WO2007017703A1 - Dispositif de captage de resurcences sous-marines d ' eau douce - Google Patents

Dispositif de captage de resurcences sous-marines d ' eau douce Download PDF

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    • E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03B—INSTALLATIONS OR METHODS FOR OBTAINING, COLLECTING, OR DISTRIBUTING WATER
    • E03B3/00—Methods or installations for obtaining or collecting drinking water or tap water
    • E03B3/06—Methods or installations for obtaining or collecting drinking water or tap water from underground

Definitions

  • the present invention relates to a device for capturing submarine freshwater resurgences.
  • Its purpose is to allow the recovery of fresh water from sources below sea level, which come in particular from karstic networks.
  • the karst is a domain of calcareous rocks with many cavities communicating with each other, created by the dissolution of limestone by carbonic acid from precipitation waters, charged with CO 2 and in a complex process involving the action of bacterial. All these cavities form a karstic network, the lower part of which constitutes important reservoirs of fresh water.
  • karsts especially those around the Mediterranean, have often been reduced by several tens or even hundreds of meters depending on the place, so that their basic level can be found, at present, well at below sea level.
  • French Patent No. FR 2 701 974 describes a submerged construction, comprising a concave portion directed downwards and covering the source, the fresh water remaining trapped in the upper part of said cavity due to its density which is lower than that This construction remains open in its lower part so as to let escape the overflow and in particular the sea water, leaving at the same time the free karst system and taking the fresh water at the top of construction through a variable flow pumping system.
  • the pumping device is slaved to sensors that allow to keep in real time a flow rate slightly lower than the flow rate of the source.
  • This device allows the removal of fresh water without the existing balance being disturbed and without inducing disturbances in the operation of the karst system, facilitating laminar flow which avoids mixing with seawater.
  • HdJHs Ds / Dd where Hd is the freshwater column height, Hs the height of the saltwater column, Ds the density of salt water and Dd the density of fresh water.
  • French patent No. FR 2 785 001 No. of insertio, No. 98 13349 discloses a device whose object is an improvement that allows a significant simplification of the capture system and a significant compression of the cost of production.
  • This device consists of an impervious surface, preferably flexible, which isolates the resurgence, anchored at the bottom of the sea and reaching the surface where it is held by a floating dam, allowing in all cases the venting of the capture device.
  • the device also includes a valve system at the bottom of the membrane thus allowing the salty water to escape; fresh water is collected by pumps installed on a floating device (raft) on the surface.
  • Such a system may consist of one or more current meters installed at the output of the karst ducts and transmitting directly to the control center the speed of the outgoing current. Knowing the diameter of the duct, the flow is deduced immediately.
  • the interior volume (capacity) of the basin delimited by the dam must obey the formula
  • the dam (circular or semicircular basin) must be equipped with an automatic control and alarm system capable of causing the opening and the neutralization of the system as soon as the instantaneous cumulative flow of the sources captured by the said dam exceeds a certain value determined for each installation after studying the case that concerns it. Indeed, in an active karst system, the flow can vary from simple to a hundredfold between age and age and exceptional flood.
  • Diagram 1 presents in perspective a system of capture by a membrane surrounding the resurgence (s).
  • Figure 2 is a vertical section of a variant using an open membrane surrounding a natural crack.
  • the device as shown in FIG. 1, consists of a flexible membrane 1, which surrounds the resurgence (s) 2 and is anchored to the bottom of the sea 5 in a suitable manner so that it always remains centered on the resurgence 2 and reaching the surface 3 so that the upper part of the installation is always out of the water; the membrane is provided, at the bottom, with free parts forming valves, suitably weighted, which allow the salt water 7, heavier, to escape under the pressure of the fresh water 8 springing from the source.
  • baffles 9 made of metal or synthetic material imposes a forced path to the gushing fresh water, to reduce turbulence and induce a laminar flow thereof.
  • the removal of fresh water is carried out by pumps 10 installed on a floating device 11 on the surface of the water.
  • the dimensions of the set depend on each particular case but must be large enough to ensure a total volume of the basin equal to or greater than half the hourly flow of the sources included while keeping a potential of inertia capable of absorbing the variations , often violent, of the karstic network.
  • the capture mode described can also be made of hard (cement, concrete, metal or other).
  • this type of construction has the disadvantage, unlike the flexible device, to advantage nuisance due to turbulent flow.
  • the installation of the flexible boom (4) is provided with a system for controlling the flow of the sources in real time.
  • This system may preferably consist of one or more current meters installed at the output of the ducts 2, which transmit directly to the control center the speed of the outgoing current. Knowing the diameter of the duct, the flow is deduced in real time.
  • the dam (circular or arcuate basin) must be provided with an automatic control and alarm system, capable of controlling the opening and the disabling of the system (feathering of the dam for example) as soon as the cumulative instantaneous flow of the included sources exceeds a value which is determined for each installation by a preliminary study of the particular case of the network concerned.

