Brevet FR3118143A1 — publié le 20220624

SYSTEME DE CLIMATISATION D'UNE ETENDUE D'EAU . L’invention porte sur un système 1 pour climatiser une étendue d'eau, notamment un lagon 2, comprenant au moins : - un passage d'eau 10 s'étendant vers le haut jusque dans l'étendue 2, depuis un orifice 21 ouvert dans une zone de prise 11 d'eau froide ; - une éolienne 6 et un compresseur 7 d’air, entraîné par l'éolienne ; et, - des conduites 11, 14 pour diffuser des bulles d'air ainsi comprimé dans une portion verticale 10B,10C du passage. Figure pour l’abrégé : figure 1 1/1 Système de climatisation d’une étendue d’eau. La présente invention se rapporte au domaine des lacs et lagons, notamment de leur sauvegarde face au réchauffement climatique. Les lagons sont généralement des étendues d'eau de faible profondeur et communiquant peu avec l'océan qui les entoure et dont ils sont séparés par une barrière de corail. Ainsi, ces étendues d'eau sont particulièrement sensibles au réchauffement climatique. La montée en température de leur eau est particulièrement préjudiciable à leur survie et notamment à celle des espèces qui les peuplent. En effet, un lagon est formé par un récif corallien. Le corail est sensible à la température, et à l’acidification qui en découle ; si le corail meurt, le récif se dégrade et il n'offre rapidement plus de protection aux iles qu'il entoure. A plus court terme, l'eau, trop chaude à l'intérieur du lagon, entraine un appauvrissement en faune et en flore. Le but de l'invention est de proposer un système permettant de compenser, au moins en partie, les effets du réchauffement climatique sur une étendue d'eau qui y est particulièrement sensible, notamment un lagon. Pour atteindre son but, l’invention propose un système de climatisation pour une étendue d'eau comprenant au moins : - un passage d'eau s'étendant vers le haut, jusque dans ladite étendue, depuis un orifice ouvert à une profondeur dans une zone de prise d'eau plus froide que l'étendue ; - une éolienne ; - un compresseur pour de l’air ambiant, entraîné par l'éolienne ; et, - des moyens pour diffuser l'air comprimé, sous forme de bulles, dans une portion sensiblement verticale du passage, au-travers de l'orifice de prise. Le système comprend avantageusement des moyens de stockage pour tout ou partie de l'air comprimé, avant sa diffusion. Ces moyens de stockage peuvent notamment comprendre un réservoir immergé. Le réservoir a de préférence un volume variable et peut, de préférence, être un ballon. Les moyens de stockage peuvent aussi comprendre au moins un treuil pour faire varier la profondeur d’immersion du réservoir. L'’étendue d'eau peut être un lagon et la zone de prise être une zone profonde de l'océan environnant. Avantageusement, la zone de prise peut être sur le flanc d’une barrière de corail, dans la zone mésophotique, généralement comprise entre quatre-vingt-dix mètres et cent-soixante-cinq mètres. Le passage peut être réalisé par forage dans un terrain bordant l'étendue. Avantageusement, au moins la portion sensiblement verticale est chemisée par un chemisage. Ce chemisage peut être une gaine souple annelée. L’une extrémité supérieure du chemisage, formant un orifice de décharge pour de l’eau prélevée dans la zone de prise, est maintenue à une profondeur faible, de préférence inférieure à un mètre. Elle peut ainsi être maintenue par un engin flottant, flottant sur l’étendue. Plusieurs modes d’exécution de l’invention seront décrits ci-après, à titre d’exemples non limitatifs, en référence au dessin annexé dans lesquels : est une vue schématique illustrant un système pour climatiser un lagon selon l’invention. La figure illustre un système 1 de climatisation pour un lagon 2, partiellement représenté. Le lagon est entouré d'un récif corallien 3 ancré sur la base d’un volcan formant un massif basaltique 5. Le récif corallien 3 isole, au moins en partie, le lagon 2 de l'océan environnant 4. Le système 1 selon l'invention comprend : - une éolienne 6, implantée à proximité de l'océan 4 ; - un dispositif 7 pour