Brevet FR2404584A1 — publié le 19790427

La présente invention concerne le génie minier marin et a notamment pour objet un dispositif de transport (manutention) de matériaux depuis le fond d'un bassin d'eau tel qu'un océan, une mer ou une étendue d'eau analogue. L'invention peut être appliquée avec un succès maximal à l'extraction des minéraux utiles, en particulier à l'extration des concrétions fer-mangénèse du fond de l'océan. Un autre domaine assez important d'application de la présente invention est la construction d'ouvrages hydrotechniques sous-marins. Au niveau actuel de développement de la technique, l'extration des minéraux utiles situés au fond des mers et des océans s'avère, dans certains cas, économiquement plus avantageuse que leur extraction à partir des gisements continentaux. Il est bien évident qu'au fur et à mesure du développement et du perfectionnement des techniques d'extration sous-marine et de l'appauvrissement des gisements terrestres ou de l'accroissement de la difficulté de leur exploitation, le poids spécifique des minéraux utiles des gisements sousmarins s 'accroitra continuellement. Les dernières recherches effectuées ont fait apparaître que certaines régions, situées à de grandes profondeurs, de la partie abyssale de l'océan présentent des perspectives favorables en ce qui concerne les recherches, l'exploration et l'exploitation ultérieure des gisements de minéraux utiles durs, y compris les concrétions fer-mangénèse. Toutefois, il est impossible d'aborder l'exploitation industrielle de tels gisements sans créer des dispositifs fondamentalement nouveaux, à haut rendement et efficaces pour le transport des minéraux utiles durs depuis le fond de l'océan. A l'heure actuelle, les minéraux utiles durs enlevés du fond au moyen de différents systèmes peuvent être amenés à un bateau de service par transfert forcé à l'aide de pompes immergées, par injection d'air sous pression (procédé dit "air-liftí'), ainsi que par des moyens mécaniques sous forme d'un tuyau porteur flexible sans fin équipé de godets. L'emploi des pompes immergées est limité, pour les grandes profondeurs , par l'absence, 8 l'heure actuelle, de moteurs électriques étanches suffisamment puissants pour l'actionnement de telles poupes. On applique très largement le procédé dit "air-lift" au moyen d'une tuyauterie avec des injecteurs disposés suivant sa hauteur pour amener l'air conprisé à l'aide durs d les minéraux utiles durs se trouvant sur le fond sont entraî- /nés et transportés le long de la tuyauterie jusqu'au bateau de service. Cependant, le procédé "air-liftt présente des inconvé- nients importants tels que le bas rendement et la haute consom- ptatfon d'énergie pour le transport des minéraux utiles dans le courant hydropneumatique . Ces derniers temps, le système de transport le plus largement employé se présente sous forme d'un câble sans fin auquel sont fixés des godets, Le câble de 40 de diamè- tre est fabriqué en nylon et conçu pour un effort de rupture de 20t. Lors de l'un des essais de ce système , le câble avait une longueur de 8200 i et portait 240 godets espacés l'un de l'autre à une distance de 25n et pouvant contenir chacun 45kg de concrétions. On connaît aussi une installation comprenant un tuyau porteur flexible sans fin fonctionnant suivant une trajec- toire fermée, conjointement avec un système se déplaçant sur le fond et servant au chargement du tuyau porteur. Un inconvénient commun des dispositifs de transport de ce type consiste en ce que leur rendement, leur fiabili té et la profondeur d'excavation des concrétions dépendent de la résistance mécanique du tuyau porteur flexible ce qui complique sa construction , élève le prix de revient du dispositif et augmente la consoiiation d'énergie pour le transport des concrétions. Le but de la présente invention est de supprimer les inconvénients ieztionnés On 'est proposé pour cela de mettre au point un dispositif de transport de matériaux depuis le fond des bassins d'eau, dont la construction assurerait une réduction des charges s'exerçant sur le tuyau porteur flexible lors du transport desdits matériaux. Ce problème est résolu du iait que dans un dispositif de transport de matériaux depuis le fond d'un bassin d'eau du type comprenant un tuyau porteur flexible constitué de sections, et des moyens de chargement desdites sections en matériaux et de déchargement de ces sections après leur sortie du bassin d'eau, suivant l'invention chaque section du tuyau porteur comprend au moins deux chambres , dont une chambre de chargement et une chambre formant flotteur à paroi étanche aux gaz et à l'eau, et il est en outre prévu un moyen d'amenée dosée des matériaux dans ladite chambre de chargement et un dispositif de remplissage de ladite chambre-flotteur avec du gaz au nouent du remplissage