Brevet FR2636038A1 — publié le 19900309

La présente invention concerne une installation pour travaux sous-marins, permettant l'exécution de travaux au fond de la mer, & une grande profondeur, d'une manière très satisfaisante. On a réalisé activement des opérations de dévelop- pement nécessitant des travaux sous-marins efficaces. Dans une région o la mer est relativement peu profonde, par exemple à une profondeur d'environ 10 m, la pression agis- sant sur les machines ne dépasse que d'une atmosphère environ celle qui règne au sol, si bien qu'on peut utiliser les machines normalement utilisées à terre. A cette profon- deur, un rendement mécanique suffisant peut être obtenu avec un moteur classique à combustion interne lorsque le carburant et de l'oxygène sont transmis sans contamination par l'eau. Ainsi, cette profondeur permet l'exécution de travaux sous-marins sans grands problèmes. Une profondeur comprise entre environ 30 et 50 m provoque déjà une certaine dégradation du rendement. Cepen- dant, il est encore possible de réaliser des travaux sous- marins sans présence humaine, avec un appareillage parfai- tement étanche. Les conditions sont différentes dans la région comprise entre environ 100 et 200 m de profondeur. En par- ticulier, la pression hydraulique pose un problème à cette profondeur. Ainsi, un moteur à combustion interne destiné à être utilisé à terre ne fonctionne pas régulièrement à ces profondeurs en raison de l'augmentation de puissance néces- saire pour compenser l'augmentation de frottement résultant de l'allongement des tubes d'admission d'air et d'échap- pement. En outre, il est très difficile de rendre parfai- tement étanche un moteur de grande taille. En conséquence, on ne peut pas exécuter des travaux sous-marins à ces profondeurs. Il a donc été impossible jusqu'à présent de réaliser des travaux efficaces avec un appareillage mécanique, au fond de la mer, dans une région à grande profondeur. L'invention concerne une installation permettant des travaux sous-marins, ne réduisant pas le rendement moteur dans une partie quelconque des machines sous-marines uti- lisées, et ayant une excellente durabilité. L'invention concerne aussi une installation pour travaux sous-marins qui empêche le basculement d'un véhi- cule sous-marin lors des travaux normaux et qui, en cas de renversement du fait des irrégularités topographiques du fond de la mer, permet immédiatement son redressement. L'invention concerne aussi une installation pour travaux sous-marins dans laquelle les câbles, etc. de transmission d'énergie sont maintenus à un état prédéter- miné si bien que la transmission d'énergie ne risque pas d'être interrompue. L'invention concerne aussi une telle installation pour travaux sousmarins qui permet la surveillance des conditions de travail au fond de la mer à partir de la surface de la mer, si bien que la fiabilité et la sécurité des travaux sont élevées. Plus précisément, l'invention concerne une instal- lation pour travaux sous-marins qui comporte un véhicule sous-marin ayant un ensemble mobile, une flèche et un -dis- positif de manoeuvre destiné à entraîner l'ensemble mobile précité et la flèche précitée, le dispositif de manoeuvre comportant des moteurs hydrauliques et des vérins hydrau- liques, et une base flottante qui comporte une cabine de commande et une source motrice destinée à l'entraînement du dispositif de manoeuvre et comprenant une pompe hydraulique et un moteur principal, le dispositif de manoeuvre et la source motrice étant raccordés l'un à l'autre par un câble. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue en élévation latérale mon- trant comment des travaux sous-marins sont exécutés dans un mode de réalisation de l'invention; la figure 2 est une vue en perspective représentant des parties essentielles du mode de réalisation de la figure 1; la figure 3 est une vue en plan représentant le véhicule sous-marin et l'ensemble moteur dans ce mode de réalisation; la figure 4 est une vue en perspective du véhicule sous-marin; la figure 5 représente le véhicule sous-marin- lors- qu'il est descendu au fond de la mer; la figure 6 représente l'arrière du véhicule sous- marin lorsqu'il est suspendu à une grue; la figure 7 est une élévation frontale