Brevet FR2545639A1 — publié le 19841109

Câble de remorquage de canonsà air ou de canons à eau derrière un navire séismique La présente invention se rapporte à un câble de remorquage destiné à remorquer des canons à air ou à eau derrière un navire séismique, appelé câble à canons, ce câble comprenant un tuyau flexible pneumatique renforcé à l'intérieur d'une gaine de protection. Normalement, un navire séismique remorque 5 à 8 câbles à canons à la fois, un ensemble de 4 à 8 canons étant fixé à chaque câble. Un câble à canons a trois rôles principaux il doit pouvoir supporter une tension pouvant attein- dre 10 tonnes sous la forme de charges maximales de courte durée, et une tension statique de 3 à 4 tonnes en continu il doit fournir aux canons de l'air comprimé (à une pression typique de 140 kg/cm 2) par au moins un tuyau flexi- ble pneumatique à haute pression; il doit pouvoir transmettre des signaux aux canons pour déclencher leur mise à feu un par un et transmettre des signaux discrets à partir des canons pour indiquer l'instant précis des tirs individuels, ainsi que d'autres signaux élec- triques provenant d'hydrophones de courte portée et de cap- teurs de profondeur. Il était antérieurement de pratique courante d'ali- menter les canons à air par un tuyau flexible pneumatique séparé qui était amarré séparément au câble à canons Actuel- lement, on trouve sur le marché des câbles composites qui combinent les trois principales fonctions en un seul câble. Ces câbles présentent, bien entendu, des avantages considé- rables consistant en une plus grande facilité de manipulation, mais les câbles antérieurs de ce type présentent plusieurs inconvénients. Un câble à canons de ce type présente en général la structure suivante. Au centre du câble, on trouve un (ou plusieurs) tuyau(x) flexible(s) pneumatique(s) à haute pression de type classique, comprenant un tuyau flexible intérieur de nylon renforcé par des fibres de polyester. 2 2545639 A l'extérieur du (ou des) tuyau(x) pneumatique(s) se trouvent plusieurs couches comprenant des conducteurs électri- ques et du fil d'acier pour soulager la tension du câble. Complètement à l'extérieur, on trouve une gaine de matière artificielle (polyuréthane ou néoprène, par exemple) destinée à assurer une protection mécanique et une étanchéité à l'eau. On utilise des câbles de canons du type ci-dessus depuis environ les cinq dernières années, et l'on a mis en évidence plusieurs insuffisances pendant ce temps On peut résumer ces insuffisances de la façon suivante. La gaine extérieure ne présente pas une étanchéité à l'eau adéquate Cela est dû au fait qu'elle est constituée par une matière qui n'est pas ellemême suffisamment résistante à l'eau ou, plus souvent, au fait qu'en raison de petite trous, il se forme des déchirures et des fissures dans la gaine, sous l'effet d'une manipulation normale dans des conditions difficiles. La gaine extérieure n'assure pas une protection méca- nique suffisante En plus de la détérioration de la gaine elle-même, mentionnée précédemment, il peut se produire des ruptures des conducteurs électriques, si le câble est plié à un angle trop aigu ou si des objets pointus y pénètrent. Le tuyau pneumatique "travaille" trop à l'intérieur du câble En cours d'utilisation, la pression régnant dans le tuyau est continuellement pulsée à des pressions, typiquement 2 2 entre 70 kg/cm et 140 kg/cm Cela provoque des variations de diamètre du tuyau pouvant atteindre 2 mm Il y a des rai- sons de croire que les ruptures se produisant dans les con- ducteurs électriques peuvent être en partie causées par l'usure ou la fatigue due à ces pulsations. Il se forme dans la gaine extérieure des "boursouflures". Les câbles à canons sont parfois complètement détériorés en raison de l'apparition de grands renflements ou de grandes boursouflures dans la gaine extérieure Cela est dû à de l'air comprimé sous haute pression qui diffuse à travers les parois du tuyau pneumatique ou bien fuit par des portions insuffisam- ment étanchéisées du tuyau ou à l'extrémité du tuyau Cet air 3 2545639 n'a pas de trajet d'échappement direct et, du fait que la gaine extérieure est maintenue en place par sa propre élas- ticité, elle gondole si la gaine est étanche à l'air. Les câbles ont de grands diamètres extérieurs La structure