Brevet FR2687222A1 — publié le 19930813

La présente invention a pour objet un procédé pour prélever un échantillon d'eau à une profondeur déterminée, un dispositif pour obturer un récipient de prélèvement d'eau et un récipient de prélèvement d'eau utilisés pour la mise en oeuvre du procédé. Pour déterminer la composition des eaux sous-marines, il est nécessaire d'en prélever des échantillons qu'on soumet ensuite en laboratoire à des analyses très poussées de leur composition. De telles analyses sont à même de détecter la présence d'une seule molécule d'un composant déterminé à l'intérieur de l'échantillon d'eau prélevé. Aussi est-il souhaitable que de tels prélèvements soient effectués dans des conditions optimales, c'est-à-dire dans des récipients parfaitement propres et étanches de manière à éviter toute pollution de l'échantillon. En général, on procède au prélèvement d'eau sous-marine à l'aide de bouteilles de prélèvements qui sont constituées principalement par des tubes munis de bouchons à leurs extrémités. Les bouteilles sont généralement fixées à un câble et immergées en déhalant celui-ci. Le remplissage d'une bouteille résulte du fait qu'avant de la larguer, on place ses bouchons en position ouverte, position qu'ils conservent durant toute la phase de descente de la bouteille, qui est ainsi traversée en permanence par un courant d'eau. Au moment où la bouteille se trouve à la profondeur voulue, on referme ses bouchons et la quantité d'eau présente dans la bouteille est emprisonnée pour constituer le prélèvement sur lequel on effectuera les analyses. Cette technique présente l'inconvénient majeur que, les orifices étant ouverts durant toute la phase de descente de la bouteille, cette dernière est traversée par les eaux polluées qui se situent au voisinage de la surface et ne peut, dans ces conditions, se trouver parfaitement propre au moment où lvon réalise le prélèvement. Ceci est un facteur perturbateur des analyses qui sont faites des échantillons prélevés, le risque principal étant d'attribuer à des couches sous-marines des traces de pollution qui ont été en réalité entraînées vers le fond par la bouteille. La présente invention a pour objet un nouveau procédé pour réaliser des prélèvements d'eau selon lequel les orifices de la bouteille sont maintenus fermés durant toute la première partie de sa descente, ctest-à-dire au moins pendant qu'elle traverse la couche polluée de surface. La présente invention a pour objet un procédé pour prélever un échantillon d'eau à une profondeur déterminée, notamment pour effectuer des prélèvements sous-marins en eau profonde, selon lequel on fait descendre jusqu và une profondeur déterminée un récipient comportant au moins un orifice ouvert, on obture l'orifice et on remonte le récipient, procédé caractérisé par le fait qu'avant son immersion, on obture au moins un orifice du récipient à l'aide d'un obturateur creux, élastiquement déformable et susceptible de se collapser lorsqutil est soumis à une surpression externe prédéterminée ; que l'on descend le récipient dans l'eau, ce qui, à une profondeur donnée, provoque le collapse de l'obturateur et l'ouverture de l'orifice correspondant du récipient ; que, lorsque le récipient a atteint la profondeur de prélèvement, on met l'intérieur de l'obturateur en équilibre de pression avec l'extérieur du récipient, ce qui provoque son retour en position initiale et l'obturation de l'orifice; et que l'on remonte le récipient à la surface. On comprend que, selon l'invention, l'orifice du récipient est obturé de façon étanche tant que le récipient demeure en eau peu profonde, en particulier tant qu'il traverse la couche polluée de surface. Au contraire, à partir de la profondeur à laquelle la pression hydrostatique exerce une surpression suffisante sur l'obturateur pour l'amener à se collapser, l'intérieur du récipient est mis en communication avec l'eau qui l'entoure. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, on utilise un récipient qui comporte un orifice obturé par un obturateur, à chacune de ses extrémités inférieure et supérieure, de sorte qu'ayant provoqué le collapse des deux obturateurs en descendant le récipient jusqu 'à une profondeur donnée, on permet le passage d'un courant d'eau à l'intérieur du récipient, puis qu'en mettant l'intérieur des obturateurs en équilibre de pression avec l'extérieur du récipient, à la profondeur à laquelle on désire réaliser le prélèvement, on emprisonne l'eau présente dans le récipient. Ainsi, lorsque l'on immerge le récipient selon ce mode de réalisation, l'intérieur des obturateurs se trouve en équipression avec l'extérieur du récipient et les orifices de ce dernier sont hermétiquement obturés par la simple élasticité des parois des obturateurs. Au