Brevet FR2388094A1 — publié le 19781117

La présente invention a pour objet des machines automotrices effectuant mécaniquement des travaux d'enfouissement et de dégagement de tuyauteries ou de câbles sous-marins Le domaine technique de l'invention est celui de la construction de machines automotrices capables de protéger les tuyauteries souples et les câbles sous-marins , de les dégager afin de les rendre accessibles pour des réparations On connait déjà des machines automotrices de travail mécanique sur le fonds de l'eau , notamment pour enfouir des cales , utilisant des systèmes de socs tractés par des chassis à chenilles I1 existe aussi des charrues tractées par un navire de surface . On connait également des engins téléguidés , notamment des bulldozers sous-marins pilotés depuis le navire de surface , ou des machines automotrices utilisant des désagrégateurs rotatifs pour l'enfouissement ou le dégagement des conduites pétrolières de grosses dimensions Les machines automotrices tractant un soc peuvent difficilement suivre un profil sinueux sur le fonds de l'eau ce qui est souvent le cas pour les câbles ou tuyauteries D'autre part , la puissance et le poids nécessaire à ces machines sont trés importants pour permettre d'enfouir des câbles suffisamment profond dans des terrains difficiles Comme les précédentes , les charrues tractées par des navires de surface peuvent encore plus difficilement suivre un trajet préétabli et la puissance tractrice du navire devient dangereuse pour les câbles ou tuyauteries Un des objectif"de la présente invention est de fournir des machines automotrices se déplaçant sur le fonds de l'eau , qui soient suffisamment polyvalentes et légères pour pouvoir être mises en oeuvre à partir de navires différents et pour travailler dans des sols meme trés difficiles Un autre objectif de l'invention est de fournir des machines capables d'ensouiller au fonds d'une tranchée réalisée par excavation , les plus gros câbles actuellement construits . l'autre part , ces câbles ou tuyauteries seront préalablement posés sur le fonds de l'eau ou posés directement par les machines On connait bien les avantages consistant à séparer l'opération de pose par un navire spécialisé et celle de l'ensouillage Un autre objectif de la présente invention est de fournir des machines automotrices capables de travailler sans interruption pendant plusieurs jours sur le fonds de l'eau et par des profondeurs importantes .Les opérateurs des machines les conduiront soit directement depuis l'intérieur d'un vaste compartiment en pression atmosphérique , soit par téléguidage depuis le navire de surface . Les avantages de chacune de ces solutions sont bien connues , mais la deuxième sera utilisée uniquement si les conditions de visibilité au fonds de l'eau sont trés défavorables ou bien le risque trop grand pour les opérateurs Ces objectifs sont atteints au moyen de machines sous-marines capables d'effectuer des travaux d'enfouissement ou de-dégagement de câbles ou tuyau teries sous-marines sur le fonds de l'eau Ces machines comportent , en combinaison , d'une part , une structure automotrice se déplaçant sur le fonds au moyen de patins de chenilles souples , laquelle structure comporte des mécanismes soit de creusement de tranchées et d'aspiration de déblais , soit dé dégagement des matériaux recouvrant les câbles ou tuyauteries , des systèmes hydrauliques d'entrainement de ces mécanismes et des patins de chenilles , une ou plusieurs centrales hydrauliques entrainées par un ou plusieurs moteurs électriques noyers qui sont alimentés par un câble électrique venant du navire de surface , une capsule en pression atmosphérique contenant les opérateurs et/ou les équipe ment s de contrôle et les moyens de transmission des ordres aux organes de commande des dits moyens de transmission hydraulique L'invention consiste à utiliser conjointement des éléments déjà connus en eux-mêmes .Comme structure automotrice , on peut utiliser , par exemple, une structure de trancheuse terrestre ou de pelle hydraulique aprés l'avoir marinisée et adaptée pour entrainer les pompes hydrauliques par des moteurs électriques noyés qui seront alimentés par un câble les reliant au navire de surface Pour les capsules de pilotage ou de contrôle , on pourra utiliser , par exemrle , une sphère munie de hublots à grand champ de vision dans laquelle peuvent se loger le ou les opérateurs et/ou les équipements de contrôle et/ ou de téléguidage avec la navire de surface . On connait des capsules de ce type capables d'une autonomie de plus de cino jours , pouvant être immergées à plusieurs centaines de mètres sous l'eau , munie d'un sas permet-tant l'accés pour les