complexe, en particulier en raison du grand nombre de conducteurs électriques nécessaires, entraîne des câbles épais, à la fois malcommodes à manipuler et présentant une forte résistance à l'eau, lorsqu'on les remorque à contre- courant. Le plus grand inconvénient des câbles à canons actuels est, de loin, leur vulnérabilité à la pénétration de l'eau L'eau qui pénètre par la gaine extérieure se répand rapidement le long de tout le câble, à la fois à cause de l'effet de pulsation du tuyau pneumatique et de la formation de poches d'air microscopiques dans le câble, lorsque de l'air diffuse du tuyau pneumatique, ces poches d'air se rem- plissent immédiatement d'eau L'eau entraîne un courant de fuite entre les conducteurs et provoque le croisement des signaux, de sorte que le câble ne peut plus remplir la fonc- tion à laquelle il est destiné Le courant de fuite se produit en liaison avec des défauts microscopiques (piqtres) et d'au- tres détériorations de l'isolation-entourant chaque conducteur individuel, ou à l'extrémité du câble (terminaison) o les conducteurs électriques s'achèvent par des connecteurs élec- triques immergés. Bien que l'on considère depuis plusieurs années que les câbles à canons à air sont une source importante de pro- blèmes dans le cadre des explorations séismiques du fond marin, on ne les a pas beaucoup perfectionnés pendant cette période Cela est probablement dû au fait qu'il s'est avéré difficile d'améliorer des aspects séparés du câble sans intro- duire, en mûme temps, de nouveaux problèmes O Par exemple, pour obtenir une meilleure protection mécanique, on a fabriqué des câbles avec le fil d'acier de soulagement des tensions à l'extérieur du câble, et non à l'intérieur Il faut utiliser, dans ce cas, deux couches com- plètes de câble de fil d'acier, entourant le câble dans des directions opposées, pour obtenir un équilibre de torsion. 4 2545639 Ces fils métalliques doivent également être assez épais, pour les empêcher de s'user facilement Le câble obtenu ainsi est épais, rigide, lourd et difficile à manier. Il s'est également avéré difficile de trouver une bonne solution au problème de l'étanchéisation à l'eau Du fait que toute la matière d'isolation électrique est plus ou moins hygroscopique, et que l'isolation entourant chaque con- ducteur électrique doit être mince pour ne pas prendre trop de place (ce qui augmente alors la probabilité de défauts ponctuels et de dégâts d'usure), un câble dont l'isolation autour des conducteurs constitue les seuls moyens d'étanchéi- sation à l'eau n'est pas une solution idéale L'expédient usuel consiste à prévoir une gaine étanche à l'eau autour de tous les conducteurs, mais en pratique, cette gaine ne reste étanche que pendant une courte période, et elle peut aussi créer des problèmes (bulles d'air) si elle est trop étanche à l'air. La présente invention a pour objet une structure de câble à canons évitant tous les problèmes précités, sans en introduire de nouveaux L'invention est basée sur la pratique d'une transmission numérique des informations du type décrit dans la demande de brevet norvégien N O 81 1203, o des signaux digitalisés sont multiplexés et transmis par un petit nombre de paires torsadées blindées ou par des fibres optiques dans le câble. On atteint cet objectif, selon l'invention au moyen d'un câble à canons caractérisé en ce que le tuyau pneumati- que au centre est un tuyau pneumatique à haute pression ren- forcé par des fibres "Kevlar" présentant une faible diffusion de l'air, en ce que les conducteurs sont isolés séparément par un revêtement étanche à l'eau et disposé pratiquement en une seule couche d'éléments cylindriques enroulés autour du tuyau pneumatique, les interstices entre ces éléments étant comblés par un lubrifiant hydrofuge; en ce que la cou- che d'éléments cylindriques est entourée par une gaine inter- médiaire non destinée fondalementalement à avoir un effet d'étanchéisation à l'eau, et en ce que les éléments de soula- gement de tension sont, de préférence, disposés sous la forme 2545639 de deux couches torsadées dans des sens opposés autour du câble et disposées à l'extérieur de la gaine intermédiaire. On va décrire à présent la structure du câble selon l'invention, en regard du dessin annexé donné uniquement à titre d'exemple non limitatif, dont la figure unique repré- sente en coupe transversale un câble à canons Les références numériques du texte correspondent aux références du dessin. 