WO2018104414A1 - Dispositif sous-marin de prelevement d'echantillons - Google Patents

Dispositif sous-marin de prelevement d'echantillons Download PDF

Info

Publication number
WO2018104414A1
WO2018104414A1 PCT/EP2017/081758 EP2017081758W WO2018104414A1 WO 2018104414 A1 WO2018104414 A1 WO 2018104414A1 EP 2017081758 W EP2017081758 W EP 2017081758W WO 2018104414 A1 WO2018104414 A1 WO 2018104414A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sampling
fluid
opening
microcontroller
reservoir
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/081758
Other languages
English (en)
Inventor
Alain CASTILLO
Pascal GISQUET
Valérie CHAVAGNAC
Gildas MERIAN
Original Assignee
Centre National De La Recherche Scientifique
Universite Toulouse Iii - Paul Sabatier
Top Industrie
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 Centre National De La Recherche Scientifique, Universite Toulouse Iii - Paul Sabatier, Top Industrie filed Critical Centre National De La Recherche Scientifique
Publication of WO2018104414A1 publication Critical patent/WO2018104414A1/fr

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/10—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state
    • G01N1/12—Dippers; Dredgers
    • 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
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/12—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid
    • F16K31/122—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid the fluid acting on a piston
    • F16K31/1221—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid the fluid acting on a piston one side of the piston being spring-loaded
    • 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
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/12—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid
    • F16K31/122—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid the fluid acting on a piston
    • F16K31/1226—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid the fluid acting on a piston the fluid circulating through the piston
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/10—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state
    • G01N1/18—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state with provision for splitting samples into portions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/18—Water

