Brevet FR2363754A1 — publié le 19780331

La présente invention est relative à une enceinte flottante, fabriquée à partir d'une jupe et destinée au stockage d'une masse dieau chaude placée en flottation dans une masse d'eau froide. Elle permet de supprimer la plupart des travaux d'infrastructure et de construction, sachant qu'au-dessus de 40 C l'eau chaude est plus légère que l'eau froide et que l'eau est unassez médiocre conducteur de la chaleur puisque sa conductibilité thermique est quatre fois plus réduite que celle du beton et seulement vingt-cinq fois supérieure à celle des meilleurs isolants thermiques connus. Une masse d'eau chaude retenue en flottation dans une masse d'eau froide tend à se refroidir par les échanges thermiques qui prennent place sur les surfaces latérales et inférieures. Ces échanges sont accélérés par les courants de convection formés dans l'eau froide. La présente invention a pour but de freiner les échanges thermiques par un dispositif assurant l'isolation des limites latérales de la masse d'eau chaude tout en empêchant la formation des courants de convection sous la surface inférieure. En effet, des débordements verticaux de la jupe en-dessous de la masse d'eau chaude permettent la constitution de couches horizontales dont le gradient de densité correspond au gradient de température et ou la convection est inhibée. Dans ce cas, les échanges thermiques ne se produisent plus que par conduction et sont bien inférieurs à ceux que provoquerait la convection. Il est nécessaire que des enceintes flottantes réalisées à partir de la jupe puissent resister aux déformations et aux contraintes mécaniques auxquelles elles sont soumises du fait des mouvements de la mer et d'eventuelles opérations d'échouement. Il faut de plus qu'elles soient aises à transporter et à mettre en place. La masse d'eau chaude ayant une densité inférieure à celle de lteau froide, maintient l'enceinte de stockage de l'eau chaude en extension par pression hydrostatique, d'où la nécessité de conferer à la jupe une résistance maximale à l'éclatement. Plus précisément, pour une jupe de 50 m de diamètre et de 5 m de hauteur immergée, contenant de l'eau douce à 850 C, flottant dans l'eau de mer, la pression sera de l'ordre de 500kg/m linéaire de périmètre. La présente invention propose de realiser une jupe, utilisable pour une enceinte flottante destinée au stockage et à l'isolation d'une masse d'eau chaude placée en flottation dans une masse d'eau froide, dont certaines des caractéristiques essentielles sont les suivantes : - La jupe est placée verticalement autour de lamasse d'eau chaude à isoler et est autoportante dans la masse d'eau froide porteuse grâce a des éle- ments de flottabilité qui compensent son propre poids, y compris celui du lest. - La jupe est étanche afin d'empêcher la pénétration de l'eau froide, qui peut être de l'eau de mer, dans la masse d'eau chaude en flottation, qui peut être de l'eau douce, ou inversement, pour empêcher l'eau chaude conte nant des éléments nocifs de souiller l'eau froide dans laquelle elle est en flottation. - La jupe est isolante afin de limiter les échanges thermiques entre les deux masses d'eau. - La jupe déborde au-dessous de la surface inférieure de la masse d'eau chaude a isoler pour maintenir stagnantes les couches d'eau froide porteuse. Il est remarquable que tous les modes de réalisation d'une jupe conforme à l'invention sont caractérisés par la nécessité d'une plus grande masse de matériaux d'isolation et de ceinturage vers la surface de la masse d'eau chaude que vers le lest. Ainsi, la coupe d'une jupe conforme à l'invention aura sensiblement la forme d'un V à la pointe duquel est attaché le lest. Cette forme typique des jupes réalisées conformement à l'invention s'oppose a celle des jupes de piscines flottantes à parois souples, pour lesquelles une dispersion de l'eau chaude dans l'eau froide par un chenal latéral est admise et même provoquée potréviter tout risque d'eclatement. Pour des piscines flottantes, il suffit d'utiliser des toiles lestées de même hauteur, installées verticalement à une certaine distance les unes des autres.On obtient ainsi, grâce à l'arrêt des courants horizontaux, un effet isolant suffisant compte tenu de ce que l'eau de la piscine est à une température de 250 C maximum. Par