opérateurs en scaphandre autonome , qui conviennent parfaitement Pour le mécanisme d'ensouillage , on connait des chaînes excavatrices munies d'outils adaptées aux caractéristiques du terrain qui conviennent parfaitement . Ce système , utilisé couramment à terre , a l'avantage par rapport aux socs tractées , de pouvoir travailler dans des sols même trés durs .De plus , il existe des chaînes de ce type pouvant effectuer des tranchées de plus de sept metres de profondeur sous le sol L'originalité de l'invention consiste à monter le mécanisme d'excavation entre les patins de chenilles de telle sorte que le dit mécanisme de creusement associé au mécanisme de guidage , présente la surface projetée iongitudinalement laplus faible lorsqu'il est dans le sol Une autre originalité consiste à placer le centre le la dite surface à proximité de l'axe vertical de giration de la structure automotrice , ce qui confère à l'ensemble une maniabilité importante pour suivre les trajets même trés sinueux des câbles ou tuyauteries Cette disposition permet une grande supériorité de maniabilité- par rapport aux machines automotrices tractant un soc disposé à l'arrière du centre de giration des chenilles et ayant du fait des rayons da courbure des câbles ou tuyauteries , une grande surface en prise dans le sol .Cette surface constitue une sorte de dérive qui empêche le chassis à chenilles de ces machines déjà connues a de suivre convenablement un trajet prédéterminé Une autre originalité consiste -à aspirer les matériaux désagrégés par la chaîne excavatrice à l'intérieur d'une hotte placée devant elle s afin de ne pas perturber les conditions de visibilité sur le fonds depuis la capsule et de les rejeter en arrière I1 existe des crépines traînantes de dragues suceuses qui travaillent d'une manière similaire à celle de la hotte placée devant le mécanisme d'et- cavation On connait des pompes centrifuges de dragages convenant parfaitement et permettant d'aspirer et de refouler avec des débits de plusieurs milliers de mètres cubes par heure , des matériaux même durs et de gros calibres . A l'avant de la channe excavatrice , un mécanisme mû hydrauliquement permet de soulever les câbles ou tuyauteries posés sur les fonds et de les amener en les guidant dans l'axe de la tranchée et au dessus de la chaine excavatrice. Toutes les commandes de oes divers mécanismes mds hydrauliquement sont effectuées soit depuis la capsule de pilotage par de classiques liaisons électriques , soit depuis le navire de surface par multiplexage des signaux, par l'intermédiaire du câble de liaison Cette technique de transmission d'ordres bien connue , permet de contrôler la machine à distance depuis la surface , et d'y ramener des infor mations Les objectifs de cette invention oonsistent à - construire des machines ayant~des charges au sol trés faibles , ce qui est possible en utilisant la technique connue du tranchage contrairement à celles utilisant des socs . Ce principe est adoptéconjôintement à l'uti lisation de patins de chenilles en caoutchouc souples pour pouvoir rouler sur les câbles si nécessaire - contrôler le défilement des câbles ou tuyauteries dans la partie avant de la machine , là où 11 eau -n'est pas encore polluée par les patins de chenilles , lorsque la machine avance .Le mécanisme d'aspiration répond également à cet objectif en permettant d'absorber toutes les pollutions propres aux divers mécanismes - approcher un ou plusieurs hublots de la capsule à quelques centimètres des câbles ou tuyauteries pour permettre un bon centrale de leur défilement pendant le travail . I1 est réalisé par la mobilité de la dite capsule mûe hydrauliquement - assurer une sécurité parfaite aux opérateurs dans la capsule qui est en permanence en flottabilité positive et , pour la circonstance , munie d'une fixation largable et de liaisons électriques largables également - utiliser de manière optimum la puissance disponible et la maîtriser Pour y répondre , il est prévu d'utiliser un asservissement électrohydraulique qui permet d'adapter la vitesse de translation de la machine aux caractéristiques mécaniques des sols rencontrés par le mécanisme d'excavation , et d'obtenir automatiquement le rendement optimum Dans tous les cas de visibilité , il est prévu d'utiliser un guidage électromagnétique soit donnant simplement des informations de cap aux opérateurs dans la capsule , soit , avec un ou plusieurs asservissements électrohydrauliques , permettant à la machine de suivre automatiquement les câbles ou tuyauteries Ce système de détection bien connu utilise le rayonnement électromagnétique émis par les câbles ou tuyauteries lorsqu'ils sont parcourus par un courant électrique .Divers