Brevet FR2654562A1 — publié le 19910517

La présente invention concerne une terminaison de câble souple destinée à terminer un câble sous-marin qui doit être raccordé à un boîtier de répéteur immergé ou analogue. Les systèmes modernes à câbles sous-marins de grande longueur, tels que les systèmes TAT-8 et P-TAT, utilisent un dispositif destiné à limiter la courbure à l'endroit o le câble se raccorde au boîtier du répéteur immergé. La pose et le relevage d'un tel câble provoque l'application de forces élevées de traction dans le câble. Lorsqu'un répéteur passe autour d'une poulie ou d'un tambour d'enroulement, des forces appliquées aux fils métalliques assurant la résistance du câble peuvent avoir des directions non axiales étant donné les très fortes courbures locales du câble, à sa terminaison sur le répé- teur Ceci provoque inévitablement une rupture des éléments des câbles à des charges bien inférieures à la résistance à la traction du câble lui-même. Le rôle du limiteur de courbure est d'égaliser ces forces par disposition d'un élément semi-flexible à chaque extrémité du répéteur Ce dispositif constitue une solution convenable au problème de la réduction de la courbure à la terminaison du câble et du répéteur Le brevet britannique n' 2 142 788 décrit un tel dispositif constituant un limiteur de courbure "Armadillo" Il comporte une structure segmentée sous forme d'un tube constitué d'un certain nombre de plaques annulaires, chaque plaque étant raccordée à sa voisine par des boulons La structure a une dimension externe qui diminue, les segments ayant des dimensions comprises dans toute une gamme Un manchon élastique est placé à l'intérieur du limiteur de courbure afin qu'il exclue les matières qui pourraient provoquer un coincement ou une abrasion des différents éléments du limiteur de courbure. Dans le limiteur de courbure "Armadillo", les boulons ont une longueur suffisante pour qu'ils laissent un espace prédéterminé entre les plaques adjacentes Lors- qu'une force de traction rectiligne est appliquée, le limiteur de courbure s'allonge à la limite de retenue des boulons Lorsqu'il fléchit, les plaques sont en contact à l'intérieur de la courbe alors qu'elles sont retenues à l'extérieur par les boulons qui déterminent la courbure limite Le résultat est qu'il existe un certain jeu ou espace en direction axiale et en rotation, et ce jeu doit être compensé par la réalisation du tube de queue qui relie la terminaison du câble au répéteur. Dans une situation idéale, les techniques de pose et de relevage utilisées avec des installations embarquées sur un navire, par exemple dans les systèmes TAT-8 et P-TAT, nécessitent le passage du câble et du répéteur autour du cabestan de halage et sur les poulies de poupe et de proue. Le fait que cette caractéristique puisse être utilisée ou non dépend dans une grande mesure de la longueur de la partie rigide du répéteur et de l'espace physique restant autour du cabestan de halage Les conditions d'espace sont analogues mais pas aussi sévères autour des poulies de poupe et de proue. On connaît une autre disposition qui est une dispo- sition de montage à la cardan dont un exemple est repré- senté dans la demande de brevet européen no O 268 210 et dans la demande de brevet britannique no 2 197 539 Cette disposition donne satisfaction dans le cas de répéteurs ayant des boîtiers courts, par exemple inférieurs à 1,5 m, car l'angle de fléchissement est limité à 580 environ Dans le cas de boîtier plus grands, par exemple d'environ 3 m, ce fléchissement est insuffisant. Une autre solution à l'utilisation d'un limiteur de courbure et d'un ensemble à la cardan, bien qu'elle ne soit pas la première, a été proposée il y a une quarantaine d'années et est représentée dans le brevet britannique N O 634 483 Selon cette proposition, le problème de la courbure excessive du câble à l'endroit o il se raccorde au boîtier