Brevet FR2006307A1 — publié le 19691226

Jusqu'à présent, les bâtiments et les structures habitables immergés, c'est-à-dire les submersibles, sont rentres dans deux catégories générales. La première des catégories de structures est celles qui @@st réalisée. à partir de matériaux rigides, tels que l'acier, l'aluminium, etc... présentant des résistances à la compression suffisantes pour résister aux forces de compression rencontrées en eau profonde, suivant des pratiques de conception classiques des bâtiments subissant des pressions. Le bathyscaphe "Trieste", les bâtiments "Sealab" et le sous-marin de recherches océanographiques "Aluminaut" constituent des exemples de ces structures qui sont descendues à des profondeurs énormes, le record de descente étant supérieur à 10.500 mètres.Les exigences de conception pour ces structures sous-marines ou pour n1 importe quelles autres structures de ce type sont sévères, du fait que les pressions exercées par la mer se rapprochent de une atmosphère (1,03 bar) pour 10,4 mètres de descente. C'est ainsi, par exemple, que les forces d'écrasement agissant sur une sphère de 2,10 mitres à des profondeurs superieures à 9600 mètres sont u- périeures à 100.000 tonnes. L'autre catégorie de structures est constituée par des tentes sous-marines aplatissables pouvant être gonflées avec de l'air, du type dit SPID (habitation gonflable portative submersible) Ces structures sont constituées essetlellement par des-ballons en étoffe imperméable renforcée qui sont gonflés en dessous de la surface de l'eau à des profondeurs relativement faibles à l'aide de l'air (c'est-à-dire un fluide compressible) qui est maintenu à une pression égale à la pression extérieure. Cependant, ces tentes ou ces ballons sous-marins ne comportent pas d'éléments de structures et ne sont pas destinés à des profondeurs très su- périeures à 120 mètres. La présente invention fournit une structure aplatissable-- nu- velle et perfectionnée, qui peut etre utilisée pour une famille de structures ou d'abris sous-marins habitables convenant particulièrement bien pour être utilisés à la profondeur du plateau continental, c'est-à-dire environ 180 mètres. Les éléments de base des nouvelles structures sont constitués par des tubes aplatissables, sensiblement circulaires et de section droite qui peuvent être remplis avec un fluide hydraulique incompressible pour donner au submersible sa forme finale fermée. Suivant l'un des aspects les plus importants de la présente invention, lorsqu'ils sont totalement remplis et qu'ils se trouvent sous l'eau, la forme géométrique des tubes maintient tout le temps sous compression les ames liquides.De ce fait, les tubes remplis d'eau constituent des éléments extrêmement efficaces pour résister à la pression dans lesquels il n'y a pratiquement aucune force de flexion.En d'autres termes, les éléments résistant à la pression selon l'invention ne sont pas soumis S aucun gauchissement, comme c'est le cas avec des éléments-de compression massifs classiques. Cependant, les nouveaux submersibles selon l'invention donnent aux occupants une protection qui est comparable à celle des bâtiments de pression rigides classiques; De plus, suivant les principes de l'invention, l'atmosphère interne de ces nouveaux abris n'a besoin que d'entre maintenue à la pression atmosphérique ou légèrement au-dessus de celle-ci, quelles que soient les pressions exterieures qui agissent en mer profonde. Plus particulièrement, un mode de réalisation préféré de la nouvelle structure présente une forme sphérique et comprend une peau membraneuse qui, d'une manière avantageuse est une étoffe synthétique renforcée qui coopère avec un réseau de nervures de support de charge tubulaires aplatissables, remplies de fluide et de forme générale circulaire. Les nervures qui résistent à la pression sont en fait des éléments de structure composite comportant des enveloppes tubulaires en matière solide (matière plastiquez qui forment les limites des eléments et des âmes liquides incompressibles - qui remplissent complètement les enveloppes.De cette manière, les nervures courbes sont partiellement solides et partiellement liquides, les âmes liquides travaillent sous com pression et les enveloppes solides ravaillant sous tension. En conséquence, la matière destinée