laisse filer les quelques tours morts de ce câble,enroulés autour de la bitte 24. Le dispositif tombe alors en chute libre et, du fait de sa masse, bien que celle-ci soit relativement peu importante et en raison de la forme carénée de son corps, ce dispositif accélère rapidement sa vitesse dans l'eau et acquiert une énergie cinétique qui, au moment de l'impact sur le fond sous-marin F, est suffisante pour que le tube de prélèvement 7 s'enfonce dans ce fond dont une partie des sédiments pénètre par i ouverture de l'embout il dans le tube 7 pour y former une carotte ou échantillon dont la longueur dépend de la nature du fond F, du poids du dispositif et de la profondeur du point a de prélèvement. Au fur et à mesure que le sédiment prélevé remonte dans le tube 7, Liteau contenuedans ce tube s'échappe par les orifices 15. Si l'enfoncement est suffisant pour que le sédiment prélevé franchisse les derniers orifices supérieurs, l'eau emprisonnéedevant lui dans le tube 5 fait coussin amortisseur et freine toute descente supplémentaire du tube de prélèvement dans le fond sous-marin. Finalement, le dispositif s'arrête dans la position D2 du schéma B (Fig. 2). I1 ne reste plus qu'à haler le dispositif par l'intermédiaire du treuil ou cabestan 26 où sont restés enroulés ou sur lequel on enroule quelques toursmortsdu câble de rappel 22 qui, au fur et à mesure du rappel, est lové à nouveau en 25 sur le pont du bateau (croquis C, Fig. 2) Le dispositifest d'abord arraché du fond F, puis il se retourne en D2 de manière que le centre de gravité G vienne au-dessous du point 21 dettraction du câble 22. Le dispositif remonte donc avec le tube 7 de prélèvement dirigé vers le haut. Lorsqu'il arrive au niveau du bastinguage, il est facile de dévisser le tube 7, puis d'arrimer l'appareil à l'extérieur du bateau à l'aide du câble 20 dont on enroule à nouveau quelques tours autour de la bitte 24 à laquelle on assujettit l'extrémité du câble par un noeud. Le dispositif suivant l'invention présente de nombreux avantages et, en particulier, les suivants: l'expérience montre qu'il descend très vite dans la mer, atteignant une vitesse de l'ordre de 50 km/h , ce qui lui confère une grande énergie cinétique utilisée pour la pénétration du tube 7 en terrain dur; par conséquent, à force de pénétration égale > il peut être beaucoup plus léger que les modèles connus agissant par leurs poids; il est, de ce fait, plus fadle à manoeuvrer; il n'est pas muni de moyens spéciaux chargés de retenir la carotte lors de la remontée puisqu'il est halé avec le tube 7 de prélèvement dirigé vers le haut; de ce fait, il est donc possible de récupérer sans perte, même de petits échantillons de roche; aussi, les essais effectués ont montré que le pourcentage de récupération est de l'ordre de 90 et que le nombre de lancers possibles en huit heures de manoeuvre est de 50environ; le fait d'être percé de trous 15 permet au tube 7 de prélèvement de s'enfoncer dans le fond sous- marin sans difficultés, mais, après le bouchage du dernier trou 15, l'amortissement provoqué par l'eau contenuedans le tube 5 empêche le tube 7 de s'enfoncer trop profondément, surtout en terrains marneux; lors de l'arrachage, il se créeun effet de ventouse à l'intérieur du tube 5, ce qui permet de conserver dans le tube 7 l'échantillon prélevé; le tube 7 de prélèvement est de fabrication très simple; il est fixé par le filetage 6 à très grand pas et peut donc être démonté très rapidement et aisément pour être remplacé par un tube vide afin de permettre d'effectuer de suite un nouveau prélèvement pendant que le tube plein est dépoté et nettoyé; du fait que le tube 7 est amovible, on peut disposer d'un jeu de tubes de diamètres internes différents, utilisables à volonté suivant le diamètre et la longueur désirés pour la carotte à prélever; l'embout 11 est facilement interchangeable et peut être remis en place pour être à nouveau utilisé; la présence de l'embout amovible permet d-'en posséder un jeu et de les renvoyer à la réfection à la fin d'une campagne de prélèvements; enfin, à l'inverse de tous les autres types existants, le dispositif est d'une conception simple; il ne possède aucune pièce en mouvement, ce qui lui confère d'emblée une grande solidité et son fonctionnement ne risque pas d'être gêné par le défaut de fonctionnement de l'une de ces pièces; de plus, sa fabrication est considérablement simpli fibre, car elle ne nécessite que des travaux de tournage sur des matériaux de forme simple comme le sont les tubes, et un travail de soudure des ailettes de guidage; le prix de revient est donc par là même faible. Bien entendu, les dimensions de l'appareil ne sont pas critiques. Les résultats numériques donnés plus haut ont été obtenus avec: un corps 1 constitué par un tube en acier lesté de plomb à l'intérieur et de diamètre extérieur de llordre de 280 mm; un tube 7 de prélèvement dtun diamètre interne de 67 mm et une longueur variant, suivant la longueur de la carotte désirée, de 60 cm à 150 cm; un empennage d'une longueur de 140 cm, formé du tube 17 