Brevet FR2288029A1 — publié le 19760514

La présente invention concerne les engins nautiques destinés 8 l'étude et à l'exploitation des mers et océans. I1 n'existe pas dans le parc actuel des engins employés, un qui soit adaptable à de multiples taches. L'engin selon l'invention est destiné à pallier ce unique. L'engin se comporte pour l'essentiel d'une plate-forme en forme de cou ronfle surmontant une structure réticulée spatiale à deux nappes, qui approxime un ellipsoïde de révolution, et qui repose sur deux coques toriques. La struc ture de cet engin grâce à sa forme et à sa construction tubulaire, constitue une ossature qui bien que légère, maintient rigidement la plate-forme et les deux coques. De plus malgré des dimensions importantes, cette structure offre peu de résistance au passage de la houle et du vent.L'engin lors de son uti lintion est ssii-submergé ou immergé. En position seei-'ubiergée, la plate forme se trouve au-dessus des flots; elle peut supporter toutes sortes d'équi piments, cc-e par exemple des derricks, des habitations, des installations de traitement et de raffinage de pétrole. Par contre quand l'engin est complètement immergé la plate-forme peut Store utilisée colle haut-fond, pour par exemple sup porter un autre engin semi-submergé. Des filets tendus sur les nappes tubulaires d. la structure, transforment l'engin en ferme marine pour l'aquaculture en mer. La circulation de freon ou d'ammoniaque dans les tubes de la structure permet par immersion de eelle-ei sous la surface d'une mer chaude d'en extraire de l'énergie thermique. De plus des flotteurs amarrés l'intérieur de la structure et doit le rôle est d'assurer l'assiette de l'engin durant la phase d'immersion, sont aussi utilisés pour extraire de l'énergie à partir de la houle. Quand aux coques de l'engin elles assurent sa flottaison et serrent aussi corse réservoirs sous-marins et/ou comme maisons sous la mer. La construction de l'engin selon l'invention peut être décrite comme l'assemblage de "n" sections verticales identiques et uniformément réparties selon tn" génératrices de ltellipsoide de révolution approximé par la structure. Chaque section verticale se compose d'une poutre radiale de la plate-forme, reliée par deux treillis tubulaires au sommet d'un cadre ellipsoidal, qui appro sine la génératrice de l'ellipsoIde au moyen d'un réseau tubulaire plan. Ce cadre ellipsoidal repose sur deur roues à rayons et y est maintenu par deux treillis tubulaires plans. Les jantes des roues servent chacune comme couple principal dans la construction d'une coque. Un diaphragme les relie et les maintient dans un même plan. Les rayons tubulaires de chaque roue , renforcent les jantes et maintiennent un moyeu, au travers duquel passe une coque interne torique. Celle-ci est aménagée en maisons sous la mer. La figure 1, illustre à titre d'exemple un mode de réalisation d'une section verticale, conforme à la présente invention. Telle qu'elle est représentée, la section comporte une poutre, 1, en I maintenue sur le sommet d'un cadre ellipsoidal 5 par deux treillis 6 et 7. Le cadre ellipsoIdal se compose de trois types de tubes : les tubes 8 appartiennent à la nappe externe de la structure, tandis que les tubes 9 appartiennent à la nappe interne. Les tubes 10 servent de liaison entre les deux nappes. Les noeuds 11 du cadre et des treillis sont des sphères métalliques creuses. Elles sont percées d'ouvertures circulaires dans lesquelles les extrémités des tubes sont maintenues par vissage ou soudage. Les treillis 12 et 13, fixent le cadre sur les jantes 14 des deux roues.Ces jantes ainsi que leur moyeu respectif 15, sont des couples circulaires dont la section est en I. Les rayons 16, sont tubulaires. Ils sont répartis à l'intérieur de chacune des roues d'une façon uniforme. Le diaphragme 17, relie les jantes 14 entre elles, et sa partie supérieure épouse la forme du cadre qu'elle supporte en partie. Ce diaphragme est une plaque d'acier renforcée sur ces deux faces par des nervures de section en I. La liaison des cadres ellipsoIdaux entre eux au moyen de tubes, réalise la structure réticulée spatiale de engin nautique. La figure 2, illustre à titre d'exemple une liaison conforme à la présente invention. Telle qu'elle est représentée, cette liaison relie deux portions de deux cadres adjacents, au moyen des tubes 18 et 19. Les tubes 18 constituent ainsi avec les tubes 8 la nappe externe, tandis que les tubes 19 constituent avec les tubes 9 la nappe interne de la structure. Les treillis de l'engin sont reliés les uns aux autres d'une manière identique å celle employée pour la constitution de la structure à partir