Brevet FR2575131A1 — publié le 19860627

Dans le domaine technologique de l'exploita- tion des fonds marins, on dispose de divers modes de collecte: ensachage, tamisage, dragage, chalutage, carottage..... Pour les grandes profondeurs qui sontinaccessibles aux scaphan- driers, on a conçu des machines et installations assez onéreu- ses qui sont en principe contrôlées sinon commandées à distance par des opérateurs hautement qualifiés, par exemple en vision directe depuis un bathyscaphe ou par télévision depuis un bâtiment de surface, encore que l'automation au moyen de robots soit envisagée. Il y a donc un intérêt évident à ce que ces matériels sophistiqués soient utilisés rationnellement et pour tout dire sans trop de temps morts ni de périodes d'immobilisationt et que ces personnels spé- cialisés puissent se consacrer à leurs missions délicates sans avoir à s'encombrer de taches subalternes annexes. Une fois achevée l'opération fondamentale de collecte sur les fonds sous-marins, les charges convenable- ment brélées doivent être hissées à la surface pour embar- quement. On peut analyser un cycle opératoire complet en trois phases successives: - tout d'abord, une phase préliminaire d'immer- sion Jusqu'à pied d'oeuvre sur le site choisi, - ensuite, une phase intermédiaire de travail effectif au fond de la mer, - enfin,, une phase terminale de remontée en surface des charges collectées. Toutes les façons de procéder considérées impliquent la permanence d'une liaison mécanique résis- tante (élingues, filins, orins.....) --qu'on pourrait qualifier de manière imagée de cordon ombilical-- maintenue tout au long de la durée totale des trois phases opéra- toires successives ci-dessus. Dès lors que les profondeurs o l'on opère se comptent par milliers de mètres, les sujétions créées par un tel cordon ombilical deviennent très lourdes et rendent l'exploitation délicate et peu rentable. En effet: pendant toute ladite phase intermédiaire de travail effectif, l'extrémité inférieure du cordon ombilical est pratiquement fixe, étant pour ainsi dire amarrée au fond de la mer, tandis que son extrémité supé- rieure à bord du navire suit les mouvements de celui-ci, qu'ils soient délibérés ou fortuits (action des lames, marées, courants, vents), contraignant d'une part le navire gouverner sans cesse pour ne pas trop s'écarter de l'aplomb du site opératoire et d'autre part les apparaux à fonctionner constamment soit pour lâcher du mou soit pour en résorber; pendant la phase préliminaire d'immersion à pied d'oeuvre ainsi que pendant la phase terminale de remontée en surface --lesquelles phases ont des durées qui sont loin d'être négligeables quand on songe aux dis- tances verticales à parcourir-- le travail effectif d'ex- ploitation ne se fait pas - les personnels et les matériels se voient interdits de cumul et doivent se consacrer exclusivement au déroulement de bout en bout d'un seul et unique cyole opératoire avant d'en entamer un autre, ce qui nuit à la rationalité du planning d'une campagne en mer g un même navire est contraint d'assumer toutes les t9ches annexes inhérentes à une telle campagne, à savoir: non seulement les phases antérieure de mouil- lage et postérieure de levage, mais encore le stockage des matériaux à bord et éventuellement leur transport à destination si l'on veut éviter des ruptures de charge, le navire opérationnel quittant alors le champ d'exploita- tion en emportant tous les matériels pour ne se comporter quten vulgaire cargo minéralier. La présente invention a pour but de se dis- penser du cordon ombilical en question et, partant, de s'affranchir des contraintes qui en découlent. Plus pré- cisément, elle permet une remontée autonome à la surface des charges collectées au fond, et cela au prix d'investis- sements réduits, d'une dépense d'énergie faible et d'un colt