ailleurs, une jupe de ce type est très fragile aux mouvements de houle qui peuvent la déteriorer. Les modes de réalisation de la présente invention s'écartent des fabrications connues de piscines flottantes du fait de la température de l'eau (850 C) qui impose une isolation et une résistance a l'éclatement non négligeable. Plus precisenlent,, les matériaux d'isolation disposés du côté de l'eau chaude sont séparées par une surface étanche des matériaux de ceinturage, sur lesquels ils s'appuyent et qui sont disposes du côte de l'eau froide. En outre, bien que la jupe réalisée selon l'invention puisse être très gé neralement utilisée pour le stockage de liquides de densité plus faible que le liquide dans lequel ils sont en flottation, par exemple de l'eau douce ou des hydrocarbures dans de l'eau de mer, la présence de matériaux d'isolation la désigne spécialement au stockage de liquides à température plus elevée que le liquide dans lequel ils sont en flottation, ce qui peut permettre son utilisation pour des enceintes de stockage d'eaux industrielles chaudes qu'il importe de ne pas rejeter directement.En outre, comme l'eau présente autour de 40 C une inversion de densité, il est possible de stocker dans une enceinte réalisée à partir d'une jupe conforme a l'invention, une masse d'eau douce de température inferieure 40 C dans une masse d'eau de mer plus chaude. Ce cas peut se présenter lorsque l'enceinte reçoit de l'eau douce provenant de la fonte d'un iceberg. Selon un premier mode de réalisation de llinvention, la jupe se compose essentiellement d'un treillis vertical dont-les mailles sont d'autant plus resserrées que l'on s'approche de la surface de l'eau, d'une toile verticale d'étanchéité plaquée sur le treillis par la pression hydrostatique exercée par la masse d'eau chaude, et, enfin de feuilles verticales de feutre assurant l'isolation thermique et disposées les unes sur les autres du côte de la toile verticale d'étanchéité oppose au côté par lequel elle s'appuye sur le treillis. En effet, une isolation thermique latérale est assurée de façon satisfaisante par des plaques de feutre de fibres de matière plastique, non tissées, telles que du polypropylène de quelques centimètres d'epaisseur.Les feuilles isolantes de feutre dont les longueurs sont différentes, sont disposées en plus grande épaisseur près de la surface que vers le lest pour tenir compte du gradient de temperature. Selon unsecondmode de realisation de l'invention, l'étanchéité, l'iso -lation et une partie de la flottabilité sont assurées par un réservoir d'air de forme allongée. Ce réservoir d'air peut s'étendre entre les éléments supérieurs de flottabilité et le lest disposé dans la partie inférieure de la jupe; une variante de réalisation se caractérise par un réservoir d'air de forme allongee s'étendant de la surface de la masse d'eau chaudeaux moyens de fixation du lest au reste de la jupe. Le réservoir d'air peut être cloisonné. La resistance à l'éclatement peut être assuree de diverses manieres, savoir - par un treillis vertical comme dans le mode de réalisation de l'invention précédemment décrit; une variante de réalisation, permettant de supprimer la toile étanche, consiste à noyer le treillis, constitue par exemple d'un tissu Xcord", dans une matière élastique étanche; - par un treillis vertical dans la partie supérieure de la jupe et par une toile verticale dans sa partie inférieure; - par un jeu de toiles verticales concentriques et de hauteurs differentes de façon a ce que l'épaisseur totale des toiles soit proportionnelle à la pres sion d'éclatement exercée par l'eau chaude sur la jupe et qui varie en fonc tion de la profondeur d'immersion. Etant donné que le niveau de la masse d'eau chaude, objet du stockage, est superieur a celui de la masse d'eau froide, il y a lieu de faire déborder la jupe au-dessus de la surface de l'eau froide ou d'utiliser les éléments de flottabilité pour assurer cette séparation. Selon l'invention, il est propose d'utiliser au moins un boudin gonflable auquel est suspendu la jupe. Selon un mode préférentiel de réalisation de l'invention, au moins une toile equatoriale, à laquelle est suspendu le reste de la jupe, est collée entre des boudins gonflables. Cette toile équatoriale peut en outre servir d'élément de ceinturage et/ou d'étanchéité, notamment