Brevet FR3086704A1 — publié le 20200403

Caisson étanche, installation de pompage et procédé de mise en service associés La présente invention concerne un caisson étanche propre à loger au moins un dispositif de pompage, le fluide étant propre à parcourir une conduite d'aspiration enfouie majoritairement dans un sol au moins partiellement immergé, la conduite présentant une sortie débouchant au-dessus du sol au moins partiellement immergé. La présente invention concerne également une installation de pompage comprenant le caisson précité. La présente invention concerne également un procédé de mise en service, sur un site d'exploitation, d'un caisson étanche du type précité. De manière générale, l'invention concerne toute installation de pompage d'un fluide puisé dans une zone immergée tel que du pétrole ou plus particulièrement de l'eau de mer. Les applications visées sont par exemple le pompage d'eau de mer en zone insulaire peu ou pas industrialisé tel qu'effectué pour la climatisation à l'eau naturellement froide (SWAC de l'anglais « Sea-water air conditioning »), ou encore tel qu'effectué dans le domaine de l'énergie thermique des mers (ETM ou OTEC de l'anglais « Ocean thermal energy conversion ») consistant à utiliser la différence de température qui existe de façon naturelle entre l'eau en surface et en profondeur des océans pour faire fonctionner une machine thermique. En particulier, les systèmes d'énergie thermique des mers produisent de l'électricité en utilisant le principe d'un cycle thermodynamique de Carnot basé sur la différence de températures entre les eaux superficielles et les eaux profondes. Par exemple, la température des eaux superficielles peut atteindre ou même dépasser 25°C, alors que les eaux profondes qui sont privées du rayonnement du soleil ont des températures inférieures, par exemple 5°C à 1000 mètres de profondeur. On conçoit alors que ceci limite l'utilisation de telles installations à des zones spécifiques telles que par exemple les zones tropicales et préférentiellement localisées sur ou à proximité du littoral (de l'anglais « Nearshore »). L'eau de mer froide doit alors être pompée en très grande profondeur à travers des moyens formant conduite d'aspiration associés à l'installation, tandis que l'eau de mer chaude est pompée en surface. Pour mettre en oeuvre de telles installations (i.e. centrale de pompage), il est nécessaire de protéger les conduites d'aspiration de tous mouvements extérieurs par exemple produits par la mer à savoir la houle ou des courants marins ou en cas de conditions climatiques extrêmes telles que des tempêtes tropicales, cyclones, etc., 2 entraînant une augmentation de la sévérité des conditions hydrodynamique telles que la houle et les courants marins environnants la conduite. Une première solution consiste en une mise à l'abri des conduites coopérant avec l'installation dans une zone non soumise aux mouvements extérieurs précités, par 5 exemple de houle et de courants. Dans ce cas, la ou les conduite(s) d'aspiration sont alors le plus souvent connectées par le bordé à l'installation. De telles zones abritées sont cependant parfois protégées pour des raisons environnementales de maintien d'écosystème, ce qui interdit toute installation, ou de telles zones abritées sont isolées et localisées à l'écart des infrastructures routières, ce qui introduit une majoration du coût 10 logistique d'installation souvent dissuasive. Lorsque la mise à l'abri est impossible ou dissuasive, l'installation est exposée aux mouvements extérieurs précités, et la protection de la ou des conduite(s) d'aspiration est basée sur un enfouissement de l'installation et de la ou des conduite(s) d'aspiration par exemple à une profondeur de l'ordre de trente mètres afin d'obtenir une zone de liaison 15 entre conduite et installation enterrée et donc non soumise à la houle et aux courants. Un tel enfouissement implique un tirant d'eau de l'installation de l'ordre de trente mètres et donc un volume d'installation conséquent mais inutile d'un point de vue fonctionnel au regard de l'application de pompage considérée. De plus, un tel enfouissement requiert des travaux maritimes importants pour creuser le sol, et l'établissement de liaison(s) 20 souple(s) ou