Brevet FR2367154A1 — publié le 19780505

La présente invention est relative à un appareil pour creuser des tranchées, et elle concerne plus particulièrement un appareil approprié pour creuser une tranchée pour enterrer ou déterrer des râbles, des conduites ou autres dans le fond de la mer ou analogue. I1 est connu d'enterrer des cibles et/ou des conduites dans des tranchées creusées dans le fond de la mer pour protéger ces cibles et/ou ces conduites des détériorations accidentelles telles que celles qui peuvent être causées par des ancres, des filets de pêche,etc.. tes procédés connus jusqu'à présent pour enterrer des câbles ou des conduites utilisent habituellement des systèmes dans lesquels un appareil pour creuser une tranchée est remorqué le long du fond de la mer par un navire et actionné à partir de ce navire au moyen de câbles et/ou de conduites et autres. De tels systèmes nécessitent des installations compliquées de télévision en circuit fermé pour permettre aux opérateurs de commander le déroulement du processus, et les cibles de commande et autres qui relient l'appareil au navire sont soumis à l'action des courants et des vagues, ainsi que du mouvement de la route et de la dérive du navire. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et à cet effet elle a pour objet un appareil pour creuser des tranchées ap proprié pour être utilisé pour enterrer ou déterrer des câbles, des conduites ou autres dans le fond de la mer ou analogue, cet appareil comprenant un dispositif comportant un ensemble d'attaque du sol muni de plusieurs buses adaptées pour diriger des jets d'eau sur le fond afin d'éroder localement la matière constituant le fond au voisinage de l'ensemble d'attaque, et un ensemble de dragage ou d'évacuation afin d'évacuer la matière arrachée par érosion depuis le voisinage de ensemble d'attaque. d'attaque. L'invention a également pour objet un procédé pour creuser une tranchée dans le fond de la mer, notamment pour enterrer ou déterrer des cablest des conduites ou autres, dans le fond de la mer ou analogue, ce procédé étant caractérisé en ce que l'on dirige plusieurs jets d'eau sur le fond afin d'éroder localement la matière constituant le fond et de former la tranchée, et on enlève la matière détachée par érosion depuis le voisinage de la tranchée. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, l'appareil comprend un bras de support sur lequel est articulé l'ensemble d'attaque, et des moyens pour faire tourner l'ensemble entre une pre mière et une seconde positions par rapport audit bras. te bras peut être fixé sur un submersible ou sur un véhicule se trouvant en plongée et pouvant se déplacer le long du fond, ou encore sur un sousmarin. En variante, l'appareil peut être actionné et commandé à partir d'un navire. Dans ce dernier cas, l'appareil peut être amené en position par des plongeurs ou, si la profondeur de l'eau excède les limites de sécurité pour des plongeurs, par un submersible. L'appa- reil est ensuite remorqué par le navire, par exemple au moyen d'un câble renforcé de liaison et d'alimentation en énergie, et est alors commandé au moyen d'un système de télévision en circuit fermé.En variante, l'appareil peut être auto-propulsé mais commandé par le navire. Il est particulièrement souhaitable que les buses soient telles que les jets d'eau soient émis par l'ensemble d'attaque dans des directions différentes. Il est également particulièrement souhaitable que l'agencement soit tel que les directions dans lesquelles sont émis les jets d'eau puissent être modifiées en cours de fonctionnement. Dans un mode de réalisation de l'invention, l'ensemble d'attaque est constitué par un tube, et les buses sont situées à intervalles espacés le long de ce tube. De l'eau est pompée dans le tube et sort de ce dernier par l'intermédiaire des buses sous la forme de jets. les buses peuvent comporter des têtes qui présentent plus d'un orifice de sortie pour l'eau, et les buses peuvent être déplacées par rapport au tube afin de permettre de modifier la direction dans laquelle l'eau sort des buses. Le tube de l'ensemble d'attaque peut être articulé sur l'ensemble de dragage afin de permettre d'autres variations de la direction des jets d'eau. La matière enlevée par érosion est de préférence évacuée depuis le voisinage de la tranchée en étant entrainée dans un courant d'eau qui s'écoule à partir de la tranchée. Dans ce cas, l'ensemble de dragage comprend des moyens pour produire un courant d'eau qui s'écoule à partir de l'ensemble d'attaque. Ainsi, l'ensemble de dragage peut être constitué par un