Titre : Dispositif et procédé de récupération d'un polluant flottant. 1 Exposé du problème Lors de pollution avec des hydrocarbures dans l'eau, le polluant s'étale sur une grande surface et une faible épaisseur. Il est donc difficile de le pomper sans emporter énormément d'eau. Pour séparer le polluant de l'eau, il faut des installations importants de filtration ou de centrifugation (embarquées ou à terre). 2 Solutions existantes Des solutions existent pour contenir la pollution Les barrages flottants ou les chaluts. Mais c'est solution regroupe la pollution et ne permettent pas de l'extraire de l'eau. Ces solutions sont en revanche rapides à mettre en oeuvre et peu couteuses Les bateaux de dépollution. Cette solution extrait le polluant mais avec une grande demande énergétique. De plus ces systèmes sont couteux et longs à fabriquer ; En cas de crise grave dans un endroit du globe, il est difficile de les transporter rapidement sur le lieu du sinistre et encore plus de lancer une fabrication rapide pour augmenter les capacités de traitement. 3 Solutions proposée Les solutions proposées sont basées sur un système : A base de toile, pour réduire les couts et permettre une construction rapide. Cela permet aussi un stockage facile (pliage) et un transport et une installation très rapide sur le lieu du sinistre. Utilisant la poussée d'Archimède pour séparer le polluant (plus léger) de l'eau. Ce process de séparation est naturelle et ne nécessite aucune énergie. 3./ Cône de concentration Ce système est utilisable pour canaliser une pollution qui provient du fond de l'eau (pipe-line, forage, Bateau coulé). Il suffit de mettre un cône en toile au-dessus de la source de polluant avec un tube qui remonte jusqu'à la surface. Le polluant va remonter à la surface en se concentrant tout seul. A bout d'un certain temps, la partie haute du cône sera pleine et les opérations de pompage pourront être réalisées avec de moyens conventionnels. Si la profondeur du fond est assez importante, le tube final du cône peut être assez grand pour concentrer une grandeur de polluant. La différence de densité créera une hauteur de polluant au-dessus du niveau de l'eau. On peut ainsi imaginer un système de débordement naturel dans une goulotte pour récupérer le polluant sans pompage. L'ouverture supérieure du cône permet de limiter les efforts sur la toile. Tant qu'il n'y a pas de polluant dans la partie conique, la toile ne subit pas de traction. Si la toile est équipée de petit flotteur le long de sa hauteur pour avoir une densité proche de la densité de l'eau, la traction sur la toile et les câbles sera limitée au minimum permettant une construction légère. La toile restant en surface grâce à un flotteur. Flotteur Toile Poids de pétrole sans eau suffisante pour nos technologies de pompag( Pas d'effort dans la structure si le pétrole est dans la partie cylindrique Possibilité de récupération par gravité dans des bateaux Concentration naturelle 3.2 Bateau cône Le principe de la concentration par cône peut être utilisé à l'envers sur une pollution flottante. Il suffit de faire descendre un cône lesté. En coulant le cône va regrouper et concentrer les polluants en utilisant aussi la poussée d'Archimède. La descente et la montée du cône peuvent être facilement mécanisées pour automatiser le process. En revanche cette solution nécessite un minimum de structure mécanique et portante, ce qui limite un peu sa rapidité de construction, transport et mise en oeuvre. La structure peut être jumelée pour pouvoir mettre en oeuvre plusieurs cônes et augmenter le débit de récupération de l'installation. Pour garantir un faible angle du cône, la profondeur de l'eau doit être plus importante que la dimension de la surface traitée. Cette solution est limitée en débit par la profondeur de l'eau Exemple : Système avec Trois cônes de 20x20 m sur un fond de 40 m Débit possible Hauteur de pétrole pour diam intérieur de 40 cm de la tour 6,36 m Hauteur pétrole hors eau 1,27 m Débit possible en 3x8 110m3 Cône en toile replié Flotteur Lest permettant de sectionner la surface et la nappe de polluant 3.3 Pieuvre de récupération Octopus 3.3.1 Général Le système consiste à poser sur une nappe de polluant une toile dont les bords sont lestés. La toile a un trou central. Au niveau de ce trou, un flotteur est fixé sur la toile avec un tube central. Le flotteur permet de soutenir la masse de la toile et es lestes. Lorsque la toile est posée sur la nappe de polluant, les bords coulent et emprisonnent la nappe. A la fin les lests positionnent verticalement la