de la chambre de chargement et d'évacuation dudit gaz au moment de la sortie de la section hors du bassin d'eau Le dispositif proposé réduit considérablement les efforts et la consommation d'énergie nécessaires pour le transport des minéraux utiles durs depuis le fond du bassin d'eau. La construction du dispositif est fiable, simple et assure le transport des minéraux utiles durs avec un haut rendement , ce qui assure une réduction considérable du prix de revient de l'extraction des minéraux utiles. Le dispositif proposé pormet d'augmenter jusqu'à 6000m la profondeur à laquelle peut s'effectuer l'extraction des minéral utiles durs. Le corps de chacune des sections du tuyau porteur peut entre constitué d'une paroi pourvue de trous et comporter une cloison sous forme d'une grille ou autre paroi de séparation perforée analogue divisant la section en une chambre de chargement et une chambre -flotteur , cette dernière contenant alors une envel oppe étanche dont la partie ouverte est fixée sur ladite cloison Une telle solution constructive exclut la pénétration des minéraux utiles durs dans la chambre-flotteur lors de son déchargement sur le bateau de service et empêche l'échappement du gaz à partir de la chambre -flotteur pendant le transport des minéraux utiles. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à la lecture de la description détaillée suivante d'un exemple de réalisation non limitatif illustré par les dessins annexés qui représentent - la figure 1, une me schématique de principe du dispositif conforme à l'invention; -ila figure 2 , une vue d'ensemble du moyen de chargement des matériaux dans les section du tuyau porteur flexible; - la figure 3, une vue d'ensemble d'une section du tuyau porteur flexible;; - la figure 4 , une me de la section di tuyau porteur au moment de son immersion dans le bassin d'eau (coupe longitudinale); - la figure 5, une vue de la section du tuyau porteur avant sa sortie du bassin d'eau (coupe longitudinale); - la figure 6, une vue d'ensemble du moyen d'amenée dosée des matériaux et de l'air dais les sections du tuyau porteur (coupe longitudinale); - la figure 7, une vue de côté suivant la flèche A de la figure 6; - la figure 8, une vue en coupe suivant VIII-VIII de la figure 7;; Le dispositif comprend un tuyau porteur flexible 1 (figures 1 à 5) attaché au bateau de service 2, et un moyen 3 de chargement , dans le tuyau porteur 1, du mineral utile 4 enlevé préalablement du fond de l'océan à l'aide d'un organe d'excavation(non représenté). En outre, à bord du bateauservice 2 se trouve un moyen 5 de déchargement du tuyau porteur 1. Le tuyau porteur I comporte un cerps 6 constitué par une paroi, par exemple métallique ou synthétique , munie de trous et divisée en sections forant containers 7 (figures 4 et 5) . Chaque section 7 comprend deux chambres : une chambre de chargement 8 recevant une portion du minéral utile et une chambre forant flotteur 9 et dotée d'une enveloppe étanche 10. La partie ouverte de l'enveloppe 10 est fixée sur une cloison 11 sous forme d'une grille ou autre paroi de séparation perforée analogue séparant l'une de l'entre les chambres 8 et 9.Dans chaque section 7 est prévue une ouverture 12 de chargement d'une portion de minéral utile 4. De part et d'autre du corps 6 du tuyau porteur 1 il y a des nervures de guidage 13 à perforations 14, 15 (figure 3) dont les pas de disposition respectifs sont différents l'un de l'autre. Le moyen 3 de chargement dosé du minéral utile 4 dans les sections 7 du tuyau porteur 1 est réalisé sous forme d'un tambour 16 à dents 17 en prise avec les perforations 14 pratiquées dans les nervures 13. Dans le tambour 16 sont disposées radialement des chambres 18 dont les orifices d'entrée(non représentés) coïncident successivement , lors de la rotation du tambour 16, avec legorifices de sortie (non représentés) d'une trémie 19 pour le minéral utile 4, tandis que les orifices 20 de sortie des chambres 18 coInci- dent avec les ouvertures de chargement 12 des sections 7.Il est évident que la distance entre les orifices 20 de sortie des chambres 18 doit correspondre aux distances entre les fenêtres 12 des sections 7. Le tambour 16 tourne sur un axe 21 (figure 8) sur lequel est monté un manchon de distribution 22 relié à une conduite d'air 23. Pour l'åmenée de l'air comprimé à la chambre-flot- teur 9 lors du remplissage de la chambre de chargement 8, chaque chambre 18 est dotée d'une tubulaire d'air 24 raccordée à la conduite d'air 23 par l'intermédiaire du manchon de distribution 22 et d'une encoche 25 en forme de secteur pratiquée dans l'axe 21. L'axe 21 du tambour 16 et la trémie 19 reposent sur un cadre (non représenté) qu i peut être installé sur le moyen 3 de chargement du minéral utile 4 Avant leur chargement , les sections 7 du tuyau porteur 1 