organe tubulaire comportant une pompe et ayant un orifice d'entrée afin de permettre à l'eau et aux matières enlevées par érosion d'être aspirées par l'ensemble, et un orifice de sortie agencé pour évacuer l'eau et la matière enlevée par érosion vers un point éloigné de l'ensemble d'attaque. Si on le désire, l'appareil peut comprendre plusieurs ensembles d'attaque et/ou plusieurs ensembles de dragage suivant un agencement géométrique quelconque approprié. Dans ce cas, tous les ensembles de dragage ou certains seulement de ceux-ci peuvent être actionnés à volonté en continu ou de façon intermittente, mais au moins un ensemble d'attaque et au moins un ensemble de dragage doivent normalement se trouver en fonctionnement à chaque fois que l'appareil est utilisé pour enterrer ou déterrer des câbles, conduites ou astres. L'invention trouve une application utile dans les opérations consistant à enterrer des câbles et autres, ou à déterrer des câbles ou autres qui ont déjà été enterrés. L'invention peut bien entendu être utilisée lorsque l'on creuse une nouvelle tranchée ou lorsque l'on continue de creuser une tranchée existante. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparat- tront au cours de la description qui va suivre, faite en se référant aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemples et dans lesquels la Fig. 1 est une vue en perspective de l'appareil suivant l'invention, représenté en cours de fonctionnement normal; la Fig. 2 est une vue latérale de l'appareil de la Fig. 1, représenté avant sa mise en service; la Fig. 3 est une vue latérale de l'appareil de la Fig. 1, représenté en cours de fonctionnement normal; la Fig. 4 est une vue en bout d'une partie de l'appareil de la Fig. 1, représenté en cours de fonctionnement normal; la Fig. 5 est une vue d'une autre partie de l'appareil représenté aux Fig. 1 à 4; la Fig. 6 est une vue en bout de l'organe représenté à la Fig.5; ; la Fig. 7 est une vue en bout d'une variante de l'organe des Fig. 5 et 6, représenté dans une première position de travail; la Fig. 8 est une vue en bout de l'organe de la Fig. 7, représenté dans une seconde position de travail. En se référant aux dessins, on a représenté à la Fig. 1, en position de fonctionnement sur le fond de la mer, un appareil pour creuser une tranchée comprenant un bras de support 1 fixé par une extrémité à un submersible ou à un sous-marin ou autre (non représenté) par l'intermédiaire d'un collier de fixation 2 submersible, et par son autre extrémité à un dispositif comprenant un ensemble d'attaque et un ensemble de dragage par l'intermédiaire d'un axe 3. te dispositif est articulé sur le bras de support 1 par l'axe 3, et il est prévu un vérin hydraulique 7 pour déplacer le dispositif entre une première position, à savoir la position effacée ou de démarrage (Fig. 2), et une seconde position qui constitue la position normale d'utilisation (Fig. 3), ou inversement à volonté. La plage de déplacement est représentée par l'arc de cercle 29 de la Fig. 1. t'ensemble d'attaque comprend un tube 4 monté sur des axes 5 et 6 sur le côté avant de l'ensemble de dragage et à une certainedis- tance en avant de ce dernier. De l'eau sous haute pression provenant d'une pompe (non représentée) est distribuée par l'intermédiaire d'un tuyau souple 8 dans un tuyau 4 et sort de ce dernier sous la forme d'une série de jets à très haute vitesse à travers plusieurs buses 9 dirigées vers l'avant. L'ensemble de dragage comprend un élément tubulaire comprenant un premier tube 11 qui est ouvert à ses extrémités inférieure et supérieure, mais qui est fixé par son extrémité supérieure à un second tube 12 contenant une pompe 17 à éjecteur qui est montée au-dessus de l'extrémité supérieure du premier tube 11. De l'eau sous haute pression provenant d'une pompe (non représentée) est distribuée par l'intermédiaire d'un tuyau souple 14 à la pompe 13 à éjecteur afin de provoquer une aspiration ou d'établir une dépression à l'extrémité supérieure du premier tube 11, afin de produire un courant d'eau de mer depuis l'extrémité inférieure ouverte du premier tube il (comme indiqué par la flèche 26) vers le haut de ce tube, jusque dans la pompe d'éjection 13, puis vers l'extérieur par l'orifice de sortie 27 situé à l'extrémité du second tube 12.L'orifice de sortie 27 du second tube 12-est dirigé vers le côté opposé à l'ensemble d'attaque et à la tranchée qui doit être creusée. Un organe réglable 15 de guidage du câble ou de la conduite est monté sur le tube 11. En fonctionnement, le submersible ou autre sur lequel l'appareil est monté