Brevet FR2795109A1 — publié le 20001222

Procédé et dispositif de détection, localisation et captage de source d'eau douce en mer La présente invention a pour objet un procédé et des dispositifs de détection, localisation et captage de source d'eau douce en mer. Le secteur technique de l'invention est le domaine des procédés et/ou installations permettant d'une part de déterminer l'existence et d'autre part de permettre le captage d'eau douce souterraine, éventuellement potable. L'application principale de l'invention est la réalisation de véritables champs de production d'eau douce â partir de sources situées sous le niveau de la mer afin de procurer une telle eau aux populations habitant en particulier les zones semi-désertiques riveraines de bassins maritimes, tels que celui de la Méditerranée. On connaît déjà différents procédés et dispositifs de captage de sources sous marines d'eau douce, tels que ceux décrits en particulier dans la demande de brevet FR2 701 974 déposée le 26/02/93 qui enseigne une structure â concavité dirigée vers le bas, coiffant une telle source, et dans laquelle l'eau douce est piégée en partie haute grâce â sa densité plus faible que celle de l'eau de mer : cette structure est ouverte en partie basse pour permettre l'évacuation de l'eau de mer et le remplissage par l'eau douce ; celle ci est ensuite pompée dans la partie la plus élevée de la structure depuis un système de pompage installé en surface, au dessus et â l'aplomb de la paroi côtière contre laquelle est fixée ladite structure un tel procédé et dispositif est donc plus particulièrement adapté au captage d'eau douce le long des cotes mais ne peut pas être utilisé pour des sources situées en pleine mer et â grande distance de la cote. De plus avant de pouvoir capter de telles sources d'eau douce, encore faut-il les avoir repérées ce qui est d'autant plus difficile quand on se trouve justement en pleine mer. Le problème posé est de pouvoir dans un premier temps évaluer des zones de surface au dessous desquelles peuvent jaillir de telles sources d'eau douce depuis le fond de la mer, puis les confirmer et les localiser avec précision et dans un deuxième temps d'y installer des dispositifs de captage permettant de récupérer l'essentiel du débit de ladite source sans polluer cette eau douce avec l'eau de mer environnante et avec des moyens de mise en oeuvre assez simples et faciles d'installation pour ramener ladite eau douce ainsi captée vers le rivage même si la source en est très éloignée. Une solution au problème posé est un procédé de détection, localisation et captage d'eau douce en mer tel que - on effectue un balayage systématique par voie aérienne d'une vaste étendue de mer, au cours duquel on relève les radiations émises par la surface de la mer dans l'infrarouge ; la thermographie infrarouge intéresse en fait une épaisseur de l'ordre d'une dizaine de microns â la surface de la mer et les longueurs d'ondes utilisées sont de l'ordre de 8 â 12 microns. Ces enregistrements thermiques sont effectués pendant la nuit â des altitudes de vol comprises entre 1500 et 2000 mètres, permettant un balayage de surface de 2.5 â 4km de large â chaque passage, et on les réalise â des périodes favorables en termes de débit de sources d'eau douce supposées ; - on établit une cartographie thermique de la surface de cette étendue de mer et on détermine les zones les plus froides dans lesquelles on estime qu'il y a un potentiel raisonnable d'y trouver un point de résurgence d'eau douce ; cette première phase n'est pas cependant indispensable - on mesure au moins la salinité de l'eau de mer en différents points de toute zone où l'on estime qu'il y a un potentiel raisonnable d'y trouver un point de résurgence sous marine d'eau douce ; cette salinité peut être mesurée par calcul â partir de la connaissance de la conductivité et de la température de l'eau aux mêmes points de mesure, grâce par exemple â un poisson qui est un support d'instruments traîné par tout navire ; les données de conductimétrie et de température relevées donnent alors en temps réel la salinité de l'eau par l'application d'une formule de conversion qui est S=0,48273[1+1,2577(C-1)+9,3421.10-3(C-1)z-1,1297.10'(C-1)3 + 7,5368.10-' (C-1)4] dans lequel S est la salinité, C la conductivité â 20 C en mS/cm et C la conductivité â la température 0 ; - si on obtient une différence, entre au moins une de ces valeurs de salinité et celle de l'eau de mer située hors de ladite zone, supérieure â un seuil donné, on