produire de l'air comprimé ; et, - des moyens 8 pour stocker l'air comprimé ainsi produit. Dans l'exemple illustré, l'éolienne est d'un type Darrieus, à axe vertical. Elle est installée sur une crête qui isole le lagon 2 de l’océan 4. Le système 1 comprend en outre un passage 10 réalisé par forage au travers du récif corallien et reliant une zone de prise 11, dans l'océan, avec l'intérieur du lagon 2. Le passage 10 débouche d'une part dans la zone de prise 11 par un orifice de prise 21 et, d'autre part, dans l'eau du lagon 2 par des orifices de décharge 22A, 22B, 22C. Dans l’exemple illustré, le passage est formé de trois forages rectilignes 10A, 10B, 10C. Un premier forage 10A parmi les trois est réalisé de biais pour relier la zone de prise 11 avec le fond 20 du lagon 2 sans traverser le massif basaltique 5 ; il débouche dans le lagon par un premier orifice de décharge 10A, parmi les orifices de décharge 10A-10C. Un deuxième forage 10B, vertical, relie le premier forage 10A au fond 20 du lagon ; il débouche dans le lagon par un deuxième orifice de décharge 10B, parmi les orifices de décharge 10A-10C. Le troisième forage 10C, vertical, relie le premier forage 10A au fond du lagon ; il débouche dans le lagon par le troisième orifice de décharge 10C. On utilise les conduites pour amener de l’air comprimé par le dispositif compresseur 7 jusqu’au pied des forages verticaux 10B, 10C. Le système 1 comprend donc des conduites pour faire circuler l'air comprimé depuis le compresseur 7, notamment : - une conduite de production 12 ; - une conduite de stockage 13 ; et - une conduite de diffusion 14 ; ainsi que - un dispositif 16 pour distribuer l'air entre les différentes conduites 12-14. Le récif coralien 3 est généralement très poreux. Pour éviter que l’air injecté au pied d’un forage vertical 10B, 10C ne soit absorbé par les parois de ce forage, on prévoit un chemisage du forage par une gaine souple annelée. Les anneaux sont de préférence en acier inoxydable ; ils permettent que la gaine conserve une section horizontale sensiblement circulaire sans s’effondrer sur elle-même. La gaine est avantageusement en plastique recyclé. Le deuxième orifice de décharge 22B est formé dans une zone où le lagon est peu profond, typiquement de cinquante centimètres ou un mètre, à proximité de la crête 26 qui isole le lagon 2 de l’océan 4. Dans son extrémité supérieure la gaine 25 du deuxième forage est fixée au fond 20 du lagon. Le troisième orifice de décharge 22C est formé dans une zone où le lagon est plus profond, ayant typiquement une profondeur supérieure à un mètre. L’extrémité supérieure la gaine 25 du troisième forage est fixée à une barge 27, de façon à déboucher à une profondeur inférieure à un mètre ; la barge est maintenue sensiblement immobile relativement au fond 2. Le dispositif de stockage 8 est immergé. Il comprend un ballon 17, prévu pour être gonflé avec l'air comprimé, et un dispositif de treuil 18 pour retenir le ballon 17 ancré au fond 19 de l'océan 4. Le treuil 18 permet en outre de faire varier la profondeur P17 de stockage de l'air comprimé en fonction de la quantité d'air contenu dans le ballon 17. Le distributeur 16 est disposé à proximité du ballon 17. De préférence, il est mobile avec le ballon. Nous allons maintenant décrire, de façon schématique, le fonctionnement du système 1 de climatisation du lagon 2. L'éolienne 6 sert de moteur pour le compresseur 7. Elle permet de produire l'air comprimé sans utiliser d'énergie fossile, en profitant des vents disponibles. L'air comprimé produit par le compresseur 7 est envoyé dans la conduite de production 12 jusqu'au distributeur 16. Selon le cas et le besoin, l'air est ensuite dirigé, en tout ou partie, vers la conduite de stockage 13 ou la conduite de diffusion 14. La conduite de stockage amène l'air jusque dans le ballon, où il peut être stocké. La conduite de diffusion amène l'air comprimé jusqu'au pied des forages verticaux 10B, 10C, où il est diffusé dans les gaines 25 respectives, sous forme de bulles. Il se crée ainsi, dans