Brevet FR2847570A1 — publié le 20040528

Le système retenu est celui de l'évaporation. C'est un système éprouvé, sr, efficace, gros consommateur d'énergie. Si cette dernière peut être obtenue par très bas prix, voire être gratuite, le système est de loin le plus performant qui soit. Il fallait surmonter trois difficultés qui seront énumérées et explicitées par la suite. 2 2847570 Le Brevet proposé est simple dans son esprit, sr dans son poncipe, modulable dans son fonctionnement, bénéficiant en ce qui concerne la partie forage de l'expression des pétroliers dans ce domaine. L'énergie utilisée étant l'énergie géothermique, le prix de l'eau douce produite revient: à l'investissement, aux frais d'entretien, de maintenance, et d'exploitation dont un résumé sera donné en En de texte L'invention est décrite ci-après en regard des dessins, tableaux et notes de calcul annexés. La figure 1 donne une vue d'ensemble du principe énoncé, la figure 2 donne une représentation schématique de la nécessité d'une cavité tampon. La figure 3 montre le principe de l'arrivée d'eau chaude dans le bassin situé au sommet de l'installation qui produit la vapeur pour passer à l'eau douce et évacuer la Saumur. La figure 4 montre un détail des gicleurs et de la possibilité d'intervenir en cours d'exploitation sans perturbation de cette dernière. Le dessin 5 montre le détail d'évacuation de la saumure qui doit être évacué sans risque de vaporisation. Le tableau 1 permet la détermination du prix de revient de l'eau douce. La fiche de calcul annexée montre la faisabilité technique du système, en particuliers la possibilité de faire remonter l'eau chaude en s'assurant qu'elle ne perd qu'une faible partie de sa température de manière à répondre au principe posé. Rappel du principe de fonctionnement: I'eau salée est prise à la surface de la mer ou à une certaine profondeur descend à travers un tube à une profondeur de 4. No au On sait que la température terrestre s'accroît de 3 degrés tous les 100 mètres A cette profondeur, la température oscillera entre 115 et 120 degrés Une tubulure de remontée va alimenter le bassin en eau chaude à une température supérieure à la température de vaporisation. Dès lors la mise à l'atmosphère par les gicleurs se fait sous forme de vapeur. Le sel se dépose en fond de cuve et s'écoule sous forme de saumure dans l'eau de mer environnante. 3 2847570 Pour répondre aux conditions de fonctionnement et notamment d'un débit d'environ Im3 seconde, une simple circulation ne suffit pas. En effet, la conductivité des sols, environ 0,2 kcal h/m ne répond pas directement aux besoins calorifiques. Il faut donc créer de toutes pièces un réservoir tampon tel que figurait sur la planche 2, dont la contenance sera telle que le passage, ou le prélèvement d'un m36 seconde sera entièrement compensé par l'apport calorifique des parois. Le calcul montre qu'une capacité comprise entre 4000 et 6000 m3 permet le fonctionnement sans aucune perturbation sur la température, à titre informatif, pour 4000m3, si le réservoir était sphérique, son rayon ne serait que de 10 mètres. En fait, la forme de ce réservoir sera voisine d'un haricot ventru ce qui accroît la surface d'échange. Le dessin 1 qui représente le circuit de production d'eau douce montre que l'eau de mer salée, enter dans la descente par le tube d'alimentation, rencontre une vanne 2 destinée à réguler le remplissage et peut servir de vanne d'arrêt. Une pompe 3 permet de " pousser " l'eau de manière à faire remonter l'eau chaude vers la cuve 10. Dans son trajet, l'au passe par le réservoir tampon décrit ultérieurement, atteint sa température de vaporisation, dans cette configuration, de 1150 à 1200 C. Cette eau remonte jusqu'à la cuve 10. L'eau est alors à une température de 105 degrés à 110 OC. Cette cuve est équipée de gicleurs 11 qui permettent à l'eau chaude de sortie à l'atmosphère o elle se transforme immédiatement en vapeur. Cette vapeur se condense au contact des condenseurs 14. L'eau douce ainsi produite est récupérée par des goulottes de récupération 14 ou tout autre système de récupération du ruissellement. L'évaporation provoque une augmentation de salinité de l'eau de la cuve. Par suite du support des densités, cette eau sous forme de 3'O saumure, se retrouve en bas de cuve et est évacuée