Brevet FR2648510A1 — publié le 19901221

La présente invention concerne les dispositifs pour parvenir à exploiter les nodules polymétalliques reposant sur certains fonds sous-marins océaniques à de très grandes profondeurs. Dans les dispositifs connus pour parvenir à exploiter les nodules polymétalliques, plusieurs dispositifs en cours d'étude proposent des moyens mécaniques classiques mais conçus pour ces circonstances particulibres qui, en raison de la complexité des problèmes à résoudre du fait des grandes profondeurs et de la très forte pression, nécessitent pour leur réalisation de très longs délais et le prix du minerai sera très élevé en raison des moyens d'exploitation utilisés. Selon l'idée de l'invention, il est proposé de congeler très rapidement et à très basse température, la couche d'eau entourant et surplombant les nodules polymétalliques, cette congélation brutale s'étendant jusqu'à la couche'superficielle humide du fond de l'océan sur laquelle reposent les nodules, provoquant leur emprisonnement solide sous lteffet du gel qui soudera entre elles toutes les matières soumises à la réfrigération. I1 sera alors possible, à l'aide de plusieurs procédés d'élever jusqu'à la surface de l'océan les plaques congelées renfermant les nodules polymétalliques qui seront ensuite embarquées su- le navire minéralier où, sous l'effet du dégel, il deviendra possible de détacher les nodules polymétalliques d'une part, et d'autre part récupérer, le cas échéant, le produit cryogène qui pourra titre réutilisé de nouveau. Ce qui constitue un procédé d'exploitation beaucoup plus économique. L'eau des océans à de très grandes profondeurs est glacée à une température proche du OOc, cette basse température étant attribuée au fait de l'écoulement progressif, sous l'effet d'une densité plus forte, des eaux glacées en provenance des piles. I1 ne faut donc extraire qu'un minimum de calories pour amener ces eaux de profondeur au point de congélation. Il existe plusieurs procédés ainsi que plusieurs produits réfrigérants qui peuvent Btre utilisés pour parvenir à congeler rapidement la couche d'eau salée, déjà glacée, baignant les nodules polymétalliques mais ils doivent réunir deux qualités essentielles qui sont la possibilité économique'de congeler rapidement de très grandes surfaces occupées par les nodules ainsi Que l'absence de pollution. I1 a donc été choisi le procédé dit par surgélation notamment par la pulvérisation d'une saumure de chlorure de sodium préalablement abaissée à une température de -50 c sinon plus. Les procédés de surgélation sont bien connus mais ils sont conçus uniquement pour la conservation alimentaire notamment celle des viandes de boucherie. Selon l'idée de l'invention la congélation rapide de la couche d'eau recouvrant recouvrant le fond de l'océan va permettre le décollage et l'extraction Jusqu'à la surface de l'océan des nodules qui seront, gracie au prccédé, emprisonnés solidement par le gel. D'autres procédés de congélation peuvent être également utilisés selon l'idée de l'invention, y compris l'usage de congélateurs horizontaux autonomes dont la réfrigération sera obtenue à l'aide de l'azote liquide ou par d'autres fluides à température cryogénique. Ces congélateurs, munis de vérins pour le décollage, pourront être déposés sur le fond sous-marin depuis le navire miné- ralier en surface puis titre ensuite rsmontés, une fois les nodules pris par le gel, applications qui pourraient être utilisées pour les recherches préliminaires. Le dessin annexé présente un plan d'une réalisation du dispositif, parmi d'autres possibilités, pour la congXlation et l'extraction des nodules polymétalliques reposant sur les fonds sous-marins à de très grandes profondeurs. Tel qu'il est représenté, le dispositif comporte une remorque 1 trainée sur le fond sous-marin par un navire minéralier à l'aide d'un cible 2. Sur cette remorque est installée une rampe d'épandage 3 reliée au navire minéralier par un conduit 4 souple, résistant tant à la pression qu'à la très basse température du produit réfrigérant qui sera introduit à l'intérieur à l'aide d'un puissant compresseur installé sur le navire. A l'arrière de cette remorque sera également installée une bobine 5 permettant de dérouler sur le fond sous-marin un cable 6 de levage qui sera terminé par une ancre 7 dont la forme aplatie et la grande surface auront pour but de s'insérer solidement sous le plaqus congelée rerl--rllen les n) @@@@ @ pol^ymstill ques. Parallèlsmsnt à ce cable 6 de levage sera déroulé un conduit 10 souple, ferré à son extrémité per une soupape à clapet 11 ainsi que d'autres 12 placées à des intervalles réguliers. Le cable de levage 6 sera relié à un treuil installé sur le navire minéralier ainsi que le conduit 10 qui, lui, sera relié à un puissant compresseur. Dans une variante du présent dispositif, le râble 6 de levage est remplacé par une ligne 13 électrique parfaitement isolée, à laquelle sont