Brevet FR2130381A1 — publié le 19721103

* 2130381 L'invention concerne un dispositif servant à recueillir, au fond des océans, des matières premières aimantables, en particulier des nodules contenant du manganèse, ce dispositif comprenant un dispositif de soulèvement qui sépare, en la soulevant, la 5 matière première aimantable du fond de la mer et un dispositif transporteur assurant le transport du dispositif de soulèvement jusqu'à la surface de la mer. On sait que, sur le fond des océans, on rencontre en divers lieux des dépôts de nodules contenant du manganèse. Il est connu 10 (brevet américain N° 3.305.950) de déplacer, sur le fond de la mer, en vue de recueillir ces nodules contenant du manganèse, un organe semblable à un râteau qui les détache du fond de la mer. Avec ce dispositif, on assure en même temps une séparation en fonction des dimensions de sorte que ce sont des particules des 15 nodules contenant du manganèse d'une dimension caractéristique qui sont dirigées vers le dispositif transporteur associé. L* inconvénient essentiel de ce dispositif de soulèvement connu consiste en ce qu'il n'extrait que des grains d'une dimension déterminée alors qu'il laisse s'échapper et se perdre par exemple les 20 grains relativement fins qui, souvent, représentent une proportion importante du gisement. Un autre inconvénient résulte de ce que, dans le cas toujours possible de la présence de grains de même taille constitués cependant par des minéraux stériles, ces derniers sont également transportés à la surface et provoquent, en 25 raison de leur dureté généralement très supérieure à celle des nodules contenant du manganèse, des dégâts dans les pompes. Il est vrai que l'on connaît de nombreux dispositifs différents de triage des minerais, mais leur utilisation au fond de la mer représente la mise en oeuvre de moyens très importants. De 30 plus, bien des dispositifs de triage ne peuvent être utilisés sur le fond de la mer parce qu'ils fonctionnent à sec ou, pour le moins, supposent que les différentes particules aient la possibilité de tomber en chute libre. L'invention a pour but de réaliser un dispositif qui évi-35 te les inconvénients des dispositifs connus et qui assure en même temps une séparation des matières premières minérales d'avec les matières premières non minérales de manière à ne pas avoir à transporter jusqu'à la surface de la mer des roches stériles. On résoud le problème qui est à la base de la présente in-40 vention, par le fait que le dispositif qui sert à détacher, en les 72 09400 . 2130381 soulevant, les matières premières magnétisables du fond de la mer se compose d'un tambour non conducteur du magnétisme, ce tambour tournant autour d'un tourillon horizontal en roulant sur le fond de la mer, cependant qu'à l'intérieur de ce tambour se trouve un 5 aimant qui s'étend à partir de la partie la plus basse du tambour et vers le haut, dans le sens de la rotation, sur une partie du pourtour du tambour, tout en étant à proximité immédiate de la paroi intérieure du tambour, et par le fait que le dispositif de transport recueille, dans la région de l'extrémité de l'aimant ou lO à suite de celle-ci, les particules' de matière première aiman-table qui ont été entraînées à la surface du tambour. La solution conforme à l'invention exploite donc l'aptitude à l'aimantation par exemple des nodules contenant du manganèse, pour ne détacher du fond.de la mer que ces nodules et ne diri-15 Qer que ces derniers vers le dispositif de transport en vue de les transporter jusqu'à la surface de la mer. Les particules non aimantables restent sur le fond de la mer sans être soulevées, de sorte qu'elles ne surchargent pas le dispositif de transport vers la surface. Les forces magnétiques d'attraction fournissent en 20 outre la possibilité, pour les particules aimantables qui ne se trouvent pas directement à la surface, d'être également attirées et il peut dans ce but être avantageux, de remuer en outre légèrement le fond de la mer. Quand on n'utilise qu'un seul dispositif de soulèvement conforme à l'invention, le remuage du sol peut se 25 faire directement en avant de ce dispositif, et, lorsqu'on utilise plusieurs dispositifs de soulèvement, il peut se faire en avant des dispositifs de soulèvement qui se trouvent à la suite, la profondeur à laquelle on procède au remuage pouv»nt être plus grande avec plusieurs dispositifs de soulèvement, ce .qui permet 30 d'exploiter le fond de la mer sur une profondeur plus grande que cela ne serait possible en utilisant un seul dispositif de soulèvement. Un perfectionnement