Brevet FR2816339A1 — publié le 20020510

La présente invention concerne un procédé et une installation de récupération d'une nappe flottant à la sur- face de l'eau telle qu'une nappe de pétrole. On connaît différents procédés et installations pour récupérer le produit d'une nappe flottant à la surface de l'eau et, en particulier, d'une nappe de pétrole flottant en mer. Ces procédés et installations connus sont très divers, allant de barrages flottants à des stockages flot- tants ou des récupérateurs. Les récupérateurs sont classés en deux types, les récupérateurs mécaniques faisant appel aux propriétés d'écoulement fluide et de la densité du liquide à récupérer et les récupérateurs oléophiles destinés plus par- ticulièrement à la récupération du pétrole et qui utilisent les propriétés d'adhérence du pétrole sur des surfaces ame- nées au contact de l'eau et du polluant. Ce classement est publié dans une étude du CEDRE (Centre de documentation de recherche et d'expérimentations sur les pollutions accidentelles des eaux) intitulée " La ré- cupération du pétrole en mer " (extrait du stage INFOPOL or- ganisé par le CEDRE en 1999). Les récupérateurs mécaniques utilisent soit l'aspiration directe, soit l'aspiration à déversoir ou encore une bande transporteuse simple ou une bande transporteuse travaillant par submersion. Les récupérateurs oléophiles sont, en général, constitués par un ensemble de disques, de tambours ou un équipement à courroies ou à cordes, qui pénètrent dans la nappe et profitent de l'adhérence du pétrole sur la structure des disques, des tambours, des courroies ou des cordes pour y accrocher le produit, le transporter et l'évacuer. L'enlèvement se fait, en général, par raclage ou essorage. Parmi les récupérateurs mécaniques, il existe un récupérateur dit à vortex constitué par une tête de pompage ou crépine venant par-dessus la nappe à pomper, au niveau de celle-ci. Sous la tête de pompage, une hélice crée une dé- pression en formant un vortex statique de manière à accumuler le produit moins dense que l'eau pour le concentrer sous la crépine. En fait, cette installation utilise une hélice pour créer, sous la tête d'aspiration, une poche dans laquelle s'accumule le liquide à pomper. Selon l'analyse faite dans ce document et résu- mant les essais, cette installation moyen est très délicate à utiliser et convient uniquement pour des produits fluides en eaux calmes. Ce procédé et cette installation ne permettent pas de pomper des produits en partie solides puisque le pom- page se fait par le haut, dans la direction opposée à la di- rection dans laquelle le vortex statique crée la dépression formant la poche. En d'autres termes, le vortex statique et l'effet d'aspiration de pompage agissent dans des directions oppo- sées. Ce procédé ne peut s'utiliser lorsque la surface de l'eau est agitée car, alors, la pénétration de l'air dans la tête de pompage risque de désamorcer la pompe. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients des solutions connues et se propose de dévelop- per un procédé et une installation permettant de pomper de manière extrêmement efficace des nappes de produit flottant à la surface de l'eau et cela quelle que soit la nature physi- que des produits (état fluide, semi-fluide ou même partielle- ment solidifié), et quelles que soient les caractéristiques du lieu de la nappe flottante, que celle-ci soit soumise à la houle, au vent, à des courants de surface ou encore l'endroit o se situe la nappe. A cet effet, l'invention concerne un procédé ca- ractérisé en ce qu' - on crée un vortex dynamique sous la surface de la nappe flottante, - on alimente ce vortex avec la nappe en retenant pratique- ment le liquide sur lequel flotte le produit, - on évacue le produit par la base du vortex dynamique. Le vortex selon l'invention fait circuler le flux de produit prélevé de la nappe pour l'évacuer, ce flux étant éventuellement repris par une pompe reliée à la sortie du vortex. Cette aspiration s'ajoutera alors à l'impulsion