toile et les polluants ont été concentrés par la poussée d'Archimède en partie haute. Le polluant peut être facilement pompé car la hauteur sera aussi compatible avec des solutions classiques. La pieuvre peut rester longtemps en position fermée car elle a peu de prise au vent, permettant de dissocier la pose et le pompage ou de laisser le matériel en mer en cas de mauvais temps temporaire. En coulant la toile concentre le polluant Lorsque la toile est verticale, le polluant est concentré en partie haute et les opérations de pompage classiques peuvent être faites Lests permettant de faire couler la toile Toile Flotteur Il existe de nombreuses possibilités pour construire la toile et la passer de la position ouverte à fermée. - Manuellement avec des câbles ou autres pour la déposer à plat sur l'eau Avec un système mécanique de bras comme un parapluie En gonflant et dégonflant la structure Bras rigide (parapluie) ballons gonflables Système à câbles Structure gonflable et dégonflable 3.3.2 Système d'évacuation d'air Lorsque la toile se referme, elle peut emprisonner des poches d'air spécialement si la mer a de la houle. Il est impératif de prévoir des systèmes permettant une évacuation progressive de l'air avec : Le trou central au-dessus de l'eau pour permettre l'évacuation. Sa dépose sur l'eau doit être la dernière opération Des systèmes d'évacuation de l'air répartis sur la toile. Ces systèmes doivent pouvoir évacuer l'air sans présenter un risque d'échappement des polluants. Un exemple de système d'évacuation d'air avec un conduit coudé : Evacuation de l'air Air emprisonné L'air peut être expulsé pendant la coulée de la toile Coussins gonflables permettant de surélever les flotteurs principaux et réalisant un passage cour l'air Le coude est orienté dans le sens inverse de la remontée du polluant pour éviter les fuites 3.3.3 Système d'évacuation d'eau Dans deux cas, la pieuvre peut être bloquée dans son fonctionnement par l'eau qui peut être au-dessus de la toile : - Lorsque la pieuvre doit se déployer, il peut se passer un effet ventouse si l'air ne peut pas assez vite sous la toile par la cheminée centrale. - Lorsque la pieuvre est à plat sur l'eau et qu'une vague passe par-dessus. Une masse d'eau peut se retrouver coincée dans une poche de toile Il faut faire des trappes à eau qui permettent le passage du flux d'eau dans ces deux cas. Flotteur de lest Masse coincée lors de la remontée de la toile pouvant la déchirer Masse d'eau sur la toile suite à une vague avant de faire couler la toile. Cela chasse le polluant sous la toile Solution : Il faut aménager sur la toile des trappe de décompression pour que l'eau s'écoule le plus vit et facilement sous la toile. Ces trappes doivent se refermer lors de la coulée pour ne pas perdre de polluant. Il y a plusieurs possibilités : Trappe Flottante : L'eau au-dessus de la toile peut s'écouler lors de la remontée de la toile ou sur un paquet de mer Le flotteur maintient fermé la trappe lors de la coulée et de la remontée du polluant 3.4 Différentes utilisations 3.4.1 Modèle gonflable par exemple en 6 mètres de diamètre Bouée centrale Toile avec tuyau de _ récupération Lests Créneaux de passage de pétrole Boudins Gonflables (flottaison et rigidité I I t Ep pétr Hauteur de pétrole pour diam intérieur de 150 cm 0,32 m de la tour Hauteur pétrole hors eau 1,6 m Volume récupéré 25 I CYCLE - Dégonflage, les extrémités plongent en premier - Attente de la concentration - Pompage - Regonflage - Déplacement de la pieuvre STRUCTURE SOUPLE - Production, stockage et transport aisés - Adaptation aux mouvements marins Possibilité de rester en mer seule longtemps - Possibilité de dissocier les moyens de déploiement et de pompage 3.4.2 Utilisation avec les chaluts dépollueurs COMBINAISON AVEC LES BARAGES FLOTTANTS QUI CONCENTRENT LA POLLUTION MAIS NE LA RAMASSENT PAS 3.4.3 Utilisation en protection des cotes PROTECTION DES COTES ET DES PORTS EN ASSURANT UNE POSSIBILITE DE CIRCULATION DES NAVIRES Pollution venant du large 3.4.4 Modèle manuel sans énergie (diam m) DIAMETRE 1 ,6 M EN TOILE SIMPLE - Nettoyage des criques et rivières - Pas d'électricité (pompage seringue) ( Gobelets » de flottaison à retourner pour faire couler la toile Lèvre de raclage 4 Evolution du concept Le concept peut être décliné pour de multiples applications : - Toutes tailles possibles - Facilement réalisable, transportable et stockable - Possibilité de stock près des zones à risque - Possibilité de kits (dans un coffret étanche idem canots de sauvetage) à embraquer sur les navires, bateaux de plaisance, ports, bases nautiques - Possibilité de faire un kit comportant plusieurs toiles plastiques fines jetables une fois que l'on a récupéré une petite pollution locale (vidange d'un hors-bord dans un port par exemple) Déclinaisons dans d'autres applications - Concentration de solides, liquides ou gaz dans un liquide de densités différentes - Algues, eau douce/eau de mer, Produits chimiques Exemple de conditionnem ent pour un kit complet de dépollution Title: Device and method for recovering a floating pollutant. 