passent par un dispositif de guidage réalisé sous forme de rouleaux 26 serrant le tuyau porteur contre des galets d'appui 27 munis de dents 28 se trouvant en prise avec les perforations 15 des nervures 13. Les rouleaux 26 et les galets 27 peuvent être fixés par exemple sur le moyen 3 de chargement des sections 7 du tuyau porteur 1 (la fixation des rouleaux 26 et des galets 27 n'est pas montrée sur les figures). Le dispositif comprend aussi des sources d'alimen- tation en courant électrique et en air comprimé (non représentées) qui peuvent être disposées soit à bord du bateai- service 2, l'alimentation en énergie se faisant par un câble ou un flexible 29, soit sur les moyens d'excavation et de chargement du minéral utile 4 La commande du fonctionnement du dispositif peut être réalisée à distance depuis le bateau de service 2 ou bien automatiquement d'après un programme prescrit. Avant le début des travaux , le bateau-service 2 amène le dispositif proposé dans la région d'extraction du minéral utile 4 consistant par exemple en des concrétions fer-manganèse. On installe ensuite sur le fond les moyens d'excavation et de chargement des concrétions et on monte le tuyau porteur 1 de façon que les dents 17, 28 du tambour 16 et des galets 27 coïncident avec les perforations 14, 15 des nervures 13. Pendant le travail, les concrétions 4 arrivent dans la trémie 19. Lors de la rotation du tambour 16, les concr*- tions 4 remplissent successivement ses chambres 18. En passant sous le tambour 16, la chambre de chargement 8 conunique par l'ouverture 12 avec la chambre du tambour 16 et se remplit de concrétions 4.Le tuyau porteur 1 continuant de se déplacer autour du tambour 16, une portion de gaz, par exemple d'hydrogène, d'oxygène ou de tout autre gaz approprié en provenance d'une source correspondante d'alimen- tation en gaz gaz(non représentée) arrive dans la chambre flotteur 9 en passant par la conduite 23, le manchon de distribution 22 et la tubulure d'air 24 L'air arrivant successivement aux tubulures 24 lors de leur coincidence avec l'encoche 25 en forme de secteur a un volume suffisant pour remplir partiellement l'enveloppe étanche 10 de la chambre-flotteur 9. Le remplissage complet de l'enveloppe 10 de la chambre 9 se produit lors dq!La montée des sections 7 du tuyau porteur 1 à la suite de la diminution progressive de la pression hydrostatique de l'eau ambiante. Le tuyau porteur 1 continuant de monter, le gaz excédentaire s'échappe de la chambre 9 par l'ouverture de chargement 12. Ainsi, pendant le fonctionnement du dispositif, est assurée une flottabilité positive constante du brin montant du tuyau porteur 1, créant une traction pour le déplacement de tout le tuyau porteur 1. A l'arrivée des sections 7 chargées du tuyau porteur 1 à bord du bateau-service 2, le moyen 5 assure leur déchargement , la cloison Il empêchant alors les particules de concrétions 4 de la chambre de chargement 8 de pénétrer dans la chambre -flotteur 9. Les sections 7 déchargées du tuyau porteur 1 redescendent dans l'eau et ae dirigent vers le moyen 3 pour être chargées. Le brin en cours d'immersion du tuyau porteur I aequiert une flotta- bilité presque nulle, de sorte que l'effort nécessaire pour acheminer les sections 7 vides du tuyau porteur I vers le moyen de chargement 3 est insignifiant. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci -sont réalisées suivant ssn esprit et mises an oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. R E V E N D I C A T I O N S 1.Dispositif de transport ou de manutention de matériaux depuis le fond d'un bassin d'e tel qu'un océan , une mer ou analogue, duo type comprenant un tuyau porteur flexible, constitué de sections , et des moyens de chargement desdits matériaux dans lesdites sections et de déchargement de celles-ci après leur sortie dudit bassin d'eau , caractéri- sé en ce que chaque section du tuyau porteur comprend au moins deux chambres, dont une chambre de chargement et une chambre formant flotteur à paroi a matière étanche aux gaz et à l'eau et a ce qu'il est prévu des moyens pour l'amenée dosée des matériaux dans la chambre de chargement , ainsi que pour le remplissage de ladite chambre-flotteur en gaz au moment du remplissage de la chambre de chargement en matériaux et pour l'évacuation dudit gaz au moment de la sortie de la section hors du bassin d'eau. 2.- Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le corps de chacune desdites sections est constitué par une paroi pourvue de trous et comporte une cloison sous forme d'une gille ou autre paroi de séparation perferée analogue partageant l'enceinte intérieure de ladite section en une chambre de chargement précitée et a une chambre formant flotteur précité, cette dernière contenant une enveloppe étanche dont la partie ouverte est fixée à ladite cloison