en continu par le déversoir 7 qui sera décrit ultérieurement. Dessin 3 et 5 4 2847570 La production envisagée de l'ordre du m3 d'eau douce par seconde est soumise à un certain nombre de contrainte. Un indicateur de température 4 permet en fonction de ses indicateurs de faire varier le débit de manière à respecter les conditions de fonctionnement. Un indicateur de salinité 5 permet de comparer la salinité du fond à celle de l'eau entrante. Des automatismes plus élaborés sont envisagés mais leur description d'aide à l 'exploitation ne modifie pas les principes. Ils sont donc par ailleurs si variables, que les décrire n'apporterait rien d'autre qu'un alourdissement du texte, aussi nous ne le ferons pas. Le principe étant défini, il importe de s'assurer de sa faisabilité, de son cot de réalisation, de son cot d'exploitation, de sa durée, le prix de l'eau douce étarnt lié à tous ses paramètres. 2847570 FAISABILITE Les moyens de forage mis au point par les pétroliers autorisent des forages à ces profondeurs. La chambre d'échange thermique qui joue ici un rôle de tampon de température aura son volume lié au débit de l'eau que l'on veut récupérer. Le cot de réalisation est tiré du livre de Mr JP NGUYEN de l'Ecole Nationale Supérieure du Pétrole et des Moteurs. Cet ouvrage permet une approche du prix et des temps d'exécution. En réactualisant les pris de 1993, on retiendra un prix moyen de 4000 F/ml auquel s'ajoute l'opération de tubage et cimentation. Dans le principe qui nous intéresse, le tuyau de descente aura le plus grand diamètre possible car il servira également à la remontée des déblais de la 'chambre de compensation. Dans l'exemple choisi: im3 seconde, ce diamètre pourrait être de 50 cm et sa construction se faire en béton selon le principe utilisé par les tunneliers. Si l'on retient que l'habillage représente sensiblement le prix du forage, nous arriverions à un cot total de 8000 f le mètre linéaire. Ce qui dans le cas d'une profondeur de 4000 mi cela représenterait 64 millions de francs français. Le dessin 3 représente le système clé du brevet. L'arrivée d'eau chaude se fait par le collecteur 1, une vanne 2 permet l'isolement de ce collecteur, un collecteur de distribution 3 autorise une multi répartition de l'eau chaude dans la cuve. Les tuyauteries sont toutes équipées de vannes d'isolement. La saumure s'évacue par l'orifice 4, on connaît à chaque instant l'épaisseur de la saumure 6 par l'indicateur enregistreur épaisseur saumure de même, la température de l'eau est connue par l'indicateur enregistreur de température (7). Le réservoir contenant l'eau chaude (8) pourra avoir des dimensions beaucoup plus restreintes que le réservoir tampon. Les gicleurs sont montés par groupe: distributeur -9) qui sera vu dans le détail ultérieurement. Un filtre (10) sépare l'eau chaude du réservoir de l'eau chaude arrivant au gicleur (11) . L'évacuateur d'eau douce (12) renvoie cette eau dans les réservoirs appropriés. Les condenseurs sont symbolisés par les traits verticaux (13). 6 2847570 DETAIL SUR LES GICLEURS: | L'entretien de ces derniers, nettoyage des filtres individuels, débouchage des têtes de gicleurs, doivent se faire sans que l'exploitation ne soit interrompue. Les gicleurs sont donc montés par groupe et le nombre de groupe sera supérieur aux besoins de manière à avoir constamment la possibilité d'entretenir des gicleurs sans modifier la production. Le plan 4 montre le principe retenu. Un caisson (1) contenant l'eau chaude salée, un piston d'isolement (2) agit comme une soupape d'admission. Une soupape (3) commandée par ce piston introduit un double facteur d'étanchéité. Un joint étanchéité (4) assure une étanchéité parfaite lors de l'intervention de longue durée. La commande du piston (5) est représentée schématiquement, elle peut être manuelle ou hydraulique ou les deux. Les gicleurs (6) sont amovibles - raccordement universel par simple pression-. Le dessin 5 représente le système d'évacuation de la saumure. Une attention particulière est apportée à cette évacuation car un simple déversement à l'atmosphère se traduirait par une vaporisation. Dans le cas présent la saumure travers un cylindre 4 entouré d'un système de refroidissement 3 qui fait descendre sa température en dessous de 100 degrés, ce qui supprime tout risque