des cadres ellipsordaux. La liaison des couples circulaires principaux au moyen de portions de coque, réalise les deux coques toriques de l'engin. Ces dernières sont embottées l'une dans l'autre et maintenues dans cette position par des diaphragmes. Elles constituent de la sorte un berceau circulaire sur lequel repose la base de la structure de l'engin. Les portions de coque se composent de couples circulaires en I reliés les uns aux autres par deux bordés métalliques, l'un externe, l'autre interne. La construction des coques internes-des deux coques toriques, est similaire å ces dernières.Elles sont réalisées par des portions de coque à double bordés, soudés sur des couples en I. Ces portions de colue sont elles-êxessoudées sur les moyeux en I des roues. Le volume compris entre les bordés d'une colle et ceux de sa coque interne, est compartimenté au moyen de cloisons hémisphériques, percées en leur milieu d'une ouverture circulaire, qui permet le passage de a coque interne. On obtient de la sorte des compartiments en forme de saucisse courbe, disposés en cercle à l'intérieur de chaque coque de l'engin et transpercé chacun longitudimalement par une coque torique interne. Ces réservoirs sont munis chacun d'un système de vannes et de pompes pour l'admission et l'évacuation de l'eau de mer.Chacun possède aussi à son sommet, un système semblable, utilisé pour l'admission et l'évacuation de pétrole. En effet le stockage de ce produit, à cause de sa densité inférieure à celle de l'eau, s'effectue dans les réservoirs selon le principe de la cloche renversée. Des maisons sous la mer sont aménagées å l'intérieur de chacune des coques internes, au moyen de cloisons hémisphériques. Des chambres sphériques sont intercalées entre ces maisons et sont reliées à celles-ci par des passages tubulaires aménagés en sas. Chaque chambre est équipée de deux ouvertures, 11une à leur base, l'autre à leur sommet. Ces ouvertures les mettent en commu- nication chacune avec un des volumes de coque, compris entre deux réservoirs. Ces volumes sont inondés et communiquent avec la mer par des ouvertures circu- lairds pratiqués au sommet des coques de l'engin Chacune des ouvertures des chambres sphériques, est munie d'une jupe métallique cylindrique d'axe vertical, qui les relie aux deix bordés de la coque interne. Une porte hémisphérique étanche ferme l'extrémité périphérique de chacune des jupe. L'ouverture infé- rieure est utilisée quand la chambre sphérique est pressurisée à la pression ambiante. L'interface atxosphère-eau de mer est établi dans sa jupe.Par contre, l'ouverture supérieure est utilisée pour permettre l'introduction partie le dans la chambre d'une capsule de liaison avec la plate-forme. Pour ce faire la chambre est noyée, puis la capsule vient s'encastrer hermétiquement dans l'ouverture. L'évacuation de l'eau, puis l'égalisation des pressions entre la capsule et la chambre, permettent l'ouverture de la capsule dans la chambre. Chaque chambre sphérique d'une coque interne communique par un sas tubulaire avec une autre chambre sphérique située dans l'autre coque interne de l'engin. Ces sas sont horizontaux et sont disposés radialement par rapport à l'axe de symétrie de l'engin. La figure 5 illustre à titre d'exemple un mode de réalisation de l'aménagement des coques conformément à la présente invention. Cette figure est une coupe horizontale d'une portion des deux coques. Tel que représenté l'sménagement des coques comporte : les bordés externes, 20, et les bordés internes 21 des deux coques toriques de l'engin; ainsi que les bordés externes 22 et les bordés internes 23 des coques internes de chacune des deux coques. Les roues sont représentées par leur jante 14, leur rayon 16 et leur moyeu 15. Entre les jantes sont intercalés les couples 24 des coques de l'engin, et entre les moyeux sont intercalés les couples 25 des coques internes. Des cloisons hémisphériques 26 percées en leur centre forment les extrémitds des réservoirs 27 en cloisonnant l'espace compris entre les bordés internes 21 des coques de l'engin et les bordés externes 22 des coques internes. Les coques internes sont aménagées en maisons sous la mer 28 par une compartimentation au moyen de cloisons hémisphériques 29. Des chambres sphériques 30, intercalées entre ces maisons, communiquent avec elles par l'intermédiaire de sas tubulaires 31. Des passages tubulaires aménagés en sas 91, relient par paires une chambre sphérique d'une coque à une autre de l'autre coque. La figure 4, est la coupe transversale des coques de l'engin. Telles que représentées les chambres sphériques 30 sont équipées à leur sommet et à leur base