EP1911893A1 - Système de captage de sources sous-marines - Google Patents
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
- E03B—INSTALLATIONS OR METHODS FOR OBTAINING, COLLECTING, OR DISTRIBUTING WATER
- E03B3/00—Methods or installations for obtaining or collecting drinking water or tap water
- E03B3/06—Methods or installations for obtaining or collecting drinking water or tap water from underground
Definitions
- the present invention relates to the field of freshwater capture from submarine sources in the coastal zone.
- the Karst consists of limestone rocks with interconnected cavities and underground canals resulting from the dissolution of the rock by carbonic acid in a chemical process that transforms dissolved carbon dioxide into rainwater.
- the Karstic aquifers are therefore complex and their configuration difficult to establish. A characteristic of these resurgences is that they spring up most often at the bottom of a cone due to erosion caused by the current of the source.
- the invention provides a system for capturing subsea freshwater sources at a seabed comprising a seabed-based collection chamber as described in claim 1.
- Dependent claims define advantageous modes of production.
- the capture chamber comprises a rigid structure at least partially surrounding the captured source and one or more waterproof panels surrounding the rigid structure to isolate the captured source of the surrounding marine environment.
- the catchment chamber has a height exceeding in the open air above the level of the sea from a height greater than an overflow height, the collection chamber includes means for continuous overflow and the free air a fraction of the flow of the source received.
- the capture system further comprises means, for example mechanical adjustment of the overflow height depending on operating conditions of the source, one or more suction strainers for taking fresh water from the source captured in the source.
- the aim of the overflow height adjustment is not to modify a natural hydraulic balance of the source before capture.
- the adjustment can be done and locked definitively during the installation of the speaker. It can also remain permanently adjustable to adjust the overflow height to variations of the source for example depending on the seasons.
- the adjustment means comprise one or more movable walls slidable to allow adjustment of the overflow height.
- the fresh water not sampled in the collection chamber overflows over the movable walls or walls towards the outside of the enclosure to a level lower than that of the waterproof panels 6 but such that the overflow height is at least greater than the difference in density between seawater and freshwater multiplied by the depth of the measured source measured at high tide.
- the underwater source capture system further comprises one or more freshwater level probes in the collection chamber.
- the measured level is used for regulating a pumping rate of the freshwater contained in the collection chamber so as to always ensure an overflow flow.
- An output of the level probe carrying the signal of the continuous probe is coupled to means for controlling the flow rate of the pumps of the pumping station.
- the sensing system of Underwater sources further comprises a flexible skirt of flexible synthetic material for sealing between the collection chamber and the seabed. The flexible skirt is attached to the watertight panels of the catchment chamber and deployed around the perimeter of the catchment enclosure by resting on the seabed where it is held in place by a mass of material, for example heavy, spilled on the soft skirt.
- the operating principle of the present invention is to maintain the natural equilibrium of the hydraulic loads of the source in order to avoid the entry of seawater into the Karstic aquifer or the cone of the resurgence, as it has observed, especially during low water periods.
- a capture system comprises a capture chamber 2 placed around a captured submarine source 1.
- the capture chamber 2 is equipped with means allowing an overflow at the free air and continuously a fraction of the flow of the captured source 1.
- the overflow means of the capture chamber 2 can adjust a height of overflow (Hd) indicated by a double arrow 5 in FIG. 1.
- the adjustment of the overflow height has the effect of adjusting the pressure created by a freshwater column, whose level is indicated by the reference 4 in Fig.1, contained in the capture chamber 2 and s Exercising on the captured source 1.
- the overflow height 5 above sea level 3 takes into account a difference in density between fresh and sea water and the height of the seawater column Hs.
- a height (H) in the level 4 freshwater enclosure must be between the height of the Karstic aquifer. and the level of the sea at high tide: hk > H > 1 , 025 * Hs
- the overflow height 5 is in particular determined by the height H of the freshwater column.
- the invention is further based on the principle that the sensing system has no fixed or movable portion capable of modifying the initial flow conditions of the source in the collection chamber 2 or to open the collection chamber 2 in the marine environment.