rigide(s) entre l'installation et la conduite d'aspiration est délicat car la liaison est propre à être endommagée, voire rompue, lors de l'enfouissement. Le but de l'invention est donc de résoudre ces problèmes. A cet effet l'invention a pour objet un caisson étanche propre à loger au moins un dispositif de pompage d'un fluide, le fluide étant propre à parcourir une conduite 25 d'aspiration enfouie majoritairement dans un sol au moins partiellement immergé, la conduite présentant une sortie débouchant au-dessus ou au niveau du sol au moins partiellement immergé, le caisson étanche étant caractérisé en ce qu'il comprend, pour chaque dispositif de pompage associé à sa propre conduite, une cavité propre à loger au moins en partie le 30 dispositif de pompage et présentant au moins une ouverture dans la face inférieure du caisson, la cavité étant propre à recouvrir la sortie de la conduite débouchant au-dessus ou au niveau du sol, la taille de l'ouverture étant strictement inférieure à la taille de la face inférieure du caisson, le reste de la face inférieure du caisson étant propre à reposer sur le sol en phase opérationnelle de pompage. 3 Le caisson selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement réalisables : le caisson étanche est en béton ou en acier ; 5 le caisson est propre à flotter en dehors de la phase opérationnelle de pompage ; le caisson étanche comprend un système d'énergie thermique des mers ; - le caisson étanche comprend au moins trois cavités distinctes associées respectivement à une conduite d'eau profonde, à une conduite d'eau de 10 surface et à une conduite de rejets mixés ; - la cavité est propre à loger au moins partiellement un dispositif de pompage à moteur(s) immersible(s) ou à moteur(s) hors d'eau ; - le caisson étanche comprend au moins un élément de lestage propre à être rempli lors d'une phase d'installation préalable à une phase opérationnelle ; 15 ledit au moins un élément de lestage est propre à être rempli avec de l'eau ou du béton ; - en phase opérationnelle, le contour de l'ouverture de la cavité est au minimum distant d'un mètre du contour de la sortie de la conduite. La présente invention concerne également une installation de pompage 20 comprenant le caisson précité. La présente invention concerne également un procédé de mise en service, sur un site d'exploitation, d'un caisson étanche du type précité. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et se référant aux dessins annexés, sur lesquels : 25 - la figure 1 représente un schéma synoptique illustrant la structure générale d'un caisson selon l'invention relativement à une conduite d'aspiration ; - la figure 2 est une représentation schématique en perspective d'un caisson selon la présente invention comprenant un système d'énergie thermique des mers ; - les figures 3 et 4 illustrent deux variantes d'installation de pompage selon 30 l'invention ; - la figure 5 est un organigramme d'un procédé de mise en service d'un caisson selon la présente invention ; - les figures 6 à 10 illustrent différentes étapes du procédé selon la présente invention. 35 4 Dans la suite de la description les expressions « sensiblement » ou de l'ordre de s'entend comme une relation d'égalité à plus ou moins 10%, c'est-à-dire avec une variation d'au plus 10%, de préférence encore comme une relation d'égalité à plus ou moins 5%, c'est-à-dire avec une variation d'au plus 5%. 5 Le caisson 10 de la figure 1 est représenté en phase opérationnelle de fonctionnement. En particulier, le caisson 10 est destiné au pompage d'un fluide, notamment de l'eau de mer ou encore du pétrole, propre à parcourir une conduite d'aspiration 11 enfouie majoritairement dans un sol S immergé, la conduite présentant une sortie débouchant au-dessus ou au niveau du sol S. 10 Pour un tel pompage, le caisson est configuré pour loger au moins un dispositif de pompage 12 et comprend selon la présente invention une cavité 14 propre à loger au moins en partie le dispositif de pompage 12. Plus spécifiquement, la cavité 14 présente au moins une ouverture dans la face inférieure du caisson 10, la cavité 14 étant propre à recouvrir la sortie de la conduite 11 15 débouchant au-dessus ou au niveau du sol S, la taille de l'ouverture étant strictement