d'une ouverture sphérique, munie chacune d'une jupe circulaire métallique 33 et 34, qui les relie aux bordés 22 et 23 des coques internes. Deux portes 35 et 36, ferment les extrémités périphériques de ces jupes. Quand la chambre est pressurisée à la pression ambiante, la porte 35 est ouverte et l'interface eau-atmosphère de la chambre, s'établit dans la jupe 34. L'inondation de la chambre permet l'ouverture de la porte 36, et ltencastrement herpétique dans son ouverture d'une capsule de liaison 37. Cette capsule assure la liaison entre la plate-forme et les maisons sous la mer. Elle est descendue à partir de la plate-forme par un cible 38.L'ouverture de sa porte 39 à l'intérieur de la chambre, 'effectue après vidange et égalisation des pressions. Le système assurant l'assiette de l'engin durant la phase dtimnsersion consiste en un ensemble de flotteurs fixés chacun dans un cadre ellipsoRdal de la structure au moyen d'un cible. La figure 1, illustre à titre 'exemple un tel système de flotteurs. Un de ces flotteurs sphériques 40 s'enroule sous a plateforme autour d'un tambour 41 et passe au bas du cadre, dans la gorge d'une poulie 42. La montée et la descente de chacun des flotteurs du système sont commandées par rotation de leur tambour respectif au moyen d'un moteur. Les arbres de trans mission de ces moteurs sont débrayés quand on désire transformer l'énergie de la houle en électricité. Pour ce faire, l'engin est posé au fond de la mer et on laisse les flotteurs libres de monter et de descendre sous l'action conju guée de la houle et du vent. I1 en résulte pour chaque tambour une rotation alternative qui est employée pour entraîner une dynamo. L'énergie électrique produite sert à électrolyser l'eau de mer. L'oxygène et l'hydrogène libérés sont liquéfiés puis stockés dans des réservoirs cryogéniques installés dans les maisons sous la mer et/ou dans les réservoirs des coques. Les flotteurs sont munis d'un système de vannes et de pompes assurant l'admis sion et l'évacuation de l'eau de mer. Ils peuvent de la sorte etre noyés quand ltengin est immergé complètement sous l'eau. Les tubes de la structure sont connectés en circuits fermés. Ces circuits tubulaires sont réalisés de manière à ce que chacun utilise un nombre maximal de tubes tout en parcourant la structure sur toute sa hauteur. Grace à ces circuits l'engin extrait l'énergie thermique des mers chaudes, qui s'y manifeste par un gradient thermique près de leurs surfaces. L'extraction s'obtint en insérant dans le haut de chaque circuit un passage au travers d'une turbine basse pression, et en remplissant ces circuits d'un liquide facilement évaporable, comme par exemple du fréon commercial ou de l'ammoniaque. Lorsque la structure de l'engin est immergée dans la mer, le liquide au con tact des eaux tempérées près de la surface, se saporise, puis en redescendant vers le bas de l'engin, se liquéfie à nouveau. I1 en résulte-un flot continu de gat qui assure la rotation de la turbine. Cette turbine entratne un géné- rateur életrique. L'électricité produite est soit utilisée directement, soit emmagasinée dans des batteries ou bien employée à la production d'hydrogène et d'oxygène par électrolyse de l'eau de mer. La figure 5 illustre un type de circuit pouvant hêtre aroxiié au moyen des tubes d'une nappe de la structure de l'engin.Ce circuit est tracé sur l'ellipsoide de révolution sur lequel sont disposés les centres des noeuds de la nappe tubulaire. Il descend en spirale dans la partie hyperboloidale de cette surface. Après en avoir atteint la base, il la remonte toujours en spirale, le long de sa partie périphérique, jusqu'à revenir à son point de départ en haut de celle-ci. La réalisation de tels cir cuits s'obtient au niveau des noeuds par l'obstruction ou la non obstruction des extrémités des tubes y aboutissant au moyen de couvercles étanches. La figure 6 illustre un autre type de circuit pouvant être approximé par les tubes de quelques cadres adjacents de la structure et Far les tubes reliant ces cadres entre eux. Ce circuit en hélice tourne autour d'une ellipse verticale comprise entre les deux nappes de la structure. Selon une autre réalisation de 11 invention on utilise les tubes des structures de deux engins posés l'un sur l'autre afin que les circuits fonctionnent sur un inter vSle de température plus important. L'engin supérieur repose sur la plate-forme de l'engin inférieur. I1 y est maintenu par ses câbles d'encrage attachés à la plate-forme, ainsi que par les raccords des circuits des deux engins. Des filets amovibles équipent la structure de l'engin selon l'invention. Ils sont installés le long des nappes