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(11) | EP 0 188 924 A1 |
| (12) | DEMANDE DE BREVET EUROPEEN |
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| (54) | Procédé océanographique pour la remontée en surface de charges recueillies à grandes profondeurs et notamment de nodules polymétalliques |
| (57) Procédé mécanique de remontée autonome de charges sous-marines collectées à grandes
profondeurs et formant avec leur brélage un ensemble souple de grande longueur. A celui-ci est attelée une vessie gonflable conçue pour occuper un volume notable sous pression atmosphérique mais se trouvant dans un état ratatiné sous les pressions hydrostatiques ambiantes régnant en profondeur, ladite vessie étant équipée d'un dispositif surpresseur capable d'y délivrer, sous ccmmande de déclenchement, un gaz sous une pression supérieure auxdites pressions hydrostatiques ambiantes pour provoquer un gonflage de ladite vessie ratatinée et amorcer son mouvement ascensionnel, la vessie se gonflant alors de plus en plus au fur et à mesure de son ascension. Application à l'exploitation de nodules polymétalliques présents sur les grands fonds marins. |
[0001] Dans le domaine technologique de l'exploitation des fonds marins, on dispose de divers modes de collecte : aspiration, dragage, chalutage, carottage et analogues. Pour les chantiers sous-marins de grande profondeur, on a conçu des machines et installations de haute technicité qui sont en principe contrôlées sinon commandées à distance par des opérateurs qualifiés, par exemple en vision directe depuis un bathyscaphe ou par télévision depuis un bâtiment de surface, encore que l'automation au moyen de robots soit envisagée. Il y a un intérêt évident à ce que ces matériels sophistiqués soient utilisés rationnellement et pour tout dire sans trop de temps morts ni de périodes d'immobilisation, et que les personnels mobilisés puissent se consacrer à concevoir et opérer leur mission essentielle de collecte de matériaux pélagiques --déjà suffisamment complexe et délicate par elle-même-- sans avoir à s'encombrer de tâches annexes. La présente invention se propose de répondre à ces objectifs.
[0002] Une fois accomplie l'opération fondamentale de ramassage ou collecte sur les fonds sous-marins, encore faut-il hisser son produit à la surface pour embarquement et évacuation.
[0003] On peut analyser un cycle opératoire complet en trois phases successives
- tout d'abord, une phase préliminaire d'immersion des matériels jusqu'à pied d'oeuvre sur le site choisi,
- ensuite, une phase intermédiaire de travail effectif de collecte au fond de la mer,
- enfin, une phase terminale de remontée en surface des charges collectées.
[0004] Il y a lieu de préciser dès à présent que c'est cette seule dernière phase que vise la présente invention.
[0005] Avant d'en aborder la description et afin d'en faciliter la compréhension, on retiendra, de la vaste documentation existant à l'heure actuelle sur cette technologie du futur, le brevet allemand 2 444 987 de la Société japonaise MITSUBISHI. Pour la remontée en surface des minéraux récoltés au fond de l'océan par un engin de ramassage, ce brevet préconise l'interposition, entre cet engin qui progresse sur le fond et un navire minéralier qui navigue en surface, d'une gigantesque noria à double bande transporteuse sans fin équipée de conteneurs propres à véhiculer la charge utile. Cette noria d'allure rectangulaire dans le plan vertical présente : un brin inférieur qui court le long du fond et sur lequel débite l'engin de ramassage ; un brin ascendant chargé qui aboutit quelques kilomètres plus haut au navire minéralier; un brin supérieur se déchargeant dans les cales de celui-ci et passant plus loin sur un tambour de renvoi flottant ; et enfin un brin descendant déchargé rejoignant quelques kilomètres plus bas l'engin de ramassage. Ce dernier est par ailleurs tracté et contrôlé depuis la surface au moyen d'élingues par un navire de service naviguant de conserve avec le navire minéralier, son tambour de renvoi flottant et sa noria de manutention, de telle sorte que l'ensemble revêt l'allure d'un triangle rectangle de plusieurs kilomètres de hauteur qui se déplace globalement en translation dans son plan et dont les sommets sont constitués par les deux navires de surface et l'engin de fond.
[0006] Ces deux navires peuvent à la limite être confondus en un seul remplissant la double fonction requise : d'une part, celle de pilote animant l'engin de ramassage et, d'autre part, celle de réceptacle pour le produit de sa récolte, comme décrit dans les brevets français 2 326 568 de la Société japonaise SUMITOMO et 2 211 587 de la Société canadienne INTERNATIONAL NICKEL, ce qui facilite sans doute les problèmes de navigation mais présente en contrepartie des inconvénients grevant le taux d'exploitation des matériels : dès lors que ses cales sont pleines, le navire opérationnel doit quitter les lieux et se trouve réduit à n'être qu'un vulgaire cargo.
