Brevet FR2462698A1 — publié le 19810213

L'invention due à MM. CUVILLIER Roger, DRISSENNE Daniel, DUFORT Jacques, LARROSSE Philippe et PIRARD François dans le cadre des travaux qui leurs ont été confiés par le demandeur se rapporte à un procédé de prélèvement d'eau d'émergence en fonds immergés et notamment en fonds marins ainsi qu'aux moyens de mise en oeuvre. L'expérience montre qu'il n'existe actuellement aucun moyen connu permettant de sonder et de capter aisément des eaux en fonds immergés et notamment en fonds marins et sableux susceptibles de receler des sources d'eau douce. L'invention a pour objet un procédé de sondage et de captage d'un milieu en fond immergé et notamment d'eau douce en fond marin caractérisé en ce que le prélèvement s'effectue au moyen d'une capacité intermédiaire et d'une capacité de pré lèvement sans perturbation du milieu environnant par contrôle de la vitesse du remplissage de la capacité de prélèvement. Ainsi même lorsque le milieu environnant est l'eau de mer et que les prélèvements sont effectués au dessous du fond marin et à faible distance de ce fond, les prélèvements sont toujours inaltérés et caractéristiques de la zone particulière où la sonde a été enfoncée. Un autre objet de l'invention est un procédé de ce type selon lequel la pénétration de l'eau de prélèvement ou du milieu quelconque prélevé : eau par exemple chargée de diverses substances à l'endroit du sondage, est contrôlée par un moyen de repèrage visuel et par règlage de la pression interne de la sonde par rapport à la pression ambiante. Ce procédé à l'avantage de régler le débit d'eau captée en dessous du fond immergé et par conséquent d'éviter toute pénétration brusque dt milieu capté, quel que soit l'écart initial entre la pression des capacités de la sonde et celle du milieu environnant. De ce fait le prélèvement s'effectue sans perturber ni la zone de sondage ni les zones adjacentes. On peut ainsi effectuer des prélèvements purs et exploiter les résultats d'une analyse précise. Un autre objet de l'invention est un moyen de mise en oeuvre de ce procédé caractérisé en ce que la sonde comporte un réservoir de prélèvement faisant corps avec le tube de sondage proprement dit, constituant une capacité intermédiaire, ce tube comportant une extrémité inférieure éffilée pourvue d'une crépine et d'un clapet à ouverture contrôlée, interdisant toute pénétration dans la sonde au cours de l'enfoncement de celle-ci au niveau voulu. Un autre objet de l'invention est une sonde capteur de ce type dont le réservoir de prélèvement est disposé à une certaine distance en dessous de l'extrémité supérieure du tube, le réservoir communiquant d'une part directement avec le tube à son niveau inférieur et d'autre part avec la partie supérieure du tube au moyen d'un canal pourvu à sa partie supérieure d'une vanne de contrôle et d'évacuation de l'air contenu dans la sonde. On dispose ainsi d'un moyen simple et efficace du contrôle de la pression interne de la sonde permettant de régler l'équi- libre des pressions interne et externe pour le contrôle de l'admission dans l'extrémité crépinée du tube en vue du remplissage lent et progressif du réservoir de prélèvement, la vitesse de remplissage pouvant être accrue ou diminuée à tout moment selon les conditions du milieu. Un autre objet de l'invention est de faciliter les prélèvements dans le cas de sources diffuses par séparation de la capacité intermédiaire et de la capacité de prélèvement, la capacité ihtérmédiaire à fond ouvert coiffant une surface déterminée du lieu à émergence diffuse. On profite donc de la diffusion et de la section relativement large de la capacité intermédiaire pour chasser progressivement à l'aide de valves et sans turbulence l'eau du milieu environnant contenu primitivement dans la capacité intermédiaire et jouant le rôle de cloche, le prélèvement proprement dit s'effectuant de préférence par aspiration du liquide contenu dans la capacité intermédiaire fixe et au moyen d'une capacité séparée. D'autres objets et caractéristiques apparaîtront au cours de la description suivante faite en référence aux dessins annexés qui représentent à titre d'exemples non limitatifs un mode de réalisation