opératoire minime. Elle parait devoir recevoir une application particulièrement intéressante dans l'exploitation des ressources minérales des grands fonds marins et plus spe- cifiquement des nodules polymétalliques présents sur ces fonds. La mise en oeuvre de la présente invention fait intervenir, en une conjonction fonctionnelle intime, trois principes notoires connus séparément de longue date: 1o/ Le principe hydrostatique d'Archimède en vertu duquel un corps immergé exerce une poussée ascension- nelle égale au poids du volume d'eau qu'il déplace (si l'on admet que la densité de l'eau de mer est égale à l'unité à tous les niveaux, la poussée d'Archimède déve- loppée par le corps immergé sera de 1 kg/dm3 de volume de ce corps). 2 / La loi de Mariotte --que les anglo-saxons attribuent à Boyle-- pouvant s'énoncer grosso modo comme suit: la variation de pression d'un gaz dans une enceinte est inversement proportionnelle à la variation de son vo- lune (ainsi par exemple si la pression se-réduit de moi- tié, le volume double, et réciproquement). 3 / Le système dit du "guide-rope" bien connu des aérostiers et dont le dictionnaire encyclopédique Quillet donne la définition suivante: Cordage, assez lourd, qu'on laisse trat- ner sur le sol pour faciliter la descente d'un aérostat, celui-ci se trouvant dé- lesté de plus en plus, à mesure qu'il descend, du poids de ce cordage et ré- cupérant ainsi une force ascensionnelle qui freine son arrivée à terre. On a déjà songé à avoir recours à un tel système dans le domaine maritime, pour la pose d'oléoducs ou gazoducs sous-marins, comme le préconise par exemple le brevet français 2 287 002 du 3 Octobre 1974. On supposera, dans ce qui suit, que les charges utiles qui se trouvent au fond de l'océan forment, avec ap %.;o-oa-ns un oqoj oScIT %ueu;.qua 'AV 9q.,T-uenb au'el..Iao auntp aOq.xoJo BA al1oA aI %uop a9Uqe.J aTssaA el ap aSeluo2 ep %nqap un e.za@nbo.o.d anessclI -nms np 7 asmeouasop aI ' - oO u@ ITrnb Ton0 g *ecImoo np uTol e.ooue.sae uo 'enbT.e-i uoTesTIT.n8p sena-ouTum sueTo -'Tjaoo sel uoTeagpTsuoo ue %xeuaezI ue emu *(nameT-ad ns sTo 0001 znepue.I ep eap.io unp e.Tp-s.-q.ao) seq -OITX ap SauTB.Ueo sel suep jetqo.aaeO quBel UOTIoTeUO%,ap Oú ep 'suoTssead seap quaddo[oIa&ap suenoo sj$so-dxe sel anb sa-ole saeq @p seuTuueo ue %uansemes suBeeoo sep puoT ne %ueu2az suoTssaed sel enb %$es uo1nbsgnd smetqoxd sd esod au eIoD 9uT%%eqJ fbl B ae.foflmO es Tnfb eTssae BI ap eS2eltjuo2 un.esoaome.ToAnod anod saxueTqure anb-Tssoip 5e -it uoTssead eapteJx el. easneTJedns WuemseTa uoTsseJd aun =aepuaSueip elqedeo ai4% %uemmepT.9 %rop ezmnuu vT %Tos ueanb ellenb $gsTln manssa.idmns &I *!uamadduqoeap se. IA us oo.&e urxcTdmoo zB9 ep elitae -noq aun no ns; q es;m op oe%.sRs uos oSae enbTuoqoeo 0 si Av 0 d3 A = 10 kg. Pour fixer les idées et à titre purement illustratif, on décrira ci-après en regard du dessin un exemple numérique, en s'en tenant pour simplifer à des chiffres ronds. On supposera que le fond de la mer se situe à une profondeur de 4000 m. Sur ce fond git un chapelet de n masses M1, M2,1 M3....Mn de 10 kg chacune reliées les unes à la suite des autres par des liens L sans poids (le poids effectif de chaque lien peut *tre comptabilisé avec la masse M qui le précède pour totaliser 10 kg). A une extrémité du chapelet est attelée la vessie V, alors à l'état ratatiné,' équipée de son sur- presseur S. Le tableau ci-après s'établit sans peine: Profondeur Pression Volume (en dm3) = (en m) (en bars) Poussée(en kg) 0 I1 4000 5 800 * 12,5 320 250* 25 160 500* 50 80 1000* 100 40 2000* 200 20 4000* 400 10 -1 Om On voit que, si au déclenchement du surpres- seur S, la vessie V se gonfle de >10dm3, elle développe- ra une poussée d'Archimède de >10 kg. La première masse M1 de 10 kg décollera donc du fond de l'océan, soulevée par la vessie V, laquelle verra