Definitions

  • the invention relates to the field of submarine seabed removal devices. It is particularly related to seabed fluid sampling devices.
  • Underwater sampling devices are known. They make it possible to take a sample of fluid on the surface of the ocean floor.
  • the terms "ocean floor” and “sea floor” refer to the same definition, namely the submerged bottoms of the seas and oceans. In the present case these terms also refer to the bottom of lakes and other bodies of fluid, estuaries, dams, and rivers and all rivers in the broad sense.
  • Samples taken can then be analyzed, mainly for scientific and / or industrial purposes.
  • the analysis of these samples makes it possible to study the fluid composition at the sea floor for various scientific missions, for example around a submarine volcano chimney or in the vicinity of the hydro-thermal mountains.
  • this type of device is useful to the gas hydrate industry or governmental control authorities.
  • the sample taken can provide information on the chemical composition around fields of production of "offshore" gas hydrates in activity or neglected. It is then possible to determine the existence of leaks around even small production areas.
  • an observation mission is sent by boat to the place where the analyzes are to be carried out.
  • a sampling device has descended to the bottom of the sea by various techniques, for example by means of a rover or by means of a cable and a winch. Once the sample is taken, the sample is reassembled for analysis. This operation is repeated several times a year or done once a year each year to obtain a periodic follow-up.
  • One of the objectives of the invention is to propose a device for performing successive sampling of fluid in order to capture point chemical variations on the ocean floor. Another objective is to provide a device capable of performing successive sampling of fluid over long periods of time without requiring a human presence.
  • Another objective is to propose a device capable of taking samples automatically when an environmental change is detected around said device.
  • an underwater device for sampling fluid in which it comprises:
  • sampling tanks each comprising a sampling capsule able to contain a sample and a filling inlet, each sampling capsule being connected by a fluid connection to said filling inlet,
  • each opening valve being able to open and close a fluid connection between the sampling capsule and the filling inlet of a given reservoir, -
  • a programmable microcontroller located inside the sealed cavity and adapted to control the opening valves.
  • each sampling tank comprises one of the opening valves;
  • the device comprises a plurality of solenoid valves controlled by the programmable microcontroller which are able to control the opening and closing of the opening valves;
  • the device comprises a reservoir of compressed fluid containing a pressurized fluid, each solenoid valve being fluidly connected on the one hand to said sampling reservoir and on the other hand to the opening valve so that when the solenoid valve is open the pressurized fluid of the compressed fluid reservoir flows towards the sampling tank opening valve;
  • the device comprises a sampling pipe provided with a collector, each filling inlet being fluidly connected to the sampling pipe;
  • the body comprises a cylindrical belt closed on both sides by a rear cover and a front cover, the body further comprising a beam, these elements together forming the sealed cavity;
  • the beam comprises a longitudinal passage extending from one end to the other thereof, the sampling pipe extending along said longitudinal passage and projecting on either side of the body;
  • the device comprises at least one battery for supplying the solenoid valves and the microcontroller;
  • the device comprises at least one sensor capable of detecting chemical and / or temperature and / or seismic and / or physical variations, and in which at least one sensor is able to supply this variation information to the microcontroller.
  • an assembly comprising a device as described above and a buoy secured to said device, this buoy being intended to float on the surface of a fluid, this buoy being provided with geolocation means.
  • the buoy comprises geolocation means and / or data transmission / reception means connected to the microcontroller.
  • Figure 1 is a perspective view of the underwater sampling device according to the invention.
  • Figure 2 is another perspective view of the underwater sampling device according to the invention.
  • Figure 3 is a sectional view along the plane III-III of Figure 2 where the sealed body is shown;
  • FIG. 4 is a perspective view of the interior of the device
  • Figure 5 is a sectional view of a reservoir of the device
  • Figure 6 is a view similar to that of Figure 3 wherein the device is oriented differently;
  • FIG. 7 is a view of an assembly comprising the underwater sampling device and a buoy secured to said device
  • Figure 8 is a perspective view of a collector according to the invention.
  • Figure 9 is another perspective view of the collector of Figure 8.
  • Figure 10 is a sectional view of the collector of Figure 8 along the X-X plane;
  • Figure 11 is a perspective view of the device according to the invention;
  • FIG. 12 is a perspective view of an alternative embodiment of the device;
  • FIG. 13 is another perspective view of the embodiment variant illustrated in FIG. 12.
  • FIGs 1 and 2 there is shown a submarine sampling device 1.
  • This device 1 comprises a sealed body 2 defining a sealed cavity 2a and two supports, respectively a front support 3 and a rear support 4.
  • the device 1 comprises a plurality of sampling tanks. These sampling tanks are suitable and intended to contain a sample.
  • a sample is a predetermined quantity of fluid in which chemical elements may be present in dissolved form, for example.
  • the device 1 comprises twelve tanks 5. However the number of tanks 5 may vary depending on the sampling requirements.
  • each support 3, 4 comprises a main orifice 6 for holding the body 2 as well as a plurality of secondary orifices.
  • the main orifice 6 is intended to receive one end of the body 2 and each secondary orifice 7 is intended to receive one end of a sampling reservoir 5.
  • the supports 3, 4 front and rear respectively support a front and rear end of the body 2 and a front and rear end of the tanks 5, this advantageously conferring effective stability to the device 1.
  • Each support 3, 4 comprises a bottom wall 8 serving as a foot on which the device 1 and two side walls 9 connected to each other by an upper wall 10, generally rounded and then substantially defining a circular arc.
  • the shape of the upper wall advantageously saves material.
  • a top wall 10 is identical to the bottom wall 8. would require a larger amount of material.
  • a thickness of the support 3, 4 is such that it allows the device 1 to be stable. This thickness is advantageously of the order of a few centimeters.
  • the body 2 comprises:
  • a rear cover 11 serving as a support for several elements which will be detailed later,
  • An orthogonal reference comprising:
  • a horizontal axis X extending in an extension direction of the body 2
  • a vertical axis Y perpendicular to the axis X and defining therewith a plane YX
  • the rear cover 11 and the front cover 12 present in this case a general disc shape and are provided at their center with a hole 16.
  • the hole 16 comprises an annular notch 17 in which is housed a spacer 18 provided with a seal 19.
  • annular designates a form of ring.
  • the rear cover 11 and the front cover 12 are extended by a peripheral tab projecting along the Y axis.
  • the rear cover 11 and the front cover 12 also comprise an annular tab 21 projecting along the X axis
  • the peripheral and annular tabs 20, 21 together define a zone 21 for reception that is open on the outside and substantially L-shaped.
  • the annular tab 20 comprises a housing 23 in which a peripheral annular spacer 24 provided with a seal is housed. 19 sealing also annular.
  • the rear cover 11 and the front cover 12 are provided in the reception area 22, in the vicinity of a junction between the peripheral tab 20 and the annular tab 21, of a stall forming a step 25.
  • the step 25 advantageously allows to keep the belt 13 cylindrical away from the peripheral lug as illustrated in Figure 3.
  • the peripheral lug 20 is provided with a plurality of notches 26 for gripping intended to collaborate with an external tool (not shown) especially for the assembly and disassembly of the device 1.
  • an external tool not shown
  • the space between the peripheral lug 20 and the cylindrical belt 13 allows free access to the notches 26 gripping.
  • the rear cover 11 includes a plurality of feed orifices 27 for receiving a nut comprising a bolt and a screw 28 perforated.
  • a nut comprising a bolt and a screw 28 perforated.
  • the perforation in the screw is longitudinal and advantageously allows a fluid to traverse said screw 28 perforated from one end to the other thereof.
  • the device 1 comprises several feed orifices 27 and screws 28 perforated. Each feed port 27 accommodates a perforated screw 28.
  • the rear cover 11 is provided with twelve feed orifices 27. More generally, the rear cover 11 comprises as many feed orifices 27 as the device 1 comprises tanks 5.
  • the beam 14 is in the form of a tube provided with a longitudinal passage 29 extending from one end to the other of the latter.
  • the sample taken circulates in the beam 14 through the passage 29.
  • Each end of the beam 14 is provided with a fixing portion.
  • the fastening portion 30 has a material thickness smaller than that of the remainder of the beam 14 such that the diameter of the beam 14 is smaller than the level of the fastening portions.
  • the diameter of the longitudinal passage 29 remains substantially constant over the entire length of the beam 14.
  • Fastening portions 30 are provided with a threaded end 31.
  • the length of the fastening portion (along the X axis) is greater than the thickness of the rear cover 11 in the vicinity of the hole 16, so that a substantial portion of the fastening portion may exceed rear cover 11 when the beam 14 is inserted therein. Note that only the threaded end 31 of the attachment portion 30 protrudes from the rear cover 11.
  • the body 2 comprises two elements 15 for clamping the covers 11, 12 rear and front. These clamping elements have a cylindrical shape. They are provided with a bore 32 extending on either side of said clamping member. The bore 32 has a threaded portion 33 adapted and intended to collaborate with a threaded end 31 of the beam 14.
  • Each clamping member 15 comprises at least one hole 34 for gripping. In the present case, each clamping member comprises four gripping holes 34. These grip holes 34 are intended to collaborate with an external tool (not shown).
  • the device 1 comprises reservoirs 5. These reservoirs 5 make it possible to collect a fluid sample optionally comprising dissolved or non-dissolved chemical species.
  • a sampling tank 5 will be described with reference to FIG.
  • the sample reservoir 5 has a cylindrical shape. It is equipped with three parts namely:
  • an upper portion comprising in particular an opening valve 36, an intermediate portion including in particular an inlet 69 for filling, and
  • the upper portion is coupled to the intermediate portion 37 which in turn is coupled to the lower portion 38.
  • the upper portion 35 is provided with an upper portion 39 defining an upper cavity 40, and a lower portion 41 defining a lower cavity 42.
  • the upper part of the sampling tank 5 (and thus the upper cavity 40) is sealingly sealed by a cover 43 attached and secured by a plurality of fixing screws 44.
  • the cover 43 is fixed by means of four fixing screws 44.
  • the opening valve 36 is of the "all or nothing” type. This is a “normally closed” valve, ie this valve is fully closed in the absence of power.
  • the opening valve 36 is housed mainly in the upper portion. Part of the opening valve 36, however, extends substantially in the intermediate portion 37 as will be explained later.
  • the opening valve 36 comprises a movable frame 45, moving between a low position illustrated in FIG. 5 and in which the valve is closed, and a high position (not shown) in which the valve is open.
  • the opening valve 36 comprises a return spring 46.
  • the return spring 46 keeps the mobile frame 45 in the low position (valve closed) in the absence of power.
  • the return spring 46 is located between the mobile frame 45 and the cover 43. Thus, the return spring 46 bears on the cover 43 on the one hand and is in contact with the mobile frame 45 on the other hand in order to transmit it to it. its elastic potential energy.
  • the mobile frame 45 is secured to a needle 47 whose function will be described later.
  • the lower portion 41 of the upper portion advantageously has a smaller diameter than the upper portion 39.
  • the coupling of the upper portion with the intermediate portion 37 is effected by inserting the lower portion 41 into a receiving zone 48 of the intermediate portion 37.
  • the reception area 48 is substantially a counterprint of the lower portion 41.
  • a passage 49 is made in the lower portion 41 of the upper portion. This passage 49 advantageously allows the needle 47 to circulate in a longitudinal translation movement.
  • the opening valve 36 extends partly into the intermediate portion 37 via said needle 47.
  • the intermediate portion 37 is provided with a substantially cylindrical buffer zone 51.