[0007] Si, dans le brevet allemand MITSUBISHI cité en premier, la remontée en surface des matériaux récoltés au fond se fait par un élévateur mécanique à noria, les deux brevets français susmentionnés font appel à un système hydraulique à conduite élévatrice équipée de puissantes stations de pompage. On trouvera d'autres descriptions de systèmes hydrauliques à conduite élévatrice dans les brevets des Etats-Unis 3 226 854, 3 248 812, 3 305 950, 3 310 894, 3 429 062, 3 588 174.
[0008] Toutes les façons de procéder considérées impliquent la permanence d'une liaison mécaniquement résistante d'interconnexion --qu'on pourrait qualifier de manière imagée de cordon ombilical-- maintenue impérativement tout au long de la durée des opérations, entre l'engin collecteur de fond et le navire récepteur de surface. Dès lors que les profondeurs où l'on opère se comptent par milliers de
[0009] mètres, les sujétions créées par un tel cordon ombilical deviennent très lourdes et rendent l'exploitation délicate et peu rentable. En effet :
- pendant toute la phase de travail effectif de collecte, l'extrémité inférieure du cordon ombilical est pour ainsi dire amarrée au fond sous-marin, tandis que son extrémité supérieure à bord du navire suit les mouvements de celui-ci, qu'ils soient délibérés ou fortuits (action des lames, marées, courants, vents, sans parler de la dérive propre au cordon ombilical lui-même), contraignant d'une part le navire à gouverner sans cesse pour ne pas trop s'écarter de l'aplomb du site opératoire et d'autre part ses apparaux à fonctionner constamment soit pour lâcher du mou soit pour en résorber ;
- pendant l'opération préalable d'immersion dudit cordon ombilical à pied d'oeuvre ainsi que pendant l'opération terminale de sa récupération à bord
--lesquelles opérations ont des durées qui sont loin d'être négligeables vu les distances à parcourir et la délicatesse des manoeuvres-- le travail effectif d'exploitation ne se fait pas, pas plus qu'il ne se fait lors des opérations inévitables de maintenance du système élévateur, qu'il soit de type mécanique ou hydraulique ;
- les personnels et matériels mobilisés se voient interdits de dispersion et doivent se consacrer de concert et sans dissociation possible exclusivement au déroulement de bout en bout d'un seul et unique cycle opératoire avant d'en entamer un autre, ce qui nuit à la rationalité du planning d'une campagne en mer ;
- un même navire (ou groupement de navires) est contraint d'assumer toutes les tâches annexes inhérentes à une telle campagne, à savoir : non seulement les phases antérieure et postérieure de mouillage et de levage, mais encore le cas échéant le stockage des matériaux à bord et éventuellement leur transport à destination si l'on veut éviter des ruptures de charge.
[0010] La présente invention a pour but de se dispenser du cordon ombilical en cause et partant de s'affranchir des contraintes qui en découlent. Plus précisément, elle permet une remontée autonome à la surface des charges collectées au fond, et ce au prix d'investissements modérés, d'une dépense d'énergie faible et d'un coût opératoire minime.
[0011] Elle parait devoir recevoir une application particulièrement intéressante dans l'exploitation des ressources minérales des grands fonds marins et plus spécifiquement des nodules polymétalliques présents sur ces fonds, au moyen d'engins robots sous-marins tels que décrits dans le brevet français 2 389 533 du CNEXO ou conçus sous l'égide du consortium français AFERNOD dans le cadre de travaux conduits par le COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE et les CHANTIERS FRANCE-DUNKERQUE. Ce système dit du chantier sous-marin à navettes autonomes --qui parait devoir être retenu pour son degré d'évolution technique-- présente toutefois le sérieux handicap intrinsèque d'un taux relativement faible de travail effectif de production. En effet, si l'on fait entrer en ligne de compte les temps morts de descente vers le fond, de montée vers la surface et de port pour décharger et réappréter chaque navette, son temps utile de ramassage au fondde l'océan ne se monte en définitive qu'à une fraction de l'ordre du quart ou du cinquième, pour ne rien dire de l'accroissement des contraintes de maintenance et des risques d'avarie qu'entraînent ces manoeuvres répétées à lestages et délestages successifs, ainsi que de la difficulté de gestion opératoire d'une pluralité de sous-marins robots associés à une même plateforme de traitement.
[0012] Dans le cadre d'une telle application, la présente invention rentabilise le matériel en lui permettant de se consacrer à temps plein au ramassage des nodules sans préoccupation aucune de leur remontée en surface pour embarquement. De plus, elle se répercute sur la conception de base des robots et en réduit le coût et le poids en les soulageant des contraintes afférentes au stockage à leur bord de la récolte et éventuellement aussi de l'énergie électrique à condition de l'y transporter par câble depuis une centrale. Pour tout dire, la présente invention permet de sédentariser au fond de l'océan des engins robots qui étaient contraints de nomadiser sans cesse entre le fond et la surface.
