Brevet FR2567204A1 — publié le 19860110

DISPOSITIF ELEVATEUR POUR LIQUIDE POLLUE EN SURFACE PAR UNE NAPPE D'HYDROCARBURES ET SA MISE EN OEUVRE La présente invention concerne un dispositif élévateur de liquide pollué par hydrocarbures. Le transfert d'un niveau à un autre s'avère généralement nécessaire lorsque l'on veut traiter des masses polluées, en vue de les débarrasser des charges qui les polluent ; le niveau bas est celui ou a lieu le captage du liquide pollué et le niveau haut, celui d'une installation d'évacuation ou de traitement de la masse captée, bac de décantation, par exemple Il en est ainsi, en parti culier, lorsque ltopXration s'effectue à bord d'un bateau, sur un fleuve ou en mer, ou sur toute pièce d'eau. Dans le cas des hydrocarbures, l'agent polluent, constitué d'huiles minérales naturelles, présente une densité qui ne dépasse pas, mSme pour les plus lourdes d'entre elles, la valeur unité (on peut admettre que 0,95 est une limite extrtme) et qui est inférieure è celle du liquide lLui-mime, de sorte qu'il forme, sur celui-ci, une nappe flottant à sa surface On l'a vu è maintes reprises, ces dernières années, lors d'avaries survenues à bord des 2Btankers8 de gros tonnage utilisés au transport du pétrole pétrole brut par voie maritime L'épaisseur de cette nappe varie avec de nombreuses facteurs réagissant les uns sur les autres, dont en premier lieu, naturellement, la quantité d'hydrocarbures répandue, la densité moyenne de ces hydrocarbures, leur viscosité, Be temps écoulé depuis le début de l'avarie, au cours duquel la nappe a pu gagner en extension, l'état d'agitation du liquide, dans le cas de la mer nDUamrnent9 etc. Quoiqu'il en soit, la situation est toujours, dans l'essentiel, la mme, à savoir celle de deux constituants séparés, l'un, le liquide, et Feutre, l'agent de pollution surnageant à sa surface. Cette situation est caractérisée, en outre, - par une faible miscibilité entre les constituants, laquelle a pour conséquence un état d'émulsion entre le liquide et les hydrocarbures apparaissant dès qu'une agitation leur est imposée, agitation naturelle comme mentionné plus haut ou, en aval, agitations diverses à l'intérieur des organes de transfert, - par une forte viscosité de l'agent polluant et - par la présence, quelquefois, de fragments solides au sein de l'ensemble, susceptibles d'apparattre d'eux-mbmes dans certaines conditions, de température notamment. Ces conditions amènent 9 rechercher pour ce transfert des dispositifs autres que ceux généralement prévus dans l'art connu, tels que les pompes notamment dans lesquels la voie suivie par l'ensemble liquide, agent polluant en état d'émulsion plus ou moins fort comporte des passages obligés de faible section, nécessitant une forte puissance des organes moteurs avec des risques d'encrassement importants, encrassement qui peut aller jusqu'au blocage pour de fortes viscosités. De telles pompes sont de plus, en général, inopérantes pour l'évacuation des déchets solides charriés par le liquide, qui peuvent leur causer les plus grands dommages. C'est pourquoi, selon l'invention, le dispositif élévateur est prévu avec une large section sur tout le trajet de la masse fluide, cette section étant telle que, même pour les plus grands débits ' de l'ordre de 3 m3/sec comme on le verra - la vitesse linéaire de transfert d6 liquide pollué ne dépasse pas préférentiellement la valeur du mètre à la seconde. Le liquide, admis à dessein en forte proportion à travers cette large section dans le dispositif, sert, dans une certaine mesure, de véhicule à l'agent polluant qui, vu sa faible part dans l'en- semble, n'entratne pas les risques énumérés plus haut. De plus, vu l'importance de la section offerte, le transfert de fragments solides ne pose aucun problème. Le dispositif élévateur de l'invention consiste en une, ou plusieurs, vis sans fin du type vis d'Archimède dont les caractéristiques seront précisées sur un exemple. I1 débouche à sa partie inférieure dans la pelle par laquelle a lieu le captage du liquide pollué et, 9 son extrémité supérieure dans le premier étage de l'installation de traitement du liquide pollué, un bac de décantation par exemple. I1 est fixe sur le bâtiment, bateau, barge, péniche... qui porte l'installation de dé-pollution, tandis que la pelle de captage, portée par le même bâtiment, est articulée sur celui-ci. La vis d'Archimède est connue comme moyen de propulsion de fluides ou de solides. Son utilisation est répandue dans l'industrie, dans des métiers variés, dont ceux de la chimie, de la fabrication du papier, etc., et l'on trouve dans la littérature de nombreux exemples d'une telle utilisation. On notera cependant que dans le cas de l'invention, elle procure un résultat remarquable et inattendu dans une certaine mesure, celui de permettre, par la faible vitesse linéaire