Brevet FR2399141A1 — publié le 19790223

L'invention concerne les connecteurs électriques et notamment, mais non exclusivement, des connecteurs électriques destinés à des dispositifs de protection cathodique. Onsait que la protection cathodique est une technique destinée à empêcher ou ralentir la corrosion de pièces placées dans un milieu présentant une corrosion électrochimique. En particulier, cette technique est mise en oeuvre pour empêcher ou ralentir la formation de rouille sur des structures d'acier, par exemple des instailations de forage de puits de pétrole, partiellement immergées dans l'eau de mer. Cette technique consiste à relier électriquement la pièce à protéger, par exemple la structure d'acier, à une électrode qui, dans les conditions rencontrées, rend la pièce cathodique par rapport à elle. Par exemple, dans le cas d'une structure d'acier immergéedans l'eau de mer, si cette structure est reliée à une électrode en zinc égalemen-t immergée dans l'eau de mer, il se forme une pile électrovoltaique dans laquelle la structure d'acier devient cathodique par rapport à ltélectrode en zinc. Ceci empêche sensiblement la formation de rouille. Cependants dans une telle forme de réalisation, le zinc passe en solution sous la forme d'ions et ce phénomène aboutit à l'épuisement total du zinc. Les électrodes en zinc sont donc appelées "électrodes consommables". Pour des raisons évidentes, cette consommation est désavantageuse et on a donc essayé d'utiliser des électrodes non consommables constituées par exemple de titane platiné. L'utilisation de telles électrodes exige la présence d'une sour'ce-extérieure -d'électrons pouvant être constituée d'une batterie d'-accumulateurs ou d'un générateur dont le pôle positif est relié à l'électrode non consommable et dont le pôle négatif est relié à la pièce à. protéger. Dans le cas d'une ins -tallation de forage, par exemple, l & atterie ou le générateur est généralement monté dans une armoire sur la plate-forme et il est relié par des câbles à plusieurs électrodes non consommables placées sur la tour de forage-ou sur le fond de la mer, à proximité des pieds de cette tour.Les ensembles à électrode étant très grands et très lourds (par exemple, ils peuvent se présenter sous la forme d'anneaux de 3 à 4,5 m de diamètre, montés sur des socles en béton d'un poids total de 20 à 30 tonnes) dans le cas d'anodes posées sur le fond de la-mer et destinées à des tours de forage de puits de pétrole, il est peu pratique que ces ensembles soient reliés par des câbles à la structure pendant le lancement, l'empilage et le montage des modules ncrmaux de superstructure. De même, il est difficile, une fois que la plate-forme a été fixée au fond de l'eau, à une grande profondeur, de relier de manière sûre et peu coûteuse un grand nombre de câbles à la structure d'une façon sûre et sans risque de détériorations mécaniques. I1 est donc nécessaire de relier cette structure aux électrodes après que ces dernières ont été misés en place sur le fond de la mer. I1 peut également être nécessaire de disposer de la possibilité de séparer les cables des électrodes pour procéder à des opérations de réparation ou de remplacement. A cet~effet, on a essayé d'équiper chaque câble d'une ou deux connexions électriques cassables, à son point de fixation rigide sur la structure et/ou à son point de liaison à l'ensemble éloigné à anode. I1 est évidemment également nécessaire de protéger la connexion contre la corrosion et les dispositifs utilisés à cet effet jusqu'à présent sont très complexes, coûteux et d'une mise en oeuvre difficile. L'invention concerne un connecteur électrique destiné à relier deux conducteurs électriques et comprenant un premier élément dont une première-partie est réalisée d'une seule pièce avec un premier des conducteurs ou peut être enclenchée avec ce premier conducteur, et un second élément dont une première partie est réalisée d'une seule pièce avec le second conducteur ou peut être enclenchée avec ce second conducteur, et dont une seconde partie est destinée à établir un contact électrique avec une