Procédé et dispositif pour la stabilisation des sédiments marins
ou fluviatiles exposés à l'érosion.
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la protection des structures sous-marines telles que les canalinations ou les pieds des chevalements forages pétroliers contre les dommages produits Par l'affouillement causé par les vagues et les courants de marée Ce but est atteint par la
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En particulier, la présente invention offre un procédé de stabilisation de sédiments marins ou fluviatiles dont l'avantage primordial est de pouvoir être appliqué avec précision et cer-
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obligatoirement la surveillance de l'opération, depuis le fond de mer ou le lit de rivière, per des scaphandriers, bien que l'intervention de ces derniers puisse présenter des avantages
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se limite à une zone réduite
Bien que la présente invention soit décrite ici en particulier
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tairea sont érodées par le mouvement des eaux, y compris les courants fluviaux ou les vagues entières .
L'érosion des couches sédimentaires des fonde marins peut être très dangereuse, et elle est certainement peu souhaitable, au voisinage d'installations ou de constructions industrielles
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tes que pour les structures temporaires et ceci s'applique aussi bien aux installations éloignées de la côte, telles que les chevalements de forages pétroliers ou les pontons-réservoirs, que pour les installations proches du rivage, telles que les digues, les jetées, les quais et autres constructions semblables .
L'érosion se produit quand l'énergie hydraulique ambiante locale est suffisante pour vaincre la pesanteur et la résistance adhésive du substrat sédimentaire au point de tendre à le soulever
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d'endroits, le fond de la mer est naturellement mobile ; dans les endroits presque stables, les effets hydrauliques des courante locaux peuvent être accentués par la présence de structures artificielles et le trouble produit est fréquemment suffi-
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tait pas auparavant - Ceci peut entraîner un affaiblissement des fondations de ces structures du fait de l'érosion du sédiment avoisinant immédiatement ces.structures ; dans le cas de structures d'acier ou d'autres matériaux, ceci peut entraîner une détérioration assez rapide pour en affaiblir les fondations en un temps souvent beaucoup plus bref que la durée prévue de service de ces structures . Dans le cas de canalisations pétrolières sous-marines, l'affouillement est particulièrement dangereux du fait qu'il peut éroder le fond de mer sous-jacent et laisser sans soutien des tronçons de canalisation qui seront alors exposés à fléchir et à se rompre . En outre, toutes les parties non soutenues d'une canalisation sous-marine sont spécialement exposées et vulnérables aux dommages causés par les chaluts ou les ancres -
On a proposé et essayé de stabiliser une couche sédimentaire érodable en la recouvrant simplement d'une matière durcissable telle que du béton - Bien que dans l'immédiat cette solution permette d'éluder le danger de l'affouillement, elle présente un double inconvénient du fait qu'il est difficile d'appliquer le béton de façon certaine à l'endroit correct, et du fait qu'une telle couche de béton n'aboutit qu'à déplacer géographiquement le problème car l'affouillement se produit autour des bords de la couche de béton, quelquefois assez fortement pour entraîner l'affaissement de celle-ci et une fatigue de la canalisation ou autre structure sous-marine plus grande que ce n'aurait été le cas autrement . En outre, le béton est un maté-
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teuse . De plus, une fois posé, un revêtement de béton est difficile et coûteux à enlever en cas de besoin pour des opérations d'entretien ou de réparation à effectuer et, pendant qu'il est en place, il représente un danger pour les chalutiers dont les filets peuvent s'engager sous ses bords externes . On a également proposé, au lieu de ne coller qu'une chemise de béton autour des parties à protéger, d'employer des éléments profilés préfabriqués en béton s'adaptant à une canalisation exposée pour dévier le courant et diminuer ou empêcher l'affouillement .
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constituent un danger considérable pour les chaluts du fait de leurs arêtes vives pouvant faire saillie du fond de la mer . En outre, lorsqu'ils ne servent plus, ils devront être récupé-
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se désagrégeant pas spontanément sous l'influence ambiante,
ils ne peuvent pas être purement et simplement laissés en place.
Un autre projet de. stabilisation d'un substrat n'exigeant pas le recours à des matériaux artificiels tels que le béton, consiste à recouvrir la structure à protéger de ce qu'on appelle
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ohes de matières particulaires disposées en sens inverse de leur granulométrie en plaçant à la partie la plus basse la matière
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rance à peu près les mêmes que celles du sédiment à stabiliser) et en superposant les couches successives selon des dimensions particulaires croissantes jusqu'à une couche supérieure de granulométrie maximale . Le filtre inverse sert à déposer successivement, sur le sédiment érodable, des couches de plus en plus gros grain jusqu'à ce qu'on atteigne une dimension particulaire théoriquement capable de résister à l'énergie hydraulique ambiante et, par conséquent, à stabiliser les couches placées sous elle (ceci étant déterminé par des calculs effectués sur les conditions sous-marines locales d'énergie) .
Mais ces filtres inverses, outre qu'ils sont coûteux et difficiles à poser du fait qu'ils nécessitent le dépôt, en plusieurs passes sur chaque tronçon à stabiliser, de particules de plus en plus grosses, ne réussissent pas toujours à réaliser cette stabilisation car les fluctuations de pression dues aux turbulences peuvent se faire sentir à travers les charpentes et entraîner les matières les plus fines placées à la partie inférieure du filtre qui,
de toute façon sera souvent érodé .