du véhicule sous-marin; la figure 8 est une vue en élévation latérale repré- sentant la structure de montage de caméra vidéo sous-marine sur le véhicule sous-marin; la figure 9 est une vue en élévation frontale, avec des parties arrachées, d'une partie qui comporte les caméras vidéo sousmarines; la figure 10 est une vue en élévation latérale mon- trant comment le véhicule sous-marin se déplace; la figure 11 est une vue en perspective éclatée représentant le tronçon de base d'un poteau de support; les figures 12 et 13 sont des vue en élévations latérales de tronçons d'accessoires dans d'autres modes de réalisation; et la figure 14 représente les conditions obtenues si aucun poteau tubulaire de retenue de cable n'est disposé sur le véhicule sous-marin. Sur les dessins, la référence A désigne un véhicule sous-marin comprenant un chassis 1. Comme l'indiquent les figures 1, 3 et 4, les ensembles mobiles 2 sont placés des deux côtés du châssis 1. Chaque ensemble mobile 2 comporte des pignons menants avant et arrière 2a et une chenille 2b passant autour de ces pignons 2a qui sont entraînés par un moteur hydraulique M1 formant un dispositif de manoeuvre. Le moteur hydraulique M1 a des propriétés d'étanchéité et * 2636038 de résistance à la pression et il est commandé par exemple par un mélange d'eau et de glycol sous pression. La référence B désigne une flèche destinée à se replier et à s'allonger de manière convenable et placée sur le véhicule sous-marin A comme représenté sur la figure 1. Dans le mode de réalisation représenté, la flèche B com- porte un premier bras 3 du côté de son pied, un second bras 4 dans un tronçon médian, et un troisième bras 5 à l'extré- mité avant. Le tronçon de pied de la flèche B, c'est-à-dire le tronçon de pied du premier bras 3, est fixé à un méca- nisme pivotant 6 placé pratiquement au centre de la face avant du véhicule A. Ce mécanisme pivotant 6 est commandé par un moteur hydraulique M2 qui constitue, avec les moteurs hydrauliques M1, le dispositif précité de manoeuvre. Comme les moteurs hydrauliques M1, le moteur M2 a des propriétés d'étanchéité et de résistance à la pres- sion, et il est commandé par exemple par un mélange sous pression d'eau et de glycol. Les moteurs hydrauliques M1 et M2 sont des moteurs hydrauliques, des moteurs à piston ou analogues. On considère de façon générale qu'il s'agit de moteurs hydrauliques constituant le' dispositif de manoeuvre. Un premier, un second et un troisième vérin hydrau- lique 7, 8 et 9 destinés à faire pivoter le premier, le second et le troisième bras 3, 4 et 5, sont placés entre le châssis 1 et le premier bras 3, entre le premier et le second bras 3 et 4, et entre le second et le troisième bras 4 et 5 respectivement. La référence 10 désigne un accessoire qui, comme représenté sur la figure 1, est monté sur le tronçon anté- rieur du troisième bras 5, et comporte des mâchoires lOa montées en ciseaux et destinées à être ouvertes et fermées par un vérin hydraulique 10b. Cet accessoire 10 peut pivoter sous la commande d'un quatrième vérin hydraulique 11 qui lui est fixé par l'in- termédiaire de bielles 12a, 12b placées entre le troisième bras 3 et le support de l'accessoire 10. Le premier, le second et le troisième vérin hydraulique 7, 8, 9, le vérin hydraulique 10b d'ouverture- fermeture et le quatrième vérin hydraulique 11 sont désignés collectivement "vérins hydrauliques constituant le dispositif de manoeuvre". Ces vérins hydrauliques ont aussi des propriétés d'étanchéité et de résistance à la pression. La référence 13 désigne un poteau de suspension qui est disposé verticalement et qui est raccordé, par une bride ou un dispositif analogue, au socle d'un tronçon 14 d'armature de suspension formé sur le châssis 1 du véhicule à un emplacement G qui correspond au centre de gravité, lorsque les bras 3 à 5 de la flèche B sont repliés comme indiqué sur la figure 5 (voir figures 1, 4, etc.). La référence 15 désigne un poteau tubulaire de pas- sage de câble destiné à empêcher l'empilement du câble. Ce poteau tubulaire 15 est disposé verticalement à un empla- cement de la partie arrière du châssis i du véhicule, et il a à peu près la même hauteur que le poteau 13 de suspension (voir figures 1, 5, etc.). Des