son volume s'accroître de façon continue en vertu de la loi de Mariotte, au fur et à mesure de son ascension, par suite de la dimi- nution continuelle corrélative de la pression hydro- 2575131- statique ambiante. L'attelage V-M1 poursuit donc son ascension jusqu'à ce que le mou du lien L1 soit résorbé et que ce lien se tende à la quasi-verticale. Si, à ce moment, la vessie V se trouve au palier de 2000 m o règne une pression hydrostatique de 200 bars (moitié des 400 bars- du fond), son volume qui était au début du cycle de >10 dm3 doublera à > 20 dm3, et engendrera donc une poussée d'Ar- chimède de > 20 kg. La seconde masse M2 de 10 kg décolle- ra à son tour du fond et l'attelage V-M1-M2 poursuivra son ascension. Lorsque la vessie V atteint le palier de 1000 m, elle engendre une poussée dtArchimède de >40 kg et, la troisième masse M3 de 10 kg ayant précédemment dé- collé. (au moment o, entre 2000 m et 1000 m --vers1300 m- la vessie V se trouve gonflée à >30 di3), la quatrième masse M4 de 10 kg est arrachée du fond. Et ainsi de suite jusqu'à ce que la vessie V atteigne la surface de la mer, son volume étant alors de > 4m3. C'est dire qu'elle est capable de soulever du fend de l'océan un poids total de > 4T, le nombre de massesde 10 kg arrachées du fond pou- vant donc aller Jusqu'à > 400. Ces masses constituent en quelque sorte un convoi formant "guide-rope" dont la locomotive serait la vessie tractrice V à déplacement vertical libre. En bref, par le Jeu inhérent des paramètres physiques naturels et sans la moindre intervention d'un quelconque manipula- teur (hormis pour le déclenchement du surpresseur S) ni autre dépense d'énergie que celle que consomme ledit surpresseur S pour amorcer le gonflage de la vessie trac- trice V, cette dernière s'élève sans discontinu depuis le fond de l'océan Jusqu'à sa surface, tirant à sa suite un cortège de charges M. Il faudra bien entendu s'assurer qu'à aucun moment, au cours du déroulement de ce cycle, la charge totale soulevée du fond de l'océan (partie antérieure du "guide-rope" ayant décollé) n'équilibre la poussée d'Archimède instantanée dont est capable la vessie V. Autrement celle-ci s'arrêterait net dans son ascension, la partie postérieure du "guide-rope" qui n'a pas décollé se comportant alors en poids mort formant ancrage. Pour éviter un tel incident qui pourrait surve- nir pour des raisons fortuites (retenue d'une masse par de la végétation, de la vase ou autre phénomène de nature à accrottre son poids apparent), on pourrait prévoir une réserve de surpresseur à déclenchement automatique par détection d'arrêt de la vessie': par exemple un décé- léromètre ou une sonde manométrique n'enregistrant plus de réduction de pression. Pour en revenir au cycle à déroulement-normal, il s'achève au moment o la vessie tractrice V, alors à son volume maximum, surgit de l'océan. Il suffira de la repérer pour venir en prendre possession avec tout le chapelet de charges auquel elle est attelée. On pourrait d'ailleurs en améliorer la repéra- bilité en la dotant d'un capotage en tissu métallisé à fort pouvoir réfléchissant, du genre proposé par la Société BAYER A.G. pour les radeaux pneumatiques de sau- vetage (voir placard publicitaire paru dans "La Vie Française" du 27 Septembre 1980, page 27) et/ou en la surmontant-d'un petit réflecteur è trièdre trirectangle R (comme montré dans ledit placard). Il convient que la vessie V soit constituée d'une membrane étanche et de bonne tenue mécanique,' par exemple une toile caoutchoutée ou mieux encore une pellicule en matière plastique adéquate telle que: polyéthylène, copolymère de butadiène-acrylonitrile, feuille de cellulose régénérée revêtue de laque pour améliorer la résistance à l'humidité, copolymères de chlorures de vinyle et de vinylidène et autres résines thermoplastiques. Pour ce qui est du