EP4267874A1 - Dispositif pour pomper l'eau en grande profondeur - Google Patents

Dispositif pour pomper l'eau en grande profondeur

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Publication number
EP4267874A1
EP4267874A1 EP21839416.1A EP21839416A EP4267874A1 EP 4267874 A1 EP4267874 A1 EP 4267874A1 EP 21839416 A EP21839416 A EP 21839416A EP 4267874 A1 EP4267874 A1 EP 4267874A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pipe
longitudinal
wall
water
equal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21839416.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Pierre-Armand Thomas
Pierre-Antoine BEAL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panipa
Tacthys
Original Assignee
Panipa
Tacthys
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panipa, Tacthys filed Critical Panipa
Publication of EP4267874A1 publication Critical patent/EP4267874A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L9/00—Rigid pipes
    • F16L9/22—Pipes composed of a plurality of segments

Definitions

  • the present invention relates to deep water pumping devices.
  • the present invention relates to pipes, or risers, allowing the routing of water from great depths to the surface.
  • the pipe must be able to allow the rise of a large volume of water, typically several tens or even hundreds of thousands of cubic meters per hour, from great depths, for example several hundred meters. This rise is carried out using pumping means located on the surface, for example pumps lowering the level of the water in the pipe relative to sea level, or else located deep in the pipe.
  • Application WO 2019/097151 describes a pipe for pumping water from great depths, which has a greater length than the previous pipes, and which can be installed more easily.
  • the present invention aims to solve the various technical problems mentioned above.
  • the present invention aims to provide a device for pumping water from great depths, with a pipe having a significant length and high mechanical stability, and which can be installed more easily.
  • a device for pumping water from great depths comprising a plurality of longitudinal elements assembled together to form a pipe inside which the pumped water circulates in great depth.
  • Each longitudinal element comprises a wall, forming a section of said pipe, said wall being prestressed in tension, for example longitudinally and/or circumferentially, when the water is not pumped into the pipe.
  • the wall may have a thickness less than or equal to 5 cm, preferably less than 3 cm, or even 1 cm. Preferably, the wall may have a thickness of between 3 and 4 mm.
  • the pipe according to the present invention comprises a wall which is prestressed.
  • the purpose of the prestressing is to limit the overall stresses that the wall will undergo when the pipe is going to be used to pump water.
  • a depression is created inside it which causes stresses in the wall.
  • the wall is designed to be prestressed before pumping the water into the pipe.
  • the stresses created by the interior depression of the pipe which are centripetal stresses, will be balanced, in the material of the wall, by the prestress which is a centrifugal prestress.
  • the stresses exerted in the material of the wall oppose each other to lead to a lower final stress, limiting the risks of deformation, or even crushing, of the wall.
  • said prestressing for example radial or centrifugal, is chosen to be substantially greater than or equal, in amplitude, to the depression created inside to pump the water with the device, so as to balance the pressures exerted on the wall when water is pumped with the device.
  • each longitudinal element comprises an individual frame, for example in the form of a crinoline, said wall being mounted on, and in particular inside, the frame.
  • the purpose of the reinforcement is to provide a stable mechanical support, to create the prestress of the wall.
  • the reinforcements are configured to connect together in a sealed manner
  • said longitudinal elements for example, comprise end portions with sealing means configured to cooperate with the end portions of the adjacent reinforcements.
  • the reinforcements can also be used to allow the assembly, in particular sealed, of the longitudinal elements together, and to allow the mounting of the longitudinal elements on an external supporting structure.
  • the wall of each longitudinal element is prestressed with respect to the reinforcement.
  • the reinforcement constituting a stable mechanical support for the longitudinal element, it can be used as a support to create centrifugal or radial prestressing in the wall.
  • the device comprises circumferential pre-stressing means of the wall, for example turnbuckles, and/or longitudinal pre-stressing means of the wall, for example tie rods, said circumferential and/or longitudinal pre-stressing means being mounted between the reinforcement and the wall.
  • the circumferential or longitudinal prestressing means are mounted between the reinforcement and the wall, and make it possible to exert a stress on the wall by resting on the reinforcement.
  • the circumferential or longitudinal prestressing means will be mounted between the reinforcement and the wall, and will be configured to be able to reduce their length, so as to create a centrifugal or radial prestress. , or a longitudinal or axial prestress in the wall.
  • the prestressing means preferably circumferential, comprise an elastic means, for example spring washers mounted in the turnbuckles, to allow deformation of the prestressed wall, when water is pumped with the device.
  • an elastic means for example spring washers mounted in the turnbuckles, to allow deformation of the prestressed wall, when water is pumped with the device.
  • the elastic means allows the prestressing means to deform under the effect of an external constraint: this in particular allows the wall to deform under the effect of the constraints linked to the internal depression of the pipe during pumping some water.
  • the deformation of the wall during the establishment of the initial prestressing is not fixed, but can on the contrary change when the wall undergoes the stresses due to the difference in hydraulic pressure which come to balance the prestressing.
  • the wall can regain its initial shape, or geometry or dimension, before the prestressing, when water is pumped with the device, thanks to the elastic means of the prestressing means.
  • the elastic means allow, thanks to their deformation, the prestressed wall to deform under the effect of the stresses linked to the suction water when pumping. The pre-stress and the depression stresses compensating each other, the wall can then regain its initial shape, and undergo few mechanical stresses.
  • the frame comprises at least two, preferably three, longitudinal means, for example bars, connecting the end portions of the frame together, and at least two, preferably four or more, means devices, for example cores, connecting the longitudinal means together.
  • the armature is thus formed of bars and toroids forming like a cage surrounding, or surrounded by, the wall.
  • the reinforcement makes it possible to provide a multitude of support points for the prestressing means, distributed over the periphery of the wall.
  • the device also comprises a support structure, and the longitudinal elements are mounted individually in a fixed manner on the support structure, preferably by the upper or lower end of their frame.
  • the device for pumping water from great depths comprises on the one hand a support structure, for example comprises at least, preferably three or more, cables, and on the other hand a plurality of longitudinal elements forming the pipe inside which circulates the water pumped from great depth.
  • the longitudinal elements are individually mounted integrally on the supporting structure, preferably by their upper or lower end, and are interconnected by sealing means.
  • the pipe is made from longitudinal elements secured individually to a supporting structure.
  • the pipe is therefore no longer a one-piece pipe formed from a single piece, but is formed by the assembly, via sealing means, of a plurality of longitudinal elements.
  • each longitudinal element is mounted integrally on the supporting structure, so that the sealing means have no mechanical function, which makes it possible to give them a longer service life and greater efficiency.
  • such a structure is easier to install in particular, since it is possible to successively mount, for example in situ on the platform or on the boat, the various longitudinal elements on the supporting structure as and when it is submerged.
  • the support structure comprises at least two, preferably three or more, cables, distributed over the periphery of the longitudinal elements.
  • the support structure is formed here of several cables, for example steel, distributed over the periphery of the longitudinal elements.
  • a support structure has the advantage of being flexible, and therefore of being able, for example, to be wound on a reel in order to facilitate its storage and transport, while having sufficient mechanical properties to support the weight of the various longitudinal elements.
  • the cables of the supporting structure can be unwound and the longitudinal elements of the pipe be mounted therein as they go along.
  • each longitudinal element comprises a fixing assembly making it possible to mount the individual reinforcement on the supporting structure.
  • the pipe section is formed from an aluminum alloy, steel or even composite materials.
  • Such a prestressed section of pipe makes it possible to guarantee the shape of the pipe, despite the pressure due to the difference in height of water created inside the pipe to pump the cold water. It is then possible to control the flow of water circulating in the pipe with the depression applied at the top of the pipe. In addition, a better mechanical strength of the pipe as a whole is also obtained, which can thus better withstand the various stresses exerted on it. Finally, with a rigid structure, the flow of water circulating in the pipe remains constant all along the pipe.
  • the pipe section may comprise mechanical reinforcement means, for example one or more hoops mounted on an outer peripheral surface of the pipe section.
  • the hoops make it possible to reduce the thickness of the pipe section, and therefore the weight of the pipe section, while still having the same mechanical properties thanks to the reinforcement of the hoops.
  • the pipe section may comprise thermal insulation means, for example a nanoporous material placed on the inner or outer peripheral surface of the section.
  • the fixing assembly is mounted on the individual frame by first pivot connections, preferably two diametrically opposed on the periphery of the individual frame.
  • the pivot connections between the individual frame and the mounting assembly provide some flexibility in driving. Indeed, the supporting structure, formed of cables, can be deformed to a certain extent according to the stresses which it undergoes, whereas the longitudinal elements of the pipe are rigid.
  • the pivot connections make it possible to provide a degree of freedom, albeit limited, at the level of the junctions between adjacent longitudinal elements. It is thus possible to obtain deviations between the axes of two adjacent individual reinforcements, which can be of the order of 5°, which remains small but which, given the number of longitudinal elements, can result in a significant curvature of the pipe. in general.