du répéteur est évité par réalisation de l'en- semble du boîtier du répéteur lui-même sous forme flexible. Dans ce cas, le boîtier du répéteur est constitué de plusieurs tubes relativement courts, contenant chacun un élément complet du répéteur, les tubes étant raccordés les uns aux autres par des joints à rotule qui ont des passages permettant l'interconnexion des éléments individuels de répéteur. Cette forme particulière de boîtier flexible de répéteur n'a sans doute jamais été utilisée industriel- lement, sans doute à cause de son coût de fabrication et de la difficulté de la réalisation d'un boîtier étanche, hermétique et résistant à la pression, destiné à contenir les éléments amplificateurs du répéteur Cet aspect est indiqué à la ligne 35 de la page 3 qui suggère que l'appa- reil répéteur soit lui-même enfermé dans une seule gaine continue de cuivre Cependant, il n'est pas indiqué clai- rement si elle résiste à la pression ou si le boîtier est destiné à résister à la pression, et dans ce cas les joints devraient supporter de plus grandes charges, comme suggéré à la ligne 24 de la page 3. Des boîtiers flexibles de répéteur ont cependant été utilisés industriellement il y a de nombreuses années dans des systèmes analogiques dans lesquels ils ont été incor- porés à la structure du câble à l'aide d'éléments d'arma- ture sous forme de fils métalliques placés sur l'élément répéteur. Dans ce cas les éléments répéteurs résistent à la pression et sont entourés par du polyéthylène qui donne la résistance à l'eau et qui est lui-même entouré par des fils d'armature donnant la résistance nécessaire à la traction entre les extrémités du répéteur Cette disposition n'a pas été utilisée pendant de nombreuses années et n'a certaine- ment pas été appliquée aux systèmes sous-marins de type optique. L'invention a pour objet une terminaison de câble souple permettant une courbure d'angle important, supérieur à 580, d'une manière simple et peu coûteuse, permettant la réduction au minimum et même l'élimination du problème du jeu posé par les limiteurs de courbure proposés anté- rieurement. L'invention concerne une terminaison de câble souple destinée à raccorder un câble sous-marin à un boîtier rigide de répéteur, la terminaison comprenant un premier et un second accouplement qui peuvent tourillonner, le premier accouplement ayant un dispositif de connexion au boîtier du répéteur, le second accouplement ayant un dispositif de connexion au câble, les accouplements étant raccordés par une barre rigide et creuse de liaison qui peut loger des éléments souples de transmission placés entre le câble et le boîtier du répéteur et dont le diamètre est inférieur à celui des deux accouplements afin que la terminaison puisse se courber d'un angle supérieur à 58 , un dispositif étant destiné à empêcher la rotation du dispositif de connexion au câble par rapport au dispositif de connexion au boîtier. Dans un mode de réalisation, la barre de liaison porte les rotules respectives d'un premier et d'un second ensemble à rotule formant les accouplements respectifs. Chaque logement de joint à rotule a avantageusement un axe qui dépasse vers l'intérieur et qui se loge dans une gorge alignée axialement à la surface de la rotule complémen- taire, si bien que les logements ne peuvent pas tourner l'un par rapport à l'autre. Dans un autre mode de réalisation, chaque accouple- ment est réalisé sous forme d'un ensemble monté à la cardan. Dans un autre aspect, l'invention concerne un câble souple de queue destiné à connecter optiquement et électri- quement un câble sous-marin à un boîtier de répéteur par l'intermédiaire d'une terminaison souple, le câble compre- nant un tube souple résistant à la pression hydrostatique et destiné à empêcher la détérioration des fibres optiques par les pressions hydrostatiques régnant au fond de la mer, un dispositif destiné à limiter le rayon de courbure du câble, et une poulie isolante destinée à isoler un conduc- teur électrique du câble de l'eau de mer. 