lampes 16 de recherche de la flèche ont des emplacements convenables sur la flèche B, et leur rôle est d'éclairer l'accessoire 10 de travail qui se trouve à l'ex- trémité avant de la flèche ainsi que la zone qui l'entoure. Plusieurs caméras vidéo 17 de flèche destinées à photogra- phier la zone entourant les lampes 16 sont aussi montées sur la flèche B. Des lampes 18 de recherche et des caméras vidéo 19 du véhicule (voir figure 3) sont aussi placées aux quatre coins du châssis 1 du véhicule. Comme indiqué sur les figures 3, 7 et 9, les caméras vidéo 19 qui sont placées à la partie avant du châssis sont fixées à des organes de support 20a qui sont articulés sur des châssis de montage dépassant des côtés du châssis 1. Les organes de support a sont déplacés par des vérins hydrauliques 21 de caméra afin que les caméras 19 puissent pivoter en direction verticale. Les caméras vidéo 17 de la flèche et les caméras vidéo 19 du véhicule ont des propriétés d'étanchéité et de résistance à la pression. La référence P désigne une pompe hydraulique placée sur une base qui flotte sur l'eau. Cette pompe hydraulique P est une pompe à engrenage ou analogue, et elle peut appliquer une pression élevée de refoulement (par exemple d'environ 200 à 300 bars). La référence D désigne un moteur principal qui peut comporter un moteur à combustion interne, par exemple un moteur diesel, une turbine à vapeur, un moteur électrique, etc. Le rendement de ce moteur principal Dest tel que la pompe hydraulique P donne une pression élevée de refoulement. La pompe hydraulique P et le moteur principal D constituent, en coopération avec un distributeur de commande D, un ensemble qui est appelé ci-après "source motrice". La référence R désigne une cabine de commande qui comporte un siège 23 destiné à un opérateur, et un levier 22 de commande des vérins et moteurs hydrauliques. Des moniteurs de télévision 24 de surveillance destinés àA pré- senter les images photographiées par les caméras vidéo 17 et 19 de la flèche et du véhicule sont placés devant le siège 23. Le levier 22 permet à l'opérateur de commander le distributeur V relié à la pompe hydraulique P. Le levier 22 est relié au distributeur V par une tuyauterie T. Une tuyauterie souple C1 de fluide hydraulique à haute pression est placée entre la pompe P et les moteurs hydrauliques respectifs, ainsi qu'entre la pompe P et les vérins hydrauliques respectifs. Par ailleurs, un câble C2 d'alimentation en énergie des lampes 16 et 18 de recherche de la flèche et du véhicule est disposé afin qu'il permette à l'opérateur de commander les moteurs et vérins hydrau- liques depuis la cabine de commande R. En outre, un autre câble d'alimentation C2 est monté entre les moniteurs 24 de télévision et les caméras 17 de la flèche, et entre les moniteurs 24 et les caméras 19 du véhicule. La tuyauterie souple C1 et les câbles C2 sont désignés collectivement par l'expression "câble C". La référence S désigne un navire de service sur lequel sont placés la cabine de commande R, le moteur prin- cipal D et la pompe hydraulique P. Ainsi, le câble C qui relie le véhicule sous-marin A au navire de service S a une longueur correspondant à la profondeur du fond dans la région concernée (voir figure 1). Comme l'indique la figure 1, le navire de service S a une grue K qui est raccordée à l'extrémité supérieure du poteau 13 de suspension par un càble W1, un crochet A placé à l'extrémité inférieure du câble W1, et un câble W2. Les câbles W1 et W2 sont appelés collectivement "câble W". L'extrémité inférieure du câble C pénètre dans le poteau tubulaire précité 15, et se divise vers les diffé- rentes parties du véhicule, depuis l'arrière. Grâce à cette disposition, la partie du câble C disposée à proximité du véhicule sous-marin A ne peut pas s'emmêler dans la flèche B, etc. lorsque le véhicule A se déplace ou tourne pendant les travaux sous-marins. Comme représenté sur la figure 4, le véhicule sous- marin A comporte en outre un capteur 25 de niveau destiné à déterminer la position horizontale et un microphone très directionnel 26, placés à l'intérieur du véhicule. La réfé- rence 27 désigne un contrepoids placé à l'extrémité arrière du véhicule A. Un autre contrepoids (non représenté) est placé à