Brevet FR2617373A1 — publié le 19890106

SUBSTRATS ARTIFICIELS POUR LE DEVELOPPEMENT DE LA BIOMASSE MARINE ET POUR L'ABSORPTION DE L'ENERGIE DES VAGUES " ARRIERE PLAN. DOMAINE DE L'INVENTION. Dans les océans et notamment sur les fonds sableux le manque de substrats durs est souvent le facteur limitant qui empoche les poissons et les organismes sessiles tels que les algues et les coquillages de s'établir et de se développer dans des eaux fertiles o la présence de lumière, minéraux, et planc- ton, est suffisante pour leur nourriture. En outre il a éte démontré dans les travaux précédents du demandeur, que toute structure immergée, naturelle ou artificielle, non seulement attire la biomasse environnante mais est aussi un facteur de développement de cette biomasse. C'est pour cela que les structures immergées, qu'elles soient naturelles ou artificielles ou en combinaison, ont un grand pouvoir de développement de la biomasse dans les océans. L'Art d'immerger, de positionner, et d'ancrer, des substrats artificiels, aussi bien que l'Art d'implanter des champs d' algues et des récifs artificiels, est maintenant très deman- dé pour la restauration et le développement des facteurs de biomasse. Jusqu'à présent des récifs artificiels ont été utilisés dans le but de développer la richesse de la mer. Ce sont de gran- des et lourdes structures préfabriquées sur terre, faites de béton, rocs, charnes, fer, plastique, et autres matériels, immergés et déposés dans la mer à grand prix. Ces récifs artificiels visent à attirer les poissons et à leur donner de nouveaux habitats. A la différence des récifs artificiels, les substrats arti- ficiels auquels nous sommes intéressés, sont des structures légères et peu coateuses pourvues de surfaces-supports spé- cifiques sur lesquelles se fixent et se développent des structures naturelles d'algues et de coquillages. Ces subs- trats artificiels pèsent habituellement cent ou mille fois moins que les récifs artificiels. Ces substrats artificiels peu coateux et faciles à manier peuvent fixer de grandes structures telles que des algues géantes et des grappes de coquillages qui pèsent cent ou mille fois plus que le subs- trat artificiel. Pour un petit substrat artificiel ancré dans l'eau on obtient une grande productivité de biomasse et quelque fois une grande absorption d'énergie des vagues. le 28 Mars 1986 la demande de brev#t France NO 86 04732 de Antonius Streichenberger a décrit ces substrats artificiels légers et peu coûteux avec leur procédé d'implantation et leurs dispositifs, pour usage sur fond mou, en vue d'obtenir des champs d'algues et de coquillage en mer ouverte. En 1979, et indépendamment de toute considération de biomasse l'effet hydrodynamique et l'absorption de l'énergie des vagues par des bouées attachées, flottant près de la surface des eauxiont été décrites par quelques chercheurs, notamment par Richard Seymour de l'Université de Californie. En 1984, et indépendamment de tout substrat artificiel, 1' absorption de l'énergie des vagues et la déflexion des marées par les champs d'algues naturelles, ont été décrites par quelques chercheurs, notamment par G.A.Jackson de l'Univer- sité de Californie. Cependant et pour autant que je sache, aucune personne a jamais décrit les caractéristiques des substrats artificiels et de leurs organismes sessiles associés qui oeuvrent comme facteurs de biomasse et/ou absorbeurs de l'énergie des vagues. OBJETS ET AVANTAGES Selon plusieurs objets et avantages de mon invention, il existe un certain type de substrats artificiels qui avec leurs organismes sessiles associés, substantiellement déve- loppent la biomasse et/ou absorbent l'énergie des vagues. Ces substrats artificiels et organismes associés se juxta- posent en grand nombre et en toute fiabilité dans des eaux très tourmentées. Leur rapprochement, grand nombre et fiabi- lité dans des mers houleuses, sont les difficiles performan- ces que l'invention permet heureusement d'accomplir pour atteindre son but. 26 