Brevet FR2230044A1 — publié le 19741213

La présente invention est relative à une gaine protectrice formée par enroulement pour un objet de forme allongée, et plus particulièrement à une gaine de ce type qui résiste à l'abrasion et qui permet le fléchissement ou la courbure de l'objet protégé. La protection de cibles sous-marins est jusqu'à présent une opération coûteuse et prenant beaucoup de temps. Pour de nombreuses communications ou liaisons, il est indispensable de poser des cabales ou des canalisations sur des parties du fond de l'océan qui sont accidentées ou parsemées de crêtes de rochers, récifs, corail à arêtes vives et ainsi de suite, et dans des zones où de forts courants marins sont susceptibles de déplacer de façon considérable les cables ou canalisations. Les câbles posés sur des fonds semblables ou dans de telles zones sont jusqu' présent protégés par une enveloppe en métal coulé qui est subdivisée en tronçons. Chaque tronçon d'une telle enveloppe est-lourd et muni de pièces spéciales pour la fixation et l'embottement des tronçons} et doit etre mis en place par des scaphandriers après la pose du câble. Cette mise en place de l'enveloppe est conteuse, nécessite beaucoup de temps et n'est pas sans risques. Les enveloppes métalliques connues ont une durée de service relativement courte en raison de la forte corrosion à laquelle elles sont exposées au fond de l'océan. Différentes tentatives ont également été faites, en particulier sur des cables relativement petits, avec des gaines protectrices formées par l'enroulement d'un matériau fibreux imprégna d'asphalte ou de goudron. Bien que de telles gaines présentent une meilleure résistance à la corrosion, elles sont rapidement détruites par le frottement sur les rochers ou d'autres obstacles sur le fond de I'ocCan, ou aux points de croisement de deux cibles, surtout dans les zones où les courants sont forts.La destruction de la gaine est suivie assez rapidement par la défail- lance du cable > assurant une liaison télFphonique de la plus haute importance par exemple, ou par le transpercement ou la rupture d'une canalisation, ce qui peut avoir des conséquences désastreuses sur l'environnement si la gaine servait à la protection d'une canalisation transportant une substance nocive. L'objet de l'invention est une gaine protectrice pour un objet de forme allongée ayant généralement une section transversale circulaire, qui est formée d'un élément enroulé en hélice qui est conçu pour être disposé autour de l'objet de forme allongée de manière à s'appliquer contre celui-ci. Cet élément est en élastomère résistant i l'ahrasion et la corro sion, et il est stratifié de manière à opposer une forte résistance à l'expansion des spires de l'hélice, c'est-à-dire au fléchissement de l'élément vers l'extérieur dans un plan radial.Malgré cela, la gaine peut être mise en place après la pose du cable ou de la canalisation, par exemple par un scaphandrier qui effectue cette opération sur un cable immergé, en plaçant l'élément enroulé en hélice obliquement sur le cable, de manière que celui-ci soit situé entre les spires extremes de l'hélice, et en tournant ensuite l'hélice autour du cable de façon que les spires viennent se placer une à une sur le câble. Selon un mode de mise en oeuvre, les extrémités de l'élément enroulé en hélice sont fixées sur le cable, par exemple au moyen de colliers, de préférence après l'extension axiale de l'hélice mise en place sur l'objet à protéger, afin que l'élément protecteur soit fermement serré sur l'objet. Selon un autre mode de mise en oeuvre, la gaine comprend en outre une garniture de remplissage qui est également enroulée en hélice et qui est disposée entre les spires de l'élément en hélice qui vient d'entre décrit, d'une part pour produire l'extension axiale de ce dernier, et d'autre part pour accrottre la résistance à l'abrasion de la gaine, sans compromettre la flexibilité et l'aptitude à la courbure de l'objet protégé. La gaine peut être réalisée en tronçons ayant la longueur voulue, elle assure une très grande protection contre les chocs et l'abrasion en raison de la ténacité des élastomères utilisés, elle permet le fléchissement et il n'est pas nécessaire de la fixer si ses dimensions sont convenablement adaptées à celles de l'objet à protéger. La gaine peut être mise en place au lieu de fabrication de l'objet à protéger ou après l'installation de celui-ci, et elle peut être utiliséepour la protection d'objets quelconques de forme allongée, tels que des tubes, des conduits, des cibles ou autres, qui doivent pouvoir fléchir dans une certaine mesure et qui doivent être protégés contre les frottements et les chocs, soit pour empêcher la destruction de l'objet protégé, soit pour protéger l'environ nement contre les effets nocifs du contenu d'un objet qui a été détérioré. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que du dessin annexé sur lequel - la figure t est une vue en perspective d'une gaine protectrice suivant l'invention, formée par un élément en hélice monté sur un objet à protéger de forme allongée; - la figure 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1, mais à plus grande échelle; - la figure 3 est une coupe axiale d'un autre exemple de mise en oeuvre de l'invention, dans lequel une garniture de remplissage en hélice est disposée entre les spires de l'élément en hélice de la figure 1;; - la figure 4 est une vue de cbté de l'élément de la figure I, mais muni de deux colliers de serrage aux deux extrémités de l'élément pour empêcher le mouvement axial de celui-ci; et - la figure 5 est une vue en perspective illustrant le montage de l'élément de la figure 1 sur l'objet de forme allongée. Le dessin annexé et en particulier la figure 1 représente une gaine protectrice 10 formée par enroulement et ayant un diamètre intérieur tel qu'elle s'applique directement contre un objet de forme allongée ayant généralement une section transversale circulaire. Il est supposé, pour les besoins de la présente description, que l'objet de forme allongée est un cable sous-marin 12 qui doit être protégé contre l'abrasion et l'endommagement par le frottement sur des rochers ou par le contact avec d'autres objets ou obstacles sur le fond de la mer. Comme il ressortira de ce qui va suivre, la gaine 10 doit être dimensionnée et réalisée de manière qu'elle enserre d'elle-même le cable 12, de façon à opposer une résistance à son déplacement axial le long du cable 12 et, surtout, de présenter une forte résistance à tout mouvement d'ouverture dans le sens radial, car cela provoquerait l'augmentation du diamètre de la gaine et son arrachement du cable. De plus, la gaine doit pouvoir etre mise en place sur le càble après la pose de celuici, par un scaphandrier travaillant sous l'eau, et elle ne doit pas entraver le fléchissement et la courbure du câble protégé 12. Pour que ces conditions puissent être satisfaites, la gaine 10 est formée d'un élément 11 qui est enroulé en une hélice ou boudin dont les spires d'égale grandeur sont uniformément espacées les unes des autres. Comme décrit plus en détail dans ce qui va suivre, l'expansion radiale de la gaine 10 est empêchée par le fait que l'élément Il est un élément stratifié de façon particulière. En revanche, la gaine 10 peut être déformée par la torsion de l'élément 11, comme on le voit sur la figure 5. Cette figure sert à illustrer la façon dont la gaine 10 est montée sur le cible 12. On place tout d'abord l'élément enroulé en hélice obliquement sur le cable 12, de manière que celui-ci soit situé entre les deux spires extrêmes de la gaine 10. L'extrémité de la gaine peut alors être déformée suffisamment pour que la dernière spire puisse être disposée autour du câble.Les spires suivantes sont ensuite enroulées successivement autour du cable 12, jusqu'à l'autre extrémité du tronçon de gaine Sur la figure 5, la moitié de la dernière spire est agrippée sur le cable, tandis que l'autre moitié de cette spire est tordue en vue de la mise en place de la spire suivante. L'extension axiale de la gaine 10 après sa mise en place sur le cable 12 provoque la diminution de son diamètre intérieur et son serrage sur le câble 12, empêchant ainsi tout mouvement axial de la gaine. Il est également possible d'empêcher le déplacement axial de la gaine sur le cable en fixant la gaine sur celui-ci, par exemple au moyen de deux colliers 14 comme représenté sur la figure 4. Les colliers 14 ont une section transversale en U et chacun d'eux entoure une spire extrême d'un tronçon de gaine. Il est préférable de fixer tout d'abord l'une des extrémités d'un tronçon de gaine au moyen d'un collier 