aux enveloppes nSa pas besoin d'être spécialement épaisse, du oyait que les forces de compres- sion exercées par la mer ambiante sont transformées en forces de tension par les âmes liquides qui sont comprimées tout le temps. De cette manière le paramètre de conception critique des nou velles structures est la capacité des matières choisies à résister aux déformations produites par la tension (rXsistance à la traction). Avec une peau "idéale" cXest-à-dire une peau qui n'est pas déformable d'une manière permanente quelles que soient les forces de tension et d'allongement qui lui sont appliquées, théoriquement la nouvelle structure pourrait résister aux forces de compression correspondant à des profondeurs infinies de la mer. Il est bien entendu bien établi que les matières solides résistent aux forces de tension beaucoup plus facilement qu'aux forces de compression. Suivant les principes de l'invention, et comme on le comprendra, toute la structure, qui est principalement un réseau de tubes en matière plastique à paroi mince enveloppés par une peau continue ou qui coopère autrement avec celle-ci, peut être aplatie suivant un volume relativement faible ne présentant que peu ou pas du tout de tendance à flotter. La structure aplatie peut etre inergée facilement et peut ensuite être ancrée dans un site sous-marin prédéterminé. Ensuite on peut la dresser enremplis- sant complètement les éléments de sa structure avec un liquide (un fluide incompressible > tout en introduisant de l'air comprimé dans l'espace intérieur de la structure. Conte on s'en~rendra compte, les submersibles suivant la présente invention peuvent être utilisés d'une manière extrêmement inétendue et suggrent immédiatement d 'eux-mêmes un nombre consi dérsble d'applications océanographiques D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront au cours de la description détaillée qui va suivre, faite en regard du dessin annexé dont la figure unique représente une coupe d'une structure sous-marine dressée suivant les principes de la présente invention En se reportant à la figure, la nouvelle structure sous-marine 10 selon l'invention est représentée comme un compartiment sphérique pour l'équipage d'un mesoscaphe (c'est-à-dire un submersible pour des profondeurs moyennes). Le mésoscaphe représenté comprend également un sas 20 d'entrée et de sortie pouvant être mis sélectivement sous pression et une cale 30 pouvant être remplie sélectivement de lest. Comme on le comprendra, l'entrée et la sortie dans le compartiment pour l'équipage s'effectuent à travers le sas 20, dont la construction est celle d'un bâtiment de pression classique et qui est fixé d'une manière appropriée et d'une façon étanche à l'eau au compartiment 10 au moyen d'un collecteur en forme de collier 13 qui sera décrit plus en détail ci-après. Coure on le voit, le sas 20 comporte une écoutille supérieure 21 conuniquant directement avec le-compartiment 10 et une écoutille inférieure 22 communiquant avec la mer. De cette manière, le compartiment sphérique pour l'équipage est en fait "ancré" sur la cale annulaire 30 pour le lest, qui peut être en béton coulé ou présenter n'importe quelle autre construction appropriée.Suivant des principes bien établis la cale 30 peut être lestée sélectivement avec de l'eau de mer pour faire enfoncer le mésoscaphe. En particulier, la nouvelle structure 1Q comprend une peau extérieure continue à peu près sphérique i1 qui est supportée par un système-interne des nouveaux éléments résistant à la pression, c'est-à-dire des nervures 14 > 15 remplies de liquide. Les nervures sont courbes et se terminent aux piles opposés du compartiment sphérique 10 qui sont délimités par un collecteur en forme de couronne rigide 12 au sommet et un collecteur en forme de collier 13 à la partie inférieure. La peau il peut être fabriquée avec n'importe quelle matière en feuille tenace et imperméable telle qu'une étoffe de "Nylon" renforcée et imprégnée qui présente de la souplesse et ne se déforme pas d'une manière sensible lorsqu'elle est soumise à une tension (c'est-à-dire qu'elle présente une grande résistance à la traction). Plus particulièrement et comme on le voit, les éléments longitudinaux ou verticaux 14 sont reliés en permanence à des raccords 16 s'étendant radialement du collecteur