et des ailettes 18. On peut apporter au tube carottier un certain nombre de modifications visant à améliorer son efficacité. Ce tube étant percé d'un certain nombre de trous 15, facilitant l'écoulement de l'eau lors de la pénétration dans le sol, il s'ensuit également un tourbillonnement mettant le sédiment en mouvement dans le tube, lors de la remontée du carottier. De ce fait, il arrive que l'on perde par lavage une partie notable de ltéchan- tillon lorsqu'il est très meuble. Pour remédier à cet inconvénient il faut annihiler cet écoulement en disposant sur la paroi externe du tube, au voisinage immédiat de chaque trou, un évent ou une cule dont l'ouverture est dirigée vers l'avant du carottier. L'ouverture de cet évent a une surface au moins égale à celle du trou qu'il coiffe. De ce fait, lots de la remontée du carottier, les ouïes ou évents captent un flux qui tend à pénétrer dans le tube carottier et s'oppose ainsi à celui qui pénètre par l'embout du tube carottier. Ces deux flux contraires pénétrant par des surfaces à peu près égales, avec une vitesse égale, s'annulent, créant ainsi à l'intérieur du tube un milieu relativement calme qui ne perturbe pas le sédiment prélevé. Il est possible d'utiliser également le carottier sans arrêter le navire à chaque station. Pour ce faire, on immerge le carottier en ne le retenant que par sa glenne de halage 22. Ce câble, de forte section, prévu pour résister à une traction d'au moins 10 tonnes, est directement relié au treuil de remontée. L'opération se déroule en principe à la vitesse de 4 noeuds. Pour effectuer un prélèvement, on débraye le treuil. Le carottier, qui jusque là suivait le navire, en position plus ou moins horizontale étant donné son Profilage, pique soudain ;4u nez et s'enfonce à a verticale, entralnant avec lu son câble de rappel Lorsqu' Sest planté au fond de la ler le cabre eesse de se des der sur le treuil que l'on bloque alors, en laissant au navire lui-même le so.r. d'arracher le carottier. welui-ci est wire au treuil, c'est-à-dire qu'il est remonté. C'est essentiellement au cours de cette phase de remontée que le sédiment risque d'être perturbé par les écoulements d'eau à travers le tube carottier, dtoù l'intérêt d'adapter des évents à l'orifice des trous 15 pour annuler ces effets de flux. L'intérêt de cette technique est de pouvoir être associée à l'exécution des opérations de sondage ou de prospection sismique, seulement possibles lorsque le navire est en marche et ainsi d'obtenir en continu, avec le même positionnement, une série de prélèvements systématiques étalonnant le résultat des enregistrements. De plus, le nombre de prélèvements peut être beaucoup plus important, puisqu'il n'est pas nécessaire de stopper le navire avant chaque lancer, profitant ainsi des manoeuvres de récupération pour rallier immédiatement un nouveau point de prélèvement. EnfIn, à condition de disposer d'un treuil adéquat, il est également possible d'utiliser deux carottiers en batterie, en larguant un pendant que l'autre est récupéré et vice-versa. La cadence du tir peut donc être doublée, donc la distance entre deux points de prélèvement peut être diminuée de moitié. REVENDICATIONS 1.- Procédé de prélèvement d'échantillons ou "carottes" d'un fond sous-marin, caractérisé en ce qu'il consiste à faire descendre en chute libre dans 1 eau recouvrant ledit fond cet un dispositif(A)de prélèvement avec tube (7) de prélèvement dirigé verticalement vers ledit fond, de manière que ce dispositif (A) acquière une force cinétique notable et que son tube (7) de prélèvement s'enfonce dans le fond sous l'action de cette force cinétique, puis à remonter le dispositif en tirant sur lui en un point (21) situ au-dessous de son centre de gravité (G), de manière n provoquer son basculement et à assurer la remontée avec le tube de prélèvement dirigé vers le haut. 2.- Appareil de prélèvement d'échantillons d'un fond sousmarin, pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comporte un corps (1) formant masse,caréné (en 2,3) en forme de bombe et pourvu, suivant son axe longitudinal (X-X), d'une part, à l'avant, d'un tube (7) de prélèvement ouvert à son extémité libre et, d'autre part, à l'arrière, d'un empennage de direction (17, 18), cependant qu'à l'avant de ce corps (1), ckst- à-dire à l'avant du centre de gravité (G) de l'ensemble, il est prévu un moyen (21) de fixation d'un câble (22) destiné à la remontée du dispositif. 3.- Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le tube t)de prélèvement est rapporté par vissage sur un tube (5) fixé à'extrémité avant du corps central (1). 4.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 2et 3, caractérisé en ce que le tube (7) de prélèvement est pourvu, à l'avant, d'un filetage (10) sur lequel est rapporté un embout (11) en acier traité ou autre matériau résistant. 5.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le tube (7) de prélèvement est percé d'une série de trous (15A répartis sur sa longueur et dont la section totale est au plus égale à la section interne de ce tube (7).