1 Description of the problem When polluting with hydrocarbons in water, the pollutant spreads over a large area and a small thickness. It is difficult to pump it without carrying a lot of water. To separate the pollutant from the water, it is necessary to install large filtration or centrifugation facilities (on-board or on land). 2 Existing solutions Solutions exist to contain pollution Floating dams or trawl nets. But it's a solution that combines pollution and does not extract it from the water. On the other hand, these solutions are quick to implement and inexpensive. This solution extracts the pollutant but with a great energy demand. In addition, these systems are expensive and time consuming to manufacture; In the event of a serious crisis in one part of the world, it is difficult to transport them quickly to the disaster site and even more to launch a rapid manufacturing to increase processing capacity. 3 Proposed solutions The proposed solutions are based on a system: Linear base, to reduce costs and allow a fast construction. It also allows easy storage (folding) and very fast transportation and installation at the disaster scene. Using buoyancy to separate the pollutant (lighter) from the water. This separation process is natural and requires no energy. 3. / Concentration cone This system can be used to channel pollution that comes from the bottom of the water (pipeline, drilling, cast boat). Just put a canvas cone above the source of pollutant with a tube that rises to the surface. The pollutant will rise to the surface concentrating alone. After a while, the upper part of the cone will be full and the pumping operations can be performed with conventional means. If the depth of the bottom is large enough, the final tube of the cone may be large enough to concentrate a pollutant size. The difference in density will create a pollutant height above the water level. One can imagine a natural overflow system in a chute to recover the pollutant without pumping. The upper opening of the cone makes it possible to limit the efforts on the canvas. As long as there is no pollutant in the conical part, the fabric does not undergo traction. If the canvas is equipped with a small float along its height to have a density close to the density of the water, the traction on the fabric and the cables will be limited to a minimum allowing a light construction. The canvas remaining on the surface thanks to a float. Float Canvas Weight of oil without sufficient water for our pumping technologies (No effort in the structure if the oil is in the cylindrical part Possibility of recovery by gravity in boats Natural concentration 3.2 Cone boat The principle of concentration by cone can to be used upside down on a floating pollution It is enough to lower a cone weighted By flowing the cone will gather and concentrate the pollutants also using the buoyancy Archimedes The descent and the rise of the cone can be easily mechanized To automate the process, however, this solution requires a minimum of mechanical and load-bearing structure, which limits its speed of construction, transport and implementation a little.The structure can be twinned to be able to implement several cones and increase the flow rate. To ensure a low cone angle, the depth of the water must be e more important than the size of the treated surface. This solution is limited in flow rate by the depth of the water Example: System with Three cones of 20x20 m on a bottom of 40 m Possible flow rate Oil height for internal diameter of 40 cm of the tower 6.36 m Oil height out of water 1.27 m Flow possible in 3x8 110m3 Folded canvas cone Float Lest to cut the surface and the water table 3.3 Octopus Octopus Recovery Octopus 3.3.1 General The system consists in placing on a tablecloth a pollutant whose edges are ballasted. The canvas has a central hole. At this hole, a float is fixed on the canvas with a central tube. The float allows to support the mass of the canvas and its weight. When the canvas is placed on the pollutant, the edges flow and