Brevet FR2600968A1 — publié le 19880108

*1 L'invention concerne un élément d'amarrage destiné essentiellement mais non exclusivement à des mouillages immergés lorsqu'une stabilité en rotation est importante. Les schémas connus de mouillage donnant un certain 5 degré de stabilité en rotation comportent des câbles croisés de mouillage utilisés sur les très grandes structures montées au large des côtes, et une pale déployée au-dessous du corps mouillé et réduisant ses déplacements dans tous les plans. Aucun de ces systèmes ne peut 10 être remorqué avec un faible encombrement ou ne convient au mouillage d'objets ayant une projection de faible surface. Les câbles de mouillage de petits navires ont tendance à s'enrouler et réduisent le couple disponible et en conséquence la stabilité à la torsion. L'invention a pour objet la réalisation d'un élément d'amarrage qui donne une rigidité importante à la torsion. Dans un premier aspect de l'invention, un élément d'amarrage comporte un premier et un second 20 organe ainsi qu'un premier et un second ensemble d'éléments de traction montés entre les organes, le premier et le second ensemble d'éléments de traction ayant tendance à faire tourner les organes dans un premier et un second sens opposés respectivement autour d'un axe 25 passant par les deux organes, lorsqu'une force de séparation est appliquée entre les organes afin qu'une stabilité à la torsion soit obtenue autour de l'axe d'un premier organe, par rapport à l'autre organe. L'élément d'amarrage peut comporter des points 30 de raccordement des éléments de traction qui, pour chaque ensemble d'éléments de traction ou pour tous les éléments de traction, sont disposés régulièrement autour de l'axe de chacun des organes et-à une même distance de cet axe. Chaque élément de traction peut être fixé à un point 35 respectif de raccordement, ou un câble respectif de chacun des ensembles peut être fixé à un point respectif de raccordement. Chaque élément de traction peut avoir des points correspondants de raccordement auxquels il est connecté sur le premier et le second organe et qui sont décalés autour de l'axe d'un angle commun à tous les éléments de 5 traction. Le nombre de câbles peut être égal à quatre, et l'élément d'amarrage peut être disposé afin qu'il assure la stabilité à la torsion autour de. l'axe pour toute une gamme d'attitudes relatives des organes. Les organes peuvent être constitués de tiges 10 portant des points de raccordement près de leurs extrémités, ou des anneaux disposés dans un plan perpendiculaire, à l'axe lorsque l'élément d'amarrage est déployé. L'angle de déplacement peut être choisi en fonction de la distance des points de raccordement à l'axe et 15 de l'espacement radial du premier et du second organe afin qu'un couple maximal de rappel soit obtenu pour un angle prédéterminé de rotation relative des organes, cet angle pouvant être égal à 0 . Selon un autre aspect de l'invention, un 20 élément d'amarrage comporte plusieurs organes, des organes adjacents étant raccordés par un premier et un second ensemble d'éléments de traction, le premier et le second ensemble d'éléments de traction ayant tendance à faire tourner les organes dans un premier et un second 25 sens opposés autour d'un axe passant par les organes lorsqu'une force tendant à séparer les organes est appliquée, afin que les organes possèdent une certaine stabilité à la torsion l'un par rapport à l'autre. Les éléments de traction peuvent être continus, 30 entre tous les organes. Le nombre de câbles compris dans le premier et le second ensemble respectif de câbles, entre un organe externe et l'organe adjacent, est de préférence égal à deux, l'organe externe portant deux points de raccordement séparés par 180 , un câble respec35 tif de chaque ensemble étant raccordé à un point respectif de raccordement, l'élément d'amarrage maintenant ainsi une stabilité à la torsion autour de l'axe pour toute une gamme d'attitudes relatives des organes. L'un des organes peut être un corps flottant destiné à être amarré à une base de masse importante. Les éléments de traction peuvent être des câbles.5 L'invention concerne aussi un procédé destiné à donner une stabilité à la torsion à un premier organe par rapport à un second, dans lequel un premier et un second ensemble d'éléments de traction sont raccordés entre les organes, le premier et le second ensemble 10 d'éléments de traction ayant tendance à faire tourner les organes dans un premier et un second sens opposés autour d'un axe passant par les deux organes, lorsqu'une force de séparation est appliquée entre ces-organes. Le second organe peut être une base et le premier un corps 15 qui doit être amarré à la base. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente un élément d'amarrage pour mouillage selon l'invention, à l'état déployé; la figure 2 est une vue en plan de deux anneaux adjacents de l'élément d'amarrage; la figure 3 représente un câble unique disposé 25 entre deux anneaux; la figure 4 est un graphique représentant la variation du couple de rappel en fonction de la rotation relative des anneaux; les figures 5 et 5a représentent une configura30 tion de câble à "joint universel"; la figure 6 représente l'élément d'amarrage de la figure 1, en position repliée; la figure 7 représente un mode de réalisation d'élément d'amarrage ayant des tiges; et la figure 8 représente un élément complet d'amarrage à quatre câbles, selon l'invention. L'élément d'amarrage représenté sur la figure 1 comprend cinq anneaux rigides d'entretoise 8, 10, 12, 14, 16 raccordés les uns aux autres par deux jeux de câbles 1, 3, 5 et 2, 4, 6, chaque câble étant continu de l'anneau supérieur 8 à l'anneau inférieur 16. L'un des jeux, 5 formé par les câbles 1, 3, 5, est enroulé en hélice dans le sens contraire des aiguilles d'une montre, et l'autre jeu formé des câbles 2, 4, 6 est enroulé en hélice dans le sens des aiguilles d'une montre. Dans ia description, les expressions "dans le sens des aiguilles d'une 10 montre" et "dans le sens contraire des aiguilles d'une montre" sont utilisées lorsque l'élément d'amarrage est observé par-dessus, vers le bas. Le sens opposé du pas des hélices donne une stabilité à la torsion à l'élément d'amarrage lorsque les anneaux supérieur et 15 inférieur 8 et 16 sont soumis à une force de séparation. Dans le cas d'un corps qui doit être mouillé en étant immergé, l'anneau inférieur 16 est raccordé à une base ou un crapaud (non représenté), et l'anneau supérieur 8 est fixé au corps à mouiller, et la force de séparation 20 agissant entre les deux anneaux est la force de flottabilité du corps. Sur cette figure, seul l'élément d'amarrage lui- même est représenté, la base, le corps et le dispositif de fixation de l'élément d'amarrage étant supprimés par raison de clarté. Les anneaux supérieur et 25 inférieur 8 et 16 peuvent être supprimés et les câbles peuvent être directement fixés à des points de raccordement du corps et de la base. La "base" peut être simplement le fond de la mer lui-même, les câbles étant fixés à des pieux enfoncés dans le sol. Il faut noter 30 que l'élément d'amarrage peut aussi être utilisé sous forme "inversée" afin qu'il supporte un corps plongeant, la "base" se trouvant alors au- dessus du corps, par exemple une plate-forme flottante. La force de séparation crée dans chaque câble 35 une tension, une composante de cette tension provoquant la rotation des anneaux dans le sens contraire des aiguilles d'une montre (câbles 1, 3, 5) ou dans le sens des aiguilles d'une montre (câbles2, 4, 6). Ces forces de rotation sont symétriques autour de l'axe 31 perpendiculaire au plan des anneaux si bien que, pour une force de rotation appliquée de valeur nulle, le couple agissant 5 dans le sens des aiguilles d'une montre équilibre le couple agissant dans le sens contraire des aiguilles d'une montre. Lorsqu'une force de rotation est appliquée, par exemple par rotation du corps mouillé dans un courant, la base supérieure 8 tourne par rapport à la bague infé10 rieure fixe 16 et la force de tension augmente dans un jeu de câbles. Ainsi, lorsque le corps tourne dans le sens A indiqué par la flèche, c'est-à-dire dans le sens des aiguilles d'une montre, la tension des câbles 1, 3 et 5, qui sont placés dans le sens contraire des 15 aiguilles d'une montre, augmente avec traction des anneaux 8, 10, 12, 14 vers l'anneau 16 se trouvant sur le crapaud. La distance de séparation des anneaux est réduite si bien que l'autre jeu de câbles présente du jeu. Le couple appliqué sur le corps est alors en20 tièrement du aux câbles 1, 3 et 5 et s'oppose à la rotation appliquée et ramène ainsi le corps vers une position de couple résultant nul. Ainsi, un petit déplacement angulaire dans un sens ou dans l'autre provoque l'application d'un couple maximal de rétablissement si 25 bien que l'ensemble possède une stabilité élevée à la torsion autour de son axe longitudinal 31. Les câbles doivent être d'un type présentant une grande rigidité à la tension afin qu'ils aient un fonctionnement efficace, et il s'agit par exemple d'un câble à gaine. Il faut 30 noter cependant que les éléments de tension peuvent être différents des câbles, par exemple des chaînes. Des câbles discontinus, c'est-à-dire de courts tronçons de câble placés entre les anneaux adjacents, peuvent aussi être utilisés. La figure 2 est une vue en plan de deux bagues successives 10, 12 de l'élément d'amarrage de la figure 1, la bague supérieure 10 étant agrandie afin que le dessin de fixation des câbles apparaisse. Chaque anneau a