- Regulation of a pumping rate of the fresh water contained in the collection chamber 2 to a fresh water outlet ensures that the pumping rate of the fresh water is always lower than the flow rate of the source 1
- the regulation is done by a simple slaving of the pumping rate of the fresh water at level 4 of the fresh water in the collecting chamber 2 by means of one or more level probes sending automatically and continuously a signal of level means for controlling the pumping rate of the pumps of the pumping station.
- Flow control can be achieved by switching on or off one or more pumps and / or by adjusting the individual flow rate of one or more pumps.
- the pumping rate of the fresh water is reduced or even interrupted when the overflow flow becomes zero.
- the overflow height 5 is also adjustable.
- a hydraulic overload can be created, increasing the elevation of the Karstic aquifer level, either to prevent entry of seawater into it, or to reduce the flow of the captured source and thus increase the volume of fresh water in reserve in the Karstic aquifer.
- the adjustment of the overflow height (Hd) 5 is by means of movable walls 9 being able to slide vertically, the fresh water not taken in the collecting chamber overflowing over the mobile walls.
- the capture chamber 2 consists of a rigid structure surrounding the captured source 1 and anchored or resting on the seabed.
- the isolation of fresh water from the source 1 of the surrounding marine environment is provided by waterproof panels 6 surrounding the rigid structure.
- the rigid structure and the watertight panels exceed above sea level 3 by a height greater than the overflow height (Hd) 5 required at the catchment site and sufficient to prevent the highest waves recorded at high tide at high tide.
- the capture chamber is of sufficient rigidity and mass to withstand the currents and the strongest swells recorded at the catchment site.
- the seal with the seabed is provided by flexible skirts 7 of flexible synthetic material sealingly attached to the waterproof panels 6 of the structure and resting on the seabed while conforming to the profile thereof.
- the flexible skirts 7 deployed around the perimeter of the capture chamber 2 are held in place and pressed against the seabed by a mass of heavy material 8, poured on them from the surface by a barge equipped for this work (no shown in Fig. 1).
- the capture enclosure 2 may consist of a closed enclosure if the site is located away from the coast (not shown in Fig. 1), or, if the geographical situation allows, a curtain joining two points of the coast closing a creek for example.
- the configuration of the capture chamber 2 is adapted in each case to the topography of the site operated.
- the volume of water retained in the collection chamber 2 must be sufficient not to create pressure drops that would modify the hydraulic balance of the system and to delay the variations in level in the collection chamber due to flow variations. of the captured source.
- a suction strainer 10 is placed in the collection chamber 2. The strainer 10 is profiled to promote laminar flow at the suction and thus avoid any risk of cavitation of the suction pumps. It is possible to place more than one suction strainer 10 in the capture chamber 2 depending on the number of pumps installed.
- the suction strainer (s) are connected to a pumping installation (not shown in Fig. 1) comprising in particular the pumps and the flow control means, by one or more pipes 11 placed on the seabed.
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Abstract
Description
- La présente invention se rapporte au domaine du captage d'eau douce provenant de sources sous-marines en zone côtière.
- De nombreuses sources sous-marines d'eau douce, résurgences de structures géologiques Karstiques, nommées aquifères Karstiques dans la suite, ont des débits suffisamment importants pour justifier leur exploitation commerciale. Un débit moyen de l'ordre de 20.000 mètres cube/jour est généralement suffisant pour que l'installation d'un système de captage, selon la présente invention, soit économiquement viable.
- Le Karst consiste en roches calcaires comportant des cavités et des canaux souterrains interconnectés, résultant de la dissolution de la roche par l'acide carbonique selon un processus chimique transformant le gaz carbonique dissout dans les eaux de pluie. Les aquifères Karstiques sont donc complexes et leur configuration difficile à établir. Une caractéristique de ces résurgences est qu'elles jaillissent le plus souvent au fond d'un cône dû à l'érosion provoquée par le courant de la source.