  • the diameter of the buffer zone 51 is substantially smaller than the diameter of the needle 47 as shown in FIG. 5.
  • the buffer zone 51 is supplied with fluid by a primary supply channel 52 communicating with the external medium via the filling inlet 69.
  • the filling inlet 69 is in the form of a feed orifice 27 in which a perforated screw 28 is housed.
  • the buffer zone 51 feeds a sampling capsule 53 via a secondary supply channel 54.
  • the sampling capsule 53 is formed by two cavities, one belonging to the intermediate portion 37 and the other belonging to the lower portion 38 when the latter is coupled to the intermediate portion 37.
  • the lower portion 38 is provided with an extraction orifice 55 and a screw 28 perforated.
  • the extraction orifice 55 is identical to the supply orifices 27.
  • the terminology "extraction” is only used to clarify the function of said orifice.
  • the perforated screw 28 housed in the extraction orifice 55 is sealed by means of a stud 56.
  • the sampling capsule 53 does not communicate with the external medium. It is through the extraction orifice 55 that the fluid sample in the sampling capsule 53 is recovered.
  • the needle 47 serves to obstruct both the primary supply channel 52 and the secondary supply channel 54.
  • one end of the needle 47 advantageously has a cone shape. When the opening valve 36 is in the low position, a tip of the cone 57 substantially enters the secondary supply channel 54 obstructing it. In parallel, the needle 47 also blocks the primary supply channel 52.
  • the sampling capsule 53 is therefore hermetically isolated from the outside mill.
  • sampling tank 5 comprises a plurality of seals 19 sealing to seal the surrounding environment.
  • a supply channel 58 opens the opening valve 36.
  • This 58 supply channel 27 communicates with a supply port formed in the lid 43.
  • This supply port 27 is also provided with a perforated screw 28.
  • the supply channel 58 thus extends on either side of the cover 43 and extends into the mobile frame 45 and communicates with a distribution channel 59.
  • the distribution channel 59 in turn communicates with the upper cavity 40.
  • the device 1 comprises various elements arranged in the body 2.
  • the rear cover 1 1 of the body 2 comprises a reservoir 60 of compressed fluid capable of containing a compressed fluid, for example nitrogen.
  • the reservoir 60 of compressed fluid is for example of substantially annular shape and will be hereinafter referred to it by the term annular reservoir 60.
  • the section of the annular reservoir 60 is substantially rectangular.
  • the annular reservoir 60 comprises an inlet 61 to fill it with compressed fluid.
  • a plurality of solenoid valves 62 are disposed on the annular reservoir 60 and is fluidly connected thereto.
  • Device 1 comprises twelve solenoid valves 62, one for each sampling tank.
  • the rear cover 11 comprises a plurality of orifices 27 for supply.
  • the rear cover 11 comprises twelve feed orifices 27 in which a perforated screw 28 is housed.
  • Each solenoid valve 62 is fluidly connected to a feed port 27 of the rear cover 11.
  • the perforated screw 28, which protrudes outwardly from the body 2, is fluidly connected to the screw 28 perforated of the rear cover 11
  • This pipe 63 is configured to withstand high pressures of the order of several hundred bar.
  • Each solenoid valve 62 is connected and controlled by a microcontroller 64 disposed in the body 2.
  • the microcontroller 64 and the solenoid valves 62 are supplied with electricity by batteries 65.
  • the device also comprises sampling means. It is more specifically, a sampling pipe 66 comprising at one end, a manifold 67.
  • the pipe 66 extends along the longitudinal passage 29 of the beam 14 and protrudes on either side of the body 2 as shown in FIG. 2.
  • the collector 67 is located at one end of the pipe 66, this advantageously makes it possible to position the device 1 at a distance from a volcanic chimney by leaving exposed above said chimney only the collector 67.
  • the flow released by the chimney is collected by the collector and then passes through the sampling pipe 66.
  • the device 1 is then less exposed to environmental aggressions such as temperature and / or acidity.
  • the flows released by the chimney are channeled through the sampling pipe 66 and the collector 67 and are guided and then ejected at a distance from the body 2 so that the latter is only slightly touched by the flow released by the chimney. .
  • the collector 67 is illustrated in detail in FIGS. 8, 9 and 10.
  • the collector 67 comprises a body 74 defining a concave cavity 75, the concavity being turned towards outside.
  • the collector comprises a tunnel 76.
  • the tunnel 76 is located in the body 74 and extends from the cavity 75 to an outer face 77 of the body.
  • the collector 67 makes it possible to take samples of high precision because the flow released by an aquatic chimney, for example, is encompassed by the cavity 75 and directed by the tunnel 76 towards the device 1. This allows concise sampling to be carried out. on the one hand, since the elements taken come from what is in the cavity 75 and not the environment around the device 1 and ensure the safety of the device 1 on the other hand, since it is located away from the sampling area where only the collector 67 is exposed.
  • the collector is made of a material resistant to corrosion, acidity and high temperatures.
  • Each sampling tank 5 is fluidly connected to the sampling pipe 66. More concisely, the screw 28 perforated from the feed port 27 of the sampling capsule 53 of each tank 5 is fluidly connected to the sampling pipe 66 by a sampling pipe 68.
  • the sampling is done as soon as the microcontroller 64 sends an order to a solenoid valve 62 to supply the sample tank 5 fluid.
  • the opening valve 36 is supplied with pressurized nitrogen from the annular reservoir 60.
  • the mobile frame 45 and the needle 47 move and leave the primary and secondary supply channels 52, 54 free.
  • the sampling capsule 53 fills and the microcontroller 64 instructs the solenoid valve 62 to stop the supply of compressed nitrogen.
  • the opening valve 36 closes under the effect of the return spring 46 and the sample is definitively captured in the sampling capsule 53.
  • the sampling tanks are arranged in a circular manner around the body 2. This advantageously allows the sampled samples to traverse an identical path regardless of the sampling reservoir in which said sample will be kept.
  • the cylindrical belt 13, the front cover 12 and the rear cover 11 have a diameter D1 of about 270 millimeters.
  • An inside diameter D2 of the cylindrical belt 13 is approximately equal to 240 millimeters, this diameter D2 thus defining the diameter of the sealed cavity 2a.
  • a diameter D3 of the longitudinal passage 29 is approximately equal to 20 millimeters.
  • a thickness E1 (along the X axis) of the clamping members is approximately equal to 29 millimeters.
  • a thickness E2 (X-axis) extending from one distal end of a clamp member to a distal end of the other clamping member is about 276 millimeters.
  • a thickness E3 (along the X axis) of the front cover 12 and the rear cover 11 is approximately equal to 24 millimeters.
  • a thickness E4 (along the X axis) of the sealed cavity 2a which extends from an inner wall PI to an inner wall P2 is approximately equal to 170 millimeters.
  • a thickness E5 (along the X axis) extending from an outer wall F1 of the rear cover 11 to an outer wall F2 of the front cover 12 is approximately equal to 218 millimeters.
  • the section of the annular tank 60 has a thickness E6 (along the X axis) approximately equal to 30 millimeters and a width L1 (along the Y axis) approximately equal to 38.5 millimeters.
  • the device 1 thus described has several advantages.
  • a first advantage is that it makes it possible to perform successive samples of fluid, since it comprises several sampling tanks 5 distinctly controlled according to the computer program implemented in the microcontroller 64.
  • Another advantage is that the device 1 makes it possible to take successive samples of fluid over long periods in complete autonomy. Indeed the microcontroller 64 may for example be programmed to trigger a sampling each month for twelve months for example to the extent that the device 1 comprises twelve sampling tanks 5. This provides an analysis over a period of one year.
  • the device 1 comprises various onboard measurement means.
  • thermometer for measuring the temperature of the fluid around the device 1. It may also be various chemical sensors for detecting the presence of various chemical elements.
  • the device 1 can also be equipped with a seismic sensor. These sensors 73 are connected to the microcontroller 64 and the latter triggers a sampling as soon as a chemical element and / or a variation of pressure / temperature, or seismic activity are detected.
  • the sensors 73 exchange data with the microcontroller 64 via a wire or wireless connection, in the latter case, the device 1 comprises a communication device 85.
  • the device 85 is illustrated in Figure 12 showing an alternative embodiment of the device.
  • the communication device 85 is able to allow the exchange of data in salt water.
  • the communication device 85 is electrically powered by the batteries of the device 1.
  • the 12 and 13 comprises a different arrangement of the pipes 63 and sampling pipes 68.
  • the sampling pipes 68 are arranged on the opposite side to that of the pipes 63 to free up space, in particular to allow the arrangement of the device 85.
  • Another advantage of the device 1 is that it allows for sampling automatically when an environmental change is detected around the device 1. This allows scientific missions to acquire more reliable and valuable data.
  • the device may be provided with means for attaching it to a winch cable.
  • the winch is located on the ship. These means allow to hang the device to the winch cable to go down and place the device when a rover is not used.
  • the device 1 is advantageously connected to a buoy 70 at the surface provided with geolocation means 71 and / or means 72 for receiving / transmitting data, the latter being connected to the microcontroller 64.
  • a user can trigger a sampling at any time since a computer interface via means of satellite telecommunication for example. Through this interface, the user can advantageously choose the tank in which he wishes to collect the sample.
  • the device can also provide via the buoy on the surface, information measured by the various onboard sensors.
  • the program defining the calendar and / or the policy of triggering the sampling can be modified remotely.
  • the geolocation means and the data reception / transmission means may be powered by batteries located on the buoy.
  • the buoy 70 may be provided with solar panels in order to supply the geolocation means and / or the data reception / transmission means. The solar panels can also be used to recharge the batteries located on the buoy or those embedded in the device 1.
  • the device can be made of titanium. More specifically, the parts in contact with water are advantageously made of titanium. Titanium has the advantage of being resistant to corrosion and large temperature variations. This advantageously makes it possible not to contaminate the samples taken. Titanium also has the advantage of withstanding high pressures.
  • the body 2 and the tanks 5 are particularly subjected to a large pressure differential and are therefore made of a material resistant to high pressures, for example titanium. Indeed, the sampling capsule 53 of the tank 5 is at constant pressure throughout the descent and then on the seabed. Thus, the greater the pressure difference between the pressure in the sampling capsule and that of the seabed, the greater the reservoir 5 will be subjected to significant mechanical stresses.
  • the pressure is balanced initially during the period of time when the device is held on the seabed, then the reverse occurs when the device is reassembled.
  • the pressure decreases to atmospheric pressure, and the pressure in the sampling capsule remains constant and equal to that of the seabed.
  • the tank 5 must therefore withstand significant mechanical stresses.
  • the body 2 the internal pressure is constant and equal to the atmospheric pressure. The difference pressure is maximum on the seabed at the maximum depth, the body 2 must therefore also withstand intense mechanical stresses.
  • the device 1 comprises a grip handle 79.
  • the grip handle 79 advantageously allows a tool to lower the device.
  • the grip handle 79 also allows a rover to move the device on site.
  • the collector 67 has a second handle 80 for gripping.
  • the handle 80 allows a rover to manipulate the collector 67, in particular to position it above a submarine chimney, for example.
  • the device 1 comprises a support arm 81.
  • the support arm 81 is fixed on the supports 3,4 and protrudes from the support 3.
  • One end of the support arm 81 comprises a plate 82 defining a housing serving as a support for the collector 67.
  • the support arm 81 enables advantageously during the establishment of the device 1 on a seabed and its ascent on a boat, to handle only the device 1, the collector 67 being secured to the supports 3, 4 with said support arm 81.
  • the device 1 comprises fastening clips 83 able to fix the reservoirs on the wall 3, 4.
  • the device 1 also comprises fixing brackets 84 for securing the body 2 to the walls 3,4.