de l'invention consiste à guider le tambour de façon que sa surface extérieure se trouve à une certai-35 ne distance de la surface du fond de la mer, par exemple grâce à des roues latérales fixées au tambour et faisant saillie radiale-ment. Pour l'entraînement de ces roues, ces dernières peuvent être munies d'aspérités constituées par exemple par des dents. Afin d'éviter un enfoncement trop accentué dans le fond 40 de la mer ou pour éviter que le tambour ne prenne appui sur ce 72 09400 ' 2130381 fond, ce qui peut, par laminage, enfoncer les nodules contenant du «anganèse dans le fond et les y fixer, avec comme résultat 1* impossibilité de les soulever au moyen des forces magnétiques, il est avantageux de compenser tout au moins pour partie le poids du 5 tambour et des organes qui lui sont associés, au moyen d'un corps exerçant une force ascensionnelle. De cette façon, on évite éga»' lement que, lors du passage, au cours du mouvement de roulement; sur des débris de roches, le tambour soit endommagé. Pour produire les forces magnétiques, on peut utiliser 10 des aimants permanents ou des électro-aimants. Quand on se sert d'électro-aimants, il est bon d'adopter un bobinage supra-conducteur, de manière à réduire les pertes d'énergie et â assurer la production de forces magnétiques importantes. Les organes de refroidissement du bobinage de 1'électro-aimant peuvent être avan-15 tageusement logés directement dans le tambour. Les pôles de ^"aimant ou des aimants peuvent s'étendre dans le sens.de la périphérie de l'aimant. Les bobinages prennent de ce fait une forme al-, longée dans le sens de la périphérie. Mais il est également avantageux de disposer plusieurs 20 aimants permanents de grande force coërcitive à l'intérieur du tambour, au voisinage les uns des autres de manière que ce soient des pôles de même signe qui soient tournés vers la paroi extérieure du tambour. Cela fournit des forces magnétiques particulièrement élevées. Il est en même temps avantageux de disposer les aimants 25 permanents directement contre la paroi intérieure du tambour et qu'ils tournent avec ce dernier, et que soit prévu un organe de grattage en avant de la pièce d'embouchure et d'aspiration du tube de transport vers la surface. Afin de favoriser le soulèvement des particules aimanta* 30 bles attirées par les aimants et entraînées par la surface extérieure du tambour tournant, il est avantageux de prévoir une tôle de grattage, plus spécialement directement dans la pièce d'embouchure et d'aspiration du dispositif de transport vers la surface. On réalise avantageusement la pièce d'embouchure et d'aspiration 35 du dispositif de transport vers la surface de manière qu'il se forme un courant de circulation intense dans la région de la surface du tambour afin d'assurer l'entraînement des particules. Quand on utilise plusieurs aimants ou électro-aimants placés les uns à côté des autres dans le sens axial, il est avan-40 tageux de prévoir une pièce d'embouchure et d'aspiration séparée 72 09400 au-dessus de chaque aimant individuel, de manière que principal soit concentré surtout sur les régions où l'attraction magnétique est la plus forte. Afin d'éviter que les particules qui ont été soulevées 5 soient écartées par les mouvements de l'eau avant d'avoir été saisies par la pièce d'embouchure et d'aspiration, il est judicieux que cette pièce d'embouchure s'étende jusque dans la région oît les forces magnétiques d'attraction exercent encore leur effet et que cette pièce se pousuive jusque dans la région dans laquelle 10 les forces magnétiques d'attraction sont devenues faibles ou ont disparu. Il est également possible de prévoir un concasseur entre le dispositif de soulèvement et le dispositif de transport vers la surface, en vue du broyage' des gros nodules contenant du manganèse. 15 L'invention sera décrite plus en détail ci-après avec ré férence aux dessins ci-annexés dans lesquels ï Fig. 1 représente schématiquement un exemple de réalisation conforme à l'invention, vu dans le sens de l'axe du tambour; Fig. 2 en est une vije en coupe par II-II de figure 1; 20 Fig. 3 est une vue d'un exemple de réalisation analogue à celui de la figure 1, mais suivant une coupe radiale à' travers le tambour, dans le cas de l'utilisation d'électro-aimants à bobinage supra-condncteur; Fig. 4 représente en perspective la forme des bobinages 25 utilisés dans les électro-aimants de la figure 3; Fig. 5 est une représentation schématique de la disposition des aimants permanents de force coërcitive élevée, utilisés à l'intérieur du tambour; Fig. 6 est une représentation partielle du dispositif vu 30 dans le sens de la flèche VI de la figure 5; Fig. 7 correspond sensiblement à l'exemple de réalisation conforme à la figure 1 avec mise en oeuvre d'un corps développant une force ascensionnelle; Fig. 8 représente l'agencement de plusieurs dispositifs de 35 soulèvement conformes à l'invention, avec un dispositif. intercalé entre ces derniers, qui sert à remuer le sol; Fig.' 9 représente un exemple de réalisation dans lequel plusieurs pièces d'embouchure et d'aspiration sont placées à raison d'une au-dessus de chacun des différents électro-aimants. 