D'autres techniques essayées, utilisant des matériaux naturels ou artificiels, n'ont obtenu qu'un succès partiel ou ont abouti à un échec total . Ces techniques consistent à déverser, depuis des dragues ou des péniches à fond escamotable, des matières pierreuses en graviers pour recouvrir et, théoriquement, protéger la canalisation . Mais cette technique entraîne plusieurs complications majeures dont la moindre est la. difficulté, au dessus des grands fonds, d'amener les péniches au point précis pour que le gravier tombe exactement sur la canalisation ou l'installation . En outre, lors de la décharge, la dispersion de la charge, du fait de la différence de poids spécifique en-
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pendant qu'il tombe au fond en sorte que, même correctement placé à la surface de l'eau, le matériau se disperse considérablement avant de toucher ce fond et qu'on doit en employer de grandes quantités pour compenser les erreurs de position et de dispersion .
Le gravier présente en outre l'inconvénient sérieux, lorsqu'on le déverse en chute libre, de pouvoir endommager la canalisation lorsqu'il la touche et, en touchant le fond de la mer,
les particules individuelles de gravier sont fort capables de <EMI ID=15.1>
dance à s'enfouir d'elles-mêmes sous l'action de l'accélération locale de. courant autour des cailloux et, dans les zones de courants actifs et de transport de sédiments, ces cailloux peuvent affouiller le fond et s'y enterrer ou se trouver simplement érodés. Dans les zones de fonds marins stables tuais potentiellement érodables où ne se produit qu'un affouillement local autour de la canalisation elle-même, le gravier peut provoquer une diffusion latérale de l'affouillement aggravant la difficulté . On connaît le cas d'entreprises ayant dû supporter les frais de dragage et d'enlèvement de décharges pierreuses inutiles .
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lets en matière synthétique et les plantes marines répandues autour des installations éloignées de la cote pour faire décroitre la vitesse et la capacité de transport du flux qui, théoriqueaent, larguera sa charge de sédiments autour de l'installa-
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avec l'environnement et devra être récupéré ultérieurement ;
il constitue en outre un danger pour les hélices et les prises d'eau des navires et n'est pas intrinsèquement applicable aux
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des scaphandriers, autour d'une structure éloignée de la cote si l'on doit observer une orientation précise ; et il est susceptible d'être endommagé par les chaluts et les ancres .
On a proposé de déverser de la même façon des scories de fonderie qui présenteraient l'avantage d'un poids spécifique plus grand, donc d'une plus grande stabilité, mais ce système pourrait être incompatible avec l'environnement du fait que des éléments, importants ou non, (fer, nickel, cuivre, étain, zinc, plomb cadmium, vanadium, chrome), pourront être séparés par lixiviation des scories par des processus chimiques ou biologiques communs à toutes les zones maritimes et engendrer des problèmes de pollution .
On a également proposé l'emploi de grandes plaques de bitume renfermées dans des enveloppes de matière synthétique ou autre, que l'on placerait sur les canalisations de façon qu'elles épousent la forme de ces dernières et des irrégularités du fond marin . Mais ces plaques sont d'un prix élevé du fait de leurs matières constitutives, elles ne peuvent être mises en place que par des scaphandriers donc sont lentes et coûteuses à poser, et elles risquent d'être affouillées sous leurs bords et finalement sapées au point de porter sur les canalisations . En ou-
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être ultérieurement récupérées . Toutes ces solutions proposées, comme celle consistant à poser de grands sacs de matière synthérique remplis de béton, n'ont pas réussi à résoudre de façon satisfaisante et économique le problème important de l'affouillement des sédiments .
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L'invention concerne en outre un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé .
Le procédé, conforme à l'invention, de stabilisation d'un sédi-
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sur ce sédiment un coulis de matière matricielle pâteuse ou colloïdale, non solidifiable, contenant des particules d'une matière solide .
Il y aura avantage è. ce que cette matière matricielle pâteuse ou colloïdale soit de la boue ou de l'argile, mais on pourra également utiliser une matière artificielle . Cette dernière pourra être composée de déchets industriels et pourra devoir être chauffée ou traitée d'une autre façon pour l'amener à la consistance indispensable à son emploi dans l'environnement souterrain envisagé .
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En condition d'utilisation, la boue ou l'argile ne se solidifie pas mais, dans certaines conditions, principalement quand elles sont utilisées à la protection d'une canalisation de transport de pétrole pouvant s'échauffer beaucoup du fait de la température élevée du liquide les parcourant, il peut arriver que le boue ou l'argile se durcisse, au moins dans la zone immédiate-
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l'argile ou la boue durcie se mutera progressivement, sur l'épaisseur de la couche protectrice, en une argile ou boue molle saturée., d'eau et sera mieux à l'abri des dommages causas par les ancres, les chaluts, les sennes, et leurs agrès . En outre, cette argile ou boue durcie contribuera à réduire les pertes calorifiques du pétrole renfermé dans la canalisation et à renforcer mécaniqement cette dernière .
