Brevet FR3017898A1 — publié le 20150828

[1] L'invention concerne le domaine technique des systèmes et procédés d'aspiration de liquide. Dans une application préférée mais non exclusive, l'invention se rapporte aux systèmes et procédés d'aspiration de liquides présentant une densité inférieure à celle de l'eau telle que notamment des polluants comme des hydrocarbures tels que pétrole brut, essences, gazole, kérosène, huile ou encore des composés aromatiques, des phtalates. [2] Lors d'opérations de dépollution de nappes phréatiques ou souterraines polluées par des produits peu solubles et flottants, par un traitement in situ, i.e. sans excavation de sol, ou lors opérations de récupération de phases flottantes dans des fouilles, il est employé des pompes dites d' « écrémage du flottant ». Ces pompes d'écrémage sont alors utilisées avec des moyens de suivi de la variation de la hauteur du niveau d'eau de manière à éviter l'aspiration de l'eau seule et à maintenir une aspiration continue des polluants situés à la surface de l'eau. [3] Il est connu d'utiliser, en tant que moyens de suivi de la hauteur du niveau d'eau, un système de treuil dont le câble supporte la pompe ou sa crépine d'aspiration dans le forage d'accès à la nappe phréatique. Ce système comprend des capteurs de pression et des détecteurs embarqués par la pompe ou la crépine d'aspiration qui sont reliés à une unité de commande du système de treuil. L'unité de commande asservit alors la position de la pompe ou de sa crépine d'aspiration en fonction des informations fournies par les capteurs pour suivre la variation de la hauteur d'eau. Un tel système est particulièrement efficace dans la mesure où il permet de suivre de très grandes variations de hauteur d'eau. Toutefois, il présente l'inconvénient d'être particulièrement onéreux ce qui induit un fort risque de vol en cas d'installation de longue durée sur le site à traiter. [4] Il est donc apparu le besoin d'un système qui permette un suivi de la variation de la hauteur d'eau tout en présentant un coût de fabrication et de mise en oeuvre très nettement inférieur à celui d'un système faisant intervenir un asservissement électromécanique de la position ou de la hauteur du point d'aspiration en fonction de la hauteur d'eau. [5] Afin d'atteindre cet objectif l'invention concerne une tête d'aspiration de liquide dans un forage et/ou une cavité souterraine comprenant : - un corps de guidage comprenant des moyens de fixation à un système de suspension, - des moyens de raccordement à un tube d'évacuation de liquide, - un flotteur suiveur mobile en translation le long d'une partie au moins du corps de guidage et pourvu d'une crépine d'aspiration, - un tube souple suiveur raccordé, d'une part, à la crépine d'aspiration du flotteur suiveur et, d'autre part, aux moyens de raccordement, - des moyens de reprise du mou du tube suiveur comprenant au moins une poulie mobile par rapport au corps de guidage et des moyens de rappel adaptés pour exercer, sur la poulie, une force de rappel opposée à la traction exercée par le tube suiveur lors de l'immersion du flotteur suiveur. [06] Une telle tête d'aspiration présente l'avantage de permettre un suivi de la variation de la hauteur d'eau de manière simple par le flotteur suiveur sans mise en oeuvre d'un système d'asservissement électromécanique onéreux. La flottabilité du flotteur suiveur ainsi que la force exercée par les moyens de rappel sont alors déterminées pour permettre un positionnement de la crépine d'aspiration soit au niveau de l'interface entre l'eau et le liquide à aspirer soit au-dessus de cette interface. De manière préférée, la crépine d'aspiration est positionnée juste au-dessus de l'interface de manière à permettre une aspiration de la plus grande quantité possible de liquide surnageant. [07] De plus, la mise en oeuvre de moyens de reprise du mou du tube suiveur à poulie et moyens de rappel permet de manière simple une reprise d'une grande longueur de mou autorisant donc une grande amplitude de mouvement du flotteur suiveur sans qu'il soit nécessaire de préformer le tube suiveur. Par ailleurs, les moyens de reprise de mou du tube suiveur selon l'invention rendent aisés le montage et le démontage du tube