trap the web. At the end the weights position the canvas vertically and the pollutants were concentrated by the buoyancy of Archimedes in the upper part. The pollutant can be easily pumped because the height will also be compatible with conventional solutions. The octopus can remain in the closed position for a long time because it has little hold in the wind, making it possible to separate the pose and the pumping or to leave the equipment at sea in case of bad temporary time. By casting the canvas concentrates the pollutant When the canvas is vertical, the pollutant is concentrated in the upper part and conventional pumping operations can be done Floating weights Canvas Float There are many possibilities to build the canvas and pass from open to closed position. - Manually with cables or other to lay it flat on the water With a mechanical system of arms like an umbrella In inflating and deflating the structure Rigid arm (umbrella) Inflatable balloons Cable system Inflatable and deflatable structure 3.3.2 System d air evacuation When the canvas closes, it can trap air pockets especially if the sea is swollen. It is imperative to provide systems allowing a gradual evacuation of air with: The central hole above the water to allow evacuation. Its removal on the water must be the last operation Air evacuation systems spread over the canvas. These systems must be able to evacuate the air without presenting a risk of escape of the pollutants. An example of an air exhaust system with an angled duct: Air evacuation Air trapped Air can be expelled during the casting of the canvas Air bags to raise the main floats and making a passage in the air The elbow is oriented in the opposite direction of the rise of the pollutant to avoid leaks. 3.3.3 System of evacuation of water In two cases, the octopus can be blocked in its operation by the water which can be above the canvas: - When the octopus must unfold, it can happen a suction effect if the air can not quickly enough under the canvas by the central chimney. - When the octopus is flat on the water and a wave passes over it. A mass of water can be stuck in a canvas bag It is necessary to make water traps that allow the passage of water flow in both cases. Float of weight Mass jammed during the ascent of the canvas that can tear water mass on the canvas following a wave before pouring the canvas. This flushes the pollutant under the canvas Solution: We must arrange on the canvas decompression hatch so that the water flows most live and easily under the canvas. These traps must close during casting so as not to lose pollutant. There are several possibilities: Floating hatch: The water above the canvas can flow during the ascent of the canvas or on a pack of sea The float keeps closed the hatch during the casting and the ascent of the pollutant 3.4 Various uses 3.4.1 Inflatable model, for example, 6 meters in diameter Central buoy Canvas with recovery pipe Lests Oil passage slots Inflatable cushions (floatation and rigidity II t Ep pet Oil height for ID 150 cm 0 , 32 m from the tower Oil height out of water 1.6 m Reclaimed volume 25 I CYCLE - Deflation, the ends plunge first - Waiting for the concentration - Pumping - Regonflage - Displacement of the octopus FLEXIBLE STRUCTURE - Easy production, storage and transport - Adaptation to marine movements Possibility to stay at sea only for a long time - Possibility of dissociating the means of deployment and pumping 3.4.2 Use with trawls depo Fluid COMBINATION WITH FLOATING BARRIERS WHICH CONCENTRATE POLLUTION BUT DO NOT PICK IT DOWN 3.4.3 Use in Coast Protection PROTECTION OF RATINGS AND PORTS BY PROVIDING POSSIBILITY OF SHIP CIRCULATION Pollution from offshore 3.4.4 Manual model without energy (diam. m) DIAMETER 1, 6 M SINGLE CANVAS - Cleaning of creeks and rivers - No electricity (pumping syringe) (Floating cups to flip to pour the canvas Scraping lip 4 Evolution of the concept The concept can be declined to multiple applications: - All possible sizes - Easily achievable, transportable and storable - Possibility of stock near areas at risk - Possibility of kits (in a waterproof box ditto lifeboats) to embark on ships, pleasure boats, harbors, nautical bases - Ability to make a kit with several fine disposable plastic cloths once you have collected a small pollut local ion (eg outboard emptying in a port) Declinations in other applications - Concentration of solids, liquids or gases in a liquid of different densities - Algae, freshwater / seawater, Chemicals Example of conditioning for a complete depollution kit