en déduit que le fond de la mer, correspondant â ladite zone et au voisinage du point de la mesure de salinité différente relevée, comporte au moins un point de résurgence d'eau douce, - on peut considérer que lorsqu'il y a une différence de 10 /0o entre la salinité de la zone éloignée et celle de la zone d'étude, on se rapproche d'une résurgence d'eau douce, sachant que les valeurs de référence de l'eau douce â 20 C sont inférieures â 2 mS /cm pour la conductivité et 1,09 /.o pour la salinité, et pour l'eau de mer â la même température de 20 C, 48mS/cm pour la conductivité et 350/..pour la salinité ; - de préférence on établit, grâce par exemple â l'utilisation d'un poisson remorqué tel qu'indiqué ci-dessus, une cartographie de la salinité de l'ensemble de ladite zone avec un nombre suffisant de points de mesure aptes â permettre le tracé de courbes d'iso-salinité et on détermine les points de résurgence potentielle d'eau douce au centre de la courbe correspondant â la plus forte anomalie de salinité ; le nombre de points de mesure est en fait fonction du pas de temps propre aux mesures effectuées par ledit poisson remorqué et de sa vitesse, sachant qu'à chaque point de mesure il est donné sa localisation précise par tout système de navigation tel que par satellite (dit Global Positionning System - GPS) ; - pour obtenir une confirmation de la localisation précise de la source, on effectue ensuite au moins un prélèvement d'échantillon d'eau de mer au voisinage de chaque point de résurgence potentiel d'eau douce évalué précédemment et on y mesure directement au moins la salinité : cette mesure peut être effectuée par un plongeur â l'aide d'un salinimétre compact qui mesurera cette salinité en des points localisés sur un quadrillage de zones sur le fond de la mer ; dans certains cas de figure, cette localisation peut être faite visuellement par l'observation du plongeur car, au niveau de l'orifice de l'émergence et du flux ascendant, l'eau se trouble au niveau de l'interface entre l'eau douce et l'eau de mer. De toutes façons au moins un prélèvement est effectué au niveau d'une telle résurgence afin d'en connaître les caractéristiques physico-chimiques telles que sa minéralisation afin de définir si elle est potable. Une fois une telle source ainsi détectée et localisée, on peut alors mettre en oeuvre les phases du procédé suivant l'invention permettant son captage, et tel que - on dispose au plus proche du point de résurgence d'eau douce localisé sur le fond de la mer, un premier lest â partir duquel on positionne â des distances données, d'autres lests secondaires formant une ligne fermée autour du premier lest et dudit point de résurgence d'eau douce; - on installe, sur ce premier lest, une pompe et on descend â sa verticale un réservoir souple en forme de cloche ferlée au moyen de liens, lestée â sa partie basse et surmontée, dans sa partie haute qui reste ouverte, par un flotteur; - on fixe des élingues entre chaque lest secondaire et la circonférence de la partie inférieure de la cloche, et on déferle celle-ci en tirant sur les élingues jusqu'à ce que la circonférence inférieure soit positionnée â une distance donnée desdits lests secondaires ; - on ferme la partie haute de la cloche par une soupape d'échappement, et on recueille sous le réservoir souple ainsi installé, l'eau douce: - on fait fonctionner ladite pompe quand le niveau d'interface entre l'eau douce et l'eau de mer est au moins au-dessous de celui de l'aspiration de la pompe, et on refoule l'eau douce ainsi aspirée â travers tout conduit d'évacuation. Le résultat est de nouveaux procédés de détection, localisation et captage de sources d'eau douce en mer avec les installations correspondantes telles que celles décrites plus précisément ci-après. L'ensemble des ces phases de procédé et de ces installations répondent bien au problème posé, autorisent le pompage de l'eau douce en toute sécurité, même en cas de production simultanée de gaz qui n'est pas possible avec un dispositif suivant le brevet cité précédemment, et permettront l'exploitation industrielle des résurgences sous marines d'eau douce . La présente invention devrait ainsi diminuer la pénurie d'eau douce des pays tels que ceux du bassin méditerranéen, et ce faisant contribuera â leur développement. Nous savons en effet, qu'il existe sur le pourtour de la Méditerranée, des résurgences sous marines d'eau douce d'origine karstique : la Grèce seule recèle des réserves permettant une production annuelle en eau