Brevet FR2990448A1 — publié le 20131115

DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention concerne un dispositif flottant autonome de type bouée destiné à la lutte contre les pollutions marines par hydrocarbures. ETAT DE LA TECHNIQUE A la suite d'un déversement d'hydrocarbures en mer, il est de notoriété publique que la pollution qui en découle doit être idéalement combattue lorsque le polluant dérive à la surface de l'eau pour empêcher ou limiter les conséquences économiques et écologiques qui résultent de l'arrivée des nappes de pollution sur le littoral. Les moyens ou équipements de lutte conventionnels usuellement mis en oeuvre, qu'ils soient mécaniques, chimiques ou encore de type barrages flottants ne permettent pas, dans la plupart des cas, d'éviter ou de significativement limiter les conséquences de l'arrivée d'une marée noire sur le littoral parce qu'ils ne peuvent traiter chacun de façon efficace qu'une variété limitée d'hydrocarbures et surtout parce qu'ils nécessitent pour leurs mises en oeuvre des conditions environnementales et météorologiques particulières alors même que les hydrocarbures responsables d'une pollution marine peuvent être de natures extrêmement diverses et que les conditions environnementales ou météorologiques peuvent être extrêmement différentes au cours du même épisode de pollution. A ce problème de convergence de conditions s'ajoute des handicaps spécifiques à 20 chaque équipement ou moyen de lutte conventionnels tel que: -Pour les équipements mécaniques de collecte et de récupération, les problèmes de faible rendement et les difficultés de stockage et d'évacuation du polluant récupéré. -Pour les traitements de type chimiques le problème résulte de la grande quantité de produits dispersant devant être utilisés à perte auxquels s'ajoute le risque chimique 25 pour les opérateurs lorsque la pulvérisation de ces produits est réalisée à partir d'embarcations, les moyens de pulvérisation aériens n'étant pas systématiquement disponibles. -Pour les barrages flottants de confinement le problème réside dans une efficacité limitée dans le temps en raison des débordements ou déversements qui se 30 produisent lors des changements de conditions environnementales ou météorologiques ou lors de forte accumulation de polluant sur le barrage. Dans la pratique, les nappes de pollution sont donc souvent abandonnées au gré des courants et traitées après leurs arrivées sur les côtes ou le procédé le plus simple et le plus utilisé pour le nettoyage des rivages est la dispersion par l'utilisation de pompes à grand débit d'eau de mer pour détremper les zones polluées, l'action mécanique des vagues finissant de disperser le mélange eau de mer / polluant qui retourne à la mer. Ce principe de dispersion des hydrocarbures se produit aussi de façon spontanée dans les zones centrales des systèmes offshores flottants de type bouée de chargement ou l'effet de pilon généré par les mouvements verticaux de ces équipements réalise le brassage et la dispersion rapide et totale du pétrole brut provenant de fuites et se trouvant piégé la zone centrale de ces systèmes. DESCRIPTION DE L'INVENTION La présente invention découle de ces derniers constats et concerne un dispositif flottant autonome de type bouée caractérisé en ce qu'il comporte une turbine immergée à double hélices contrarotatives pour réaliser le brassage du polluant dans l'eau de mer et l'éjection verticale du mélange eau de mer et polluant obtenu dans la colonne d'eau ou le polluant se disperse, la dissémination du polluant dans la masse d'eau permettant d'accélérer le processus naturel de dégradation du polluant. Suivant une autre caractéristique avantageuse le dispositif comporte un circuit de dilution et diffusion de produits dispersant permettant de réaliser un prétraitement par agent dispersant de la nappe de pollution lorsque les conditions l'autorisent. La diffusion du dispersant sur le polluant est réalisée au moyen de buses de diffusion calibrées, ce qui permet d'optimiser l'efficacité du traitement par l'utilisation d'une quantité minimale et adaptée de produit dispersant dilué. Suivant une autre caractéristique avantageuse le dispositif comporte un dispositif rotatif à jets d'eau sous pression pour fragmenter et repousser le polluant fragmenté dans la zone d'aspiration de la turbine