1 3737 En conséquence, l'invention concerne des dispositifs d'amé- lioration, employés séparement ou ensemble, pour renforcer les ancrages ou pour empêcher des frottements ou emmêlements ou pour accélérer l'implantation d'un grand nombre de subs- trats artificiels associés avec des organismes sessiles particulièrement des algues ou des coquillages. Aussi l'invention concerne différentes dispositions, emplo- yées séparémént ou ensemble, par lesquelles les substrats artificiels associés aux organismes sessiles ont une meil- leure productivité de biomasse, ou une meilleure absorption d'énergie, ou une meilleure résistance à l'activité des vagues. Selon une première disposition de l'invention la forme du substrat artificiel est linéaire, afin d'opposer le moins de surface frontale au mouvement de l'eau. La relation entre la longueur du substrat artificiel et son diamètre moyen de section est un rapport inférieur à 0,01 et supérieur à 0,001. Ces substrats artificiels sont faits de cordes, tubes, barres et autres formes longues et linéaires. Ces substrats artifi- ciels linéaires qui se tiennent verticalement dans la colonne d'eau, positionnent leur surface-support et organismes ses- siles associés à différents niveaux dans l'eau o les orga- nismes sessiles peuvent prendre leur nourriture dans un plus grand volume d'eau. Pour une absorption majeure de l'énergie des vagues, aussi bien que pour une haute productivité de biomasse, les subs- trats artificiels et les organismes associés ont avantage à être positionnés dans les eaux superficielles o la lumière et l'énergie sont fortes. Un substrat artificiel peut être lui même positioné dans la partie la plus basse de la colonne d'eau alors que les orga- nismes associés qui lui sont attachés s'élèvent haut,au- dessus du substrat artificiel,dans la colonne d'eau. L'asso- ciation d'un petit et bas substrat artificiel et d'une grande algue géante peut occuper une grande hauteur dans la colonne d'eau. Pour la réalisation de ce que j'appelle un brise-lames aoua- - Co e l'association de substrats artificiels linéaires et d'orga- nismes sessiles doit être positionnée dans la colonne d'eau de 0 mètre de profondeur jusqu'à 5 mètres au moins, et jusqu' à 20 mètres et plus quand les vagues sont grandes, puisque c'est dans les eaux superficielles que sont concentrées le plus de lumière et d'énergie. Les organismes sessiles associés fixes sur les substrats artificiels peuvent être,élevés à partir d'implantation natu- relle de moules, par exemple, ou à partir d'implantation artificielle d'huîtres ou d'algues géantes, par exemple. Selon une autre disposition de l'invention, les substrats artificiels sont ancrés étroitement sur le fond-des eaux, comme des arbres dans une forêt. La densité optimum des sub- strats artificiels positionnés verticalement dans la colonne d'eau, dépend à la fois de la fertilité des eaux et du mouve- ment des vagues. L'effet brise-lames est augmenté par une haute densité. L'effet aquacole est augmenté par la densité moyenne qui favorise l'entière communauté végétale et animale des organismes sessiles associés et aussi des organismes non sessiles qui vivent dans l'environnement immédiat, la valeur de ces derniers surpassant parfois la valeur des pre- miers. La densité d'un brise-lames aquacole se mesure en divisant les surfaces de section totales des dits substrats artifi- ciels par la surface totale du fond couvert par les dits substrats. Ce quotient varie de 0.05 à 0.00025. Selon une autre disposition de l'invention les substrats artificiels sont flexibles. Sous le mouvement des eaux et pour leur plus grande préservation les substrats artificiels ont grand avantage à pouvoir s'incliner audessus de leur ancrage de la position verticale à une position penchée. Selon une autre disposition de l'invention la flottaison d'un substrat artificiel est pourvue d'une plus grande iner- tie au moyen de poids placés sous les surfaces-supports liné- aires des substrats artificiels. Si les