douce estimée â environ 2,5 milliards de mètres cubes et d'autres pays méditerranéens, dont la France, possèdent dans leurs eaux territoriales ce type de ressources en eau douce. Face â la raréfaction des ressources d'eau douce naturelle, â l'augmentation de sa consommation et donc â l'accroissement de son prix, la présente invention devrait permettre de répondre aux besoins des pays concernés. On pourrait citer d'autres avantages â la présente invention mais ceux cités ci-dessus en montrent déjà suffisamment pour en prouver la nouveauté et l'intérêt. La description ci après et les figures ci-jointes représentent des exemples de mise en oeuvre et de réalisation de l'invention mais n'ont aucun caractère limitatif : d'autres réalisations sont possibles dans le cadre de la portée et de l'étendue de cette invention en particulier en utilisant les moyens de détection tels que ceux indiqués ci-dessus, soit en combinaison et en totalité, soit au contraire partiellement ou encore combiné avec d'autres moyens ; ceci est en fonction du site et des difficultés ou au contraire de la facilité à localiser de telles sources. La figure 1 est une vue en perspective d'ensemble d'une installation suivant l'invention. Les figures 2 à 7 représentent différentes phases du procédé de mise en place de l'installation suivant la figure 1. La figure 8 est une vue en coupe simplifiée de l'installation de la figure 1. La figure 9 est une vue en perspective d'ensemble d'un champ de production d'eau douce. Les différentes phases de procédé de détection et de localisation ne sont pas représentées dans les figures ci-jointes car elles ont été suffisamment explicitées précédemment et ne nécessitent pas d'être illustrés. Une installation de captage de résurgence d'eau douce en mer, tel que représenté sur la figure 1, comporte un réservoir immergé 10 en forme de cloche, de concavité tournée et ouvert vers le bas et piégeant l'eau douce 2 dans sa partie haute, ladite eau douce, en remplissant ledit résérvoie en chasse l'eau de mer 22 qui s'évacue par la partie basse 102 du réservoir ; un système de pompage prélevé ladite eau douce 2 grâce à une pompe 11 installée sur un socle 14 posé sur le fond 4 de la mer, à l'intérieur dudit réservoir 10, et refoule l'eau douce 2 à travers un conduit 12 d'évacuation. Ledit réservoir immergé 10 comporte en sa partie supérieur 103 une soupape 7 d'échappement, qui est de préférence reliée à un flotteur 71, tel que représenté sur la figure 8, prenant appui sur l'interface 9 entre tout gaz 8 accumulé à la partie supérieur du réservoir 10, et ladite eau douce 2, et qui ouvre la soupape 7 quand ladite interface 9 est en dessous d'un niveau donné. Le réservoir 10 appelé cloche est de préférence constitué en polyéthylène translucide, dit polycristal, et ses dimensions sont rapportées aux dimensions et au débit de la zone de résurgence 21 : il est en effet préférable que ladite cloche couvre l'ensemble de l'orifice de résurgence et que la pompe 11 soit asservie au débit de la source. La taille du réservoir n'a en fait pas de limite et est fonction des caractères hydrologiques de la zone 21 de résurgence à capter : à titre d'exemple, pour un captage ayant un débit d'eau douce d'environ 50 litres par seconde, la cloche 10 peut avoir un diamètre D à sa partie inférieure de sept mètres et un hauteur h de trois mètres. A titre d'exemple, la source de résurgence de Port Miou située prés de Cassis sur la cote méditerranéenne française, peut débiter de 3 à 100m3/seconde selon ses conditions hydrologiques et représente un diamètre d'émergence d'une dizaine de mètres. Ladite cloche 10 en matériau souple est maintenue sur le fond de la mer 4, grâce à des lests 16 dont le poids compense la force de la poussée d'Archiméde qui s'exerce sur ledit réservoir 10, du fait de la différence de densité entre l'eau douce et l'eau de mer : pour l'exemple de cloche de 7 mètres de diamètre, de 3 mètres de hauteur indiquée ci dessus, on peut disposer de 24 lests 16 pesant 170 kg chacun environ en poids hors d'eau. Pour bien capter ladite source 21 et éviter que l'eau douce se mélange avec l'eau de mer 1, l'installation suivant l'invention comporte une cheminée 6 intérieure audit réservoir 10, ouverte à sa partie supérieure, entourant au moins une partie, si ce n'est de préférence la totalité de la zone de résurgence 21 d'eau douce, et enfermant le socle 14 qui supporte la pompe 11. La partie supérieure 62 de ladite cheminée 6 peut être composée d'un cylindre, disposé en