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Abstract

Dispositif de captage de résurgences sous - marines d' eau douce , permettant la récupération de l' eau douce des sources situées sous le niveau de la mer , provenant notamment de réseaux karstiques , caractérisé par la combinaison d ' une paroi étanche 1isolant les résurgences 2, laquelle paroi est ancrée au fond marin 5 est monte jusqu' à la surface 3 de façon à permettre la mise à l' air libre permanente de la partie haute du dispositif de captage, avec des clapets 6 disposés en partie basse de la dite paroi af in de permettre à l'eau salée de s' échapper 7, où la récupération de l' eau douce 8 est réalisée par des pompes 10 installées sur un dispositif flottant 11 sur la surface de l' eau douce , où le dispositif est pourvu d' un système de contrôle du débit des sources en temps réel constitué d' un ou plusieurs courantomètres disposés à la sortie des conduits et transmettent directement au centre de contrôle la vitesse du courant sortant , où le barrage (bassin circulaire ou en arc de cercle) doit avoir un volume interne total (capacité) qui obéit obligatoirement à la formule V = Q h/2 o u V > Q h /2 où V = volume total du bassin et Q h = débit horaire moyen des sources. Le barrage (bassin circulaire ou en arc de cercle ) doit être pourvu d' un système automatique de contrôle et d' alarme , qui puisse provoquer l' ouverture et la mise hors fonctionnement du système dès que le débit instantané cumulé des sources captées par le barrage dépasse une valeur fixée d 'avance .