tubulaires de la structure, par accrochage dans chacun des polyèdres tubulaires de ces nappes. La structure de l'engin est transformée de la sorte en enceinte artificielle pour l'aquaculture en milieu marin. Deux filets circulaires tendus sur le pourtour supérieur et inférieur de la partie centrale de la structure, fournissent avec les filets tendus sur la nappe externe-un enclos supplémentaire. Selon une autre réalisation de l'invention, plusieurs engins semi-submergés, espacés les uns des autres, fournissent en plus de leur propre enclos un très vaste enclos grace à des filets de pêche tendus entre eux. En utilisation normale, l'engin est semi-submergé et repose sur le fond de la mer. Âpres remorquage sur son lieu d'utilisation, les réservoirs de ses coques sont progressivement noyés grace à un système de vannes et de pompes disposés au fond de celles-ci. L'assiette de l'engin durant la phase d'immer- sion est contrôlée par les flotteurs de sa structure qui s'élèvent progressivement dans celle-ci au fur et à mesure de l'enfoncement de l'engin. De la sorte les coques touchent à plat le fond de la mer et s'enfoncent dans celui-ci en fonction de la résistance du sol et du poids de l'engin jusqu'à ce que les réservoirs soient complètement noyés. Les flotteurs sont, soit relevés sous la plate-forme, afin de les soustraire aux vagues, soit noyés et descendus au bas de la structure, soit enfin, laissés libres de monter et de descendre au gré de la houle et des vagues pour produire de l'énergie à partir de la houle. Si la profondeur est trop importante pour que l'engin soit posé sur le fond, l'engin est muni d'un système d'encrage à cibles semblable à celui des plateformes de forage offshore classiques. Les cibles enroulés sur les treuils fixés sur les diaphragmes des coques, sont tendus à partir de corps morts au fond de la mer. Ils confèrent de la sorte au système une rigidité suffisante pour que Ja fréquence propre du mouvement vertical soit très faible. Pour ce faire les réservoirs sont partiellement noyés afin d'avoir une flottabilité positive suffisante pour éliminer tout relachement des cibles quelles que soient les conditions de mer et pour limiter les débattements lnteraux sou lteffet des vents et des courants.L'engin peut outre utilisé conplètement immergé dans des fonds suffisants. I1 peut soit être imMergé entre deux eaux soit reposer sur le fond. Dans les deux cas, les flotteurs sont utilisés à demi-noyés afin que le poids de l'engin puisse les engloutir avec lui, sans que cela nuise à leur rôle correcteur d'assiette durant la phase d'immersion. Si l'engin est posé sur le fond, ces flotteurs sont alors complètement noyés pour augmenter l'enfoncement des coques dans le fond. La plate-forme de l'engin selon l'invention est construite en forme de couronne à partir des poutres radiales de chacune des sections verticales. Un réseau planaire de poutrelles de section en I relie deux à deux les poutres adjacentes. Cet ensemble forme une armature sur laquelle est soudé un plancher métallique. Revendication 1 Engin nautique à usage multiple, car & térisé par le fait qu'il comporte une plate-forne en forme de couronne, surmontant une structure réticulée spatiale à deux nappes, qui approxime un ellipsoïde de révolution et qui repose sur deux coques toriques. Revendication 2 Engin selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les liaisons des deux coques et de la plate-forme, avec la structure sont réalisées par des treillis tubulaires. Revendication 3 Engin selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ses coques sont aménagées en réservoirs sous-marins et en maisons sous la mer. Revendication 4 Engin selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les tubes de sastructure, sont connectés en circuits fermés, de sorte que les tubes d haut de ces circuits servent d'évaporateur et ceux du bas de condensateur un liquide facilement évaporable, afin que celui-ci puisse alimenter une turbine à gaz basse pression. Revendication 5 Engin selon la revendication l,-caractérisé par le fait que le volume interne de la structure contient des flotteurs reliés par des cibles verticaux à la structure afin d'assurer l'assiette de l'engin. Revendication 6 Engins flotteurs selon la revendication 5, caractérisés par le fait qu'ils servent à extraire l'énergie de la houle. Revendication 7 Engin selon la revendication 1, csractris par le fait que les nappes de a structure sont tendlesde filets amovibles, accrochés chacun dans un des polyèdres tubulaires de ces nsppes, afin que le volume interne de la structure constitue une enceinte artificielle, utilisable en aquaculture.