immergée. Le dispositif selon l'invention sera systématiquement utilisé par groupe fait de plusieurs 25 dispositifs parfaitement identiques pour permettre d'obtenir une capacité de traitement globale qui soit adaptée aux dimensions usuellement très vastes de ce type de pollution. Le dispositif selon l'invention possède de nombreux avantage sur les dispositifs existants ; 30 Un avantage du dispositif est son rendement élevé en termes de capacité de traitement (volume ou surface / heure). Un autre avantage du dispositif est qu'il permet une vaste plage d'utilisation en termes de variétés d'hydrocarbures à traiter. Un autre avantage du dispositif est que l'élément de base de type bouée qui compose 35 le groupe est simple et économique, facile a stocker, transporter et mettre en oeuvre. Un autre avantage du dispositif est sa capacité opérationnelle, la mise en oeuvre du dispositif étant possible au large comme à proximité immédiate des côtes ou même par faible profondeur d'eau, ceci en toute sécurité pour les operateurs, en raison d'un fonctionnement totalement autonome. De plus la mise en oeuvre du dispositif est possible quelles que soient les conditions ou l'évolution des conditions météorologiques ou environnementales du lieu de la pollution, de nuit comme de jour. Un autre avantage du dispositif est sa versatilité opérationnelle, les bouées composant un groupe pouvant être utilisées de multiples et différentes façons et en un nombre adapté ce qui permet le traitement efficace d'une pollution quelle que soit ses 10 caractéristiques globales ou la stratégie de lutte envisagée. Par exemple, pour une utilisation de façon individuelle, les bouées peuvent être abandonnées sur la nappe de polluant et laissées dériver avec celle-ci ou alors être abandonnées à l'intérieur d'une zone confinée par des barrages flottants traditionnels pour, dans les deux cas, accélérer le fractionnement et la dispersion du polluant dans la 15 masse d'eau. Ou encore les bouées peuvent être positionnées sur ancres à proximité et en amont d'un barrage flottant traditionnel pour disperser le polluant se dirigeant vers le barrage et limiter l'accumulation. Un deuxième mode d'utilisation avantageux est réalisé en interconnectant plusieurs 20 bouées entre elles en ligne pour réaliser un barrage dont la fonction est la dispersion des nappes de polluant au fur et a mesure de l'arrivée du polluant sur le barrage, pour ce type d'utilisation l'amarrage des dispositifs est réalisé par des segments de barrage flottant standard afin d'augmenter la capacité de traitement de l'ensemble, la longueur de chacun des segments servant à connecter les bouées en ligne dépendant 25 principalement de la nature et de l'épaisseur de la nappe de polluant a traiter. Chaque dispositif de type bouée réalise la totalité des fonctions qui sont requises pour le traitement de la pollution par dispersion, les principales phases du traitement étant : la fragmentation de la nappe de polluant en surface, le brassage du polluant et de l'eau de mer et enfin l'éjection verticale du mélange (ou de l'émulsion) d'eau de mer et 30 polluant en profondeur dans la colonne d'eau ou la dispersion s'effectuera naturellement dans la masse d'eau et sous l'action des courants. Chaque dispositif de type bouée est composée d'une partie émergée et d'une partie immergée qui sont reliées et assemblées entre elles par des flotteurs, l'ensemble se caractérisant par une géométrie globale qui limite la prise au vent pour la partie 35 émergée et inversement pour la partie immergée de façon à optimiser les caractéristiques hydrodynamiques dans le but d'obtenir un comportement en dérive qui soit le plus proche possible des critères usuel de dérive des nappes d'hydrocarbure. En opération la partie émergée se situe à une élévation moyenne de 30 cm au dessus de la nappe de polluant ou niveau de la mer. En périphérie de la partie émergée et entre chaque flotteur se trouvent les buses calibrées pour la diffusion de produit dispersant dilué sur le polluant entrant dans la zone de traitement. Au centre de la partie émergée se trouve le dispositif de fractionnement du polluant qui est réalisé par un bras rotatif à jets d'eau sous pression dont la fonction est de réaliser 10 la fragmentation et le pré-brassage du polluant qui est simultanément repoussé sous l'action