lorsqu'elle contient noyé dans sa masse un treillis en tissu "cord". En outre, il est souvent avantageux de prolonger la partie inférieure de la jupe par une toile, le plus souvent etanche, pour faciliter dans la masse d'eau retenue à l'intérieur de l'enceinte fabriquée à partir d'une jupe conforme à l'invention, la constitution de couches horizontales dont le gradient de densité correspond au gradient de température, de telle façon que les échanges thermiques ne se produisent plus que par conduction. Une jupe composée d'élements identiques, assemblés bout-à-bout, peut être utilisée pour réaliser une enceinte flottante de stockage d'une masse d'eau chaude. Etant donné que les efforts de tension dans la jupe sont proportionnels au rayon de courbure de l'enceinte, la résistance à l'éclatement de la jupe est limite par la nature des matériaux utilisés; il est possible de ne pas utiliser une enceinte cylindrique mais une enceinte composée de demicercles disposés en "marguerite" dont les secteurs en nombre quelconque sont retenus par des élingues autour d'un "coeur" central matérialisé par un pieu ou une bouee. Une enceinte peut être aussi réalisée à partir d'un treillis orthogonal , composant un "coeur" carré ou rectangulaire suivant le plan d'eau disponible. L'invention- sera explicitée de façon purement indicative au cours de la description qui va suivre. Au dessin annexé donne uniquement à titre d'exemple non limitatif, La figure 1 présente une coupe d'une jupe réalisée selon l'invention, La figure 2 présente un autre mode de réalisation d'une jupe conforme à l'invention, La figure 3 présente une variante du mode de réalisation de l'invention montré à la figure 2, La figure 4 est une variante du mode de réalisation de l'invention montré à la figure 2, La figure 5 montre en perspective partiellement coupée l'utilisation d'une jupe pour la fabrication d'une enceinte flottante de stockage d'eau chaude. L'on trouvera in fine une nomenclature des différents repères utilisés au cours de la description. A la figure 1, on peut voir un élément de flottabilité, plus particuliere- ment un boudin gonflable (1), sur lequel s'appuye un treillis (2) en crin de polyester dont la partie supérieure est en forme de T. L'une des branches (3) de la barre du T est ligaturée au boudin gonflable (1), tandis que l'autre branche (4) soutient des feuilles de feutre (5) qui servent d'isolant à la masse d'eau chaude (6) par rapport à la masse d'eau froide (7). On remarque que les crins horizontaux (8) du treillis (2) sont plus rapprochés les uns des autres à la partie supérieure dudit treillis (2) que dans sa partie infe- rieure. L'espacement vertical entre deux crins horizontaux (8) s'accroît avec la profondeur d'immersion.A l'extrémité inferieure des éléments verticaux (9) du treillis (2) est suspendu un lest (10). Entre les feuilles de feutre isolant (5) et le treillis (2) est intercalée une toile étanche (11). L'isolation entre les masses d'eau chaude (6) et froide (7) due aux feuilles de feutre (5) tient compte du gradient thermique dans la mesure ou l'épaisseur totale desdites feuilles (5) est plus grande pres de la surface que vers le lest (11). A cet effet, les feuilles de feutre (5) sont de hauteurs différentes. A la figure 2, une toile equatoriale résistante (12) est intercale ou accrochée entre deux éléments de flottabilité ou boudins gonflables (13),(14). La tension assurée par le lest (15) placé à l'extrérnté inférieure de ladite toile (12) est suffisante pour éviter desdéformations de celle-ci. Par ailleurs, la résistance propre de la toile (12) est suffisante pour éviter un renforcement dans la partie inférieure contrairement à la zone située immediatement sous les boudins gonflables (13),(14) où elle est doublee par une série de toiles concentriques résistantes (16) qui peuvent être solidarisees à la toile équatoriale résistante (12) par des piqures. L'isolation thermique entre les masses d'eau chaude (18) et froide (19) est assurée par un réservoir d'air (17) de forme allongée, s'étendant sur toute la hauteur de la jupe et placé du coté de la masse d'eau chaude (18), à l'intérieur de l'enceinte. Ce réservoir d'air (17) accroît la flottabilité de la jupe. Sur la figure 3, on peut voir des éléments de flottabilité ou boudins gonflables (20),(21),(22) entre lesquels sont intercalées deux toiles équatoriales (23),(24) auxquelles est suspendu un portique (25). Le lest (26) est suspendu a un portique (27). Entre les portiques supérieur (25) et inférieur (27) sont disposés, en allant de l'eau froide (28) vers l'eau chaude (29), NOMENCLATURE 1. élément de flottabilité ou boudin gonflable 2. treillis 3,4.branches horizontales du treillis 5. feuilles de feutre isolant 6. eau chaude 7. eau froide 8. crins horizontaux du treillis 9. éléments verticaux du treillis 10. lest 11. toile étanche 12. toile eauatoriale resistante 13. 