d'un capteur sonde et de quelques variantes. Sur les dessins La figure 1 est une vue schématique en élévation et en coupe axiale du capteur sonde, La figure 2 une représentation schématique d'une variante de l'appareil après enfoncement dans le fond marin, La figure 3 la représentation schématique de la partie supérieured'une seconde variante de la sonde, La figure 4 une vue schématique d'un capteur adapté au cas d'une émergence diffuse et La figure 5 une variante du capteur pour émergence diffuse. Le capteur sonde représenté figure 1 est constitué d'un tube cylindrique 1 dont l'extrémité inférieure 2 comporte une partie effilée 3 facilitant l'enfoncement du tube et une cré- pine formée d'une grille 4 entourant un canal de captage 5, quatre ouvertures 6 pratiquées dans la pièce 2 mettant en communication le canal 5 et le milieu dans lequel le capteur sonde est enfoncé. Un clapet 7 reposant sur le siège conique 8 contrôle la mise en communication du canal 6 débouchant dans la chambre de logement 9 du clape-t 7 avec la capacité interne 10 du tube 1 constituant une capacité intermédiaire. Le clapet 7 est fixé, par exemple au moyen de l'écrou 17, à l'extrémité inférieure d'une tige 11, l'extrémité supérieure de la tige portant une pièce 12 servant d'appui à un ressort de rappel 13 comprimé entre la pièce 12 et la tête de guidage 14. Un joint torique 15 assure l'étanchéité de la partie su périeure de la sonde. Un chapeau 16 vissé sur la partie cylindrique 18 de la tete 14 permet le réglage-de l'ouverture et de l'application du clapet 7 sur son siège 8. Un étrier 19 fixé sur une bride de la tete de guidage 14, au moyen des boulons 20 permet de limiter le dévissage du chapeau 13 et par conséquent la course du clapet 7. Sa forme est appropriée au mode d'enfoncement du tube 1 dans le fond immergé et peut dans l'exemple représenté recevoir l'application d'une masse. Une oreille 21 ou tout autre moyen de prise peut etre utilisée pour le retrait de la sonde. ne partie 22 du tube 1 est enfermée dans le réservoir de prélèvement 31 et comporte une ouverture 23 à son extrémité inférieure et une ouverture 24 à son extrémité supérieure, mettant en communication directe la capacité intermédiaire interne 10 avec le fond et le sommet du réservoir 31. Une canalisation transparente 25 relie le raccord coudé 26 situé au niveau de l'ouverture 23 à un raccord 27 à trois voies connecté d'une part au raccord supérieur 28 assurant la communication avec la partie supérieure de la capacité intermédiaire 10, et d'autre part à une vanne 29 commandée par la manette 30 contrôlant la communication avec le milieu ambiant. Le chapeau 16 étant supposé dévissé, le ressort 13 entraîne l'application du clapet 7 contre son siège 8. La vanne 29 étant supposée fermée, la sonde peut être enfoncée par tout moyen dans le fond immergé à l'endroit choisi. La sonde est enfoncée de préférence jusqu'à ce que le fond du réservoir de prélèvement 31 s'applique contre le fond immergé comme représenté figure 2. Le fond du réservoir peut être renforcé à cet effet. Dans ces conditions, c'est-à-dire la vanne 29 étant toujours maintenue fermée, on visse très légèrement le chapeau 16 afin d'écarter très faiblement le. clapet 7 de son siège 8 et d'éviter toute introduction massive de l'eau ou du milieu capté. L'eau ainsi captée comprime progressivement le volume d'air emprisonné dans la sonde et permet d'écarter progressivement le clapet de son siège. Lorsque la pression d'air enfermée équilibre la pression de l'eau captée il suffit d'ouvrir très faiblement la vanne 29 pour laisser échapper l'air comprimé à la partie supérieure de la sonde. Le tube transparent 25 permet aisément de contrler le remplissage progressif du réservoir 31 et d'éviter toute échappée de l'eau captée dès que le réservoir 31 est rempli par fermeture de la vanne 29. Après fermeture du clapet 7 par dévissage du chapeau 16 la sonde peut être remontée en surface, le volume capté pouvant être suffisamment grand en raison des dimensions du réservoir de prélèvement 31 pour procéder àbtoutes les analyses désirées. Afin d'éviter toute pénétration intempestive d'eau par l'orifice de la vanne 29 l'orifice est formé d'un capillaire très