des jets d'eau sous pression dans la zone d'aspiration de la turbine immergée. Sous la partie émergée se situent les flotteurs qui assurent la flottabilité et la stabilité de l'ensemble et maintiennent la partie émergée en position opérationnelle constante à 30 cm au dessus de la nappe de polluant ou niveau de la mer. Ces flotteurs intègrent les 15 équipements principaux de la bouée que sont le groupe moteur, les pompes de brassage, de dilution et d'injection de produit dispersant ainsi que les équipements électriques. La flottabilité de chaque flotteur est adaptée à la charge des l'équipement intégrés ainsi qu'à la stabilité de l'ensemble. Sous les flotteurs se situe une structure immergée qui supporte la turbine d'éjection 20 constituée d'une enveloppe ouverte verticale située sous la ligne de flottaison et a l'aplomb du bras de fractionnement. La turbine intègre à sa base un rotor-stator à double hélices contrarotatives pour la dispersion et l'éjection verticale du mélange (ou de l'émulsion) polluant et eau de mer obtenue dans la colonne d'eau au travers d'une tuyère d'éjection. 25 La structure immergée intègre aussi les capacités de stockage de produit dispersant et les réservoirs de carburant, cette structure fait aussi office de base support lors du stockage ou pour la manutention du dispositif. Les capacités de stockage de produits dispersant et de carburant sont équipées de compensateurs volumiques dans le but de limiter l'incidence des variations des volumes 30 sur la flottaison du dispositif en opération, les volumes de produit dispersant ou de carburant consommés étant compensés par le changement de volume des capacités de stockage. La motorisation de l'ensemble des équipements et réalisée par moteur thermique diesel avec transmission hydraulique. Chaque bouée comporte des prises de remplissage de produit dispersant et de carburant et les accessoires de sécurité réglementaires, les commandes de fonctionnement et les éléments secondaires permettant la manutention du dispositif. Le dispositif intègre des éléments de fixation permettant la connexion de segment de 5 barrage flottant pour l'interconnexion d'un ensemble de bouées les unes aux autres ou pour l'intégration des bouées à un dispositif classique de confinement. Suivant une variante, pour des conditions d'utilisation plus spécifiques du dispositif telles que le traitement d'une pollution à proximité d'une berge ou d'un quai ou encore directement depuis une embarcation le dispositif selon l'invention n'est pas autonome 10 pour son fonctionnement mais comporte une source d'énergie externe pour son fonctionnement ainsi qu'une source d'alimentation externe en produits dispersant et en eau de mer sous pression. Selon une autre variante avantageuse le dispositif selon l'invention peut être équipé d'un bras d'agitation classique agissant directement dans la zone d'aspiration de la 15 turbine pour augmenter le taux de dispersion du polluant (viscosité élevée). De même que, selon une autre variante, le dispositif peut être équipé d'une tuyère de restriction de débit en sortie de la tuyère d'éjection verticale pour permettre un réglage du débit d'éjection dans le but d'augmenter le taux de dispersion du polluant avant éjection, la restriction se faisant par le détournement d'une partie du flux verticalement 20 vers le haut dans la zone de traitement. En raison de l'importance des critères de transport, de stockage et de manutention de ce type d'équipement les bouées telle que décrites précédemment auront de préférence un diamètre et une hauteur maximales de 2,3 mètres afin de permettre et faciliter le transport ou le stockage sur des structures de dimensions normalisée. 