en forme de couronne 12 et du collecteur en forme de collier 13, et ils sont disposés suivant un réseau en forme de squelette àl'intérieur des éléments transversaux 15 qui sont disposés de manière à délimiter une enveloppe sphérique.Suivant la presente invention les enveloppes ou limites tubulaires 14a, 15a des nervures circulaires 14 et 15 sont formées par des tubes en matière plastique aplatissables, sans joint, et à peu près complètement non de-for- mables, bien que dans certaines applications il puisse être souhaitable de fabriquer les enveloppes de nervures et la peau sphérique extérieure à l'aide de la même étoffe renforcée ou à l'aide d'une étoffe renforcée semblable. D'une manière avantageuse, le système de squelette des nervures 14 et le système d'enveloppe des nervures 15 sont indépendants 1' un de l'autre, comme on le voit. Comme on le volt,- les nervures transversales remplies de liquide 15 peuvent etre disposées sous la forme d'une héliee continue s'étendant depuis la couronne 12 jusqu'au collier 13. Les spires- de l'hélice augmentent progressivement de diamètre jusqu'à une spire équatoriale puis ensuite leur diamètre diminue comme représenté. En variante, les nervures 15 peuvent se présenter sous la forme de toroides distincts, en butée, de -diamètres progressifs, qui sont empiles entre la couronne et le-collier pour former une enveloppe de forme générale sphérique. Suivant les principes de- l'invention, les nervures 14, 15 et la peau extérieure- i;I sont reliées les unes aux autres -suivant une configuration prédéterminée qui assure la forme sphérique finale, par des liaisons glissantes ou-des ligatures lâches 40 en cordon de "Nylon" ou en une matière semblable-qui permet des déplacements mutuels limités prédéterminés et qui permet aux éléments de la structure de céder pendant son érection et pendant qu'elle est en service.En d'autres termes,-le fait de lier librement ensemble le réseau de nervures 14, 15 et la peau extérieure 11 de la nouvelle structure donne à l'ensemble de celle-ci une élasticité limitée inhérente, qui permet à la structure de se régler d'une façon dynamique suivant-des tensions quelconques de prendre sa forme f-inale sans aucune tension produite par elle même. Un aspect important et en fait critique de- la présente invention réside dans lofait que-la-pression extérieure de l'eau re çoit l'opposition -du réseau ou système hydraulique d'éléments résistant à la pression ou de nervures remplies d'eau 14, 15. En particulier, les formes géométriques des éléments 14 15 qui résistent à la pression sont telles -que les âmes ou parties li quides de toutes les nervures sont maintenues- constamment sous compression.Les forces extérieures de compression de la mer ambiante reçoivent l'opposition de l'eau se trouvant à l'intE- rieur des tubes qui travaille sous compression-et elles sont transformées par le système hydraulique. en forces. de tension tan gentielles et longitudinales dans les enveloppes 14a et 15a des nervures, lesquelles enveloppes travaillent sous tension.Suivant un autre aspect important- de l1invention, des. élém-ents- de struc- ture massifs et lourds ne sont pas nécessaire.s pour résister à Ba compression de la mer ambiante du fait que la pression du liquide à l'intérieur des nervures est toujours égale à la pression de la mer a l'extérieur de celles-ci, quelle que soit la profondeur. De ce fait, le système des nervures n'est pas aplati par les pressions de la mer profonde et les nervures maintiennent en fait la structure 10 en forme et intacte aussi longtemps que les enveloppes des nervures ne s'allongent pas ou ne cèdent pas autrement. Théoriquement, là matière des enveloppes qui forme les limites des nervures peut être extrêmement mince du fait qu'elle a pour fonction d'envelopper des colonnes distinctes de liquide suivant les configurations prédéterminées des nervures et qu'elle n'a pas besoin de résister à la-compression. @ppendant, la matière des enveloppes doit présenter une résistance suffisante pour supporter les forces de tension qui y sont produites.Les forces de tension sont,- bien entendu, supportes plus facilement que les forces de compression. De ce fait, les nouveaux éléments "composites" résistant à la pression sont plus efficaces que des éléments dé compression