14, d'allonger ensuite la gaine 10 dans le sens axial pour qu'elle soit fermement serrée sur le c ble, et de fixer ensuite l'autre extrémité par le deuxième collier 14. La structure stratifiée de l'élément ll ressort clairement de la figure 2. Sur cette coupe transversale, on voit que l'élément 11 est composé de deux séries de couches parallèles continues 16 et 18 qui se succèdent alternativement et qui sont solidement reliées les unes aux autres. Les couches 16 sont en élastosère, notamment en caoutchouc naturel ou synthétique ou en un mélange des deux et 8 ltétat vulcanisé ou non. Ces couches de caoutchouc 16 alternent avec des couches 18 en tissu ou en toile de forte résistance, par exemple en tissu de fibre de verre. Selon un mode de mise en oeuvre -de l'invention, les couches 16 sont en caoutchouc uréthanne de la qualité utilisée pour les bandes de roulement des pneumatiques, bien qu'il soit parfaitement possible d'utiliser d'autres matériaux, à condition qu'ils possèdent une aussi grande résistance à l'abrasion et à la pénétration au contact avec des rochers, du corail et ainsi de suite, ainsi qu'une bonne résistance chimique et biochimique à l'eau de mer. Lorsque le matériau de départ pour les couches 16 est du caoutchouc uréthanne non vulcanisé, la gaine stratifiée 10 est formée par la disposition alternative de couches 16 en caoutchouc et de couches 18 en toile dans un moule ayant la forme hélicotdale désirée. L'ensemble est ensuite exposé à la chaleur et à la pression, par exemple en l'enveloppant dans de la "Cellophane" et en l'introduisant dans un four. Lors de la vulcanisation ainsi produite du caoutchouc des couches 16, celui-ci devient plastique et pénètre dans les interstices des couches de toile 18. On constate que la liaison ainsi obtenue entre les couches 16 et 18 possède une résistance à la traction qui est encore plus grande que celle du caoutchouc des couches 16.La résistance qu oppose l'élément 11 ainsi produit à la séparation des couches est à l'origine de la très forte résistance déjà mentionnée à la déformation vers l'extérieur dans un plan radial. Lorsque le matériau de départ pour les couches 16 est un caoutchouc naturel ou synthétique vulcanisé, ou un mélange des deux, on utilise la même disposition alternante des couches 16 et des couches 18 en toile, mais toutes les couches sont préalablement enduites dtun adhésif de forte résistance pour obtenir une liaison très solide entre les couches. I1 est notamment possible d'utiliser pour les couches 16 du néoprène vulcanisé d'indice 60 au duromètre, et d'enduire ou de préparer les surfaces des différentes couches selon des procédés connus pour obtenir une liaison solide au moyen d'un adhésif. On obtient de bons résultats avec des adhésifs vulcanisés par catalyse, en particulier avec des résines époxy. On peut citer notamment l'adhésif désigné par la marque "EPOXEYLITE-88-+6" qui est fourni par "Epoxeylite Corporation, South El Monte, Californie". Cet adhésif particulier est basé sur une résine de bisphénol-éther diglycidylique et a un poids moléculaire d'environ 380. I1 est formé d'un mélange d'agents de vulcanisation à base d'amine et d'un agent de diLution pour améliorer le mouillage sur les fibres de verre des couches en toile 18. Cette résine a une assez grande durée de stabilité en pot,dépassant 1 heure et demie à une température ambiante d'environ 210C, et elle vulcanise en 1 heure environ sous une température de 930C environ.Elle a une excellente résistance aux produits chimiques, de bonnes caractéristiques de mouillage et elle adhère parfaitement bien aux couches 16 et 18. Lorsque le matériau de départ pour les couches 16 est un caoutchouc vulcanisé, les couches de caoutchouc et les couches 18 sont enduites d'adhésif sur leurs surfaces destinées å venir en contact l'une avec l'autre, disposées les unes par-dessus les autres dans un moule ayant la forme hélicotdale désirée, les couches extérieure et intérieure étant de préférence des couches 16 en caoutchouc, et l'ensemble est ensuite chauffé pour durcir ou vulcaniser l'adhésif. La résistance à la traction de la couche 18 en toile 2 sera généralement supérieure à 1 kg/cm2, et la résistance de la zone de liaison entre les couches 16 et 18 est de préférence supérieure à la résistance à la traction des couches 16 en caoutchouc. Bien