chaque forage vertical 10B, 10C, une émulsion d’air et d’eau, et, un phénomène d’air-lift qui prélève de l’eau dans le premier forage 10A, donc indirectement dans la zone de prélèvement 11. L’expression « air-lift » est un anglicisme communément utilisé pour désigner ce phénomène d’élévation d’une colonne liquide au moyen d’air. Cette eau ainsi prélevée est rejetée dans le lagon 2. Ce procédé d’élévation de l’eau, qui peut contenir des régénérants biologiques du corail, est mécaniquement moins agressif que l’usage de pompes. Il permet un réensemencement 15 du corail dans le lagon 2. Les bulles diffusées dans chaque forage 10B, 10C entrainent avec elles de l'eau prélevée dans la zone de prise 11, jusque dans le lagon 2, à travers la gaine 25 respective et l'orifice de décharge 22B, 22C respectif. L’extrémité de la gaine 25 étant maintenue à proximité de la surface du lagon, donc là où l’eau est la plus chaude, elle permet de refroidir cette zone tout en provoquant un brassage de l’eau du lagon, et son oxygénation, par convection. Typiquement, la profondeur P21 de l'orifice de prise 21 est comprise entre quatre-vingt-dix mètres et cent-soixante-cinq mètres. A cette profondeur, la température de l'eau est généralement voisine de treize ou quatorze degrés Celsius. Dans le lagon la température de l’eau est généralement comprise entre vingt-trois et vingt-six degrés Celsius. Ainsi, un apport d'eau depuis la zone de prise 11 permet de tempérer l'eau du lagon malgré le réchauffement climatique attendu. Outre sa fraicheur, l'eau amenée est moins salée et plus oxygénée. La profondeur de stockage, c’est-à-dire la profondeur d'immersion P17 du ballon 17 est de préférence voisine ou supérieure à deux fois la profondeur de prise, c’est-à-dire typiquement comprise entre cent-quatre-vingt mètres et trois-cent-trente mètres. A la figure, le premier forage 10A est illustré avec une pente non représentative formant un angle voisin de 45 degrés. Cependant, compte tenu de la profondeur de prise, P11, un tel forage est sensiblement plus proche de la verticale. Bien que sa pente ne soit pas favorable à la formation d’un air lift, une part résiduelle de l’eau prélevée dans la zone de prélèvement 11 est néanmoins rejetée dans le lagon au travers du premier orifice de décharge 22A. Les bulles d’air injectées dans le premier forage 10A, oblique, tendent à se rassembler et à former des poches d’air qui longent la voute du forage jusqu’à sortir dans le lagon. Ceci explique que l’air ne crée pas un air-lift. Ainsi, outre l’alimentation des forages verticaux 10B, 10C, le forage incliné 10A sert principalement de syphon thermique. Une pompe, non représentée à la figure, peut être disposée dans le premier forage, afin de forcer une alimentation du fond du lagon au travers du premier orifice de décharge 22A. Cette pompe est avantageusement une pompe électrique alimentée par une énergie électrique produite par l’éolienne 6 et/ou une autre éolienne. L'eau du lagon ainsi climatisée permet d'y maintenir une faune et une flore qui l'aurait sinon désertée. Elle entraine naturellement de plus grands échanges entre le lagon et l'océan environnant. Ainsi, le lagon devient favorable à l'implantation de fermes aquacoles. Le premier conduit 10A peut avantageusement être utilisé comme couloir de visite, pour la surveillance et l’entretien du système. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation préférés qui viennent d'être décrits mais, au contraire, l'invention est définie par les revendications qui suivent. Il apparaîtra en effet à l'homme de l'art que diverses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits ci-dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué. Ainsi, les profondeurs de prise et/ou de stockages peuvent être différentes des profondeurs précédemment décrites, notamment en fonction de la taille de l’installation, des paramètres environnementaux et des gradients de températures. Par exemple, la profondeur de prise peut être comprise entre deux-cents et mille mètres, et la profondeur de