WO2009001145A1 - Systeme d'exploitation de sources sous-marines d'eau douce et mode de fonctionnement - Google Patents
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- WO2009001145A1 WO2009001145A1 PCT/GR2007/000063 GR2007000063W WO2009001145A1 WO 2009001145 A1 WO2009001145 A1 WO 2009001145A1 GR 2007000063 W GR2007000063 W GR 2007000063W WO 2009001145 A1 WO2009001145 A1 WO 2009001145A1
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- 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 system for exploiting freshwater submarine sources.
- 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 set of cavities communicating with each other, established in the limestone rocks, cavities created by the dissolution of the limestone by carbonic acid from the precipitated waters of CO 2 , and in a complex process involving the action bacterial.
- All these cavities form a karstic network, the lower part of which constitutes important reservoirs of fresh water.
- the theoretical section of such a network, fed by precipitation waters, comprises an upper zone, called percolation zone, where water infiltrates, a lower zone known as general imbibition zone where all the cavities and cracks are filled with water. and, in between, a mixed zone defined by changes in the water level.
- the karsts could change position and level, and many of them were lowered, often of several tens or even hundreds of meters according to the places, so that their level At present, it may be well 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 functioning of the karst system, facilitating the laminar flow which avoids mixing with seawater.
- Hd / Hs Ds / Dd
- Hd is the freshwater column height
- Hs the saline water column height
- Ds the salt water density
- Dd the freshwater density
- French Patent No. FR 2 785 001 Insert No. 98 13349 describes a device whose object is an improvement which allows a significant simplification of the capture system and also a significant compression of the cost of production.
- This device consists of an impervious surface, preferably flexible, which isolates the resurgence forming a dam, anchored at the bottom of the sea and reaching the surface where it is held by a floating armature, thus allowing in all cases the setting free air of the collection 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.
- the results of the device conforming to French Patent No. FR 2 785 001 are, to a random degree; new data and measurements (eg at the Anavalos facilities in Greece) have highlighted these problems.
- Patent No. WO / 2007/017703 is intended to address the operating and performance problems of the devices in question and their application procedure.
- installations of this type (flexible dams) must be equipped with a system for controlling the flow of sources in real time.
- 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.
- V Qh / 2 or V> Qh / 2
- 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.
- 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.
- the flow can vary from simple to a hundredfold between low water and exceptional flood.
- Such a system significantly improves the performance of the catchment but remains dependent on the regime of the sources: it does not solve the fundamental problem controlling the mixture fresh water - salt water which is that of the turbulent flow and remains thus applicable in a reduced number of case where the flow at the outlet is naturally little turbulent.
- the fresh water and the sea water do not mix so much that the flow remains laminar: the mixture settles progressively as soon as the flow deviates turbulent
- the object of the present invention is to propose an entirely new solution which takes into account the above constraints. It is based on new calculations and on the realization of physical models of reduced size.
- seawater can appear at levels higher than its own surface, "pumped" into the karst ducts by Venturi effect and thus down to the resurgences, polluting per descensum them. This case occurs when the fresh water flows quickly in a wide duct and the seawater is in a narrow duct placed lower but communicating with the first. This phenomenon is a function of the section difference of the two ducts and the flow velocity in the wide duct.
- the turbulence in question is due to two factors: the roughness of the walls of the ducts, which is very important, but also the abrupt outlet in the open sea: this fact has a "braking" effect of liquid nets and a brutal pressure loss (see above) inducing turbulence. • Another phenomenon to be taken into consideration is the induction of secondary turbulence, after the fresh water has been discharged into the basin, by the collision of the liquid nets with their residual velocity against the walls of the enclosure and the loss of kinetic energy. resulting.
- a variant would consist in arranging the said outputs by the adaptation of divergent devices in flexible material supported by a rigid frame, taking the form of paraboloid of revolution truncated under the dynamic action of the outgoing current. • The divergent device in question will be adjusted to a straight pipe which will be the result, entering as far as possible into the karst duct and whose section will have the special "antiturbulence" profile existing on the market.