repose sur le fond, ou se maintient juste au-dessus de ce dernier, au-dessus du câble ou de la conduite 16 devant être enterrée. Dans cette position, l'ensemble d'attaque représenté à la Fig.2 est disposé parallèlement au câble ou à la conduite 16, le long et à côté de celui-ci, l'organe 15 de guidage du câble étant disposé audessus de ce câble ou de cette conduite 16. La ou les pompes est ou sont alors démarrées pour distribuer de l'eau de mer par l'intermé- diaire des tuyaux souples 8 et 14 aux différentes buses 9 et à la pompe 13. tes jets d'eau à haute vitesse sortant des buses 9 frappent le fond de la mer et en enlèvent du sable ou des particules de vase par lavage afin de former une série de petites dépressions. Lorsque les petites dépressions formées dans le fond de la mer grandissent, elles se réunissent ensemble pour former une grande dépression, et ensuite l'extrémité du dispositif la plus éloignée de l'axe d'articulation 3 tend à descendre dans cette dépression. te vérin hydraulique 7 peut être utilisé pour aider le dispositif à descendre dans la dépression. Tandis que les jets d'eau à haute vitesse sortant des buses 9 ont creusé la dépression dans le fond de la mer, l'eau sous haute pression qui s'écoule à travers la pompe 13 a produit un courant foreé d'eau de mer, désigné par des flèches 23 et 26, qui pénètre dans le premier tube 11 et sort par le second tube 12. Ce courant d'eau est dénommé courant de dragage.Lorsque le dispositif descend dans la dépression agrandie, les particules de sable ou de vase ou autres qui sont arrachées par lavage par les jets d'eau à haute vitesse provenant des buses 9 sont entratnées dans le courant de dragage, formant ainsi une suspension qui est évacuée à travers le second tuyau 12. Dans ce mode de réalisation, il est prévu des orifices d'entrée supplémentaires 74 dans le premier tube 11 afin d'améliorer la vitesse d'évacuation des débris au voisinage de l'ensemble d'attaque si cela est nécessaire. Au fur et à mesure que l'opération se poursuit et que la dépression devient plus profonde et plus grande, le vérin hydraulique 7 provoque une nouvelle rotation du dispositif autour de l'axe 3 jusqu'à ce que ce dispositif soit vertical et se trouve dans la position normale de fonctionnement représentée à la Fig. 3.Dans cette position de fonctionnement, l'organe réglable 15 de guidage s'étend à la façon d'un crochet au-dessus du câble ou de la conduite 16 devant être enterré, comme représenté à la Fig. 4. Lorsque l'appareil a atteint la position normale de fonctionnement (Fig.3), le submersible est propulsé en avant avec une vitesse prédéterminée, maintenant ainsi les buses 9 au voisinage de la face avant de la tranchée qui est creusée par le dispositif. Au fur et à mesure que cette face avant de la tranchée est attaquée par érosion et par affouillement et que les cas de la tranchée ont été formés, les débris ainsi formés sont attirés dans le courant de dragage et évacués par le tube 12 au loin de la tranchée qui a déjà été creusée. Au fur et à mesure que le submersible se déplace vers l'avant, le câble ou conduit 16 glisse à travers l'organe 15 de guidage (Fig.3), de sorte que le dispositif suit exactement le trajet du câble. (Le déplacement du dispositif en avant est indiqué par les flèches hachurées 28 aux Fig. 1 et 3). Si dans son mouvement vers l'avant, le dispositif entre en contact avec un rocher ou autre obstacle, il est dévié vers l'arrière en tournant autour de l'axe 3 jusqu'à ce que l'obstacle ait été évité. Dans ce cas, le vérin hydraulique 7 agit comme amortisseur et, lorsque l'obstacle a été évité, ramène le dispositif dans sa position verticale de fonctionnement (Fig.3). La buse la plus basse de la série de buses 9 s'étend au-dessous dé la partie inférieure du premier tube Il de l'ensemble de dragage de façon que soit formée une zone de matière fluidisée au-dessous dudit premier tube 11. Si des petites pierres ou autres sont déterrées par les buses 9, ces pierres tombent dans la zone de matière fluidisée-au-dessous du premier tube Il d'où elles sont intégrées dans le courant de dragage. Ainsi, l'écoulement à travers les tubes 11 et 12 n'est pas contrarié par un colmatage de ces tubes. Comme on l'a représenté à la Fig. 4, trois types de tranchée désignés par les références 17, 18 et 19 peuvent être creusés par l'appareil suivant l'invention. Si le submersible se déplace vers l'avant relativement rapidement, on forme une tranchée 17 ayant, comme représenté, une section étroite. tes parois d'une telle tranchée tendent à tre instables et à s'effondrer rapidement. Si