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 terminaison souple à rotules selon un mode de réalisation de l'invention; la figure 2 représente l'ensemble de la figure 1 sous forme totalement fléchie ou courbée; la figure 3 représente un câble à tube de queue raccordant le câble sous-marin au répéteur par l'intermé- diaire de la terminaison; et la figure 4 représente une variante de terminaison selon un second mode de réalisation de l'invention, la figure 4 A étant une variante de la figure 4. On se réfère à la figure 1; un carter 1 de répéteur a une cloison principale 2 formant un joint à haute pres- sion entre l'eau de mer et l'atmosphère interne du boîtier du répéteur. Une garniture 3 de câble est placée dans la cloison 2 et assure l'étanchéité d'un câble de queue 4 avec la cloison 2 Le câble 4 a des conducteurs électrique et optiques, le conducteur électrique étant destiné à trans- mettre de l'énergie au répéteur et les conducteurs optiques étant destinés à transmettre les signaux de communication. Le câble 4 est un câble souple rectiligne qui peut fléchir en arc de cercle comme représenté sur la figure 2. Le câble sous-marin principal 5 qui peut corres- pondre à l'un des brevets britanniques N O 1 550 588, 2 063 502, 84 24 044, 85 16 290 ou 86 14 671 n'est pas décrit en détail dans le présent mémoire. Le câble est fixé par un dispositif d'ancrage tel que décrit dans le brevet britannique no 2 122 245 Ce dispositif d'ancrage peut être boulonné sur un organe de queue 6 par l'intermédiaire de trous 7 de passage de boulons. Le câble principal 5 est raccordé au câble 4 au niveau d'un raccord rigide 5 A et un exemple de câble convenable et de procédé de fabrication sont illustrés par la figure 3. L'organe 6 de queue est vissé dans un boîtier cylindrique 8 ayant un rebord 9 qui dépasse radialement vers l'intérieur et qui retient un élément rapporté 10 qui est divisé dans un plan contenant l'axe longitudinal. L'élément rapporté 10 est retenu dans le boîtier 8 entre le rebord 9 et l'épaulement 11, sur l'organe 6. Le boîtier 8 et l'élément rapporté 10 forment un logement d'un ensemble à double joint à rotule. Le carter 1 du répéteur a un logement analogue au logement décrit, et comprend un boîtier 12 analogue au boîtier 8 mais destiné à être fixé à une bague 13 vissée à l'extrémité du carter 1 du répéteur Ces éléments sont bloqués par des boulons 14. Le boîtier 12 a de même un élément rapporté fendu 15 qui est fixé au boîtier 12 entre un rebord 16 tourné radialement vers l'intérieur du boîtier 12 et le nez 17 de la bague 13. Les deux boîtiers et leurs parties constituantes forment des logements délimitant des surfaces internes partiellement sphériques, à l'aide des éléments rapportés et 15. Les éléments rapportés se déplacent sur des surfaces sphériques externes d'une barre 20 de liaison à double rotule ayant une première rotule 21 qui se loge dans le logement droit sur la figure 1 et une seconde rotule 22 qui se loge dans le logement gauche de la figure 1. Pour que les logements droit et gauche ne puissent pas tourner l'un par rapport à l'autre, chaque logement a des ergots diamétralement opposés 23 dans le logement de droite et 24 dans le logement de gauche, qui se logent dans des fentes partiellement circonférentielles 25 et 26 formées dans les rotules 21 et 22 respectivement De cette manière, tout couple appliqué au câble est transmis au carter 1 du répéteur. La barre de liaison est creuse sur toute sa longueur et, dans ce mode de réalisation particulier, à l'emplace- ment le plus étroit, au centre, elle a un diamètre d'envi- ron 100 mm, la longueur entre les centres des rotules 21 et 22 étant d'environ 260 mm, l'ensemble pouvant supporter une force de traction de 9 10 N D'autres applications peuvent nécessiter