Une argile broyée et fragmentée en particules, de poids spécifique naturellement élevé, conviendra parfaitement en raison
de ses avantages sur les matières humides pour le transport et la manutention . La matière humide pourra être extrudée par un disque muni de perforations de 25 mm de diamètre, soit avant le transport, soit immédiatement avant son mélange avec les particules solides .
D'une façon générale, la matière idéale est l'argile à briques partiellement traitée mais son transport est coûteux pour plusieurs raisons . L'argile erratique ou post-glaciaire ordinaire est également utilisable si elle est traitée par le procédé préoité d'extrusion . L'argile naturelle de fond maria locale pour-
<EMI ID=24.1> en particulier si elle est surconsolidée, soit densifiée .
Les avantages de la présente invention résident dans le fait qu'elle empêche l'affouillement si elle est appliquée avant l'érection d'une installation ou la pose d'une canalisation,
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de canalisation qui en ont été privés par l'affouillement et
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bilisatrice conforme à l'invention possède une stabilité de longue durée en ce qui concerne sa forme et ses matières constitutives' et elle est parfaitement compatible avec d'autres opérations de fond de mer telles que la pèche .
Dans le mise en oeuvre du procédé selon l'invention, le coulis
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biliser en le refoulant par un tube sous-marin muni d'une taie de dépôt, fixe ou mobile, servant à répandre le coulis sur le sédiment.. Le travail s'effectue de façon que le coulis soit déposé dans la position qu'il occupera sur le sédiment et n'ait pas, normalement, à être déplacé après son dépôt, à l'exception :
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ciale répartitive ou d'un chariot de fond quelquefois nécessaire pour égaliser la surface du coulis
La matière matricielle pourra être floculée avant l'adjonction des particules solides . La matrice et les particules pourront être mélangées , pour former le coulis, immédiatement avant le refoulement de ce dernier sur le sédiment à stabiliser, ou bien le mélange pourra être réalisé antérieurement puis transporté sous cette forme à la zone à stabiliser . D'ailleurs, le transport de la boue ou de l'argile à l'état sec présente certains avantages définis et l'on a constaté que, pour la commodité du transport, il fallait utiliser des particules sèches de boue ou d'argile .
Les dimensions des particules devront être supérieures à celles des graine de sédiment érodable ; ces particules pourront être faites de n'importe quelle matière assez dense bien qu'on puisse utiliser, par commodité, les pierres ou les graviers du fait que
ces matériaux sont faciles à se procurer dans les zones mariti- mes .
On a constaté qu'après son dépôt le coulis subissait quelquefois
une légère érosion à mesure que la boue perd graduellement son
eau mais, pendant cette phase de déshydratation, la boue agit
comme atténuateur des différences de pression se faisant sentir naturellement à la surface des sédiments poreux et, bien que
les couches supérieures puissent être arrachées, la matrice
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des particules enrobées et peut ainsi servir à joindre physiquement les particules en un réseau dont les interstices sont remplis par la matrice .
La consistance de la matrice doit pouvoir permettre d'arriver rapidement à une grande cohésion et les boues de forage de den-
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On préférera l'emploi de matières matricielles chimiquement inertes afin d'éviter la désorption de matières chimiques toxiques de la boue dans les zones où sévissent des risques écologiques telles que les régions de pisciculture . Dans certaines
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La présente invention concerne également un dispositif de mise en oeuvre du procédé esquissé ci-dessus, comprenant un réservoir de matière particulaire, un réservoir de matière matricielle, un appareil mélangeur des matières matricielle et particulaire, une pompe pouvant déplacer les particules et la matrice, et un tube menant le coulis de la pompe au point requis sur le sédiment à stabiliser .
De préférence, ce dispositif comportera également une taie de
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et pouvant aplanir et épandre le coulis débité sur une largeur prédéterminée du fond de mer . La tête de dépôt pourra en outre être équipée d'organes aplanissant, au moins partiellement, le fond de mer immédiatement avant le dépôt du coulis .
Bien que la couche de coulis n'atteigne pas immédiatement sa
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résistante à l'érosion que le sédiment érodable qu'elle recouvre et l'on constatera donc qu'en général il suffit de déposer uae couche assez mince de ce coulis pour obtenir l'effet stabilisant nécessaire . pour recouvrir :La zone à stabiliser, le tube de dépôt pourra être remorqué par' un navire portant les réservoirs
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l'extrémité du tube, sera traînée selon des lignes parallèles successives sur la zone à stabiliser . Lorsqu'il s'agit de re-
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sous-marines exposées, l'engin porteur pourra déposer le coulis, sous la forme d'un bloc de section triangulaire recouvrant complètement la canalisation, et comporter également des appareils
de commande et/ou de surveillance tels que des caméras de télévision ou un système propulseur télécommandé lui conférant une certaine autonomie et une certaine indépendance d'allure par
rapport au navire
Une conformation particulièrement appropriée pour le tube de dépôt, ou pour chacun d'eux, sera celle comprenant une enveloppe
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diamètre de l'enveloppe extérieure est assez grand par rapport <EMI ID=38.1>
longitudinal du tube en le maintenant bien mélangé avant d'être déposé sur le sédiment à stabiliser
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réellement flexible, ou d'une pluralité de tronçons réunis bout à bout par des accouplements élastiques ou des joints universels permettant à l'enveloppe extérieure de fléchir même si la matière constituant la vis n'est pas elle-même flexible
De préférence, le dispositif comportera des organes de commande et de réglage du poids spécifique de la matière matricielle avant son' mélange à la matière particulaire . Les réglages de poids spécifique pourront se faire en floculant la matière ou en modifiant sa teneur en eau, spécialement dans le cas de la boue .