communiquée au fluide au niveau du vortex. La récupération de produit peut se faire d'une manière très largement indépendante de la nature physique du produit récupéré, que celui-ci soit liquide, plus ou moins pâteux ou même s'il contient des particules ou des parties solides. Le procédé permet de récupérer même des particu- les solides flottant à la surface de la nappe, puisque ces particules seront entraînées dans le vortex et de là éva- cuées. L'invention concerne également une installation de récupération du type défini ci-dessus, caractérisée en ce qu'elle comprend - une tête de récupération formée d'une enceinte ayant en partie haute une entrée pour le produit à récupérer et en partie basse une sortie du produit récupéré, ainsi qu'un générateur de vortex créant dans l'enceinte un vortex dy- namique descendant dans l'enceinte jusqu'à sa sortie, - un moyen de flottaison soutenant l'enceinte pour maintenir son entrée au niveau de la nappe à récupérer, - une conduite reliant la sortie de l'enceinte à un réser- voir. De manière avantageuse, le générateur de vortex dynamique est une hélice immergée dans l'enceinte et portée par l'arbre d'un moteur. Qu'il s'agisse du procédé ou de l'installation, dans les deux cas, on a un vortex dynamique, c'est-à-dire un vortex qui produit une circulation de fluide de haut en bas, de l'entrée du récupérateur vers sa sortie et non pas une simple dépression statique créant une poche chargée de pro- duit de densité moindre que celle du liquide dans lequel flotte normalement la nappe de produit, c'est-à-dire l'eau douce ou l'eau de mer. De façon avantageuse, l'hélice créant le vortex est immergée à une hauteur réglable dans l'enceinte de la nappe flottante, ce qui permet d'adapter l'effet de vortex à la nature des produits à récupérer. De façon avantageuse, l'enceinte est en forme de trémie épousant les lignes de flux du vortex et dont la par- tie évasée constitue l'entrée du produit, le sommet du cône constituant la sortie reliée à la conduite d'évacuation. Cette forme de trémie ou d'entonnoir de l'enceinte favorise l'écoulement de la nappe de produit dans le vortex, sans créer de zones mortes qui seraient occupées par du produit ou de l'eau. De façon avantageuse, la sortie de l'enceinte est reliée à une conduite d'évacuation munie d'un moyen d'aspiration. Cette conduite d'évacuation peut avoir une cer- taine longueur en fonction de la disposition des différents moyens de l'installation et notamment de la tête de récupéra- tion et des réservoirs recueillant le produit. Dans le cas d'une conduite d'évacuation reliée à un moyen d'aspiration tel qu'une pompe, il est intéressant qu'une unité de commande soit reliée au moteur du générateur du vortex et au moyen d'aspiration pour coordonner le fonc- tionnement de ces deux moyens et permettre un rendement opti- mum. De façon avantageuse, le moyen de flottaison est formé de flotteurs portant l'enceinte et le générateur de vortex. Ce moyen de flottaison ne constitue pas une barrière fermée placée au-dessus de l'enceinte ou entourant celle-ci. Au contraire, il s'agit uniquement de points d'appui séparés laissant des passages entre eux pour permettre non seulement à la nappe mais également à la surface de la nappe de péné- trer dans l'enceinte pour être prise par le vortex. Dans ces conditions, il est particulièrement avantageux que la liaison entre les flotteurs et l'enceinte soit réglable, ce qui permet de régler la profondeur d'immersion de l'entrée de l'enceinte en fonction de l'épaisseur de la nappe de produit à récupérer. Cette mise en place flottante de l'installation permet de suivre les variations de hauteur de la nappe notam- ment en fonction de la houle. De façon générale, le procédé et l'installation selon l'invention constituent des moyens extrêmement simples à mettre en oeuvre, susceptibles de fonctionner dans des con- ditions extrêmes à la fois pour la situation de la nappe à récupérer ou de la nature des produits. Enfin, l'installation est particulièrement simple à entretenir, à mettre en oeuvre et elle est peu encombrante. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans les- quels: - la figure 1 est un schéma d'une installation connue, - la figure 2 est un schéma de l'installation selon l'in- vention, - la figure 3 montre un détail de l'installation de la fi- gure 2, - la figure 4 montre l'installation selon l'invention en po- sition de fonctionnement. Selon la figure 1, une installation connue dite à vortex, de récupération mécanique de produit P flottant sous la forme d'une nappe à la surface de l'eau E, se compose d'une tête d'aspiration 100, placée à la surface de la nappe P. Cette tête d'aspiration 100 comporte une hélice 101, en- traînée par un moteur non représenté, est logée dans un cais- son 102 en forme de trompette entourant l'hélice 101. L'hélice 101 crée une dépression à l'intérieur du caisson 102 pour former une poche 103 sous l'entrée 104 de la tête de pompage 100, pour y accumuler une épaisseur de produit P per- mettant le pompage. Le produit P est pompé comme l'indiquent les flèches F1, F2. Dans cette installation connue, l'hélice 101 crée une sorte de vortex statique formant la poche dans laquelle s'accumule du produit P; Celui-ci peut alors être aspiré. Mais comme déjà indiqué cette aspiration est opposée à l'aspiration créée par le vortex statique. La présente invention concerne une installation telle que représentée aux figures 2 et 3 et en position de fonctionnement à la figure 4. Selon la figure 2, l'installation se compose d'une tête de récupération 1, formée d'une enceinte 2 ayant en partie haute, une entrée 3 et en partie basse, une sortie 4. Cette tête 1 est portée par un moyen de flottaison consti- tué par des flotteurs 5 solidaires d'un châssis 6. Le châssis 6 porte également un moteur 7 dont l'arbre 8 est muni d'une hélice 9 constituant un générateur de vortex. Cette hélice 9 crée un vortex dynamique dans l'enceinte 2 qui a, de préfé- rence, une forme de trompette selon les lignes de flux d'un vortex. L'enceinte 2 est reliée au bâti 5 par l'intermédiaire d'organes de liaison 10, de longueur régla- ble. Ces organes de liaison sont représentés reliés aux flot- teurs 5. Ils pourraient également être reliés directement au bâti 6. Ces organes de liaison 10 de longueur réglable per- mettent de modifier la profondeur (e) d'immersion du bord de l'enceinte 2 constituant l'entrée 3. Ce réglage se fait en fonction de l'épaisseur X de la nappe de produit P à récupé- rer (voir figure 3). Comme moyen de réglage, on a, dans cet exemple particulier, une tige filetée 11, reliée au flotteur 5 et mu- nie d'un écrou 12 pour tenir le bord 13 de l'enceinte 2. On définit ainsi la hauteur (e) de l'ouverture 3. La figure 4 montre l'installation selon l'invention en position d'utilisation. La tête de récupération est placée dans une nappe de produit P et s'appuie sur la nappe, et plus généralement à la surface du liquide, par l'intermédiaire de ses flotteurs 5. Ces flotteurs 5 ne constituent pas un anneau entourant le dessus de l'enceinte 2 mais ils forment des appuis répartis à la surface de la nappe ou du liquide comme cela est indiqué à la figure 4 dans laquelle, contrairement à la figure 2, le flotteur gauche 5 n'a pas été représenté. Il est extrêmement important que le ou les flot- teurs 5 ne constituent pas une barrière fermée s'étendant sur au-dessus de l'entrée de l'enceinte 2 pour ne pas obliger la nappe de produit P à passer nécessairement sous tous les flotteurs 5. Au contraire et comme cela est représenté dans la partie droite de la figure 4, des produits plus ou moins so- lides Pl peuvent flotter eux-mêmes à la surface de la nappe P. Il peut s'agir de particules Pl de produits plus ou moins solidifié. Toutes ces particules même flottant en surface peuvent pénétrer dans l'enceinte 2, aspirées par le vortex dynamique crée par l'hélice 9. Cela signifie que l'hélice 9 crée non seulement une dépression dans l'enceinte 2 mais un vortex V, schématisé à la figure 4, qui arrive