choix du matériau et de la confection de la vessie, on pourra se reporter utilement au brevet américain 2.960.282 du 15 Novembre 1960 qui a trait aux aérostats, En cas de besoin, si les calculs de résistance des matériaux et leexpéri- mentation le requièrent, on apportera en renfort des ar- matures en fibres aramides telles que celles vendues par la Société DU PONT DE NEMOURS sous la marque "Kevlar". Il est à noter que la vessie V est récupérable pour réemploi avec une recharge de surpresseur S. Il suffit de la dégonfler suffisamment pour que, lestée par l'infrastructure vidée du "guide-rope", elle s'enfonce dans la mer: sa poussée d'Archimède diminuant au fur et à mesure qu'elle se contracte sous les pressionshydro- statiques croissantes, l'ensemble viendra s'échouer sur le fond, prêt pour un nouveau cycle. On notera enfin que la présente invention permet de réaliser une division rationnelle du travail en séparant dans le temps et dans l'espace la fonction essentielle d'exécution de la phase opératoire utile de collecte mobilisant personnels et matérielshautement spécialisés, des fonctions accessoires de pose, de remon- tée, de stockage, de transport qui ne nécessitent pas une telle qualité. On peut se faire une idée du degré de techni- cité des installations de collecte de nodules polymétalli- ques en se reportant aux brevets français 2 211 587 et 2 326 568, aux brevets américains 3 248 812 et 3 588 174 ainsi qu'au brevet allemand 2 444 987. On remarquera que toutes ces installations font intervenir impérativement une liaison formant "cordon ombilical" entre la surface et le fond de l'océan. L'intérêt de la présente invention découle de la coupure d'un tel cordon ombilical et de l'autonomie de la phase de récupération des charges collectées au fond. REVENDICATIONS 1. Procédé mécanique de remontée autonome de charges sous-marines collectées à grandes profondeurs et formant avec leur brélage un ensemble souple de grande longueur qui serpente en attente sur le fond de la mer et au long duquel sont réparties lesdites charges, ca- ractérisé en ce qu'en un ou plusieurs points convenable- ment choisis dudit ensemble souple est attelée une vessie gonflable conçue pour occuper un volume notable sous pression atmosphérique mais se trouvant dans un état ratatiné sous les pressions hydrostatiques ambiantes ré- gnant en profondeur, ladite vessie étant équipée d'un dispositif surpresseur capable d'y délivrer, sous commande de déclenchement, un gaz sous une pression supérieure auxdites pressions hydrostatiques ambiantes pour provoquer un gonflage de ladite vessie ratatinée et amorcer son mouvement ascensionnel, la vessie se gonflant alors de plus en plus au fur et à mesure de son ascension sous les pressions hydrostatiques décroissantes et développant en conséquence une poussée d'Archiméde croissante, en- trainant un décollage progressif dudit ensemble souple du fond de la mer. 2. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la vessie, étant équipée de moyens sur- presseurs annexes à commande de déclenchement, on détecte tout ralentissement notable ou arrêt éventuel de son ascension pour provoquer le cas échéant le déclenchement desdits moyens surpresseurs annexes afin d'assurer la poursuite du mouvement ascensionnel de la vessie jusqu'à ce qu'elle atteigne la surface de la mer. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on munit la vessie d'une super- structure d'émersion à fort pouvoir réfléchissant pour faciliter son repérage. 4. Procédé selon la revendication 3, carac- térisé en ce que ladite superstructure comprend un capo- tage confectionné en tissu métallisé et/ou un réflec- teur à trièdre trirectangle. 5. Application du procédé selon l'une quel- conque des revendications précédentes à l'exploitation de nodules polymétalliques présents sur les grands fonds marins.