souple suiveur de sorte qu'il est possible de le changer facilement et à moindres frais lorsque ses caractéristiques mécaniques ont été altérées par un long contact avec des polluants et/ou des hydrocarbures. [8] Selon une caractéristique de l'invention, les moyens de rappel sont adaptés pour permettre un réglage de la force de rappel. Une telle possibilité de réglage autorise un ajustement de la position du flotteur suiveur et donc de la crépine d'inspiration par rapport à l'interface entre l'eau et le liquide à aspirer de manière simple sur site et en fonction des conditions réelles de mise en oeuvre. [9] Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de rappel comprennent au moins un lest. De manière préférée, ce lest est fixé directement à la poulie mobile. La mise en oeuvre d'un ou plusieurs lests de rappel permet d'exercer force de rappel de valeur constante indépendante de la position de la poulie mobile par rapport au corps de guidage. [10] Selon une variante de cette caractéristique, les moyens de rappel comprennent au moins deux lests amovibles. Ainsi, il est possible de modifier la force de rappel en ajoutant en retirant un ou plusieurs lests amovibles. Il doit être noté que le poids de la poulie ainsi que le poids propre du tube souple suiveur s'ajoute à la force de rappel dans l'action exercée sur le flotteur suiveur à l'encontre de la poussée d'Archimède. [11] Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de rappel comprennent au moins un ressort interposé entre le corps suiveur et la poulie. [12] Selon encore une autre caractéristique de l'invention, les moyens de reprise comprennent au moins une poulie de renvoi fixée au flotteur suiveur. La mise en oeuvre d'une telle poulie de renvoi permet de garantir l'efficacité d'action de la poulie mobile. De plu,s la mise en oeuvre de plusieurs poulies de renvoi simple ou d'une poulie de renvoi à plusieurs réas associée à une poulie mobile également à plusieurs réas permet de réaliser une sorte de moufle qui autorise une reprise d'une grande longueur de mou. [13] Selon une caractéristique de l'invention, le flotteur suiveur possède une amplitude de déplacement le long du corps de guidage supérieure ou égale à 50 cm et, de préférence, supérieure ou égale à 1m. Une telle amplitude de déplacement est autorisée par les moyens de reprise de mou selon l'invention. [14] Selon un mode de réalisation de l'invention, le corps de guidage passe dans le flotteur suiveur. [15] Selon une caractéristique de l'invention, le flotteur suiveur comprend des moyens d'ajustement de sa flottabilité. La mise en oeuvre de tels moyens d'ajustement de la flottabilité du flotteur suiveur permet d'adapter les caractéristiques de ce dernier aux conditions d'utilisation et notamment à la densité du liquide devant être aspiré. [16] Selon une variante de cette caractéristique, les moyens d'ajustement de la flottabilité comprennent un compartiment de réception d'un lest amovible. [17] La tête d'aspiration selon l'invention peut être raccordée à une pompe située en surface ou au contraire à une pompe portée par la tête d'aspiration. Ainsi, selon une caractéristique de l'invention, la tête d'aspiration comprend : - une pompe immergeable fixée sur le corps suiveur et raccordée, d'une part, au tube suiveur et, d'autre part, aux moyens de raccordement au tube d'évacuation, - des moyens de connexion de la pompe à une source d'énergie située en surface. [18] La pompe immergeable peut alors être une pompe de toute nature comme, par exemple, une pompe pneumatique, une pompe électrique ou une pompe à entraînement hydraulique. [19] L'invention concerne également un procédé d'aspiration d'un liquide situé en surface d'une nappe d'eau souterraine, procédé qui consiste à immerger, en partie au moins, au moins une tête d'aspiration selon l'invention au niveau de l'interface entre l'eau et le liquide à aspirer, les moyens de rappel de chaque tête d'aspiration étant adaptés pour permettre au flotteur suiveur de suivre la variation du niveau de la nappe d'eau souterraine en maintenant la crépine d'aspiration au niveau de l'interface entre l'eau et le liquide à aspirer ou au dessus de cette interface. De manière préférée mais non strictement nécessaire, la