d'avancement, même, comme on le verra, pour des volumes transportés importants, le transfert du corps polluant sans augmentation sensible de l'état d'émulsion entre celui-ci et le liquide. Le liquide, admis en forte proportion, supporte la nappe polluante plus légère et lui sert en quelque sorte de véhicule, d'une extrémité à l'autre de l'élévateur.Ceci est un point d'une importance primordiale dans le cas de la pollution par hydrocarbures, car ainsi est évité un état d'émulsion intense entre le liquide et les hydrocarbures, corps polluants visqueux, observé dans les pompes de l'art antérieur, état dont le résultat est une augmentation de la viscosité de l'ensemble en cours de transfert, responsable de bon nombre des difficultés rencontrées jusqu'ici Quand on parle de véhicule, cela ne veut pas dire que toute la nappe reste en surface au cours de ce transfert par rotation; une partie se mélange au liquide pour en augmenter la viscosité, mais, à la vitesse faible pPévue dans les dispositifs de l'invention, cette séparation se maintien en partie et a les effets les plus favorables sur la facilité du transfert L'invention concerne un dispositif élévateur pour liquide pollué en surface par une nappe d'hydrocarbures, entre un niveau bas et un niveau haut, comportent deux extrémités, et débouchant è son extrémité inférieure dans le pelle assurant, dans une position fluctuante, le captage du liquide pollué, et par son extrémité supérieure, dans l'installation de traitement du liquide pollué, caractérisé en ee qu'il consiste en au moins un élément comprenant une vis sans fin centrale disposée dans l'axe d'un cylindre, mise an rotation an fonctionnement, par l'action d'un moteur, et an ce quol comprend des moyens assurant le réglage de le vitesse de fonctionnement de ladite vis en fonction de la viscosité de l'ensemble liquide, hydrocarbures. L'invention sera mieux comprise en se reportant è la description qui suit et aux figures qui y sont jointes et qui représentant: Figure 1 : Un schéma montrant la position du dispositif élévateur de l'invention dans une installation de dé-pollution. Figure 2 : Une vue en coupe de l'élément constitutif du dispositif élévateur de l'invention, montrant la progression du liquide pollué. Figure 3 t Une vue d'ensemble d'une variante de l'invention a plusieurs éléments tels que celui de la figure 2. Figure 4 Une vue montrant l'élément de la figure 2 muni de ses moyens de régulation. Sur toutes les figures, les mimas repères désignent les mîmes éléments. La figure 1 montre la position occupée par le dispositif élévateur de l'invention dans une installation de lutte contre la pollution par hydro- carbures. Sur cette figure le dispositif élévateur de l'invention porte le repère 1, tandis que les repères 2 et 3 désignent respectivement la pelle qui sert au captage du liquide pollué, et l'étage d'entrée de l'installation dans laquelle est déversé (flèche) le liquide pollué é sa sortie du dispositif, un bac de décantation par exemple. A et B désignent les niveaux entre lesquels a lieu cette élévation ; les repères 11 et 12 désignent respectivement l'attache par laquelle le dispositif 1 est fixé sur le bâtiment 4, un bateau par exemple, et la charnière autour de laquelle est articulée la pelle 2.Sur la figure, 105 désigne le coussinet par lequel la vis 21 repose sur le bâti, sans repère, sur lequel est articulée la pelle. La figure 2 montre, en coupe, l'élément constitutif du dispositif élévateur désigné dans son ensemble par le repère 20, constitué d'une vis centrale 21, placée dans l'axe d'un cylindre extérieur 25, dont l'arbre porte le repère 22, tandis que l'hélice solidaire de cet arbre est désignée par le repère 23 ; en fonctionnement cette vis est mue par un ensemble moteurréducteur représenté en 100, 101 sur le dessin. On retrouve sur la figure la pelle de captage 2, dans laquelle est figuré un exemple du profil du flux capté représenté par les traits ondulés, dont l'un plus épais montre la partie de la masse d'hydrocarbures surnageant à la surface du liquide, de l'eau de mer par exemple, comme on l'a dit plus haut.Sur les flancs du bateau, la mer est exempte de pollution, lorsque, comme dans l'exemple des figures, la pelle est plus large que le front du bateau. Le niveau de la mer est représenté par le trait ondulé pointillé. Le flux capté est représenté dans sa progression à l'intérieur de la vis dont il occupe une partie du volume entre les spires, dont deux successives sont repérées 24 et 26. Comme on le voit sur la figure, une partie des hydrocarbures de pollution continue à former une nappe (trait épais) sur le flot de liquide transporté. Le liquide pollué est admis dans le dispositif élévateur par la section inférieure 27 du dispositif, au niveau bas A. Cette section est prévue de dimensions telles que le flux maximal se présentant à