40 Dans ce qui va suivre, on se référera aux figures 1 et 2 OQPY 72 09400 5 2130381 des dessins ci-annexés. Sur un timon 1, qui n'est représenté que partiellement et qui est tiré par un dispositif de traction qui n'est pas représenté, se trouve un cadre 2 qui maintient immobile un tourillon 3 qui 5 se trouve sur un disque 4 dont les bords sont assemblés par soudure autogène avec un tube 5. Le tube 5 et les disques 4 placés à l'opposé l'un de l'autre forment une chambre intérieure cylindrique dans laquelle se trouvent des aimants 6 représentés en traits tire tés. 10 Entre le cadre 2 et le disque :4 se trouve, dans le sens axial un intervalle dans-lequel un coussinet 7 peut tourner sur le tourillon 3. Le coussinet 7 est monté dans un disque 8 placé en bout d'un tambour 9 qui, ainsi, pivote autour du tourillon 3. Le disque 8 placé en bout dépasse, dans le sens radial, la surface 15 extérieure du tambour 9 par rapport auquel il présente une saillie 10 sur laquelle se trouvent des dents 11. Le tambour 9 roule par ses parties en saillie 10 sur le fond de la mer 12 sur lequel reposent des nodules 13 contenant du manganèse. On obtient en l'espèce un entraînement commandé par les 20 dents 11 qui mordent dans le fond de la mer. Dès que les nodules 13 contenant, du manganèse parviennent dans la zone d'attraction des aimants 6, ils sont soulevés et séparés du fond 12 de la mer et adhèrent à la surface du tambour 9. La distance comprise entre la surface du tambour 9 et le fond 12 de la mer, qui est détermi-25 née par la hauteur des saillies ÎO et leur profondeur de pénétration dans le fond 12 de la mer, est calculée de façon que la distance d'attraction soit aussi faible que possible, mais qu'en même temps soit évité dans une large mesure le risque que les nodules 13 contenant du manganèse soient enfoncés dans le fond 12 de la 30 mer par la surface du tambour ce qui exposerait au risque que la force de l'aimant 6 ne soit plus suffisante pour détacher et extraire du fond 12 de la mer les nodules 13 contenant du manganèse enfoncés dans le sol. Les nodules 13 contenant du manganèse attirés par les 35 aimants 6 contre la surface du tambour 9 sont entraînés par la surface du tamb pur 9, surface qui se déplace vers le haut. Les nodules trop gros sont alors enlevés par un organe 14 faisant office de grat-.toir, de sorte qu'ils ne peuvent pas endommager les pompes de transport se trouvant en aval. Les nodules 13 contenant du manga-40 nèse qui sont entraînés parviennent finalement dans la région d' ÇOPV 72 09400 2130381 une pièce d'embouchure et d'aspiration 15 présentée par un tube 16 de transport vers la surface. Dans la région de la pièce d'embouchure et d'aspiration 15 qui s'étend jusqu'au voisinage immé«-diat de la surface du tambour 9, il se forme un courant intense 5 passant le long de la surface du tambour 9 dans le sens du mouvement de la surface, courant qui entraîne les nodules contenant du manganèse en les détachant de la surface du tambour 9. Cela se produit au plus tard dans une région située en aval des aimants 6 dans laquelle la force d'attraction est faible ou a disparu. C'est pour cette raison que la pièce d'embouchure et d'aspiration 15 s' étend jusqu'au-delà des aimants 6. Comme la pièce d'embouchure et d'aspiration 15 se trouve à une hauteur suffisante au-dessus du fond de la mer 12, il n'y a pas de risque que, par la dépression de l'aspiration, des particules stériles soient attirées et transr 15 portées vers la surface. Pour éviter qu'il ne se produise devant la pièce d'embouchure un mouvement de circulation à effet aspirant en provenance du fond 12 de la mer, on peut encore prévoir, le cas échéant, des tôles de guidage. Les aimants 6 de l'exemple de réalisation selon les figu-20 res 1 et 2 peuvent être des aimants permanents ou des électroaimants. Quand on utilise des électro-aimants, l'exploitation de la supra-conductibilité est toutefois judicieuse. La figure 3 montre un exemple de ce genre utilisant un électro-aimant avec supraconductibilité. 