[0013] La mise en oeuvre de la présente invention fait intervenir, en une conjonction fonctionnelle intime, trois principes notoires connus séparément de longue date
1°/ Le principe hydrostatique d'Archimède en vertu duquel un corps immergé exerce une poussée ascensionnelle égale au poids du volume d'eau qu'il déplace.
2°/ La loi de Mariotte --que les Anglo- saxons attribuent à Boyle-- pouvant s'énoncer comme suit : la variation de volume V d'un gaz dans une enceinte est proportionnelle à la variation de sa température absolue T et inversement proportionnelle à la variation de sa pression P.
3°/ Le système dit du "guide-rope" bien connu des aérostiers et dont le dictionnaire encyclopédique QUILLET donne la définition suivante cordage assez lourd qu'on laisse trainer sur le sol pour faciliter la descente d'un aérostat, celui-ci se trouvant délesté de plus en plus, à mesure qu'il descend, du poids de ce cordage et récupérant ainsi une force ascensionnelle qui freine son arrivée à terre.
[0014] On a déjà songé à avoir recours à un tel système dans le domaine maritime pour la pose d'oléoducs ou gazoducs sous-marins, comme le préconise par exemple le brevet français 2 287 002 de la Société C.G. DORIS,
[0015] On supposera, dans ce qui suit, que les charges utiles récoltées au fond de l'océan forment, avec leur infrastructure de brélage et de manutention, un ensemble intégré qui pourra être unidimensionnel comme un ruban, une chaine, un chapelet (voir le brevet allemand 2 444 987 susmentionné), bidimensionnel comme une nappe, un filet (voir le brevet US 3 310 894 susmentionné) ou tridimensionnel comme un chalut, une nasse (voir le brevet US 3 248 812 susmentionné), mais qui sera en tout état de cause souple et de préférence flasque, c'est-à-dire non élastique. C'est cet ensemble intégré qu'il convient de remonter à la surface et que l'on désignera ci-après sous le vocable de "guide-rope".
[0016] Conformément à la présente invention, le dispositif de guide-rope chargé de matériaux récoltés pesants se subdivise sans discontinu sur sa longueur en trois étages superposés de segments, à savoir : un premier segment inférieur de queue reposant sur le fond en attente de remontée, un second segment intermédiaire de corps traversant quasi verticalement l'épaisseur de la tranche d'eau en cours de remontée et un troisième segment supérieur de tête flottant à la surface en fin de remontée.
[0017] Selon une particularité technique de la présente invention, en un ou plusieurs points convenablement choisis de ce dispositif de guide-rope est attelée une enceinte pneumatique à volume variable --appelée ci-après "vessie"-- susceptible d'occuper un volume appréciable à l'air libre mais se trouvant dans un état contracté sous les pressions hydrostatiques régnant au sein des océans (environ 1 bar par décamètre de hauteur d'eau, soit des centaines de bars à des profondeurs sous-marines de milliers de mètres). A cette vessie est avantageusement associée une source de gaz sous pression à décharge automatique, télécommandée ou éventuellement programmée, par exemple un gonfleur pyrotechnique avec son système de mise à feu ou une bouteille d'air ou autre fluide comprimé avec sa soupape de décharge.
[0018] La source utilisée, quelle qu'en soit la nature, doit évidemment être capable de fournir au moment opportun une pression supérieure à la pression hydrostatique ambiante, pour pouvoir provoquer un gonflage de la vessie ; aussi sera-t-elle désignée dans la suite sous le vocable de "surgonfleur". Cela ne pose pas problème puisqu'on sait que les plus grandes pressions régnant dans les océans se mesurent en centaines de bars alors que les explosifs courants développent des pressions de détonation allant chercher dans les centaines de kilobars (c'est-à-dire d'un ordre de grandeur 1000 fois supérieur)..Méme en prenant en considération les coefficients minorateurs d'utilisation pratique, on est encore loin du compte.
[0019] Quoi qu'il en soit, tout accroissement de volume de la vessie immergée d'une certaine quantité ΔV entratnera ipso facto un surcroît de poussée d'Archimède AF dont l'expression en kilogrammes est à peu près la même que celle de ΔY en dm3 : ainsi par exemple si ΔV = 10 dm3, ΔF = 10 kg. Pour être plus précis, la densité de l'eau de mer étant légèrement supérieure à 1, pour ΔV = 10 dm3, on aura ΔF > 10 kg..
[0020] Il est éminemment souhaitable, pour un tel dispositif de guide-rope sous-marin :
a/ de réduire au minimum le poids de l'infrastructure de manutention accompagnant la charge utile constituée par la masse des minéraux récoltés,
b/ d'assurer la pérénité de cette infrastructure en choisissant poursa confection un matériau résistant à la corrosion marine,
c/ de lui conférer une bonne tenue vis-à-vis de l'abrasion mécanique, lui permettant d'affronter les manoeuvres brutales usuelles, que ce soit pour son con- ditionnement, son mouillage ou son embarquement.