l'extrémité inférieure du montant tubulaire 15 de guidage du câble. Dans le mode de réalisation ayant cette construc- tion, l'opérateur placé dans la cabine de commande R manoeuvre le véhicule sous-marin A au fond de la mer, tout en observant les moniteurs 24 de télévision. La source motrice est alors mise en fonctionnement afin que les moteurs des vérins hydrauliques soient commandés, si bien que le véhicule sous-marin A peut se déplacer, la flèche B peut pivoter et l'accessoire 10 peut être manoeuvré. Lorsque les travaux sous-marins sont terminés, le véhicule A, etc. est soulevé par la grue et replacé sur le sol ou transféré à un autre endroit de travail auquel les travaux nécessaires sont réalisés de manière analogue. Ainsi, l'installation de travaux sous-marins, dans ce mode de réalisation, comporte un véhicule sous-marin A ayant un ensemble mobile 2, une flèche B et un dispositif de manoeuvre destiné à commander l'ensemble mobile 2 et la flèche B, le dispositif de manoeuvre étant formé de moteurs et de vérins hydrauliques, et une base flottante ayant une cabine de commande et une source motrice destinée à entraîner le dispositif de manoeuvre et comprenant une pompe hydraulique P et un moteur principal B, le dispositif de manoeuvre et la source motrice étant raccordés l'un à l'autre par un câble C. Cette disposition est avantageuse car elle permet l'entrainement très efficace du véhicule sous-marin, et elle permet l'exécution de travaux sous- marins à grande profondeur, pendant une longue durée. On décrit maintenant plus en détail ces avantages. D'abord, le véhicule sous-marin A ne contient pas de moteur diesel ou analogue, mais uniquement des moteurs et des vérins hydrauliques qui constituent le dispositif de manoeuvre de l'ensemble mobile 2 et de la flèche B. Le fait même qu'il soit commandé par une pression hydraulique assure d'excellentes propriétés d'étanchéité et de résis- tance à la pression aux moteurs et vérins hydrauliques, sans modification particulière. Plus précisément, la pres- sion de refoulement est d'environ 200 bars. Ainsi, si les travaux doivent être réalisés à une profondeur de 200 m par exemple, la pression appliquée au véhicule est d'environ 20 bars, c'est-à-dire une valeur bien inférieure à la limite supérieure que les vérins et moteurs peuvent suppor- ter. Par ailleurs, ces derniers sont suffisamment robustes pour recevoir du fluide à une pression extrêmement élevée, si bien qu'une pression suffisante de manoeuvre peut être obtenue, même si l'on tient compte de la perte de pression due à la résistance introduite par la grande longueur du câble C. En outre, comme le véhicule n'a pas de moteur diesel ou analogue comme moteur principal D, mais des vérins et moteurs hydrauliques ayant des propriétés d'étanchéité et de résistance à la pression, les travaux sous-marins ne posent pratiquement aucun problème. Comme la pompe hydraulique C et le moteur principal D d'entraînement des cylindres et moteurs hydrauliques sont placés sur la base flottant sur l'eau, ils peuvent être commandés pratiquement dans les mêmes conditions qu'au sol, la pompe P et le moteur principal D travaillant avec un rendement mécanique satisfaisant. De plus, même lorsque le câble C reliant la pompe P aux moteurs et vérins hydrauliques est très long, et en conséquence introduit une perte de charge due à la résistance introduite sur sa longueur, cette perte de charge n'a pas beaucoup d'importance puisque le circuit peut fonctionner à une pression hydraulique très élevée. Ainsi, les travaux sous-marins peuvent être réalisés prati- quement dans les mêmes conditions qu'au sol, par utilisa- tion d'un véhicule sous-marin très puissant A. Par ailleurs, comme le véhicule est manoeuvré à partir du navire de service S, l'installation ne présente pas les inconvénients présentés par les travaux sous-marins réalisés par des plongeurs. Les plongeurs peuvent travail- ler jusqu'à des profondeurs de 50 m environ, et pendant un temps très court. Au contraire, l'installation selon l'in- vention permet l'exécution de travaux sous-marins avec un rendement égal ou supérieur à celui d'une pelle mécanique. Comme décrit précédemment, la construction de l'ins- tallation selon l'invention est telle que la partie