inférieure à la taille de la face inférieure du caisson, le reste de la face inférieure du caisson étant propre à reposer sur le sol en phase opérationnelle de pompage. Par cavité 14, on entend une chambre ou une cloche ou encore une alvéole débouchante formée à l'intérieur du caisson 10. En d'autres termes, la cavité 14 forme 20 une « piscine inversée », l'altitude de l'ouverture de la cavité 14 (i.e. le niveau de l'ouverture de la piscine) selon l'axe Z du référentiel terrestre étant inférieure au « plafond » de la cavité (i.e. le fond de la piscine). La cavité 14 est par exemple de forme parallélépipédique, cylindrique, etc. En d'autres termes, la conduite 11 est propre à déboucher au-dessus ou 25 sensiblement au niveau de la face inférieure du caisson 10 comprenant l'ouverture de la cavité 14 et parvient par le dessous du caisson 10 (i.e. la face inférieure du caisson 10) et non par le bordé. Selon l'exemple de la figure 1, le caisson 10 reposant sur le sol S est partiellement immergé sous le niveau de la mer 16. 30 La cavité 14 présente notamment une hauteur strictement inférieure à celle du caisson 14 de sorte que la cavité est par exemple ménagée dans une partie propre à être immergée du caisson 10 et non dans la partie hors d'eau. De plus, la cavité 14 présente un ou des évent(s) non représenté(s) et activable(s) à partir de la mise en service du caisson 10. 35 En particulier, la cavité 14 est propre à loger au moins partiellement un dispositif de pompage 12 à moteur(s) immersible(s) ou à moteur(s) hors d'eau. 5 Si le dispositif de pompage 12 est à moteur(s) immersible(s), alors le moteur est propre à être immergé au sein de la cavité 14. En revanche, tel que représenté sur la figure 1, si le dispositif de pompage 12 est à moteur(s) hors d'eau, seule la partie du dispositif de pompage 12 permettant l'aspiration 5 du fluide est plongée dans la cavité tandis que le moteur est localisé de manière étanche dans le caisson 10 en dehors de la cavité 14, la cavité comprenant alors une ouverture permettant le passage de la partie aspirante du dispositif de pompage 12. Selon un aspect particulier, le caisson étanche est en béton ou en acier, et préférentiellement en béton moins coûteux. 10 Selon un autre aspect particulier, en phase opérationnelle, le contour de l'ouverture de la cavité 14 est au minimum distant d'un mètre du contour de la sortie de la conduite 11. Un tel agencement de l'ouverture de la cavité 14 par rapport à la position de la sortie de la conduite 11 offre une marge de positionnement du caisson lors de son placement, ce qui en facilite l'implantation. 15 L'ensemble formé par le caisson étanche 10 et par la ou les conduite(s) d'aspiration 11 considérées est appelé par la suite installation de pompage. Par la suite en relation avec la figure 2, les termes « longitudinal », « transversal », « horizontal », « vertical », « haut », « bas », « avant », « arrière », « droite » et « gauche » s'étendent par référence au référentiel terrestre illustré sur la figure 2, et 20 comprenant un axe transversal X selon la largeur de caisson 10 et dirigé de l'arrière vers l'avant, un axe longitudinal Y, selon la longueur du caisson 10 et dirigé de la gauche vers la droite, et un axe vertical Z, vertical et dirigé du bas vers le haut. En particulier sur la figure 2, le caisson étanche 10 comprend un système d'énergie thermique des mers, non représenté, produisant de l'électricité en utilisant le 25 principe d'un cycle thermodynamique de Carnot basé sur la différence de températures entre les eaux superficielles et les eaux profondes. Selon des aspects complémentaires, le caisson 10 est également configuré pour loger d'autre(s) co-système(s) associé(s) à l'application de pompage de fluide visée, par exemple de production de froid (SWAC), ou d'eau douce. 30 Pour ce faire, le caisson étanche 10 comprend, par exemple, trois cavités 14A, 14B et 14C distinctes associées respectivement à une conduite 11A d'eau profonde (i.e. une conduite d'eau froide puisée en profondeur), à une conduite 11 B d'eau de surface (i.e. une conduite d'eau chaude puisée en surface) et à une conduite 11C de rejets mixés permettant le rejet des eaux après traitement par le système d'énergie thermique des 35 mers. 6 A titre d'alternative, deux conduites distinctes de rejets associées respectivement au traitement de l'eau chaude et de l'eau froide sont mise en oeuvre. La conduite 11C et la cavité 14C seraient dans ce cas remplacées par deux conduites de rejet distinctes associées chacune à leur propre cavité. 