- Des tentatives de captage de sources d'eau douce ont été menées, mais généralement sans grand succès, car elles modifiaient l'équilibre hydraulique de la source et introduisaient de l'eau de mer dans le réseau de canaux par effet de chasse ou par effet Venturi. Une difficulté à ne capter que l'eau douce de ces sources provient en effet de la complexité des aquifères Karstiques et de l'existence de multiples canaux communicant avec le milieu marin.
- Un recensement partiel des sources sous-marines provenant d'aquifères Karstiques, ainsi que des installations existantes dans le bassin Méditerranéen, a été fait, entre autres, par le BRGM (France). De la Turquie à l'Espagne une seule installation de grande capacité existe à ce jour; situé en Argolide (Grèce), le barrage d'Anavalos/Kiveri peut théoriquement pomper plus de 20.000 mètres cube/heure. Il consiste en un barrage de construction conventionnelle en béton de forme semi-elliptique isolant de la mer des sources très proches de la côte. L'évacuation du débit des sources non pompé se fait sous le niveau de la mer ce qui a pour conséquence le développement d'une abondante végétation à la surface du réservoir.
- Plusieurs tentatives de captage ont échoué ou ont été abandonnées, par exemple en Baie de Tarente (Italie) ou à La Mortola (Italie). De petites installations pompant quelques mètres cube/heure existent, ne captant que très partiellement la source et consistant en un tube ou une cloche placé au point de résurgence de la source (exemples : Etang de Thau ou Ville d'Yport, France). La plupart des tentatives d'exploitation datent des années 1960-1980 et aucune installation importante n'a été mise en place récemment le long des côtes européennes.
- La tentative de captage la plus récente date de 2003-2004 à La Mortola où une 'Tulipe' a été installée à environ 30 mètres de profondeur afin d'étudier la source dans un but d'exploitation. L'installation n'a pas donné les résultats escomptés et la 'Tulipe' a été retirée.
- La plupart des installations mises en place tentaient de réguler le débit pompé au débit mesuré de la source; or ce débit est variable et difficile à mesurer avec précision étant donné l'irrégularité des conduits Karstiques (diamètre, rugosité) et l'écoulement turbulent de la source.
- L'invention propose un système de captage de sources sous-marines d'eau douce au niveau d'un fond marin comprenant une enceinte de captage reposant sur le fond marin tel que décrit dans la revendication 1. Des revendications dépendantes définissent des modes avantageux de réalisation. L'enceinte de captage comprend une structure rigide entourant au moins partiellement la source captée et un ou plusieurs panneaux étanches enveloppant la structure rigide afin d'isoler la source captée du milieu marin environnant. L'enceinte de captage a une hauteur dépassant à l'air libre au-dessus du niveau de la mer d'une hauteur supérieure à une hauteur de débordement, l'enceinte de captage comporte des moyens permettant le débordement en continu et à l'air libre d'une fraction du débit de la source captée. Le système de captage comprend en outre des moyens, par exemple mécaniques de réglage de la hauteur de débordement en fonction de conditions d'exploitation de la source, une ou plusieurs crépines d'aspiration pour prélever l'eau douce de la source captée dans l'enceinte de captage, et un ou plusieurs tuyaux posés sur le fond marin reliant l'une, ou la pluralité, des crépines d'aspiration à une installation de pompage comprenant une ou plusieurs pompes. Le réglage de la hauteur de débordement a pour but de ne pas modifier un équilibre hydraulique naturel de la source avant captage. Le réglage peut être fait et calé de façon définitive lors de l'installation de l'enceinte. Il peut aussi rester réglable en permanence pour ajuster la hauteur de débordement aux variations de la source par exemple en fonction des saisons.
- Dans un premier mode de réalisation préféré de l'invention, les moyens de réglage comprennent une ou plusieurs parois mobiles pouvant coulisser pour permettre l'ajustement de la hauteur de débordement. L'eau douce non prélevée dans l'enceinte de captage déborde par-dessus la ou les parois mobiles vers l'extérieur de l'enceinte à un niveau inférieur à celui des panneaux étanches 6 mais tel que la hauteur de débordement soit au moins supérieure à la différence de densité entre l'eau de mer et l'eau douce multiplié par la profondeur de la source captée mesurée à marée haute.