[0021] A cet égard --et selon un mode de réalisation préféré de la présente invention-- on aura recours aux fibres aramides et plus spécifiquement de poly(para-phénylène téréphtalamide), produit obtenu comme décrit dans le brevet français 2 010 753 (voir également les brevets français 1 599 980, 2 134 581 et 2 134 582) et qu'on peut trouver sous la marque "KEVLAR" de la Société DU PONT DE NEMOURS. Cette dernière confectionne d'ailleurs spécialement pour usages marins des câbles de "KEVLAR" qui, bien que légers (sa densité de 1,44 n'est pas très éloignée de celle de l'eau de mer ; 1,025), présentent une résistance mécanique très élevée et bénéficient en outre d'une excellente tenue vis-à-vis de la corrosion marine. Au surplus, de tels câbles de "KEVLAR" résistent bien aux manipulations les plus rudes lorsqu'ils sont revêtus d'une gaine protectrice en résine polyamide "ZYTEL" (marque de cette même Société DU PONT DE NEMOURS), laquelle n'en grève pas pour autant le poids, vu sa densité de 1,04 très voisine de celle de l'eau de mer.
[0022] La description qui va suivre en regard des dessins annexés fera bien comprendre comment l'invention peut être exécutée. Sur ces dessins :
La figure 1 est une vue très schématique illustrant un mode d'exécution de la présente invention.
La figure 2 représente un montage approprié à une commande de décharge modulée assurant autant que de besoin un gonflage de vessie.
La figure 3 représente un mode d'exécution préféré de la présente invention.
Pour fixer les idées, on donnera ci-après quelques exemples numériques, en s'en tenant pour simplifier à des chiffres ronds. Le poids des objets immergés sera toujours exprimé en valeur apparente, laquelle est nettement inférieure à leur poids réel à l'air libre, la différence étant égale au poids du volume d'eau que déplacent ces objets immergés.EXEMPLE 1 (voir figure 1)
[0023] Sur le fond de l'océan à 4000 m de profondeur, gtt un chapelet de n masses M1, M2, M3.....Mn de 10 kg chacune reliées les unes à la suite des autres par des liens L sans poids (le poids effectif de chaque lien peut être comptabilisé avec la masse M qui le précède pour totaliser 10 kg).
[0024] A une extrémité du chapelet est attelée une vessie V, alors à l'état ratatiné, équipé de son surgonfleur S : par exemple une bouteille de gaz sous pression. On admettra que cette vessie V --ou, pour être plus précis, l'ensemble V + S-- a une capacité totale à l'air libre de 4 m3 (ce qui correspondrait au volume d'une sphère de moins de 1 m de rayon)..
[0025] Le tableau ci-après s'établit sans peine, sous la prémisse d'un volume initial de 10 dm3 de la vessie V au fond de l'océan.
On voit qu'au déclenchement de l'opération, la vessie V se gonflant de 10 dm3, elle développera une poussée d'Archi- mède de 10 kg (en réalité, un peu plus). La première masse M1 de 10 kg décollera donc du fond, soulevée par la vessie V, laquelle verra son volume s'accroître de façon continue en vertu de la loi de Mariotte, au fur et à mesure de son ascension, par suite de la diminution continuelle corrélative de la pression hydrostatique ambiante. L'attelage V-M1 poursuit donc son ascension jusqu'à ce que le mou du lien L1 soit résorbé. Si à ce moment la vessie V se trouve au palier de 2000 m, à la pression hydrostatique de 200 bars, le volume qui était de 10 dm3 au départ à 400 bars, se voit doublé à 20 dm3 et engendre donc une poussée de 20 kg. La seconde masse Y12 décolle à son tour du fond et l'attelage V-M1-M2 poursuit son ascension. Lorsque la vessie V atteint le palier de 1000 m, elle engendre une poussée de 40 kg et, la troisième masse M3 ayant précédemment décollé (au moment où, entre 2000 m et 1000 m --vers 1300 m-- on se trouve au volume de 30 dm3), la quatrième masse M4 de 10 kg est arrachée du fond. Et ainsi de suite jusqu'à ce que la vessie V perce la surface de la mer, le nombre n de masses M de 10 kg soulevées étant égal à 400.
[0026] En fait, il sera supérieur à ce chiffre grâce à divers facteurs faisant prime en force ascendante :
1°/ Les masses M subissent un débourbage lorsqu'elles décollent du fond et un lavage en cours de route dû au courant relatif, ce qui déleste le brin ascendant d'une quantité substantielle de boues stériles ;
2°/ Les eaux profondes sont relativement froides en comparaison des eaux proches de la surface qui sont tièdes en zone intertropicale, le gradient de température se manifestant surtout dans les couches supérieures à la traversée de la "thermocline", là où le volume de la vessie V est proche de son apogée, si bien qu'elle bénéficie de ce fait d'une prime volumétrique qui peut être de l'ordre de 10% ;
3°/ La densité de l'eau de mer étant d'environ 1,025 et non pas de 1, il faudrait attribuer à la poussée d'Ar- chimède mesurée en kg une prime de l'ordre de 2,5% lorsque le volume est mesuré en dm3 ;
4°/ Le poids au décollage d'une masse M n'est pas instantanément de son montant total (10 kg dans l'exemple considéré) car il faut en déduire l'effet de guide-rope élémentaire de la longueur de câble L reposant encore sur le fond.