La tête de dépôt, à l'extrémité inférieure du tube, pourra affacter diverses formes . Dans un mode de réalisation simple, elle pourra comporter une paire de patins essentiellement parallèles j oints par des traverses portant l'extrémité du tube de dépôt . Ces traverses pourront avoir la forme de déflecteurs inclinés, ou porter de tels déflecteurs, ayant pour fonction de dévier latéralement vers l'extérieur le coulis sortant de la buse débitrice au fur et à mesure de la progression de la tête répartitrice sur la surface à stabiliser . Selon une autre solution, la tâte de dépôt pourra être incorporée à un véhicule
à chenilles ou à roues, de type automoteur, relié au navire sans être remorqué par lui .
L'intention concerne également une couche stabilisatrice de sédiments réalisée conformément au procédé de l'invention et/ou au moyen du dispositif de l'invention .
L'invention est décrite ci-après en détail en se référant à .quelques exemples préférés, non limitatifs, de réalisation <EMI ID=40.1> vention pour le dépôt d'une couche stabilisatrice sur-un fond marin ;
- la figure 2 est une vue de dessus.d'une tète de dépôt faisant partie du dispositif de la figure 1 ;
- la figure 3 est une vue de coté d'une partie d'un autre dispositif conforme à l'invention pour le dépôt d'une couche stabilisatrice sur un fond marin ;
- la figure 4 est une vue de dessus du dispositif de la figure 3 ; et
- la figure 5 est une vue perspective schématique d'une canalisation sous-marine recouverte d'un dépôt stabilisateur conforme à l'invention .
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12 et 13 contenant,le premier, une matière particulaire telle que du gravier, et le second, une matière matricielle telle que de la boue .
Près du second réservoir 13 se trouve un caisson 14 dans lequel le poids spécifique de la boue peut être surveillé et réglé, et comportant un orifice de sortie vers une chambre mélangeuse 15 à laquelle peut également parvenir la matière particulaire du
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ve une buse débitrice 19 portée par une tête de dépôt, ou un chariot de fond, 21 qui sera décrite plus en détail par la suite .
Défigure 1 montre que le navire remorque la tête de dépôt 21 , au moyen d'un câble 22, sur une couche sédimentaire 20 troublée et érodée par un courant dont la direction générale est indiquée par la flèche A.. Lorsque le coulis de houe et de gravier se dépose sur la couche sédimentaire 20, il a pour effet de la stabiliser en interrompant son érosion en dépit de ce qu'une petite fraction de la boue puisse être entraînée par le courant .
Le chariot de fond 21 comporte deux patins parallèles 23 et 24 joints par des traverses 26, elles-mêmes réunies par deux lon-
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trice 19 . Les extrémités avant des patins 23 et 24 sont jointes, par'des points d'attelage respectifs 25, au câbla de remorquage 22,qui porte également un câble électrique pour un système de commande et de surveillance schématiquement représenté par vne caméra de télévision 30 montée sur un trépied 29 placé sur le châssis du. chariot de fond et pouvant visionner le coulis
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et pour l'étalage du coulis 28b ; les premières ont pour fonction d'étaler et d'aplanir le sédiment à stabiliser et les se-
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sure de son dépôt de façon à obtenir une répartition uniforme de la couche de coulis sur une bande large de surface essentiellement plane .
Par contre, pour recouvrir une canalisation, on pourra utiliser un tracteur sous-marin ou un véhicule non flottant . Ces véhicules peuvent comporter des appareils localisateurs de poussée dynamique et être commandés par ordinateur depuis des instruments servant à suivre la canalisation à recouvrir . Le navire poseur pourra, de même, être amené dynamiquement en position
ou immobilisé par plusieurs ancres .
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comprendra que, pour obtenir un plus grand étalement par un passage unique du navire et une meilleure commande de l'opération
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teurs alimentant, soit un chariot de fond ou véhicule répartiteur unique, soit une pluralité de tels chariots ou véhicules .
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soit les composants secs, soit le mélange sec, soit le mélange humecté ou saturé, et pourront être entraînées électriquement,
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nue .
Si l'on se reporte maintenant aux figures 3, 4 et 5, on y voit un véhicule distributeur de coulis 31 muni de quatre grandes roues 32 entraînées chacune indépendamment par un moteur séparé
(non représenté) . Un faisceau de six tubes débiteurs 33, ve-
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vénicule 31 le coulis mélangé conforme à l'invention .
A leur arrivée au véhicule 31 , les six tubes 33 se séparent en trois groupes don t le premier, ou groupe avant 33a gagne l'avant du véhicule et se termine par des embouchures incurvées menant de part et d'autre d'une canalisation découverte 38 qu'il s'agit
de recouvrir .