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

Dispositif (1) sous-marin de prélèvement d'échantillons comprenant • un corps (2) étanche définissant une cavité étanche, • une pluralité de réservoirs (5) d'échantillonnage comprenant chacun une capsule d'échantillonnage apte à contenir un échantillon, chaque capsule d'échantillonnage étant reliée de manière fluidique à une entrée de remplissage par une liaison fluidique, • une pluralité de vannes d'ouverture aptes à ouvrir et fermer la liaison fluidique entre la capsule d'échantillonnage et l'entrée de remplissage, • un microcontrôleur programmable situé à l'intérieur de la cavité étanche et apte à contrôler les vannes d'ouverture, et • un tuyau (66) de prélèvement muni d'un collecteur (67), chaque entrée de remplissage étant réliée de manière fluidique au tuyau de prélèvement.

Description

DISPOSITIF SOUS-MARIN DE PRELEVEMENT D'ECHANTILLONS
L'invention a trait au domaine des dispositifs sous-marins de prélèvement des fonds de mer. Elle a tout particulièrement trait aux dispositifs de prélèvement d'échantillons de fluide en fond marin.
Les dispositifs de prélèvements sous-marins sont connus. Ils permettent de prélever un échantillon de fluide à la surface du plancher océanique. Les expressions « plancher océanique » et « fonds marins » renvoient à la même définition à savoir les fonds immergés des mers et océans. Dans le cas présent ces expressions désignent également le fond des lacs et autres étendues de fluide, les estuaires, les barrages ainsi que les fleuves et tous les cours d'eau au sens large.
Les échantillons prélevés peuvent ensuite être analysés, principalement à des fins scientifiques et/ou industrielles. Dans le premier cas l'analyse de ces échantillons permet d'étudier la composition de fluide au niveau du plancher océanique pour diverses missions scientifiques, par exemple autour d'une cheminée de volcan sous- marin ou au voisinage des monts hydro thermaux. Dans le second cas, ce type de dispositif est utile à l'industrie des hydrates de gaz ou aux autorités de contrôles gouvernementales. Ainsi l'échantillon prélevé peut fournir des informations sur la composition chimique autour de champs de production d'hydrates de gaz « offshore » en activité ou délaissés. Il est alors possible de déterminer l'existence de fuites autour des zones de production même de faible ampleur. En pratique, une mission d'observation est envoyée par bateau à l'endroit où les analyses doivent être effectuées. Un dispositif de prélèvement est descendu au fond de la mer par diverses techniques, au moyen d'un rover par exemple ou encore au moyen d'un câble et d'un treuil. Line fois que le prélèvement est effectué, l'échantillon est remonté pour être analysé. Cette opération est renouvelée plusieurs fois par an ou bien effectuée une seule fois chaque année pour obtenir un suivi périodique.
Les dispositifs actuellement connus ne donnent pas entière satisfaction aux scientifiques ou aux industriels. En effet ils ne permettent de faire qu'un prélèvement à intervalle d'une année ou pis encore de plusieurs années. Pour des raisons économiques et écologiques, les bateaux d'observation ne peuvent être déployés aussi fréquemment que souhaité. Les données collectées ponctuellement et périodiquement, ne fournissent pas un schéma fidèle des variations chimiques réelles dans les fonds océaniques. En effet des variations chimiques de courtes périodes de temps sont inévitables notamment en raison de l'activité sismique, volcanique et/ou du courant marins. Ces variations chimiques de courtes périodes sont souvent non observables et les analyses finales biaisées.
L'un des objectifs de l'invention est de proposer un dispositif permettant d'effectuer des prélèvements successifs de fluide afin de capturer des variations chimiques ponctuelles sur les fonds océaniques. Un autre objectif est de proposer un dispositif capable d'effectuer des prélèvement successifs de fluide sur de longues périodes de temps sans requérir une présence humaine.
Un autre objectif est de proposer un dispositif capable d'effectuer des prélèvements automatiquement dès lors qu'un changement environnemental est détecté autour dudit dispositif.
A cet effet, il est proposé en premier lieu un dispositif sous-marin de prélèvement d'échantillons de fluide dans lequel celui-ci comprend :
- un corps étanche définissant une cavité étanche,
- une pluralité de réservoirs d'échantillonnage comprenant chacun une capsule d'échantillonnage apte à contenir un échantillon et une entrée de remplissage, chaque capsule d'échantillonnage étant reliée par une liaison fluidique à ladite entrée de remplissage,
- une pluralité de vannes d'ouverture, chaque vanne d'ouverture étant apte à ouvrir et fermer une liaison fluidique entre la capsule d'échantillonnage et l'entrée de remplissage d'un réservoir donné, - un microcontrôleur programmable situé à l'intérieur de la cavité étanche et apte à contrôler les vannes d'ouverture.
Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues seules ou en combinaison : chaque réservoir d'échantillonnage comprend l'une des vannes d'ouverture, ; le dispositif comprend une pluralité d' électrovannes contrôlées par le microcontrôleur programmable lesquelles sont aptes à commander l'ouverture et la fermeture des vannes d'ouverture ;
le dispositif comprend un réservoir de fluide comprimé contenant un fluide sous pression, chaque électrovanne étant reliée de manière fluidique d'une part audit réservoir d'échantillonnage et d'autre part à la vanne d'ouverture de sorte que lorsque l'éiectrovanne est ouverte, le fluide sous pression du réservoir de fluide comprimé circule en direction de la vanne d'ouverture du réservoir d'échantillonnage ;
le dispositif comprend un tuyau de prélèvement muni d'un collecteur, chaque entrée de remplissage étant reliée de manière fluidique au tuyau de prélèvement ;
- le corps comprend une ceinture cylindrique fermée de part et d'autre par un couvercle arrière et un couvercle avant, le corps comprenant en outre une poutre, ces éléments formant ensemble la cavité étanche ;
la poutre comprend un passage longitudinal s'étendant d'un bout à l'autre de celle-ci, le tuyau de prélèvement s'étendant le long dudit passage longitudinal et faisant saillie de part et d'autre du corps ;
le dispositif comprend au moins une batterie pour alimenter les électrovannes et le microcontrôleur ;
le dispositif comprend au moins un capteur apte à détecter des variations chimique et/ou de température et/ou sismique et/ou physique, et dans lequel au moins un capteur est apte à fournir ces informations de variations au microcontrôieur. Il est proposé en second lieu un ensemble comprenant un dispositif tel que précédemment décrit et une bouée arrimée audit dispositif, cette bouée étant destinée à flotter à la surface d'un fluide, cette bouée étant munie de moyens de géolocalisation. Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues seules ou en combinaison : la bouée comprend des moyens de géoiocalisation et/ou des moyens d'émission/réception de données reliés au microcontrôleur.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront dans la description ci-après en relation avec les dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquels :
la figure 1 est une vue en perspective du dispositif sous-marin de prélèvement selon l'invention ;
la figure 2 est une autre vue en perspective du dispositif sous-marin de prélèvement selon l'invention ;
la figure 3 est une vue en section selon le plan III- III de la figure 2 où le corps étanche est représenté ;
- la figure 4 est une vue en perspective de l'intérieur du dispositif ;
la figure 5 est une vue en coupe d'un réservoir du dispositif ;
la figure 6 est une vue similaire à celle de la figure 3 dans laquelle le dispositif est orienté différemment ;
la figure 7 est une vue d'un ensemble comprenant le dispositif sous-marin de prélèvement et une bouée arrimée audit dispositif
la figure 8 est une vue en perspective d'un collecteur selon l'invention ;
la figure 9 est une autre vue en perspective du collecteur de la figure 8 ;
la figure 10 est une vue en coupe du collecteur de la figure 8 selon le plan X-X ; la figure 11 est une vue en perspective du dispositif selon l'invention ;
- la figure 12 est une vue en perspective d'une variante de réalisation du dispositif ; la figure 13 est une autre vue en perspective de la variante de réalisation illustrée sur la figure 12.
Sur les figures 1 et 2, est représenté un dispositif 1 sous-marin de prélèvement d'échantillons. Ce dispositif 1 comprend un corps 2 étanche définissant une cavité 2a étanche et deux supports, respectivement un support 3 avant et un support 4 arrière.