l'entrée du dispositif puisse y entrer facilement en totalité; ce flux n'est pas, en effet, constant, car il dépend de l'agitation de la masse du liquide pollué, par rapport à laquelle la position de la pelle de captage varie inévitablement, qu'il s'agisse de l'agitation de la mer, ou du courant dans le cas d'un fleuve, ou tout simplement du mouvement du bateau qui porte les installations de dé-pollution, se déplaçant à la surface de l'eau polluée. Il en va de même lorsque, au lieu d'opérer à l'avancement, on opère arrêté, le bateau, ancré, recevant le courant de liquide pollué. Dans un exemple, le diamètre du cylindre extérieur 25 est de 4 mètres et sa section intérieure présente une surface d'environ 12 m2. En admettant un flux maximum de liquide pollué de 3 m3/sec, cela donne une vitesse linéaire de transfert de 0,25 m/sec. Pour un taux de remplissage de 25 %, compte tenu de l'encombrement de l'hélice et de son arbre dans le cylindre extérieur et compte tenu du fait que le volume entre les spires, comme le montre le dessin, n'est que partiellement occupé par le liquide pollué, cette vitesse est portée è 1 m/sec. Cette valeur est une limite è ne pas dépasser préférentiellement, dans le cadre de l'invention, mur les viscosités les plus fortes.Cela correspond à une vitesse de rotation de i tar à la seconde ou 60 tours/minute d'une hélice ayant un pas, c'est-à-dire une dL-1tar:c-e entre deux spires successives, de 1 mètre. Ces valeurs sont des valeurs nominales. Comme on le verra, en effet, il est prévu dans le cadre de L'inven- tion, de faire varier cette vitesse avec la viscosité de l'ensemble liquide, hydrocarbures. Pour une vis de 10 mètres de long, le transfert du liquide pollué durerait, dans le cas de cet exemple, une dizaine de secondes d'une extrémité à l'autre. Le flux transporté est, comme on l'a dit, fait en majeure partie de liquide. Une proportion souhaitable, en volume, est de 80 à 85 96, On notera bien, cependant, comme il ressort de ce qui précéda, que cette proportion ne peut être considérée comme invariable. Elle change dans le temps avec la quantité de liquide pollué prélevé par la pelle suivant que celle-ci s'enfonce plus ou moins dans la masse liquide polluée, du fait de l'agitation de celle-ci. Cet état d'agitation, qui a déjà été évoqué, est une donnée qu'il est impossible de négliger car, généralement, il est nécessaire d'intervenir aussitôt que possible après l'avarie qui est à l'origine de la pollution, et qui est causée précisément par cette agitation. C'est pourquoi dans une variante de l'invention, il est prévu d'uti- liser plusieurs éléments tels que celui représenté sur la figure 2. Dans ce cas, ces éléments, fixes l'un par rapport à l'autre, débouchent à leur extrémité inférieure, à des niveaux différents dans la pelle, leurs axes étant ou non situés dans un même plan. La figure 3 montre un exemple de cette variante comportant trois éléments constitutifs tels que l'élément 20 de la figure 2, à axes parai- lèles non situés dans le même plan. Parmi ces trois éléments, deux (20, 30) débouchent par leur extrémité inférieure au même niveau, i: savoir le niveau A précédent, et le troisième 40, à un niveau A1 situé au-dessous du niveau A. Ce dernier élément, placé devant, capte le liquide pratiquement pur prélevé au niveau le plus bas au-dessous de la surface, dans le flux admis par la pelle dans certaines positions de celle-ci. Dans ce cas, l'évacuation à l'extrémité supérieure de cet élément peut avoir lieu directement dans la masse liquide: le liquide pratiquement pur peut en effet sans inconvénient être reversé dans la masse où il a été puisé, comme l'indique la flèche, incurvée à gauche, figurée à l'extrémité supérieure de l'élément 40 qui, dans le cas de l'exemple, débouche à son extrémité supérieure, au-dessous du niveau B. Comme on l'a dit, il est prévu, selon l'invention, de régler la vitesse de rotation de la vis 21 en fonction de la viscosité de l'ensemble admis dans l'élément 20. Cette viscosité augmente avec la proportion d'hydrocarbures que l'on ne peut totalement mattriser, d'après ce qui précède. La figure 4 se rapporte à ce réglage. Dans cette variante de l'invention, le réglage de la vitesse avec la viscosité à l'entrée peut être confiée à l'homme qui dirige la manoeuvre et qui aperçoit à l'entrée de l'élément 20 le flux entrant, dont il peut évaluer la viscosité d'ensemble. Il agit alors luimême sur le variateur 102 ou commande la manoeuvre à la voix, du niveau A où il se trouve, à un homme placé au niveau supérieur B. La vitesse est augmentée lorsque la pollution diminue. Ce réglage peut également être assuré, comme le montre la même figure, automatiquement, à partir d'un viscomètre 103, placé à l'entrée de l'élément 20, agissant directement sur le variateur 102, suivant les dispositions et les techniques des chatnes de