[0027] Le dispositif de guide-rope illustré sur la figure 1 constitue en quelque sorte un convoi automoteur dont la locomotive serait la vessie tractrice V à déplacement vertical libre. En bref, par le jeu inhérent des paramètres physiques naturels et sans intervention étrangère (hormis pour le déclenchement de l'opération), la vessie tractrice V s'élève sans discontinu depuis le fond de l'océan jusqu'à sa surface, tirant à sa suite un cortège de charges M.
[0028] Dans l'exemple décrit, le mouvement ascensionnel arrive à son terme quand la vessie V perce la surface de la mer. Si l'on veut qu'il se poursuive, il faut prévoir une succession de vessies échelonnées le long du dispositif de guide-rope de telle sorte que, la vessie de tête arrivant à la surface et s'y trouvant stoppée, sa relève soit assurée par la vessie venant immédiatement après, qui à son tour passe le relais à la suivante, laquelle le transmet à celle d'après, et ainsi de suite. D'ailleurs, chaque vessie, en raison même du mouvement ascendant qui l'anime et qui provient des vessies la précédant, s'enfle progressivement du fait des pressions hydrostatiques dé- croissantesqu'elle subit et par conséquent contribue de son chef en cours de route à la production de force motrice ascendante globale.
[0029] Il faut bien entendu qu'à aucun moment, dans le déroulement du cycle, la charge totale soulevée du fond n'équilibre la poussée d'Archimède globale. Autrement l'ascen- sion s'arrêterait net, la partie postérieure du guide-rope qui n'a pas décollé se comportant alors en poids mort formant ancrage. Pour éviter un tel incident qui pourrait survenir pour des causes fortuites, la présente invention prévoit une décharge de surgonfleur à déclenchement automatique sur détection d'arrêt d'ascension.
[0030] La figure 2 représente synoptiquement un mode de réalisation de circuit modulateur de décharge d'un surgonfleur S formant réservoir de gaz sous pression et débouchant sur le fond fixe d'un cylindre V à piston libre.
[0031] La soupape de décharge A est de conception binaire, ayant deux positions stables : ouverture au repos/fermeture au travail. Elle est pilotée par une commande binaire B qui est à son tour régie par un comparateur C associé à une sonde manométrique P délivrant un signal p fonction de la pression hydrostatique instantanée. Ce signal ? est d'une part appliqué directement à l'une des deux entrées du comparateur C et d'autre part acheminé à son autre entrée via une ligne à retard D pour lui appliquer un signal retardé p' représentatif de la pression détectée un instant plus tat. Par principe, p'> p tant que le mouvement ascensionnel se poursuit ; par contre, p' = p lorsqu'il s'arrête.
[0032] Dans le premier cas (p' ≠ p), le comparateur C répond à la différence des signaux d'attaque en engendrant un signal c appliqué à la commande binaire B : celle-ci maintient alors la soupape A en position de fermeture. Si par aventure le mouvement ascensionnel vient à stopper (auquel cas p' = p), le comparateur C ne détectant plus de différence, le signal c disparatt : la commande binaire B bascule alors et provoque l'ouverture de la soupape A et donc une décharge du surgonfleur S alimentant l'enceinte V, Cette dernière subit de ce fait une dilatation qui se poursuit jusqu'à ce que le mouvement ascensionnel redémarre. Aussitôt p' redevient différent de p et le comparateur C délivre à nouveau un signal c qui fait rebasculer la commande binaire B, remettant la soupape A en position de fermeture, et l'on est ramené au premier cas ci-dessus.
[0033] Au groupe C-D-P peut être substitué un détecteur de variation de pression appliquant directement à la commande binaire B un signal différentiel dp/dt. Tant que le mouvement ascensionnel a lieu, dp/dt ≠ 0 : comme auparavant, la commande binaire B maintient alors la soupape A fermée. Si l'ascension stoppe, dp/dt = 0 : la commande binaire B bascule et provoque l'ouverture de la soupape A et donc l'alimentation de l'enceinte V jusqu'au redémarrage de l'ascension. Aussitôt, dp/dt ≠ 0 et la commande binaire B rebascule, refermant la soupape A.