- Diagram I presents the arrangement of the outlets of the resurgences with divergent ducts of truncated paraboloid section adapted to eliminate the turbulences.
- Diagram II presents in perspective a capture system by appropriate development of the outputs of the karst and an enclosure surrounding the resurgence (s).
- the total length of the truncated paraboloid shaped "funnel" should, as far as possible, be 5 times the diameter of the outgoing conduit.
- Diagram III is a vertical section of a variant, using the layout of the outflows of the resurgences as well as an open enclosure, surrounding a natural creek.
- the system as shown in Figure I 1 consists of a rectilinear conduit 1 special section (existing on the market) capable of reducing turbulence, and which will return as far as possible in the natural conduit of the source; this conduit leads, at the outlet of the source, to a "funnel" 2 in the form of paraboloid of revolution, whose length is, as far as possible, 5 times the diameter of the duct 1.
- Scheme II shows the system as a whole, consisting of a flexible wall 1, which surrounds or the resurgences arranged 2 and is anchored to the bottom of the sea 4 in a suitable manner so that it always remains centered on the exit of managed source 2 and reaching the surface 3 and exceeding it by a significant height so that the upper part of the enclosure is always out of the water and protected from seawater inflow by spray or direct wave surge; the flexible wall is provided at the bottom, with free parts forming valves, suitably weighted, which allow the salt water 5, heavier, to escape under the pressure of fresh water 6 springing from the source.
- the divergent duct system 7 detailed in diagram I, preferably having the shape of a paraboloid of truncated revolution, metal or plastic, rigid or flexible, which will have as an effect the gradual and not brutal increase of the pressure loss.
- the angle of divergence (taken from the tangent to the dish at the junction with the incoming straight duct) will be calculated as a function of the average flow velocity of the fresh water.
- the fresh water is taken by pumps 8 installed on a floating device 9 on the surface of the water.
- the dimensions of the assembly are a function of each particular case but must be large enough so that the speed of the fresh water in contact with the wall of the enclosure is zero, while maintaining a volume (hydraulic inertia potential) capable of absorbing the often violent variations of the karstic network. This dimensioning is therefore intended to keep a sufficient distance between the resurgence (s) and the walls of the dam, in order to avoid any turbulence induced by an impact of the outgoing freshwater nets against said walls.
- the flexible nature of the wall of the enclosure is also a favorable factor tending to limit these induced turbulences.
- Diagram III presents the case where the resurgence 2 is against a rocky shore: if the morphology of the coast is suitable - if, for example, the arrival of fresh water is in a creek of suitable dimensions - the wall -souple 1 may advantageously be limited to occupy the rope of the crack, being disposed between the ends of the latter, with all the economic benefits that derive therefrom.
- the pumping station will be on the ground, with a floating device supporting the pump strainers, the pumping must always be close to the surface.
- 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 enclosure 1 is provided with a system for controlling the flow of sources in real time.
- This system may preferably consist of one or more current meters installed at the output of the developed sources 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 operating system (round or circular basin delimited by the flexible enclosure) must be provided with an automatic control and alarm system capable of controlling the opening and the shutdown of the system as soon as the stresses on the walls exceed a predefined acceptable threshold (case of exceptional flood of the karst or storm with strong swells).
- a predefined acceptable threshold case of exceptional flood of the karst or storm with strong swells.
- This system will be based on tensiometers measuring the tension exerted on the crown of the dam, above the surface.
- Temporary deactivation of the dam in order to protect it may be done either by opening it ("feathering") or by its total immersion and plating against the bottom: the choice of the method will depend on the local conditions (prevailing wind, depth of bottom etc.).