  • Such freedom, even small makes it possible to better withstand, or even resist, certain of the stresses undergone by driving.
  • the fixing assembly comprises a first peripheral element with means for fixing to the supporting structure, for example cable ties and optionally stiffeners.
  • the fixing assembly also comprises a second peripheral element mounted between the individual frame and the first peripheral element, and mounted on the first peripheral element by second pivot links, preferably two diametrically opposed links, the second links pivot between the first peripheral element and the second peripheral element and the first pivot connections between the second peripheral element and the individual frame being distributed over the periphery of the longitudinal element.
  • second pivot links preferably two diametrically opposed links
  • two pivot axes of the individual frame are provided with respect to the support structure.
  • a first axis is obtained by two pivot links mounted between the second peripheral element and the first peripheral element secured to the supporting structure, and a second axis, preferably perpendicular to the first, is obtained by two pivot links mounted between the individual frame and the second peripheral element.
  • a degree of freedom is then obtained between two adjacent individual reinforcements which is greater and which allows orientation, albeit small, in any direction in space in order to respond to the external constraints which apply to the pipe.
  • the individual armature comprises an upper end portion and a lower end portion, the diameter of the inner peripheral surface of the upper end portion is greater than the diameter of the outer peripheral surface of the upper end portion.
  • lower end portion, the upper end portion extending, longitudinally, beyond the wall forming the pipe section so as to be able to surround the outer peripheral surface of the lower end portion of an adjacent longitudinal element in order to to form, with said outer peripheral surface of the lower end portion of the adjacent longitudinal element, two cylindrical bearing surfaces facing each other between which the sealing means are arranged.
  • the interlocking between the two individual armatures is not done by force but on the contrary with a large clearance between the two facing surfaces.
  • the two facing surfaces can then form bearing surfaces for the sealing means which are then easier to install.
  • the sealing means comprise flexible strips and/or one or more water-inflatable seals and/or one or more bellows seals.
  • the joints are provided to allow both a certain freedom of movement of the adjacent individual reinforcements between them, but also to resist the various pressures undergone as the depth is important.
  • several types of seals can be combined in order to limit leaks between the inside and the outside of the pipe. In fact, such leaks would lead to the heating of the water conveyed inside the pipe and therefore to reduce the efficiency of the system.
  • the device also comprises a ballast mounted at a lower end of the supporting structure.
  • the ballast makes it possible to avoid raising the lower end of the pipe too much, in order to try to pump the water to the greatest depth, and therefore the coldest possible.
  • the device also comprises a support on which the support structure is retained by an upper end.
  • the support can be a platform or a boat, or a part of a platform or a boat.
  • the support comprises means for driving the supporting structure, for example at least two, or even three or more winches, preferably without lateral offset.
  • the support comprises at least one pump in fluid communication with the inside of the pipe and opening out to a determined distance below the water level in the pipe at rest, for example between 3 and 4 meters below the water level at rest.
  • the pump makes it possible to circulate the water inside the entire pipe, by sucking in only the surface part.
  • the device may comprise at least one pump mounted on a lower part of the pipe and/or of the supporting structure.
  • the water is drawn inside the pipe by a pump located at the bottom thereof and which causes the circulation of cold water towards the inside and towards the top of the pipe.
  • the pipe has a total length greater than or equal to 150 meters, preferably greater than or equal to 500 meters, preferably greater than or equal to 1000 meters, and an internal diameter greater than or equal to 1 meter, preferably greater than or equal to 2 meters, preferably greater than or equal to 4 meters.
  • the pipe comprises a number of longitudinal elements greater than or equal to 10, preferably greater than or equal to 25, more preferably greater than or equal to 40.
  • Figure 1 schematically shows a deep water pumping device according to the invention
  • Figure 2 shows, in perspective, a longitudinal element according to the present invention
  • FIG. 3 Figure 3 is a schematic representation in section of the upper end of the longitudinal element shown in Figure 2;
  • Figure 4 is a schematic sectional representation of the fixing of a longitudinal element on the supporting structure and of its junction with the adjacent longitudinal element;
  • FIG. 5 schematically represents a first example of circumferential prestressing means according to the present invention.
  • FIG. 6 Figure 6 schematically shows a second example of circumferential prestressing means according to the present invention.
  • FIG. 1 schematically illustrates a device 1 for pumping water at great depth according to the present invention.
  • the device 1 comprises a support 2 on which is mounted a pipe 4 via a support structure 6.
  • the pipe 4 is formed of a plurality of longitudinal elements 8 each comprising a pipe section, or wall, 10.
  • the pipe 4 is therefore formed by assembling the different pipe sections 10 of the different longitudinal elements 8.
  • the supporting structure 6 may comprise one or more cables 11, preferably three or even more cables 11, for example made of steel, distributed around the pipe 4.
  • the use of cables makes it possible to have a supporting structure 6 which can be rolled up, for example on a reel, for its storage and its transport: one then obtains a supporting structure 6 which is compact and easy to handle, despite its length.
  • each longitudinal element 8 comprises a section of pipe, or wall, 10, for example of cylindrical shape, an individual reinforcement 13 and a fixing assembly 12 arranged in the upper part of the individual reinforcement 13. Furthermore, in order to seal the pipe 4, the longitudinal elements 8 are interconnected by sealing means 14.
  • the pipe section 10 is a rigid section, for example made of composite material, steel or aluminum alloy.
  • the section 10 is made of steel in order to present a high mechanical strength for a low weight.
  • the latter may comprise a thinner steel wall reinforced by one or more hoops 16 extending over the outer peripheral surface of the section 10 and distributed over the length of the section 10.
  • one or more longitudinal elements for example those located on the side of the surface of the water, may also comprise a coating of thermally insulating material, for example of nanoporous material. The water pumped from a great depth can thus remain cold during its ascent along the pipe 4, which increases the efficiency of the thermodynamic cycle in which it is used.
  • the fixing assembly 12 makes it possible to fix the longitudinal element 8, and more particularly the individual reinforcement 13, on the cables 11 of the supporting structure 6.
  • the weight of the pipe 4 is carried regularly on the supporting structure 6, so as to avoid weight constraints between the various longitudinal elements 8 between them, and also allow, as described below, a certain mobility of the longitudinal elements 8 between them.
  • the fixing assembly 12 comprises a first peripheral element 18 which is fixed to the supporting structure 6.
  • the first peripheral element 18 can thus have an annular shape extending around the individual reinforcement 13, with fixing means to the carrier structure 6.
  • the fixing means can for example be notches configured to cooperate with a cable clamp 20 so as to mount the first peripheral element 18 integrally on the cables 11 of the carrier structure 6 (see figure 4). More specifically, the notches may comprise a semi-cylindrical recess and the cable clamp 20 may also have a semi-cylindrical recess so that, when the cable clamp 20 is mounted in the notch, for example by screws 22, a cylindrical hole is obtained in which the cable 11 of the support structure 6 is clamped. The first peripheral element 18 is therefore mounted integrally with the supporting structure 6.
  • Stiffeners 24 can also be provided on the first peripheral element 18, in the continuity of the fixing means 20, in order to limit the curvature of the cable 11 at the outlet of the fixing means 20.
  • the stiffener 24 can be a slender element, for example in the form of a cone, one end of which is mounted on the first peripheral element 18 and the other end of which is in contact with the cable 11.
  • the stiffener 24 can deform between its two ends, but less pronounced than the cable 11 of the support structure 6, in order to always leave the cable 11 a certain flexibility while limiting the curvature of the latter in the immediate vicinity of the fixing means. This limits any degradation of the cable 11.
  • the fixing assembly 12 may also comprise a second peripheral element 26 mounted between the individual reinforcement 13 and the first peripheral element 18.
  • the second peripheral element 26 may thus have the shape of a torus, for example hollow, extending around the individual armature 13.
  • the second peripheral element 26 makes it possible to make the mechanical connection between the individual armature 13 and the first peripheral element 18, while allowing rotations of the individual armature 13 with respect to the first peripheral element 18 in any direction in space.
  • the second peripheral element 26 comprises two first pivot links 28 mounted along a first pivot axis which is illustrated horizontally in Figure 3.
  • the two first pivot links 28 are mounted between the individual frame 13 and the second peripheral element 26: they allow a degree of freedom in rotation of the individual frame 13 with respect to the second peripheral element 26 along the first pivot axis.
  • the second peripheral element 26 also comprises two second pivot links 30 mounted along a second pivot axis which is illustrated vertically in Figure 3.
  • the two second pivot links 30 are mounted between the second peripheral element 26 and the first peripheral element 18, with a second pivot axis which is perpendicular to the first axis of pivot while remaining in a plane substantially perpendicular to the general longitudinal direction of the pipe 4, that is to say in the plane of the first peripheral element 18.