crépine est maintenue juste au dessus de ladite interface. [20] Selon une caractéristique du procédé selon l'invention, chaque tête d'aspiration est adaptée pour que le flotteur suiveur correspondant puisse suivre une variation du niveau de l'interface supérieure à 50 cm sans devoir déplacer le corps de guidage. [21] Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'équipement selon l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. [22] De même, les différentes caractéristiques, variantes et formes de mise en oeuvre du procédé selon l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. [23] Par ailleurs, diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description annexée effectuée en référence aux dessins qui illustrent une forme non limitative de réalisation d'une tête d'aspiration pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. La figure 1 est une vue schématique d'une tête d'aspiration selon l'invention. La figure 2 est une vue schématique illustrant la mise en oeuvre de la tête d'aspiration selon la figure 1 dans le cadre d'un procédé, conforme à l'invention, d'aspiration d'un liquide situé en surface d'une nappe d'eau souterraine. La figure 3 est une vue schématique d'une variante de réalisation d'une tête d'aspiration conforme à l'invention. [24] Une tête d'aspiration selon l'invention telle qu'illustrée à la figure 1 et désignée dans son ensemble par la référence 1, comprend un corps de guidage 2 qui possède une forme allongée. Afin de permettre une descente et une remontée de la tête d'aspiration 1 dans un forage, le corps de guidage 2 comprend au niveau d'une extrémité supérieure des moyens 3 de fixation à un système de suspension tel que le câble d'un treuil de levage représenté à la figure 2. [25] Selon l'exemple illustré, le corps de guidage 2 porte au niveau de son extrémité inférieure une pompe immergeable P qui dans le cas présent est une pompe pneumatique. Ici, le corps de guidage 2 est réalisé sous la forme d'un tube en acier inoxydable à l'intérieur duquel passent des canalisations 4,5 d'alimentation en air comprimé de la pompe P. [26] La tête d'aspiration 1 comprend également, à l'intérieur du corps de guidage 2, une conduite 6 d'évacuation des liquides pompés par la pompe P. La conduite d'évacuation 6 est alors raccordée au niveau de son extrémité basse à la pompe P et comprend, dans le cas présent, à proximité de l'extrémité supérieure du corps de guidage 2, des moyens de raccordement 7 à un tube d'évacuation de liquide 8. Selon l'exemple illustré, les moyens de raccordement 7 sont formés par un raccord rapide. Bien entendu, tout autre moyen de raccordement pourrait être envisagé. De plus, les moyens de raccordement 7 ne sont pas nécessairement situés à proximité immédiate de l'extrémité supérieure du corps de guidage 2 et pourraient être situés à l'intérieur de ce dernier ou encore à grande distance de celui-ci. [27] La tête d'aspiration 1 selon l'invention est destinée à permettre un suivi d'une certaine variation d'un niveau d'une nappe d'eau afin de permettre un pompage d'un liquide surnageant à la surface de cette dernière sans devoir ajuster la profondeur ou la position du corps de guidage 2. À cet effet, la tête d'aspiration 1 comprend un flotteur suiveur 10 mobile en translation le long d'une partie du corps de guidage 2 entre une position basse B et une position haute H. De manière préférée, l'amplitude A de déplacement du flotteur suiveur 10, entre les positions basse B et haute H, est supérieure ou égale à 50 cm et de manière plus particulièrement préférée supérieure ou égale à 1 m. Selon l'exemple illustré, le flotteur suiveur 10 possède une forme générale annulaire qui définit un alésage central 11 dans lequel passe le corps de guidage 2. [28] Le flotteur suiveur 10 comprend une crépine d'aspiration 12 qui, dans le cas présent, est formée par une chambre d'aspiration 13 ouverte vers l'extérieur par une série de fentes 14 assurant une retenue des particules solides de dimensions trop importantes pour être aspirées sans risque de dysfonctionnement de la pompe et/ou de bouchage des canalisations et tubes d'évacuation. [29] Afin de permettre un raccordement de la crépine d'aspiration 12 au circuit