détecteurs placés judicieusement sur la machine permettent , après traitement des signaur receuillis , de guider manuelle ment ou automatiquement machine . Ces Ces détecteurs ou des détecteurs supplé mentaires permettent de vérifier la profondeur effective d'ensouillage des câbles ou tuyauteries derrière la machine Pour les machines de désensouillage , il est prévu d'utiliser les memes principes précédemment décrits en ce qui concerne la structure , les sources et les transmissions de puissance , la locomotion , le pilotage et le guidage le long des câbles On connait des machines capables d'effectuer des travaur de terrassement au fonds de l'eau , automotrices ou téléguidées , qui conviendraient parfaitement pour ces applications Les objectifs de la présente partie de l'invention consiste en : - l'utilisation pour ces machines des techniques électromagnétiques de détection décrites pour le guidage des machines d'ensouillage , permettant de dégager en toute sécurité les câbles ou tuyauteries des matériaux qui les recouvrent .Le système précédemment décrit sera complété par un ou plusieurs détecteurs permettant de contrôler en permanence la distance entre les structures , les patins , les outils de terrassement et les câbles ou tuyauteries dans les trois dimensions . La combinaison de ces techniques connues permet , par exemple , d'assurer automatiquement dans tous les cas une distance de sécurité pour tout élément mécanique de la machine , même par visibilité nulle - la possibilité de dégager les câbles dans la pluspart des sols marins Pour cela , l'outil de terrassement pourrait être , par exemple , le système trés connu de la lame de bulldozer inclinée type "Angle Dozer" , dégageant les matériaux en plusieurs passes .Conjointement à cette lame , pourrait être utilisé le système également connu du "Ripper" pour désagréger les matériaux durs L'invention réside dans la combinaison de ces moyens connus et dans les modifications que cette combinaison a entrainé pour élargir les possibilités de travail et permettre un contrôle efficace des opérations pour éviter d'endommager les câbles ou tuyauteries La description suivante d'une machine d'ansouillage réfère aux dessins annexés qui représentent , à titre d'exemple et sans aucun caractère limitatif , une machine d'ensouillage selon l'invention - la figure I est une vue d'ensemble en perspective , - la figure 2 est une vue de droite à plus grande échelle , - la figure 3 est une vue en élévation , - la figure 4 est une vue de face des mécanismes , - la figure 5 est une coupe suivant h.Q prise dans la figure 2 , - la figure 6 est une coupe transversale d'un patin souple de chenille et de son support Il est bien précisé que cette application ne constitue pas une limita-. tion , la même machine peut recevoir des mécanismes et/ou des outils différents pour effectuer d'autres travaux notamment le désensouillage des câbles Cette machine est constituée de trois parties principales : une structure automotrice I , une capsule 2 en pression atmosphérique où se trouvent les opérateurs ou les organes de transmission , munie d'un sas 3 , et le mécanisme d'ensouillage La dite capsule 2 est mobile hydrauliquement par rapport à la structure I , sur des rails 29 dans la direction de la flêche 30 , pour s'approcher à quelques centimètres du câble 33 . Elle est munie d'un système de verrouillage 4 largable mécaniquement 5 La structure I est constituée en forme de pont 6 entre les bancs de chenilles 7 et 7' .Ces bancs de chenilles sont identiques à ceux des machines automotrices terrestres entraînées par des moteurs hydrauliques 8 mais munis de patins souples en caoutchouc I5 fixés sur des caissons étanches I6. Les moteurs électriques 31 entraînant les centrales hydrauliques 32 sont fixés sur la structure I ainsi que les dites centrales Dans l'exemple choisi de l'ensouillage , la structure est équipée d'un bras porteur I7 de chaîne excavatrice 9 munie d'outils IO ou de godets adaptés aux caractéristiques du terrain .Cette chaîne excavatrice est d'un type couramment utilisé sur les trancheuses terrestres et peut , par exemple , être entraînée par deux moteurs hydrauliques II et II' avec une transmission mécanique i-ntermédiaire dans un carter 37 La dite chaîne excavatrice 9 est montée en porte à faux sur le carter 37 qui est relié à la structure I par un parallélogramme classique I3 déformable à l'aide de deux vérins I4 et I4' Ce mouvement dans le plan vertical permet d'ajuster la hauteur de la chaîne excavatrice et de remonter l'ensemble du mécanisme pour le roulage ou la manutention . L'ensemble du mécanisme d'ensouillage est monté entre les patins de chenilles souples I5 . Au dessus