de manoeuvre sousmarine est séparée de la partie formant moteur principal qui se trouve à la surface de la mer, si bien qu'il est possible d'exécuter des travaux sous-marins uniquement avec des éléments qui possèdent des propriétés satisfaisantes d'étanchéité et de résistance à la pression. Le moteur principal D qui peut être un moteur diesel ou analogue, peut fonctionner à la surface de la mer pratique- ment dans les mêmes conditions qu'à terre. Même lorsque le câble C présente une augmentation de résistance due aux courants marins et analogues et lorsque la région concernée a une profondeur telle qu'elle introduit une perte de charge considérable dans la tuyauterie souple C1 à haute pression du câble C du fait de la longueur du câble, cette perte de charge, étant donné les facteurs précités, peut être facilement compensée grâce à la durabilité du câble C lui-même, à la stabilité due au poids du véhicule sous- marin A, et à la suspension du véhicule au navire de service. Le mode de réalisation décrit, bien que sa construc- tion soit simple pour une machine industrielle, s'est révélé capable de travailler à une profondeur d'environ m avec le même rendement qu'au sol. Par ailleurs, l'installation est avantageuse car elle peut travailler aussi longtemps que le permet sa durabilité mécanique, et cette caractéristique ne peut pas être obtenue avec les installations classiques utilisées avec des plongeurs. Un autre avantage de l'installation selon l'inven- tion est que l'extrémité supérieure du poteau 13 de suspen- sion, qui dépasse verticalement à un emplacement correspon- dant approximativement au centre de gravité G du véhicule A, est raccordée à la grue K, même lors des travaux sous- marins, par un câble, si bien que le véhicule A peut se déplacer au fond de la mer de manière stable. Ainsi, le véhicule sous-marin A est suspendu au navire de service S à un emplacement qui se trouve au-dessus du centre de gravité G, si bien que, si le véhicule a tendance à basculer à cause de la présence d'irrégularités topographiques impré- vues du fond de la mer, il peut être remis en position droite par soulèvement à l'aide de la grue K dès que cette situation est détectée. Comme indiqué précédemment, le poteau 13 de suspension se trouve à un emplacement qui correspond pratiquement au centre de gravité G du véhicule A. En outre, comme l'indique la figure 5, le véhicule est suspendu à un emplacement qui se trouve à une distance h du poteau 13 au- dessus de lui. Grâce à cette disposition, le véhicule sous-marin peut garder un état très stable, sans présenter un basculement ou un roulis imprévu. Le véhicule sous-marin A peut rester en position pratiquement horizon- tale lorsqu'il est soulevé. Ainsi, le véhicule A peut être remis progressivement en position droite, et la stabilité des travaux sousmarins peut être assurée. Le véhicule A peut aussi rester stable lorsqu'il est descendu vers le fond de la mer par la grue K. Comme décrit précédemment, un poteau tubulaire 15 de guidage de câble destiné à empêcher l'emmêlement du cable est monté sur le véhicule A, et la partie du cable C qui est placée autour du véhicule A passe dans le poteau tubu- laire 15. Grâce à cette disposition, le cable C ne peut pas être rompu en cas d'accident imprévu. Ainsi, le poteau 15 évite de manière fiable le risque de passage du véhicule A sur le cable C et de rupture de celui-ci comme indiqué sur la figure 14, cette caractéristique étant particulièrement avantageuse dans les travaux sous-marins à grande profon- deur, lorsque la commande de l'installation est relati- vement difficile. Lorsque le véhicule sous-marin se déplace vers la gauche (comme indiqué sur la figure 10) le cable C ne s'emmêle pas grâce & la présence du poteau tubulaire 15. Ainsi, un tel déplacement du véhicule ne provoque qu'un relâchement de la partie du cable C disposée au-dessus du poteau 15. En outre, l'installation est réalisée de manière que la flèche B comporte des lampes 16 de recherche et des caméras vidéo 17, et que le véhicule A comporte des lampes de recherche 18 et des caméras vidéo 19, les images données par ces caméras vidéo étant présentées par les moniteurs 24 de télévision. Grâce à cette disposition, les travaux sous- marins