qu'une grande variation soit possible dans les dimensions, la demanderesse a constaté que la manipulation et la mise en place de la gaine 10 après la pose du cible ou du conduit sont grandement facilitées lorsque la gaine est fournie en tronçons, ayant de préférence une longueur d'environ 120 cm ou moins, qui sont disposés directement les uns à la suite des autres sur le cable ou le conduit. Dans une application typique, le cable 12 a un diamètre d'environ 25 mm, liépaisseur de chaquecouche 16 de caoutchouc est d'environ 1,6 mm, l'épaisseur de chaque couche de toile 18 est d'environ 0,8 mm, l'épaisseur de la zone de liaison imprégnée de colle entre les couches est comprise entre 0,125 et 0,5 mm, et l'épaisseur totale de l'élément 11 dans le sens radial est d'environ 12,5 mm. La figure 3 représente un exemple de réalisation d'une gaine de protection suivant l'invention qui comprend non seulement l'élément en hélice 11 qui vient d'être décrit, mais également une garniture de remplissage 20 qui est également enroulée en hélice et qui est disposée dans les intervalles entre les spires de l'élément 11, de manière à former avec celui-ci une gaine sensiblement fermée et de diamètre extérieur à peu près uniforme. La garniture de remplissage 20 estde préférence faite également d'un élastomère résistant à l'abrasion, par exemple en caoutchouc, et sa flexibilité est suffisam"'ent grande pour qu'elle n'entrave pas le fléchissement et la courbure du câble 12. La demanderesse a constaté que l'on obtient de bons résultants avec une garniture en caoutchouc dont l'indice au duromètre est de 50 ou 60. Si l'on utilise un caoutchouc plus dur et moins flexible, par exemple un caoutchouc dont l'indice au durombtre est supérieur à 60, il est préférable de mouler deux rainures continues opposées dans la garniture 20 et sur toute la longueur de celle-ci, conne les rainures 22 et 23 représentées en section transversale, en pointillé, et pour une spire seulement de la garniture, sur la figure 3. Ces rainures 22 et 23 réduisent la section transversale de la garniture dans une mesure auffisante pour permettre le fléchissement ou la courbure limité du cable 12, sans diminuer excessivement la résistance de la garniture à l'expansion radiale, ce qui pourrait provoquer son détachement du cable 12. L'épaisseur radiale de la garniture 20 correspond à peu près à celle de l'élément Il, de sorte que la surface extérieure de la gaine a un diamètre sensiblement uniforme. Après la mise en place sur le cable ou le conduit, l'épaisseur ou la largeur de la garniture 20 et de l'élément 11 dans le sens axial sera généralement la meme. Comme on le voit clairement sur la figure 2, la forme de l'élément 1l en section transversale est légèrement trapézotdale, les deux flancs étant inclinés et la petite base venant se placer sur le conduit ou le cable. Dans un exemple typique, la largeur de la base extérieure est de 19 mm et la largeur de la base intérieure est d'environ 16 nin. Comme il ressort de la figure 3, la forme de la section transversale de la garniture de remplissage 20 est complémentaire à celle de l'élément ll; autrement dit, la section transversale de la garniture 20 est également trapézotdale mais sa petite base est située à l'extérieur, la largeur de la base intérieure étant dans ce cas de 19 mm par exemple, et la largeur de sa base extérieure étant de 16 mm environ. La largeur de la garniture de remplissage est de préférence un peu plus grande, d'environ 3 mm par exemple, à l'état non étiré. Donc, après la mise en place de l'élément 11 sur le cable 12, l'une des spires extrêmes de la garniture 20 est enfoncée entre les spires de l'élément Il et le reste de la garniture est ensuite disposé sur le cible 12 de la façon déjà décrite pour l'élément 11. Autrement dit, la spire extreme de la garniture 20 est déformée de manière qu'elle occupe une position à peu près à angle droit par rapport à l'axe de la garniture 20, et le reste de la garniture 20 est ensuite tourné autour de l'axe longitudinal du cable 12. Comme l'épaisseur axiale ou largeur de la garniture 20 est légèrement plus grande que l'intervalle axial entre les spires de l'élément 11, la garniture 20 est de préférence étirée ou allongée dans le but de réduire sa section transversale suffisamment pour permettre la mise en