5 La cavité 14A associée à la conduite 11A d'eau profonde, et la cavité 14B associée à la conduite 11B d'eau de surface sont chacune reliées à la cavité 14C associée à la conduite 11C de rejets mixés par une liaison 18. Les figures 3 et 4 illustrent deux variantes d'installation de pompage selon l'invention notamment mis en oeuvre en fonction de l'environnement d'implantation. 10 En particulier, selon la figure 3 et tel que représenté sur les figures précédentes, l'installation de pompage à proximité du littoral (de l'anglais « Nearshore ») comprend une partie du caisson 10 immergée sous le niveau de la mer 16. A titre d'alternative, selon la figure 4, le caisson 10 est hors d'eau (i.e. repose sur le littoral en bord de côte) et enfoui dans le sol S de sorte que l'ouverture de chaque 15 cavité 14A, 14B, 14C soit positionnée pour recouvrir la sortie débouchant hors d'eau des conduites 11A, 11 B et 11C respectivement. Afin de minimiser les impacts environnementaux et favoriser l'acceptabilité sociétale, l'implantation immergée est préférée à l'implantation côtière, les travaux de génie civil étant plus réduits et l'impact foncier minimum. 20 Quel que soit le type d'implantation retenu ou imposé par l'environnement, selon un aspect complémentaire ou optionnel, le caisson étanche 10 est propre à flotter en dehors de la phase opérationnelle de pompage, notamment pour en permettre l'acheminement par voie maritime d'un site de fabrication à un site d'implantation et d'exploitation. 25 Selon l'implantation hors d'eau, le caisson 10 est par exemple remorqué par voie maritime jusqu'au site d'implantation puis levé et placé sur l'assise hors d'eau et, le cas échéant, partiellement enfoui notamment pour que les dispositifs de pompage fonctionnent correctement (i.e. sous le niveau de la mer 16). Selon un autre aspect complémentaire ou optionnel, le caisson étanche 10 30 comprend au moins un élément de lestage (non représenté) propre à être rempli lors d'une phase d'installation préalable à une phase opérationnelle. En particulier, ledit au moins un élément de lestage est propre à être rempli avec de l'eau ou du béton. La mise en service d'une telle installation de pompage selon l'invention va être à 35 présent expliquée en regard de la figure 5 représentant un organigramme d'un tel procédé. 7 Un tel procédé comprend deux phases à savoir une première phase 20 de transfert et d'implantation suivie par une deuxième phase 22 de mise en service en tant que tel. La première phase 20 de transfert et d'implantation comprend une étape 24 de 5 creusement d'au moins une tranchée dans le sol S, chaque tranchée étant propre à loger une conduite 11 d'aspiration. Lors d'une étape 26 précédant, succédant ou simultanée au creusement 24 de tranchée précité, l'assise dans le sol S du caisson 10 est bâtie sur le site d'exploitation, une sortie de la tranchée étant positionnée à l'intérieur de l'assise. 10 Par exemple, l'assise est sous-marine à une profondeur de l'ordre de 5 à 10m selon la puissance de pompage considérée associée à l'application visée par exemple d'énergie thermique des mers. Une telle fondation est bâtie en tenant compte des conditions de mer. Lors d'une étape 28 succédant au creusement 24, une conduite 11 est placée 15 dans chaque tranchée destinée à l'accueillir, la conduite 11 présentant une sortie débouchant au-dessus ou au niveau du sol S à l'intérieur de ladite assise. Puis lors d'une étape 30, chaque tranchée associée à une conduite 11 est scellée une fois que la conduite qui lui est propre y a été placée. Les quatre étapes précitées sont notamment illustrées schématiquement en deux 20 dimensions et en trois dimensions respectivement par les figures 6 et 7. Selon une étape 32, par exemple, en parallèle des étapes précitées, le caisson 10, propre à flotter selon un aspect particulier, est transporté par voie maritime et/ou fluviale d'un site de fabrication au site d'exploitation selon un déplacement D. Une