[0034] Pour éviter une décharge prématurée du surgonfleur S quand le dispositif de guide-rope est au repos dans l'océan, il est prévu un système inhibiteur E à commande F propre à n'armer le circuit qu'après ou au plus t8t au démarrage de la phase de remontée. De même, pour éviter une décharge superflue en surface, on inhibe le circuit avant ou au plus tard au terme du mouvement ascensionnel. Cet inhibiteur E pourrait notamment verrouiller la soupape A à la fermeture au repos et ne la déverrouiller que sur réception par F de la télécommande z de déclenchement du processus de remontée, ce déverrouillage pouvant d'ailleurs être lui-même cause d'initiation de ce processus. La figure 2 représente en alternative une vanne d'arrêt E montée en série avec la soupape A, cette vanne d'arrêt s'ouvrant au décollage du fond et se refermant à l'émersion ou peu avant.
[0035] Dans l'exemple numérique considéré, on notera qu'une fois le cycle amorcé par le décollage de la première masse M1 du fond de l'océan, il ne se passe rien de nouveau jusqu'à mi-profondeur, c'est-à-dire 2000 m plus haut ; cette première masse M1 pourrait sans grand inconvénient ne matérialiser que de l'infrastructure pure sans aucune charge utile, le câble L1 étant simplement lové et maintenu compact au moyen d'un lien explosif ou autre attache provisoire à rupture télécommandée. Le déclenchement de l'opération se ferait alors simplement en brisant cette attache. C'est dans cet esprit que la première masse M1 a été laissée en blanc sur la figure 1 pour évoquer un conteneur vide, tandis que les autres masses ont été noircies pour évoquer des conteneurs pleins. Cette façon d'opérer présente de l'intérêt en ce sens que la source de gaz sous pression S n'est guère appeléeà intervenir le cas échéant qu'à mi-profondeur de l'océan et donc à une pression hydrostatique réduite de moitié.
[0036] Pour en revenir à la vessie tractrice V, sa repérabilité en surface peut être améliorée en la surmontant d'un réflecteur inerte R à trièdres trirectangles juxtaposés dos à dos pour une couverture tous azimuts (voir brevet français 1.278.098). Ce réflecteur R sera avantageusement confectionné en fibres métallisées de bonne réflectibilité radar. La localisation étant faite, l'embarquement pourra s'effectuer à loisir dès l'arrivée d'un navire minéralier sur les lieux.
[0037] Il convient que la vessie V soit constituée d'une membrane étanche et de bonne tenue, par exemple une membrane aramide avantageusement revêtue d'une pellicule protectrice de résine polyamide, comme préconisé plus haut pour les câbles de liaison L. Pour le recours éventuel à d'autres choix de matériaux constitutifs ainsi que pour la confection de la vessie, on pourra se reporter utilement au brevet U.S. 2.960.282 qui a trait aux aérostats. En cas de besoin, si les calculs de résistance des matériaux et l'expérimentation le requièrent, on apportera en renfort des armatures en fibres aramides.
[0038] Il est à noter que l'ensemble de l'infrastructure constituant le dispositif de guide-rope est réutilisable après recharge éventuelle du surgonfleur S.
[0039] Pour faciliter son immersion, on aura avantage à opérer au préalable une réduction de volume de l'enceinte V, par exemple à l'aide d'une presse ou d'un laminoir.. Il serait tout indiqué alors de tirer parti de l'énergie mécanique investie dans la contraction de l'enceinte V, en en profitant pour recharger le surgonfleur S. Il suffit pour ce la de ménager entre les deux pièces une interconnexion à clapet unidirectionnel représenté schématiquement en G sur la figure 2, de telle sorte que le fluide ne puisse s'y écouler que dans le sens allant de V vers S.
[0040] Le fluide utilisé sera avantageusement un gaz léger : de l'hydrogène ou, pour plus de sécurité, de l'hélium, puisqu'il n'y a aucune déperdition aux fuites éventuelles près, de nature à grever les coûts opératoires.
EXEMPLE II (voir figure 3)
[0041] Pour le dispositif de guide-rope, on adoptera ici un poids apparent de 1 tonne par kilomètre qu'on supposera réparti sous forme de masses ponctuelles de 1000 kg concentrées en tête de tronçons de câble de 1000 m de long. Ce guide-rope est matérialisé par une succession de nacelles M contenant les nodules récoltés et suspendues à des enceintes pneumatiques respectives V conçues et agencées comme décrit en regard des figures 1 et 2..Les na-
[0042] celles M sont reliées en chapelet par des câbles de liaison L, chaque groupe élémentaire tel que V1-M1-L1, V2-M2-L2, ..... ayant donc un poids apparent global de 1000 kg.