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Abstract
Système d'exploitation de sources sous-marines d'eau douce, permettant Ia récupération de l'eau douce des sources situées sous le niveau de Ia mer, provenant de réseaux karstiques ou d'autres types de conduits, caractérisé par l'aménagement de Ia sortie des résurgences (2) par des1 conduits divergents a section de préférence parabolique (7) et par Ia collecte de l'eau douce dans une enceinte faite d'une paroi étanche (1) isolant les résurgences (2), laquelle paroi est ancrée au fond marin (4) et monte jusqu'à Ia surface de façon a permettre Ia mise a l'air libre permanente de Ia partie haute (3) de l'enceinte, avec des clapets (5) disposés en partie basse de Ia dite paroi afin de permettre à l'eau salée de s'échapper, où Ia récupération de l'eau douce est réalisée par des pompes installées sur un dispositif flottant (9) sur Ia 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 Ia sortie des conduits divergents (7) et transmettent directement au centre de contrôle Ia vitesse du courant sortant. L'enceinte (bassin circulaire ou en arc de cercle) doit être pourvu d'un système automatique de contrôle et d'alarme basé sur des tensiomètres disposés sur la couronne de l'enceinte, provoquant l'ouverture ou l'immersion et la mise hors fonctionnement du système dès que les contraintes subies par l'enceinte dépassent une valeur fixée d'avance.
Description
SYSTEME D'EXPLOITATION DE SOURCES SOUS-MARINES D1EAU DOUCE ET MODE DE FONCTIONNEMENT
La présente invention a pour objet un système d'exploitation des sources 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.
Préambule
Le karst est un ensemble de cavités communiquant entre elles, établi dans les roches calcaires, cavités créées 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. La coupe théorique d'un tel réseau, alimenté par les eaux de précipitation, comprend une zone supérieure, dite de percolation où les eaux s'infiltrent, une zone inférieure dite d'imbibition générale où toutes les cavités et fissures sont remplies d'eau et, entre les deux, une zone mixte définie par les variations du niveau des eaux.
Pour des raisons ayant trait à l'évolution géologique, les karsts, ont pu changer de position et de niveau, et beaucoup d'entre eux 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.
II 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'une enceinte stoppant le flux d'eau douce avec accumulation de l'eau salée vers le fond. C'est, par exemple, ce qui a été réalisé à Port Miou près de Marseille, en Argolide (Grèce) ou encore en Italie méridionale (région de Tarente).
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.
Il faut noter que, dans chaque cas de captage de résurgences sous marines, il faut préserver l'équilibre entre les deux liquides, exprimée par la formule
Hd/Hs = 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'insertion 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 formant barrage, ancrée au fond de la mer et atteignant la surface où elle es't tenue par une armature flottante, 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.
Le brevet n° WO/2007/017703 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 dû 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 étiage et crue exceptionnelle.
Un tel système améliore notablement les performances du captage mais reste cependant tributaire du régime des sources: il ne résout pas le problème fondamental contrôlant le mélange eau douce - eau salée qui est celui de l'écoulement turbulent et reste donc applicable dans un nombre réduit de cas où l'écoulement à la sortie est naturellement peu turbulent. Nous avons vu, en effet, que l'eau douce et l'eau de mer ne se mélangent pas tant que l'écoulement reste laminaire: le mélange s'installe progressivement dès que l'écoulement dévient turbulent.
Description de la nouvelle invention
La présente invention a comme objet de proposer une solution entièrement nouvelle, qui tient compte des contraintes ci- dessus. Elle est basée sur des calculs nouveaux et sur la réalisation de modèles physiques de taille réduite.
Principes et calculs
Quant l'eau douce vient en contact avec l'eau de mer les deux eaux, liquides de densité, de viscosité et de pression osmotique différentes ne se mélangent pas, tout au moins facilement. Ainsi, dans le cas général de contact des deux eaux le long des côtes et dans le cas où ce contact a lieu dans un milieu (roche) perméable en petit et en continu (sable par exemple) la surface de contact prend la forme approximative d'une parabole ; l'eau douce, moins dense, surmonte l'eau de mer. De plus, comme les aquifères d'eau douce ont, par nature, leur surface libre au-dessus de la surface de la mer, ce qui leur accorde un potentiel hydraulique supérieur, l'eau douce a toujours tendance à surmonter et à repousser l'eau de mer.