- Dans un deuxième mode de réalisation préféré de l'invention, le système de captage de sources sous-marines comprend en outre une ou plusieurs sondes de niveau de l'eau douce dans l'enceinte de captage. Le niveau mesuré est utilisé pour une régulation d'un débit de pompage de l'eau douce contenue dans l'enceinte de captage de façon à toujours assurer un débit de débordement. Une sortie de la sonde de niveau portant le signal de la sonde en continu est couplée à des moyens d'asservissement du débit des pompes de la station de pompage.Dans un troisième mode de réalisation préféré de l'invention, le système de captage de sources sous-marines comprend en outre une jupe souple en matériau synthétique flexible permettant de réaliser l'étanchéité entre l'enceinte de captage et le fond marin. La jupe souple est fixée aux panneaux étanches de l'enceinte de captage et déployée sur le pourtour de l'enceinte de captage en reposant sur le fond marin où elle est maintenue en place par une masse de matériau, par exemple pondéreux, déversé sur la jupe souple.
- L'invention sera décrite plus en détail à partir d'exemples de réalisations de l'invention en se référant à la Figure 1 qui illustre une enceinte de captage selon un exemple de mode de réalisation de l'invention.
- Le principe de fonctionnement de la présente invention est de maintenir l'équilibre naturel des charges hydrauliques de la source afin d'éviter les entrées d'eau de mer dans l'aquifère Karstique ou au niveau du cône de la résurgence ainsi qu'il a été observé, particulièrement en période d'étiage.
-
- Hk: hauteur de l'aquifère Karstique au-dessus du niveau de la source sous- marine (mesurée au fond du cône de la résurgence), tenant compte des pertes de charge dans le réseau de canaux de la source ;
- 1,025 : densité moyenne de l'eau de mer ; et
- Hs : hauteur de la colonne d'eau de mer au-dessus de la source, autrement dit la profondeur mesurée au fond du cône de la résurgence à marée haute.
- Faisant référence à la Fig. 1, pour assurer une charge hydraulique quasi constante de la source, un système de captage comprend une enceinte de captage 2 posée autour d'une source sous-marine captée 1. L'enceinte de captage 2 est équipée de moyens permettant un débordement à l'air libre et de façon continue d'une fraction du débit de la source captée 1. Les moyens de débordement de l'enceinte de captage 2 permettent de régler une hauteur de débordement (Hd) indiquée par une double flèche 5 dans la Fig. 1. Le réglage de la hauteur de débordement a pour effet de régler la pression créée par une colonne d'eau douce, dont le niveau est indiqué par la référence 4 dans la Fig.1, contenue dans l'enceinte de captage 2 et s'exerçant sur la source captée 1. La hauteur de débordement 5 au-dessus du niveau 3 de la mer prend en compte une différence de densité entre eau douce et eau de mer ainsi que la hauteur de la colonne d'eau de mer Hs.
-
- La hauteur de débordement (Hd) 5 est définie comme une différence de niveau entre le niveau d'eau douce à l'intérieur de l'enceinte de captage 4 et le niveau 3 de la mer à marée haute, soit : Hd = H -Hs
- La hauteur de débordement 5 est en particulier déterminée par la hauteur H de la colonne d'eau douce. La hauteur de débordement 5 dépend donc de la profondeur à laquelle jaillit la source sous-marine captée 1. Par exemple, pour une source jaillissant en fond de cône à 20 mètres sous le niveau 3 de la mer, la hauteur de débordement 5 nécessaire pour compenser la seule différence de densité entre eau douce et eau salée est 0,50 mètre, selon : Hd = (1,025-1,00)*Hs.