fur et à mesure que le récipient s'enfonce dans liteau, la pression hydrostatique augmente et les obturateurs se trouvent soumis à une surpression de plus en plus importante. Lorsque le récipient a atteint une certaine profondeur, ils sont tous les deux collapsés et dégagent ses orifices. Un courant d'eau traverse alors l'intérieur du récipient tandis qu'on continue sa descente. Quand il a atteint la profondeur voulue, on réalise l'équilibrage de pression entre l'intérieur des obturateurs et l'eau ambiante. On peut utiliser à cet effet, comme cela est couramment le cas dans ce domaine, un messager qui est constitué par un poids que l'on largue depuis la surface et qui glisse le long du filin de retenue du récipient pour atteindre ce dernier et provoquer l'obturation de ses orifices. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, on règle le ou les obturateurs de manière à ce qu'ils se collapsent au-delà d'une profondeur prédéterminée. Ainsi, selon l'invention, il est possible de déterminer la profondeur à laquelle on provoque la pénétration de l'eau à l'intérieur du récipient. Selon une variante de ce mode de réalisation, on ajuste la pression du gaz à l'intérieur de l'obturateur creux pour régler la surpression externe qui provoque son collapse. La présente invention a également pour objet un dispositif d'obturation pour récipient de prélèvements d'eau, caractérisé par le fait qu'il comporte un orifice ; un obturateur creux et élastiquement déformable qui obture l'orifice lorsque la surpression entre l'extérieur du récipient et l'intérieur de l'obturateur est inférieure à une valeur déterminée, et qui ouvre l'orifice en se collapsant lorsque cette surpression dépasse ladite valeur déterminée ; et un organe pour mettre l'intérieur de l'obturateur en équilibre de pression avec l'extérieur du récipient. Selon un premier mode de réalisation, la pression du gaz enfermé dans l'obturateur règle la surpression externe à partir de laquelle le collapse intervient. Conformément au mode de réalisation préféré de l'invention, l'organe pour mettre l'obturateur en équilibre de pression avec l'extérieur du récipient est une vanne, de préférence à pincement, qui relie l'intérieur de l'obturateur à l'extérieur du récipient par exemple par l'intermédiaire d'un tuyau souple. L'équilibrage des pressions est ainsi obtenu par ouverture de la vanne qui met en communication l'intérieur de l'obturateur avec l'eau ambiante. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, l'embouchure extérieure de l'orifice est tronconique concave, ce qui facilite la pénétration de l'eau à l'intérieur du récipient. Dans une variante préférée, des ailettes sont disposées à l'embouchure de l'orifice, de manière à engendrer un vortex lors du passage de l'eau et augmenter ainsi sa vitesse de traversée de l'orifice. Avantageusement, l'embouchure de l'orifice vue de l'intérieur du récipient est également tronconique concave, de sorte que l'eau traverse l'orifice à une vitesse également accrue lors de sa sortie du récipient. I1 est en outre avantageux, dans ce cas, de disposer des ailettes à l'embouchure tronconique intérieure du récipient. Selon le mode de réalisation préféré de l'invention, les ailettes destinées à créer un vortex à l'embouchure de l'orifice sont solidaires de l'obturateur qui est en outre muni d'une partie antirotation telle qu'une tige carrée qui coopère avec un logement de forme correspondante aménagée sur le récipient. L'invention a enfin pour objet un récipient destiné à être immergé dans un l'eau pour en prélever un échantillon à une profondeur déterminée, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins un dispositif d'obturation du type décrit ci-dessus. Conformément au mode de réalisation préféré de l'invention, le récipient possède sensiblement la forme d'un tube et est muni à chacune de ses extrémités d'un dispositif d'obturation du type décrit ci-dessus. Dans une première variante, le récipient comporte une vessie souple qui communique avec son volume intérieur : cette vessie absorbant, lors de la remontée du récipient à la surface, l'augmentation de volume des gaz emprisonnés avec l'échantillon d'eau prélevé à grande profondeur. Dans une seconde variante, le récipient comporte une soupape de décompression destinée également à évacuer l'excédent de volume de l'échantillon. De préférence, les différents matériaux utilisés pour réaliser le dispositif d'obturation et le récipient selon l'invention sont des matériaux compatibles avec les analyses qui sont faites des échantillons prélevés. Dans le but de mieux faire comprendre l'invention, on va en décrire maintenant un mode de réalisation donné à titre d'exemple et sans aucun caractère limitatif de la portée de l'invention en