Dans le cas des systèmes karstiques le principe reste fondamentalement le même : simplement, le milieu étant ici
perméable en grand et de façon discontinue, nous avons des contacts selon des surfaces multiples (les sections des conduits) ; quant aux relations dynamiques des deux eaux, les pertes de charge étant moindres dans le cas de conduits larges, l'eau douce a tendance, à altitude de surface libre égale, à repousser encore plus fortement l'eau de mer.
Toutefois, on constate souvent une pollution de l'eau douce par l'eau de mer, rendant la première plus ou moins saumâtre. En effet, deux phénomènes peuvent intervenir qui favorisent malgré tout le mélange des deux eaux dans le karst :
• ies deux eaux commencent à se mélanger quand l'écoulement cesse d'être laminaire et devient turbulent. Plus l'écoulement est turbulent et plus le mélange est poussé. Or, on sait que la turbulence de l'écoulement de l'eau est fonction de la vitesse d'écoulement et de la rugosité des parois du conduit ;
• de l'eau de mer peut apparaître à des niveaux plus élevés que sa propre surface, « pompée » dans les conduits karstiques par effet Venturi et ainsi redescendre vers les résurgences, polluant per descensum ces dernières. Ce cas se produit quand l'eau douce s'écoule rapidement dans un conduit large et l'eau de mer se trouve dans un conduit étroit placé plus bas mais communicant avec le premier. Ce phénomène est fonction de la différence de section des deux conduits et de la vitesse d'écoulement dans le conduit large.
Principes propres à éviter le mélange des eaux.
Nous avons examiné, ci-dessus, les causes de la pollution de l'eau douce des résurgences par l'eau de mer. Nous constatons que les deux phénomènes influençant le processus font intervenir quatre paramètres : le potentiel hydraulique, la vitesse d'écoulement, le diamètre des conduits et la rugosité
des parois. Il est évident que nous ne pouvons pas intervenir au niveau des deux derniers. Par contre, nous pouvons essayer de préserver voire augmenter le potentiel hydraulique dû système et intervenir au niveau de la vitesse d'écoulement et du mode d'écoulement dans les exhaures. Pour ce faire, il faut aménager la ou les sorties des résurgences et créer, évidemment, un bassin artificiel, en tenant compte des lois fondamentales qui régissent ce phénomène et qui sont évoquées ci-dessous.
• L'équilibre hydraulique dans le bassin est obtenu , en assurant un équilibre dynamique contrôlé entre les deux eaux à la sortie de l'eau douce. Pour ce faire, il faut et' il suffit d'assurer ad minimum au profit de l'eau douce la relation : Dπ/Dm = Hm/H,j_ où Dd est la densité de l'eau douce, Dm celle de l'eau de mer, Hm la hauteur de l'eau de mer et Hd la hauteur de la colonne de l'eau douce dans le bassin de retenue. L'équation paraît simple, mais sa réalisation est délicate. En effet les quatre paramètres, relativement stables au départ, deviennent variables dès que l'on intervient dans le processus.
• La sortie de chaque résurgence peut être assimilée, en simplifiant, à l'arrivée d'une conduite dans un grand réservoir. Dans ce cas, le calcul des pertes de charge est relativement simple : Δh = cV2/2q où Δh est la perte de charge, V la vitesse moyenne, après élargissement, en mètres/seconde, g l'accélération de la pesanteur (9,81 m/s2) et c un coefficient compris entre 1 ,06 et 1,1. Si, pour diminuer les turbulences à la sortie (voir infra) on installe un dispositif divergent, les pertes de charge peuvent être calculées selon la formule de Lorenz concernant les tuyaux coniques divergents.