fin empêchant toute venue d'eau au cours de l'évacuation lente de l'air comprimé. Lorsque le niveau de captage est tel que la pression du milieu empêcherait une pénétration lente de l'eau de captage on descend la sonde après avoir mis la capacité intermédiaire 10 en surpression, la vanne étant fermée et le chapeau 16 dévissé comme précédemment. Après enfoncement de la sonde et écartement du clapet 7 par vissage du chapeau 16, l'air comprimé s'échappe et diffuse dans le sol généralement sableux jusqu'à équilibrage de la pression interne de la sonde avec la pression ambiante. Le contrôle de la décompression de la sonde s'effectue alors en ouvrant légèrement la vanne 29 dont la sortie capil laire évite, au niveau considéré, toute pénétration d'eau et permet un contrôle précis de la décompression. L'opération s'achève comme dans le cas où la sonde a été descendue avec sa capacité intérieure à la pression atmosphèrique. Si l'on craint de perturber le fond par la dissufion d'air comprimé on peut n'écarter le clapet 7 qu'après ouverture de la vanne 29 et jusqu'à l'obtention d'un équilibrage des pressions. On est ainsi certain de ne pas perturber la nappe aqui fère dans le sol. Dans la variante représentée figure 2 la tige de commande 11 du clapet 7 de la figure 1 a été supprimée et le clapet remplacé par le clapet 32 soutenu par le ressort 33. Ce res wsort est juste suffisant pour soulever le clapet 32 hors de son siège 34 en cas d'éqlilibre des pressions entre la capacité intermédiaire interne 35 close par la cloison 36 et par la vanne 29. Un réservoir 37 d'air comprimé communique avec l'es pace 35 en ouvrant la vanne 38 d'un canal 39 reliant le réser voir 37 et la capacité intermédiaire 35. Lorsque l'on désire utiliser cette sonde on applique le clapet 32 sur son siège 34 par ouverture de la vanne 38 ce qui entraîne, avec l'éva- cuation d'une petite quantité d'air, l'application du clapet 32 contre son siège 34.On peut alors refermer la vanne 38 puis enfoncer la sonde dans le fond immergé. La décompression s'opère par l'ouverture lente de la vanne 29 de sorte que l'eau sous pression pénètre progressivement dans la capacité intermédiaire 35 par la crépine 4 en soulevant le clapet 32. Lorsque le réservoir de prélèvement 31 est rempli, il suffit de refermer la vanne 29 et d'ouvrir à nouveau la vanne 38 de façon à maintenir fortement le clapet 32 sur son siège 34; de refermer éventuellement la vanne 38 et de remonter la sonde. I1 va de soi que le réservoir 37 peut aussi être supprimé et remplacé par exemple, comme dans le mode de réalisation de la figure 3 par unie bouteille d'air comprimé amovible 39 se vissant dans un raccord 40 à l'extrémité supérieure de la ca pacité 35. La vidange de bouteille de ce type est obtenue par un complément de serrage sur l'écrou 41. On peut avant descen te de la sonde mettre la capacité intermédiaire 35 en surpression soit au moyen d'une telle bouteille que l'on remplace après fermeture du clapet 32 de façon à refermer le clapet 32 lors de la remontée de la sonde soit par tout autre moyen.On peut utiliser par exemple avant la fixation de la bouteille 39, une source d'air comprimé quelconque que l'on connecte au raccord 40 pourvue d'un clapet de façon à fermer d'abord le clapet 32 semblable à celui de la figure 2, puis on peut visser la bouteille 39 qui joue le rôle du réservoir 37 et de la vanne 38 lors de la remontée de la sonde. Ainsi aprèsavoir rempli le réservoir de prélèvement 31 on procède à la fermeture du clapet 32 par vidange de la bouteille 39 que l'on déclenche par un simple complément de serrage. Dans ces variantes l'extrémité supérieure des tubes peut aussi être conçue pour recevoir l'application d'une masse lors de l'enfoncement de la sonde. La même méthode est utilisée en cas d'émergences diffuses. A cet effet les capacités intermédiaires 10 et 35 des sondes représentées figures 1 à 3 sont remplacées par une capacité intermédiaire de plus grande section à fond ouvert représentée en 42 figure 4. Cette capacité peut être enfoncée sur une profondeur donnée en prévoyant une collerette 43 prenant appui sur le fond où se produit l'émergence diffuse. L'extrémité inférieure de la capacité 42 peut comporter