le submersible se déplace vers l'avant avec une vitesse moyenne, il arrive à un moment où se produit un certain effondrement des côtés de la tranchée de sorte que l'on obtient ainsi une tranchée présentant une section telle que 18. Un déplacement très lent du submersible vers l'avant a pour effet de produire un affouillement excessif qui conduit à creuser une tranchée présentant une section telle que 19. Lorsque l'on enterre un câble ou une conduite, une certaine longueur de tranchée doit être creusée et rester intacte afin de permettre à la courbe en chaînette du câble ou de la conduite d'atteindre une profondeur suffisante dans ladite tranchée pour assurer un enfouissement adéquat. Ceci signifie que lorsque l'on enterre des câbles ou autres, il est préférable d'utiliser une tranchée ayant une section telle que représentée en 18. Après avoir creusé une tranchée et laissé le câble ou la conduite 16 descendre et se poser dans cette tranchée, on peut laisser celle-ci se remplir naturellement. il est préférable d'utiliser des tranchées présentant une section telle que 19 lorsque l'on déterre un câble, une conduite ou autre déjà enterré, afin de donner accès pour permettre des réparations, des opérations d'entretien ou autres. La vitesse et le rendement de creusement d'une tranchée au moyen de 11 appareil dépendent de la vitesse avec laquelle les différentes buses 9 peuvent creuser le fond de la mer et dé celle avec laquelle l'ensemble de dragage peut évacuer les débris ainsi produits. tes Fig. 5 et 6 montrent une configuration appropriée d'une tête de buse. L'eau sous haute pression provenant du tube 4 pénètre dans l'espace annulaire 20 de la tête 24 de la buse et sort à travers un premier et un second orifices de sortie 21 et 22. te second orifice 22 est le plus petit des deux et émet un petit jet d'eau à haute vitesse dirigé vers l'avant suivant l'axe 37 de la buse. Ce jet peut être dénommé jet de "sous-cavage" et il frappe la matière située au-dessous du fond de la mer dans une direction à peu près perpendiculaire à la surface de la matière qui se trouve devant l'ensemble d'attaque lorsque l'appareil se trouve dans sa position normale de fonctionnement. te jet de "sous-cavage" creuse ainsi une excavation immédiatement en avant de la buse. te premier orifice de sortie 21 émet un jet d'eau de diamètre plus grand que celui du jet de "sous-cavage" et ce jet plus grand, qui est dirigé vers le haut suivant un certain angle par rapport à l'axe 33 de la buse, peut être dénommé jet de taille. ta fonction de ce jet de "taille" consiste à creuser la matière du fond de la mer au-dessus de l'excavation produite par le jet de "souscavage", faisant ainsi tomber cette matière au loin et l'entrainant au moyen-des courants turbulents de dragage 23 et 26 de l'ensemble de dragage. D'autres jets fixes peuvent autre utilisés pour alimenter le courant de dragage en matière enlevée.Des orifices de sortie supplémentaires peuvent être prévus s'il est nécessaire d'utiliser plus d'un jet de "taille". Comme on l'a représenté à la Fig. 5, les orifices de sortie 21 et 22 décalés angulairement d'un angle Pour déterrer, il est préférable d'utiliser des têtes présentant des angles importants.Des têtes airant des angles i de va- leur différente peuvent être ajustées sur différentes buses 9 en fonction de la position de la buse particulière considérée sur le tube 4, c'est-à-dire de la profondeur au-dessous du fond de la mer à laquelle cette buse doit fonctionner. tes dimensions réelles et le rapport des dimensions des orifices de sortie 21 et 22 peuvent être modifiés pour être adaptés à des applications particulières dans différents types de matière constituant le fond de la mer. La forme de buse choisie est alors utilisée pour former une tranchée de section stable avec l'aide de jets fixes externes lorsque cela est nécessaire. Lorsque le fond de la mer est constitué par une matière dure, par exemple de l'argile, on peut creuser une tranchée stable présentant une section telle que représentée en 17 (Fig.4). osque le fond est constitué par une matière meuble, par exemple du sable, une tranchée ayant une section telle que représentée en 19 (Fig, 4) peut être la plus stable et peut contenir dans sa partie inférieure une suspension de la matière formant le fond de la mer.La tranchée peut alors être traitée en prévoyant des jets fixes pour injecter de l'eau dans la suspension à une certaine distance en arrière de l'appareil, en un point qui n'est pas soumis à l'action du courant de dragage, afin de former dans le fond de la tranchée un mélange