EP0239065B1 - Dispositif de prélèvement d'échantillons de sédiments marins - Google Patents

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EP0239065B1
EP0239065B1 EP19870104296 EP87104296A EP0239065B1 EP 0239065 B1 EP0239065 B1 EP 0239065B1 EP 19870104296 EP19870104296 EP 19870104296 EP 87104296 A EP87104296 A EP 87104296A EP 0239065 B1 EP0239065 B1 EP 0239065B1
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EP
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tubular body
valve
sediments
detector
valves
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EP19870104296
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Michel Roland Jamet
David Andrew Stanners
Charles Nicholas Murray
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European Atomic Energy Community Euratom
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European Atomic Energy Community Euratom
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B25/00—Apparatus for obtaining or removing undisturbed cores, e.g. core barrels or core extractors
    • E21B25/18—Apparatus for obtaining or removing undisturbed cores, e.g. core barrels or core extractors the core receiver being specially adapted for operation under water

Definitions

  • the invention relates to a device for taking sediment samples from the seabed as described in document DE-A 2 303 709, comprising a tubular body, one end of which is externally provided with guide fins ensuring a position vertical body when going down into the water.
  • the other end is chamfered externally to facilitate the penetration of the tubular body into the sediment, and includes a non-return valve for closing the central channel of the tubular body, making it possible to retain the sediment which has penetrated therein.
  • samples must be taken from the seabed. In deep sea, this sampling is done so far using a tubular body or core barrel, which is suspended from a vertical cable which is lowered from a surface vessel.
  • This tubular body is provided externally with guide fins to ensure a vertical position of the body during the descent into the water. The other end, therefore the lower end, is chamfered externally to facilitate the penetration of the tubular body into the sediment.
  • the central channel of the tubular body fills with sediment, which is retained in this channel by a non-return valve when the tubular body rises to the surface.
  • the samples thus brought to the surface do not completely reflect the natural situation on the seabed. It can be seen that the samples are subjected, during the ascent, to a sudden change in pressure and temperature, which risks destroying the structures of the objects to be studied.
  • the water contained in the sample mixes during the ascent of the tubular body with oxygenated surface water, which may also modify the sediments to be analyzed.
  • the object of the invention is therefore to design a device for taking sediment samples from the seabed avoiding such modifications to the samples during the ascent.
  • a sampling device as defined above, which is further characterized by the fact that the central channel comprises, near the two ends, two electrically controlled valves, the upper valve being controlled to close by a detector, which detects the presence of sediment in the channel at a level slightly below the upper valve, the lower valve being located below the non-return valve and being controlled by a detector which indicates whether the device has left the seabed .
  • the valves are spherical valves and the detector controlling the lower valve is an ultrasonic transducer, which detects a predetermined distance from the device relative to the seabed.
  • the external shape of the device is identical to that of a conventional corer.
  • the device consists of a tubular body 1, which is maintained in a vertical position by means of guide fins 2, which are mounted on the upper end of the tubular body 1. If necessary, weights can be associated with these fins. 3 to accelerate the descent and ensure a predetermined depth of penetration of the lower end into the seabed.
  • the upper end of the body 1 carries a suspension ring 4, to which a suspension cable is attached.
  • the tubular body is traversed along its axis 5 by a central and cylindrical channel 6, which is intended to receive the sample.
  • the lower end of the body externally has a chamfer 7, which facilitates the penetration of the body into the sediment.
  • the lower opening of the central channel 6 can be closed by a filter 8, which is permeable to water and which breaks during penetration of the sediments. The function of this filter is to avoid the passage of particles suspended in the water which could trigger the premature closure of a solenoid valve 9, which is arranged near the upper end of the channel.
  • a non-return valve 10 is arranged near the lower end of the channel. This valve is open for an upward fluid and opposes any downward movement.
  • valve 11 there is another electrically controlled ball valve 11.
  • the two valves 9 and 11 delimit a protected volume in the channel 6, in which the sample can be stored under pressure and temperature conditions prevailing on the seabed.
  • the upper valve 9 is controlled by the output signal of an ultrasonic detector 12 through an amplifier 13, which is located in a housing in the wall of the tubular body 1.
  • the closing control is activated by the arrival of the sediments 17 in the channel 6 at the height of the detector 12.
  • the distance between this detector and the valve 9 is chosen so that the sediment 17 does not reach the valve in closing movement.
  • the lower valve 11 is controlled by the output signal from an ultrasonic transducer 14 through an electronic amplifier 15, which are both integrated in this same wall near the valve 11. This transducer is directed towards the seabed and triggers the closing of the valve 11, if the device is out of the seabed.
  • the device When it is desired to take a sample from the bottom of the sea, for example at a depth of 6000 m, the device is lowered by gravity by unwinding the suspension cable.
  • the weights 3 are adjusted according to the hardness of the bottom and the desired depth of penetration.
  • the two valves 9 and 11 as well as the valve 10 are open during the descent.
  • the filter 8 is crossed by ambient water.
  • the filter breaks and the channel 6 fills with sediment 17 which rise in channel 6.
  • the sediment reaches the level of detector 12, which triggers the closing of valve 9.
  • the transducer 14 triggers closing the valve 11 and thus sealing the pressure between the two valves.
  • valve 11 The closure of the valve 11 is not hampered by the solid particles contained in the sediment, because this closure takes place after the closure of the valve 10 and after the sea part of the canal located below the drain is emptied. valve.
  • the sample included in this volume therefore retains its original consistency when the device is mounted to the ship.
  • tubular body 1 is surrounded by an envelope 16 of thermal insulation or an empty tube with a hollow chamber.
  • Ball valves can be replaced by other types of valve and ultrasonic transducers by other types of detectors.
  • the thickness of these walls is a function of the depth of use.