• Le problème délicat à résoudre consiste en l'élimination des turbulences à la sortie du conduit. En effet, c'est un fait d'observation que ces turbulences sont très importantes. Pour simplifier, on assimilera le conduit à un
cylindre placé dans un écoulement. On sait que le point critique d'apparition de turbulences est défini par le nombre de Reynolds : Re = DV/v où D est le diamètre du conduit, V la vitesse d'écoulement et v la viscosité cinématique du liquide (soit μ / p, où μ est le coefficient de viscosité et p la masse volumique du liquide). Des turbulences apparaissent à partir de Re supérieur à 1 et s'installent pour des valeurs égales à 105. Dans la pratique, les turbulences en question sont dues à deux facteurs : la rugosité des parois des conduits, qui est très importante, mais aussi le débouché brusque en pleine mer : ce fait a comme effet un "freinage" des filets liquides et une brutale perte de charge (voir supra) induisant les turbulences. • Un autre phénomène à prendre en considération, est l'induction de turbulences secondaires, après sortie de l'eau douce dans le bassin, par la collision des filets liquides avec leur vitesse résiduelle contre les parois du enceinte et la perte d'énergie cinétique qui en résulte.
Les éléments fondamentaux de la nouvelle invention, qui seront décrits ci-dessous avec l'ensemble des aménagements les accompagnant et les assurant, sont les suivants :
• Aménagement des sorties des résurgences par l'adaptation à ces dernières de dispositifs divergents du type entonnoir, à section de paraboloïde de révolution tronquée, en matériau lisse, visant à éliminer les turbulences induites par la brusque perte de charge à la sortie des conduits.
• Une variante consisterait à aménager les dites sorties par l'adaptation de dispositifs divergents en matériel souple soutenu par une armature rigide, prenant la forme de paraboloïde de révolution tronquée sous l'action dynamique du courant sortant.
• Le dispositif divergent en question sera ajusté à une conduite rectiligne dont il sera l'aboutissement, entrant aussi loin que possible dans le conduit karstique et dont la section aura le profile spécial «antiturbulences» existant sur le marché.
• Etablissement d'une enceinte faite d'une paroi de préférence souple, montant à la surface de la mer et la dépassant d'une valeur définie ci-dessous, qui délimitera et enfermera un volume qui sera fonction de la vitesse moyenne du courant à la sortie des résurgences : si dvo est la distance depuis le centre géométrique des résurgences à laquelle la vitesse du courant s'annule, le barrage devra pouvoir contenir un segment sphérique irrégulier limité par la surface de la mer et par le fond, et dont le rayon sera égal à dvn x 3 pour tenir compte des variations importantes de débit qui caractérisent le karst.
Les schémas joints sont donnés en tant qu'exemples non limitatifs de modes de réalisation du contenu de l'invention.
Le schéma I présente l'aménagement des sorties des résurgences avec des conduits divergents de section paraboloïde tronquée propres à éliminer les turbulences.
Le schéma II présente en perspective un système de captage par aménagement approprié des sorties du karst et une enceinte entourant la ou les résurgences. La longeur totale de I' « entonnoir » de forme paraboloïde tronquée doit, dans la mesure du possible, être de 5 fois le diamètre du conduit sortant.
Le schéma III est une coupe verticale d'une variante, utilisant l'aménagement des sorties des résurgences ainsi qu'une enceinte ouverte, entourant une crique naturelle.
Le système, tel que présenté au schéma I1 est constitué d'un conduit rectiligne 1 à section spéciale (existant sur le marché) apte à diminuer les turbulences, et qui rentrera le plus loin possible dans le conduit naturel de la source ; ce conduit aboutit, à la sortie de la source, à un « entonnoir » 2 en forme de paraboloïde de révolution, dont la longeur est, dans la mesure du possible, de 5 fois le diamètre du conduit 1.