Le véhicule 31 est spécialement approprié à chevaucher la canalisation 38 et comporte un appareillage de pistage automatique lui permettant de suivre le trajet de la canalisation sans dévier . Cet appareillage comporte des palpeurs 35 saillant de l'avant du véhicule et émettant un signal électrique représentant la position de la canalisation par rapport à l'essieu avant du véhicule, un appareillage de commande automatique placé à l'intérieur du véhicule commandant alors les moteurs entrainant indépendamment chacune des roues 34 de façon à maintenir <EMI ID=51.1>
nalisation . L'appareillage comporte en outre une caméra, de télévision 36 et un magnétomètre 37 pour percevoir la position de la canalisation et fournir une information supplémentaire rétroactive sur sa position par rapport au véhicule 31 en vue de maintenir exactement la position de ce dernier .
Les extrémités des deux tubes avant 33a s'incurvent au voisinage du sol de façon à déposer le coulis en dessous de la canalisa-
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çons de canalisation privées de soutien et en porte-à-faux entre deux monticules contigus .
Un second groupe de deux tubes 33b dépose du coulis de part et d'autre de la canalisation découverte de façon à élever le niveau du fond marin des deux côtés de celle-ci ; les embouchures de ces deux tubes 33b sont placées entre la paire de roues avant et la paire de roues arrière du véhicule .
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des embouchures déposant directement le coulis sur la canalisation 38 et sur le coulis déjà déposé par les deux groupes de tubes 33a et 33b ; le véhicule comporte un capot arrière 32
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versale triangulaire, comme le montre la figure 5, la bande déposée présentant deux cotés inclinés 39 et une arête 40 .
En utilisant un faisceau de six tubes de 30 cm de diamètre chacun, il est possible d'arriver à un débit total, au fond de la
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tube et par seconde) . Le véhicule se déplacerait alors à la vitesse de 1 m toutes les 5 secondes environ. du fait qu'on
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à dire celles de diamètre de l'ordre de 1 m), il faudra déposer approximativement 10 m de matière pour recouvrir chaque mètre de canalisation en formant un dépôt en forme de toit à deux pentes sur la canalisation, enterrant celle--ci sous une profon-
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posée sur la canalisation couvrirait une bande large d'environ cinq foie le diamètre de la canalisation de chaque coté de celle
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matrice et les particules convenait particulièrement au coulis à déposer, selon la présente invention, il est évident que
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domaine de celle-ci, et que les proportions pourront varier sur une gamme étendue selon les diverses conditions des fends marins
REVENDICATIONS
1. Procédé de stabilisation d'un sédiment marin ou fluviatile
érodable, caractérisé en ce qu'il consiste à déposer directement sur le sédiment à stabiliser un coulis comprenant une
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incorporant des particules d'une matière solide .
2. Procédé de stabilisation d'un sédiment marin selon la Reven-
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position requise au dessus du sédiment à stabiliser en le refoulant dans un tube sous-maria équipé d'une tête de dépôt mobile au moyen de laquelle oe coulis est répandu sur le sé-
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3. Procédé selon une quelconque des Revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la matière matricielle est � loculée avant d'être mélangée aux particules .
Method and device for stabilizing marine sediments
or fluvial vessels exposed to erosion.
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protection of underwater structures such as canals or the bases of oil drilling headings against damage produced by scour caused by waves and tidal currents This goal is achieved by
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In particular, the present invention offers a method for stabilizing marine or fluvial sediments, the primary advantage of which is that it can be applied with precision and certainty.
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mandatory monitoring of the operation, from the seabed or the river bed, by divers, although the intervention of the latter may have advantages
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limited to a small area
Although the present invention is described herein in particular
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tairea are eroded by the movement of water, including river currents or whole waves.
Erosion of the sedimentary layers of the seabed can be very dangerous, and it is certainly undesirable, in the vicinity of industrial installations or constructions.
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as for temporary structures and this applies equally to installations far from the coast, such as oil rig headings or reservoir pontoons, as for installations close to the shore, such as dikes, jetties, docks and other similar constructions.
Erosion occurs when the local ambient hydraulic energy is sufficient to overcome the gravity and adhesive resistance of the sedimentary substrate to the point of tending to lift it.
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in places, the seabed is naturally mobile; in almost stable places, the hydraulic effects of local currents may be accentuated by the presence of artificial structures and the haze produced is frequently sufficient.
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not previously - This may result in weakening of the foundations of these structures due to erosion of the sediment immediately surrounding these structures; in the case of steel structures or other materials, this can cause deterioration fast enough to weaken the foundation, often much shorter than the expected service life of these structures. In the case of subsea oil pipelines, scour is particularly dangerous because it can erode the underlying seabed and leave stretches of pipe unsupported which will then be exposed to flex and rupture. In addition, all unsupported parts of an underwater pipeline are specially exposed and vulnerable to damage from trawls or anchors -
It has been proposed and tried to stabilize an erodible sedimentary layer by simply covering it with a hardenable material such as concrete - Although in the immediate future this solution avoids the danger of scouring, it has a double disadvantage of makes it difficult to apply concrete with certainty in the correct location, and the fact that such a layer of concrete only results in geographically shifting the problem as scouring occurs around the edges of the concrete layer, sometimes strongly enough to cause it to collapse and fatigue of the pipeline or other subsea structure greater than would otherwise be the case. In addition, concrete is a material
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teuse. In addition, once installed, a concrete coating is difficult and expensive to remove if necessary for maintenance or repair operations to be carried out and, while it is in place, it represents a danger for trawlers whose the threads can engage under its outer edges. It has also been proposed, instead of sticking only a concrete liner around the parts to be protected, to use prefabricated profiled concrete elements which adapt to an exposed pipeline to divert the current and reduce or prevent scour.