Le dispositif 1 comprend une pluralité de réservoirs 5 d'échantillonnage. Ces réservoirs 5 d'échantillonnage sont aptes et destinés à contenir un échantillon. Un échantillon est dans le cas présent, une quantité de fluide prédéterminée dans laquelle des éléments chimiques peuvent être présents sous forme dissoute par exemple.
Dans le mode de réalisation représenté sur les figures, le dispositif 1 comprend douze réservoirs 5. Toutefois le nombre de réservoirs 5 peut varier en fonction des besoins en prélèvements.
Ainsi qu'illustré sur les figures, les réservoirs 5 sont avantageusement disposés de manière régulière et de façon circulaire autour du corps 2. Chaque support 3, 4 comprend un orifice principal 6 de maintien du corps 2 ainsi qu'une pluralité d'orifices secondaires 7 de maintien des réservoirs 5. L'orifice principal 6 est destiné à accueillir une extrémité du corps 2 et chaque orifice secondaire 7 est destiné à accueillir une extrémité d'un réservoir 5 d'échantillonnage. Ainsi les supports 3, 4 avant et arrière supportent respectivement une extrémité avant et arrière du corps 2 et une extrémité avant et arrière des réservoirs 5, ceci conférant avantageusement une stabilité efficace au dispositif 1.
Chaque support 3, 4 comprend une paroi 8 inférieure faisant office de pied sur lequel repose le dispositif 1 et deux parois 9 latérales reliées entre elles par une paroi 10 supérieure, généralement arrondie et définissant alors sensiblement un arc de cercle. La forme de la paroi 10 supérieure permet avantageusement d'économiser de la matière. A contrario, une paroi 10 supérieure reeti l i gne identique à la paroi 8 inférieure nécessiterait une quantité de matériau plus importante. Une épaisseur du support 3, 4 est telle qu'elle permet au dispositif 1 d'être stable. Cette épaisseur est avantageusement de l'ordre de quelques centimètres. En référence à la figure 3, le corps 2 comprend :
un couvercle arrière 11, servant de support à plusieurs éléments qui seront détaillés ultérieurement,
un couvercle avant 12,
une ceinture 13 cylindrique,
- une poutre 14, et
des éléments 15 de serrage.
On définit un repère orthogonal comprenant :
un axe X horizontal s'étendant selon une direction d'extension du corps 2, un axe Y vertical perpendiculaire à l'axe X et définissant avec celui-ci un plan YX,
un axe Z perpendiculaire aux axes X et Y et définissant respectivement avec ceux-ci un pian ZX et un plan ZY. Le couvercle arrière 11 et le couvercle avant 12 présentent en l'occurrence une forme générale de disque et sont munis en leur centre, d'un trou 16. Le trou 16 comprend une encoche 17 annulaire dans laquelle est logée une entretoise 18 munie d'un joint 19 d'étanchéité. Dans la présente description, l'expression « annulaire » désigne une forme d'anneau.
Sur une périphérie, le couvercle arrière 11 et le couvercle avant 12 sont prolongés par une patte 20 périphérique faisant saillie selon l'axe Y. Le couvercle arrière 11 et le couvercle avant 12 comprennent également une patte 21 annulaire faisant saillie selon l'axe X. Les pattes 20, 21 périphérique et annulaire définissent ensemble une zone 22 d'accueil ouverte sur l'extérieur et sensiblement en forme de L. La patte 20 annulaire comprend un logement 23 dans lequel loge une entretoise 24 annulaire périphérique munie d'un joint 19 d'étanchéité également annulaire. Le couvercle arrière 11 et le couvercle avant 12 sont munis dans la zone 22 d'accueil, au voisinage d'une jonction entre la patte 20 périphérique et la patte 21 annulaire, d'un décroché formant une marche 25. La marche 25 permet avantageusement de maintenir la ceinture 13 cylindrique à distance de la patte 20 périphérique ainsi qu'illustré sur la figure 3. En effet, la patte 20 périphérique est munie d'une pluralité d'encoches 26 de préhension destinées à collaborer avec un outil extérieur (non représenté) notamment pour le montage et le démontage du dispositif 1. A cet effet, l'espace entre la patte 20 périphérique et la ceinture 13 cylindrique permet de laisser libre l'accès aux encoches 26 de préhension.
Le couvercle arrière 11 comprend une pluralité d'orifices 27 d'alimentation destinés à accueillir un écrou comprenant un boulon et une vis 28 perforée. Dans ce qui suit il sera fait référence audit écrou par l'expression vis 28 perforée. La perforation pratiquée dans la vis est longitudinale et permet avantageusement à un fluide de parcourir ladite vis 28 perforée d'une extrémité à l'autre de celle-ci.
Le dispositif 1 comprend plusieurs orifices 27 d'alimentation et vis 28 perforées. Chaque orifice 27 d'alimentation accueille une vis 28 perforée.
Dans le mode de réalisation représenté sur les figures, le couvercle arrière 11 est muni de douze orifices 27 d'alimentation. De façon plus générale, le couvercle arrière 11 comprend autant d'orifices 27 d'alimentation que le dispositif 1 comprend de réservoirs 5.
La poutre 14 se présente sous la forme d'un tube muni d'un passage 29 longitudinal s'étendant d'un bout à l'autre de celle-ci. L'échantillon prélevé circule dans la poutre 14 à travers le passage 29. Chaque extrémité de la poutre 14 est munie d'une portion 30 de fixation. La portion 30 de fixation présente une épaisseur de matière inférieure à celle du reste de la poutre 14 de telle sorte que le diamètre de la poutre 14 est inférieure au niveau des portions 30 de fixation. Ainsi le diamètre du passage 29 longitudinal reste sensiblement constant sur toute la longueur de la poutre 14. Les portions 30 de fixation sont munies d'une extrémité 31 filetée. Avantageusement, la longueur de la portion 30 de fixation (selon l'axe X) est supérieure à l'épaisseur du couvercle arrière 11 au voisinage du trou 16, ceci de sorte qu'une partie substantielle de la portion 30 de fixation puisse dépasser du couvercle arrière 11 lorsque la poutre 14 est insérée dans celui-ci. A noter que seule l'extrémité 31 filetée de la portion 30 de fixation dépasse du couvercle arrière 11.
Dans le mode de réalisation représenté sur les figures, le corps 2 comprend deux éléments 15 de serrage des couvercles 11, 12 arrière et avant. Ces éléments 15 de serrage présentent une forme cylindrique. Ils sont munis d'un perçage 32 s'étendant de part et d'autre dudit élément 15 de serrage. Le perçage 32 présente une portion 33 taraudée apte et destinée à collaborer avec une extrémité 31 filetée de la poutre 14. Chaque élément 15 de serrage comprend au moins un trou 34 de préhension. Dans le cas présent, chaque élément 15 de serrage comprend quatre trous 34 de préhension. Ces trous 34 de préhension sont destinés à collaborer avec un outil extérieur (non représenté).
Ainsi que précédemment évoqué, le dispositif 1 comprend des réservoirs 5. Ces réservoirs 5 permettent de recueillir un échantillon de fluide comprenant éventuellement des espèces chimiques dissoutes ou non. Dans ce qui suit, il sera décrit un réservoir 5 d'échantillonnage en référence à la figure 5.
Le réservoir 5 d'échantillonnage présente dans le cas présent une forme cylindrique. Il est muni de trois parties à savoir :
- une partie 35 supérieure comprenant notamment une vanne 36 d'ouverture, une partie 37 intermédiaire comprenant notamment une entrée 69 de remplissage, et
une partie 38 inférieure. La partie 35 supérieure est couplée à la partie 37 intermédiaire laquelle est à son tour couplée à la partie 38 inférieure. La partie 35 supérieure est munie d'une portion 39 supérieure définissant une cavité 40 supérieure, et d'une portion 41 inférieure définissant une cavité 42 inférieure.
La partie 35 supérieure du réservoir 5 d'échantillonnage (et de ce fait la cavité 40 supérieure) est scellée de manière étanche par un couvercle 43 rapporté et fixé par une pluralité de vis 44 de fixation. Dans le mode de réalisation illustré, le couvercle 43 est fixé au moyen de quatre vis 44 de fixation.
La vanne 36 d'ouverture est du type « tout ou rien ». Il s'agit d'une vanne « normalement fermée », c'est-à-dire que cette vanne est entièrement fermée en l'absence d'alimentation. La vanne 36 d'ouverture loge principalement dans la partie 35 supérieure. Une partie de la vanne 36 d'ouverture s'étend toutefois sensiblement dans la partie 37 intermédiaire ainsi que ceci sera expliqué par la suite. La vanne 36 d'ouverture comprend un châssis 45 mobile, se déplaçant entre une position basse illustrée sur la figure 5 et dans laquelle la vanne est fermée, et une position haute (non représentée) dans laquelle la vanne est ouverte. La vanne 36 d'ouverture comprend un ressort 46 de rappel. Le ressort 46 de rappel maintient le châssis 45 mobile en position basse (vanne fermée) en l'absence d'alimentation. Le ressort 46 de rappel est situé entre le châssis 45 mobile et le couvercle 43. Ainsi le ressort 46 de rappel prend appui sur le couvercle 43 d'une part et est en contact avec le châssis 45 mobile d'autre part afin de lui transmettre son énergie potentielle élastique.