place dans les intervalles des spires de l'élément Il. Lorsque la traction sur la garniture 20 cesse, au moment où elle est convenablement mise en place entre les spires de l'élément 11, la garniture exerce une pression sur l'élément 11 qui entraine l'extension axiale de celui-ci et provoque la diminution du diamètre intérieur de I'élément 11, de sorte que celui-ci est fermement serre sur le cable 12. I1 ressort de ce qui précède que la gaine 10 constitue une protection continue et efficace pour des câbles, des tubes ou d'autres conduits ou canalisations. Elle a une forte résistance à l'abrasion et aux impacts, elle assure une isolation thermique modérée et elle peut être mise en place soit lors de la fabrication, soit après la pose du conduit ou du cable. I1 n'est pas nécessaire d'utiliser des colliers ou d'autres éléments pour fixer la gaine sur le câble, en particulier si l'élément l1 est utilisé en combinaison avec la garniture de remplissage 20 ou si le diamètre intérieur de l'élément 11 est suffisamment petit, mais une telle fixation peut être prévue si désirée. La gaine protectrice peut etre mise en place sans équipements ou outils complexes et elle est suffisamment flexible pour permettre les fléchissements ou les courbures normales du cable. De plus, elle peut être fabriquée facilement par moulage ou d'une autre manière et à un prix relativement bas. L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites et l'homme de l'art pourra y apporter diverses modifications, sans pour autant sortir de son cadre. Cela est particulièrement vrai en ce qui concerne les dimensions mentionnées dans la description carcelles- ci sont uniquement données à titre d'exemple et elles dépendent notamment de la dureté de l'élastomère, des caractéristiques d'allongement et ainsi de suite. REVENDICATIONS 1. Gaine protectrice pour un objet de forme allongée ayant généralement une section transversale circulaire, caractérisée en ce qu'elle est formée par un élément enroulé en hélice qui est disposé autour de cet objet de forme allongée, de manière à s'appliquer contre celui-ci, l'extension axiale de cet élément ayant tendance à faire diminuer son diamètre intérieur et à provoquer le serrage de l'élément sur l'objet de forme allongée, l'élément enroulé en hélice étant un corps stratifié composé de couches alternantes d'élastomère et de toile ou de tissu, les différentes couches étant reliées les unes aux autres de manière que l'élément présente une forte résistance à l'expansion des spires de hélice, c'est-à-dire au fléchissement de l'élément vers l'extérieur dans un plan radial. 2. Gaine protectrice selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élastomère est un caoutchouc tenace de la qualité utilisée pour les bandes de roulement de pneumatiques, et en ce que la toile ou le tissu est un tissu en fibres de verre. 3; Gaine protectrice selon la revendication 1, caractérisée en ce que les spires de l'hélice sont axialement espacées les unes des autres et en ce que la gaine comprend en outre une garniture de remplissage qui est également enroulée en hélice et faite d'un élastomère, les spires de la garniture étant disposées dans les intervalles entre les spires dudit élément de manière à former une gaine continue ayant un diamètre extérieur sensiblement uniforme, la largeur dans le sens axial de chaque spire de la garniture à l'état non étiré étant supérieure à la distance axiale correspondante entre deux spires adjacentes dudit élément, de sorte que les spires de la garniture exercent une pression axiale sur les spires dudit élément et ont ainsi tendance à accroître ltespacement des spires de l'élément et à provoquer ainsi le serrage de l'élément sur l'objet de forme allongée. 4. Gaine protectrice selon la revendication 3, caractérisée en ce que les sections transversales dudit élément et de la garniture de remplissage sont trapézoidales et complémentaires, de sorte que, dans la pression que la garniture de remplissage exerce sur ledit élément, les flancs des spires de la garniture agissent à la façon de coins. 5. Gaine protectrice selon la revendication 4, caractérisée en ce que la grande base de la section transversale de la garniture de remplissage est située à l'intérieur et la grande base de la section transversale dudit élément est située à l'extérieur.