massifs classiques lorsqu'on les utilise dans les nouvelles structures sous-marines. Pendant qu'elles sont en service sous-marin, il est extrêmement important que les nervures 14, 15 soient- absolument et entièrement remplies de liquide, de manière à être en fait totalement incompressibles. Dans ce but, et comme autre aspect impor taht dé ia présente invention, les séries de nervures 14, 15 sont reliées à des clapets de retenue sélectifs spéciaux 41, 42 qui assurent une communication entre les âmes liquides des nervures -et la mer ambiante. Les clapets 41 ne permettent au gaz emprisonné que de s'écouler vers l'extérieur depuis le nervures et em pêchent tout autre ecoulement de liquide ou de gaz à travers eux. En conséquence, pendant le remplisSage des nervures, seul l'air qui y est emprisonné est envoyé à l'extérieur par l'intermédiaire des clapets '41, -42. Suivant les principes de l'invention; -les nouvelles structures sont aplaties lorSqu'elles sont hors de l'eau, et elles sont érigées sous l'eau en remplissant les éléments de structure avec du liquide tout en comprimant pour le développer l'espace intérieur 9 de -la structure avec un gaz à une pression égale ou supérieure à celle de la mer ambiante. Plus particulièrement, le compartiment aplatissable 10 pour l'équipage du mésoscaphe représenté est mis en service comme suit. Le compartiment à l'état aplati est abaissé initialement jusqu'à un site choisi dans la mer S en admettant d'une manière appropriée de l'eau de mer de lestage dans la chambre 30 du ballast par une soupape 43. Ensuite, les nervures creuses et aplaties 14, 15 sont remplies d'eau de mer S par une pompe submersible 45 par l'intermédiaire de tuyaux d'alimentation appropriés 46, 47, respectivement. Comme on le voit, la soupape 41 constitue l'extrémité supérieure du système fermé de nervures transversales (un tube en spirale continu 15 formant un monocoque hydraulique), et l'extrémité inférieure du système est constituée par la jonc- tion de la nervure 5 et du tuyau d'alimentation 47.De même, le système de nervures longitudinales fermé qui comprend des tubes verticaux distincts 14 qui s'entendent entre les collecteurs 12 et 13, est limité par la soupape 42 et par la jonction du tuyau d'alimentation 46 et du collecteur 13 Pendant que les nervures 14, 15 sont remplies avec du liquide, la mise en forme du compartiment 10 est facilitée en gonflant l'espace intérieur 9 avec un gaz à une pression supérieure à celle de la mer environnante. Ceci empêche bien entendu égale ment la structure 10 de se creuser pendant son érection.Le gaz comprimé est admis dans l'espace intérieur 9 à l'aide d'un compresseur approprié 50 qui est relié par l'intermédiaire d'un distributeur à trois directions 51 et d'une canalisation d'air 52 à un système de compression approprié 53 (indiqué en pointillé). Une canalisation 55 d'alimentation en gaz partant de la surface, par exemple d'un "bateau ravitailleur", relie le compresseur à une source de gaz. Lorsque le compartiment 10 est habité, une canalisation 56 de retour du gaz permet au gaz se trouvant à ltintérieur du compartiment sphérique d'être remis continuellement en circulation et d'être réoxygéné pour assurer la vie de l'équipage. D'une manière avantageuse, les canalisations d'air 55 et 56 et toutes les lignes de puissance, les lignes téléphoniques, etc.. sont gainées dans un cordon 1,ombilical" approprié 60, qui est relié à la structure 10 par l'intermédiaire de la couronne 12.Comme on le voit sur le dessin, on peut stabiliser la structure 10 dressée par rapport à la cale 30 de lestage en montant d'une manière appropriée des cordes ou des câbles en "Nylonn 58 entre la peau extérieure 11 et la cale du lest. D'après ce qui précède, on se rend compte que la possibilité de s'aplatir des submersibles nouveaux et perfectionnés leur permet d'etre immergés facilement suivant un état compact à peu près sans aucune tendance à flotter et de les dresser en dessous de l'eau soit pendant qu'ils sont en train de se déplacer (qu'ils s'enfoncent) pour aller à un site sous-marin choisi ou après avoir atteint ce site lui-même. Il convient de plus de se rendre compte que les "nouveaux éléments composites résistant à la pression" perfectionnés selon la présente invention, qui sont constitués par les tubes