  • the second pivot connections make it possible to have a degree of freedom in rotation of the second peripheral element 26, and therefore of the individual armature 13, relative to the first peripheral element 18, along the second pivot axis.
  • sealing means 14 are arranged between the pipe sections 10.
  • the individual reinforcements 13 of the longitudinal elements 8 can comprise a portion of upper end 32 and a lower end portion 34, the upper end portion 32 having a diameter of an inner peripheral surface which is greater than the diameter of an outer peripheral surface of the lower end portion 34.
  • upper end extends longitudinally beyond the pipe section 10 so as to be able to surround the outer peripheral surface of the lower end portion 34 of an adjacent longitudinal element 8 .
  • the inner peripheral surface of the upper end portion 32 and the outer peripheral surface of the adjacent lower end portion 34 form two cylindrical surfaces facing each other between which seals can be mounted, for example flexible slats.
  • the flexible slats make it possible to limit the circulation of water between the inside and the outside of the pipe 4, while allowing the two adjacent individual reinforcements 13 to have a certain degree of freedom in rotation with respect to each other. 'other.
  • the reinforcement individual 13 of the upper longitudinal element 8 is not force-fitted in the upper end portion 32 of the lower longitudinal element 8.
  • a pipe 4 is thus obtained which can be particularly long, while having a fixed diameter thanks to the rigid pipe sections 10.
  • the device 1 also comprises a ballast 40.
  • the ballast 40 has the general shape of a hollow cylinder.
  • the hollow cylinder is closed at its lower end and open at its upper end so as to be able to place more or fewer ballast elements therein depending on the configuration of the device.
  • the ballast 40 is mounted on the device 1 thanks to the cables 11 of the support structure 6 which are fixed to the upper end of the hollow cylinder. The ballast therefore makes it possible to stretch the support structure 6 in order to pump the water to the greatest possible depth.
  • the lower end of the ballast 40 may also have a thinner thickness, in order to facilitate the flow of cold water towards the inside of the pipe 4.
  • the device 1 also comprises a pipe head 42.
  • the pipe head 42 allows the connection between the pipe 4 and the support 2 in which the cold water is pumped.
  • the pipe head thus comprises a pipe section 10 and a fixing assembly 12 which is not necessarily arranged at one of the ends of the section 10 but which makes it possible to fix the section 10 to the supporting structure 6 like the sections of the longitudinal elements 8.
  • the driving head 42 also comprises a pumping zone 44 which can be in the form of a hollow cylinder, the internal diameter of which corresponds to the external diameter of the fixing assembly 12 of the driving head 42
  • the fixing assembly 12 is positioned in a sealed manner in the pumping zone 44, in order to prevent the water surrounding the pipe head 42, from infiltrating into the pumping zone 44.
  • the pumping zone 44 extends above the upper end of the section 10 and above the level of the water at rest. This prevents water does not enter the pumping zone 44 from above, for example under the effect of the swell.
  • the pumping zone 44 also comprises a connecting opening with pumping means 46.
  • the connecting opening is arranged above the fixing assembly 12 and below the level of the water at rest. The distance between the connecting opening and the sea level defines the maximum difference in height AH that can be obtained when pumping the water leaving the pipe 4 in the pumping zone 44.
  • the pipe 4, with its ballast 40 and its pipe head 44, are mounted on the support 2 which supports the carrier structure 6. More specifically, the cables 11 of the carrier structure 6 are unwound from reels 48 arranged on the support 2 and driven by winches 50, in particular vertical winches without lateral offset, up to a deflection pulley 52. Such winches are known and in particular marketed by the company Imeca.
  • winches 50 without lateral offset make it possible to use downstream deflection pulleys 52 which are fixed on the support, and which can therefore lower the supporting structure 6 from the same point. Such a configuration notably facilitates the installation of the pipe 4 as described below.
  • the longitudinal elements 8 can also include means for prestressing the pipe section 10. Such prestressing means are therefore intended to create, in the pipe section 10, an initial centrifugal stress which will be compensated, during operation, with the centripetal stress created by the internal suction of the pipe 4.
  • the individual reinforcement 13 of the longitudinal elements 8 comprises various means intended to serve as a support for the prestressing means.
  • the individual reinforcement 13 can thus comprise longitudinal means 54, for example cylindrical tubes, extending between the upper end portion 32 and the lower end portion 34 of the individual reinforcement 13.
  • the longitudinal means 54 are preferably uniformly distributed around the periphery of the pipe section 10, and can be three, four, five or even six in number.
  • the longitudinal means 54 make it possible to maintain fixed and stable the distance between the lower end portion 34 and the upper end portion 32 of the individual frame 13.
  • the longitudinal means 54 can also serve as a support for peripheral supports and /or prestressing means.
  • the individual armature 13 may also comprise peripheral means 56, for example in the form of toroids, extending around the pipe section 10, in planes parallel to those of the end portions 32, 34.
  • the peripheral means 56 are in particular mounted on the longitudinal means 54, for example cross the longitudinal means 54, to surround the pipe section 10.
  • the peripheral means 56 are preferably uniformly distributed between the lower end portion 34 and the lower end portion upper end 32 of the individual reinforcement 13, and can be two, three, four or even five in number. Peripheral means 56 serve as a support for prestressing means.
  • the individual reinforcement 13 with its longitudinal 54 and peripheral 56 means form a kind of cylindrical cage, or crinoline, surrounding the pipe section 10 and on which it is then possible to mount prestressing means for pre - constrain the section of pipe 10.
  • the longitudinal element 8 can comprise circumferential prestressing means 58, and longitudinal prestressing means 60 (see FIG. 4).
  • the longitudinal prestressing means 60 make it possible to create a tensile stress which extends along the axial direction of the pipe section 10.
  • the longitudinal prestressing means 60 therefore make it possible to stretch the pipe section 10 in the direction of its length.
  • the pipe section 10 may already comprise, at a first end, for example at the upper end, a peripheral collar 62 intended to rest on a shoulder 64 of one of the portions of end of the individual armature 13, for example of the upper end portion 32.
  • the peripheral collar 62 thus makes it possible to block the pipe section 10 on the end portion of the individual armature 13, and prevents the section from pipe 10 to slide inside the individual reinforcement 13.
  • the pipe section 10 is also mounted, by its second end opposite the first end, to the other end portion of the individual reinforcement 13, for example at the lower end portion 34, by a longitudinal prestressing means 60 making it possible to adjust the distance between the end of the pipe section 10 and the end portion of the individual reinforcement 13.
  • the longitudinal prestressing means 60 can thus be a tie rod in engagement, on one side, in a thread of the pipe section 10 and, on the other side, with a bolt positioned in abutment on the end portion of the individual reinforcement 13.
  • a tie rod in engagement, on one side, in a thread of the pipe section 10 and, on the other side, with a bolt positioned in abutment on the end portion of the individual reinforcement 13.
  • circumferential prestressing means 58 make it possible to create a tensile stress which extends along the centrifugal or radial direction of the pipe section 10.
  • the circumferential prestressing means 58 therefore make it possible to stretch the pipe section 10 circumferentially.
  • circumferential prestressing means 58 are mounted, by a first end, on the peripheral means 56 of the individual reinforcement 13, and, by a second end opposite the first end, on the pipe section 10.
  • the circumferential prestressing means 58 are also distributed around the periphery of the pipe section 10.
  • the circumferential prestressing means 58 make it possible to adjust the distance between the peripheral surface of the pipe section 10 and the peripheral means 56 of the armature individual 13.
  • FIGS 5 and 6 illustrate two embodiments of a peripheral prestressing means 58 made in the form of a turnbuckle.
  • the peripheral prestressing means 58 thus comprise a body in two parts: a first part 66 secured to the pipe section 10, and a second part 68 secured to the peripheral means 56.
  • An elastic means 70 such as spring washers, is positioned between the two parts 66, 68 of the body of the peripheral prestressing means 58, in order to be able to modify the spacing between the two parts 66, 68 of the body according to the amplitude of the forces exerted between the two parts 66, 68 of the body.
  • the peripheral prestressing means 58 may comprise a means of attachment to the pipe section 10 having a determined minimum area of contact with the pipe section 10.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)

Abstract

L'invention concerne un dispositif pour pomper de l'eau en grande profondeur, comprenant une pluralité d'éléments longitudinaux (8) assemblés entre eux pour former une conduite à l'intérieure de laquelle circule l'eau pompée en grande profondeur, dans lequel chaque élément longitudinal (8) comprend une paroi (10), par exemple d'épaisseur inférieure ou égale à 5cm, formant un tronçon de ladite conduite, ladite paroi (10) étant précontrainte en traction, par exemple longitudinalement et/ou circonférentieSlement, lorsque l'eau n'est pas pompée dans la conduite.

