Brevet FR2990018A1 — publié le 20131101

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de climatisation utilisant de l'eau profonde, c'est-à-dire issue de profondeurs sous-marines ou lacustres en tant que source froide. Elle s'applique notamment, mais non exclusivement, à la production d'un flux d'eau refroidie pouvant être utilisé pour climatiser des locaux. 15 D'une façon générale, on sait qu'il existe déjà des installations de climatisation utilisant des échangeurs thermiques raccordés à un dispositif permettant de pomper de l'eau de mer à une profondeur sous-marine correspondant à la température recherchée, au moyen d'une pompe connectée à un tuyau 20 partiellement immergé. L'eau de mer ainsi aspirée passe dans le circuit primaire d'un échangeur pour être ensuite rejetée dans la mer, de préférence à une profondeur correspondant à sa température. Au passage dans ce circuit primaire, l'eau de mer échange des calories avec le circuit secondaire de l'échangeur, lequel peut être, par exemple, raccordé à une installation de 25 climatisation. On sait par ailleurs que la mise en oeuvre de cette solution nécessite d'utiliser des tuyaux présentant un diamètre minimal. En effet, le pompage par aspiration d'un liquide dans un tuyau provoque, si les pertes de charge dans le 30 tuyau sont trop importantes, un phénomène de cavitation qui altère la structure des équipements. Ainsi, afin d'éviter cette cavitation, on utilise des tuyaux présentant un diamètre minimal, à savoir généralement des tuyaux ayant au moins 60 centimètres de diamètre interne, de façon à réduire les pertes de charge. Cependant, l'utilisation de tuyaux de fort diamètre présente de nombreux inconvénients, notamment des coûts de fourniture et de mise en oeuvre importants, qui augmentent notablement le seuil de rentabilité du dispositif. Pour résoudre ce problème, le document FR 2 927 158 propose une installation de climatisation comprenant un circuit en boucle fermée et un échangeur immergé, ce qui permet d'utiliser des tuyaux de diamètre fortement réduit dans lesquels l'eau peut circuler deux à trois fois plus vite que dans les installations de l'art antérieur. Une telle installation permet de s'affranchir des phénomènes de cavitation. Une telle architecture est cependant plus particulièrement adaptée à des installations de petite taille, typiquement moins de 1 MWf (mégawatt froid). Outre le fait qu'une telle architecture n'est pas adaptée aux grandes installations, elle n'est pas, non plus, exempte d'inconvénients. Notamment, elle nécessite une double longueur de tuyau, et un échange thermique entre le fluide dans le circuit fermé et l'eau profonde, ce qui tend à diminuer le rendement de l'installation. En outre, l'utilisation d'une grande longueur de tuyau de faible diamètre contribue aussi à diminuer le rendement de l'installation. Le but de l'invention est de proposer une installation simplifiée, permettant un rendement amélioré. Selon un premier objet de l'invention, il est proposé un procédé de 30 climatisation utilisant de l'eau profonde caractérisé en ce qu'il comprend la fourniture de : une pompe immergée ; au moins une conduite profonde, reliée à l'amont de la pompe et disposée pour amener l'eau depuis une profondeur désirée jusqu'à la pompe ; et, au moins une conduite d'atterrage, reliée à l'aval de la pompe et disposée pour amener l'eau depuis la pompe. De préférence, on immerge la pompe à une profondeur comprise entre 20 et 40 mètres sous le niveau des plus basses eaux normales. La conduite d'affenage 10 est avantageusement réalisée, au moins en partie, par une technique de forage dirigé. Selon un deuxième objet de l'invention, il est proposé une installation de climatisation utilisant de l'eau profonde qui comprend : 15 une pompe immergée ; au moins une conduite profonde, reliée à l'amont de la pompe et disposée pour amener l'eau depuis une profondeur désirée jusqu'à la pompe ; et, au moins une conduite d'affenage, reliée à l'aval de la