à paroi mince remplis d'un liquide incompressible, sont capables de résister d'une manière extrêmement efficace aux forces de compression de la mer, quelle que SQi la profondeur à laquelle le submersible est dressé et utilisé.De ce fait, la pression du gaz dans le submersible peut être maintenue à la pression atmosphérique ou à une valeur proche de celle-ci pour assurer le confort des habitants après que les tubes ont été rem- plis. Il va de soi de plus que la description précédente d'un mode de réalisation de l'invention n'est donnée qu'à titre d'exemple et que certaines modifications peuvent y être apportées S8aL% sortir des enseignements de la présente invention. Par exemple, bien qu'on ait représenté les nouveaux éléments de forme circu- laire, aplatissables et remplis d'eau comme éléments de structure d'une enveloppe sphérique sous-marine dans un environnement pliquant une compression, on peut les utiliser avec autant d'ef- ficacité dans des environnements sous-marins sous compression dans des structures cylindriques, toroïdales ou dans n'importe quelle structure constituant une combinaison de forme sphérique, cylindrique et toroidale. Les nouvelles structures selon la pré- sente invention peuvent être utilisées pour des abris ou des ha- bitats sous-marins, des bâtiments submersibles, ou des vêtements hydrospatiaux sous-marins servant à protéger les plongueurs des pressions rencontrées à de grandes profondeurs ou pour d'autres applications océanographiques. Il va de soi que la présente invention nta été décrite et représentée qu'à titre explicatif mais nullement limitatif, et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Submersible caractérisé en ce qu'il comprend une structure fermée aplatissable comprenant une série de nervures aplatissables contenant un liquide qui toutes présentent une section droite circulaire lorsqu'elles sont remplies avec lé liquide et des clapets associés à ces nervures et permettant de les remplir totalement avec un fluide incompressible. 2. Submersible suivant la revendication 1, caractérisé enoe que chacune des nervures remplies^de liquide présente une forme générale circulaire, les séries de nervures délimìtant-à peu près complètement une sphère, un tore, ou un cylindre. 3. Submersible suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend une peau continue qui coopère avec les nervures pour déterminer sa forme géométrique finale. 4. Submersible suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend des liaisons glissantes souples qui fixent librement la peau et les nervures. 5. Submersible suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend un sas d'entrée et de sortie qui assure une communication entre les parties intérieures du submersible et l'atmos-- phère ambiante. 6. Submersible suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la peau est constituée par une matière en forme de feuille imperméable à peu près inextensible, les nervures étant formées par des tubes en matière plastique à peu près completement inextensibles. 7. élément de structure composite sous-marin résistant à la compression, caractérisé en ce qu'il comprend : une enveloppe tubulaire aplatissable en une matière à peu près inextensible présentant une section droite circulaire, cette enveloppe présentant une configuration d'ensemble à peu près complètement circulaire, une âme liquide remplissant complètement l'enveloppe, de sorte que l'âme liquide est maintenue sous compression par la configuration de l'enveloppe lorsqu'elle est totalement remplies l'enveloppe de l'élément de structure, lorsqu'elle est soumise à des forces rencontrées sous l'eau, ne subissant à peu près aucune force de compression et ne subissant à peu près complètement que des forces de tension. 8. élément de structure composite suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend des clapets associés à ltenve- loppe et permettant son remplissage complet avec un liquide. 9. Soeie d'éléments composites suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les éléments sont rapprochés et coopèrent ensemble pour former une structure fermée. 10. Structure suivant la revendication 9, caractérisé en ce qu'elle comprend de plus une peau qui coopère avec les éléments résistant à la pression pour donner sa forme à la structure.