Description

Dispositif pour pomper l'eau en grande profondeur
Domaine Technique
[0001] La présente invention concerne les dispositifs de pompage en eaux profondes. En particulier, la présente invention concerne les conduites, ou risers, permettant l'acheminement de l'eau depuis les grandes profondeurs jusqu'en surface.
T chnique antérieure
[0002] Il est connu actuellement d'utiliser des conduites (ou « riser » en anglais) pour acheminer de l'eau, par exemple de mers ou de lacs, provenant de grandes profondeurs et à basse température, jusqu'à une plateforme ou un bateau. Cette eau à basse température peut alors être utilisée comme source froide dans des systèmes mettant en œuvre un cycle thermodynamique pour produire, par exemple, de l'énergie. On parle dans ce cas d'« énergie thermique des mers » (ETM). Alternativement, cette eau à basse température peut être utilisée comme liquide de refroidissement pour des installations (de climatisation ou de liquéfaction de gaz naturel par exemple) présentes sur la plateforme ou le bateau.
[0003] La conduite doit pouvoir permettre la remontée d'un grand volume d'eau, classiquement plusieurs dizaines, voire centaines, de milliers de mètres-cubes par heure, issu de grandes profondeurs, par exemple plusieurs centaines de mètres. Cette remontée s'effectue à l'aide de moyens de pompage se situant en surface, par exemple des pompes abaissant le niveau de l'eau dans la conduite par rapport au niveau de la mer, ou bien se situant en profondeur dans la conduite.
[0004]II est donc nécessaire de concevoir une conduite présentant un diamètre élevé, par exemple de plusieurs mètres, et pouvant résister : aux efforts générés par la liaison avec le support en surface, aux variations de pressions dynamiques (comme l'effet de houle par exemple), aux actions des courants, aux pressions et/ou dépressions.
[0005]II existe ainsi des conduites métalliques et/ou en matériaux composites, pouvant atteindre des longueurs allant jusqu'à 150 mètres. [0006] Néanmoins, il est actuellement difficile d'envisager de telles conduites avec des longueurs beaucoup plus importantes, pour des raisons de tenue mécanique.
[0007] Par ailleurs, l'installation de telles conduites reste également problématique en raison de la longueur desdites conduites qui les rend délicates à manipuler.
[0008] La demande WO 2019/097151 décrit une conduite pour pomper l'eau en grande profondeur, qui présente une longueur plus importante que les conduites antérieures, et qui peut être installée plus facilement.
[0009] Néanmoins, de telles conduites peuvent devenir instables, notamment la paroi, en raison des contraintes dues à la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur de la conduite, ce qui peut conduire à des déformations ou à des écrasements de la paroi.
Exposé de l'invention
[0010] La présente invention vise à résoudre les différents problèmes techniques énoncés précédemment. En particulier, la présente invention vise à proposer un dispositif pour pomper l'eau en grande profondeur, avec une conduite présentant une longueur importante et une stabilité mécanique élevée, et pouvant être installée plus facilement.
[0011] Ainsi, selon un aspect, il est proposé un dispositif pour pomper de l'eau en grande profondeur, comprenant une pluralité d'éléments longitudinaux assemblés entre eux pour former une conduite à l'intérieure de laquelle circule l'eau pompée en grande profondeur. Chaque élément longitudinal comprend une paroi, formant un tronçon de ladite conduite, ladite paroi étant précontrainte en traction, par exemple longitudinalement et/ou circonférentiellement, lorsque l'eau n'est pas pompée dans la conduite.
[0012] La paroi peut présenter une épaisseur inférieure ou égale à 5 cm, de préférence inférieure à 3 cm, voire à 1 cm. Préférentiellement, la paroi peut présenter une épaisseur comprise entre 3 et 4mm.
[0013]Ainsi, la conduite selon la présente invention comprend une paroi qui est précontrainte. La précontrainte a pour but de limiter les contraintes globales que va subir la paroi lorsque la conduite va être utilisée pour pomper de l'eau. En effet, pour faire remonter l'eau froide à l'intérieur de la conduite, une dépression est créée à l'intérieure de celle-ci ce qui provoque des contraintes dans la paroi. Afin de limiter de telles contraintes, la paroi est prévue pour être précontrainte avant le pompage de l'eau dans la conduite. Ainsi, lors du pompage, les contraintes créées par la dépression intérieure de la conduite, qui sont des contraintes centripètes, vont venir s'équilibrer, dans le matériau de la paroi, par la précontrainte qui est une précontrainte centrifuge. Au final, les contraintes s'exerçant dans le matériau de la paroi s'opposent pour conduire à une contrainte finale plus faible, limitant les risques de déformations, voire d'écrasements, de la paroi.
[0014] Préférentiellement, ladite précontrainte, par exemple radiale ou centrifuge, est choisie sensiblement supérieure ou égale, en amplitude, à la dépression créée à l'intérieur pour pomper l'eau avec le dispositif, de manière à équilibrer les pressions s'exerçant sur la paroi lorsque de l'eau est pompée avec le dispositif.
[0015] En choisissant une précontrainte d'amplitude similaire à la précontrainte qui est créée à l'intérieur de la conduite, il est possible d'obtenir une contrainte totale faible, voire nulle, s'exerçant dans la paroi lors de son utilisation.
[0016] Préférentiellement, chaque élément longitudinal comprend une armature individuelle, par exemple sous forme de crinoline, ladite paroi étant montée sur, et en particulier à l'intérieur de, l'armature.
[0017] L'armature a pour but de fournir un support mécanique stable, pour créer la précontrainte de la paroi.
[0018] Préférentiellement, les armatures sont configurées pour relier entre eux de manière étanche, lesdits éléments longitudinaux, par exemple comprennent des portions d'extrémité avec des moyens d'étanchéité configurées pour coopérer avec les portions d'extrémité des armatures adjacentes.
[0019] Les armatures peuvent aussi être utilisées pour permettre l'assemblage, notamment étanche, des éléments longitudinaux entre eux, et permettre le montage des éléments longitudinaux sur une structure porteuse externe. [0020] Préférentiellement, la paroi de chaque élément longitudinal est précontrainte par rapport à l'armature. L'armature constituant un support mécanique stable de l'élément longitudinal, il peut être utilisé comme appui pour créer la précontrainte centrifuge, ou radiale, dans la paroi.
[0021] Préférentiellement, le dispositif comprend des moyens de précontrainte circonférentiels de la paroi, par exemple des ridoirs, et/ou des moyens de précontrainte longitudinaux de la paroi, par exemple des tirants, lesdits moyens circonférentiels et/ou longitudinaux de précontrainte étant montés entre l'armature et la paroi.
[0022] Les moyens de précontrainte circonférentiels ou longitudinaux sont montés entre l'armature et la paroi, et permettent d'exercer une contrainte sur la paroi en prenant appui sur l'armature. Ainsi, en cas d'armature extérieure à la paroi, les moyens de précontrainte circonférentiels ou longitudinaux vont être montés entre l'armature et la paroi, et vont être configurés pour pouvoir diminuer leur longueur, de manière à créer une précontrainte centrifuge, ou radiale, ou bien une précontrainte longitudinale, ou axiale, dans la paroi.
[0023] Préférentiellement, les moyens de précontrainte, de préférence circonférentiels, comprennent un moyen élastique, par exemple des rondelles ressort montées dans les ridoirs, pour permettre une déformation de la paroi précontrainte, lorsque de l'eau est pompée avec le dispositif.
[0024] Le moyen élastique permet au moyen de précontrainte de se déformer sous l'effet d'une contrainte extérieure : cela permet notamment à la paroi de se déformer sous l'effet des contraintes liées à la dépression intérieure de la conduite lors du pompage de l'eau. Ainsi, la déformation de la paroi lors de la mise en place de la précontrainte initiale, n'est pas fixe, mais peut au contraire changer lorsque la paroi subit les contraintes dues à la différence de pression hydraulique qui viennent équilibrer la précontrainte. Ainsi, la paroi peut retrouver sa forme, ou géométrie ou dimension, initiale, avant la précontrainte, lorsque de l'eau est pompée avec le dispositif, grâce au moyen élastique des moyens de précontraintes. Les moyens élastiques permettent, grâce à leur déformation, à la paroi précontrainte de se déformer sous l'effet des contraintes liées à l'aspiration de l'eau lors du pompe. La précontrainte et les contraintes de dépression se compensant, la paroi peut alors retrouver sa forme initiale, et subir peu de contraintes mécaniques.
[0025] Préférentiellement, l'armature comprend au moins deux, de préférence trois, moyens longitudinaux, par exemple des barres, reliant entre elles les portions d'extrémité de l'armature, et au moins deux, de préférence quatre ou plus, moyens périphériques, par exemple des tores, reliant les moyens longitudinaux entre eux.