d'évaporation, l'évacuation se fait alors à travers le récipient 5, à noter que si le bassin n'est pas très au dessus du niveau de la mer, un simple tube plongeur dans cette dernière ferait l'affaire. r DEPENSES DU PERSONNEL: * On considéra qu'il faut 4 opérateurs d'exploitation 2 spécialistes d'entretien, 3 techniciens d'entretien, 1 responsable administratif et une secrétaire et un magasinier soit au total 12 personnes. En retenant un prix de 20000 francs par personne, la dépense annuelle est de 2880000 Francs. On considère que les dépenses énergétiques (pompes et éclairages) s'élèvent à 2200000 Francs, les dépenses de rechange à 1000000 d'o un total de 5080000 Francs annuels soit 774 000 Euros. INVESTISSEMENTS: Canalisation principale Environnement Pompes Eclairage signalisation Protection et accès à l'exploitation Plate forme si nécessaire Total de l'investissement Frais financiers Total de l'investissement Durée prévisible de l'installation Débours ramenés à l'année Dépenses d'exploitation Dépenses comptables annuelles : 64M : 64M : 1M : 1M : 2M : 2M : 134 M F : 40M 174 M : 30 ans : 174M sur 3 = 5800000 : 5080000 : 10880000 En M d'Euros 9,757 M 9,757 M 0,152 M 0,152 0,305 0,305 ,430 6,010 26,528 ans F 0,884 F 0,774 F 1,658 8 2847570 PRIX DE REVIENT DU M3 D'EAU DOUCE Nous retenons un débit de 1m3 /s ce qui donne un débit de 31104 000 m3/an Le prix du m3 par an s'établit donc à 10880000 F / 31104000 = 0,3497 F arrondi à 0,35 F soit 0,053 Euros. 9 2847570 REVENDICATIONS: l 1) Système de dessalement de l'eau de mer caractérisé en ce qu'il comporte les éléments suivants: Une double canalisation descente d'eau de mer froide passage dans une poche d'échange située à grande profondeur, remontée d'eau chaude à une température supérieure à 1000C aboutissant dans un réservoir équipé de gicleur de vaporisation, au dessus des condenseurs chargés de la condensation de la vapeur, en partie basse du réservoir un écoulement de la saumure à travers un système adéquate pour éviter une vaporisation par mise à l'atmosphère. Cette saumure retourne directement à la mer. 2) Système de dessalement selon la revendication 1 caractérisé en ce que le système de production d'eau douce se fait par vaporisation de l'eau salée portée à une température supérieure à 100'C par échanges géothermiques. 3) Système de dessalement selon la revendication 1 caractérisé en ce que la vapeur produite, exempte de sel, est transformée en eau douce par condensation sur des parois froides. 4) Système de dessalement selon la revendication 3 caractérisé en ce que les gicleurs de vaporisation, montés par groupe, sont accessibles, à l'entretien, en remplacement sans interruption de la production d'eau douce. ) Système de dessalement selon la revendication 3 caractérisé en ce que les condenseurs sont alimentés directement en eau de mer puisée à une profondeur telle que la température de condensation soit assurée. 6) Système de dessalement selon la revendication 1 caractérisé en ce que la saumure de fond de réservoir s'écoule à travers un ensemble interdisant la vaporisation. 7) Système de dessalement selon la revendication 1 caractérisé en ce que la vitesse des eaux salées en descente est plus lente que la vitesse des eaux en montée. En descente, l'eau collecte des calories pour arriver dans la poche réservoir à la température la plus voisine de celleci. 2847570 Le séjour de l'eau dans le réservoir lui permet d'atteindre 115 à 1200C. En montée, la vitesse est la plus rapide possible afin de limiter les pertes calorifiques. 8) Système de dessalement selon la revendication 1 caractérisé en ce qui concerne la descente d'eau qui peut être utilisée pour entraîner une turbine et fournir de l'électricité. Une partie de l'énergie ainsi prélevée est compensée par la différence des densités: - eau froide descendante - eau chaude montante et aussi par les différences de section entre les canalisations montéesdescentes. 9) Système de dessalement selon la revendication 8 caractérisée en ce qu'il autorise le dessalement, joint à la production d'énergie électrique. Il est donc envisageable d'utiliser ce système de dessalement en grand producteur d'électricité sous réserve de disposer des volumes nécessaires au chauffage de l'eau et à sa vaporisation en surface tel que décrit dans le procédé cité.