Le schéma II présente le système dans son ensemble, constitué d'une paroi souple 1, qui entoure la ou les résurgences aménagées 2 et est ancrée au fond de la mer 4 d'une façon convenable pour qu'elle reste toujours centrée sur la sortie de source aménagée 2 et arrivant jusqu'à la surface 3 et la dépassant d'une hauteur significative pour que la partie supérieure de l'enceinte soit toujours hors de l'eau et à l'abri d'entrées d'eau de mer par les embruns ou le déferlement direct des vagues ; la paroi souple est pourvue, en partie basse, de parties libres formant clapets, convenablement lestées, qui permettent à l'eau salée 5, plus lourde, de s'échapper sous la pression de l'eau douce 6 jaillissant de la source.
A la sortie immédiate de l'eau douce, on peut considérer qu'on passe d'un diamètre donné de conduite à un diamètre infini, avec les conséquences qui en découlent sur le nombre de Reynolds. Nous préconisons donc de mettre en place, à la dite sortie, le système de conduits divergents 7, détaillé dans le schéma I, ayant de préférence la forme d'une paraboloïde de révolution tronquée, métalliques ou en matière synthétique, rigides ou souples, qui aura comme effet l'augmentation progressive et non pas brutale de la perte de charge. L'angle de divergence (pris sur la tangente à la paraboloïde à la jonction avec le conduit rectiligne rentrant) sera calculé en fonction de la vitesse moyenne d'écoulement de l'eau douce.
Le prélèvement de l'eau douce est réalisé par des pompes 8 installées sur un dispositif flottant 9 à la surface de l'eau.
Les dimensions de l'ensemble sont fonction de chaque cas particulier mais doivent être suffisamment importantes pour que la vitesse de l'eau douce au contact de la paroi de l'enceinte soit nulle, tout en gardant un volume (potentiel d'inertie hydraulique) capable d'absorber les variations, souvent violentes, du réseau karstique. Ce dimensionnement est donc destiné à garder une distance suffisante entre la ou les résurgences et les parois du barrage, afin d'éviter toute turbulence induite par un choc des filets d'eau douce sortante contre les dites parois. La nature souple de la paroi de l'enceinte est également un facteur favorable tendant à limiter ces turbulences induites.
Le schéma III présente le cas où la résurgence 2 se situe contre un rivage rocheux : 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 paroi -souple 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. Dans ce cas, la station de pompage sera à terre, avec un dispositif flottant supportant les crépines des pompes, le pompage devant se faire toujours à proximité immédiate de la surface.
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 de l'enceinte souple 1 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 sources aménagées 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 système d'exploitation (bassin circulaire ou en arc de cercle délimité par l'enceinte souple) doit être pourvue d'un système automatique de contrôle et d'alarme, capable de commander l'ouverture et la mise hors fonctionnement du système dès que les contraintes sur les parois dépassent un seuil acceptable prédéfini (cas de crue exceptionnelle du karst ou de tempête avec forte houle). Ce système sera basé sur des tensiomètres mesurant la tension exercée sur la couronne du barrage, au- dessus de la surface. La mise hors fonction provisoire du barrage afin de la protéger pourra se faire soit par son ouverture ("mise en drapeau") soit par son immersion totale et placage contre le fond : le choix de la méthode sera fonction des conditions locales (vent dominant, profondeur du fond etc.).