moyens de flottaison émergent partiellement au dessus de la surface des eaux, les poids qui augmentent l'inertie pendent au dessous des dits surfaces-supports linéaires. Si les moyens de flottaison sont entièrement immergés sous la surface des eaux, les poids d'inertie pendent au dessous des dites surfaces-supports et reposent partiellement sur le fond des eaux, comme une chaîne peut le faire. L'effet d'inertie des poids diminue substantiellement les efforts de traction que les substrats artificiels et les organismes associés exercent sur les ancrages. C'est un avantage permanent qui protège les ancrages de l'usure, des glissements, extractions et ruptures. Aussi les dits poids augmentent les tensions verticales entre la tête et le pied des surfaces-supports linéaires. Cette augmentation de tension est un avantage permanent qui empêche les frottements et emmêlements entre des substrats artificiels linéaires qui sont étroitement ancrés. avantage Ces poids d'inertie ont un doubleJcomme dit plus haut. Cepen- dant, sous certaines conditions et pour empêcher des emmêle- ments des dits poids dans les organes d'ancrages, il est quelques fois utile d'ajouter des barres rigides entre les surfaces-supports linéaires et l'organe d'ancrage du substrat artificiel. Selon une autre disposition de l'invention, lorsque l'ancrage est sur fond mou, une ancre à renversement est profondément enterrée dans les sédiments. Aussi1un comblement rapide de l'excavation creusée par 1' enterrement de l'ancrage, peut être procédé par un tuyau de comblement amenant de l'air ou de l'eau sous pression et faisant écrouler les parois sédimentaires de l'excavation. L'ancre à renversement est enterrée à une.profondeur carac- térisée par sa relation avec la hauteur du substrat artifi- ciel plus les organismes sessiles associés. Le quotient de la dite profondeur et de la hauteur est inférieur à 2 it supérieur à 0,02. L'ancre à renversement enterrée ajoute une grande force aux organes d'ancrage qui.sont soumis A des tensions énormes par gros temps. L'utilisation de l'ancre à renversement et du tuyau de comblement, séparément ou ensemble, réduit sub- +;1 1o 1a +emnR d'timrlantation. Lorsque l'on implante un grand nombre de substrats artificiels sur un fond mou le temps d'implantation peut être réduit de moitié et plus grâce à là possibilité,donnée par le procédé de la dite ancre, de retirer le tube qui a servi à l'affouillement aus- si t8t que l'affouillement est terminé; ce qui n'est pas le cas dans le procédé décrit par Antonius Streichenberger dans sa demande de brevet France du 28 Mars 1986. Nous croyons que ces nouvelles dispositions et procédés sont une importante contribution au développement des substrats artificiels dont l'utilisation a toujours été limitée par le fait de faibles ancrages, fortes trainées, et coateux procé- dés d'implantation. Jusqu'à présent l'emploi des substrats artificiels a été confiné dans des zones protégées pour une aquaculture de haute valeur. La nouvelle intention est d' utiliser des substrats artificiels améliorés, en grande quan- tité et dans des mers très fortes, comme instruments de base pour le développement de la biomasse et l'absorption de l' énergie des vagues. L'amélioration des substrats artificiels, due à l'invention, bénéficiera à la technologie des bio- structures marines qui traite des besoins, écologiques, éco- nomiques,et humanitaires, brièvement mentionnés çi dessous comme suit: 1. Enrichissement de la mer au moyen de structures vivantes faites de substrats artificiels et d'organismes sessiles associés fixés. 2. Extension de l'aquaculture à la mer ouverte 3. Protection des bords de mer contre l'érosion des vagues 4. Création en mer ouverte de surfaces d'eau calme, protégées de barrières brise-lames, o peuvent être développé des activités d'aquaculture, d'industrie et de loisir. 5. Technique simple d'aquaculture pour la production de res- sources marines dans les pays en voie de développement avec des problèmes de famine. 