Description

DISPOSITIF DE CAPTAGE DE RESURCENCES SOUS-MARINES D'EAU DOUCE
La présente invention a pour objet un dispositif de captage de résurgences sous-marines d'eau douce.
Elle a comme but de permettre la récupération de l'eau douce des sources qui se situent sous le niveau de la mer et qui proviennent en particulier de réseaux karstiques.
Le karst est un domaine de roches calcaires comportant de nombreuses cavités communiquant entre elles, cr-éées par la dissolution du calcaire par l'acide carbonique provenant des eaux de précipitations, chargées en CO2 et selon un processus complexe où intervient notamment l'action bactérienne. L'ensemble de ces cavités constitue un réseau karstique, dont la partie inférieure constitue des réservoirs importants d'eau douce.
Pour des raisons ayant trait à l'évolution géologique, les karsts, notamment ceux du pourtour méditerranéen, ont été abaissés souvent de plusieurs dizaines voire centaines de mètres selon les lieux, de sorte que leur niveau de base peut se trouver, actuellement, bien au-dessous du niveau de la mer.
Il est connu depuis longtemps que des sources d'eau douce provenant de domaines karstiques s'écoulent sous la mer, et en particulier en Méditerranée mais pas seulement. Or, l'eau douce et l'eau de mer, liquides de densités différentes, ne se mélangent pas tant que l'écoulement des deux liquides reste laminaire et non pas turbulent.
Des tentatives ont été faites pour capter l'eau douce des résurgences karstiques sous-marines, basées sur le principe d'un barrage stoppant le flux d'eau douce avec accumulation de l'eau salée vers le fond. C'est, par exempfe, ce qui a été réalisé à Port Miou près de Marseille, en Argolide (Grèce)ou encore en Libye.
Ces opérations ont très souvent eu lieu en forçant ou en entravant l'hydraulique naturelle. Or, un système karstique est complexe et ouvert, avec une répartition aléatoire des conduits et des cavités. Toute tentative modifiant l'équilibre naturel modifie les paramètres physiques et peut aboutir à une aggravation de l'intrusion d'eau de mer dans le système.
Le brevet français n° FR 2 701 974 décrit une construction immergée, comportant une partie concave dirigée vers le bas et recouvrant la source, l'eau douce restant piégée dans la partie haute de la dite cavité grâce à sa densité qui est inférieure à celle de l'eau de mer. Cette construction reste ouverte dans sa partie inférieure de façon à laisser échapper le trop plein et en particulier l'eau de mer, laissant en même temps le système karstique libre et prélevant l'eau douce à la partie supérieure de la construction par l'intermédiaire d'un système de pompage à débit variable. Le dispositif de pompage est asservi à des capteurs qui permettent de conserver à temps réel un débit légèrement inférieur au débit de la source.
Ce dispositif permet le prélèvement de l'eau douce sans que l'équilibre existant soit dérangé et sans induire des perturbations dans le fonctionnement du système karstique, facilitant l'écoulement laminaire ce qui évite le mélange avec l'eau de mer.
Dans chaque cas de captage de résurgences sous marines, il faut préserver l'équilibre entre les deux liquides, exprimée par la formule
HdJHs = Ds/Dd où Hd est la hauteur de colonne d'eau douce, Hs la hauteur de la colonne d'eau salée, Ds la densité de l'eau salée et Dd la densité de l'eau douce.
Ces quatre paramètres, stables au départ, ne continuent pas à l'être après le commencement du processus de séparation des deux eaux, et jusqu'à l'établissement du nouvel équilibre (après captage) qui restera dans chaque cas instable, variant avec le débit du réseau karstique en amont.
Par conséquent, dans le cas de captage par système fermé installé sous le niveau de la mer, le contrôle de cet équilibre est souvent délicat, et induit, entre autres, un coût supplémentaire pour le dispositif.
Le brevet français n° FR 2 785 001 n° d'insertio,n 98 13349 décrit un dispositif ayant comme objet une amélioration qui permet une simplification importante du système de captage et une compression également importante du coût de réalisation. Ce dispositif consiste en une surface imperméable, de préférence souple, qui isole la résurgence, ancrée au fond de la mer et atteignant la surface où elle est tenue par un barrage flottant, permettant ainsi dans tous les cas la mise à l'air libre du dispositif de captage. Le dispositif comporte aussi un système de vannes à la partie inférieure de la membrane permettant ainsi à l'eau salée de s'échapper ; l'eau douce est prélevée par des pompes installées sur un dispositif flottant (radeau) à la surface.
Cependant, les résultats du dispositif conforme au brevet français n° FR 2 785 001 sont, jusqu'à un degré aléatoires ; de nouvelles données et mesures (comme par exemple aux installations d'Anavalos en Grèce) ont mis en évidence ces problèmes. L'invention présente a comme objet de répondre aux problèmes de fonctionnement et de rendement des dispositifs en question et de leur procédure d'application. En particulier, les installations de ce type (barrages souples) doivent être munies d'un système de contrôle du débit des sources en temps réel.
Un tel système peut être constitué d'un ou plusieurs courantomètres installés à la sortie des conduits karstiques et transmettant directement au centre de contrôle la vitesse du courant sortant. Connaissant le diamètre du conduit, le débit en est déduit immédiatement.
Le volume intérieur (capacité) du bassin délimité par le barrage doit obligatoirement obéir à la formule
V ≈ Qh/2 ou V > Qh/2
où V = volume total du bassin et Qh = le débit horaire moyen des sources.
Le barrage (bassin circulaire ou en demi-cercle) doit être muni d'un système automatique de contrôle et d'alarme capable de provoquer l'ouverture et la neutralisation du système dès que le débit cumulé instantané des sources captées par le dit barrage dépasse une certaine valeur déterminée pour chaque installation après étude du cas qui la concerne. En effet, dans un système karstique actif, le débit peut varier du simple au centuple entre et i âge et crue exceptionnelle.
Les schémas joints sont donnés en tant qu'exemples non limitatifs de modes de réalisation du contenu de l'invention.
Le schéma 1 présente en perspective un système de captage par une membrane entourant la ou les résurgences. Le schéma 2 est une coupe verticale d'une variante utilisant une membrane ouverte, entourant une crique naturelle.