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constitute a considerable danger to trawls because of their sharp edges which can protrude from the seabed. In addition, when they are no longer in use, they must be recovered.
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not spontaneously disintegrating under ambient influence,
they cannot be left in place altogether.
Another project from. stabilization of a substrate that does not require the use of artificial materials such as concrete, consists in covering the structure to be protected with what is called
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ohes of particulate matter arranged in the opposite direction to their particle size, placing the matter at the lowest part
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roughly the same as those of the sediment to be stabilized) and by superimposing the successive layers according to increasing particle sizes up to an upper layer of maximum particle size. The reverse filter serves to deposit successively, on the erodible sediment, increasingly coarse-grained layers until a particle size is reached theoretically capable of withstanding the ambient hydraulic energy and, consequently, to stabilize the layers. layers placed under it (this being determined by calculations carried out on the local underwater energy conditions).
But these reverse filters, in addition to being expensive and difficult to install due to the fact that they require the deposition, in several passes on each section to be stabilized, of increasingly large particles, do not always succeed in achieving this stabilization because pressure fluctuations due to turbulence can be felt through the frames and cause the finest materials placed at the bottom of the filter which,
anyway will often be eroded.
Other techniques tried, using natural or artificial materials, have obtained only partial success or have ended in total failure. These techniques consist in dumping, from dredges or barges with retractable bottoms, stony materials in gravel to cover and, theoretically, protect the pipeline. But this technique involves several major complications, the least of which is. difficulty, above the deep sea, to bring the barges to the precise point so that the gravel falls exactly on the pipe or the installation. In addition, when discharging, the dispersion of the charge, due to the difference in specific weight in-
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as it sinks to the bottom ensure that, even properly placed on the surface of the water, the material disperses considerably before hitting the bottom and that large quantities must be used to compensate for errors in position and dispersion .
Gravel also has the serious drawback, when it is poured in free fall, of being able to damage the pipeline when it touches it and, by touching the seabed,
individual gravel particles are highly capable of <EMI ID = 15.1>
dance to bury themselves under the action of the local acceleration of. running around pebbles and, in areas of active currents and sediment transport, these pebbles can wash out and bury themselves there or simply be eroded. In areas of stable, potentially erodible seabed kills where only local scouring occurs around the pipeline itself, the gravel can cause lateral diffusion of the scour making the difficulty worse. We know the case of companies having to bear the costs of dredging and removal of unnecessary stony landfills.
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synthetic material nets and marine plants scattered around installations far from the coast to decrease the speed and transport capacity of the flow which, theoretically, will release its sediment load around the installation.
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with the environment and will have to be recovered later;
it also constitutes a danger to the propellers and water intakes of ships and is not intrinsically applicable to
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divers, around a structure far from the coast if a precise orientation is to be observed; and it is susceptible to damage from trawls and anchors.
It has been proposed to discharge foundry slag in the same way, which would have the advantage of a greater specific weight, and therefore of greater stability, but this system could be incompatible with the environment due to the fact that elements, important or not, (iron, nickel, copper, tin, zinc, lead cadmium, vanadium, chromium), could be separated by leaching of the slag by chemical or biological processes common to all maritime areas and cause pollution problems.
It has also been proposed to use large sheets of bitumen enclosed in envelopes of synthetic material or the like, which would be placed on the pipes so that they follow the shape of the latter and the irregularities of the seabed. But these plates are of a high price because of their constituent materials, they can only be put in place by divers so are slow and expensive to install, and they risk being scoured under their edges and finally undermined to the point to wear on the pipes. In or-
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be later recovered. All these proposed solutions, such as that consisting of laying large bags of synthetic material filled with concrete, have not succeeded in satisfactorily and economically solving the important problem of the scouring of the sediments.
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The invention further relates to a device for implementing this method.
The process according to the invention for stabilizing a sediment
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on this sediment a slurry of pasty or colloidal matrix material, not solidifiable, containing particles of a solid material.
There will be advantage è. whether this pasty or colloidal matrix material is mud or clay, but it is also possible to use an artificial material. The latter may be composed of industrial waste and may have to be heated or otherwise treated to bring it to the consistency essential for its use in the underground environment envisaged.
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Under conditions of use, the sludge or clay does not solidify but, under certain conditions, mainly when used for the protection of an oil transport pipeline which can become very hot due to the high temperature of the oil. liquid passing through them, it may happen that the mud or clay hardens, at least in the immediate area-
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the hardened clay or mud will gradually change, over the thickness of the protective layer, into a clay or soft mud saturated with water and will be better protected from damage caused by anchors, trawls, seines, and their tackle. In addition, this hardened clay or mud will contribute to reducing the heat losses of the oil contained in the pipeline and to mechanically strengthening the latter.