6. Performances économiques par lesquelles un brise-lames relativement peu coûteux est payé par le revenu aquacole de sa propre production. D'autres objets et avantages de mon invention apparaîtront à l'examen des dessins et descriptions qui suivent. DESSINS Fig. 1. illustre 5 substrats artificiels avec leurs orga- nismes associés. Fig. 2. illustre un ancrage de substrat artificiel avec une ancre à renversement enterrée. Fig. 3. illustre une ancre à renversement. Fig. 4. illustre une ancre à renversement et un tube d' affouillement. Fig. 5. illustre un tube d'affouillemnt et un tuyau de comblement. Fig. 6. illustre un moyen de flottaison d'un substrat arti- ficiel,avec de la mousse expansée. Fig. 7. illustre un poids d'inertie suspendu. Fig. 8. illustre un poids d'inertie en forme de chaîne audessous d'un substrat artificiel. Fig. 9. illustre un substrat artificiel avec des organismes sessiles associés, ancré sur le fond de mer, sans ancre à renversement, et sans poids d'inertie. REFERENCES NUMERIQUES DES DESSINS a,b,c, substrat artificiel 34 antenne 21 surface-support 40 tube d'affouillement 22 corde d'ancrage 42 tuyau de comblement 24 a,b,c,d, 60 mousse organismes sessiles associés 62 ouvertures 62 ouvertures 26 ancre à renversement 64 eau intérieure 64 eau intérieure 28 a,b, poids d'inertie 66 barre rigide noeud 68 bloc de béton 32 crochet DESCRIPTION Fig. 1. illustre 5 substrats artificiels 20a avec leurs organismes associés 24a qui font partie d'un ensemble de plusieurs centaines de structures naturelles et artificielles formant un brise-lames aquacole. Les cinq unités se tiennent à marée basse dans une mer de 18 mètres de fond avec des 2 6 1 7 3 7 3 B marées de 4 mètres. Chaque substratartificiel linéaire est fait d'un organe d' ancrage 22 et d'un tube de polyéthylène 20a de 15 mètres de long, 35 centimètres de diamètre, et dont le coefficient linéaire est 0,023. La densité de ce brise-lames aquacole, qui est le quotient des sections totales des substrats artificiels par la sur- face totale du fond couvert par les dites structures natu- relles et artificielles, est 0,01. Le dit tube de polyéthylène 20a forme les surfaces-supports 21 pour la fixation des organismes associés 24a qui sont, dans le cas figuré, des moules pesant 375 kilogrammes. Comme illustré en Fig. 6, la flottaison de chaque unité est assurée par une mousse à cellule fermée 60 qui remplit la partie haute de l'intérieur du dit tube dans les 2,5 mètres au sommet. Grâce aux ouvertures 62 dans le tube 20a, au- dessous de la mousse 60, l'eau 64 remplit l'intérieur du dit tube tout au long des 12,5 mètres restant du dit tube. Comme illustré en Fig.1 et en Fig.7 le tube de polyéthylène a est attaché à sa base à l'organe d'ancrage 22 qui consi- ste en une corde de nylon de 9 mètres de long et 25 millimè- tres de diamètre, dont 3 mètres sont enterrés dans les sédiments du fond. Comme illustré en Fig.1, Fig.2, et Fig.3, à l'extrémité de la corde d'ancrage 22 est attaché- une ancre à renversement 26 faite d'un demi cylindre de fer galvanisé de 35 centi-- mètres de long et 7 centimètres de large. Comme illustré en Fig. 1 et Fig. 7 entre la base du tube de polyéthylène 20a et l'organe d'ancrage 22 pend un poids d' inertie 'en fonte 28a de 100 kilogrammes. Le système d'ancrage montré en Fig.1 est enterré dans les sédiments avec une ancre à renversement. Cependant ce sys- tème d'ancrage n'est pas caractéristique de la Fig. 1 qui a été dessinée pour un brise-lames aquacole. Lorsque l'on est sur un fond rocheux par exemple, d'autres ancrages tradi- tionnels sont substitués, tels que des blocs de béton 68, en Fig.9, ou d'autres moyens d'ancrages traditionnels. De même le moyen de flottaison-ïllustré en Fig.6 U'est pas caractéristique de la Fig.1. D'autres moyens de flottaison traditionnelle peuvent être employés, tels que de l'air enclos dans des tubes par exemple. Fig. 2 illustre la partie basse de l'organe d'ancrage d'un substrat artificiel, qui est enterrée dans les