Brevet FR2809179A1 — publié le 20011123

DISPOSITIF D'AMORÇAGE AUTOMATIQUE DE CANNES PRÉLÈVEMENT DE FLUIDES L'extraction de liquides dans des colonnes montantes à partir réservoirs profonds s'effectue en général en mettant en oeuvre pompes situées près de la surface libre du réservoir ou même à une cote inférieure à cette surface libre. Ce montage est nécessaire dès lors la cote réservoir est inférieure de quelques mètres au point d'utilisation du liquide. On rencontre par exemple une telle situation dans le pompage de l'eau ou de polluants à partir de nappes phréatiques. II existe une solution variante qui consiste à utiliser la dépression créée exemple dans une cuve sous vide située au niveau du sol. Cette cuve sous vide permet d'extraire un liquide à basse tension de vapeur, l'eau froide par exemple, jusqu'à une profondeur théorique de 10 metres, limitée en pratique à 7 ou 8 mètres. Cette cuve sous vide est en géneral munie d'une pompe à bas NPSH ( Net Positive Suction Head ), caractérisant les capacités d'aspiration de la pompe qui permet d'extraire le liquide. L'un intérêts d'utiliser une telle cuve est qu'il est possible pomper du liquide provenant simultanément de plusieurs sources sans avoir à installer une pompe par source. Dans certains procédés connus de l'art antérieur, on cherche a extraire simultanément du gaz et de l'air à partir d'un terrain pollué. On, met alors oeuvre des réseaux séparés d'air et de liquide, ceci tant que la profondeur de la nappe ne dépasse pas 10 mètres. On peut également n'utiliser qu'une pompe à vide aspirant simultanément de l'air et du liquide dans un réseau unitaire, les tuyauteries d'extraction aspirant le liquide à leur extrémité. Dans le cas d'un puits de nappe phréatique, l'extrémité inférieure de la canne fixe ainsi automatiquement le rabattement qui est la différence entre l'altitude (104) de la nappe phréatique loin des puits et le niveau dans puits (109). Lorsqu'on utilise un tel procédé d'extraction diphasique, fluide contenu dans la colonne d'aspiration est un mélange de gaz et de liquide. densité est donc plus faible que celle du liquide. Par conséquent, si la pression régnant en fond du puit est proche de la pression atmosphérique, la pression absolue à la surface sera plus élevée si on pompait le liquide exempt de gaz. La conséquence de ce phénomène d'hydrostatique est qu'il est possible de pomper de l'eau au-delà de 10 mètres de profondeur et même, théoriquement jusqu'à des valeurs de plusieurs dizaines mètres. Par ailleurs, il est impossible d'amorcer la canne d'extraction à partir de la surface si celle-ci est située à plus de 10 mètres au-dessus de la nappe sans avoir recours à des procédés particuliers. D'autre part, lorsque ce procédé d'extraction diphasique est appliqué à plusieurs puits fonctionnant simultanément, on constate qu'il y a toujours un puits plus favorisé qui s'amorce en premier. Après que cet amorçage se soit produit, on constate toujours une baisse de pression dans le réseau d'extraction et il arrive très souvent que la dépression ne soit plus suffisante pour que les autres puits s'amorcent. Les opérateurs ont alors souvent recours à des opérations manuelles très compliquées pour mettre en ceuvre une telle installation. La fiabilité de ces manipulations est médiocre et le coût en main d'oeuvre extrêmement élevé. Le dispositif selon la présente invention met en ceuvre un procédé d'extraction diphasique qui permet de pallier aux inconvénients des appareillages et dispositif de l'art antérieur. Un des but de la presente invention est de mettre à disposition un appareillage permettant un amorçage de manière totalement automatique, qui permet de développer des méthodes d'extraction peu onéreuses, fiables et mise en ceuvre très simple. Ce but est atteint, selon l'invention, par un dispositif pour permettre l'amorçage automatique de cannes d'aspiration qui sont plongées dans un liquide. Le dispositif comporte au moins une canne qui est munie ou plusieurs orifices de diamètres adaptés et disposés à différentes altitudes dans la direction longitudinale de la canne, dans la zone située entre le niveau de liquide le plus élevé et l'extrémité de la canne l'un au moins desdits orifices étant situé au-dessus dudit niveau de liquide le plus élevé. Le niveau de liquide le plus élevé est celui qui résulte des variations d'altitude de la nappe phréatique. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée et des exemples de réalisation qui sont donnés ici à titre illustratif et non limitatif. - La figure 1 illustre de manière schématique un dispositif dans le où celui-ci ne possède qu'une canne pour l'aspiration et dont l'extrémité est située à grande profondeur. Sur la figure, on a représenté un sol (101) et une nappe phréatique (114) dont le niveau loin puits (105) est donné par la surface (104). Le puits (102) est muni d'une canne (103) reliée à sa partie supérieure à une cuve en dépression (11 comportant une surface libre (112) et munie d'une pompe vide à anneau liquide (111) destinée à extraire de l'air et d'une pompe d'extraction du liquide pompé (113). - La figure 2 illustre de manière schématique un autre exemple de realisation de l'invention pour lequel plusieurs cannes d'extraction fonctionnent en parallèle et alimentent la tuyauterie (215). présent appareillage ou dispositif d'amorçage de canne pour l'aspiration de liquides et ou de gaz en profondeur selon la présente invention comprend, une ou plusieurs cannes d'aspiration (103, 203) qui sont introduites dans un ou plusieurs puits (102, 202), au moins un moyen pour récupérer les liquides par exemple d'une nappe phreatique (11 214), de type cuve à dépression (110, 210) qui comporte une surface libre (112, 212) reliée à une pompe à vide (111, 211), de préférence de type à anneau liquide pour extraire de l'air, et une pompe 13, 213) pour l'évacuation des liquides pompés. L'appareillage ou dispositif comprend de préférence, une unique cuve à dépression qui est reliée à la, ou aux cannes par un assemblage de conduits (115, 215). Dans le cas d'un appareillage comportant plusieurs cannes, celles-ci sont de préférence reliées en série à un même conduit (1 215). ou les cannes pour l'aspiration sont munies d'un ou plusieurs orifices 07, 108, 207,208), de taille adaptée et dont l'un au moins se trouve en fonctionnement au-dessus de la surface (104, 204) du liquide à pomper. dispositif permet le pompage de fluide vers la cuve à depression qui peut se trouver à une hauteur quelconque et pouvant être supérieure de 10 m ou plus par rapport au niveau de la surface d'une nappe de liquide (105,205). Ce dispositif trouve une application particulièrement avantageuse pour le pompage de l'eau à partir d'une nappe phréatique. Cette eau étant pompée sous forme d'un mélange diphasique de liquide et de gaz pour la récupération d'eau, de polluants flottants et d'air pollué. Le dispositif pourra être facilement démontable et assemblé à partir d'éléments aisément disponibles commercialement et interessant d'un point de vue simplement économique. Le dispositif pourra être monté sur un véhicule de transport, par exemple à l'arrière d'un camion et être alimenté en énergie par exemple par la batterie du véhicule ou une batterie indépendante. Le fonctionnement du dispositif va apparaître plus clairement à la lumière de la description du principe de fonctionnement. Le niveau initial de la nappe phréatique est donne par le trait pointillé (105) sur la figure 1. La canne est munie d'orifices (107, 108) dont le plus haut (107) est situé au-dessus de la surface libre initiale (105). Lorsqu'on met en service la pompe à vide (111), dont la pression à l'aspiration est égale à p,,,P, le niveau s'élève dans canne d'extraction (103). S'il n'y avait pas d'orifice, le niveau s'établirait à une hauteur h dessus de la surface libre dans le puits telle que pP étant pression dans la partie du puits qui contient du en général très proche de la pression atmosphérique, p la masse volumique liquide et g l'accélération de la pesanteur, égale à 9,81 m/s2 On voit si ce niveau n'atteint pas le niveau N d'entrée dans la cuve à depression (110), il est impossible d'amorcer le pompage. En fait, présence de l'orifice (107) fait que, lorsque le niveau d'eau monte dans la canne, il se crée une entrée d'air dans ladite canne. Le mélange diphasique de liquide et de gaz ainsi crée, lorsque le niveau d'eau dépasse la cote de l'orifice (107) a une densité p", inférieure à celle du liquide. La nouvelle hauteur hm à laquelle monte alors le niveau dans la canne s'écrit Étant donné que p", la hauteur h", est supérieure à h et, moyennant l'application des règles de dimensionnement des écoulements multiphasiques, connues par l'homme de l'art il est possible d'amorcer l'écoulement dans la canne (103). Lorsque niveau descend dans le puits, les orifices (108) successifs se débouchent et laissent passer de l'air, allégeant d'autant la colonne de fluide dans la canne (103). Le plus souvent, il est suffisant de ne mettre en oeuvre que l'orifice (107), cependant en