référence au dessin schématique annexé dans lequel - la figure 1 est une vue en coupe schématique d'un mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue identique à la figure 1 après collapse des obturateurs, - la figure 3 est une vue en élévation latérale de l'un des obturateurs des figures 1 et 2, et - la figure 4 est une vue de dessus de la figure 3. Le récipient de prélèvement 1 représenté sur les figures 1 et 2 présente une forme extérieure sensiblement tubulaire. Chacune de ses extrémités 2, 3 comporte un orifice 4,5 obturé par un obturateur 6, 7 selon l'invention. Dans le mode de réalisation décrit, les orifices 4 et 5 présentent respectivement une embouchure de forme tronconique rentrante 4a, 5a à l'extérieur et 4b, 5b à l'intérieur du récipient 1. Selon ce mode de réalisation, chaque obturateur 6, 7 est maintenu à proximité de l'orifice 4,5 de la bouteille 1 par une cloison intermédiaire 8,9 qui est partiellement évidée en 10, 11. On voit sur la figure 1 qu'en l'absence de surpression externe, les obturateurs 6,7 sont légèrement comprimés par les cloisons intermédiaires 8,9, contre les embouchures internes 4b,5b des orifices 4,5. Une vanne 12 débouchant à l'extérieur du récipient par un orifice 13 permet de réaliser l'équilibrage de pression entre l'intérieur de chaque obturateur 6, 7 et l'extérieur du récipient, des tuyaux souples 14 et 15 reliant l'intérieur de chaque obturateur 6, 7 à cette vanne 12. Sur le dessin, on a représenté une vanne à trois voies, mais il est bien entendu que tout autre type de vanne peut être utilisé, en particulier une vanne à pincement, qui présente l'avantage de ne pas affecter la continuité des tuyaux souples 14 et 15 et donc d'améliorer l'étanchéité de la vanne, y compris à haute pression. Sur la figure 2, la vanne 12 est représentée en position fermée et l'ensemble du dispositif est supposé se trouver à une profondeur au moins égale à celle à partir de laquelle la surpression imposée par la pression hydrostatique de l'eau provoque le collapse des obturateurs et l'écrasement de leur cavité intérieure 16,17. On voit sur cette figure 2 que chaque obturateur 6,7 collapsé s'écrase contre la cloison intermédiaire 8,9 et dégage l'orifice 4, 5, permettant le passage de l'eau. Lors de la descente du récipient, l'eau s'engage par l'orifice 5, traverse les évidements 11 de la cloison intermédiaire 9 et quitte l'intérieur du récipient en traversant les évidements 10 de la cloison intermédiaire 8 et l'obturateur 4. La symétrie du récipient 1 permet sa traversée par un courant d'eau aussi bien lors de sa montée que lors de sa descente. L'obturateur 6, représenté sur les figures 3 et 4 du dessin, est identique à l'obturateur 7. I1 comporte, en plus de sa partie médiane creuse, une première partie 18 située à la base du tuyau souple 14 et destinée à se maintenir au moins partiellement à l'extérieur du récipient 1 pour coulisser dans son orifice 4 lors du collapse de l'obturateur. Des ailettes 19, disposées sur cette partie 18 et orientées dans la même direction angulaire comme on le voit plus clairemént sur la figure 4, sont destinées à faciliter le passage de l'eau à travers l'orifice 4 en créant un vortex qui stabilise son écoulement. La disposition des ailettes 19 sur l'obturateur 6 est avantageuse car elle permet de les déplacer en même temps que l'obturateur 6 se collapse, de sorte que lors du passage de l'eau, elles s'étendent à cheval entre l'intérieur et l'extérieur du récipient, ctest-à-dire à l'endroit où elles sont le mieux à même de générer un vortex, et ce, quel que soit le sens de passage de l'eau. Dans le mode de réalisation décrit, l'obturateur comporte, à l'opposé de sa partie 18, une pièce anti-rotation 20 constituée par une tige carrée qui s'engage dans un logement de forme correspondante aménagé sur la paroi intermédiaire 8. Le rôle de cette tige carrée 20 est de s'opposer à la rotation de l'obturateur 6 qui pourrait résulter du couple transmis par les ailettes 19 lors du passage d'un courant d'eau dans l'orifice 4. Les matériaux constituant le récipient et les obturateurs selon le mode de réalisation décrit sont avantageusement compatibles avec les analyses qui seront faites des échantillons prélevés, en particulier, il est avantageux d'utiliser des tuyaux souples et des obturateurs en silicone. I1 est bien entendu que le mode de réalisation qui vient d'âtre décrit ne présente aucun caractère limitatif et qu'il pourra recevoir toute modification sans sortir pour cela du cadre de l'invention. En particulier, la mise en équipression de l'intérieur de l'obturateur avec le milieu liquide environnant peut être réalisée par tout moyen, tel qu'un piston dont le déplacement dans une chambre étanche serait commandé depuis la surface, par exemple par l'envoi d'un messager. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour prélever un échantillon d'eau à une profondeur déterminée, notamment pour effectuer des prélèvements sous marins en eau profonde, selon lequel on fait descendre jusqu a une profondeur déterminée un récipient comportant au moins un orifice ouvert, on obture l'orifice et on remonte le récipient, procédé caractérisé par le fait qu'avant son immersion, on obture au moins un orifice (4,5) du récipient (1) à l'aide d'un obturateur (6,7) creux, élastiquement déformable, et susceptible de se collapser lorsqu'il est soumis à une surpression externe prédéterminée, que l'on descend le récipient (1) dans l'eau ce qui, à une profondeur donnée, provoque le collapse de l'obturateur (6,7) et l'ouverture de l'orifice (4,5) correspondant du récipient (1), que, lorsque le récipient (1) a atteint la profondeur de prélèvement, on met l'intérieur (16,17) de l'obturateur (6,7) en équilibre de pression avec l'extérieur du récipient (1), ce qui provoque son retour en position initiale et l'obturation de l'orifice, et que l'on remonte le récipient (1) à la surface. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on utilise un récipient (1) qui comporte un orifice (4,5) obturé par un obturateur (6,7) à chacune de ses extrémités inférieure (3) et supérieure (2), de sorte qu'ayant provoqué le collapse des deux obturateurs (6,7) en descendant le récipient (1) jusqu'à une profondeur donnée, on permet le passage d'un courant d'eau à l'intérieur du récipient (1), puis qu'en mettant l'intérieur (16,17) des obturateurs (6,7) en équilibre de pression avec l'extérieur du récipient (1), à la profondeur à laquelle on désire réaliser le prélèvement, on emprisonne l'eau présente dans le récipient (1). 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le ou les obturateurs (1) de manière à ce qu'ils se collapsent au-delà d'une profondeur prédéterminée. 4 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'on ajuste la pression du gaz à l'intérieur (16,17) du ou des obturateurs creux (6,7) pour régler la surpression externe qui provoque leurs collapses. 5 - Dispositif d'obturation pour récipient de prélèvement d'eau, caractérisé par le fait qu'il comporte un orifice (4,5) ; un obturateur (6,7) creux, élastiquement déformable qui obture l'orifice (4,5) lorsque la surpression entre l'extérieur du récipient (1) et l'intérieur (16,17) de l'obturateur (6,7) est inférieure à une valeur déterminée, et qui ouvre l'orifice (4,5) en se collapsant lorsque cette surpression dépasse ladite valeur déterminée ; et un organe (12) pour mettre l'intérieur (16,17) de l'obturateur (6,7) en équilibre de pression avec l'extérieur du récipient (1). 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la pression du gaz enfermé dans l'obturateur (6,7) règle la surpression externe à partir de laquelle le collapse intervient. 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé par le fait que l'organe pour mettre l'intérieur (16,17) de l'obturateur (6,7) en équilibre de pression avec l'extérieur du récipient (1) est une vanne (12), de préférence à pincement, qui relie l'intérieur (16,17) de l'obturateur (6,7) à l'extérieur du récipient (I) par exemple par l'intermédiaire d'un tuyau souple (14,15). 8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé par le fait que l'embouchure extérieure (4a,5a) de son orifice (4,5) est tronconique concave. 9 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé par le fait qu'il comporte, à l'embouchure (4a,5a,4b,5b) de orifice (4,5) des ailettes (19) orientées pour engendrer un vortex lors du passage de l'eau. 10 - Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que les ailettes (19) sont solidaires de l'obturateur (6,7) qui est en outre muni d'une partie ar.ti-rotation (20) telle qu'une tige carrée qui coopère avec un logement de forme correspondante aménagé sur le récipient (1). 11 - Récipiert destiné à être immergé dans l'eau pour en prélever un échantillon à une profondeur déterminée, du type bouteille de prélèvement d'eau sous-marine, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins un dispositif d'obturation selon l'une quelconque des revendications 5 à 10. 12 - Récipient selon la revendication 11, caractérisé par le fait qu'il possède sensiblement la forme d'un tube et qu'il est muni à chacune de ses extrémités (2,3) d'un dispositif d'obturation selon l'une quelconque des revendications 5 à 10. 13 - Récipient selon l'une quelconque des revendications 11 et 12, caractérisé par le fait qu'il comporte une vessie souple communiquant avec son volume intérieur. 14 - Récipient selon l'une quelconque des revendications 11 et 12, caractérisé par le fait qu'il comporte une soupape de décompression.