des dents 44 facilitant sa péné- tration par simple rotation autour de l'axe 45. La capacité intermédiaire cylindrique 42 comporte au dessus de la collerette 43 au moins une ouverture 46, deux dans l'exemple représenté et, normalement obturées par des clapets que l'on a représenté en 47 sous la forme de simples membranes. Ces membranes s'appuient dans l'exemple considéré sur une ceinture en élastomère 48 dans laquelle ont été pratiqués des orifices 49 en regard et plus petits que les ouvertures 46.Les membranes 47 sont maintenues au moyen d'une simple languette 5Q afin de permettre une mise en communication extrèmement souple de l'espace intérieur à la capacité 42 avec le milieu ambiant. Selon la dimension de la section du cylindre de la capacité intermédiaire 42 sa partie supérieure peut être obturée par une simple plaque de gomme 51 si la section est petite et si la section est relativement importante par un plateau rigide dont le centre comporte tout moyen de fixation 53 d'une plaque de gomme 52 d'épaisseur suffisante. Celle-ci se trouve appliquée de façon étanche entre le bord supérieur de la partie étroite et filetée 54 du réservoir et le collier à bride 53 servant de moyen de fixation. Des bras 55 servent à la manipulation du réservoir. Ayant enfoncé la partie inférieure du réservoir intermédiaire 42 jusqu'à la collerette 43 au lieu d'émergence, le réservoir primitivement empli du milieu ambiant capte l'eau d'émergence. Sous la pression de cette eau, eau douce par exemple en milieu marin, un partie de l'eau de mer contenue dans le réservoir 42 s'échappe par les orifices 46 en repoussant légèrement les membranes 47 qui peuvent etre aussi en élastomère de façon à s'écarter sous une faible différence de pression entre le milieu interne et le milieu externe. La circulation s'effectuant toujours dans le meme sens et la densité de l'eau douce étant plus faible que celle de l'eau de mer on parvient assez rapidement à remplir tout le réservoir intermédiaire 42. Le réservoir de prélèvement a été représenté en 56 sous la forme d'une seringue de grande capacité pourvu du piston 57, de sa tige de commande 58 et d'une aiguille de prélèvement 59. la plaque obturatrice supérieure 52 du réservoir intermédiaire 42 étant en gomme ou similaire l'aiguille biseautée 59 pénètre dans la gomme en repoussant les lèvres de l'ouverture qu'elle provoque tout en assurant une parfaite étanchéité avec les milieux en présence. Après insertion de l'aiguille à travers la plaque 52 il suffit de tirer la tige 58 pour remplir le réservoir de prélèvement 56 à l'allure désirée la plus voisine du débit de l'eau d'émergence. I1 va de soi que ce prélèvement peut s'effectuer, meme au cours de la phase initiale, lorsque l'eau douce n'emplit qu'incomplètement le réservoir intermédiaire 42. Après prélèvement, les lèvres de l'ouverture provoquée par l'aiguille 59 se referment, l'étanchéité étant parfaite dès que la plaque 52 présente une épaisseur de quelques millimètres. Une variante de ce dispositif a été représentée à la figure 5 dans le cas où les prélèvements sont nombreux ou doivent présenter un certain automatisme. Le réservoir intermédiaire 60 dont la partie inférieure est du meme type que le réservoir 42 de la figure 4 est obturé à sa partie supérieure par une plaque solide 61 pourvue d'une ouverture 62 à laquelle se raccorde l'entrée 63 d'une vanne 64 dont la sortie 65 est raccordée à l'ouverture inférieure 66 du réservoir de prélèvement 67.Celui-ci est raccordé par une ouverture 68 de sa face supérieure 69 à une vanne 71 qui éventuellement peut autre reliée directement en surface à toute installation fixe ou mobile Utilisant un réservoir intermédiaire 60 du type comprenant des clapets, par exemple comme ceux représentés figure 4 en 47 il suffit après fermeture de la vanne 71 de mettre en communication le réservoir de prélèvement 67, contenant au préalable de l'air à la pression atmosphérique ou à très faible pression, avec le réservoir intermédiaire 60 pour effectuer le prélèvement désiré. Ce prélèvement a lieu à la vitesse voulue par réglage de l'ouverture de la vanne 64. Le remplissage complet du réservoir peut s'effectuer en ouvrant progressivement la vanne 71 