1 La couche intérieure est un tuyau flexible pneu- matique à haute pression comprenant un tuyau flexible inté- rieur de nylon renforcé de fibres "Kevlar" tissées On choisit le nylon, du fait que c'est une matière synthétique qui semble avoir le moins de diffusion d'air aux pressions en question Le renforcement "Kevlar" est essentiel pour empê- cher la détérioration par usure du câble aux pressions pul- sées, qui provoquent également la pulsation du diamètre du tuyau Une compréhension de la pulsation du tuyau pneumatique et de la détérioration qui en résulte, et de l'utilisation du renforcement "Kevlar" pour remédier à ces problèmes, est un aspect fondamental de l'invention Le'renforcement de fibres Kevlar est tourné à un angle qui minimise la dilatation volu- mique radiale du tuyau pneumatique. 2 La couche suivante comprend plusieurs (par exemple à 30) éléments cylindriques longitudinaux enroulés autour du tuyau pneumatique Un tel élément cylindrique peut être un conducteur de cuivre (multifils) à isolation de polyé- thylène Il est utilisé pour transmettre des impulsions élec- triques de mise à feu à un canon à air, ou une paire de conducteurs torsadée dans laquelle chacun des conducteurs comporte une isolation de polyéthylène, avec un blindage autour de la paire de conducteurs et une gaine de polyéthylène à l'extérieur du blindage, ou une ou plusieurs fibres optiques, entourées par une gaine de protection commune. Du fait qu'on utilise la technique du multiplexage, il suffit d'une couche de tels éléments cylindriques, con- trairement aux 2 à 4 couches utilisées dans les câbles actuels Les vides de la couche d'éléments cylindriques sont comblés par de la vaseline, en partie pour lubrifier les 6 2545639 surfaces et réduire ainsi l'usure, et en partie pour empêcher la migration de l'eau par les interstices. On utilise le polyéthylène pour isoler les conducteurs, du fait que c'est le moins hygroscopique des matériaux d'iso- lation connus Cette matière est rarement utilisée sur ce type de câble, du fait qu'il est difficile de couler une matière d'étanchéisation autour d'elle et, par conséquent, difficile d'obtenir un isolement parfaitement hermétique au niveau des connecteurs situés à l'extrémité du câble Dans le câble selon l'invention, ce problème est résolu séparément. C'est également un aspect essentiel de l'invention que de tester l'isolation de polyéthylène entourant chaque conduc- teur et chaque paire blindée pour les défauts ponctuels avant d'assembler le câble. La combinaison des mesures précitées procure une étan- chéisation à l'eau satisfaisante, sans utiliser de gaine étan- che extérieure C'est la seconde caractéristique essentielle de l'invention, et on l'obtient en utilisant: a) une seule couche d'éléments conducteurs, ce qui réduit la possibilité d'étincelles et de contraintes de compression concentrées sur l'isolation des conducteurs, la couche de con- ducteurs étant disposée à l'extérieur du tuyau pneumatique 1 qui présente une pulsation minimale et, par conséquent, pré- sente moins d'usure; b) du polyéthylène comme isolation des conducteurs c) deux couches de polyéthylène séparées autour des con- ducteurs torsadés, ce qui offre une double sécurité; d) en variante, la transmission des signaux muliplexés sur des fibres optiques à l'abri de la pénétration par l'eau e) de la vaseline comme lubrifiant et barrage supplémen- taire pour l'eau; f) la recherche préalable de défauts-ponctuels sur l'iso- lation des conducteurs. 3 A l'extérieur de la couche de conducteurs, on trouve une gaine de protection intermédiaire Son rôle n'est pas essentiellement l'étanchéisation à l'eau Cette gaine peut être en polyuréthane ou en polyéthylène, et son rôle principal est de maintenir les éléments cylindriques et la 7 2545639 vaseline en place et d'assurer la protection contre les con- traintes de compression extérieures locales On peut obtenir ces propriétés avec une gaine relativement mince. L'air qui fuit de ce tuyau pneumatique diffuse à travers cette gaine dans l'eau environnante, ou bien il s'échappe aux extrémités du câble Il ne peut se former de boursouflures, du fait que la gaine est maintenue en place par un renforcement d'acier à l'extérieur de cette couche. 