six organes 9 de fixation de câbles régulièrement répartis autour du bord interne de l'anneau, et deux trous 11 de passage de tiges, ayant des positions opposées 5 et destinés à coopérer avec des tiges (dépassant par exemple de la base) en position de stockage. Les organes 9 de fixation de câbles peuvent avoir des formes diverses. Par exemple, il peut s'agir de pinces fixant chaque câble sur chaque anneau. Les trous 11 de passage de 10 tiges sont disposés autour des anneaux respectifs de manière que les organes de fixation de câbles ne soient pas alignés les uns sur les autres et ne soient pas en contact lorsque l'élément d'amarrage est replié, puisque les organes 9 de fixation de câbles peuvent dépasser 15 au-dessus ou au-dessous des anneaux. Le nombre d'organes de fixation de câbles n'est pas obligatoirement aussi grand que le nombre de câbles. Un câble de chaque jeu peut être fixé à certains des points de raccordement ou à tous ces points, comme dans le mode de réalisation 20 représenté sur la figure 5 par exemple. On se réfère maintenant à la figure 3 qui représente un câble unique 1' placé entre deux anneaux adjacents 10', 12'; on peut démontrer que: Q = (W-B) r2sin (0 + d0) z1 - z o r étant le rayon des anneaux, 0 étant l'angle de décalage du câble entre les anneaux, W étant la masse du corps, B étant la force de flottaison, et do étant l'angle de rotation au-delà de l'angle de décalage. La valeur de Q est donc maximale lorsque 35 0 + dO est égal à 90 . La figure 4 est un graphique représentant, en ordonnées le couple de rappel, en fonction de la rotation relative des anneaux adjacents, portée en abscisses, pour des espacements initiaux des anneaux (z/r) tels que: rayon des anneaux r = 0,2667 mètre flottabilité résultante W - B = 60 g newtons angle initial de décalage 0 = 90 . Ce graphique montre clairement comment le couple est plus faible lorsque l'espacement des anneaux est élevé. Il est donc avantageux que l'espacement ne dépasse pas le double environ des rayons des anneaux. 10 En outre, les câbles adjacents risquent de se tordre lorsque la distance séparant les anneaux est faible. Pour les grandes distances de séparation, l'angle initial de décalage de 90 donne un couple qui diminue au-delà d'une certaine rotation relative des anneaux, si bien que de 15 plus faibles angles initiaux de décalage sont préférables de manière qu'ils donnent un couple croissant progressivement à partir de la condition de stabilité. Par exemple, il peut être préférable que le couple maximal de rappel soit exercé pour un angle de rotation de 20 5 ou 10 au lieu de 00. Le rapport z/r et l'angle de décalage 0 sont choisis, dans le cas d'un élément particulier d'amarrage, compte tenu de ces considérations théoriques portant sur le couple maximal pour un certain angle et en fonction de considérations pratiques relatives à l'encom25 brement et au poids que peut atteindre l'élément d'amarrage et au couple hydrodynamique appliqué au corps qui peut être prévu. De nombreuses variantes de configuration de câble sont possibles, pourvu que, lorsqu'aucune force 30 de rotation n'est appliquée, le couple résultant appliqué aux anneaux soit nul. L'élément d'amarrage de la figure 1 met en oeuvre six câbles, avec un angle initial de décalage de 60 , bien qu'il n'existe 'pas de relation primordiale entre l'angle de décalage et le nombre 35 de câbles, et l'invention s'applique aussi à d'autres nombres de câbles (au nombre de deux au moins dans chaque jeu), ayant des dispositions différentes, éven- tuellement irrégulières, autour des anneaux et les angles de décalage différents pour un câble donné, pouvant varier au niveau des anneaux successifs. Un nombre de câbles relativement élevé augmente la stabilité 5 des anneaux en tangage. Le fonctionnement de l'élément d'amarrage est complexe lorsque tous les facteurs sont pris en considération, par exemple les courants permanents inclinant l'élément d'amarrage ou les oscillations, et la configuration du câble est choisie afin qu'elle 10 donne les meilleures caractéristiques dans les conditions particulières considérées. La figure 5 représente une configuration à quatre câbles 21-24 placés entre deux anneaux 25, 26, jouant le rôle d'un joint universel permettant au corps 15 amarré de pivoter dans la direction du courant et dans le plan perpendiculaire à ce courant, tout en gardant une grande rigidité à la torsion. Un tel joint peut être utilisé uniquement à la partie supérieure et/ou inférieure de l'élément d'amarrage, ou tout l'élément 20 d'amarrage peut être composé de tels joints comme représenté sur la figure 7. Un autre avantage de cette configuration est qu'elle risque moins de présenter des problèmes de contact mutuel des câbles. Dans le cas d'un écoulement parallèle à l'axe 25 