des valeurs différentes des dimensions et de la résistance mécanique. On se réfère à la figure 2 qui représente l'ensemble à joint à rotule de la figure 1 sous forme totalement fléchie On peut noter que chaque boîtier 8 et 12 a un nez cylindrique incliné 8 a et 12 a respectivement, les deux nez étant en butée dans la position totalement fléchie Ils constituent un organe de limitation et d'arrêt donnant un angle total de déviation de 800 dans ce mode de réali- sation. On peut noter que le câble de queue fléchit de l'angle de 80 en suivant une courbe régulière sur toute sa longueur, et il touche l'intérieur de la barre de liaison uniquement dans la position centrale indiquée en X sur la figure 2. L'avantage du limiteur à joints à rotule décrit dans le présent mémoire est que l'ensemble présente un jeu faible ou nul, si bien que, lorsqu'une force de traction est appliquée au câble, par exemple pendant les opérations de pose ou de relevage, le déplacement relatif des diffé- rentes parties de l'ensemble est faible, et des contraintes excessives de traction ne sont pas appliquées au câble souple La disposition est aussi particulièrement peu encombrante et légère par rapport à l'ensemble "Armadillo" décrit précédemment, et elle donne un fléchissement supé- rieur à celui de l'ensemble à cardan de la technique antérieure, indiquée précédemment. Ceci permet la réalisation d'un câble plus simple que ceux qui ont été utilisés jusqu'à présent, par exemple le câble à enroulement hélicoïdal décrit dans le brevet britannique no 2 197 539 Un câble plus simple qui convient comme câble de queue est représenté sur la figure 3. L'ensemble optique 30, analogue à ceux qui sont décrits dans le brevet précité et en fait l'ensemble du câble 5 peut passer dans le câble de queue et est logé dans un organe 31 ayant une résistance mécanique élevée, enroulé en spirale sous forme élastique et ayant des gaines interne 32 et externe 33 d'isolement à haute tension qui lui sont fixées Une gaine externe 34 de polyéthylène est extrudée sur la gaine 33 et complète le câble. L'organe 31 qui possède une grande résistance à la traction est analogue à un ressort hélicoïdal robuste à spires jointives et il est formé de préférence d'un métal ayant de bonnes propriétés élastiques, avec une section rectangulaire Les extrémités du câble de queue sont fixées, à une première extrémité, dans la garniture 3 et, à l'autre extrémité, au câble 5 au joint 5 A, la garniture et éventuellement le joint 5 A au moins ayant été préalablement moulés sur le câble, avant montage dans la terminaison. Comme l'indique la figure 3, l'organe 30 sous forme d'un enroulement à spires jointives se loge dans un manchon 3 A placé dans la garniture 3 et est brasé sur ce manchon. On se réfère maintenant à la figure 4 qui représente une terminaison analogue à celle des figures 1 et 2, mis à part le remplacement des joints à rotule par un accouple- ment à la cardan. Sur les dessins, un carter 41 de répéteur a une cloison principale 42 qui forme un joint à haute pression entre l'eau de mer et l'atmosphère inerte du carter 41 Un câble de queue 44 passe dans une garniture 43 placée dans la cloison 42. Le carter 41 a une partie 41 A formant un prolon- gement qui a des surfaces internes opposées d'appui 41 B et 41 C Elles coopèrent avec un palier 45 qui peut touril- lonner et qui est porté par deux axes 46 A et 46 B permettant le tourillonnement du palier 45 autour de l'axe X-X. Le palier 45 porte lui-même un second palier 47 qui peut tourillonner et qui est réalisé sous forme d'une extrémité à rotule, sur une barre creuse 48 de liaison Une seconde paire d'axes 49 de tourillonnement bloqués dans le palier 45 et portant la rotule 47 permet le tourillonnement de la rotule 47 dans le palier 45 autour de l'axe X. Les surfaces de palier sont de préférence formées d'un matériau métallique ayant des propriétés convenables