attachés de place en place, à intervalles réguliers, des détonateurs reliés à des substances explosives 14. Dans une autre variante, il est déposé avant la congélation de la plaque emprisonnant les nodules polymétalliques de puissants vérins 15 hydrauliques ayant une large assise et terminés par une large surface pour élever-au moment opportun la plaque congelée 8 du fond sous-marin. Le dispositif d'exploitation des nodules polymétalliques fonctionnera ainsi: Après que le cible 6 de levage et le conduit 10 seront préalablement déposés sur le fond sous-marin où reposent des nodules 9 polymétalliques, la rampe 3 déversera sur le fond sous-marin un produit réfrigérant à haut pouvoir de congélation qui pourra dtre une saumure pulvérisée de chlorure de sodium à la température de-500c ne comportant aucun risque de pollution. Il se produira dans l'eau déjà à basse température surplombant les nodules 9 une réfrigération entrainant une congélation rapide de cette eau et d'une partie de la couche superficielle du fond sous-marin fortement imprégnée d'eau salée ce qui produira une plaque 8 emprisonnant ainsi solidement par le gel les nodules 9 polymétalliques. La plaque congelée 8 lorsqu'elle atteindra une certaine longueur sera décollée du fond sous-marin par plusieurs actions qui pourront dtre conjugées. D'une part le cable 6 de levage la tirera vers la surface de l'océan par l'effet d'un puissant treuil placé sur le navire minéralier. D'autre part, dans le conduit 10 placé également sous la plaque congelée 8 sera introduit, depuis le navire minéralier à l'aide d'un puissant compresseur, un gaz qui va s'échapper par les soupapes 11 et 12 et produira à son tour une très forte poussée laquelle va permettre avec 1'action du cable 6 de soule ver vers la surface de ltocéan la plaque congelée renfermant les nodules 9 polymétalliques emprisonnés par le gel. Parvenue à la surface de l'océan la plaque congelée 8 sera embarquée sur le navire minéralier et par l'effet du dégel seront recueillis d'une part les nodules 9 et d'autre part le produit réfrigérant afin que le cas échéant il puisse être utilisé de nouveau. I1 faut noter qu'au lieu de gaz, il pourra etre introduit dans le conduit 10 un gaz liquéfié qui en se détendant sous la plaque congelée 8 produira une très forte poussée contribuant à soulever cette plaque. Selon une variante du présent dispositif concernant le décollage du fond sous-marin de la plaque congelée 8 renfermant les nodules 9 emprisonnés sous l'effet du gel, le câble 6 sera remplacé par une ligne 13 électrique qui pourra communiquer depuis le navire aux détonateurs, ceci au moment choisi, l'étincelle permettant la mise à feu de substances explosives 14 placées à intervalles réguliers sous la plaque congelée 8. Auparavant, le conduit 10 injecter3 à l'aide d'injecteurs adquats, en meme temps que sera déversé sur le fond sous-marin le produit r-frigGrant provoquant une très forte et très rapide congélation, d-s bulles de gaz à basse température qui resteront emprisonnées dans la glace pr=uite, ce qui aura pour conséquence d'en abaisser encore la densité. En provoquant la congélation d'une plaque d'eau salée d'un volume d'une certaine importance, il est recherché, une fois que les explosions auront soulevé la plaque c n3elée a la brisant en de nombreux morceaux contenant les nodules 9 de faire acquérir à ces morceaux une certaine force ascenticnnelle du fait de la moins dre densité de la glace qui amènera ces blocs congelés à rester, du moins un certain temps, à flotter entre deux eaux. Un filet approprié récoltera alors ces blocs contenant les nodules et les remontera à la surface de l'océan où ils seront embarqués dans le navire minéralier. Dans une autre variante il sera déposé sur le fond sousmarin, avant le début de la congélation, de puissants vérins 15 hydrauliques actionnés depuis le navire, conçus pour ne pas s'en- foncer dans le fond sous-marin et pour opérer une poussée sous la plaque congelée gracie à une grande surface. A l'aide de ces vérins 15 il sera possible da parvenir à décoller du fond sous-marin la plaque congelée 8 contenant des nodules 9 qui pourra ensuite être élevée par d'autres moyens jusqu'à la surface de l'océan. Les moyens qui sont actuellement envisagés pour l'exploita- tion des nodules polymétalliques semblent devoir se heurter à de très graves difficultés rendant très onéreuse cette exploitation alors que le dispositif objet del'invention permet de réduire ces difficultés. Ainsi pulvériser au fond de l'océan comme cela est envisagé les nodules après les avoir rassemblés à l'aide d'un engin à chenilles représente une grosse dépense non seulement en matériel d'exploitation mais aussi en énergie pour le fonctionnement de ce matériel. Puis extraire ce minerai préalablement broyé evec de l'eau de l'océan depuis le fond sous-marin jusqu'au navire minéralier nécessitera des pompes d'aspiration géantes coûteuses et une nouvelle dépense