25 Dans la figure 3 est prévu un cylindre 17 résistant à la pression qui correspond sensiblement au cylindre formé par les disques 4 et le tube 5 dans les figures 1 et 2, mais qui a une résistance telle qu'il soit à même de résister à la forte pression hydrostatique de la mer régnant à grande profondeur. Pour le rai-30 dissement, il a été prévu en outre des contreforts 18. L'électro-aimant se compose.d'un bobinage 19 qui se trouve dans un réservoir 20 rempli d'hélium. Un liquéfacteur d'azote 21 refroidit un écran de rayonnement de la chaleur qui n'est pas représenté, et un réfrigérateur 22 sert au refroidissement du bain d'hélium se trouvant 35 dans le réservoir 20. Les conduites de connexion entre le réservoir 20, le liquéfacteur d'azote 21 et le réfrigérateur 22 sont indiquées par les canalisations 23 à 26 représentées de façon schématique . La figure 4 représente d'une manière plus schématique la 40 forme du bobinage 19 vu en perspective. 72 09400 2130381 La figure 5 représente une disposition pour les aimants permanents 27 lorsqu'on l'utilise ceux-ci à la place de l'aimant 6 des figures 1 et 2. Les aimants permanents 27 en forme de baguettes sont placés les uns à côté des autres, à peu près dans le 5 sens des rayons du tambour, de manière que des pôles de même signe soient orientés suivant la même direction radiale. De cette façon, il se forme un champ magnétique qui permet des forces d'attraction particulièrement puissantes. En raison du voisinage des pôles de même nom, il se produit, naturellement, des forces inten-10 ses de répulsion, de sorte qu'il faut maintenir les aimants permanents 27 avec une force correspondante dans la position d'assemblage. A cette importance, un peu accrue, des dépenses pour les moyens mécaniques s'oppose l'avantage qu'il n'y a plus besoin d' une enceinte résistant à la pression, le dispositif comprenant les 15 aimants permanents 27 pouvant être exposé directement à l'eau. De ce fait, les faces polaires des aimants permanents 27 peuvent se trouver placées étroitement l'es unes près des autres sur la paroi intérieure du tambour 9, de sorte qu'il en résulte de faibles distances entre les aimants permanents 27 et les nodules 13 contenant 20 du manganèse à attirer, et par conséquent de grandes forces d'attraction. Les aimants permanents 27 ont une force coërcitive de préférence supérieure à 50 kg. Ils peuvent par exemple être cylindriques et avoir un diamètre de 2 cm et une longueur de 15 cm. La figure 6 est une vue dans le sens de la flèche VI de 25 la figure 5. On voit que les pôles Nord sont distribués de façon régulière. La figure 7 représente un exemple de réalisation qui correspond sensiblement à celui des figures 1 et 2, les éléments semblables étant de ce fait désignés par les mêmes références. Dans 30 cet exemple de réalisation, il a toutefois été prévu, sur le cadre 2, un bras 28 sur lequel se trouve, au-dessus du tambour 9, un corps à pouvoir ascensionnel. Ce corps à pouvoir ascensionnel est d'une taille.telle que la pression d'appui du tambour 9 ou de ses saillies ÎO sur le fond 12 de la mer suffise juste à faire tourner 35 leNtambour. Une autre différence entre l'exemple de réalisation selon la figure 7 et celui de la figure 1 consiste en ce qu'une pièce d'embouchure et d'aspiration 30 est disposée sur la partie descendante du tambour 9 en cours de mouvement. Dans cette région, les nodules contenant du manganèse tombent vers le bas dans la 40 pièce d'embouchure et d'aspiration 30,. de préférence en étant 72 09400 8 2130381 enlevés de la surface par un grattoir 31 placé sur la partie descendante du tambour 9 en cours de mouvement. La figure 8 représente un exemple de réalisation avec plusieurs tambours 32, 33,. 34 et 35 qui sont disposés les uns der-5 rière les autres dans le sens de la marche, à l'intérieur d'un . cadre. Les aimants 37 à 40 prévus dans les différents tambours sont chaque fois décalés par rapport aux aimants des autres tambours voisins, de manière que le fond de la mer soit exploré sur toute sa surface. 10 ' Entre les tambours 33 et 34 se trouve un dispositif 41' destiné à remuer le sol, en forme de râteau dont les dents s'engagent dans le fond de la mer, ce par quoi les nodules contenant' du manganèse qui sont à une profondeur plus grande et qui ne peuvent pas de ce fait être soulevés par les tambours 32 et 33 qui 15 sont à l'avant dans le sens de la marche, parviennent à la surface et sont ainsi soulevés par les tambours 34 et 35 qui viennent à la sui te. La figure 9 représente une disposition avantageuse des pièces d'embouchure et d'aspiration 42 directement dans la région 20 axiale d'aimants 43, De cette façon, on a la certitude que l'effet d'aspiration le plus intense des pièces d'embouchure et d' aspiration 42 se produise dans la région des aimants 43. COPY 72 09400 9 2130381 REVENDICATIONS 1.