pompe et 20 disposée pour amener l'eau depuis la pompe. La pompe est de préférence disposée à une profondeur comprise entre 20 et 40 mètres sous le niveau des plus basses eaux normales. La conduite d'atterrage a avantageusement une section comprise entre la moitié et le quart de la section 25 de la conduite profonde, de préférence environ un tiers. Des modes d'exécution de l'invention seront décrits ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés, dans lesquels : 30 La figure 1, unique, est une représentation schématique d'un dispositif selon l'invention. La figure illustre schématiquement une installation de climatisation 1 utilisant de l'eau profonde, c'est-à-dire puisée en profondeur en mer. Cette installation 1 comprend notamment : une pompe 2 ; deux conduites profondes 3 ; et, deux conduites d'atterrage 4. L'installation 1 est prévue pour la climatisation d'un bâtiment 5. Dans l'exemple illustré, les profondeurs P sont mesurées relativement à un niveau N des plus basses mers. La pompe 2 est immergée et ancrée sur le sol à une profondeur P2. De 15 préférence P2 est compris entre vingt et cinquante mètres ; dans l'exemple illustré, P2 est égal à vingt mètres. Chaque conduite profonde 3 est disposée à l'amont de la pompe pour amener l'eau depuis une extrémité profonde 6 de ladite conduite jusqu'à une entrée de 20 pompe 7. L'extrémité profonde 6 est disposée à une profondeur de puisage P6 à laquelle l'eau est à une température suffisamment basse pour permettre le bon fonctionnement de l'installation 1. Dans l'exemple illustré, la profondeur P6 est d'environ 900 m et, le diamètre intérieur de la conduite profonde 3 est de 400 mm. Chaque conduite profonde 3 est libre, c'est-à-dire qu'elle n'est 25 pas ancrée sur le fond marin ; son extrémité 6 est maintenue à la profondeur de puisage P6 par un câble 12 tendu entre un lest 13, reposant sur le fond marin et une bouée 14. Chaque conduite d'atterrage 4 est disposée à l'aval de la pompe 2 pour amener 30 l'eau depuis une sortie 8 de la pompe jusqu'à une entrée 9 d'un échangeur thermique 11 prévu pour la climatisation du bâtiment 5. Dans l'exemple illustré, le diamètre de la conduite d'atterrage 4 est de 250 mm. La pompe étant disposée à 20 m sous le niveau N de l'eau, la pression absolue est d'environ 3 bars, au moins, contre 1 bar en surface. Si l'on considère, qu'en deçà de 0,3 bar de pression absolue il y a risque de cavitation, on peut donc aspirer avec une dépression de 2,7 bars, sans risque de cavitation, de sorte que l'on peut aussi réduire le diamètre de la conduite profonde. Typiquement, dans une installation de l'art antérieur dont la pompe n'aurait pas été immergée, équivalente à celle illustrée à la figure 1, une conduite de puisage aurait fait 500 ou 600 mm de diamètre intérieur; dans l'exemple illustré, la conduite profonde 3 a un diamètre intérieur de 400 mm seulement. En outre, malgré ce diamètre réduit, du fait de la plus grande dépression, la vitesse de l'eau dans la conduite est sensiblement triplée, soit un débit sensiblement double. De plus, les dimensions de la conduite étant réduites, elle permet de réduire le prix d'achat des tubes la constituant, mais aussi son poids et donc les moyens pour sa mise en oeuvre. L'eau dans la conduite d'atterrage 4 y étant pulsée par la pompe 2, il n'y a pas 20 de risque de cavitation. De ce fait, la principale contrainte quant à la réalisation de la conduite d'atterrage 4 est la résistance de la conduite à la pression de l'eau qu'elle contient, généralement 10 ou 16 bars pour un tube en PHED classique. Néanmoins, pour assurer le même débit que celui de la conduite profonde 3, on peut utiliser une section sensiblement divisée par 25 trois ; typiquement, dans l'exemple illustré, le diamètre intérieur de la conduite d'atterrage 4 est d'environ 250 mm. Le relativement faible diamètre de la conduite d' affenage 4 permet de la réaliser, au moins en partie, à l'aide d'une technique de forage dirigé. Cette 30 technique