seconde partie complémentaire du premier élément.Les premier et second éléments sont réalisés chacun dans un métal pour redresseur et l-es surfaces de contact électrique d'au moins l'une -des secondes parties sont constituées d'une matière choisie dans le groupe comprenant les métaux du groupe du platine, des alliages de ces métaux et des-oxydes électriquement conducteurs de ces métaux. Les surfaces de contactes deux secondes parties sont constituées de préférence d'une matière choisie dans legroupe précité. La surface des premières parties extrêmes du connecteur peut également être constituée d'un métal du groupe du platine ou d'un alliage à base de ce métal, ou bien d'un oxyde, électriquement conducteur, d'un métal du groupe du platine. L'expression "métal pour redresseur" utiliséedans le présent mémoire désigne un métal choisi dans le groupe comprenant le titane, le zirconium, le niobium, l'hafnium, l-e tantale et leurs alliages, et ayant des propriétés anodiques comparables. Le métal pour réducteur doit avoir une tension de rupture supérieure à celle existant-dans le conducteur électrique en service, et il est choisi en conséquence. En général, les premier et second éléments sont constitués de tantale, de niobium ou de titane, de préférence de niobium. Le métal du groupe du- platine, son alliage ou son oxyde comprend de préférence le platine lùi-même, ou bien un alliage de platine et d'iridium (par exemple un alliage contenant environ 70 % de platine et; environ 30 % d'iridium). Dans une forme préférée de réalisation de l'invention, les premier et second éléments sont allongés et ont une section droite à peu près circulaire. Dans cette forme préférée de réalisation, une première partie extrême de chaque élément du connecteur est destinée à être reliée à un conducteur, par exemple un conducteur torsadé, d'un câble électrique correspondant. Chaque première partie extrême est avantageusement filetée extérieurement de manière à pouvoir être reliée électriquement et mécaniquement à une virole présentant un filetage intérieur, par exemple une virole enlaiton. En variante, par exemple, chaque première partie extrême peut avoir un revêtement de cuivre auquel une virole, par exemple enlaiton, est soudée ou autrement fixée, cette virole étant également soudée ou autre fixée au conducteur du câble. Dans le cas où les premier et second éléments sont réalisés en niobium, par exemple, le revêtement de cuivre peut être appliqué par extrusion simultanée à celle formant ces éléments, le cuivre étant ensuite éliminé, par exemple par décapage, sauf dans la zone de fixation de la virole en laiton.La partie extrême revêtue de cuivre de chaque élément peut être réalisée d'une seule pièce avec la partie restante de l'élément ou bien formée séparément, puis fixée sur la partie restante de l'élément, par exemple par soudage par friction. Ce dernier procédé de fixation des conducteurs du câble aux deux éléments du connecteur selon l'invention présente l'avantage d'éliminer les interfaces des liaisons mécaniques. Comme indiqué précédemment, les surfaces de contact électrique des premières parties extrêmes (par exemple, dans l'une des formes préférées de réalisation décrites ci-dessus, le filetage extérieur) peuvent être constituées dtun métal du groupe du platine, d'un alliage de deux ou plusieurs métaux de ce groupe ou bien d'un oxyde conducteur du courant électrique d'un métal du groupe du platine.Ce métal, alliage ou oxyde de métal du groupe du platine se présente sous la forme d'une couche appliquée sur le métal pour redresseur. I1 peut être appliqué par revêtement de la surface du connecteur devant être recouverte d'une solution contenant un composé, décomposable à la chaleur, du métal du groupe du platine, et par chauffage du composé à une température supérieure à la température de rupture, de manière à-former le métal du groupe du platine. Si ce métal est chauffé à un point supérieur à sa température de rupture dans l'air ou dans toute autre atmosphère contenant de l'oxygène, il forme, dans certaines conditions, un oxyde conducteur du cou- rant