[0043] Les câbles L peuvent être du type à âme de "KEVLAR 29" gainée de polyester, fourni sous la désignation "JETSRAN I-A" par la WHITEHILL MANUFACTURING CORPORATION de Lima, Pennsylvanie, U.S.A., pour applications ooéanographiques. A titre indicatif, ces câbles présentent les caractéristiques suivantes :
[0044] La figure 3 illustre schématiquement le dispositif de guide-rope en cours de processus de remontée : il présente alors un brin actif intermédiaire quasi vertical s'étendant à travers la tranche d'eau de 4000 m d'épaisseur, entre d'une part un brin de tête flottant à la surface en attente d'embarquement et d'autre part un brin de queue gisant sur le fond de l'océan en attente de remontée. Le brin vertical actif se compose de 5 enceintes qui sont désignées de haut en bas par VO, V1, V2, V3, V4. L'enceinte supérieure VO est supposée ne plus contribuer du tout au mouvement ascensionnel, tandis que le groupe élémentaire inférieur V4-M4-L4 est supposé participer pleinement à la force de gravité anti-ascensionnelle (pour se placer dans la situation hypothétique la plus défavorable). Le calcul établit pour une telle situation les volumes suivants : V1=1920 dm3, V2 = 960 dm3, V3 - 640 dm3, V4 = 480 dm3.
Si ces chiffres étaient absolument rigoureux, le brin vertical du guide-rope se stabiliserait dans cette position d'équilibre et s'immobiliserait. Il suffirait alors pour le réanimer de lui imprimer une petite impulsion vers le haut, par exemple en exerçant depuis la surface une traction sur le câble LO ou bien en délivrant une bouffée de gaz à l'une des enceintes V1 à V4 ou bien encore en délestant partiellement l'une des nacelles M1 à M4.. Mais en pratique, une telle impulsion ne sera pas nécessaire, car non seulement on s'est placé à l'origine dans l'hypothèse la plus défavorable, mais encore on a négligé les facteurs de primes énumérés plus haut. En somme, il convient de majorer les chiffres de la dernière colonne du Tableau II.
[0045] Ainsi le groupe élémentaire V1-M1-L1 d'indice 1 s'élève de 1000 m jusqu'à la surface de l'océan pour flotter aux côtés du groupe d'indice 0 qui l'y a précédé ; le groupe élémentaire d'indice 2 se hisse de même de 1000 m pour parvenir au niveau occupé précédemment par le groupe d'indice 1, et ainsi de suite, le schéma de la figure 3 se répétant indéfiniment en augmentant les indices d'une unité à chaque coup.
[0046] Il va de soi que la séquence d'un groupe élémentaire V-M-L tous les 1000 m est purement arbitraire et qu'il est loisible d'écarter ou au contraire de rapprocher les unes des autres les enceintes-nacelles VM.
EXEMPLE III
[0047] Tout en conservant la donnée d'un guide-rope à poids apparent de 1 tonne par km, on peut ainsi doubler le nombre de vessies V par rapport à l'exemple précédent en diminuant de moitié la longueur des câbles de liaison L, ce qui se traduit par une succession de vessies-nacelles s'échelonnant tous les 500 m sur le brin vertical actif : depuis V0 à la surface jusqu'à V8 au fond, la figure 3 étant à rectifier en conséquence. Dans cette variante de réalisation, chaque groupe élémentaire V-M-L a un poids apparent de 500 kg (au lieu de 1000 kg auparavant). Le tableau III ci-dessous reprend les données du Tableau II ci-dessus après ajustements :
[0049] Comme précédemment, la résultante nulle (indicative de pseudo équilibre du brin vertical) apparait au niveau 1 qui est celui de la première vessie immergée V1, quoiqu'ici à la profondeur de 500 m (au lieu des 1000 m de l'exemple précédent).
EXEMPLE IV
[0050] Reprenant les données de l'Exemple II pas de 1000 m pour des nacelles de 1000 kg, mais passant à une profondeur de 5000 m (au lieu de 4000 m), on obtient les chiffres suivants :
EXEMPLE Y
[0052] Retournant à la profondeur de 4000 m des Exemples I, II et III, mais adoptant ici un pas de 100 m et des nacelles de 100 kg, on aurait un volume d'un peu plus de 23 dm3 pour la vessie V40 décollant du fond sous 400 bars et d'un peu moins de 936 dm3 pour la première vessie immergée V1 sous 10 bars.