telle étape 32 de transport selon un déplacement D est illustrée schématiquement en deux dimensions 25 et en trois dimensions respectivement par les figures 8 et 9. A titre d'alternative le caisson est transporté par voie terrestre, voire par voie aérienne, de son lieu de fabrication à son lieu d'exploitation. Une fois parvenu au site d'exploitation, lors d'une étape 34, le caisson 10 est placé pour reposer sur l'assise, au moins une sortie de tranchée, et par conséquent au moins 30 une sortie de conduite 11, étant positionnée à l'intérieur de l'assise et propre à être recouverte par la cavité 14 du caisson 10. Une telle étape 34 de placement est notamment illustrée en trois dimensions par la figure 10. Un tel placement 34 est facilité notamment lorsque, selon un aspect particulier, la 35 taille de l'ouverture de la cavité 14 est telle qu'une fois le caisson 10 correctement placé le contour de l'ouverture de la cavité 14 qu'il comprend est au minimum distant d'un mètre 8 du contour de la sortie de la conduite 11 ce qui offre un degré de liberté important et permet des tolérances de placement. Selon un aspect particulier, l'étape de placement 34 comprend une étape de lestage d'au moins un élément de lestage du caisson par remplissage avec de l'eau ou du 5 béton. Un tel lestage correspond à un mouvement L vertical vers le bas tel qu'illustré sur la figure 10. La deuxième phase 22 de mise en service comprend une étape 36 lors de laquelle la sortie de la ou des conduite(s) 11 et d'évent(s) ménagé(s) au sein de la cavité 14 sont ouverts ce qui provoque le remplissage de la cavité par le fluide (e.g. l'eau de 10 mer) remontant de la conduite 11. Lors d'une étape 36, le dispositif de pompage 12 est mis en service. On conçoit ainsi que le caisson étanche 10 selon la présente invention permet de limiter le tirant d'eau de l'installation de pompage et par conséquent d'optimiser le volume utile de l'installation de pompage. 15 De plus, le caisson étanche 10 selon la présente invention, permet de limiter les travaux d'implantation localisés sur le site d'implantation et l'acheminement de main d'oeuvre associé, le caisson étanche pouvant être fabriqué à distance sur des sites de fabrication spécifiquement dédiés. Par ailleurs, l'arrivée par le dessous du caisson 10 de la sortie débouchante de la 20 conduite 11 dans la cavité 14 permet d'éviter les liaisons installation-conduite rigides ou souples classiquement utilisées dont l'enfouissement est délicat. Enfin selon un aspect particulier, la taille de l'ouverture de la cavité 14, est telle qu'une fois placée le contour de l'ouverture de la cavité est au minimum distant d'un mètre du contour de la sortie de la conduite, REVENDICATIONS1.- Caisson étanche (10) propre à loger au moins un dispositif de pompage (12) d'un fluide, le fluide étant propre à parcourir une conduite (11) d'aspiration enfouie majoritairement dans un sol (S) au moins partiellement immergé, la conduite (11) présentant une sortie débouchant au-dessus ou au niveau du sol au moins partiellement immergé, le caisson étanche (10) étant caractérisé en ce qu'il comprend, pour chaque dispositif de pompage (12) associé à sa propre conduite (11), une cavité (14) propre à loger au moins en partie le dispositif de pompage (12) et présentant au moins une ouverture dans la face inférieure du caisson (10), la cavité (14) étant propre à recouvrir la sortie de la conduite débouchant au-dessus ou au niveau du sol (S), la taille de l'ouverture étant strictement inférieure à la taille de la face inférieure du caisson (10), le reste de la face inférieure du caisson (10) étant propre à reposer sur le sol (S) en phase opérationnelle de pompage. 2.- Caisson étanche (10) selon la revendication 1, le caisson étanche (10) étant en béton ou en acier. 3.- Caisson étanche (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le caisson (10) est propre à flotter en dehors de la phase opérationnelle de pompage. 4.- Caisson étanche (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant un système d'énergie thermique des mers. 5.- Caisson étanche (10) selon la revendication 4, comprenant au moins trois cavités distinctes associées respectivement à une conduite (11A) d'eau profonde, à une conduite (11 B) d'eau de surface et à une conduite (11 C) de rejets mixés. 