couronne et jouant le rôle de flotteur pour maintenir ladite cheminée bien verticale, surtout quand celle-ci est en matériau souple alors que sa partie inférieure 61 est de préférence quasi étanche, au niveau du fond 4 de la mer ; pour cela cette partie inférieure peut être composée d'un cylindre souple également, disposé en couronne et rempli de petites billes d'acier inoxydable afin d'épouser la surface du fond 4 et donc d'assurer cette étanchéité. De plus pour pouvoir commander la pompe 11 â bon escient, c'est â dire quand on est sûr que ladite pompe aspire de l'eau douce 2, l'installation suivant l'invention comporte une échelle de salinité 13 disposé verticalement â l'intérieur du réservoir 10 et qui permet de s'assurer que la page 11 puise bien de l'eau douce 2. Pour effectuer l'installation dudit réservoir souple 10, on dispose au plus proche du point de résurgence d'eau douce 2, localisé sur le fond 4 de la mer 1 et tel que représenté sur la figure 2, un premier lest 14, â partir duquel on positionne suivant la représentation de la figure 3, et â des distances données, tel que suivant un cercle, en utilisant des aussières 18" 182 de longueur donnée, d'autres lests secondaires 16 formant une ligne fermée autour du premier lest 14, et de la zone ou point de résurgence d'eau douce 2, , Une telle mise en place peut être assurée depuis un navire ou support d'assistance 17 placé â la surface 3 de la mer au dessus dudit point de résurgence, et â l'aide d'au moins un câble 17, de mise â l'eau depuis un treuil embarqué. On installe ensuite sur ce premier lest 14, une pompe 11 soit directement, soit sur une structure intermédiaire posée sur ledit lest, et on descend â sa verticale comme représenté sur la figure 4, le réservoir souple 10, en forme de cloche, fermé au moyen de liens 10" lesté â sa partie basse 102 et surmonté dans sa partie haute 103 qui reste ouverte, par un flotteur 172 lequel flotteur est relié audit câble de manoeuvre 17,. Des plongeurs peuvent alors fixer des élingues 183 entre chaque lest secondaire 16 et la circonférence de la partie inférieure 102 de la cloche 10 et déferler celle ci en tirant sur les élingues 183 : les plongeurs peuvent s'aider par des flotteurs 172 fixés en bout d'élingues 183, qui sont passés à travers des anneaux 19 permettant d'une part l'accrochage et la mise en place des lests 16 et d'autre part ledit renvoi. On tire ainsi sur lesdites élingues 183 jusqu'à ce que la circonférence inférieure 102 de la cloche 10 soit positionnée à une distance donnée desdits lests secondaires 16, et en défaisant au fur et à mesure les liens 101 tel que représenté sur la figure 5. On ferme alors la partie haute 103 de la cloche 10 par la soupape 7 d'échappement, et on recueille, sous et dans le réservoir souple 10 ainsi installée, l'eau douce 2. Les plongeurs peuvent alors raccorder la pompe 11 d'une part à la conduite de préférence flexible 12, d'évacuation de l'eau douce et d'autre part à une alimentation électrique 15, à travers un conteneur de puissance et de contrôle 20 de ladite pompe Il et pouvant être installé sur le socle 14 de celle-ci, tel que représenté sur la figure 7. Il est ensuite possible de mettre en place la cheminée 6 lestée dans le bas et munie de flotteurs dans le haut ; il peut également s'agir d'une cheminée rigide qui est alors mise en place avant le positionnement du réservoir 10. Dans le cas de plusieurs sources de résurgence situées dans une même zone au large de la terre ferme 21, on peut relier l'ensemble des évacuations 12, d'eau douce à un pipeline collecteur 122 permettant le remplissage d'un réservoir tampon 22 placé sur ladite terre ferme 21 et représenté sur la figure 9. REVENDICATIONS 1. Procédé de captage de source d'eau douce en mer, caractérisé en ce que - on dispose au plus proche d'un point de résurgence d'eau douce (21) localisé sur le fond (4) de la mer (1), un premier lest (141) à partir duquel on positionne à des distances données, d'autres lests secondaires (16) formant une ligne fermée autour du premier lest (141) et dudit point de résurgence d'eau douce (21) ; - on installe sur ce premier lest (141) une pompe (11) et on descend à sa verticale un réservoir souple (10) en forme de cloche ferlée au moyen de liens (101), lestée à sa partie basse (102) et surmontée dans sa partie haute (103) , qui reste ouverte, par un flotteur (172) ; - on fixe des élingues (183) entre chaque lest secondaire (16) et la circonférence de la partie inférieure (102) de la cloche (10), et on déferle celle-ci en tirant sur les élingues (183) jusqu'à ce que la circonférence inférieure (102) soit positionnée à une distance donnée desdits lests secondaires (16) ; et - on ferme la partie haute (103) de la cloche (10) par une soupape (7) d'échappement, et on recueille sous le réservoir souple (10) ainsi installé, l'eau douce (2). 