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Description

  • L'invention se réfère à un dispositif de prélèvement d'échantillons de sédiments au fond marin tel que décrit dans le document DE-A 2 303 709, comportant un corps tubulaire, dont une extrémité est extérieurement munie d'ailettes de guidage assurant une position verticale du corps lors de la descente dans l'eau. L'autre extrémité est chanfreinée extérieurement pour faciliter la pénétration du corps tubulaire dans les sédiments, et comporte un clapet anti-retour pour la fermeture du canal central du corps tubulaire, permettant de retenir les sédiments qui y ont pénétrés.
  • Dans le cadre des recherches biologiques ou de la prospection minéralogique, il faut prélever des échantillons du fond marin. En mer profonde, ce prélèvement se fait jusqu'ici à l'aide d'un corps tubulaire ou carottier, qui est suspendu à un câble vertical que l'on fait descendre à partir d'un navire de surface. Ce corps tubulaire est muni extérieurement d'ailettes de guidage pour assurer une position verticale du corps lors de la descente dans l'eau. L'autre extrémité, donc l'extrémité inférieure, est chanfreinée extérieurement pour faciliter la pénétration du corps tubulaire dans les sédiments. Lors de cette pénétration dans le fond marin, le canal central du corps tubulaire se remplit de sédiments, qui sont retenus dans ce canal par un clapet anti-retour lors que le corps tubulaire remonte à la surface.
  • Les échantillons ainsi remontés à la surface ne reflètent pas complètement la situation naturelle au fond marin. On constate en effet que les échantillons sont soumis, lors de la remontée, à un brusque changement de pression et de température, qui risque de détruire les structures des objets à étudier. En outre, l'eau contenue dans l'échantillon se mélange lors de la remontée du corps tubulaire avec de l'eau oxygénée de surface, ce qui risque de modifier également les sédiments à analyser.
  • L'invention a donc pour but de concevoir un dispositif de prélèvement d'échantillons de sédiment au fond marin évitant de telles modifications des échantillons lors de la remontée.
  • Ce but est atteint par un dispositif de prélèvement tel que défini ci-dessus, qui est en outre caractérisé par le fait que le canal central comporte, à proximité des deux extrémités, deux vannes à commande électrique, la vanne supérieure étant commandée en fermeture par un détecteur, qui détecte la présence des sédiments dans le canal à un niveau légèrement inférieur à la vanne supérieure, la vanne inférieure étant située en dessous du clapet anti-retour et étant commandée par un détecteur qui indique si le dispositif est sorti du fond marin.
  • De préférence, les vannes sont des vannes sphériques et le détecteur commandant la vanne inférieure est un transducteur ultrasonore, qui détecte une distance prédéterminée du dispositif par rapport au fond marin.
  • En entourant le corps tubulaire d'une enveloppe d'isolant thermique, on peut, pendant la remontée, conserver la température de l'échantillon telle qu'elle existe au fond de la mer.
  • L'invention sera décrite ci-après plus en détail à l'aide d'un exemple de réalisation et de la figure unique qui repré sente une coupe à travers un tel dispositif.
  • La forme extérieure du dispositif est identique à celle d'un carottier classique. Le dispositif est constitué d'un corps tubulaire 1, qui se maintient dans une position verticale grâce à des ailettes de guidage 2, qui sont montées sur l'extrémité supérieure du corps tubulaire 1. Si nécessaire, on peut associer à ces ailettes des poids 3 pour accélérer la descente et assurer une profondeur prédéterminée de pénétration de l'extrémité inférieure dans le fond marin. L'extrémité supérieure du corps 1 porte un anneau de suspension 4, auquel on attache un câble de suspension.
  • Le corps tubulaire est traversé le long de son axe 5 par un canal central et cylindrique 6, qui est destiné à recevoir l'échantillon. L'extrémité inférieure du corps comporte extérieurement un chanfrein 7, qui facilite la pénétration du corps dans les sédiments. L'ouverture inférieure du canal central 6 peut être obturée par un filtre 8, qui est perméable à l'eau et qui se casse lors de la pénétration des sédiments. La fonction de ce filtre est d'éviter le passage de particules suspendues dans l'eau qui pourraient déclencher la fermeture prématurée d'une électrovanne 9, qui est disposée près de l'extrémité supérieure du canal.
  • Un clapet anti-retour 10 est disposé près de l'extrémité inférieure du canal. Ce clapet est ouvert pour un fluide ascendant et s'oppose à tout mouvement descendant.
  • En dessous de ce clapet, on voit une autre vanne sphérique 11 à commande électrique. Les deux vannes 9 et 11 délimitent dans le canal 6 un volume protégé, dans lequel on peut conserver l'échantillon à des conditions de pression et de température qui ré- gnent sur le fond marin.
  • La vanne supérieure 9 est commandée par le signal de sortie d'un détecteur à ultrasons 12 à travers un amplificateur 13, qui se trouve dans un logement dans la paroi du corps tubulaire 1. La commande de fermeture est activée par l'arrivée des sédiments 17 dans le canal 6 à hauteur du détecteur 12. La distance entre ce détecteur et la vanne 9 est choisie de telle sorte que les sédiments 17 n'atteignent pas la vanne en mouvement de fermeture.
  • La vanne inférieure 11 est commandée par le signal de sortie d'un transducteur ultrasonore 14 à travers un amplificateur électronique 15, qui sont tous les deux intégrés dans cette même paroi à proximité de la vanne 11. Ce transducteur est dirigé vers le fond marin et déclenche la fermeture de la vanne 11, si le dispositif est sorti du fond marin.
  • Lorsqu'on désire prélever un échantillon au fond de la mer, par exemple à 6000 m de profondeur, on fait descendre le dispositif par gravité en déroulant le câble de suspension. Les poids 3 sont ajustés en fonction de la dureté du fond et de la profondeur désirée de pénétration. Les deux vannes 9 et 11 ainsi que le clapet 10 sont ouverts lors de la descente. Le filtre 8 est traversé par l'eau ambiante.
  • Dès que le dispositif frappe le fond marin, le filtre se casse et le canal 6 se remplit de sédiments 17 qui montent dans le canal 6. Avant que le mouvement de pénétration du dispositif dans le fond marin ne s'arrête, le sédiment atteint le niveau du détecteur 12, qui déclenche la fermeture de la vanne 9. En tirant sur le câble de suspension, on extrait ensuite le dispositif du fond marin. Les sédiments 17, qui ont alors tendance à sortir du canal 6 vers le bas, entraînent la fermeture du clapet anti-retour 10. A une distance prédéterminée du fond marin, par exemple à 5 m au-dessus du fond, le transducteur 14 déclenche la fermeture de la vanne 11 et rend ainsi étanche en pression le volume compris entre les deux vannes. La fermeture de la vanne 11 n'est pas gênée par les particules solides contenues dans le sédiment, car cette fermeture a lieu après la fermeture du clapet 10 et après la vidange par l'eau de mer de la partie du canal située en dessous du clapet. L'échantillon inclu dans ce volume conserve donc sa consistance originale lors de la montée du dispositif vers le navire.
  • Il est même possible de conserver également les conditions de température, si l'on entoure le corps tubulaire 1 d'une enveloppe 16 d'isolant thermique ou d'un tube vide à chambre creuse.
  • L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit ci-dessus. On peut remplacer les vannes sphériques par d'autres types de vanne et les transducteurs ultrasonores par d'autres types de détecteurs. En outre, l'épaisseur de ces parois est fonction de la profondeur d'utilisation.