[0026] L'armature est ainsi formée de barres et de tores formant comme une cage entourant, ou entourée, par la paroi. L'armature permet de fournir une multitude de points d'appui pour les moyens de précontraintes, répartis sur la périphérie de la paroi.
[0027] Préférentiellement, le dispositif comprend également une structure porteuse, et les éléments longitudinaux sont montés individuellement de manière solidaire sur la structure porteuse, de préférence par l'extrémité supérieure ou inférieure de leur armature.
[0028] Le dispositif pour pomper de l'eau en grande profondeur, comprend d'une part une structure porteuse, par exemple comporte au moins, de préférence trois ou plus, câbles, et d'autre part une pluralité d'éléments longitudinaux formant la conduite à l'intérieure de laquelle circule l'eau pompée en grande profondeur. Les éléments longitudinaux sont montés individuellement de manière solidaire sur la structure porteuse, de préférence par leur extrémité supérieure ou inférieure, et sont reliés entre eux par des moyens d'étanchéité.
[0029]Ainsi, la conduite est réalisée à partir d'éléments longitudinaux solidarisés individuellement sur une structure porteuse. La conduite n'est donc plus une conduite monobloc formée d'une seule pièce, mais est formée par l'assemblage, via des moyens d'étanchéité, d'une pluralité d'éléments longitudinaux. Afin de limiter les contraintes mécaniques s'appliquant sur les moyens d'étanchéité, mais également sur les éléments longitudinaux eux-mêmes, chaque élément longitudinal est monté de manière solidaire sur la structure porteuse, de sorte que les moyens d'étanchéité n'ont aucune fonction mécanique, ce qui permet de leur conférer une durée de vie et une efficacité plus grande. Par ailleurs, une telle structure est plus facile à installer notamment, puisqu'il est possible de monter successivement, par exemple in situ sur la plateforme ou sur le bateau, les différents éléments longitudinaux sur la structure porteuse au fur et à mesure que celle-ci est immergée.
[0030] Préférentiellement, la structure porteuse comprend au moins deux, de préférence trois ou plus, câbles, répartis sur la périphérie des éléments longitudinaux.
[0031] La structure porteuse est formée ici de plusieurs câbles, par exemple en acier, répartis sur la périphérie des éléments longitudinaux. Une telle structure porteuse présente l'avantage d'être souple, et donc de pouvoir être par exemple enroulée sur une bobine afin de faciliter son stockage et son transport, tout en ayant les propriétés mécaniques suffisantes pour supporter le poids des différents éléments longitudinaux. Ainsi, lors de l'installation de la conduite, les câbles de la structure porteuse peuvent être déroulés et les éléments longitudinaux de la conduite y être montés au fur et à mesure.
[0032] Préférentiellement, chaque élément longitudinal comprend un ensemble de fixation permettant de monter l'armature individuelle sur la structure porteuse.
[0033] Préférentiellement, le tronçon de conduite, ou paroi, est formé en alliage d'aluminium, en acier ou bien en matériaux composites. Un tel tronçon de conduite précontraint permet de garantir la forme de la conduite, malgré la pression due à la différence de hauteur d'eau créée à l'intérieur de la conduite pour pomper l'eau froide. Il est alors possible de contrôler le débit d'eau circulant dans la conduite avec la dépression appliquée en haut de la conduite. De plus, on obtient également une meilleure tenue mécanique de la conduite dans son ensemble qui peut ainsi mieux résister aux différentes contraintes s'exerçant sur elle. Enfin, avec une structure rigide, le débit d'eau circulant dans la conduite reste constant sur tout le long de la conduite. [0034] Préférentiellement, le tronçon de conduite peut comprendre des moyens de renforcement mécanique, par exemple une ou plusieurs cerces montées sur une surface périphérique extérieure du tronçon de conduite.
[0035] Les cerces permettent de réduire l'épaisseur du tronçon de conduite, et donc le poids du tronçon de conduite, tout en ayant toujours les mêmes propriétés mécaniques grâce au renfort des cerces.
[0036] Préférentiellement, le tronçon de conduite peut comprendre des moyens d'isolation thermique, par exemple un matériau nanoporeux disposé sur la surface périphérique intérieure ou extérieure du tronçon.
[0037] Préférentiellement, l'ensemble de fixation est monté sur l'armature individuelle par des premières liaisons pivot, de préférence deux diamétralement opposées sur la périphérie de l'armature individuelle. Les liaisons pivot entre l'armature individuelle et l'ensemble de fixation permettent d'apporter une certaine souplesse à la conduite. En effet, la structure porteuse, formée de câbles, peut se déformer dans une certaine mesure selon les contraintes qu'elle subit, alors que les éléments longitudinaux de la conduite sont rigides. Les liaisons pivot permettent d'apporter un degré de liberté, certes limité, au niveau des jonctions entre éléments longitudinaux adjacents. On peut ainsi obtenir des déviations entre les axes de deux armatures individuelles adjacentes, pouvant être de l'ordre de 5°, ce qui reste faible mais qui, compte tenu du nombre d'éléments longitudinaux, peut aboutir à une courbure importante de la conduite dans son ensemble. Une telle liberté, même faible, permet de mieux supporter, voire résister, à certaines des contraintes subies par la conduite.
[0038] Préférentiellement, l'ensemble de fixation comporte un premier élément périphérique avec des moyens de fixation à la structure porteuse, par exemple des serres-câbles et éventuellement des raidisseurs.
[0039] Il s'agit ici d'un exemple de fixation des éléments longitudinaux sur la structure porteuse : des serres-câbles permettent ainsi de monter de manière solidaire l'ensemble de fixation de l'élément longitudinal sur les câbles, et les raidisseurs permettent de réduire la courbure des câbles à la sortie des serres- câbles afin de limiter la détérioration des câbles.
[0040] Préférentiellement, l'ensemble de fixation comprend également un deuxième élément périphérique monté entre l'armature individuelle et le premier élément périphérique, et monté sur le premier élément périphérique par des deuxièmes liaisons pivot, de préférence deux diamétralement opposées, les deuxièmes liaisons pivot entre le premier élément périphérique et le deuxième élément périphérique et les premières liaisons pivot entre le deuxième élément périphérique et l'armature individuelle étant réparties sur la périphérie de l'élément longitudinal.
[0041] Dans ce cas, il est prévu deux axes de pivotement de l'armature individuelle par rapport à la structure porteuse. Un premier axe est obtenu par deux liaisons pivot montées entre le deuxième élément périphérique et le premier élément périphérique solidaire de la structure porteuse, et un deuxième axe, de préférence perpendiculaire au premier, est obtenu par deux liaisons pivot montées entre l'armature individuelle et le deuxième élément périphérique. On obtient alors un degré de liberté entre deux armatures individuelles adjacentes qui est plus important et qui permet une orientation, certes faible, selon n'importe quelle direction de l'espace afin de répondre aux contraintes extérieures qui s'appliquent sur la conduite.
[0042] Préférentiellement, l'armature individuelle comprend une portion d'extrémité supérieure et une portion d'extrémité inférieure, le diamètre de la surface périphérique intérieure de la portion d'extrémité supérieure est supérieure au diamètre de la surface périphérique extérieure de la portion d'extrémité inférieure, la portion d'extrémité supérieure s'étendant, longitudinalement, au- delà de la paroi formant tronçon de conduite de manière à pouvoir entourer la surface périphérique extérieure de la portion d'extrémité inférieure d'un élément longitudinal adjacent afin de former, avec ladite surface périphérique extérieure de la portion d'extrémité inférieure de l'élément longitudinal adjacent, deux surfaces d'appui cylindriques en regard l'une de l'autre entre lesquelles sont disposés les moyens d'étanchéité. [0043] Selon ce mode de réalisation, on prévoir que deux armatures individuelles adjacentes s'emboîtent en partie l'une dans l'autre. Afin de garder une certaine liberté de pivotement entre lesdites deux armatures individuelles adjacentes, l'emboîtement entre les deux armatures individuelles ne se fait pas en force mais au contraire avec un jeu important entre les deux surfaces en regard. Toutefois, les deux surfaces en regard peuvent alors former des surfaces d'appui pour les moyens d'étanchéité qui sont alors plus faciles à installer.
[0044] Préférentiellement, les moyens d'étanchéité comprennent des lamelles souples et/ou un ou plusieurs joints gonflables à l'eau et/ou un ou plusieurs joints soufflet. Les joints sont prévus pour permettre à la fois une certaine liberté de mouvement des armatures individuelles adjacentes entre elles, mais également de résister aux différentes pressions subies au fur et à mesure que la profondeur est importante. A cet effet, plusieurs types de joints peuvent être associés afin de limiter les fuites entre l'intérieur et l'extérieur de la conduite. En effet, de telles fuites conduiraient à réchauffer l'eau acheminée à l'intérieur de la conduite et donc à réduire le rendement du système.