[0053] D'une façon générale, quels que soient le pas de séquence des vessies et la profondeur de l'océan, on peut dégager l'équation suivante donnant le volume x en dm3 de la première vessie immergée V1 du brin ascendant en fonction du poids apparent total W en kg de celui-ci et de son nombre n de vessies t
1. Procédé océanographique d'élévation vers la surface de la mer de matériaux pélagiques
prélevés sur le fond abyssal et notamment de nodules polymétalliques, caractérisé
en ce que l'on débite ces matériaux de fond en une succession de masses (M) réparties
le long d'un guide-rope sous-marin (L) en un ou plusieurs points duquel est attelée
une enceinte pneumatique à volume variable (V) et l'on impulse celle-ci vers le haut
de sorte que son volume interne gazeux crott alors naturellement sous les pressions
hydrostatiques ambiantes décroissant au fur et à mesure de son ascension vers la surface
et qu'elle exerce de ce fait sur le guide-rope (L) une traction élévatrice croissante,
en opposition avec le poids apparent croissant du guide-rope au fur et à mesure de
son décollage du fond.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on échelonne une succession
d'enceintes pneumatiques à volume variable (V) le long du guide-rope sous-marin (L)
chargé de masses de matériaux (M) de telle sorte que, une enceinte tractrice antérieure
(VO) atteignant la surface au terme de sa course élévatrice, sa relève soit assurée
par l'enceinte pneumatique immergée (V1) qui lui est consécutive et qui atteignant
à son tour la surface passe le relais à la suivante (V2), laquelle le transmet de
même à celle(V3) d'après, et ainsi de suite.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le guide-rope (L)
chargé de matériaux en masses (M) se subdivise sans solution de continuité en trois
segments étagés de bas en haut : un premier segment de queue (L5, L6) reposant sur
le fond en attente de remontée, un second segment de corps (L1, L2, L3) traversant
quasi verticalement l'épaisseur de la tranche d'eau en cours de remontée et un troisième
segment de tête (L) flottant à la surface en fin de remontée.
4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que, une enceinte pneumatique
(V) se trouvant au sein des eaux à l'arrét ou en ascension fortement ralentie, on
lui insuffle du gaz sous pression afin d'en provoquer une expansion suffisante pour
la mettre ou la remettre en ascension.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on déclenche l'insufflation
de gaz sous pression dans l'enceinte pneumatique (V) sur détection d'invariation de
la pression hydrostatique ambiante.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on interrompt l'insufflation
de gaz sous pression dans l'enceinte pneumatique (V) sur détection de décroissance
de la pression hydrostatique ambiante.
7. Procédé selon la revendication 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que l'on fait communiquer
l'enceinte pneumatique à volume variable (V) avec un réservoir de gaz à volume constant
(S) par une voie d'interconnexion à écoulement unidirectionnel (G) et l'on charge
ce réservoir en gaz sous pression provenant de ladite enceinte (V) en comprimant celle-ci.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce
qu'on balise le guide-rope (L) en accroissant la réflectivité radar du faite de l'enceinte
pneumatique à volume variable (V).
9. Dispositif océanographique d'élévation vers la surface de la mer de nodules polymétalliques
ou autres matériaux pélagiques prélevés sur le fond abyssal, caractérisé par la combinaison
d'une infrastructure allongée souple formant guide-rope (L) agencé pour recevoir un
chargement de matériaux en des conteneurs (M) répartis sur sa longueur, avec au moins
une enceinte pneumatique à volume variable (V) rattachée à ce guide-rope (L) de manière
à pouvoir le tracter vers le haut en y exerçant une force ascensionnelle croissant
progressivement par suite de l'expansion naturelle continue de l'enceinte pneumatique
(V) sous les pressions hydrostatiques ambiantes décroissantes, en opposition avec
le poids apparent croissant du guide-rope (L) au fur et à mesure de son décollage
du fond.
10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que, dans l'enceinte pneumatique
à volume variable (V), débouche un gonfleur pyrotechnique équipé d'un système de mise
à feu, un réservoir de fluide comprimé (S) équipé d'une soupape de décharge (A) ou
autre moyen surgonfleur capable d'y insuffler du gaz sous pression afin d'en provoquer
une expansion propre à amorcer son mouvement ascensionnel, l'expansion de l'enceinte
pneumatique (V) se poursuivant alors naturellement du fait de sa progression vers
la surface.
11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le déclencheur d'insufflation
du surgonfleur (S) est commandé automatiquement par un détecteur (P-D-C) d'arrêt d'ascension
de l'enceinte pneumatique (V).
12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que la soupape de décharge
(A) est de type binaire, présentant deux positions stables : ouverture/fermeture,
et elle est pilotée par une commande binaire (B), laquelle est à son tour régie par
le détecteur d'arrét d'ascension (P-D-C), cette soupape de décharge (A) étant associée
à un système inhibiteur (E) à commande propre (F) destiné à neutraliser l'action du
détecteur (P-D-C) ou à lui permettre de se manifester.
13. Dispositif selon la revendication 10, 11 ou 12, caractérisé en ce que le réservoir
(S) est relié à l'enceinte pneumatique (V) en parallèle avec la soupape de décharge
(A) par une interconnexion à clapet unidirectionnel (G) ne permettant l'écoulement
que dans le sens allant de l'enceinte (V) au réservoir (S).
14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, caractérisé en ce
que le guide-rope (L) et/ou l'enveloppe de l'enceinte pneumatique (V) font appel dans
leur confection à des fibres de poly(para-phénylènetéréphtala- mide) ou aramide analogue,
avec revêtement protecteur contre l'abrasion en résine polyamide ou autre matière
analogue.
15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 14, caractérisé en ce
que l'enceinte pneumatique à volume variable (V) est surmontée d'un réflecteur radar
(R) à trièdres trirectangles mutuellement adossés.