- Un dispositif servant à recueillir,au fond des océans, des matières premières aimantables, en particulier des nodules contenant du manganèse, ce dispositif comprenant un dispositif de soulèvement pour détacher du fond de la mer la matière première 5 aimantable et un dispositif transporteur pour le transport de la matière première soulevée "depuis le dispositif de soulèvement jusqu'à la surface de la mer, caractérisé en ce que le dispositif qui sert à soulever .la matière-première aimantable et à la détacher du fond de la mer se compose d'un tambour magnétiquement non con-. 10 ducteur monté à rotation autour d'un tourillon horizontal et roulant au-dessus du fond de la mer, avec dans ce tambour un aimant qui s'étend vers le hau-t à partir de la partie la plus basse du tambour, sur une partie de la périphérie de ce dernier, en étant à proximité immédiate de la paroi intérieure du tambour, le dis-15 positif de transport vers la surface recueillant dans la région de l'extrémité de l'aimant, ôu; en aval de celle-ci, les particules de matière première aimantables entraînées sur'la surface du tambour. 2.- Un dispositif selon, la revendi cation, 1 caractérisé en 20 ce que le tambour est guidé de façon à se déplacer à une certaine distance au-dessus du fond de la ner. 3.- Un dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que, pour le maintien de la distance du tambour, sont prévues des saillies latérales dont le diamètre est plus grand que le dia- 25 mètre du tambour. 4.- Un dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que, pour l'entraînement des saillies et par conséquent pour assurer la rotation du tambour, les saillies sont munies de dents. 5.- Un dispositif selon la revendication 1 caractérisé en 30 ce que le dispositif de transport vers la surface se compose, d' une manière en elle-même connue, d'un tube élévateur- dont la pièce d'embouchure et d'aspiration est placée dans la région de l'extrémité de l'aimant, ou en aval de cette extrémité. 6.- Un dispositif selon la revendication 1 caractérisé en 35 ce que le pôle Nord et le pôle Sud de l'aimant sont allongés dans le sens du mouvement du tambour. ^ 7.- Un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que plusieurs aimants sont disposés les uns à côté des autres dans le tambour cependant que, dans le sens COPY 72 09400 10 2130381 de l'axe du tambour, les pôles Nord et Sud alternent. 8.- TJn dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'aimant est un électro-aimant avec bobinage refroidi supra-conducteur. 5 9.- Un dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'à l'intérieur du tambour sont prévus des moyens de refroidissement du bobinage "de. l'électro-aimant. 10.- Un dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'aimant est formé de plusieurs aimants permanents indivi- 10 duels de grande force coërcitive, les pôles de même signe étant dirigés vers la paroi extérieure du tambour et séparés par de fai' bles intervalles. 11.- Un dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que plusieurs tambours dont les axes sont parallèles sont pla- 15 cés les uns derrière les autres dans le sens de la marche, un dispositif servant à remuer le terrain du fond de la"mer étant prévu entre au moins deux tambours successifs. 12.- Un dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'un organe faisant office de grattoir est prévu devant 20 la pièce d'embouchure et d'aspiration du tube de transport vers la surface. 13.- Un dispositif selon la revendication 12 caractérisé en ce que, lors de l'utilisation de plusieurs aimants placés les uns à côté des autres dans le sens de 1'axe du rouleau, on dispo- 25 se au-dessus de chaque aimant une pièce d'embouchure et d'aspiration d'un tube de transport vers la surface. 14.- Un dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'entre le dispositif de soulèvement et le dispositif de transport vers la surface est placé un broyeur. 30 15.- Un dispositif selon la revendication 10 caractérisé en ce que les aimants permanents sont fixés directement contre la paroi intérieure du tambour, et tournent avec ce dernier, un organe faisant office de grattoir étant prévu devant la pièce d'embou chure et d'aspiration du tube de transport vers la surface.