d'évacuation du liquide aspiré tout en autorisant un déplacement du flotteur suiveur 10 entre ses positions haute H et basse B, la tête d'aspiration 1 comprend un tube ou tuyau souple suiveur 15 qui est raccordé, d'une part, à la crépine d'aspiration 12 et, d'autre part, aux moyens de raccordement 7. Selon l'exemple illustré ce raccordement s'effectue via la pompe P et la conduite d'évacuation 6. Par ailleurs, dans le cas présent, le tube suiveur 15 est raccordé aux autres éléments du circuit d'évacuation par des raccords rapides 16 qui permettent un changement aisé dudit tube suiveur 15. [30] Le tube suiveur 15 présente alors une longueur suffisante pour accompagner le flotteur suiveur 10 lors de ses déplacements. Afin d'éviter que le tube souple suiveur ne perturbe les déplacements de la tête d'aspiration 1 dans son forage d'accès à la nappe d'eau souterraine notamment lorsque le flotteur suiveur 10 est en position basse B, la tête d'aspiration 1 comprend des moyens 20 de reprise du mou du tube suiveur 10. [31] Selon l'exemple illustré, les moyens de reprise 20 comprennent une poulie 21 pourvue d'un réa 22 sur lequel est engagé le tube souple suiveur 15. Les moyens de reprise 20 comprennent également des moyens 23 d'accroche haute du tube suiveur 15 adaptés pour permettre la formation par le tube suiveur 15 d'une boucle en U entre les moyens d'accroche 23 et le flotteur suiveur 10. Selon l'exemple illustré, les moyens d'accroche haute 23 sont formés par un pontet qui est fixé de manière rigide sur le corps de guidage 2 et à l'intérieur duquel passe le tube souple suiveur 15. Le réa 22 de la poulie mobile 21 est alors placé dans le creux de la boucle en U. [32] Les moyens de reprise 20 comprennent également des moyens de rappel 25 adaptés pour exercer sur la poulie mobile 21 une force de rappel Fr opposée à la traction Ft exercée par le tube suiveur 15 lors de l'immersion du flotteur suiveur 10. Selon l'exemple illustré, les moyens de rappel 25 comprennent au moins un et, de préférence, plusieurs poids 26 fixés de manière amovible à la chape 27 de la poulie 21. [33] Comme le montre la figure 2, une tête d'aspiration 1 selon l'invention et telle qu'ainsi constituée est mise en oeuvre pour l'aspiration d'un liquide L flottant au surnageant à la surface d'une nappe d'eau souterraine en étant suspendue à un câble C d'un treuil T pour être descendu à l'intérieur d'un forage F jusqu'à atteindre la nappe d'eau E de manière que la zone de déplacement du flotteur suiveur 10 le long du corps de guidage 2 soit située au niveau de l'interface I entre le liquide L et la nappe d'eau E. Afin de permettre une aspiration du liquide L, il convient que la crépine 12 soit située au niveau de l'interface I ou au-dessus de cette dernière. Cette position de la crépine 12 dépend alors, d'une part, de la flottabilité du flotteur suiveur 10 et, d'autre part, de l'action exercée sur ce dernier par le poids du tube suiveur 16 et la force de rappel Fr. [34] La flottabilité du flotteur suiveur 10 ou en d'autres termes sa densité peut être définie en fonction de la nature du liquide à aspirer et cela de manière permanente. Le flotteur suiveur 10 peut également comprendre les moyens d'ajustement de sa flottabilité qui peuvent, par exemple, comprendre un compartiment 30 de réception d'un lest amovible comme par exemple mais non exclusivement des plombs, de la limaille de fer ou du sable. [35] De plus, l'intensité de la force de rappel Fr peut être modulée par le nombre de poids 26 mis en oeuvre. Il est à noter que la mise en oeuvre de poids permet d'obtenir une force de rappel constante indépendante de la position de la poulie mobile 21. [36] Ainsi, un opérateur de la tête d'aspiration 1 peut ajuster la force de rappel et/ou la flottabilité du flotteur suiveur 10 de manière que la crépine soit convenablement placée pour assurer une aspiration efficace du liquide L. La faculté de déplacement du flotteur suiveur 10 le long du corps de guidage 2 permet alors de conserver cette position optimale en cas d'une variation de la hauteur d'eau dans la zone de déplacement du flotteur suiveur 10. [37] La figure 3 montre une variante de la tête d'aspiration selon l'invention dans laquelle les moyens d'accroche