permet de s'affranchir de nombreuses contraintes ; notamment, les contraintes naturelles, telles la houle ou les vagues déferlantes, ou, les contraintes administratives, telles les contraintes environnementales ou les cousages du littoral. En outre, la conduite d' atterrage 4 pouvant être enterrée sur une majeure partie, elle est protégée des échanges thermiques avec les eaux de surface plus chaudes. L'eau, une fois utilisée, notamment une fois passée dans l'échangeur 11, est avantageusement rejetée directement en mer (ou dans un lac, le cas échéant) d'où elle provient. Dans l'exemple illustré, l'eau est rejetée à l'aide d'une conduite de rejet 16, en partie enterrée dans un forage ; le rejet se fait suffisamment loin et suffisamment profondément en mer pour ne pas trop perturber l'écosystème, la température de l'eau rejetée pouvant être à une température différente de l'eau dans laquelle elle est rejetée. A titre d'exemple complémentaire, dans une installation en milieu tropical, 15 appelée à produire 5 MW froid, comprenant un captage à environ 800 in de profondeur, la conduite profonde a un diamètre voisin de 400 mm et la conduite d'atterrage a un diamètre voisin de 250 mm. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être 20 décrits. Ainsi, en Méditerranée, la couche thermocline, qui sépare les eaux chaudes de surface d'avec les eaux froides dites profondes, est à une profondeur bien moindre que dans les océans. Ainsi, la profondeur de pompage peut être 25 réduite à cent mètres au lieu des huit cents ou neuf cents mètres des exemples ci-dessus. Le nombre de conduites profondes ou d'atterrage peuvent être, les unes indépendamment des autres, d'un nombre différent de deux. 30 - 7 - En outre, le niveau des eaux N, que l'on peut appeler niveau des plus basses eaux normales, doit être compris comme celui des plus basses eaux normalement constatées ; par exemple, dans le cas d'eau de mer, être le niveau d'une marée basse de coefficient 120, ou, dans le cas d'un lac, le niveau d'étiage connu, en dehors, par exemple, des vidanges ou sècheresses exceptionnelles, notamment s'il s'agit d'un lac de barrage. REVENDICATIONS1. Procédé de climatisation utilisant de l'eau profonde, caractérisé en ce qu'il comprend la fourniture de : une pompe immergée (2) ; au moins une conduite profonde (3), reliée à l'amont (7) de la pompe et disposée pour amener l'eau depuis une profondeur (P6) désirée jusqu'à la pompe ; et, au moins une conduite d'atterrage (4), reliée à l'aval (8) de la pompe et disposée pour amener l'eau depuis la pompe (2). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on immerge la pompe à une profondeur (P2) comprise entre 20 et 40 mètres sous le niveau (N) des plus basses eaux normales. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la conduite d'affenage est réalisée, au moins en partie, par une technique de forage dirigé. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la conduite d'atterrage a une section comprise entre la moitié et le quart de la section de la conduite profonde, de préférence environ un tiers. 5. Installation de climatisation (1) utilisant de l'eau profonde, caractérisée en ce qu'elle comprend : une pompe immergée (2) ; au moins une conduite profonde (3), reliée à l'amont (7) de la pompe et disposée pour amener l'eau depuis une profondeur (P6) désirée jusqu'à la pompe ; et,- au moins une conduite d'affenage (4), reliée à l'aval (8) de la pompe et disposée pour amener l'eau depuis la pompe. 6. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que la pompe (2) est disposée à une profondeur (P2) comprise entre 20 et 40 mètres sous le niveau (N) des plus basses eaux normales. 7. Installation selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que la conduite d'affenage a une section comprise entre la moitié et le tiers de la section de la conduite profonde, de préférence, la conduite profonde a un diamètre voisin de 400 mm et la conduite d'atterrage a un diamètre voisin de 250 mm.