14. éléments de flottabilité ou boudins gonflables 15. lest 16. toiles concentriques resistantes 17. réservoir d'air 18. eau chaude 19. eau froide 20. 21. 22. éléments de flottabilité ou boudins gonflables 23. 24. toile équatoriale 25. portique supérieur 26. lest 27. portique inférieur 28. eau froide 29. eau chaude 30 toile résistante 31. toile étanche 32. feuilles de feutre isolant 33. toile équatoriale etanche 34. crins de tissu "cord" 35. matiere élastique 36. 37. réservoirs d'air 38. eau chaude 39. eau froide 40. eau chaude 41. eau froide 42. secteurs de l'enceinte 43. bouée centrale ou pieu 44. corps morts 45. fond du bassin 46. elingues radiales 47. côtes de l'enceinte 48. élingues horizontales 49. bords latéraux A interface REVENDICATIONS 1. Jupe placée verticalement autour d'une masse d'eau à isoler d'une autre masse d'eau dans laquelle elle est en flottation, en particulier une masse d'eau chaude dans une masse d'eau froide, caracterisée en ce que la jupe, étanche et isolante, déborde au moins par sa partie étanche au-dessous de la surface inferieure de la masse d'eau en flottation pour inhiber les mouvements de convection des couches d'eau porteuse. 2. Jupe selon la revendication 1 caractérisée en ce que sa coupe possède sensi blement la forme d'un V a la pointe duquel est attache un lest tandis qu'en tre la partie supérieure où est située au moins une partie des éléments de flottabilité, et ledit lest, sont disposes des matériaux d'isolation et de ceinturage en plus grande masse vers la surface de l'eau que vers le lest. 3. Jupe selon la revendication 2 caractérisée en ce que les matériaux d'isola- tion disposés du côté de l'eau en flottation sont sépares des matériaux de ceinturage sur lesquels ils s'appuyent et qui sont disposés du côte de l'eau porteuse, par une toile étanche. 4. Jupe selon la revendication 3 caractérisée en ce que l'isolation est assurée par un jeu de feuilles de feutre isolant et de hauteurs différentes de façon à ce que l'épaisseur totale de materiau isolant soit proportionnelle au gra dient de température. 5. Jupe selon la revendication 3 caractérisée en ce que au moins un réservoir d'air de forme allongée, s'etendant sur tout ou partie de la hauteur de la jupe assure l'etoncheite, l'isolation et une partie de la flottabilité. 6. Jupe selon la revendication 3 caractérisée en ce que le ceinturage est assuré par un jeu de toiles verticales concentriques et de hauteurs différentes de façon à ce que l'épaisseur totale des toiles soit proportionnelle à la pres sion d'éclatement exercée sur la jupe par la masse d'eau en flottation. 7. Jupe selon la revendication 3 caractérisée en ce que le ceinturage est assuré par un treillis vertical dont les mailles sont d'autant plus resserrées que l'on s'approche de la surface de l'eau. 8. Jupe selon la revendication 7 caractérisée en ce que le treillis vertical est noyé dans une matiere élastique étanche. 9. Jupe selon la revendication 3 caractérisée en ce que le ceinturage est assuré par un treillis vertical dans la partie supérieure de la jupe et par une toile verticale dans sa partie inférieure. lO.Jupe selon la revendication 2 caractérisée en ce que la flottation est assurée par au moins un boudin gonflable. (49) des côtés (47) sont renforcés et servent à l'accrochage des élingues horizontales (48) et à l'amarrage de l'enceinte flottante soit aux berges, soit au fond du bassin recevant la masse d'eau froide. Dans une enceinte conforme à l'invention, la jupe est maintenue en extension par la pression hydrostatique exercée par la masse d'eau en flottation qui tend à l'éloigner du "coeur". Cette pression donnée par la formule : dp - di p = h di ù h est la hauteur immergée de la jupe, dp la densité de la masse d'eau