25 DESSINS Figure 1 : Principe de fonctionnement schématisé de l'invention Figure 2 : Vue en élévation suivant la coupe A-A de la figure 3 Figure 3 : Vue en plan suivant la coupe B-B de la figure 2 Figure 4 : Vue en plan suivant la coupe C-C de la figure 2 30 Figure 5: Détail de l'interconnexion de bouées entre elles. Figure 6: Section D-D de la figure 5 Figure 7: Equipement secondaire standard d'une bouée de dispersion, élévation. Figure 8: Equipement secondaire standard d'une bouée de dispersion, vue en plan. Figure 9: Dispositif équipé d'un bras mélangeur et d'une tuyère de restriction de débit. DESCRIPTION D'UN MODE DE REALISATION La figure 1 schématise le principe de fonctionnement d'une bouée de dispersion avec la partie émergée de la bouée qui est située au dessus de la nappe de polluant (A), et du niveau de la mer (B). Le produit dispersant (C) est diffusé sur le polluant entrant dans la 5 zone de traitement de la bouée ou les jets d'eau sous pression (E) fractionnent la nappe et repoussent les monceaux de polluant dans la zone d'aspiration (H) de la turbine ou le dispositif rotor-stator (K) brasse le polluant avec l'eau de mer et éjecte le mélange ou l'émulsion (N) dans la colonne d'eau ou le polluant se disperse. Les figures 2 et 3 précisent le mode de réalisation préférentiel de l'invention telle que 10 décrite précédemment. La partie émergée (1) est équipée en son centre de la rampe de fractionnement rotative (2) à jet d'eau sous pression. La rampe de fractionnement rotative (2) est entrainée par un motoréducteur hydraulique (5) et elle est connectée au circuit eau de mer sous pression (3) par l'intermédiaire d'un 15 joint tournant (4) servant de support fixe à ce sous ensemble. En périphérie de la partie émergée (1) se trouve le circuit d'alimentation en produit dispersant (6) qui alimente les buses de diffusion (7), ce circuit est alimenté en produit dispersant par une pompe (26) qui est connectée aux capacités de stockage de produit dispersant (22). 20 Les flotteurs (10) assurent la liaison structurelle entre la partie émergée (1) et la partie immergée (11). A l'intérieur des flotteurs (10) se trouvent les équipements principaux repartis suivant leur fonction et des critères de volume et de masse. -Dans le flotteur (10) A se trouvent le groupe moteur (23) et les éléments principaux de 25 la transmission hydraulique (24). -Dans le flotteur (10) B se trouve la pompe eau de mer (9) pour d'alimentation du circuit eau de mer sous pression (3). -Dans le flotteur (10) C se trouvent la pompe de dilution et d'alimentation en produit dispersant (26), les batteries électriques (27) et le réservoir d'huile hydraulique (25). 30 De part et d'autre du flotteur (10) A se situent les inserts (49) pour la connexion de segments de barrage flottant. La partie immergée (11) est formée d'une structure dans laquelle se trouvent les réservoirs de stockage de produit dispersant (22) avec des compensateurs volumique (18) à eau de mer ainsi que les réservoirs souples (19) de carburant (21). La structure immergée (11) supporte la turbine de brassage et d'éjection (12) et son rotor-stator à moteurs hydrauliques (13) à double hélices contrarotatives (14, 15). La turbine se termine par la tuyère d'éjection (16) verticale. La figure 4 représente la section C-C de la figure 2 et indique la disposition des 5 réservoirs de produits dispersant (22) avec leurs compensateurs (18) ainsi que la disposition des réservoirs souples (19) de carburant (21). Les figures 5 et 6 détaillent et expliquent le dispositif pour la fixation d'éléments de barrage flottants pour la connections d'un groupe de bouées en ligne. Les éléments de barrage flottant (44) sont assemblés manuellement sur la bouée 10 flottante au moyen de tige de fixation (50) venant se positionner dans les inserts (49) de structure et traverse le dispositif de jonction (46) qui est fixé à chaque extrémité du segment de barrage flottant. Ces dispositifs (46) permettent l'installation d'une ligne d'amarrage (47) entre les bouées au moyen de manilles standard (48) pour éviter des contraintes dans les segments de barrage flottant. Dans le cas d'un barrage flottant 15 lesté par chaine (49) celle-ci est aussi fixée au moyen de manille standard (48) au dispositif de jonction (46) de connexion du barrage à la bouée ce qui augmente la résistance au déversement du segment de barrage. Lorsque le segment de barrage flottant est équipé des dispositifs de jonction (46) a chaque extrémités il est simple est rapide pour les operateurs de procéder à la 20 connections des bouées entre elles au moyen des tiges de fixation (50) positionnées dans des inserts (49) situés dans la partie émergée (1) et dans la structure immergée (11). Les figures 7 et 8 montrent et positionnent les équipements secondaires d'une bouée tel que les protections caoutchouc (28), les pieds supports pour la manutention (29), le 25 mat escamotable (30) équipé d'un réflecteur radar (32) surmonté par un feu de position (31). Sur le dessus de la partie émergée (1) se trouvent les prise d'air d'alimentation et refroidissement du moteur diesel (33, 34) et de part et d'autre du flotteur 10A se situent les tiges de fixation (50) pour la connexion d'éléments de barrage flottant. 