électrique, d'une manière bien connue de l'homme de l'art. Un tel procédé donne satisfaction lorsque le métal pour redresseur est le titane. Dans le cas du niobium, par exemple, la couche formée d'un métal du groupe du platine ou d'un alliage à base d'un tel métal est de préférence appliquée par électrolyse sur la surface à revêtir et, si cela est nécessaire, elle est soumise ensuite à un traitement thermique la faisant diffuser dans la surface. Un procédé de revêtement à deux phases peut être avantageusement mis en oeuvre de manière à former une couche interfaciale conductrice, adhérente et dure. Si cela est demandé, des couches convenables d'isolation peuvent être appliquées sur certaines parties du connecteur afin d'empêcher un revêtement excessif par électrolyse.La couche de métal du groupe du platine, d'alliage à base de ce métal ou d'oxyde de ce métal assure la continuité électrique entre les conducteurs et le métal pour redresseur sur lequel, en cas de contact avec l'air, il se forme une couche d'oxyde métallique ayant une certaine résistance électrique. Après que les conducteurs ont été reliés aux éléments correspondants du connecteur, la connexion peut être protégée, par exemple par enrobage dans une résine électriquement isolante. Dans la forme préférée de réalisation selon l'inven tion,~décrite ci-dèssus, la seconde partie extrême du premier élément est destinée à être reliée électriquement à la seconde partie extrême du second élément. Les exemples de types préférés de liaison entre les deux éléments comprennent des liaisons par vissage, par languette, broche et douille, ces deux dernières formés étant décrites plus en détail en regard des- dessins annexés. La surface de contact électrique d'au moins l'une et de préférence des deux secondes parties est constituée d'un metal du groupe du platinée, d'un alliage à base de ce métal ou d'un oxyde de ce métal se présentant sous la forme d'une couche appliquée sur le métal pour redresseur, cette couche pouvant être appliquée comme décrit précédemment. Le procédé de dépôt électrolytique en deux phases, indiqué précédemment, est particulièrement avantageux pour des faces glissantes, par exemple pour des surfaces de filetages,et de broches et douilles.Dans une forme préférée du connecteur selon l'invention, chaque partie extrême comprend un tronçon plat, parallèle à l'axe longitudinal du connecteur et réalisé d'une seule. pièce avec un goujon qui fait saillie perpendiculairement du tronçon plat, ce dernier présentant également un trou-d'un diamètre supérieur à celui du goujon. Ces organes sont disposés de manière que, lorsque les deux éléments du connecteur sont enclenchés l'un avec l'autre, le goujon d'un premier élément pénètre dans le trou de l'autre élément et que des écrous convenables puissent être utilisés pour serrer les deux tronçons plats l'un contre l'autre.Les goujons et les écrous sont de préférence réalisés dans la même matière que celle constituant le connecteur, et les filetages des goujons et des écrous peuvent être revêtus d'une couche d'un métal du groupe du platine, d'un alliage à base de ce métal ou d'un oxyde dudit métal, ou bien d'une couche d'un oxyde du métal pour redresseur afin de réduire ou d'empêcher toute détérioration superficielle. Le trou est de préférence réalisé vers l'extrémité libre de l'élément du connecteur, de manière que le goujon soit plus proche de la première partie extrême que du trou. L'invention concerne également un procédé de réalisation d'une connexion électrique entre deux conducteurs, par exemple deux câbles ou un câble et une électrode, à l'aide du connecteur décrit ci-dessus. L'utilisation du connecteur selon l'invention permet de réaliser une connexion relativement simple, peu coûteuse et résistant à la corrosion entre des conducteurs électriques en milieu sous-marin, en particulier dans des dispositifs de protection cathodique. De plus, la connexion peut être aisément démontée. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lequel -- la figure 1 est une vue en perspective éclatée d'une première forme de réalisation du connecteur selon l'invention; - la figure 2 est une vue en perspective éclatée d'une autre forme de réalisation du connecteur selon l'invention; - la figure 3 est une coupe axiale partielle d'une forme de connexion réalisée entre un câble conducteur et une partie du connecteur représenté sur les figures 1 et 2; et - la figure 4 est une coupe axiale partielle d'une variante de connexion réalisée entre un câble conducteur et une partie du connecteur selon l'invention. Les pièces identiques ou analogues portent les mêmes références numériques sur les différentes figures. La figure 1 représente le connecteur selon l'invention qui est constitué de deux moitiés, à savoir un élément mâle 1 ét un élément femelle 2. L'élément mâle 1 comprend une partie extrême 3 destinée à être reliée à un conducteur torsadé d'un câble à âme unique figure 3), une partie intermédiaire 4 et une partie extrême 5 se présentant sous la forme d'une broche destinée à être accouplée avec l'élément femelle 1. Ces parties 3, 4 et 5 sont réalisées d'une seule pièce en niobium. La partie extrême 3 comporte un filetage extérieur et sa surface extérieure est revêtue d'une couche 20 de platine. Le conducteur torsadé du câble peut être relise indirectement à la partie extrême 3-paruneviroleenlaiton(nonreprésentée) à filetage intérieur dans laquelle le conducteur du câble est soudé. Ce montage réalise une bonne liaison électrique et mécanique entre le conducteur et l'élément mâle 1. La partie intermédiaire 4 présente un moletage extérieur 7 et plusieurs méplats8 qui établissent un trajet d'infiltration relativement long empêchant l'eau de mer d'atteindre la connexion-du cable et améliorant la fixation d'une résine d'enrobage appliquée en fin de montage sur la connexion, comme décrit ci-après. Ce résultat peut être obtenu, par exemple en variante ou en plus, par attaque chimique, grenaillage et/ou réalisation degorgesarulaires dans la partie 4. La partie extrême 5 comporte également une couche extérieure 21 de platine qui est avantageusement appliquée par la mise en oeuvre du procédé de revêtement en deux phases décrit précédemment. L'élément femelle 2 du connecteur selon l'invention comprend une partie extrême 9 destinée à être reliée au conducteur tors-adé d'un autre câble à âme unique (figure 3), une partie intermédiaire 10 et une partie cylindrique 11 en forme de douille destinée à recevoir, par emmanchementEtroit,la partie extrême 5 de I'élémentmâle 1. Les parties 9-et 10 de l'élément femelle 2 sont identiques aux parties 3 et 4 de l'élément mâle 1, et, de même que pour cet elément mâle 1, les trois parties 9, 10 et 11 sont réalisées d'une seule pièce en niobium. La douille cylindrique 11 présente plusieurs fentes longitudinales 12. Une zone centrale de chacune des bandes de niobium délimitées entre les fentes est légèrement déformée vers l'intérieur, de manière que le diamètre intérieur minimal de la douille 11 soit inférieur au diamètre extérieur du tronçon extrême 5 de l'élément mâle 1. Les bandes déformées en niobium présentent une certaine élasticité radiale de sorte que, lors de l'insertion de la partie 5 dans la douille il, il se produit un emmanchement étroit entre ces parties. La surface intérieure de la douille 11 est également revêtue d'une couche 13 de platine. La forme de réalisation représentée sur la figure 2 est- identique à celle montrée sur la figure 1, sauf que les parties extrêmes 14 et 15 (qui correspondent aux parties 5 et 11 du connecteur de la figure 1) se présentent sous la forme de cosses à languette plate. La partie 14 est réalisée d'une seule pièce avec une saillie filetée 17 et elle présente un trou 18, et la partie 15 est réalisée d'une seule pièce avec une saillie filetée complémentaire 17' et un trou 18'. Chacune des saillies filetées est platinée (de préférence par la mise en oeuvre du procédé en deux phases décrit precédemment). Ce revêtement de platine réduit sensiblement les détériorations de surface se produisant lorsque les écrous sont vissés sur les saillies 17 et 17'. La connexion électrique est réalisée entre les deux