haute 23 comprennent une poulie 35 dont le réa 36 supporte le tube suiveur 15 et dont la chape 37 est fixée au flotteur suiveur 10. Selon cet exemple, les moyens de rappel 25 comprennent un ressort 38 interposé entre la poulie mobile 21 et le corps de guidage 2 ou la pompe P. [38] Bien entendu, différentes variantes du procédé et de la tête d'aspiration selon l'invention peuvent être envisagées dans le cadre des revendications annexées. REVENDICATIONS1. Tête d'aspiration de liquide dans un forage et/ou une cavité souterraine comprenant : - un corps de guidage (2) comprenant des moyens (3) de fixation à un système de suspension, des moyens (7) de raccordement à un tube (8) d'évacuation de liquide, - un flotteur suiveur (10) mobile en translation le long d'une partie au moins du corps de guidage (2) et pourvu d'une crépine d'aspiration (12), - un tube souple suiveur (15) raccordé, d'une part, à la crépine d'aspiration (12) du flotteur suiveur (10) et, d'autre part, aux moyens de raccordement (7), des moyens (20) de reprise du mou du tube suiveur (15) comprenant au moins une poulie (21) mobile par rapport au corps de guidage (2) et des moyens de rappel (25) adaptés pour exercer sur la poulie une force de rappel (Fr) opposée à la traction (Ft) exercée par le tube suiveur (15) lors de l'immersion du flotteur suiveur (10). 2. Tête d'aspiration selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de rappel (25) sont adaptés pour permettre un réglage de la force de rappel. 3. Tête d'aspiration selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les moyens de rappel (25) comprennent au moins un lest (26). 4. Tête d'aspiration selon la revendication 3, caractérisée en ce que les moyens de rappel (25) comprennent au moins deux lests amovibles (26). 5. Tête d'aspiration selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les moyens de rappel (25) comprennent au moins un ressort (38) interposé entre le corps de guidage (2) et la poulie (21). 6. Tête d'aspiration selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en que les moyens de reprise (20) comprennent au moins une poulie de renvoi (35) fixée au flotteur suiveur (10). 7. Tête d'aspiration selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le flotteur suiveur (10) possède une amplitude de déplacement (A) le long du corps de guidage (2) supérieure ou égale à 50 cm et de préférence supérieure ou égale à 1m. 8. Tête d'aspiration selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que corps de guidage (2) passe dans le flotteur suiveur (10). 9. Tête d'aspiration selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le flotteur suiveur (10) comprend des moyens (30) d'ajustement de sa flottabilité. 10. Tête d'aspiration selon la revendication 9, caractérisée en ce que les moyens d'ajustement de la flottabilité comprennent un compartiment (30) de réception d'un lest amovible. 11. Tête d'aspiration selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend : - une pompe immergeable (P) fixée sur le corps suiveur (2) et raccordée, d'une part, au tube suiveur (15) et, d'autre part, aux moyens (7) de raccordement au tube d'évacuation (8), - des moyens de connexion de la pompe à une source d'énergie située en surface. 12. Tête d'aspiration selon la revendication précédente caractérisée en ce que la pompe immergeable (P) est une pompe pneumatique. 13. Procédé d'aspiration d'un liquide situé en surface d'une nappe d'eau souterraine,caractérisé en ce qu'il consiste à immerger, en partie au moins, au moins une tête d'aspiration (1) selon l'une des revendications précédentes au niveau de l'interface (I) entre l'eau et le liquide à aspirer, les moyens de rappel (25) de chaque tête d'aspiration étant adaptés pour permettre au flotteur suiveur (10) de suivre la variation du niveau de la nappe d'eau souterraine en maintenant la crépine d'aspiration (12) au niveau de l'interface entre l'eau et le liquide à aspirer ou au dessus de cette interface. 14. Procédé d'aspiration selon la revendication 11, caractérisé en ce que chaque tête d'aspiration est adaptée pour que le flotteur suiveur (10) correspondant puisse suivre une variation du niveau de l'interface supérieure à 50 cm sans devoir déplacer le corps de guidage.