30 Sur la partie émergée sont aussi positionnés une oreille pour l'ancrage de la bouée (35), un anneau de levage central (36) et trois taquets d'amarrage (37). Deux bouchons de remplissage (38, 39) équipés de clapet automatique permettent le remplissage en diesel et produit dispersant. Un panneau de contrôle commande (40) permet le démarrage ou l'arrêt du dispositif. L'équipement est complété par des panneaux solaire (41) pour le maintien de la charge des batteries en période de stockage et en opération. La figure 9 représente le dispositif équipé d'un bras d'agitation (51) et d'une tuyère de restriction de débit (54). Le bras d'agitation (51) est installé dans le prolongement et au centre du bras rotatif à jet d'eau (2) et il est équipé de mobiles contrarotatifs (52) situés dans la turbine (12). Ces mobiles ou rotors sont entraînés par un moteur hydraulique (53) situé en tête du joint tournant (4). Le dispositif de restriction de débit (54) par détournement d'une partie du flux vers la zone de traitement est installé sous la tuyère d'éjection (16). Ce dispositif de restriction de débit est constitué de deux demi-tuyères (55) montées sur glissières et activées par des vérins hydrauliques (56), la fermeture des demi-tuyères obligeant une partie du flux à remonter vers la zone centrale de traitement de la bouée pour un nouveau passage par le dispositif rotor-stator afin d'obtenir un taux de dispersion plus important. L'homme du métier saura apporter les modifications ou améliorations qu'il jugera utiles tout en restant dans les lignes générales et les principes de l'invention tels que définis par les revendications. APPLICATION INDUSTRIELLE L'invention concerne un nouveau type d'équipement qui permet de lutter efficacement contre tous types de pollution marine par hydrocarbures en mer et d'éviter l'arrivée de marées noires sur le littoral en raison d'un rendement élevé en termes de capacité de traitement et d'une grande versatilité opérationnelle, ce qui offre un moyen de lutte adapté à l'ensemble des conditions et problèmes posées lors d'un épisode de pollution marine par hydrocarbures. Cet équipement concerne plus spécialement les operateurs d'installation pétrolière offshore pour la lutte, la prévention ou le traitement des pollutions chroniques des installations pétrolières offshores vieillissantes mais aussi les autorités civiles et portuaires pouvant être amenés à faire face a ce type de catastrophe. REVENDICATIONS1) Dispositif flottant autonome destiné à la lutte contre les pollutions marines par hydrocarbures par dispersion du polluant dans la colonne d'eau caractérisé en ce qu'il 5 comporte une turbine (12) immergée à double hélices contrarotatives (14,15) qui réalisent le brassage du polluant et de l'eau de mer puis l'éjection du mélange eau de mer et polluant dans la colonne d'eau au moyen d'une tuyère d'éjection verticale (16). 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de diffusion de produits dispersant (6) permettant de réaliser un prétraitement par agent 10 dispersant de la nappe de pollution à disperser au moyen de buses de diffusion (7). 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif rotatif à jets d'eau sous pression (2) pour fragmenter et repousser le polluant fragmenté dans la zone d'aspiration de la turbine immergée (12). 4) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il équipé d'un bras 15 d'agitation (51) agissant directement dans la zone d'aspiration de la turbine (12) pour augmenter le taux de dispersion de polluant à viscosité élevée. 5) Groupe flottant autonome destiné à la lutte contre les pollutions marines par hydrocarbures caractérisé en ce qu'il est constitué de plusieurs dispositifs flottants autonomes selon l'une quelconque des revendications 1 a 4 amarrés entre eux en ligne 20 par l'intermédiaire de segments de barrage flottant (44) connectés au dispositif au moyen d'éléments de fixation (46) pour réaliser un barrage dont la fonction est de disperser le polluant dans la colonne d'eau au fur et a mesure de son accumulation sur le barrage.