porteuse, et di celle de la masse d'eau isolée, tend à faire prendre une forme cylindrique à la jupe. Lorsqu'une masse d'eau douce chaude flotte dans une masse d'eau de mer froide qui peut être à une température de 25 C, cette température est aussi observée à la profondeur du lest, c'est-à-dire de 3 m à 5 m sous la surface. L'eau douce chaude à 85 C en surface à l'intérieur de l'enceinte n'est plus qu'à environ 50 C à l'interface A de l'eau de mer et de l'eau douce; dans une enceinte fabriquée à l'aide d'une jupe de 3 m de hauteur conforme à l'invention, l'interface serait de 2 m de profondeur. une toile résistante (30) qui évite un éclatement de la jupe sous la pression hydrostatique de l'eau chaude (29), une toile étanche (31), puis des feuilles de feutre isolant (32). La figure 4 présente un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel une toile équatoriale (33) sert à la fois d'élément de résistance et d'étanchéité. Plus précisément, la toile équatoriale étanche (33) est constituée d'un tissu "cord", c'est-à-dire de deux ensembles orthogonaux de crins (34), parallèles entre eux et noyés dans une matière élastique (35) qui maintient la cohésion des différents éléments. Ces crins (34) seront plus serrés dans la partie supérieure de la jupe que dans sa partie inférieure vers le lest. De chaque côté de la toile équatoriale (33) sont disposés des réservoirs d'air (36),(37) dont l'enveloppe est solidarisée, par exemple par vulcanisation,à la toile équatoriale (33). Le réservoir d'air (36) en forme allongée s'étend sur toute la hauteur de la jupe et est placé du côté de la masse d'eau chaude (38).Le réservoir d'air (37) en forme de boudin, placé vers l'extérieur de l'enceinte, du côté de l'eau froide (39), assure le complément de flottabilité nécessaire. Il est possible de prolonger la toile équatoriale (33) en matière élastique (35) par une toile étanche à l'extrémité de laquelle est placé le lest pour inhiber plus profondément les mouvements de convection dans la masse d'eau froide porteuse. Ainsi, le réservoir d'air (36) s'étend de la surface de l'eau chaude (38) aux moyens de fixation du lest, qu'il s'agisse d'une toile étanche ou de ligatures. A l'évidence, les dimensions d'une enceinte destinée au stockage de l'eau chaude ne permettent pas que la jupe soit construite d'un seul tenant. Elle sera fabriquée à partir d'éléments identiques, assemblés bout-à-bout par des ligatures. L'étanchéité pourra par exemple être assurée simplement par soudage des toiles ou avec un joint autoserrant par gonflage. La figure 5 présente une enceinte flottante destinée au stockage d'une masse d'eau chaude (40) dans une masse d'eau froide (41). Cette enceinte présente un nombre quelconque de secteurs (42) autour d'un "coeur" matérialisé par un pieu ou une bouée centrale (43), accroché à des corps morts (44) qui sont dispisés sur le fond du bassin (45) recevant la masse d'eau froide porteuse (41); des élingues radiales (46) retiennent les bords latéraux des secteurs (42). La figure 6 présente une enceinte flottante de dimensions quelconques de forme rectangulaire dont les côtés (47) sont constitués par des jupes conformes à l'invention. Un treillis horizontal ou "coeur" est constitué d'élingues horizontales (48) compensant l'effort d'éclatement des parois. Les bords latéraux 11.Jupe selon la revendication 10 caractérisée en ce que une toile équatoriale, a laquelle est suspendu le reste de la jupe, est collée entre des boudins gonflables assurant la flottation. 12.Jupe selon la revendication 11 caractérisée en ce que la toile équatoriale collée entre les boudins gonflables assurant la flottation est un élément de ceinturage. 13.Jupe selon la revendication 11 caractérisée en ce que la toile équatoriale collée entre les boudins gonflables assurant la flottation est un élément d'étanchéité. 14.Enceinte flottante destinée au stockage d'une masse d'eau en flottation dans une masse d'eau porteuse caractérisée en ce qu'elle est assemble à partir d'eléments identiques de jupe selon l'une des revendications précé dentes. 15.Enceinte flottante selon la revendication 14 caractérisée en ce qu'elle presente des secteurs en nombre quelconque, retenus par des élingues autour d'un "coeur" matérialisé en particulier par un pieu, une bouee centrale ou un treillis rectangulaire.