dans lequel peut s'enfoncer le câble, la conduite ou autre. D'autres améliorations à l'efficacité du creusement assuré par la série de buses 9 peuvent être réalisées en déplaçant les buses de façon que les jets soient orientés séquentiellement dans une série de directions différentes. Le mouvement des buses 9 peut être obtenu de l'une ou l'autre, ou des deux façons suivantes: (1) en déplaçant toute la série de buses 9 d'un côté à l'autre sur un arc 32 (Fig. 1), par rotation du tuyau 4 autour des axes 5 et 6; (2) en faisant tourner d'un côté à l'autre les têtes 24 des buses 9 suivant un arc de cercle 25 (Fig. 1). tes Fig. 7 et 8 sont deux vues de face d'une même tête 24 de buse qui, dans cet exemple, comporte un premier et un second orifices 21A et 21B de sortie qui sont agencés de façon à fournir deux jets de taille. La tête de buse peut tourner autour de l'axe de la buse entre une première et une seconde positions de travail, les deux positions représentées aux Fig. 7 et 8 montrent l'amplitude utile maximale de la rotation de la tête 24, obtenues par rotation dans le sens 31 inverse des aiguilles d'une montre et par rotation dans le sens 30 des aiguilles d'une montre. l'orientation des jets de taille au-dessous du plan horizontal passant par l'axe de la buse les rendrait moins efficaces. il est cependant possible qu'une orientation des jets vers le bas puisse présenter une utilité quelconque particu lière. l'angle formé entre les deux orifices de sortie 21A et 213 est l'angle 4 . L'angle tes deux types de mouvement d'un côté à l'autre effectués par les buses 9, c'est-à-dire la rotation du tube 4 et la rotation des têtes 24 peuvent être, soit continus, soit intermittents, suivant les besoins. La tête 24 peut être également entraînée en rotation dans un seul sens, soit avec une vitesse constante, soit de façon intermittente si cela est nécessaire. Revendications 1 - Appareil pour creuser les tranchées, notamment afin d'enterrer ou de déterrer des câbles, des conduites ou autres dans le fond de la mer ou analogue, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif comportant un ensemble d'attaque muni de plusieurs buses (9) adaptées pour diriger des jets d'eau sur le fond afin d'éroder localement la matière constituant le fond au voisinage de l'ensemble d'attaque, et un ensemble de dragage adapté pour évacuer la matière arrachée par érosion depuis le voisinage de l'ensemble d'attaque. 2 - Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les buses (9) sont telles que des jets d'eau sont émis par l'ensemble d'attaque dans des directions différentes. 3 - Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'agencement est tel que les directions dans lesquelles sont émis les jets d'eau à partir de l'ensemble d'attaque peuvent être modifiées. 4 - Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble d'attaque comprend un tube (4) recevant de l'eau, les buses (9) étant disposées de distance en distance le long du tube, chaque buse comprenant un premier et un second orifices de sortie d'eau (21 ,22) agencés pour produire des jets d'eau dans des directions différentes. 5 - Appareil suivant la revendication 4, caractérisé en ce que chaque buse (9) peut être déplacée par rapport au tube (4). 6 - Appareil suivant l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le tube (4) de l'ensemble d'attaque est articulé sur l'ensemble de dragage. 7 - Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ensemble de dragage comprend un organe tubulaire (11) comprenant une pompe (13) et ayant un orifice d'entrée afin de permettre à de l'eau et de la matière arrachée par érosion d'être aspirées par l'ensemble de dragage, et un orifice de sortie (27) adapté pour évacuer l'eau et la matière arrachée par érosion vers un point éloigné de l'ensemble d'attaque. 8 - Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un bras de support (1) sur lequel est articulé le dispositif, et des moyens pour permettre de faire tourner ce dernier entre une première et une seconde positions par rapport audit bras. 9 - Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (15) pour maintenir, en service, l'appareil en contact de glissement avec le câble, la conduite ou autre. 10 - Procédé pour creuser une tranchée dans le fond de la mer, notamment pour enterrer ou déterrer des câbles, des conduites ou autres, dans le fond de la mer ou analogue, caractérisé en ce que l'on dirige plusieurs jets d'eau sur le fond pouren éroder localement la matière et creuser la tranchée, et l'on évacue la matière arrachée par érosion depuis le voisinage de la tranchée.