A crushed and fragmented clay into particles, of naturally high specific gravity, will be ideal due to
of its advantages over wet materials for transport and handling. The wet material can be extruded by a disc provided with 25 mm diameter perforations, either before transport or immediately before its mixing with the solid particles.
In general, the ideal material is partially treated brick clay, but its transport is expensive for several reasons. Ordinary erratic or postglacial clay is also usable if it is processed by the previous extrusion process. The local maria natural background clay for-
<EMI ID = 24.1> in particular if it is overconsolidated or densified.
The advantages of the present invention lie in the fact that it prevents scouring if it is applied before the erection of an installation or the laying of a pipeline,
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of pipeline which were deprived of it by scour and
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The bilizer according to the invention has long-term stability as regards its shape and its constituent materials and it is perfectly compatible with other sea-bottom operations such as fishing.
In the implementation of the method according to the invention, the grout
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bilisate by pushing it back through an underwater tube fitted with a deposit box, fixed or mobile, used to spread the grout on the sediment. The work is carried out so that the grout is deposited in the position it will occupy on the sediment and not normally have to be moved after its deposition, with the exception of:
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distribution block or a bottom carriage sometimes necessary to level the surface of the grout
The matrix material can be flocculated before the addition of the solid particles. The matrix and the particles may be mixed, to form the grout, immediately before the discharge of the latter onto the sediment to be stabilized, or else the mixture may be carried out previously and then transported in this form to the zone to be stabilized. Moreover, the transport of mud or clay in a dry state has certain definite advantages and it has been found that for the convenience of transport it is necessary to use dry particles of mud or clay.
The dimensions of the particles should be greater than those of the seeds of erodible sediment; these particles could be made of any material dense enough, although stones or gravels could be used for convenience because
these materials are readily available in maritime areas.
It has been observed that after its deposit the grout sometimes suffered
slight erosion as the mud gradually loses its
water but, during this dehydration phase, the mud acts
as an attenuator of pressure differences occurring naturally at the surface of porous sediments and, although
the upper layers can be torn off, the matrix
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coated particles and can thus serve to physically join the particles in a network whose interstices are filled by the matrix.
The consistency of the matrix must be able to quickly achieve great cohesion and the drilling muds of den-
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The use of chemically inert matrix materials will be preferred in order to avoid the desorption of toxic chemical materials from the sludge in areas where there are ecological risks such as fish farming areas. In certain
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The present invention also relates to a device for carrying out the method outlined above, comprising a reservoir for particulate matter, a reservoir for matrix material, an apparatus for mixing the matrix and particulate matter, a pump capable of moving the particles and the matrix, and a tube leading the grout from the pump to the required point on the sediment to be stabilized.
Preferably, this device will also include a pillowcase
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and capable of leveling and spreading the grout cut over a predetermined width of the seabed. The deposition head may also be equipped with members which flatten, at least partially, the seabed immediately before the deposition of the grout.
Although the grout layer does not immediately reach its
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resistant to erosion than the erodible sediment which it covers and it will therefore be noted that in general it suffices to deposit a sufficiently thin layer of this grout to obtain the necessary stabilizing effect. to cover: The area to be stabilized, the deposit tube can be towed by a vessel carrying the tanks
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the end of the tube will be dragged along successive parallel lines over the area to be stabilized. When it comes to re-
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exposed submarines, the carrier can deposit the grout, in the form of a block of triangular section completely covering the pipeline, and also include devices
control and / or surveillance such as television cameras or a remote-controlled propulsion system giving it a certain autonomy and a certain independence of pace by
report to ship
A particularly suitable conformation for the deposition tube, or for each of them, will be that comprising an envelope
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diameter of the outer shell is large enough compared to <EMI ID = 38.1>
longitudinal section of the tube, keeping it well mixed before being deposited on the sediment to be stabilized
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actually flexible, or of a plurality of sections joined end to end by elastic couplings or universal joints allowing the outer casing to flex even if the material constituting the screw is not itself flexible
Preferably, the device will include means for controlling and adjusting the specific weight of the matrix material before it is mixed with the particulate material. The specific weight adjustments can be made by flocculating the material or by modifying its water content, especially in the case of sludge.
The deposition head, at the lower end of the tube, can affect various shapes. In a simple embodiment, it may comprise a pair of essentially parallel pads j anointed by cross members carrying the end of the deposition tube. These crosspieces may have the form of inclined deflectors, or carry such deflectors, the function of which is to deflect laterally outwards the grout coming out of the delivery nozzle as the distribution head advances over the surface to be stabilized. . According to another solution, the deposit head could be incorporated into a vehicle
tracked or wheeled, self-propelled type, connected to the vessel without being towed by it.
The intention also relates to a sediment stabilizing layer produced in accordance with the method of the invention and / or by means of the device of the invention.