cas de variations importantes du niveau la nappe, d'autres orifices sont nécessaires. On donne, à titre d'exemple non limitatif un premier mode réalisation avec les dimensions suivantes pour une installation de pompage Le diamètre du puits est de 100 mm ; le diamètre de la canne est de 30 mm. La hauteur sous le sol de l'extrémité de la canne (109) est de -9 m. Le niveau initial de nappe (104) est de -8 m par rapport à la surface du qui est considérée comme le niveau 0. Le point le plus haut du circuit joignant la canne et la cuve à vide est à + 2 m, si bien que le vide maximal de 700 mbar (300 mbar de pression absolue) qui est créé dans cuve à vide est insuffisant pour amorcer le pompage. On met alors en place un orifice (107) de 3 mm de diamètre et trois orifices (108) de 2 mm de diamètre. Cet ensemble d'orifices est suffisant pour amorcer la canne et créer le rabattement souhaité correspondant à l'extrémité inférieure de la canne à condition que le débit volumique pompe à vide soit suffisant, Dans un second mode de réalisation dont le schéma de montage visible à la figure 2, on a représenté plusieurs puits (202, 203, 204) fonctionnant de manière simultanée reliés à un réseau commun (21 lui-même relié à une cuve à vide (210). Le niveau du sol est en (201). Chacune des cannes (203) est percée d'au moins un orifice (207) situé au-dessus de la surface de la nappe (204). Elles peuvent également être percées d'orifices (208) entre le niveau (204) et le niveau de rabattement maximal (209). Comme dans l'exemple précédent, lors de la mise en marche de la pompe à vide (211), le niveau monte dans les cannes et de l'air est aspiré au travers des orifices (207). Lorsque le niveau de liquide atteint les orifices inférieurs (208), l'air aspiré se mélange au liquide. II en résulte, comme précédemment la formation d'un mélange diphasique ( liquide/gaz) allégé et qui monte dans les cannes puis aboutit dans la cuve à vide. Dans ce dernier cas, on est en mesure d'amorcer, non plus un seul puits, mais une pluralité de ceux-ci. Les puits sont forés dans une nappe polluée dont la zone saturée est en (217) et la zone insaturée en (218). REVENDICATIONS L-Dispositif automatique d'amorçage de cannes de prélèvement de fluides pour l'aspiration de liquides et/ou de gaz en profondeur, caractérisé en ce qu'il comprend une ou plusieurs cannes d'aspiration (103,203) qui sont introduites dans un ou plusieurs puits (102,202) ; au moins un moyen pour récupérer les liquides, de type cuve à dépression (110, 210) qui comporte une surface libre (112, 212) ladite cuve à dépression étant reliée à une pompe à vide (111, 211) de préférence de type à anneau liquide et une pompe (113, 213) pour l'évacuation des liquides pompés. -Dispositif automatique d'amorçage de cannes de prelèvement de fluides pour l'aspiration de liquide et/ou de gaz en profondeur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend de préférence, une unique cuve à dépression qui est reliée à la, ou aux cannes 03, 203) par un assemblage de conduits (115, 215). -Dispositif automatique d'amorçage de cannes de prelèvement de fluides pour l'aspiration de liquide et/ou de gaz en profondeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que dans le cas d'un dispositif comportant plusieurs cannes, celles-ci sont de préférence reliées en parallèle à un même conduit (215). -Dispositif automatique d'amorçage de cannes de prelèvement de fluides pour l'aspiration de liquide et/ou de gaz en profondeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ou les cannes pour l'aspiration sont munies d'un ou plusieurs orifices (107,108, , 208), de taille adaptée et dont l'un au moins se trouve en fonctionnement au- dessus de la surface (104, 204) du liquide à pomper. -Dispositif automatique d'amorçage de cannes de prélèvement de fluides pour l'aspiration de liquide et/ou de gaz en profondeur selon la 1, caractérisé en ce qu'il permet le pompage de fluides vers une cuve à dépression située au dessus du niveau (104,204) de la nappe de liquide a une hauteur pouvant être supérieure à 10 m. 6. - Utilisation du dispositif automatique d'amorçage de cannes de prélèvement de fluides selon la revendication 1 pour le pompage de l'eau à partir d'une nappe phréatique. 7. - Utilisation du dispositif automatique d'amorçage de cannes de prélèvement de fluides selon la revendication , pour l'aspiration de liquide et/ou de gaz en profondeur, pour le pompage d'un mélange diphasique de gaz et d'eau, et en particulier d'eau, de polluants flottants et d'air pollué.