Le châssis 45 mobile est solidaire d'un pointeau 47 dont la fonction sera décrite ultérieurement.
La portion 41 inférieure de la partie 35 supérieure présente avantageusement un diamètre inférieure à la portion 39 supérieure. Le couplage de la partie 35 supérieure avec la partie 37 intermédiaire est effectué en insérant la portion 41 inférieure dans une zone 48 d'accueil de la partie 37 intermédiaire. Avantageusement, la zone 48 d'accueil est sensiblement une contre-empreinte de la portion 41 inférieure. Un passage 49 est pratiqué dans la portion 41 inférieure de la partie 35 supérieure. Ce passage 49 permet avantageusement de laisser circuler le pointeau 47 selon un mouvement longitudinal de translation. Ainsi que précédemment évoqué, la vanne 36 d'ouverture s'étend en partie dans la partie 37 intermédiaire via ledit pointeau 47.
Plusieurs éléments 50 de guidage permettent de guider le mouvement du pointeau 47 dans la partie 35 supérieure et dans la partie 37 intermédiaire. La partie 37 intermédiaire est munie d'une zone 51 tampon sensiblement cylindrique. Le diamètre de la zone 51 tampon est sensiblement inférieur au diamètre du pointeau 47 ainsi que l'illustre la figure 5.
La zone 51 tampon est alimentée en fluide par un canal d'alimentation 52 primaire communiquant avec le milieu extérieur via l'entrée 69 de remplissage. L'entrée 69 de remplissage se présente sous la forme d'un orifice 27 d'alimentation dans lequel loge une vis 28 perforée. D'autre part, la zone 51 tampon alimente une capsule 53 d'échantillonnage via un canal d'alimentation 54 secondaire. La capsule 53 d'échantillonnage est formée par deux cavités, l'une appartenant à la partie 37 intermédiaire et l'autre appartenant à la partie 38 inférieure lorsque cette dernière est couplée à la partie 37 intermédiaire.
Avantageusement, la partie 38 inférieure est munie d'un orifice 55 d'extraction et d'une vis 28 perforée. L'orifice 55 d'extraction est identique aux orifices 27 d'alimentation. La terminologie « extraction » est uniquement utilisée afin de clarifier la fonction dudit orifice. La vis 28 perforée logeant dans l'orifice 55 d'extraction est scellée au moyen d'un goujon 56. Ainsi la capsule 53 d'échantillonnage ne communique pas avec le milieu extérieur. C'est par l'orifice 55 d'extraction que l'échantillon de fluide dans la capsule 53 d'échantillonnage est récupéré. Le pointeau 47 a pour fonction d'obstruer à la fois le canal d'alimentation 52 primaire et le canal d'alimentation 54 secondaire. Ainsi une extrémité du pointeau 47 présente avantageusement une forme de cône. Lorsque la vanne 36 d'ouverture est en position basse, une pointe du cône 57 rentre sensiblement dans le canal d'alimentation 54 secondaire obstruant celui-ci. En parallèle, le pointeau 47 bloque également le canal d'alimentation 52 primaire. La capsule 53 d'échantillonnage est par conséquent hermétiquement isolée du mil ieu extérieur.
A noter par ailleurs que le réservoir 5 d'échantillonnage comprend une pluralité de joints 19 d'étanchéité afin de l'étanchéifier du milieu environnant.
Un canal 58 d'alimentation permet d'ouvrir la vanne 36 d'ouverture. Ce canal 58 d'alimentation communique avec un orifice 27 d'alimentation pratiqué dans le couvercle 43. cet orifice 27 d'alimentation étant également muni d'une vis 28 perforée.
Le canal 58 d'alimentation s'étend ainsi de part et d'autre du couvercle 43 et se prolonge dans le châssis 45 mobile et communique avec un canal 59 de répartition. Le canal 59 de répartition communique à son tour avec la cavité 40 supérieure. Lorsqu' un fluide sous pression est introduit dans le canal 58 d'alimentation, ce fluide est réparti dans la cavité 42 inférieure via le canal 59 de répartition faisant translater le châssis 45 mobile et son pointeau 47 dans le sens opposé à la force exercée par le ressort 46 de rappel.
Le dispositif 1 comprend divers éléments disposés dans le corps 2. Ainsi le couvercle arrière 1 1 du corps 2 comprend un réservoir 60 de fluide comprimé apte à contenir un fluide comprimé, par exemple de l'azote. Le réservoir 60 de fluide comprimé est par exemple de forme sensiblement annulaire et il sera ci-après fait référence à celui-ci par l'expression réservoir 60 annulaire. La section du réservoir 60 annulaire est sensiblement rectangulaire.
Le réservoir 60 annulaire comprend une entrée 61 afin de le remplir en fluide comprimé. Une pluralité d' électrovannes 62 est disposée sur le réservoir 60 annulaire et est connectée de manière fluidique à celui-ci. Le dispositif 1 comprend douze électrovannes 62, une pour chaque réservoir 5 d'échantillonnage.
Ainsi que précédemment évoqué, le couvercle arrière 11 comprend une pluralité d'orifices 27 d'alimentation. Dans le mode de réalisation représenté, le couvercle arrière 11 comprend douze orifices 27 d'alimentation dans lesquels loge une vis 28 perforée.
Chaque électrovanne 62 est connectée de manière fluidique à un orifice 27 d'alimentation du couvercle arrière 11. La vis 28 perforée, qui fait saillie vers l'extérieur du corps 2, est reliée de manière fluidique à la vis 28 perforée du couvercle arrière 11 d'un réservoir 5 d'échantillonnage par un tuyau 63. Ce tuyau 63 est configuré pour résister à des pressions élevées de l'ordre de plusieurs centaines de bar.
Chaque électrovanne 62 est reliée et commandée par un microcontrôleur 64 disposé dans le corps 2. Le microcontrôleur 64 et les électrovannes 62 sont alimentées en électricité par des batteries 65.
Le dispositif comprend également des moyens de prélèvement. Il s'agit plus précisément, d'un tuyau 66 de prélèvement comprenant à une extrémité, un collecteur 67. Le tuyau 66 s'étend le long du passage 29 longitudinal de la poutre 14 et fait saillie de part et d'autre du corps 2 ainsi que ceci est représenté sur la figure 2. Le collecteur 67 se situe à une extrémité du tuyau 66, ceci permet avantageusement de positionner le dispositif 1 à distance d'une cheminée volcanique en ne laissant exposé au-dessus de ladite cheminée, que le collecteur 67. Le flux dégagé par la cheminée est collecté par le collecteur et traverse ensuite le tuyau 66 de prélèvement. La dispositif 1 est alors moins exposé aux agressions environnementales telles que la température et/ou l'acidité. En effet, les flux dégagés par la cheminée sont canalisés par le tuyau 66 de prélèvement et le collecteur 67 et sont guidés puis éjectés à distance du corps 2 de telle sorte que ce dernier n'est que légèrement touché par le flux dégagé par la cheminée.
Le collecteur 67 est illustré en détails sur les figures 8, 9 et 10. Le collecteur 67 comporte un corps 74 définissant une cavité 75 concave, la concavité étant tournée vers l'extérieur. Le collecteur comprend un tunnel 76. Le tunnel 76 se situe dans le corps 74 et s'étend depuis la cavité 75 jusqu'à une face 77 extérieure du corps. Le collecteur 67 permet d'effectuer des prélèvements de grande précision car le flux dégagé par une cheminée aquatique par exemple, est englobé par la cavité 75 et dirigé par le tunnel 76 en direction du dispositif 1. Ceci permet de faire des prélèvements concis d'une part, puisque les éléments prélevés proviennent de ce qui se situe dans la cavité 75 et non pas de l'environnement se situant autour du dispositif 1 et d'assurer la sécurité du dispositif 1 d'autre part, puisque celui-ci est situé à distance de la zone de prélèvement où seul le collecteur 67 est exposé. Avantageusement, le collecteur est fabriqué dans un matériau résistant à la corrosion, à l'acidité et aux hautes températures.
L'extrémité du tuyau 66 de prélèvement au collecteur 67 au niveau d'une ouverture du tunnel 76 donnant sur la face 77 extérieure.
Chaque réservoir 5 d'échantillonnage est relié de manière fluidique au tuyau 66 de prélèvement. De manière plus concise, la vis 28 perforée de l'orifice 27 d'alimentation de la capsule 53 d'échantillonnage de chaque réservoir 5 est reliée de manière fluidique au tuyau 66 de prélèvement par un tuyau 68 d'échantillonnage.
Le prélèvement se fait dès lors que le microcontrôleur 64 envoie un ordre à une électrovanne 62 d'alimenter le réservoir 5 d'échantillonnage en fluide. Lorsque cet ordre est envoyé, la vanne 36 d'ouverture est alimentée en azote sous pression provenant du réservoir 60 annulaire. Le châssis 45 mobile et le pointeau 47 se déplacent et laissent libre d'accès les canaux d'alimentation 52, 54 primaire et secondaire. La capsule 53 d'échantillonnage se remplit puis le microcontrôieur 64 donne l'ordre à l' électrovanne 62 de stopper l'alimentation en azote comprimé. La vanne 36 d'ouverture se referme sous l'effet du ressort 46 de rappel et l'échantillon est définitivement capturé dans la capsule 53 d'échantillonnage.
