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 .