afin d'éliminer l'air emprisonné dans le réservoir 67. Il va de soi que l'on ne sortirait pas du cadre de l1inven- tion en disposant des réservoirs intermédiaires 60 et de pré- lèvement 67 inséparables ou au contraire en rendant automatique le détachement du réservoir de prélèvement 67 du réservoir 60, une vanne non représentée pour la clarté du dessin obturant éventuellement le réservoir 60 afin d'éviter toute rentrée d'eau du milieu ambiant après détachement. De même les vannes 64 et 71 peuvent être commandées automatiquement de la surface et non par plongeur. Un canal 73 peut aussi assurer le transfert automatique en surface du liquide prélevé en 67 sans avoir à ramener tout l'ensemble 60-67 en surface lorsque les capacités intermédiaires et de prélèvement sont inséparables. REVENDICATIONS 10) Procédé de sondage et de captage d'un milieu en fond immergé et notamment d'eau douce en fond marin caractérisé en ce que le prélèvement s'effectue au moyen d'une capacité intermédiaire et d'une capacité de prélèvement sans perturbation du milieu environnant par contrôle de la vitesse de remplissage de la capacité de prélèvement. 20) Procédé tel que revendiqué en 1 selon lequel la vitesse de remplissage de la capacité de prélèvement est contrôlée par variation de la pression intermédiaire de ladite capacité. 30) Procédé tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications 1 et 2 selon lequel la capacité intermédiaire de la sonde est maintenue à la pression atmosphérique au cours de la descente de la sonde. 40) Procédé tel que revendiqué en 3 selon lequel on contre le la vitesse'd'introduction du milieu prélevé dans la capacité de prélèvement tout en laissant croître la pression de la capacité intermédiaire de la sonde. 50) Procédé tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications 1 à 4 selon lequel on contrôle l'introduction du prélèvement de la capacité intermédiaire par diminution de la pression de la capacité servant de prélèvement. 60) Procédé tel que revendiqué en 1 selon lequel on met la capacité'intermédiaire de la sonde en surpression par rapport à la pression au niveau de la zone de captage avant descente de la capacité intermédiraire de la sonde. 70) Procédé tel que revendiqué en 6 selon lequel on laisse échapper l'air en surpression à l'endroit du captage jusqu'à l'équilibrage de la pression interne de la capacité intermédiaire par rapport à la pression ambiante, puis on fait décroître la pression de la capacité de prélèvement. 80) Procédé tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications 1 à 7 selon lequel on diminue la pression de la capacité intermédiaire de la sonde par échappement contre d'air à un niveau supérieur à celui du captage. 90) Procédé tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications 1 à 8 dont l'accès de la capacité de prélèvement est contrôlé indépendamment des pressions interne et externe. 100) Procédé tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications 1 à 8 dont l'accès à la capacité de prélèvement est contrôlé exclusivement par la pression de ladite capacité de prélèvement. 11 ) Procédé tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications 1 et 2 selon lequel la capacité intermédiaire est mise en communication avec le milieu ambiant pendant tout. le captage. 120) Procédé tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications 1 et 2 selon lequel la capacité intermédiaire reste à une pression supérieure à la pression ambiante avant prélèvement. 130) Procédé tel que revendiqué dans 1 'une quelconque des revendications 11 et 12 selon lequel le remplissage de la capacité de prélèvement s'effectue. par aspiration contrlee du liquide contenu dans le réservoir intermédiaire. 140) Moyen-de mise en oeuvre du procédé revendiqué dans l'une quelconque des revendications 1 à 13 caractérisé en ce que ledit moyen comprend au moins une sonde proprement dite pourvue d'une capacité intermédiaire pour le captage de l'eau d'émergence, une capacité de prélèvement, un moyen de raccordement de la capacité de prélèvement à la capacité intermédiaire et un moyen de contrôle du remplissage de la capacité de prélèvement raccordée à ladite capacité intermédiaire. 