Claims (4)

1. Dispositif de prélèvement d'échantillons de sédiments (17) au fond marin, comportant un corps tubulaire (1), dont une extrémité est munie extérieurement d'ailettes de guidage (2) assurant une position verticale du corps lors de la descente dans l'eau, et dont l'autre extrémité est chanfreinée extérieurement pour faciliter la pénétration du corps tubulaire (1) dans les sédiments, et comportant un clapet anti-retour (10) pour la fermeture du canal central (6) du corps tubulaire (1) permettant de retenir les sédiments qui y ont pénétrés, caractérisé en ce que ledit canal central (6) comporte, à proximité des deux extrémités, deux vannes (9, 11) à commande électrique, la vanne supérieure (9) étant commandée en fermeture par un détecteur (12), qui détecte la présence des sédiments dans le canal à un niveau légèrement inférieur à la vanne supérieure, la vanne inférieure (11) étant située en dessous dudit clapet (10) et étant commandée par un détecteur (14), qui indique si le dispositif est sorti du fond marin.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les vannes (9, 11) sont des vannes sphériques.
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le détecteur (14), qui commande la vanne inférieure (11) est un transducteur ultrasonore qui détecte une distance prédéterminée du dispositif par rapport au fond marin.
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le corps tubulaire (1) est entouré d'une enveloppe d'isolant thermique (16).
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