X-X, l'anneau 25 étant supposé fixe, c'est-à-dire fixé rigidement à la base, les quatre câbles et l'anneau, 26 basculent (comme indiqué sur la figure 5a) de manière que les anneaux ne se trouvent plus dans des plans parallèles. Les angles de décalage augmentent entre des 30 points correspondants 27, 29 et 28, 29 de raccordement (dans le cas d'un bascalement vers la droite) et diminuent entre des points correspondants de raccordement 27, 30 et 28, 30. La rotation de l'anneau supérieur 26 dans le sens B (dans le sens contraire des aiguilles d'une 35 montre) provoque la détente des câbles 22, 24 alors que les câbles 21, 23 exercent un couple de rappel, ou inversement dans le cas d'une rotation dans le sens des aiguilles d'une montre. Lorsque le courant est parallèle à l'axe Y-Y, seul l'anneau 26 bascule (autour de l'axe passant par les points de raccordement 29, 30). Les angles des câbles et leur fonctionnement lors de la rotation ne 5 sont pas affectés. Manifestement, dans le cas d'un courant ayant des composantes dans les deux directions, le comportement de l'élément d'amarrage est une combinaison des deux comportements décrits précédemment, c'est-àdire que l'ensemble de l'élément dfamarrage pivote 10 et l'anneau tourne aussi autour de l'axe passant par ses points de raccordement. Les anneaux représentés sur les figures 1, 2, 3, 5 et Sa sont des exemples d'organes convenant à la séparation et au support des câbles. Des anneaux, con15 trairement à des disques, permettent un logement du câble à l'intérieur des anneaux avant le déploiement de l'élément d'amarrage, si bien que le stockage peut être réalisé avec un faible encombrement. La figure 6 représente l'élément d'amarrage de la figure 1 sous forme 20 repliée ou stockée. Les anneaux sont empilés sur une tige 13 et les câbles occupent l'espace compris dans l'empilement des anneaux. Un crapaud 17 est fixé à l'anneau inférieur 16 et a une masse suffisante pour qu'il résiste aux forces de glissement sur le fond de 25 la mer. L'anneau supérieur 8 est fixé au corps 7 à mouiller. Un autre avantage des anneaux est qu'ils présentent une plus faible traînée hydrodynamique que les disques par exemple ou d'autres organes pleins. La figure 7 représente un mode de réalisation 30 d'élément d'amarrage ayant des tiges 33 constituant des organes d'entretoise, chaque tige étant perpendiculaire à la tige voisine ou aux tiges voisines. Les quatre câbles (deux dans chaque jeu) ont une configuration de "joints universels" comme dans le cas de la fi35 gure 5, avec des angles de décalage de 90 . Les tiges réduisent le volume et la masse de l'élément d'amarrage, ces caractéristiques pouvant être importantes lors du stockage ou du déploiement. Un câble central 15-est incorporé à titre de caractéristique de sécurité, au cas o l'un quelconque des autres câbles se briserait. Les tiges ont de préférence une section ovale afin 5 que la traînée hydrodynamique soit réduite après déploiement, dans la direction de l'écoulement du courant, avec cependant application d'une plus grande traînée lorsque l'élément d'amarrage est déployé afin qu'il descende vers le fond de la mer. Les raccords supérieur et infé10 rieur sont réalisés directement sur le corps et la base respectivement. Le mode de réalisation d'élément d'amarrage selon l'invention le plus simple n'a pas d'organes d'entretoise. Les câbles sont directement fixés au corps 15 et à la base comme représenté sur la figure 8. Cet arrangement ne convient qu'à un élément d'amarrage de faible dimension, c'est-à-dire ayant une faible valeur z/r, car un très long 6âble nécessiterait des angles de décalage très faibles et en conséquence peu 20 efficaces. La configuration des câbles formant un joint universel peut encore être utilisée, mais toute autre configuration convient aussi. Bien que les modes de réalisation décrits précédemment concernent le mouillage immergé, l'inven25 tion peut aussi être utilisée pour l'amarrage au sol d'un objet qui flotte dans l'air ou pour l'amarrage d'un objet lourd à une plate-forme se trouvant au-dessus. Elle convient aussi dans l'espace libre, et dans ce cas la force de séparation n'est pas une force de pesanteur 30 ou de flottaison, mais peut être créée par exemple par un dispositif mécanique ou par l'amarrage du corps sur une base qui accélère. REVENDICATIONS 1. Elément d'amarrage, caractérisé en ce qu'il comprend un premier et un second organe (8-16) et un premier et un second ensemble d'éléments de traction 5 (1-6) montés entre les organes et destinés à faire tourner ceux-ci dans un premier et un second sens opposés autour d'un axe passant par les deux organes lorsqu'une force de séparation est appliquée entre les organes, afin que l'un des organes présente une stabilité à la torsion 10 par rapport