régulation connues. Une telle chatne est représentée schématiquement sur le dessin par le trajet fléché et le boitier 104. Il va sans dire que cette variante, représentée dans le cas d'un seul élément - 20 - s'applique à chaque élément tel que 20 quand il y en a plusieurs. Les vitesses peuvent alors être ajustées séparément pour chaque élément. On donne ci-dessous quelques précisions concernant la réalisation des dispositifs élévateurs de l'invention. Le cylindre 25 et la vis 21 sont faits couramment en acier ordinaire. Dans d'autres exemples de réalisation, Ia vis 21 est en acier recouvert drun film de protection en polytétrafluoréthylène, connu sous la dénomination "téflon" (marque déposée), par exemple, ou en acier poli, ou en acier inoxydable poli ou à l'état brut. Ces matériaux peuvent également, dans le cadre de l'invention, être utilisés pour la réalisation du cylindre 25. Les dispositions de ces variantes ont pour objet une plus longue durée de vie de l'installation, gracie à un moindre encrassement, et dans le cas d'enduction ou de polissage, un coefficient de frottement plus faible entre le liquide pollué et les organes de propulsion. Par ailleurs, et dans le même but, il est prévu dans le cadre de l'invention, que la mise en oeuvre du dispositif comprenne des phases au cours desquelles la pelle est mise hors circuit de manière que plus aucun flux ne soit admis dans l'élévateur le variateur est alors réglé de manière à imprimer préférentiellement à la vis une vitesse de rotation sensiblement supérieure à sa vitesse maximale en cours de fonctionnement ; ainsi est assuré par centrifugation un nettoyage de celle-ci, lorsquelle a subi un encrassement excessif par les hydrocarbures. L'invention a été décrite sur des exemples donnés à titre non limi tatif ; les variantes aux exemples décrits, accessibles à l'homme de l9art, sont également comprises dans l'invention. L'invention trouve une application importants dans la lutte contre la pollution de la mer par les bruts de pétrole, consécutive aux avaries sur venues aux transports de gros tonnage REVENDICATIONS I - Dispositif élévateur pour liquide pollué en surface par une nappe d'hydrocarbures, entre un niveau bas (A) et un niveau haut (B), comportant deux extrémités, et débouchant à son extrémité inférieure en arrière de la pelle (2) assurant, dans une position fluctuante, le captage du liquide pollué, et, par son extrémité supérieure, dans l'installation de traitement (3) du liquide pollué, caractérisé en ce qu'il consiste en au moins un élément (20) comprenant une vis sans fin centrale (21) disposée dans l'axe d'un cylindre (25), mise en rotation en fonctionnement, par l'action d'un ensemble moteur (100, 101), et en ce qutil comprend des moyens (102) assurant le réglage de la vitesse de fonctionnement de ladite vis en fonction de la viscosité de l'ensemble liquide, hydrocarbures, à l'entrée de l'élément. 2 - Dispositif élévateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs dits éléments (20, 30, 40), et en ce que l'un au moins d'entre eux (40) débouche dans la pelle à un niveau plus bas que les autres (20, 30). 3 - Dispositif s ateur suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite vitesse est réglée manuellement en fonction de la viscosité estimée à l'entrée de chaque élément (20, 30, 40). 4 - Dispositif élévateur suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qutil comprend des moyens (103, 104) assurant le réglage automatique de ladite vitesse en fonction de la viscosité mesurée à l'entrée de chaque élément (20, 30, 40). 5 - Dispositif élévateur suivant Pune des revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que ladite vis (21) est faite d'un métal poli. 6 - Dispositif élévateur suivant l'une des revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que ladite vis (21) est faite d'un métal recouvert d'une couche de protection. 7 - Dispositif élévateur suivant la revendication 6, caractérisé en ce que ladite couche est faite de polytétrafluoréthylène. 8 - Dispositif élévateur suivant l'une des revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit cylindre (25) est fait de métal poli sur sa face intérieure. 9 - Dispositif élévateur suivant l'une des revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit cylindre (25) est recouvert d'une couche de protection sur sa face intérieure. 10 - Mise en oeuvre du dispositif élévateur suivant l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9, caractérisée en ce qu'elle comporte des phases où, la pelle étant mise hors circuit, de façon que plus aucun liquide ne soit admis dans le dispositif, la vis est mise en rotation par lesdits moyens (100, 101, 102), de manière à réaliser, par effet centrifuge, l'évacuation des quantités de corps polluants susceptibles de s'6tre accumulées sur les parois des spires de l'hélice.