- L'invention repose de plus sur le principe selon lequel le système de captage ne comporte aucune partie fixe ou mobile susceptible de modifier les conditions initiales d'écoulement de la source dans l'enceinte de captage 2 ou d'ouvrir l'enceinte de captage 2 au milieu marin. Une régulation d'un débit de pompage de l'eau douce contenue dans l'enceinte de captage 2 vers une sortie d'eau douce, assure que le débit de pompage de l'eau douce est toujours inférieur au débit de la source captée 1. La régulation se fait par un simple asservissement du débit de pompage de l'eau douce au niveau 4 de l'eau douce dans l'enceinte de captage 2 au moyen d'une ou plusieurs sondes de niveau envoyant automatiquement et en continu un signal de niveau à des moyens d'asservissement du débit de pompage des pompes de la station de pompage. Le réglage du débit peut être assuré par la mise en route ou l'arrêt d'une ou plusieurs pompe et/ou par le réglage du débit individuel d'une ou de plusieurs pompes. Lorsque le niveau 4 d'eau douce baisse dans l'enceinte de captage 2 le débit de pompage de l'eau douce est réduit ou même interrompu lorsque le débit de débordement devient nul.
- Dans un exemple de réalisation préféré de l'invention, la hauteur de débordement 5 est de plus réglable. En augmentant la hauteur de débordement (Hd) 5, une surcharge hydraulique peut être créée, augmentant l'élévation du niveau de l'aquifère Karstique, soit afin de prévenir les entrées d'eau de mer dans celui-ci, soit afin de réduire le débit de la source captée et donc d'augmenter le volume d'eau douce en réserve dans l'aquifère Karstique. Dans l'exemple de réalisation de la Fig. 1, le réglage de la hauteur de débordement (Hd) 5 se fait au moyen de parois mobiles 9 pouvant coulisser verticalement, l'eau douce non prélevée dans l'enceinte de captage débordant par-dessus les parois mobiles.
- L'enceinte de captage 2 consiste en une structure rigide entourant la source captée 1 et ancrée ou reposant sur le fond marin. L'isolement de l'eau douce de la source captée 1 du milieu marin environnant est assuré par des panneaux étanches 6 enveloppant la structure rigide. La structure rigide et les panneaux étanches dépassent au dessus du niveau de la mer 3 d'une hauteur supérieure à la hauteur de débordement (Hd) 5 requise au site de captage et suffisante pour éviter qu'à marée haute les plus hautes vagues enregistrées au site de captage ne se déversent dans l'enceinte de captage 2. L'enceinte de captage est d'une rigidité et d'une masse suffisantes pour résister aux courants et aux plus fortes houles enregistrés au site de captage.
- Dans l'exemple de réalisation de la Fig. 1, l'étanchéité avec le fond marin est assurée par des jupes souples 7 en matériau synthétique flexible fixées de façon étanche aux panneaux étanches 6 de la structure et reposant sur le fond marin tout en se conformant au profil de celui-ci. Les jupes souples 7 déployées sur le pourtour de l'enceinte de captage 2 sont maintenues en place et plaquées sur le fond marin par une masse de matériau pondéreux 8, déversé sur celles-ci depuis la surface par une barge équipée pour ce travail (non représentée dans la Fig. 1).
- L'enceinte de captage 2 peut consister en une enceinte fermée si le site se situe à l'écart de la côte (non représentée dans la Fig. 1), ou, si la situation géographique le permet, en un rideau joignant deux points de la côte fermant une crique par exemple. La configuration de l'enceinte de captage 2 est adaptée dans chaque cas à la topographie du site exploité.
- Le volume d'eau retenu dans l'enceinte de captage 2 doit être suffisant pour ne pas créer de pertes de charge qui modifieraient l'équilibre hydraulique du système et pour temporiser les variations de niveau dans l'enceinte de captage dues au variations de débit de la source captée. Une crépine d'aspiration 10 est placée dans l'enceinte de captage 2. La crépine 10 est profilée pour favoriser un écoulement laminaire à l'aspiration et éviter ainsi tout risque de cavitation des pompes d'aspiration. Il est possible de placer plus d'une crépine d'aspiration 10 dans l'enceinte de captage 2 en fonction du nombre de pompes installées.