éléments par superposition des deux parties 14 et 15 de manière que la saillie filetée 17 pénétre dans le trou 18' et que la saillie filetée 17' pénètre dans le trou 18. La connexion entre les deux parties 14 et 15 est bloquée par vissage d'écrous (non représentés) sur les saillies filetées 17 et 17'. Les surfaces de contact des parties 14 et 15 sont constituées de platine se présentant sous la forme de couches 19 et 19' appliquées sur le niobium. Les trous étant éloignés des connexions réalisées avec les câbles, cette disposition présente une répartition du courant dans le connecteur améliorée par rapport à celle obtenue avec la disposition inverse dans laquelle la saillie filetée ou le goujon est situé de l'autre côté du trou par rapport à la connexion avec le câble. Dans ce dernier cas, l'aire de la section droite du connecteur est sensiblement réduite par la présence du trou. Comme représenté sur la figure 3, la partie filetée 3 de çhacun des élémentsiet2uconùecteurestreliéeéieotriquetiient et mécaniquement à un câble conducteur correspondant 22 (duquel la gaine isolante 23 a été retirée) au moyen d'une virole 24 en laiton. Un premier tronçon extrême de la virole 24 présente un filetage interne destiné à être vissé sur le filetage 6 d'une partie 3. L'autre extrémité de la virole 24 présente un alvéole destiné à recevoir le conducteur 22 qui est fixé dans la virole par une soudure 25. Comme représenté sur la figure 4, la première partie extême de chacun des éléments1et2du connecteur comprend un tronçon cylindrique 26 constitué, par exemple, de niobium et fixé en 277 par soudage à friction, à la partie restante de l'élément du connecteur. Lorsque les dimensions et le coût le permettent, le tronçon 26 peut être réalisé d'une seule pièce avec la partie restante de l'élément. Une extremité du tronçon 2-6 porte un revêtement 28 de cuivre entre lequel et le niobium une liaison mé-tallurgique est réalisée. Le tronçon 26 en niobium peut être totalement revetu de cuivre par un procédé d'extrusion simultanée ou de coextrusion > puis le cuivre peut être éliminé par décapage, de manière à laisser le-revêtement 28. La parte revêtue du tronçon 26 est logée dans une cavité d'une virole 29 en laiton où elle est fixée par une soudure 30. Le câble conducteur 22 est fixé à la virole 29 comme décrit précédemment en regard de la figure 3. Après que le câble et le connecteur ont été reliés entre eux, la connexion est protégée par enrobàge, par exemple dans une gaine préalablement formée ou dans une résine électriquement isolante. I1 est avantageux que le platine,mdtallique ou toute autre ma-tière résistante convenable ne recouvre pas toute la surface du connecteur. En effet, en cours d'utilisation, la surface platinée libère du chlore dans de l'eau de mer ou de l'oxygène dans de l'eau douce lorsqu.'eîle est branchée pour assumer la fonction d'une anode. La libération de chlore peutaboutir. à une accumulation locale d'une solution hautement acide autour du connecteur, en particulier lorsque ce dernier est immergé dans la vase du fond de la mer. Si l'on laisse le niobium à nu, il forme rapidement, par anodisation, une pellicule d'oxyde isolante qui rend en fait le connecteur inerte. I1 convient de noter que le procédé normal de démontage du connecteur consiste à couper le passage du courant dans ce connecteur afin de permettre à un plongeur ou à toute autre personne convenablement équipée d'effectuer et de démonter la connexion sous liteau. Le connecteur selon l'invention a pour avantage une grande simplicité de fabrication, une grande facilité d'utilisation et une grande sûreté par rapport aux connecteurs beaucoup plus complexes, volumineux et coûteux actuellement utilisés pour la réalisation de connexions électriques d'anodes de protection cathodiques sous l'eau. I1 convient de noter que le type de connecteur choisi aonvient particulièrement à l'utilisation prévue. Ainsi, la tension-de rupture du zirconium est-de l'ordre de 1 volt dans l'eau de mer et il est peu commode d'utiliser des connecteurs en zirconium sous de fortes tensions. De plus, les