[0045] Préférentiellement, le dispositif comprend également un lest monté à une extrémité inférieure de la structure porteuse. Le lest permet d'éviter un relèvement trop important de l'extrémité inférieure de la conduite, afin d'essayer de pomper l'eau à la plus grande profondeur, et donc la plus froide possible.
[0046] Préférentiellement, le dispositif comprend également un support sur lequel est retenue la structure porteuse par une extrémité supérieure. Le support peut être une plateforme ou un bateau, ou bien une partie d'une plateforme ou d'un bateau.
[0047] Préférentiellement, le support comprend un moyen d'entraînement de la structure porteuse, par exemple au moins deux, voire trois ou plus, treuils de préférence sans déport latéral.
[0048] Préférentiellement, le support comprend au moins une pompe en communication fluidique avec l'intérieur de la conduite et débouchant à une distance déterminée sous le niveau de l'eau dans la conduite au repos, par exemple entre 3 et 4 mètres sous le niveau de l'eau au repos.
[0049] La pompe permet de faire circuler l'eau à l'intérieur de toute la conduite, en aspirant uniquement la partie en surface. En maintenant une différence de hauteur entre le niveau à l'intérieur de la conduite et le niveau de la mer ou du lac, on obtient automatiquement une circulation de l'eau vers l'intérieur de la conduite, c'est-à-dire une entrée d'eau froide.
[0050]Alternativement, le dispositif peut comprendre au moins une pompe montée sur une partie inférieure de la conduite et/ou de la structure porteuse. Dans ce cas, l'eau est entraînée à l'intérieur de la conduite par une pompe située en bas de celle-ci et qui provoque la circulation de l'eau froide vers l'intérieur et vers le haut de la conduite.
[0051] Préférentiellement, la conduite présente une longueur totale supérieure ou égale à 150 mètres, de préférence supérieure ou égale à 500 mètres, de préférence supérieure ou égale à 1 000 mètres, et un diamètre interne supérieur ou égal à 1 mètre, de préférence supérieur ou égal à 2 mètres, de préférence supérieur ou égal à 4 mètres.
[0052] Préférentiellement, la conduite comprend un nombre d'éléments longitudinaux supérieur ou égal à 10, de préférence supérieur ou égal à 25, plus préférentiellement supérieur ou égal à 40.
Brève description des dessins
[0053][Fig. 1] La figure 1 représente de manière schématique un dispositif de pompage d'eau en grande profondeur selon l'invention ;
[0054] [Fig. 2] La figure 2 représente, en perspective, un élément longitudinal selon la présente invention ;
[0055] [Fig. 3] La figure 3 est une représentation schématique en coupe de l'extrémité supérieure de l'élément longitudinal représenté à la figure 2; [0056] [Fig. 4] La figure 4 est une représentation schématique en coupe de la fixation d'un élément longitudinal sur la structure porteuse et de sa jonction avec l'élément longitudinal adjacent ;
[0057] [Fig. 5] La figure 5 représente de manière schématique, un premier exemple de moyen de précontrainte circonférentiel selon la présente invention, et
[0058] [Fig. 6] La figure 6 représente de manière schématique, un deuxième exemple de moyen de précontrainte circonférentiel selon la présente invention.
Description des modes de réalisation
[0059] La figure 1 illustre de manière schématique un dispositif 1 de pompage d'eau en grande profondeur selon la présente invention. Le dispositif 1 comprend un support 2 sur lequel est montée une conduite 4 par l'intermédiaire d'une structure porteuse 6. Plus précisément, la conduite 4 est formée d'une pluralité d'éléments longitudinaux 8 comportant chacun un tronçon de conduite, ou paroi, 10. La conduite 4 est donc formée par l'assemblage des différents tronçons de conduite 10 des différents éléments longitudinaux 8.
[0060] La structure porteuse 6 peut comprendre un ou plusieurs câbles 11, de préférence trois, voire plus, câbles 11, par exemple en acier, répartis autour de la conduite 4. L'utilisation de câbles permet d'avoir une structure porteuse 6 qui peut être enroulée, par exemple sur une bobine, pour son stockage et son transport : on obtient alors une structure porteuse 6 compacte et facile à manipuler, malgré sa longueur.
[0061]Comme illustré à la figure 2, chaque élément longitudinal 8 comprend un tronçon de conduite, ou paroi, 10, par exemple de forme cylindrique, une armature individuelle 13 et un ensemble de fixation 12 disposé en partie supérieure de l'armature individuelle 13. Par ailleurs, afin d'assurer l'étanchéité de la conduite 4, les éléments longitudinaux 8 sont reliés entre eux par des moyens d'étanchéité 14.
[0062] Le tronçon de conduite 10 est un tronçon rigide, par exemple en matériau composite, en acier ou alliage d'aluminium. De préférence le tronçon 10 est en acier afin de présenter une tenue mécanique élevée pour un poids faible. Afin d'alléger encore plus le tronçon 10, celui-ci pourra comprendre une paroi en acier de plus faible épaisseur renforcée par une ou plusieurs cerces 16 s'étendant sur la surface périphérique extérieure du tronçon 10 et réparties sur la longueur du tronçon 10. Par ailleurs, afin de limiter les pertes thermiques entre l'eau froide circulant à l'intérieur de la conduite 4 et l'eau chaude se trouvant autour de la conduite 4, un ou plusieurs éléments longitudinaux, par exemple ceux se trouvant du côté de la surface de l'eau, peuvent également comprendre un revêtement en matériau isolant thermique, par exemple en matériau nanoporeux. L'eau pompée en grande profondeur peut ainsi rester froide durant sa remontée le long de la conduite 4, ce qui augmente le rendement du cycle thermodynamique dans lequel elle est utilisée.
[0063]Comme illustré sur la figure 3, l'ensemble de fixation 12 permet de fixer l'élément longitudinal 8, et plus particulièrement l'armature individuelle 13, sur les câbles 11 de la structure porteuse 6. Ainsi, le poids de la conduite 4 est porté de manière régulière sur la structure porteuse 6, de sorte à éviter les contraintes de poids entre les différents éléments longitudinaux 8 entre eux, et permettre également, comme cela est décrit ci-dessous, une certaine mobilité des éléments longitudinaux 8 entre eux.
[0064] Ainsi, l'ensemble de fixation 12 comprend un premier élément périphérique 18 qui est fixé sur la structure porteuse 6. Le premier élément périphérique 18 peut ainsi présenter une forme annulaire s'étendant autour de l'armature individuelle 13, avec des moyens de fixation à la structure porteuse 6. Les moyens de fixation peuvent par exemple être des encoches configurées pour coopérer avec un serre-câble 20 de manière à venir monter solidairement le premier élément périphérique 18 sur les câbles 11 de la structure porteuse 6 (voir figure 4). Plus précisément, les encoches peuvent comprendre un évidement semi-cylindrique et le serre-câble 20 peut également présenter un évidement semi-cylindrique de manière à ce que, lorsque le serre-câble 20 est monté dans l'encoche, par exemple par des vis 22, on obtient un trou cylindrique dans lequel le câble 11 de la structure porteuse 6 est enserré. Le premier élément périphérique 18 est donc monté de manière solidaire avec la structure porteuse 6.
[0065] Des raidisseurs 24 peuvent également être prévus sur le premier élément périphérique 18, dans la continuité des moyens de fixation 20, afin de limiter la courbure du câble 11 en sortie du moyen de fixation 20. Ainsi, le raidisseur 24 peut être un élément longiligne, par exemple sous forme de cône, dont une extrémité est montée sur le premier élément périphérique 18 et dont l'autre extrémité est en contact avec le câble 11. Le raidisseur 24 peut se déformer entre ses deux extrémités, mais de manière moins prononcée que le câble 11 de la structure porteuse 6, afin de laisser toujours au câble 11 une certaine souplesse tout en limitant la courbure de celui-ci à proximité immédiate des moyens de fixation. On limite ainsi une dégradation du câble 11.
[0066] L'ensemble de fixation 12 peut également comprendre un deuxième élément périphérique 26 monté entre l'armature individuelle 13 et le premier élément périphérique 18. Le deuxième élément périphérique 26 peut ainsi présenter une forme de tore, par exemple creux, s'étendant autour de l'armature individuelle 13. Le deuxième élément périphérique 26 permet de faire la liaison mécanique entre l'armature individuelle 13 et le premier élément périphérique 18, tout en autorisant des rotations de l'armature individuelle 13 par rapport au premier élément périphérique 18 selon n'importe quelle direction de l'espace.
[0067]A cete fin, le deuxième élément périphérique 26 comprend deux premières liaisons pivot 28 montées selon un premier axe pivot qui est illustré à l'horizontale sur la figure 3. Les deux premières liaisons pivot 28 sont montées entre l'armature individuelle 13 et le deuxième élément périphérique 26 : elles permetent d'avoir un degré de liberté en rotation de l'armature individuelle 13 par rapport au deuxième élément périphérique 26 selon le premier axe pivot.