- La ou les crépines d'aspiration sont reliées à une installation de pompage (non représentée dans la Fig. 1) comportant notamment les pompes et les moyens de régulation du débit, par un ou plusieurs tuyaux 11 posés sur le fond marin.
Claims (4)
- Système de captage de sources sous-marines d'eau douce (1) au niveau d'un fond marin comprenant- une enceinte de captage (2) reposant sur le fond marin, l'enceinte de captage comprenant- une structure rigide entourant au moins partiellement la source captée (1) et- un ou plusieurs panneaux étanches (6) enveloppant la structure rigide afin d'isoler la source captée du milieu marin environnant,
l'enceinte de captage ayant une hauteur dépassant à l'air libre au-dessus du niveau (3) de la mer d'une hauteur supérieure à une hauteur de débordement (5), l'enceinte de captage (2) comportant des moyens permettant le débordement en continu et à l'air libre d'une fraction du débit de la source captée,- des moyens de réglage de la hauteur de débordement (5) en fonction de conditions d'exploitation de la source, ,- une ou plusieurs crépines d'aspiration (10) pour prélever l'eau douce de la source captée dans l'enceinte de captage- un ou plusieurs tuyaux (11) posés sur le fond marin reliant l'une ou plusieurs des crépines d'aspiration jusqu'à une installation de pompage comprenant une ou plusieurs pompes. - Système de captage de sources sous-marines d'eau douce selon la revendication 1 dans lequel les moyens de réglage comprennent une ou plusieurs parois mobiles (9) pouvant coulisser pour permettre l'ajustement de hauteur de débordement, l'eau douce non prélevée dans l'enceinte de captage (2) débordant par-dessus la ou les parois mobiles à un niveau inférieur à celui des panneaux étanches (6) mais tel que la hauteur de débordement (5) soit au moins supérieure à la différence de densité entre l'eau de mer et l'eau douce multiplié par la profondeur de la source captée mesurée à marée haute.
- Système de captage de sources sous-marines d'eau douce selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, comprenant en outre une ou plusieurs sondes de niveau délivrant en continu un signal de niveau à des moyens d'asservissement du débit de pompage des pompes de la station de pompage de l'eau douce contenue dans l'enceinte de captage (2).
La régulation se fait par un simple asservissement du débit de pompage de l'eau douce au niveau 4 de l'eau douce dans l'enceinte de captage 2 au moyen d'une ou plusieurs sondes de niveau envoyant automatiquement et en continu un signal de niveau à des moyens d'asservissement du débit de pompage des pompes de la station de pompage. Lorsque le niveau 4 d'eau douce baisse dans l'enceinte de captage 2 le débit de pompage de l'eau douce est réduit ou même interrompu lorsque le débit de débordement devient nul. - Système de captage de sources sous-marine d'eau douce selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 comprenant en outre une jupe souple (7) en matériau synthétique flexible permettant de réaliser l'étanchéité entre l'enceinte de captage (2) et le fond marin, la jupe souple étant fixée aux panneaux étanches (6) de l'enceinte de captage et déployée sur le pourtour de l'enceinte de captage en reposant sur le fond marin où elle est maintenue en place par une masse de matériau (8) déversé sur la jupe souple.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP06301050A EP1911893A1 (fr) | 2006-10-13 | 2006-10-13 | Système de captage de sources sous-marines |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP06301050A EP1911893A1 (fr) | 2006-10-13 | 2006-10-13 | Système de captage de sources sous-marines |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP1911893A1 true EP1911893A1 (fr) | 2008-04-16 |
Family
ID=37763960
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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EP06301050A Withdrawn EP1911893A1 (fr) | 2006-10-13 | 2006-10-13 | Système de captage de sources sous-marines |
Country Status (1)
Country | Link |
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EP (1) | EP1911893A1 (fr) |
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2006
- 2006-10-13 EP EP06301050A patent/EP1911893A1/fr not_active Withdrawn
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