au moins jusqu'à la sortie 4 de l'enceinte 2. Ce vortex dynamique aspire la couche supérieure du liquide dans lequel flotte la tête de récupération 1 et qui est principalement constituée par la nappe de produit P. La sortie 4 de l'enceinte 2 est reliée à une con- duite 20 pour l'évacuation du produit. Cette conduite 20 est, de préférence, reliée à une pompe 30 qui débite le liquide vers un réservoir 31. Ainsi, selon le procédé de l'invention pour récu- pérer le produit formant une nappe à la surface de l'eau telle qu'une nappe de pétrole, on crée un vortex dynamique sous la surface de la nappe flottante; on alimente ce vortex avec la nappe en, retenant principalement le liquide sur le- quel flotte le produit à récupérer et on évacue le produit, éventuellement avec du liquide, par la base du vortex. Cette évacuation se fait dans le même sens d'action que celle du vortex. En particulier, on aspire le produit avec éven- tuellement du liquide, à la base du vortex. Cette aspiration s'ajoute à l'effet d'aspiration ou de poussée du vortex. Ce procédé permet de récupérer le produit P flottant à la sur- face du liquide E, pratiquement quel que soit l'état du pro- duit P, liquide, plus ou moins visqueux et même contenant des particules solides. Même si la surface de la nappe de produit P est plus ou moins agitée, cette nappe peut se récupérer ef- ficacement par le vortex actif. R E V E N D I C A T I ON S 1 ) Procédé de récupération du produit formant une nappe flottante à la surface de l'eau telle qu'une nappe de pé- trole, caractérisé en ce qu' - on crée un vortex dynamique (V) sous la surface de la nappe flottante (P), - on alimente ce vortex avec la nappe en retenant pratique- ment le liquide (E) sur lequel flotte le produit (P), - on évacue le produit par la base du vortex dynamique (V). 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on aspire le produit à la base du vortex. 3 ) Installation de récupération du produit formant une nappe flottant à la surface de l'eau telle qu'une nappe de pétrole, caractérisée en ce qu' elle comprend - une tête de récupération (1) formée d'une enceinte (2) ayant en partie haute une entrée (3) pour le produit à ré- cupérer et en partie basse (4) une sortie du produit récu- péré, ainsi qu'un générateur de vortex créant dans l'enceinte un vortex dynamique (V) descendant dans l'enceinte (2) jusqu'à sa sortie (4), - un moyen de flottaison (5) soutenant l'enceinte (2) pour maintenir son entrée (3) au niveau de la nappe à récupérer (8), - une conduite (20) reliant la sortie de l'enceinte à un ré- servoir (31). 4 ) Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que le générateur de vortex dynamique est une hélice (9) immergée dans l'enceinte et portée par l'arbre (8) d'un moteur (7). ) Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'hélice (9) est immergée à une hauteur réglable dans l'enceinte sous le niveau de la nappe flottante (P). 6 ) Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'enceinte (2) est en forme de trémie épousant les lignes de flux du vortex et dont la partie évasée constitue l'entrée (3) du produit, le sommet du cône constituant la sortie (4) reliée à la conduite d'évacuation (20). 7 ) Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que la conduite d'évacuation (20) est reliée à un moyen d'aspiration (30). 8 ) Installation selon l'une quelconque des revendications 3 et 7, caractérisée par une unité de commande reliée au moteur (7) du générateur de vortex (7, 8, 9) et au moyen d'aspiration (30) pour commander ces deux moyens l'un en fonction de l'autre. 9 ) Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que le moyen de flottaison (5) est formé de flotteurs portant l'enceinte (2) et le générateur de vortex (7, 8, 9). ) Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que la liaison (10) entre les flotteurs (5) et l'enceinte (2) est réglable pour régler la profondeur d'immersion de l'entrée (3) de l'enceinte en fonction de l'épaisseur (X) de la nappe de produit à récupérer (P).