et derrière cette chaîne excavatrice liée à son bras I7 , se loge une rampe inclinée I8 pour le guidage inférieur des câbles ou tuyauteries qui respecte la courbure admissible par ces derniers et leur permet de s 'échapper latéralement dans la phase de déchargement . Le guidage supérieur et. latéral des câbles ou tuyauteries est assuré par un presseur I9 , mobile hydrauliquement dans le plan vertical , dont le profil en forme de n respecte également la courbure admissible par ces derniers . Le dit presseur I9 en forme de n comporte dans sa partie supérieure une pièce de coulissement 20 pour les câbles ou tuyauteries , interchangeable en fonction des diamètres de ces derniers , qui assure conjointement avec la rampe inférieure I8 leur guidage dans les six directions Le presseur I9 est fixé à la rampe I8 par l'intermédiaire de deux bielles de longueur inégale 21 et 21' mobiles par un vérin hydraulique 22 qui permet par un choix judicieux des points d'articulation 3d de venir centrer le cable et de l'appuyer au fonds de la tranchée Les dits presseur et rampe assurent le positionnement du câble au fonds de la tranchée quelle que soit sa profondeur , et les guident en les protégeant des matériaux pouvant encore se trouver derrière la haine excavatrice La dite chaîne 9 est entraînée en rotation autour de son axe horizontal 23 Le bras I7 , support de la chaine,peut pivoter autour de ce même axe grâce à un vérin hydraulique 24 solidaire du carter I2 , et permettre par simple variation de l'angle d'incidence de ce bras par rapport au sol , d'effectuer des tranchées de profondeur variable Ce mouvement de pivotement autour de l'axe 23 entraîne simultanément la rampe I8 et le presseur I9 A l'avant de la chaîne excavatrice , est disposé un système d'aspiration 25 et de calibrage des matériaux désagrégés qu'elle remonte à la surface du sol .L'aspiration de ces matériaux est effectuée à l'intérieur du carter collecteur I2 appelé hotte dans ce qui suit s venant coiffer et envelopper la partie avant et supérieure de la chaîne excavatrice Les matériaux sont aspirés à l'intérieur de cette hotte au travers de grilles , puis rejetés sur l'arrière dans le courant par un groupe de pompage utilisé couramment dans les installations de dragues suceuses Cette hotte est inclinée vers l'avant et latéralement dans sa partie supérieure pour permettre le guidage inférieur des câbles ou tuyauteries et leur déchargement par gravité Leur guidage latéral initial est assuré d'une part grâce à un éliment évasé 26 fixé sur la dite hotte et , d'autre part , grâce à une rampe amovible 27 pivotant autour d'un axe longitudinal La dite rampe 27 à entrainement hydraulique , associée-à deux bras de préhension 28 et 281 mds hydrauliquement , constitue le mécanisme de oh-arge- ment/déchargement des câbles ou tuyauteries L'association de ces fonctions permet de prendre les câbles ou tuyauteries posés sur les fonds ou même partiellement enfouis , de les amener dans l'are de la machine au dessus de la hotte et d'assurer un guidage initial avant l'entrée dans le mécanisme d'ensouillage . La machine comporte également deux détecteurs 35 et 35' montés sur un bras réglable en hauteur et escamotable 36 I1 va de soi que , sans sortir du cadre de l'invention , les divers élé ments des machines décrits à titre d'exemple , pourront être remplacés par des élements équivalents bien connus de l'homme de l'Art REVENDIGAtIONS I- Machine sous-marine pour effectuer des travaux d'ensouillage et/ou de désensouillage de câbles ou tuyauteries déjà posés sur le fonds de l'eau caractérisée en ce qu'elle comporte , en combinaison , une structure au tomotrice sur des patins de chenilles souples portant les moyens mécani ques d'ensouillage et/ou de désensouillage , les moyens électrohydrauli ques de mise en mouvement de ces derniers et des patins de chenilles , les moyens électromagnétiques de détection des cables ou tuyauteries pour le guidage de la structure sur ces derniers ou le positionnement des dits mécanismes , un compartiment en pression atmosphérique , mobile par rapport à la dite structure , recevant un ou plusieurs opérateurs ou les moyens de con*r81e pour permttre le téléguidage depuis le navire de surface 2- Tachine selon la revendication I S caractérisée en ce que la dite struc ture comporte entre les patins de chenilles , un mécanisme d'ensouillage caractérisé en ce qu'il peut saisir et guider les câbles ou tuyauteries, creuser avec une chaîne excavatrice pivotante des tranchées de profon deflr variable , guider les dits câbles ou tuyauteries souples au fonds des tranchées ainsi formées , à l'aide dune rampe solidaire du pivote- ment de la dite chaîne et d'un presseur