à l'autre autour dudit axe. 2. Elément d'amarrage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des points de raccordement (9) des éléments de traction (1-6) qui, pour chaque ensemble d'éléments de traction, sont régulièrement 15 disposés autour de l'axe de chacun des premier et second organes (8-7) et sont équidistants de cet axe. 3. Elément d'amarrage selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte des points de raccordement (9) des éléments de traction (1-6) qui sont 20 régulièrement disposés autour de l'axe de chacun des premier et second organes (8-7) et qui sont équidistants de cet axe. 4. Elément d'amarrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chacun 25 des éléments de traction (1-6) est fixé à un point respectif de raccordement (9). 5. Elément d'amarrage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque élément de traction (16) a des points correspondants 30 de raccordement (9) auxquels il est raccordé sur le premier et le second organe (8-16), les points correspondants de raccordement étant décalés mutuellement autour de l'axe d'un angle de déplacement commun à tous les éléments de traction. 6. Elément d'amarrage selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'angle de décalage est égal à 360/n degrés, n étant le nombre total d'éléments de traction sous forme de câbles. 7. Elément d'amarrage selon l'une - quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le nombre d'éléments de traction (1-6) sous forme de câbles est égal à quatre, l'élément d'amarrage assurant 5 ainsi la stabilité à la torsion autour dudit axe pour toute une gamme d'attitudes -relatives des organes (8-16). 8. Elément d'amarrage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'un au moins des organes est une tige (33) formant des 10 points de raccordement près de ses extrémités. 9. Elément d'amarrage selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que l'angle de décalage est choisi en fonction de la distance des points de raccordement à l'axe et de l'espacement axial 15 du premier et du second organe afin qu'un couple maximal de rappel soit appliqué pour un angle prédéterminé de rotation relative du premier et du second organe (8-16). 10. Elément d'amarrage selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'angle prédéterminé est égal à 0 . 20 11. Elément d'amarrage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'un au moins des organes est un anneau (8-16) placé dans un plan perpendiculaire audit axe lorsque l'élément d'amarrage est déployé. 12. Elément d'amarrage, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs organes (8-16),. les organes adjacents étant raccordés par un premier et un. second ensemble d'éléments de traction (1-6), le premier et le second ensemble d'éléments de traction étant disposés afin 30 qu'ils aient tendance à faire tourner les organes dans un premier et un second sens opposés autour d'un axe passant par les organes lorsqu'une force tendant à séparer les organes est appliquée, afin que chacun des organes possède une stabilité à la torsion par 35 rapport aux autres organes. 13. Elément d'amarrage selon la revendication 12, caractérisé en ce que les éléments de traction (1-6) sont continus parmi tous les organes (8-16). 14. Elément d'amarrage selon la revendication 12, caractérisé en ce que le nombre d'éléments de traction sous forme de câbles du premier et du second ensemble d'éléments de traction (1-6), entre un organe externe 5 (8) et un organe adjacent (10) est égal à deux, et en ce que l'organe externe a deux points de raccordement séparés de 180 , un câble respectif de chacun des ensembles étant raccordé à un point respectif de raccordement, l'élément d'amarrage gardant ainsi une stabilité 10 à la torsion autour de l'axe pour toute une gamme d'attitudes relatives desdits organes. 15. Elément d'amarrage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'un des organes est un corps flottant (7) destiné à 15 être amarré à une base lourde (17). 16. Elément d'amarrage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments de traction (1-6) sont des câbles. 17. Procédé de création d'une stabilité à 20 la torsion entre un premier organe (7) et un second organe (17), caractérisé en ce qu'il comprend le raccordement d'un premier et d'un second ensemble d'éléments de traction (1-6) entre les organes (8-16), le premier et le second ensemble d'éléments de traction (1-6) ayant 25 tendance à faire tourner les organes (8-16) dans un premier et un second sens opposés autour d'un axe passant par les organes, lorsqu'une force de séparation est appliquée entre ces organes. 18. Procédé selon la revendication 17, caracté30 risé en ce que le second organe (17) est une base et le premier organe (7) est un corps à amarrer à la base.