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fait fonctionner ladite pompe (11) quand le niveau d'interface (5) eau douce (2) et eau de mer (1) est au moins au-dessous de celui de l'aspiration de la pompe (11), et on refoule l'eau douce ainsi aspirée a travers tout conduit (12) d'évacuation. 3. Procédé de captage de source d'eau douce en mer selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce qu'on effectue la détection et localisation du point de résurgence d'eau douce (21) en effectuant les étapes suivantes - on mesure au moins la salinité de l'eau de mer en différents points d'une zone où l'on estime qu'il y a un potentiel raisonnable d'y trouver un point de résurgence sous marine d'eau douce, - si on obtient une différence, entre au moins une de ces valeurs de salinité et celle de l'eau de mer située hors de ladite zone, supérieure à un seuil donné, on en déduit que le fond (4) de la mer, correspondant à ladite zone et au voisinage du point de la mesure de salinité différente relevée, comporte au moins un point de résurgence (21) d'eau douce. 4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'on établit une cartographie de la salinité de l'ensemble de ladite zone avec un nombre suffisant de points de mesure aptes à permettre le tracé de courbes d'iso-salinité et on détermine les points de résurgence potentielle d'eau douce (21) au centre de la courbe correspondant à la plus forte anomalie de salinité. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4 caractérisé en ce qu'on mesure la salinité par calcul à partir de la connaissance de la conductivité et de la température de l'eau aux mêmes points de mesure. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5 caractérisé en ce qu'on effectue au moins un prélèvement d'échantillon d'eau de mer au voisinage de chaque point de résurgence potentiel (21) d'eau douce et on en mesure directement au moins la salinité. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 6 caractérisé en ce que préalablement - on effectue un balayage systématique par voie aérienne d'une vaste étendue de mer, au cours duquel on relève les radiations émises par la surface de la mer dans l'infrarouge ; - on établit une cartographie thermique de la surface de cette étendue de mer et on détermine les zones les plus froides dans lesquelles on estime qu'il y a un potentiel raisonnable d'y trouver un point de résurgence d'eau douce (21). 8. Installation de captage d'une résurgence d'eau douce en mer, comportant un réservoir immergé (10) en forme de cloche, de concavité tournée et ouverte vers le bas, et piégeant l'eau douce (2) dans sa partie haute, et un système de pompage prélevant ladite eau douce (2), caractérisée en ce que le système de pompage comprend une pompe (11) installée sur un socle (14) posé sur le fond de la mer à l'intérieur dudit réservoir (10), et refoulant l'eau douce (2) à travers un conduit (12) d'évacuation. 9. Installation suivant la revendication 8, caractérisée en ce que ledit réservoir immergé (10) comporte à sa partie supérieure (103) une soupape (7) d'échappement. 10. Installation suivant la revendication 9, caractérisée en ce que ladite soupape (7) est reliée à un flotteur (71) prenant appui sur l'interface (9) entre tout gaz (8) accumulé à la partie supérieure du réservoir (10) et ladite eau douce (2), et qui ouvre la soupape (7) quand ladite interface (9) est en dessous d'un niveau donné. 11. Installation suivant l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisée en ce qu'elle comporte une cheminée (6) intérieure audit réservoir (10), ouverte à sa partie supérieure et entourant au moins une partie de la résurgence (21) d'eau douce et le socle (14) support de la pompe (11). 12. Installation suivant la revendication 11, caractérisée en ce que la partie inférieure (61) de ladite cheminée (6) est quasi étanche au niveau du fond (4) de la mer. 13. Installation suivant l'une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisée en ce qu'elle comporte une échelle de salinité (13) disposée verticalement à l'intérieur dudit réservoir (10) et qui détermine le niveau de l'interface (5) entre l'eau douce (2) et l'eau de mer (1).