4 Deux couches de renforcement d'acier, torsadées autour du câble dans des sens respectifs opposés, sont dispo- sées à l'extérieur de la gaine 3 Le renforcement d'acier a les fonctions suivantes: a) absorber / soulager la tension dans le câble b) assurer une protection mécanique contre la flexion, l'usure et les contraintes de compression extérieures locales; c) empêcher la formation de boursouflures dans la gaine sous-jacente. Du fait qu'on utilise, de préférence, une seule couche de conducteurs électriques dans le câble et que la gaine entou- rant les éléments conducteurs est mince, il est possible d'uti- liser deux couches complètes de renforcement d'acier croisées sans que, pour autant, le câble devienne trop épais, rigide, lourd et difficile à manipuler en utilisant les procédés et l'appareillage les plus courants actuellement. 5 Facultativement, on peut disposer une gaine exté- rieure de matière artificielle solide, résistant à l'usure, à l'extérieur du renforcement d'acier pour maintenir le renfor- cement en place et empêcher le renforcement de "s'effilocher" en cas de rupture dans le fil d'acier Comme matière appro- priée, il y a lieu de citer un polyester thermoplastique La gaine extérieure ne doit pas nécessairement être étanche, mais elle peut facilement se déchirer en cours d'utilisation. Il y a donc lieu d'insister principalement sur sa résistance à l'usure. L'invention qui vient d'être décrite constitue une solution complète totalement nouvelle pour la structure de câble à canons Les problèmes que présentent les câbles 8 2545639 actuels sont supprimes, et l'invention permet de fabriquer des câbles d'une durée de vie nettement plus longue que les câbles connus actuellement. 9 2545639 REVENDICATIONS 1 Câble de remorquage de canons à air ou à eau derrière un navire séismique, ledit câble comprenant les couches suivantes, du centre vers l'extérieur: un tuyau pneumatique renforcé dans la région centrale, suivi par une couche de conducteurs, une couche d'éléments de soulagement de la tension, et une gaine protectrice ( 5) à l'extérieur, caractérisé en ce que le tuyau pneumatique ( 1) est un tuyau pneumatique flexible à haute pression renforcé par des fibres "Kevlar" présentant une faible diffusion de l'air, en ce que les conducteurs sont isolés séparément par un revêtement étanche à l'eau et disposés suivant une seule couche d'élé- ments cylindriques ( 2) qui sont enroulés autour du tuyau pneumatique ( 1) , les interstices entre les éléments étant comblés par un lubrifiant hydrofuge; en ce que entourant la couche d'éléments cylindriques ( 2) il y a une gaine intermé- diaire protectrice ( 3) non destinée principalement à avoir un effet d'étanchéisation; et en ce que les éléments de soulagement de la tension ( 4) sont, de préférence, réalisés sous la forme de deux couches torsadées dans des sens opposés autour du câble et disposées à l'extérieur de la gaine inter- médiaire. 2 Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tuyau pneumatique comporte un tuyau intérieur de nylon. 3 Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments cylindriques de la couche de conducteurs ( 2) comprennent des conducteurs de cuivre à un fil ou plusieurs fils et/ou une paire de conducteurs blindés torsadée, dont les conducteurs sont isolés par du polyéthylène. 4 Câble selon la revendication 1 ou 3, caractérisé en ce que les éléments cylindriques sont une ou plusieurs fi- bres optiques comportant une gaine isolante/protectrice com- mune. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que les interstices entre les éléments cylindriques sont com- blés par de la vaseline. 6 Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gaine protectrice intermédiaire ( 3) est en polyuréthane ou en polyéthylène. 7 Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gaine extérieure ( 5) est en matière plastique résistant à l'usure, de préférence en polyester thermoplastique, ne pré- sentant pas comme caractéristique primordiale des propriétés d'étanchéisation. 8 Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le renforcement de fibres "Kevlar" entourant le tuyau pneumatique est tourné à un angle qui minimise la dilatation volumique radiale du tuyau pneumatique.