très importante en énergie pour le foncttonns- ment de ces pompes. Et ce minerai pulvérulent va avoir une très forte action corrosive non seulement sur les parcis internes des conduits de très grande longueur qu'il sera obligé d'emprunter pour etre ramené à la surface de ltochan mais aussi dans les organes des pompes d'aspiration d'ou une très forte dépense de maintenance. Mais la difficulté la plus grande est la fragilité d'un conduit de grand diamètre sous l'influence de puissants courants sous-marins, imprévisibles, incontrblables, qui vont provoquer le cisaillement du conduit sinon sa rupture. Cette grave difficulto avait déjà été mise en évidence lors d'expériences de pose de conduits de grand diamètre dans l'océan pour l'exploitation de l'énergie maréthermique. Avec des conduits d'un faible diamètre comme ceux utilisés par le dispositif objet de l'invention, ce risque de cisaillement pourra etre évité car ces conduits pourront dtre beaucoup plus résistants. Le dispositif objet de l'invention nécessite également des dépenses en énergie mais celles-ci seront beaucoup moins importantes que celles des autres moyens envisagés et les dépenses de maintenance seront beaucoup plus faibles. il faut noter que la glace de moindre densité obtenue notamment par l'injection de bulles de gaz à basse température dans la glace en formation disposera d'une force ascentionnelle qui contribuera à économiser de l'énergie pour élever depuis le fond de l'océan les nodules emprisonnés par le gel. Par l'utilisation de l'énergie dégagée par des explosions pour détacher, en blocs contenant des nodules, la plaque congeIde du fond sous-marin, le dispositif parviendra ainsi à faire flotter, du moins pendant un certain temps, entre deux eaux, ces blocs contenant des nodules qu'il sera ensuite possible de capturer à l'aide d'un chalut pour les amener sur le navire minéralier. Du fait de l'économie, relative, pour la réalisation et l'applicaticn du dispositif, il sera possible d'envisager l'exploitation des nodules polymétalliques dans des délais beaucoup plus courts, il sera également possible de multiplier ces moyens d'exploitation permettant ainsi un rendement très important, enrin le procédé devrait permettre d'exploiter des zones sous-marines bien moins pourvues en nodules polymétalliques, ce qui permettra d'étendre le champ d'exploitation de ces minerais. REVENDICATIONS 1. Dispositif de congélation de la couche d'eau du fond de l'océan à l'aide d'une remorque (1) sur laquelle sont installées une bobine (5) et une rampe (3) d'épandage reliée au navire de surface par un conduit (4), caractérisé par le fait que dans ce conduit est introduit un produit réfrigérant à très fort pouvoir de congélation se répandant par la rampe (3) sur'le fond sousmarin, provoquant le gel de l'eau entourant et surplombant les nodules (9) polymétalliques, les emprisonnant ainsi dans la plaque (8) congelée pour permettre leur extraction. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la bobine (5) permet de dérouler un cible (6) de levage terminé par une ancre (7) plate, enprisonnée sous 11 effet du gel dans la plaque (8) congelée contenant les nodules (9) permettant son élévation jusqu' la surface de l'océan. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le frit que la bobine (5) permet de dérouler sur le fond sous-marin un conduit (10) dans lequel sera introduit un gaz à très basse température provoquant en s'échappant une poussée de décollage sous la plaque (8) congelée contenant les nodules (9). 4. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la bobine permet de dérouler sur le fond sous-marin, sous la plaque (8) congelée emprisonnant les nodules (9) une ligne (13) électrique permettant la mise à feu de substances explosives (14) pour briser la plaque en morceaux afin que ceux-ci flottent au-dessus du fond sous-marin, entre deux eaux. 5. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait de l'emploi d'un congélateur horizontal autonome qui sera déposé sur le fond sous-marin et relevé après avoir emprisonné dans la plaque (8) congelée les nodules (9) polymétalliques. 6. Dispositif selon les revendications 1 et 4, caractérisé par le fait que la bobine (5) permet de déposer sur le fond sousmarin un conduit (10) qui injectera un gaz à très basse tempéra ture dans la glace en formation, emprisonnant des bulles de gaz diminuant la densité de la glace dont les morceaux contenant les nodules (9) pourront titre du fait de l'explosion de la plaque (8) capturés à l'aide d'un chalut. 7. Dispositif selon les revendications 1 et 5 caractérisé par l'emploi de vérins (15) hydrauliques pour soulever du fond de l'océan la plaque (8) congelée emprisonnant les nodules (9) polymétalliques. 8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par l'emploi de la chaleur pour dégeler, à la surface de l'océan, la plaque (8) congelée afin d'en recueillir les nodules (s) et récupérer le produit réfrigérant.