Le dispositif, tel que présenté au schéma 1, est constitué d'une membrane souple 1, qui entoure la ou les résurgences 2 et est ancrée au fond de la mer 5 d'une façon convenable pour qu'il reste toujours centré sur la résurgence 2 et arrivant jusqu'à la surface 3 pour que la partie supérieure de l'installation soit toujours hors de l'eau ; la membrane est pourvue, en partie basse, de parties libres formant clapets, convenablement lestées, qui permettent à l'eau salée 7, plus lourde, de s'échapper sous la pression de l'eau douce 8 jaillissant de la source.
A la sortie immédiate de l'eau douce, un système de déflecteurs 9 métalliques ou en matière synthétique impose un cheminement forcé à l'eau douce jaillissante, afin de diminuer les turbulences et d'induire un écoulement laminaire de celle- ci.
Le prélèvement de l'eau douce est réalisé par des pompes 10 installées sur un dispositif flottant 11 à la surface de l'eau.
Les dimensions de l'ensemble sont fonction de chaque cas particulier mais doivent être suffisamment importantes pour assurer un volume total du bassin égal ou supérieur à la moitié du débit horaire des sources incluses tout en gardant un potentiel d'inertie capable d'absorber les variations, souvent violentes, du réseau karstique.
Dans le cas où la résurgence 2 se situe contre une paroi et si la morphologie de la côte s'y prête - si, par exemple, l'arrivée d'eau douce se fait dans une crique de dimensions convenables - la membrane 1 peut avantageusement se limiter à occuper la corde de la crique, étant disposée entre les pointes de cette dernière, avec tous les avantages économiques qui en découlent (schéma 2).
Le mode de captage décrit peut aussi être réalisé en dur (ciment, béton, métal ou autre). Cependant, outre le surcoût inhérent, ce type de construction a le défaut, contrairement au dispositif souple, d'avantager les nuisances dues à l'écoulement turbulent.
L'installation du barrage souple (4) est pourvue d'un système de contrôle du débit des sources en temps réel. Ce système peut, de préférence, être constitué d'un ou plusieurs courantomètres installés à la sortie des conduits 2, lesquels transmettent directement au centre de contrôle la vitesse du courant sortant. Connaissant le diamètre du conduit, le débit en est déduit en temps réel.
Le barrage (bassin circulaire ou en arc de cercle) doit être pourvu d'un système automatique de contrôle et d'alarme, capable de commander l'ouverture et la mise hors fonctionnement du système (mise en drapeau du barrage par exemple) dès que le débit cumulé instantané des sources incluses dépasse une valeur qui est déterminée pour chaque installation par une étude préalable du cas particulier du réseau concerné.
La mise en place des éléments évoqués a comme résultat un fonctionnement du dispositif beaucoup plus efficace et régulier, éliminant les résultats aléatoires qui ont pu être observés jusqu'à présent ;
De même, la détermination de la relation mathématique entre le volume disponible du bassin et le débit des sources concernées élimine les causes d'échecs qui ont été observés lors de tentatives de ce type par le passé.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de captage de résurgences sous-marines d'eau douce permettant la récupération d'eau douce des sources jaillissant sous le niveau de la mer, provenant surtout de réseaux karstiques, caractérisé par une paroi étanche (1) qui isole la ou les résurgences (2), laquelle paroi étanche est ancrée au fond marin (5) de façon à permettre la mise à l'air libre de la partie haute du dispositif de captage de façon permanente ; il est pourvu de clapets (6) disposés à la partie basse de la dite paroi étanche permettant à l'e^au salée de s'échapper (7), le prélèvement d'eau douce (8) s'ξjffectuant au moyen de pompes (10) installées sur un dispositif flottant (11) à la surface de l'eau douce ; le dispositif est pourvu d'un système de contrôle du débit des sources en temps réel, constitué d'un ou plusieurs courantomètres installés à la sortie des conduits et qui transmettent directement au centre de contrôle la vitesse du courant sortant ; de même, le barrage (bassin circulaire ou en arc de cercle) est pourvu d'un système automatique de contrôle et d'alarme capable de provoquer l'ouverture et la mise hors fonctionnement du système dès que le débit cumulé instantané des sources captées par le barrage en question dépasse une valeur fixée d'avance.
2. Dispositif selon la revendication 1, se caractérisant par le fait que la paroi étanche (1) est constituée d'une membrane souple (1) qui est maintenue en surface par un élément flottant (4), les clapets (6) étant formés, grâce à des fentes verticales de la membrane souple, de parties libres (6) convenablement lestées.
3. Dispositif selon la revendication 2, se caractérisant par le fait que l'élément flottant (4) est constitué de tuyaux ou boudins en polyéthylène ou matériau similaire.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, se caractérisant par le fait que la section cumulée de constituants de l'élément flottant (4) est déterminée pour que l'ensemble émerge dans tous les cas d'une hauteur comprise entre 20 et 100 centimètres.
5. Dispositif selon la revendication 1, se caractérisant par le fait que la paroi étanche (1) est réalisée en matériau dur, tel que maçonnerie, béton armé ou métal.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que la paroi étanche
(1) entoure la ou les résurgences (2).
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, applicable dans le cas où la ou les résurgences
(2) se trouvent à proximité immédiate d'une côte et l'arrivée d'eau douce se fait dans une crique, se caractérisant par le fait que la paroi étanche (1) ferme la dite crique en étant tendue entre ses parois.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait qu'un système de déflecteurs (9) métalliques ou en matière synthétique est disposé à la sortie immédiate de l'eau douce (8) de la ou des résurgences (2), les dits déflecteurs étant agencés pour imposer un écoulement laminaire de la dite eau douce.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que le volume intérieur total (capacité) du bassin délimité par le barrage doit obligatoirement obéir à la formule
V = Qh/2 ou V > Qh/2 où V = volume total du bassin et Qh = débit horaire moyen des sources.
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