sédiments. La corde d'ancrage 22 est maintenue dans les sédiments par une ancre à renversement'26 dont la position est perpendicu- laire aux forces exercées d'extraction. Fig. 3 illustre l'ancre à renversement 26 attachée à une corde d'ancrage 22 qui passe à travers le milieu de la dite ancre à renversement et est arrêtée sur un coté par un noeud ce qui fait un lien charnière entre la dite corde et la dite ancre. A une extrémité de la dite ancre à renversement il y a un crochet 32, et à l'autre-extrémité une antenne 34. La dite ancre à renversement est le dispositif anti-extraction des organes d'ancrage des dits substrats artificiels. Sa forme cylindrique épouse la forme cylindrique du tube d'af- fouillement 40 de la Fig.4, le long de laquelle elle est placée pendant son enfouissement. Le crochet 32 sert à l' accrochage de la dite ancre au dit tube pendant l'enfouisse- ment. L'antenne 34 sillonne la paroi de l'excavation et établit un contact permanent entre la dite ancre et la dite paroi, comme montré en Fig.4. Fig. 4 illustre la disposition, à l'intérieur du trou excavé du système d'ancrage avec une corde 22, une ancre à renverse- ment 26, un crochet 32, une antenne 34, et avec le moyen d' affouillement qui est un tube 40 amenant de l'air et de l' eau sous pression. Pendant que l'on creuse un trou dans les sédiments, par 1' effet d'un jet d'air ou d'eau, le tube d'affouilement 40 descent dans les sédiments entraînant avec lui l'organe d' ancrage du substrat artificiel qui comprend la corde, l'ancre à renversement, l'antenne et le crochet. Grâce au dit crochet 32 accroché à l'extrémité du dit tube, l'organe d'ancrage dans son ensemble s'enfonce dans le trou avec le dit tube d' affouillement. Tout le temps de l'affouillement l'antenne 34 sillonne et reste en contact avec la paroi du trou. La lon- gueur de la dite antenne est assez grande pour rester en contact permanent avec la paroi du trou dont la largeur est relativement constante dans des conditions égales de courant d'air ou d'eau. La dite antenne, faite de fibre de verre par exemple, est suffisamment mince et flexible pour se courber lorsqu'elle sillonne la paroi du trou. Cependant la dite antenne est suffisamment rigide pour empêcher l'organe d'an- crage de remonter vers le haut l'ancre à renversement, lors- que le tube d'affouillement est retiré,du trou à la fin de l'affouillement. Ceci signifie exactement que la rigidité de l'antenne est supérieure au point de rupture du lien qui attache la corde 22 au tube d'affouillement 49,ce lien étant fait par exemple d'un fil mince de caoutchouc et étant placé à la tête du dit tube. Grâce à cette antenne 34, qui agit comme la première force antiextraction de l'organe d'ancrage et renverse l'ancre a renversement 26 de sa position d'affouillement verticale vers une position perpendiculaire à la verticale, lui donnant ainsi sa pleine force d'anti-extraction, le tube d'affouil- lement 40 peut être retiré immédiatement après la fin de l' affouillement sans encourir le risque de remonter hors des sédiments l'organe d'ancrage. Fig. 5 illustre la partie haute du tube d'affouillement 40 avec la corde d'ancrage 22, qui sont près du fond sédimen- taire et sont équipés avec un tuyau de comblement 42 amenant de l'air ou de l'eau sous pression. Quand l'affouillement est terminé, le courant d'air ou d'eau sous pression du tube d'affouillement est arrêté et le dit tube de comblement commence à projeter de l'air ou de l'eau sous pression sur les parois supérieurs du trou excavé, cau- sant l'effondrement immédiat des sédiments vers le fond du trou, ce qui autrement, par voie naturelle, prend plusieurs secondes ou minutes. Ces dispositifs de l'ancre à renversement et du tuyau de comblement peuvent être opérés séparément ou ensemble. Ils 261.7373 1 1 peuvent diminuer de moitié et plus le temps d'implantation autrement nécessaire. Dans la demande de brevet France de Antonius Streichenberger du 28 Mars 1928, par exemple, le temps d'implantation du