Ainsi que précédemment évoqué, les réservoirs 5 d'échantillonnage sont disposés de manière circulaire autour du corps 2. Ceci permet avantageusement aux échantillons prélevés de parcourir un trajet identique quel que soit le réservoir 5 d'échantillonnage dans lequel ledit échantillon sera conservé. En référence à la figure 6, plusieurs dimensions sont représentées à titre d'illustration. De manière avantageuse la ceinture 13 cylindrique, le couvercle 12 avant et le couvercle 11 arrière présentent un diamètre Dl environ égal à 270 millimètres. Un diamètre intérieur D2 de la ceinture 13 cylindrique est environ égal à 240 millimètres, ce diamètre D2 définissant ainsi le diamètre de la cavité 2a étanche. Un diamètre D3 du passage 29 longitudinal est environ égal à 20 millimètres. Une épaisseur El (selon l'axe X) des éléments 15 de serrage est environ égale à 29 millimètres. Une épaisseur E2 (selon l'axe X) s'étendant d'une extrémité distale d'un élément 15 de serrage à une extrémité distale de l'autre élément 15 de serrage est environ égale à 276 millimètres. Une épaisseur E3 (selon l'axe X) du couvercle 12 avant et du couvercle 11 arrière est environ égale à 24 millimètres. Une épaisseur E4 (selon l'axe X) de la cavité 2a étanche qui s'étend depuis une paroi PI intérieure jusqu'à une paroi P2 intérieure est environ égale à 170 millimètres. Une épaisseur E5 (selon l'axe X ) qui s'étend d'une paroi Fl extérieure du couvercle 11 arrière à une paroi F2 extérieure du couvercle 12 avant est environ égaie à 218 millimètres. La section du réservoir 60 annulaire présente une épaisseur E6 (selon l'axe X) environ égale 30 millimètres et une largeur Ll (selon l'axe Y) environ égale à 38,5 millimètres. Le dispositif 1 ainsi décrit présente plusieurs avantages. Un premier avantage est qu'il permet d'effectuer des prélèvements successifs de fluide, car il comprend plusieurs réservoirs 5 d'échantillonnage pilotés distinctement les uns et des autres en fonction du programme informatique implémenté dans le microcontrôleur 64. Un autre avantage est que le dispositif 1 permet d'effectuer des prélèvements successifs de fluide sur de longues périodes en toute autonomie. En effet le microcontrôleur 64 peut par exemple être programmé pour déclencher un prélèvement chaque mois pendant douze mois par exemple dans la mesure où le dispositif 1 comprend douze réservoirs 5 d'échantillonnage. Ceci permet d'obtenir une analyse sur une période d'une année. Dans une variante de réalisation, le dispositif 1 comprend divers moyens de mesures embarqués. Il peut s'agir par exemple d'un thermomètre pour mesurer la température du fluide autour du dispositif 1. Il peut également s'agir de divers capteurs chimiques pour détecter la présence de divers éléments chimiques. Le dispositif 1 peut également être équipé d'un capteur sismique. Ces capteurs 73 sont reliés au microcontrôleur 64 et ce dernier déclenche un prélèvement dès qu'un élément chimique et/ou une variation de pression/température, ou une activité sismique sont détectés. Les capteurs 73 échangent des données avec le microcontrôleur 64 via une connexion fil aire ou sans fil, dans ce dernier cas, le dispositif 1 comporte un dispositif 85 de communication. Le dispositif 85 est illustré sur la figure 12 montrant une variante de réalisation du dispositif. Le dispositif 85 de communication est apte à permettre l'échange de données dans une eau salée. Le dispositif 85 de communication est alimenté électriquement par les batteries du dispositif 1. Le mode de réalisation illustré sur les figure 12 et 13 comporte un aménagement différent des tuyaux 63 et tuyaux d'échantillonage 68. Les tuyaux d'échantillonage 68 sont agencés sur la face opposée à celle des tuyaux 63 afin de libérer de l'espace, notamment pour permettre l'agencement du dispositif 85. Ainsi un autre avantage du dispositif 1 est qu'il permet d'effectuer des prélèvement automatiquement dès lors qu'un changement environnemental est détecté autour du dispositif 1. Ceci permet notamment aux missions scientifiques d'acquérir des données plus fiables et de grande valeur. Le dispositif peut être muni de moyens pour l'accrocher à un câble de treuil. Le treuil est situé sur le navire. Ces moyens permettent d'accrocher le dispositif au câble du treuil pour pouvoir descendre et placer le dispositif lorsqu'un rover n'est pas utilisé.
Le dispositif 1 est avantageusement relié à une bouée 70 en surface munie de moyens 71 de géolocalisation et/ou de moyens 72 de réception/émission de données, ces derniers étant reliés au microcontrôleur 64. Ainsi un utilisateur peut déclencher un prélèvement à tout instant depuis une interface informatique via des moyens de télécommunication satellitaire par exemple. A travers cette interface, l'utilisateur peut avantageusement choisir le réservoir dans lequel il souhaite recueillir l'échantillon. Avantageusement, le dispositif peut également fournir via la bouée en surface, des informations mesurées par les différents capteurs embarqués. Avantageusement, le programme définissant le calendrier et/ou la politique de déclenchement de l'échantillonnage peut être modifié à distance. Les moyens de géoiocalisation et les moyens de réception/émission de données peuvent être alimentés par des batteries situées sur la bouée. Dans un autre mode de réalisation, la bouée 70 peut être munie de panneaux solaires afin d'alimenter les moyens de géolocalisation et/ou les moyens de réception/émission de données. Les panneaux solaires peuvent également être utilisés pour recharger les batteries situées sur la bouée ou celles embarquées dans le dispositif 1.
Le dispositif peut être fabriqué en titane. De manière plus précise, les pièces en contact avec l'eau sont avantageusement faites en Titane. Le titane présente l'avantage de résister à la corrosion et aux fortes variations de températures. Ceci permet avantageusement de ne pas contaminer les échantillons prélevés. Le titane présente par ailleurs l'avantage de résister aux fortes pressions. Le corps 2 et les réservoirs 5 sont particulièrement sousmis à un différentiel de pression important et sont par conséquent fabriqués dans un matériau résistant aux hautes pressions, en titane par exemple. En effet, la capsule 53 d'échantillonage du réservoir 5 est à pression constante tout au long de la descente puis sur le fond marin. Ainsi plus la différence de pression est importante entre la pression dans la capsule d'échantillonage et celle du fond marin, plus le réservoir 5 sera soumis à des contraintes mécaniques importantes. Inversement lorsque la capsule 53 d'échantillonnage est rempli d'un échantillon, la pression est équilibrée dans un première temps, pendant le laps de temps où le dispositif est maintenu sur le fond marin, puis l'inverse se produit lorsque le dispositif est remonté, la pression diminue jusqu'à atteindre la pression atmosphérique, et la pression dans la capsule d'échantillonage reste constante et égale à celle du fond marin. Le réservoir 5 doit par conséquent résister à d'importantes contraintes mécaniques. En ce qui concerne le corps 2, la pression intérieure est constante et égale à la pression atmosphérique. La différence de pression est maximale sur le fond marin à la profondeur maximale, le corps 2 doit par conséquent également résister à d'intenses contraintes mécaniques.
Le dispositif 1 comprend une poignée 79 de préhension. La poignée 79 de préhension permet avantageusement à un outil de descendre le dispositif. La poignée 79 de préhension permet également à un rover de déplacer le dispositif sur site. Le collecteur 67 comporte une seconde poignée 80 de préhension. La poignée 80 permet à un rover de manipuler le collecteur 67, notamment pour le positionner au dessus d'une cheminée sous marine par exemple.
Le dispositif 1 comprend un bras 81 de support. Le bras 81 de support est fixé sur les supports 3,4 et s'étend en saillie du support 3. Une extrémité du bras 81 de support comporte une platine 82 définissant un logement servant de support au collecteur 67. Le bras 81 de support permet avantageusement au cours de la mise en place du dispositif 1 sur un fond marin et de sa remontée sur un bateau, de ne manipuler que le dispositif 1, le collecteur 67 étant rendu solidaire des supports 3, 4 grâce audit bras 81 de support.
Avantageusement, le dispositif 1 comprend des agraffes 83 de fixation aptes à fixer les réservoirs sur la paroi 3, 4. Le dispositif 1 comprend également des équerres 84 de fixation destinées à solidariser le corps 2 aux parois 3,4.