mobile hydrauliquement par rap port à la dite rampe 3- Machine selon la revendication 2 , caractérisée en ce que le dit pres seur md hydrauliquement vient s'encastrer sur la dite rampe pour consti tuer avec elle un conduit fermé qui impose aux câbles et tuyauteries une courbure régulière et-compatible avec leurs caractéristiques mécaniques quelle que soit la profondeur de la tranchée , et empêche celle-ci de se refermer avant que ces derniers nty soient déposés au fonds 4- Machine selon l'une quelconque des revendications 2 et 3 , caractérisée par la présence d'un carter enveloppant au dessus de la chaîne excava trice permettant de collecter les matériaux désagrégés et remontés par la dite chaîne 1 d'aspirer les dits - matériaux au moyen d'une pompe pour ne pas perturber la visibilité pendant le travail , de calibrer ces der niers pour rejeter latéralement les éléments trop importants,et de sou tenir les câbles au dessus de la chaîne excavatrice 5- Machine selon l'une quelconque des revendications 2 à 4 , caractérisée en ce que le dit carter comporte au moins un mécanisme muni de bras per mettant de saisir et de soulever les câbles ou tuyauteries même partiel lement enfouis , un autre mécanisme permettant d'amener ces derniers au dessus du dit carter , de les y maintenir et guider , de les libérer au tomatiquement en cas d'incident 6- Machines selon l'une quelconque des revendications précédentes , carac térisée en ce que l'entraînement du mouvement de coupe de la chaîne ex cavatrice est effectué d'un seul côté , de même que 11 entraînement du mouvement de pivotement de cette dernière et celui du presseur ; Le car ter est également fixé de ce même côté pour permettre, de l'autre cêté , le passage des câbles ou tuyauteries pour leur chargement ou décharge ment 7- Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes , caracté risée en ce que la chaîne excavatrice est inclinée dans le plan vertical de l'axe de déplacement de manière à présenter avec les organes de gui dage des câbles ou tuyauteries , une surface minimum dans le sol pendant le travail t les dits organes de creusement et dé guidage sont disposés pendant le travail au centre de giration de la structure à chenilles pour disposer de la meilleure maniabilité 8- Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes , caracté risée en ce qu'elle se déplace sur le fonds de l'eau à l'aide de patins de chenilles autonettoyants constitués d'un profilé en matériau souple monté sur une poutre en acier pour le supporter et le fixer ; cette sou plesse associée à la faible charge au sol de la machine permet de pou voir-rouler sur les câbles ou tuyauteries sans les ~endommager 9- Machine selon la revendication I , caractérisée en ce qu'elle comporte un compartiment de pilotage mobile hydrauliquement par rapport à la structure pour amener au moins un de ses hublots à proximité des câbles ou tuyauteries pendant le travail et dans la zone d'eau non polluée à l'avant des chenilles ;; ce même compartiment peut recevoir au moins une partie des équipements de contrôle permettant de téléguider la machine depuis le navire de surface si les conditions de travail sont trop dif ficiles pour les opérateurs dans le dit compartiment IO- Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes , caracté risée en ce qu'elle comporte des moyens de détection électromagnétique pour assurer ou faciliter son guidage le long des câbles ou tuyauteries, des moyens de détection électromagnétique pour positionner automatique ment ou non les mécanismes d'enfouissement ou de dégagement par rapport aux câbles ou tuyauteries II- Machine selon la revendication IO , caractérisée en ce que les moyens de détection électromagnétique sont au moins deux solénoides accordés , placés dans un plan perpendiculaire au câble ou tuyauterie.; ces solé- noides sont utilisés en combinaison avec un système électronique destiné à faire apparaître une différence des valeurs de crête des signaux re ceuillis par ces derniers , un système électronique destiné à amplifier cette valeur de différence qui est significative de l'écart entre la structure et la trajectoire des câbles ou tuyauteries , un asservisse ment électrohydraulique qui utilise le dit signal de différence amplifié pour commander le débit des pompes hydrauliques alimentant les moteurs hydrauliques d'entraînement des patins de chenilles . I2- Machine selon la revendication IO , caractérisée en ce oue les moyens de détection électromagnétique pour le guidage peuvent assurer , dans le cas de plusieurs câbles ou tuyauteries posés à proximité , le guidage de la machine par rapport à un autre de ces derniers afin de respecter en tre eux des distances régulières