150) Moyen de mise en oeuvre tel que revendiqué en 14 caractérisé en ce que le capteur sonde comporte en outre au moins un moyen effilé et crépiné pourvu d'un clapet donnant accès à l'extrémité inférieure d'un tube étanche fermé à son som- met et formant capacité intermédiaire, un moyen de controle de l'état de remplissage du tube, un moyen de contrôle de la diminution de la pression de la capacité intermédiaire du tube et un moyen de fermeture dudit clapet. 160) Capteur sonde tel que. revendiqué en 15 caractérisé en ce que le moyen de contrôle de l'état de remplissage est une canalisation transparente disposée en dérivation sur une portion de la partie supérieure du tube. 170) Capteur sonde tel que revendiqué en 16 dont la-partie inférieure de la canalisation transparente débouche sur la partie inférieure d'un réservoir de prélèvement entourant de façon étanche une partie du tube pourvue d'une ouverture d'accès au réservoir au niveau de fond du réservoir et d'une ouver ture d'accès au niveau de la partie supérieure du réservoir, la partie supérieure de ladite canalisation étant pourvue d'une vanne mettant en communication la canalisation et le milieu ambiant. 180) Capteur sonde tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications 15 à 17 dont le moyen de fermeture du clapet est une vanne mettant en communication un réservoir d'air comprimé et la capacité formée par le tube. 190) Capteur sonde tel que revendiqué en 18 dont le réservoir d'air comprimé est amovible. 200) Capteur sonde tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications 15 à 19 dont le clapet est sdutenu par un ressort au delà de son siège en absence de surpression dans la capacité du tube et appliqué contre son siège par la surpression. 21 ) Capteur sonde tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications 1S à 17 dont le moyen de fermeture du clapet est une tige manoeuvrée par vissage d'un chapeau servant de -butée à l'extrémité supérieure de la tige sollicitée par un ressort. 220) Capteur sonde tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications 15 à 21 dont l'extrémité supérieure de la sonde est renforcée pour recevoir l'application d'une masse. 230) Capteur sonde tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications 15 à 22 dont la vanne mettant en communication la canalisation de contrôle de l'état de remplissage du réservoir et le milieu ambiant est une vanne dont la sortie sur le milieu ambiant est formée d'un tube capillaire. 240) Capteur sonde tel que revendiqué en 14 dont le fond de la capacité intermédiaire est ouvert, la partie supérieure fermée et la paroi latérale pourvue d'au moins une ouverture équipée d'un clapet pour le passage du liquide vers -l'exté- rieure sous l'effet de la pression de l'eau d'émergence. 250) Capteur sonde tel que revendiqué en 24 dont la capacité auxiliaire de forme cylindrique est pourvue à sa base de dents de pénétration. 260) Capteur sonde tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications 24 et 25 dont la partie supérieure est fermée par une plaque d'un élastomère assurant l'étanchéité de l'ensemble capacité de prélèvement capacité intermédiaire, ladite capacité de prélèvement constituant une seringue à aiguille de prélèvement biseautée. 270) Capteur sonde tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications 24 à 26 dont les clapets de la capacité intermédiaire sont formés par des membranes d'élastomère s'appliquant contre une- ceinture d'élastomère entourant la capacité intermédiaire et pourvues d'orifices en regard des ouvertures de la paroi de ladite capacité. 280) Capteur sonde tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications 14 à 27 pourvu d'un moyen de manutention et d'un moyen limitant l'enfoncement. 290j Capteur sonde tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications 14 et 24 dont la paroi supérieure de la capacité intermédiaire est pourvue d'une vanne raccordée à la partie inférieure de la capacité de prélèvement elle-meme porteur à sa surface supérieure d'une vanne de contre. 300) Capteur sonde tel que revendiqué en 29 dont la vanne supérieure de la capacité de prélèvement est connectée à la surface par une canalisation.