6.- Caisson étanche (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la cavité (14) est propre à loger au moins partiellement un dispositif de pompage (12) à moteur(s) immersible(s) ou à moteur(s) hors d'eau. 7.- Caisson étanche (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins un élément de lestage propre à être rempli lors d'une phase d'installation préalable à une phase opérationnelle. 10 8.- Caisson étanche (10) selon la revendication 7 dans lequel ledit au moins un élément de lestage est propre à être rempli avec de l'eau ou du béton. 5 9.- Caisson étanche (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, en phase opérationnelle, le contour de l'ouverture de la cavité (14) est au minimum distant d'un mètre du contour de la sortie de la conduite (11). 10.- Installation de pompage d'au moins un fluide propre à parcourir une conduite 10 (11) d'aspiration enfouie majoritairement dans un sol au moins partiellement immergé, l'installation comprenant au moins un caisson (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, et au moins ladite conduite (11) d'aspiration propre à être parcourue par ledit fluide, la conduite (11) étant enfouie majoritairement dans le sol (S) et présentant une sortie débouchant au-dessus ou au niveau du sol (S) et dans une cavité (14) dudit au 15 moins un caisson propre à loger au moins un dispositif de pompage (12) dudit fluide, la cavité (14) étant propre à loger au moins en partie ledit au moins un dispositif de pompage (12) et présentant au moins une ouverture dans la face inférieure du caisson (10), la cavité étant propre à recouvrir la sortie de la conduite (11) débouchant au-dessus ou au niveau du sol (S), la taille de l'ouverture étant strictement inférieure à la taille de la 20 face inférieure du caisson (10), le reste de la face inférieure du caisson étant propre à reposer sur le sol (S) en phase opérationnelle de pompage. 11.- Procédé de mise en service, sur un site d'exploitation, d'un caisson (10) étanche propre à loger au moins un dispositif de pompage (12) d'un fluide, le fluide étant 25 propre à parcourir une conduite (11) d'aspiration enfouie majoritairement dans un sol (S) au moins partiellement immergé, la conduite (11) présentant une sortie débouchant au-dessus ou au niveau du sol (S), le caisson (10) étanche comprenant, pour chaque dispositif de pompage associé à sa propre conduite, une cavité (14) propre à loger au moins en partie le dispositif de 30 pompage et présentant une ouverture dans la face inférieure du caisson, la cavité (14) étant propre à recouvrir la sortie de la conduite (11) débouchant au-dessus ou au niveau du sol, la taille de l'ouverture étant strictement inférieure à la taille de la face inférieure du caisson (10), le reste de la face inférieure du caisson (10) étant propre à reposer sur le sol (S) en phase opérationnelle de pompage, 35 le procédé comprenant : - une phase (20) de transfert et d'implantation comprenant : 11 - le creusement (24) d'au moins une tranchée dans le sol de la partie immersible, chaque tranchée étant propre à loger une conduite ; - le bâti (26) d'une assise dudit caisson sur le site d'exploitation, une sortie de ladite tranchée étant positionnée à l'intérieur de ladite assise ; 5 - le placement (28) d'au moins une conduite dans ladite au moins une tranchée, la conduite présentant une sortie débouchant au-dessus ou au niveau du sol à l'intérieur de ladite assise ; - le scellement (30) de ladite tranchée contenant ladite conduite ; - le transport par (32) voie maritime et/ou fluviale dudit caisson d'un site de 10 fabrication audit site d'exploitation ; - le placement (34) dudit caisson pour reposer sur ladite assise, la cavité étant propre à recouvrir la sortie de la conduite débouchant au-dessus ou au niveau du sol ; et - une phase (22) de mise en service comprenant : - l'ouverture (36) de la sortie de ladite conduite et d'évent(s) ménagé(s) au sein de 15 la cavité ; - la mise en service (38) du dispositif de pompage. 12.- Procédé de mise en service selon la revendication 11, dans lequel le placement dudit caisson 10 comprend un lestage d'au moins un élément de lestage du 20 caisson par remplissage avec de l'eau ou du béton. 25