The invention is described below in detail with reference to some preferred, non-limiting examples of embodiment <EMI ID = 40.1> for the deposition of a stabilizing layer on a seabed;
- Figure 2 is a top view of a deposition head forming part of the device of Figure 1;
- Figure 3 is a side view of part of another device according to the invention for depositing a stabilizing layer on a seabed;
- Figure 4 is a top view of the device of Figure 3; and
- Figure 5 is a schematic perspective view of an underwater pipeline covered with a stabilizing deposit according to the invention.
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12 and 13 containing, the first, a particulate material such as gravel, and the second, a matrix material such as mud.
Near the second tank 13 is a casing 14 in which the specific gravity of the sludge can be monitored and regulated, and having an outlet to a mixing chamber 15 which can also enter the particulate matter of the sludge.
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ve a delivery nozzle 19 carried by a deposition head, or a bottom carriage, 21 which will be described in more detail below.
Disfigure 1 shows that the ship tows the deposit head 21, by means of a cable 22, on a sedimentary layer 20 disturbed and eroded by a current, the general direction of which is indicated by the arrow A .. When the hoe slurry and Gravel is deposited on the sedimentary layer 20, it has the effect of stabilizing it by interrupting its erosion despite that a small fraction of the mud can be carried away by the current.
The bottom carriage 21 comprises two parallel runners 23 and 24 joined by cross members 26, themselves joined by two lengths.
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trice 19. The front ends of the shoes 23 and 24 are joined, by respective coupling points 25, to the towing cable 22, which also carries an electric cable for a control and monitoring system schematically represented by a mounted television camera 30. on a tripod 29 placed on the frame of the. bottom cart and can view the grout
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and for spreading the grout 28b; the first have the function of spreading and leveling the sediment to be stabilized and the
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sure of its deposit so as to obtain a uniform distribution of the layer of grout over a wide strip of essentially flat surface.
On the other hand, to cover a pipe, an underwater tractor or a non-floating vehicle can be used. These vehicles may include dynamic thrust locators and be computer-controlled from instruments used to follow the pipe to be covered. Likewise, the laying vessel can be dynamically brought into position.
or immobilized by several anchors.
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will understand that in order to obtain a greater spread by a single passage of the vessel and a better control of the operation
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feeders either a bottom carriage or single distribution vehicle, or a plurality of such carriages or vehicles.
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either the dry components, or the dry mixture, or the moistened or saturated mixture, and can be driven electrically,
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naked.
If we now refer to Figures 3, 4 and 5, we see a grout dispenser vehicle 31 provided with four large wheels 32 each driven independently by a separate motor
(not shown). A bundle of six debit tubes 33, ve-
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31 the mixed grout according to the invention.
On their arrival at vehicle 31, the six tubes 33 separate into three groups don t the first, or front group 33a reaches the front of the vehicle and ends with curved mouths leading to either side of an uncovered pipe. 38 it is
to cover.
The vehicle 31 is especially suitable for straddling the pipeline 38 and comprises an automatic tracking device enabling it to follow the path of the pipeline without deviating. This apparatus comprises feelers 35 projecting from the front of the vehicle and emitting an electrical signal representing the position of the pipe relative to the front axle of the vehicle, an automatic control apparatus placed inside the vehicle then controlling the motors. independently driving each of the wheels 34 so as to maintain <EMI ID = 51.1>
nalisation. The apparatus further comprises a camera, television 36 and a magnetometer 37 to perceive the position of the pipe and provide additional feedback information on its position relative to the vehicle 31 with a view to maintaining the exact position of the latter.
The ends of the two front tubes 33a curve in the vicinity of the ground so as to deposit the grout below the pipe.
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Private supporting pipes and cantilevered between two contiguous mounds.
A second group of two tubes 33b deposits the grout on either side of the uncovered pipe so as to raise the level of the seabed on both sides thereof; the mouths of these two tubes 33b are placed between the pair of front wheels and the pair of rear wheels of the vehicle.
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mouths depositing the grout directly on the pipe 38 and on the grout already deposited by the two groups of tubes 33a and 33b; the vehicle has a rear cover 32
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triangular versal, as shown in FIG. 5, the deposited strip having two inclined sides 39 and an edge 40.
By using a bundle of six tubes, each 30 cm in diameter, it is possible to achieve a total flow rate at the bottom of the
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tube and per second). The vehicle would then move at a speed of 1 m approximately every 5 seconds. because we
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to say those with a diameter of the order of 1 m), it will be necessary to deposit approximately 10 m of material to cover each meter of pipe by forming a deposit in the form of a roof with two slopes on the pipe, burying it under a deep
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laid on the pipe would cover a wide strip of about five times the diameter of the pipe on each side of that
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matrix and particles was particularly suitable for the grout to be deposited, according to the present invention, it is obvious that
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range, and that the proportions may vary over a wide range according to the various conditions of marine splits
CLAIMS
1. Method of stabilizing a marine or fluvial sediment
erodible, characterized in that it consists in depositing directly on the sediment to stabilize a grout comprising a
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incorporating particles of a solid material.
2. Method for stabilizing a marine sediment according to the
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required position above the sediment to be stabilized by pushing it back into a submarine tube fitted with a movable deposition head by means of which the grout is spread over the sediment
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3. Method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the matrix material is � loculated before being mixed with the particles.