[0068] Par ailleurs, le deuxième élément périphérique 26 comprend également deux deuxièmes liaisons pivot 30 montées selon un deuxième axe pivot qui est illustré à la verticale sur la figure 3. Les deux deuxièmes liaisons pivot 30 sont montées entre le deuxième élément périphérique 26 et le premier élément périphérique 18, avec un deuxième axe de pivot qui est perpendiculaire au premier axe de pivot tout en restant dans un plan sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale générale de la conduite 4, c'est-à-dire dans le plan du premier élément périphérique 18. Ainsi, les deuxièmes liaisons pivot permettent d'avoir un degré de liberté en rotation du deuxième élément périphérique 26, et donc de l'armature individuelle 13, par rapport au premier élément périphérique 18, selon le deuxième axe pivot.
[0069JII est ainsi possible d'avoir une rotation de l'armature individuelle 13, et donc du tronçon de conduite 10, par rapport au premier élément périphérique 18, selon n'importe quelle direction de l'espace comprise dans le plan du premier élément périphérique. Il est alors possible pour la conduite 4 de se déformer, avec une amplitude malgré tout limitée, selon les contraintes exercées par le courant.
[0070]Afin de limiter les pertes thermiques entre les différents éléments longitudinaux 8 entre eux, des moyens d'étanchéité 14 sont disposés entre les tronçons de conduite 10. Par exemple, les armatures individuelles 13 des éléments longitudinaux 8 peuvent comprendre une portion d'extrémité supérieure 32 et une portion d'extrémité inférieure 34, la portion d'extrémité supérieure 32 présentant un diamètre d'une surface périphérique intérieure qui est supérieure au diamètre d'une surface périphérique extérieure de la portion d'extrémité inférieure 34. La portion d'extrémité supérieure s'étend, longitudinalement, au- delà du tronçon de conduite 10 de manière à pouvoir entourer la surface périphérique extérieure de la portion d'extrémité inférieure 34 d'un élément longitudinal 8 adjacent. La surface périphérique intérieure de la portion d'extrémité supérieure 32 et la surface périphérique extérieure de la portion d'extrémité inférieure 34 adjacent forment deux surfaces cylindriques en regard l'une de l'autre entre lesquelles peuvent être montés des joints d'étanchéité, par exemple des lamelles souples. Les lamelles souples permetent de limiter la circulation d'eau entre l'intérieur et l'extérieur de la conduite 4, tout en permettant aux deux armatures individuelles 13 adjacentes d'avoir un certain degré de liberté en rotation l'une par rapport à l'autre. En particulier, l'armature individuelle 13 de l'élément longitudinal 8 supérieur n'est pas montée en force dans la portion d'extrémité supérieure 32 de l'élément longitudinal 8 inférieur.
[0071]On obtient ainsi une conduite 4 qui peut être particulièrement longue, tout en ayant un diamètre fixe grâce aux tronçons de conduite 10 rigides.
[0072]A son extrémité inférieure, le dispositif 1 comprend également un lest 40. Le lest 40 présente une forme générale de cylindre creux. Le cylindre creux est fermé à son extrémité inférieure et ouvert à son extrémité supérieure de manière à pouvoir y mettre plus ou moins d'éléments de lestage selon la configuration du dispositif. Le lest 40 est monté sur le dispositif 1 grâce aux câbles 11 de la structure porteuse 6 qui sont fixés à l'extrémité supérieure du cylindre creux. Le lest permet donc bien de tendre la structure porteuse 6 afin de pomper l'eau à la plus grande profondeur possible.
[0073] L'extrémité inférieure du lest 40 peut par ailleurs présenter une épaisseur plus fine, afin de faciliter l'écoulement de l'eau froide vers l'intérieur de la conduite 4.
[0074]A son extrémité supérieure, le dispositif 1 comprend également une tête de conduite 42. La tête de conduite 42 permet la liaison entre la conduite 4 et le support 2 dans lequel est pompée l'eau froide. La tête de conduite comprend ainsi un tronçon de conduite 10 et un ensemble de fixation 12 qui n'est pas forcément disposé à une des extrémités du tronçon 10 mais qui permet de fixer le tronçon 10 à la structure porteuse 6 comme les tronçons des éléments longitudinaux 8.
[0075] Par ailleurs, la tête de conduite 42 comprend également une zone de pompage 44 pouvant se présenter sous la forme d'un cylindre creux dont le diamètre intérieur correspond au diamètre extérieur de l'ensemble de fixation 12 de la tête de conduite 42. En particulier, l'ensemble de fixation 12 vient se positionner de manière étanche dans la zone de pompage 44, afin d'empêcher l'eau entourant la tête de conduite 42, de s'infiltrer dans la zone de pompage 44.
[0076] La zone de pompage 44 s'étend au-dessus de l'extrémité supérieure du tronçon 10 et au-dessus du niveau de l'eau au repos. On évite ainsi que de l'eau ne rentre dans la zone de pompage 44 par le dessus, par exemple sous l'effet de la houle.
[0077]A l'intérieur, la zone de pompage 44 comprend également une ouverture de liaison avec des moyens de pompage 46. L'ouverture de liaison est disposée au- dessus de l'ensemble de fixation 12 et en-dessous du niveau de l'eau au repos. La distance entre l'ouverture de liaison et le niveau de la mer définit la différence de hauteur AH maximale pouvant être obtenue lors du pompage de l'eau sortant de la conduite 4 dans la zone de pompage 44. Une fois l'eau froide pompée par les moyens de pompage 46, celle-ci est envoyée dans le cycle thermodynamique en tant que source froide, tandis que la différence de hauteur créée par les moyens de pompage 46 dans la zone de pompage 44 entraîne la circulation de l'eau sur toute la hauteur de la conduite 4, afin de continuer d'alimenter la zone de pompage 44 en eaux froides.
[0078] La conduite 4, avec son lest 40 et sa tête de conduite 44, sont montés sur le support 2 qui soutient la structure porteuse 6. Plus particulièrement, les câbles 11 de la structure porteuse 6 sont déroulés de bobines 48 disposées sur le support 2 et entraînés par des treuils 50, en particulier des treuils verticaux sans déport latéral, jusqu'à une poulie de renvoi 52. De tels treuils sont connus et notamment commercialisés par la société Imeca. Les treuils 50 verticaux sans déport latéral permettent d'utiliser en aval des poulies de renvoi 52 qui sont fixes sur le support, et qui peuvent donc faire descendre la structure porteuse 6 à partir du même point. Une telle configuration facilite notamment l'installation de la conduite 4 comme cela est décrit plus bas.
[0079]Afin d'améliorer la tenue mécanique de chaque tronçon de conduite 10, notamment lorsque la dépression est créée à l'intérieur de la conduite 4 pour aspirer l'eau froide, les éléments longitudinaux 8 peuvent également comprendre des moyens de précontrainte du tronçon de conduite 10. De tels moyens de précontrainte ont donc pour but de créer, dans le tronçon de conduite 10, une contrainte initiale centrifuge qui viendra se compenser, lors du fonctionnement, avec la contrainte centripète créée par l'aspiration intérieure de la conduite 4. [0080]A cet effet, l'armature individuelle 13 des éléments longitudinaux 8 comprend différents moyens destinés à servir de support pour les moyens de précontrainte. L'armature individuelle 13 peut ainsi comprendre des moyens longitudinaux 54, par exemple des tubes cylindriques, s'étendant entre la portion d'extrémité supérieure 32 et la portion d'extrémité inférieure 34 de l'armature individuelle 13. Les moyens longitudinaux 54 sont de préférence uniformément répartis sur le pourtour du tronçon de conduite 10, et peuvent être au nombre de trois, quatre, cinq voire six. Les moyens longitudinaux 54 permettent de maintenir fixe et stable, la distance entre la portion d'extrémité inférieure 34 et la portion d'extrémité supérieure 32 de l'armature individuelle 13. Les moyens longitudinaux 54 peuvent également servir de support à des supports périphériques et/ou à des moyens de précontrainte.
[0081] Ainsi, l'armature individuelle 13 peut également comprend des moyens périphériques 56, par exemple sous forme de tores, s'étendant autour du tronçon de conduite 10, dans des plans parallèles à ceux des portions d'extrémité 32, 34. Les moyens périphériques 56 sont notamment montés sur les moyens longitudinaux 54, par exemple traversent les moyens longitudinaux 54, pour entourer le tronçon de conduite 10. Les moyens périphériques 56 sont de préférence uniformément répartis entre la portion d'extrémité inférieure 34 et la portion d'extrémité supérieure 32 de l'armature individuelle 13, et peuvent être au nombre de deux, trois, quatre voire cinq. Les moyens périphériques 56 permettent de servir de support à des moyens de précontrainte.