peuvent être surveillés depuis la surface de la mer pratiquement à l'oeil nu, si bien que la sécurité du tra- vail et la fiabilité sont élevées. Comme représenté sur la figure 12, l'accessoire 10 peut être ouvert et fermé par le quatrième vérin hydrau- lique 11, à la place de la commande du vérin d'ouverture- fermeture 10b. L'exemple représenté correspond à un mouve- ment de serrage. Le mouvement d'ouverture-fermeture est réalisé à l'aide de la bielle 12a qui est commandée par le quatrième vérin 11. Dans cet exemple, un organe auxiliaire est placé entre l'extrémité avant du troisième bras 5 et l'accessoire 10. Cet accessoire 10 peut être du type à godet comme représenté sur la figure 13. Dans ce type d'ac- cessoire, un ensemble à godets comprenant des demi-godets séparés 10c, est ouvert et fermé par un vérin hydraulique d'ouverture-fermeture 10b. Il est aussi possible d'utiliser, autour du poteau tubulaire 15, un tronçon de logement de câble destiné à enrouler le câble C lorsqu'il se relâche, si bien que le câble C est encore mieux protégé contre tout risque d'emmê- lement autour du véhicule sous-marin A. Bien que la description qui précède de l'invention concerne une machine de travaux sous-marins comprenant un véhicule A et une flèche B, l'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation particulier, mais s'applique à d'autres types de machines de travaux ayant des construc- tions différentes. REVENDICATIONS 1. Installation de travaux sous-marins, caractérisée en ce qu'elle comprend un véhicule sous-marin (A) ayant un ensemble mobile (2), une flèche (B), et un organe de manoeuvre destiné à entraîner l'ensemble mobile et la flèche, le dispositif de manoeuvre comprenant des moteurs hydrauliques et des vérins hydrauliques, et une base flot- tante (S) ayant une cabine de commande (R) et une source motrice destinée & l'entraînement du dispositif de manoeuvre et comprenant une pompe hydraulique (P) et un moteur principal (D), le dispositif de manoeuvre et la source motrice étant reliés l'un à l'autre par un câble (C). 2. Installation de travaux sous-marins, caractérisée en ce qu'elle comprend: (a) une machine de travaux sous-marins ayant un véhicule (A), une flèche (B) formée de plusieurs bras (3-5) et comprenant un tronçon de pied supporté sur le véhicule de manière qu'il puisse pivoter et un tronçon antérieur auquel est fixé un accessoire interchangeable (10), et un dispositif de manoeuvre destiné à commander le véhicule, la flèche et l'accessoire, le dispositif de manoeuvre étant commandé par un fluide hydraulique sous pression, (b) un navire de service (S) ayant une source motrice et destiné à transmettre du fluide hydraulique sous pression au dispositif de manoeuvre et une grue (K) des- tinée à la suspension de la machine de travaux sous-marins, et (c) un câble (C) destiné à relier la source motrice au dispositif de manoeuvre. 3. Installation selon la revendication 2, caracté- risée en ce que le véhicule a un poteau de suspension (13) qui en dépasse vers le haut jusqu'à une hauteur prédéter- minée et dont l'extrémité supérieure est reliée à la grue (K). 4. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que le véhicule (A) a un dispositif (15) destiné à empêcher l'emmêlement du câble (C). 5. Installation selon la revendication 4, caracté- risée en ce que le dispositif destiné à empêcher l'emmê- lement comporte un poteau tubulaire (15) de guidage de câble disposé sur le véhicule, le câble (C) étant placé à l'intérieur. 6. Installation selon la revendication 2, caracté- risée en ce que le dispositif de manoeuvre comporte des moteurs hydrauliques et des vérins hydrauliques, et la source motrice comporte une pompe hydraulique (P) et un moteur principal (D). 7. Installation selon la revendication 2, caracté- risée en ce qu'elle comporte des lampes (18) de recherche et des caméras (19) ayant différentes positions sur le véhicule et la flèche, les images des caméras étant contrô- lées sur le navire de service (S). 8. Installation selon la revendication 2, caracté- risée en ce que le poteau de suspension (13) est disposé verticalement à un emplacement correspondant au centre de gravité du véhicule lorsque la flèche est en position prédéterminée par rapport au véhicule.