Claims
1. Système d'exploitation des sources 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 un aménagement des sorties des résurgences (2) avec adaptation de conduits divergents, ayant de préférence la forme de paraboloïde de révolution tronquée, rigides ou souples (7), et d'une paroi étanche (1) qui isole la ou les résurgences, laquelle paroi étanche est ancrée au fond marin (4) de façon à permettre la mise à l'air libre de la partie haute du dispositif de captage de façon permanente, cette partie haute étant maintenue hors de l'eau par un dispositif ("couronne") rigide (3) ; l'enceinte est pourvue de clapets (5) disposés à la partie basse de la dite paroi étanche permettant à l'eau salée de s'échapper (5), le prélèvement d'eau douce (6) s'effectuant au moyen de pompes (8) installées sur un dispositif flottant (9) 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 ; le système (bassin circulaire ou en arc de cercle) est pourvu d'un dispositif automatique de contrôle et d'alarme asservi à des tensiomètres mesurant la tension su'r'la couronne de l'enceinte, dispositif capable de provoquer la mise hors fonctionnement du système par ouverture ou immersion et dès que les contraintes sur les parois de ce dernier dépassent un seuil fixé d'avance en fonction des conditions locales ; de même, dans ce cas, l'ensemble du dispositif flottant de pompage est ramené à la côte.
2. Système d'exploitation selon la revendication 1, se caractérisant par le fait que les sorties naturelles des résurgences sont équipées de conduits divergents (7) rigides ou souples, en matériel lisse ; ces conduits devront avoir, de préférence, la forme d'une parabole de révolution tronquée; dans le cas de matériel rigide, l'angle du cône de divergence défini par la tangente à la parabole à sa jonction avec le conduit cylindrique sera calculé dans chaque cas selon la vitesse moyenne du courant d'eau douce; dans le cas de matériel souple, la densité du dit matériel sera comprise entre 1 ,1 et 1,3 selon la vitesse du courant sortant; ce système de conduits est disposé à la sortie de la ou des résurgences (2), les dits conduits étant destinés à éliminer les turbulences créées à la sortie des résurgences vers le bassin de l'enceinte.
3. Système d'exploitation 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 (3), les clapets (5) étant formés, grâce à des fentes verticales de la membrane souple, de parties libres convenablement lestées. .
4. Système d'exploitation selon la revendication 2, se caractérisant par le fait que l'élément rigide de surface (couronne 3) est constitué de tuyaux ou boudins en polyéthylène ou matériau similaire, soutenus par des flotteurs."'
5. Système d'exploitation selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, se caractérisant par le fait que la section cumulée de constituants de l'élément flottant (3) et la dimension et nature des flotteurs de soutien est déterminée pour que l'ensemble émerge dans tous les cas d'une hauteur comprise entre 120 et 200 centimètres.
6. Système d'exploitation selon la revendication 1, se caractérisant par le fait que la paroi étanche (1) peut être réalisée en matériau dur, tel que maçonnerie, béton armé ou métal.
7. Système d'exploitation selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que la paroi étanche (1) entoure la ou les résurgences (2).
8. Système d'exploitation 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.
9. Système d'exploitation selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait qu'un système de conduits divergents (7) en matériel lisse, rigides, ayant de préférence la forme d'une parabole de révolution tronquée, est disposé à la sortie immédiate de la ou des résurgences (2), les dits conduits étant agencés pour éliminer les turbulences créées à la sortie des résurgences vers le bassin de l'enceinte.
10. Système d'exploitation selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait qu'un système de conduits divergents (7) en matériel lisse, souples, conçus de façon à ce que l'action dynamique du courant sortant leur donne la forme approximative d'une parabole dé révolution tronquée, est disposé à la sortie immédiate de la ou des résurgences (1), les dits conduits étant agencés pour éliminer les turbulences créées à la sortie des résurgences vers le bassin de l'enceinte ; la forme souhaitée sera obtenue par la découpe du matériel souple et par une armature rigide qui le maintiendra.
11. Système d'exploitation selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que le volume intérieur total du bassin délimité par l'enceinte sera défini de la manière suivante : on devra pouvoir y inscrire un segment sphérique, délimité par la surface de l'eau et le fond, dont le rayon sera égal à dLn x 3 , où dv0 est la distance depuis le centre géométrique des résurgences à laquelle la vitesse du courant d'eau douce s'annule ; cette distance sera calculée, dans chaque cas précis, d'après l'étude préalable des résurgences en question.
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