[0082] Ainsi, l'armature individuelle 13 avec ses moyens longitudinaux 54 et périphériques 56 forment une sorte de cage cylindrique, ou crinoline, venant entourer le tronçon de conduite 10 et sur laquelle il est alors possible de monter des moyens de précontrainte pour pré-contraindre le tronçon de conduite 10.
[0083] L'élément longitudinal 8 peut comprendre des moyens de précontrainte circonférentiels 58, et des moyens de précontrainte longitudinaux 60 (voir figure 4).
[0084] Les moyens de précontrainte longitudinaux 60 permettent de créer une contrainte en traction qui s'étend selon la direction axiale du tronçon de conduite 10. Les moyens de précontrainte longitudinaux 60 permettent donc d'étirer le tronçon de conduite 10 dans le sens de sa longueur.
[0085]A cet effet, le tronçon de conduite 10 peut déjà comporter, à une première extrémité, par exemple à l'extrémité supérieure, une collerette périphérique 62 destinée à venir s'appuyer sur un épaulement 64 d'une des portions d'extrémité de l'armature individuelle 13, par exemple de la portion d'extrémité supérieure 32. La collerette périphérique 62 permet ainsi de bloquer le tronçon de conduite 10 sur la portion d'extrémité de l'armature individuelle 13, et empêche le tronçon de conduite 10 de glisser à l'intérieur de l'armature individuelle 13. Le tronçon de conduite 10 est par ailleurs monté, par sa deuxième extrémité opposée à la première extrémité, à l'autre portion d'extrémité de l'armature individuelle 13, par exemple à la portion d'extrémité inférieure 34, par un moyen de précontrainte longitudinal 60 permettant de régler la distance entre l'extrémité du tronçon de conduite 10 et la portion d'extrémité de l'armature individuelle 13.
[0086] Le moyen de précontrainte longitudinal 60 peut ainsi être un tirant en prise, d'un côté, dans un taraudage du tronçon de conduite 10 et, de l'autre côté, avec un boulon positionné en butée sur la portion d'extrémité de l'armature individuelle 13. Ainsi, en diminuant la distance entre l'extrémité du tronçon de conduite 10 et la portion d'extrémité de l'armature individuelle 13, par exemple en vissant le tirant dans le taraudage du tronçon de conduite 10 ou serrant le boulon sur le tirant, il est possible d'étirer le tronçon de conduite 10 selon sa direction axiale.
[0087]Grâce aux moyens longitudinaux 54 de l'armature individuelle 13 et aux moyens de précontrainte longitudinaux 60, il est donc possible de créer une précontrainte longitudinale, ou axiale, dans le tronçon de conduite 10.
[0088] Les moyens de précontrainte circonférentiels 58 permettent de créer une contrainte en traction qui s'étend selon la direction centrifuge, ou radiale, du tronçon de conduite 10. Les moyens de précontrainte circonférentiels 58 permettent donc d'étirer le tronçon de conduite 10 circonférentiellement. [0089]A cet effet, des moyens de précontrainte circonférentiels 58 sont montés, par une première extrémité, sur les moyens périphériques 56 de l'armature individuelle 13, et, par une deuxième extrémité opposée à la première extrémité, sur le tronçon de conduite 10. Les moyens de précontrainte circonférentiels 58 sont par ailleurs répartis sur le pourtour du tronçon de conduite 10. Les moyens de précontrainte circonférentiels 58 permettent de régler la distance entre la surface périphérique du tronçon de conduite 10 et les moyens périphériques 56 de l'armature individuelle 13.
[0090] Les figures 5 et 6 illustrent deux modes de réalisation d'un moyen de précontrainte périphérique 58 réalisé sous la forme d'un ridoir. Les moyens de précontrainte périphériques 58 comportent ainsi un corps en deux parties : une première partie 66 solidaire du tronçon de conduite 10, et une deuxième partie 68 solidaire du moyen périphérique 56. Un moyen élastique 70, tel que des rondelles ressort, est positionné entre les deux parties 66, 68 du corps du moyen de précontrainte périphérique 58, afin de pouvoir modifier l'écartement entre les deux parties 66, 68 du corps selon l'amplitude des forces s'exerçant entre les deux parties 66, 68 du corps.
[0091] Ainsi, en diminuant la distance entre les deux parties 66, 68 du corps du moyen de précontrainte périphérique 58, il est possible d'étirer le tronçon de conduite 10 selon sa direction radiale. Par ailleurs, afin d'éviter que la précontrainte exercée par le moyen de précontrainte périphérique 58 sur le tronçon de conduite 10 ne soit trop localisée et n'endommage localement le tronçon de conduite 10, le moyen de précontrainte périphérique 58 peut comprendre un moyen d'attache sur le tronçon de conduite 10 présentant une superficie minimale déterminée de contact avec le tronçon de conduite 10.
[0092]Grâce aux moyens circonférentiels 56 de l'armature individuelle 13 et aux moyens de précontrainte périphériques 58, il est donc possible de créer une précontrainte centrifuge, ou radiale, dans le tronçon de conduite 10, qui viendra s'opposer directement aux contraintes centripètes dues à la dépression créée à l'intérieur de la conduite 4, en fonctionnement. [0093]0n obtient alors de manière simple et rapide une conduite de pompage d'eau froide en grande profondeur pouvant mesurer plusieurs centaines de mètres de long. En particulier, le dispositif décrit est facile à installer, et permet de contrôler le débit d'eau froide par les moyens de pompage, grâce au diamètre constant de la conduite.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Dispositif (1) pour pomper de l'eau en grande profondeur, comprenant une pluralité d'éléments longitudinaux (8) assemblés entre eux pour former une conduite (4) à l'intérieure de laquelle circule l'eau pompée en grande profondeur, dans lequel chaque élément longitudinal (8) comprend une paroi (10), par exemple d'épaisseur inférieure ou égale à 5cm, formant un tronçon de ladite conduite (4), ladite paroi (10) étant précontrainte en traction, par exemple longitudinalement et/ou circonférentiellement, lorsque l'eau n'est pas pompée dans la conduite (4).
[Revendication 2] Dispositif (1) selon la revendication précédente, dans laquelle ladite précontrainte, par exemple radiale, est choisie sensiblement supérieure ou égale, en amplitude, à la dépression créée à l'intérieur pour pomper l'eau avec le dispositif (1), de manière à équilibrer les pressions s'exerçant sur la paroi (10) lorsque de l'eau est pompée avec le dispositif.
[Revendication 3] Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque élément longitudinal (8) comprend une armature individuelle (13), par exemple sous forme de crinoline, ladite paroi (10) étant montée sur, et en particulier à l'intérieur de, l'armature (13).
[Revendication 4] Dispositif (1) selon la revendication précédente, dans lequel les armatures (13) sont configurées pour relier entre eux de manière étanche, lesdits éléments longitudinaux (8), par exemple comprennent des portions d'extrémité (32, 34) avec des moyens d'étanchéité (14) configurées pour coopérer avec les portions d'extrémité (32, 34) des armatures (13) adjacentes.
[Revendication 5] Dispositif (1) selon la revendication 3 ou 4, dans lequel la paroi (10) de chaque élément longitudinal (8) est précontrainte par rapport à l'armature (13).
[Revendication 6] Dispositif (1) selon la revendication précédente, comprenant des moyens de précontrainte circonférentiels (58) de la paroi, par exemple des ridoirs, et/ou des moyens de précontrainte longitudinaux (60) de la paroi, par exemple des tirants, lesdits moyens de précontrainte circonférentiels et/ou longitudinaux étant montés entre l'armature (13) et la paroi (10).
[Revendication 7] Dispositif (1) selon la revendication précédente, dans lequel les moyens de précontrainte circonférentiels (58) comprennent un moyen élastique (70), par exemple des rondelles ressort montées dans les ridoirs, pour permettre une déformation de la paroi (10) précontrainte, lorsque de l'eau est pompée avec le dispositif (1).
[Revendication 8] Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'armature (13) comprend au moins deux, de préférence trois, moyens longitudinaux (54), par exemple des barres, reliant entre elles les portions d'extrémité (32, 34) de l'armature (13), et au moins deux, de préférence quatre ou plus, moyens périphériques (56), par exemple des tores, reliant les moyens longitudinaux (54) entre eux.
[Revendication 9] Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant également une structure porteuse (6), et dans lequel les éléments longitudinaux (8) sont montés individuellement de manière solidaire sur la structure porteuse (6), de préférence par l'extrémité supérieure ou inférieure de leur armature (13).
[Revendication 10] Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la conduite (4) présente une longueur totale supérieure ou égale à 150 mètres, de préférence supérieure ou égale à 500 mètres, de préférence supérieure ou égale à 1 000 mètres, et un diamètre interne supérieur ou égal à 1 mètre, de préférence supérieur ou égal à 2 mètres, de préférence supérieur ou égal à 4 mètres.
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