stockage être comprise entre quatre-cents et deux-mille mètres. Par ailleurs, le système peut avantageusement comprendre plusieurs ballons de stockage, au lieu d'un seul tel qu'illustré à la figure. Aussi, dans une zone où les vents sont suffisamment réguliers, tels que les alizés, on peut ne pas utiliser de moyens de stockage pour l’air ; ce dernier peut être directement diffusé, aussitôt produit par le compresseur. Aussi, on peut utiliser un autre type d'éolienne. Une éolienne, à axe horizontal, peut être parfaitement adaptée aux zones dans lesquelles la direction du vent est sensiblement constante, notamment dans une zone où règnent les alizés. De plus, l’éolienne peut être flottante, par exemple à l’intérieur du lagon, afin de l’imiter l’impact de l’installation du système sur le récif. L’éolienne peut aussi être une éolienne off-shore. En outre, l'utilisation d'un système selon l'invention n'est pas limitée à la climatisation des seuls lagons. Il peut aussi être utilisé, notamment, pour des lacs côtiers menacés par le réchauffement climatique. Un système selon l’invention permet de faire baisser la température de surface du lagon, en mélangeant de l’eau profonde, par exemple à 13,5°C avec de l’eau de surface, par exemple à 23,5°C. En outre, en remontant de l’eau profonde, le système selon l’invention, peut permettre de réensemencer le récif par des coraux de la zone mésophotiques. Aussi, le mélange d’eau de surface avec de l’eau profonde, fait baisser l’acidité de l’eau de surface. Ainsi, le dioxyde de carbone de l’atmosphère est mieux absorbé, se transforme plus aisément en carbonates, précipités sous forme de calcaire dans le fond de l’eau. Ainsi, la baisse de la température de l’eau de surface, la régénération des coraux et la baisse de l’acidité des eaux de surface, concourent à une meilleure absorption du dioxyde de carbone atmosphérique, donc à diminuer les effets du réchauffement climatique, tout en restaurant la barrière de corail. Système (1) de climatisation pour une étendue d'eau (2), caractérisé en ce qu’il comprend au moins : - un passage d'eau (10) s'étendant vers le haut, jusque dans ladite étendue (2), depuis un orifice (21) ouvert à une profondeur (P21) dans une zone de prise (11) d'eau plus froide que ladite étendue ; - une éolienne (6) ; - un compresseur (7) pour de l’air ambiant, entraîné par ladite éolienne ; et, - des moyens (12, 14, 16) pour diffuser l'air comprimé, sous forme de bulles, dans une portion (10B, 10C) sensiblement verticale dudit passage d’eau (10). Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de stockage (8) pour tout ou partie de l'air comprimé, avant sa diffusion. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de stockage (8) comprennent un réservoir (17) immergé à une profondeur (P17). Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que le réservoir a un volume variable, ce réservoir étant de préférence un ballon (17). Système selon l’une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un treuil (21) pour faire varier la profondeur (P17) d’immersion du réservoir. Système selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'étendue d'eau est un lagon (2) et en ce que la zone de prise (11) est une zone profonde de l'océan (4) environnant. Système selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le passage est réalisé par forage dans un terrain bordant l'étendue (2). Système selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’au moins la portion (10B, 10C) sensiblement verticale comprend un chemisage (25). Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que le chemisage est une gaine souple annelée (25). Système selon l’une des revendication 8 et 9, caractérisé en ce qu’une extrémité supérieure du chemisage, formant un orifice de décharge (22B, 22C) pour de l’eau prélevée dans la zone de prise (11), est maintenue à une profondeur faible, de préférence inférieure à un mètre. Système selon la revendication 10, caractérisé à ce que l’extrémité supérieure du chemisage est maintenue par un engin flottant (17).