connecteurs en niobium ne conviennent pas lorsque léur branchement est cathodique plutôt qu'anodique. En effet, dans le cas d'un-bran chement ca-thodique, il se dégage de l'hydrogène pouvant fragiliser les connecteurs en niobium. Il va de soi que de nombreuses modi-ations peuvent~ être apportées au connecteur décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Connecteur destiné à relier électriquement deux conducteurs, caractérisé en ce qu'il comporte un premier élément qui comprend un premier tronçon réalisé d'une seule pièce avec un premier des conducteurs ou pouvant s'enclencher avec ce conducteur, et un second élément qui comprend un premier tronçon réalisé d'une seule pièce avec le second conducteur ou pouvant s'enclencher avec ie second conducteur, et un second tronçondestiné às'enclencher électriquement avec un second tronçon complémentaire du premier élément, les premier et second éléments étant réalisés chacun en métal pour redresseur et les surfaces de contact électrique d'au moins l'une des secondes parties étant constituée d'une matière choisie dans le groupe comprenant des métaux du groupe du platine, des alliages de ces métaux et des oxydes desdits métaux, conducteurs du courant électrique. 2. Connecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le métal pour redressenr-est le niobium. 3. Connecteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérise en ce que les surfaces de contact électrique des deux secondes -parties sont constituées d'une matière choisie dans ledit groupe. 4. Connecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la seconde partie du premier élément présente un filetage mâle, la seconde partie du second élément présentant un filetage femelle complémentaire. 5. Connecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la seconde partie du premier élément comprend un ergot, la seconde partie du second élément comprenant une douille destinée à recevoir étroitement cet ergot. 6. Connecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la seconde partie de chacun des premier eut second éléments est plane, présente un trou et est réalisée d'une seule pièce avec un goujon fileté qui en fait saillie, lesdites secondes parties pouvant être superposées l'une à l'autre de manière que le goujon fileté d'une seconde partie pénètre dans le trou de l'autre seconde partie, et vice versa et que lesdites secondes parties puissent être fixées l'une à l'autre à l'aide d'écrous vissés sur les goujons. -7. Connecteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les goujons filetés sont revêtus, au moins sur la surface de leur filetage, d'une couche drun métal du groupe du platine, d'un alliage à base de métal du groupe du platine ou d-un oxyde du métal pour redresseur, afin de réduire ou d'empêcher la détérioration de la surface des filetages par les écrous. 8. Connecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'au moins l'une des premières parties comprend un filetage mâle destiné à s'enclencher avec un filetage femelle complémentaire d'une virole pouvant être fixée à l'un des ccnducteurs. 9. Connecteur selon lrune quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'au moins l'une des premières parties comporte un ergot soudé ou autrement fixé dans un alvéole complémentaire d'une virole pouvant être fixée àl'un des conducteurs. 10. Connecteur orlon la revendication 9, caractérisé en ce que la surface de l'ergot est recouverte d'un revêtement décuivre, la virole étant réalisée en laiton. ll. Connecteur selon la revendication IO, caractérisé en ce que l'ergot est formé par extrusion simultanée d'un noyau de niobium et d'un revêtement de cuivre. 12. Connecteur selon la revendication 11, caractérisé en ce que le revêtement de cuivre est éliminé par décapage de certaines zones de l'ergot ne s'engageant pas dans l'alvéole de la virole. 13. Connecteur selon l'une des revendications 11 et 12, caractérisé en ce que l'ergot en niobium, revêtu de cuivre, est réalisé séparément, puis fixé par soudage à friction sur le reste de la première partie du premier ou second élément du connecteur.