procédé est substantiellement handi- capé par l'attente de l'effondrement et du remplissage natu- rel des parois du trou, avant quoi les dispositifs envisagés d'anti-extraction ne sont pas efficaces. Fig. 8 illustre un substrat artificiel en forme de tube 20b qui est entièrement immergé dans une mer de 15 mètres de fond à marée basse, et qui est surmonté par un organisme associé, l'algue Macrocystis 24b émergeant à la surface de l'eau. A marée haute le niveau de flottaison du dit substrat artificiel en-forme de tube est le même qu'à marée basse, mais la flottaison de la dite algue s'élève avec la marée; ainsi le substrat artificiel et les organismes sessiles associés se tiennent en permanence tout le long de la col- onne d'eau, de la surface de l'eau jusqu'à la base du dit substrat artificiel. le poids d'inertie consiste en une chafne 28b qui pend sous le substrat artificiel et repose partiellement sur le fond. La dite chaîne stabilise le niveau de flottaison de ce sub- strat artificiel et de ses organismes associée, l'algue 24b et les moules 24c. La barre rigide 66 empêche un emmêlement entre la corde d' ancrage 22 et la chaîne 28b. Fig. 9 illustre un substrat artificiel en forme de tube 20c avec des organismes sessiles associés qui sont des moules 24d et avec comme ancrage un bloc de béton 68. Il n'y a pas de poids d'inertie. Ainsi le lecteur peut voir que les-substrats artificiels de l'invention ont des dispositifs fiables et peu coateux qui peuvent être employés pour le développement de-la biomasse et/ou l'absorption de l'énergie des vagues. Alors que la description çi dessus contient de nombreuses spécificités, celles çi ne peuvent être interprétées comme des limitations de l'étendue de l'invention, mais plut8t comme des exemples d'applications préferées de l'invention. Par exemple, les dits substrats artificiels plus leurs organismes associés, peuvent avoir une hauteur de quelques centimètres ou de quelques mètres; les dits substrats arti- ficiels peuvent être les seuls substrats sur lesquels sont fixés des récifs solides de coquillages ou des champs d'algues flexibles. L'invention servira on l'espère au développement nécessaire de la technologie des structures marines vivantes. En conséquence, l'étendue de l'invention ne doit pas être déterminée par les applications illustrées mais par les revendications annexes et par leurs légales équivalences. REVENDICATIONS 1. Procédé pour le développement de la biomasse dans les océans, lacs et rivières et pour l'absoption de l'énergie des vagues, et qui consiste dans un premier temps, à juxtaposer-verticalement sous la surface des eaux une pluralité de substrats artificiels consistant en des structures flottantes longilignes qui sont chacune reliées par une ligne flexible à un ancrage de fond de mer, dans un deuxième temps, à implanter sur les dits subs- trats, par voie naturelle et par voie artificielle, des organismes sessiles tels que des algues et des coquillages, Le procédé consiste encore à régler, en fonction des conditions locales de fertilité et de mouvement des eaux, les densités d'occupation des volumes d'eau par les dits substrats et organismes associés 2.. Procédé d'ancrage dans un fond sédimentaire au-.moyen d'une ligne d'amarrage, -d!une ancre longiligne, et d'un tube d'affouillement transportant un fluide sous pression, et qui consiste dans un premier temps, à fixer en parallèle sur le dit tube d'affouillement la dite ligne d'amarrage et la dite ancre longiligne, dans un deuxième temps, à enfoncer verticalement dans les sédiments l'ensemble composé des-dits tube, ligne et ancre, sous l'action d'un fluide sous pression traversant le tube, dans un troisième temps, quand l'affouillement est terminé, à retirer le dit tube des sédiments en exerçant sur lui et vers le haut une traction qui a pour effet de renver- ser et faire tourner autour de -sa ligne d'amarrage la dite ancre qui à l'intérieur des sédiments s'incline de la posi- tion verticale vers la position horizontale.