Claims

REVENDICATIONS
Dispositif (1) sous-marin de prélèvement d'échantillons de fl uide caractérisé en ce que celui-ci comprend :
- un corps (2) étanche définissant une cavité (2a) étanche,
- une pluralité de réservoirs (5) d'échantillonnage comprenant chacun une capsule (53) d'échantillonnage apte à contenir un échantillon et une entrée (69) de remplissage, chaque capsule (53) d'échantillonnage étant reliée par une liaison fluidique à ladite entrée (69) de remplissage,
- une pluralité de vannes (36) d'ouverture, chaque vanne (36) d'ouverture étant apte à ouvrir et fermer une liaison fluidique entre la capsule (53) d'échantillonnage et l'entrée (69) de remplissage d'un réservoir (5) donné,
un microcontrôleur (64) programmable situé à l'intérieur de la cavité (2a) étanche et apte à contrôler les vannes (36) d'ouverture,
et en ce que le dispositif comprend un tuyau (66) de prélèvement muni d'un collecteur (67), chaque entrée (69) de remplissage étant reliée de manière fluidique au tuyau (66) de prélèvement. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque réservoir (5) d'échantillonnage comprend l'une des vannes (36) d'ouverture.
Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que celui-ci comprend une pluralité d' électrovannes (62) contrôlées par le microcontrôleur (64) programmable lesquelles sont aptes à commander l'ouverture et la fermeture des vannes (36) d'ouverture.
Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que celui-ci comprend un réservoir (60) de fluide comprimé contenant un fluide sous pression, chaque électrovanne (62) étant reliée de manière fluidique d'une part audit réservoir (5) d'échantillonnage et d'autre part à la vanne (36) d'ouverture de sorte que lorsque Γ électrovanne (62) est ouverte, le fluide sous pression du réservoir (60) de fluide comprimé circule en direction de la vanne (36) d'ouverture du réservoir (5) d'échantillonnage.
Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que le corps (2 ) comprend une ceinture (13) cylindrique fermée de part et d'autre par un couvercle arrière (11) et un couvercle avant (12), le corps comprenant en outre une poutre (14), ces éléments formant ensemble la cavité (2a) étanche.
Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que la poutre (14) comprend un passage (29) longitudinal s 'étendant d'un bout à l'autre de celle-ci, le tuyau (66) de prélèvement s'étendant le long dudit passage (29) longitudinal et faisant saillie de part et d'autre du corps (2).
Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 6 caractérisé en ce que celui-ci comprend au moins une batterie (65) pour alimenter les électrovannes (62) et le microcontrôleur (64).
Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que celui-ci comprend au moins un capteur (73) apte à détecter des variations chimique et/ou de température et/ou sismique et/ou physique, et en ce que au moins un capteur est apte à fournir ces informations de variations au microcontrôleur. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le collecteur (67) comprend un corps (74) définissant une cavité (75) concave dont la concavité est tournée vers l'extérieur, le collecteur (67) comprenant en outre un tunnel (76) situé dans le corps (74) et s'étendant depuis la cavité (75) jusqu'à une face (77) extérieure du corps (74).
10. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que celui-ci comprend un dispositif (85) de communication apte à permettre l'échange de données entre le microcontrôleur (64) et les capteurs (73).
11. Ensemble comprenant un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes et une bouée (70) arrimée audit dispositif (1), cette bouée étant destinée à flotter à la surface d'un fluide, cette bouée (70) étant munie de moyens de géolocalisation.
12. Ensemble selon la revendication 11 caractérisé en ce que la bouée comprend des moyens d'émission/réception de données, reliés au microcontrôleur.
PCT/EP2017/081758 2016-12-06 2017-12-06 Dispositif sous-marin de prelevement d'echantillons WO2018104414A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1662024A FR3059778B1 (fr) 2016-12-06 2016-12-06 Dispositif sous-marin de prelevement d'echantillons
FR1662024 2016-12-06

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018104414A1 true WO2018104414A1 (fr) 2018-06-14

Family

ID=58501496

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2017/081758 WO2018104414A1 (fr) 2016-12-06 2017-12-06 Dispositif sous-marin de prelevement d'echantillons

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3059778B1 (fr)
WO (1) WO2018104414A1 (fr)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3084670A1 (fr) 2018-08-02 2020-02-07 Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs) Dispositif de colonisation geomicrobiologique
CN117990431A (zh) * 2024-01-23 2024-05-07 四川绿城浩海机械制造有限公司 一种水源环境监测装置

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109374340A (zh) * 2018-10-31 2019-02-22 浙江大学 实现垂直方向上氧还梯度热液采样的保压保气采样器

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4089209A (en) * 1977-08-04 1978-05-16 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Remote water monitoring system
US5172332A (en) * 1989-12-22 1992-12-15 American Sigma, Inc. Automatic fluid sampling and monitoring apparatus and method
EP1640649A1 (fr) * 2004-09-28 2006-03-29 Nordson Corporation Soupape à membrane
WO2009064373A1 (fr) * 2007-11-15 2009-05-22 The Regents Of The University Of California Enregistreur de sédimentation optique
CN201251522Y (zh) * 2008-06-23 2009-06-03 常州市环境监测中心站 便携式水质采样器
CN204286873U (zh) * 2014-12-13 2015-04-22 中国地质科学院水文地质环境地质研究所 深水采样器
US20150362472A1 (en) * 2011-05-20 2015-12-17 Woods Hole Oceanographic Institution Aquatic sample analysis system

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4089209A (en) * 1977-08-04 1978-05-16 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Remote water monitoring system
US5172332A (en) * 1989-12-22 1992-12-15 American Sigma, Inc. Automatic fluid sampling and monitoring apparatus and method
EP1640649A1 (fr) * 2004-09-28 2006-03-29 Nordson Corporation Soupape à membrane
WO2009064373A1 (fr) * 2007-11-15 2009-05-22 The Regents Of The University Of California Enregistreur de sédimentation optique
CN201251522Y (zh) * 2008-06-23 2009-06-03 常州市环境监测中心站 便携式水质采样器
US20150362472A1 (en) * 2011-05-20 2015-12-17 Woods Hole Oceanographic Institution Aquatic sample analysis system
CN204286873U (zh) * 2014-12-13 2015-04-22 中国地质科学院水文地质环境地质研究所 深水采样器

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3084670A1 (fr) 2018-08-02 2020-02-07 Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs) Dispositif de colonisation geomicrobiologique
CN117990431A (zh) * 2024-01-23 2024-05-07 四川绿城浩海机械制造有限公司 一种水源环境监测装置

Also Published As

Publication number Publication date
FR3059778A1 (fr) 2018-06-08
FR3059778B1 (fr) 2021-11-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018104414A1 (fr) Dispositif sous-marin de prelevement d'echantillons
EP0148696B1 (fr) Dispositif pour prélever un échantillon représentatif du fluide présent dans un puits, et procédé correspondant
FR2484717A1 (fr) Connecteur enfichable dans un milieu fluide
EP1188074B1 (fr) Procédé de captage d'eau douce et de détection de source d'eau douce en mer
FR2865283A1 (fr) Systeme d'exploration sismique d'un sous-sol immerge comprenant des bases implantees
EP0351339B1 (fr) Procédé et dispositifs pour maintenir le gaz contenu dans une enceinte immergée en équilibre de pression avec l'extérieur
FR3066996A1 (fr) Systeme collaboratif de vehicules subaquatiques de suivi d'elements lineaires immerges et procede mettant en oeuvre ce systeme
CA2165733C (fr) Dispositif modulaire pour tester des echantillons de materiaux poreux en presence de fluides polyphasiques
CA2601763C (fr) Dispositif de protection contre une surpression et sous-ensemble de raccordement en comportant application
EP0489656B1 (fr) Dispositif de mesure de la charge hydraulique et de la concentration ionique du sol
FR2502729A1 (fr) Vanne en tout ou rien a declenchement pyrotechnique
FR2548386A1 (fr) Source sismique sous-marine
CA1124828A (fr) Dispositif pour engendrer des ondes acoustiques dans un fluide, par implosion
FR2561612A1 (fr) Appareil d'intervention sur un robinet immerge
WO2021190819A1 (fr) Methode et dispositif de largage d'un lest en milieu subaquatique
EP3083451B1 (fr) Procédé d'injection de fluides dans une installation sous-marine
EP3166712B1 (fr) Bouchon de captage d'un gaz dissous dans un liquide et dispositif de mesure
FR2708329A1 (fr) Dispositif de connexion immergée pour raccords hydrauliques.
CA2317933C (fr) Cable, notamment flute sismique, comportant plusieurs chambres formant flotteur en chapelet et outils pour remplir, degazer ou mettre en communication les chambres dudit cable
FR2517020A1 (fr) Dispositif d'evacuation de purge
FR2621083A1 (fr) Pompe immergee de prelevement de liquide dans une conduite, notamment une conduite de rejet en eau profonde d'eaux de refroidissement de centrale nucleaire
CH637765A5 (fr) Dispositif pour reperer le degre d'inclinaison de l'axe d'un objet tubulaire.
WO2015091418A1 (fr) Dispositif de mesure de différences de potentiels électriques pour structure métallique sous-marine équipée d'un système de protection cathodique, et procédé associé
SU1627882A1 (ru) Устройство дл отбора газовых проб с обитаемого подводного аппарата
CA2678448A1 (fr) Sonde a corps plein

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17816628

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17816628

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1