de résistance mécanique et de résistance à la corrosion. L'accouplement décrit jusqu'à présent est fixé au boîtier du répéteur. La seconde partie de l'accouplement fixé à l'extré- mité du câble est représentée à droite Le câble 50, analogue à tous égards au câble 5 de la figure 1, est fixé par un dispositif d'ancrage analogue à celui qui est décrit dans le brevet britannique no 2 122 245 Cette disposition est boulonnée sur un organe de queue 51, par passage dans un trou 52. L'organe 51 de queue est vissé dans un boîtier cylindrique 53 portant à l'intérieur deux surfaces opposées de supports tourillonnants 53 A et 53 B Deux axes de touril- lonnement 54 A et 54 B ont le même rôle que les axes 46 A et 46 B car le palier 55 est supporté par les axes et peut tourillonner autour d'un axe X'-X'. L'autre palier tourillonnant 55 porte à l'intérieur un joint à rotule 56 fixé rigidement à l'autre extrémité de la barre 48 de liaison Le joint à rotule 56 est porté dans le palier 55 par une seconde paire d'axes de tourillon- nement si bien que le joint 56 peut tourillonner autour de l'axe Y'. La terminaison décrite comporte ainsi un double ensemble à cardan comprenant des axes de tourillonnement donnant le même angle de courbure (environ 80 ) que le joint à double rotule décrit en référence aux figures 1 et 2. Une des différences entre le mode de réalisation de la figure 4 et celui des figures 1 et 2 est que le câble 44 de queue du mode de réalisation de la figure 4 est un câble classique dans la mesure o il a une extrémité hélicoïdale 44 A qui est raccordée par la garniture 43 et une autre extrémité hélicoïdale 44 B qui est raccordée au câble sous- marin principal 50. Cependant, il faut noter qu'un câble rectiligne tel que représenté sur la figure 3 peut être utilisé dans le mode de réalisation de la figure 4 pourvu que la barre de liaison 48 soit bombée au milieu d'une manière suffisante pour qu'un arc de cercle régulier soit obtenu lorsque la terminaison a fléchi totalement comme indiqué sur la figure 2, mais pas au point de gêner les bords complémentaires des parties 53 et 41 A ou les extrémités des surfaces 41 B, 53 A, et 55, afin que le grand angle de flexion de la termi- naison ne soit pas réduit La barre de liaison peut ainsi être bombée au milieu, de la même manière que la partie 20 de la figure 1 Dans ce cas, la partie 20 a une dimension qui diminue vers les côtés de la barre de liaison repré- sentée sur la figure 4 et qui s'agrandit vers les joints à rotule 47 et 56 La figure 4 A est un schéma d'une telle barre de liaison Le trait interrompu L indique le trajet en arc de courbe qui est suivi par le câble de queue avec une telle barre de liaison, et un câble de queue analogue à celui de la figure 3 peut être utilisé dans ce mode de réalisation. Dans tous les modes de réalisation décrits, l'angle de fléchissement de la terminaison dépasse 580 et, dans les deux modes de réalisation décrits, il atteint 800 Ceci permet le raccordement d'un boîtier de répéteur de grande longueur, c'est-à-dire pouvant atteindre une longueur de 3 m, aux deux extrémités d'un câble sous-marin, avec passage sur un ensemble de manutention à cabestan ou à poulie de poupe, l'angle aigu formé par le câble et le carter du répéteur étant placé dans la terminaison. il REVENDICATIONS 1 Terminaison de câble souple destinée à raccorder un câble sous-marin à un boîtier rigide de répéteur, caractérisée en ce qu'elle comprend un premier et un second accouplement ( 21, 22), le premier accouplement ( 21) ayant un dispositif ( 7) de connexion au boîtier du répéteur, le second accouplement ( 22) ayant un dispositif ( 14) de connexion au câble, les accouplements étant raccordés par une barre rigide creuse de liaison ( 20) qui peut loger des éléments flexibles de transmission placés entre le câble et le boîtier du répéteur et ayant un diamètre inférieur à celui des deux accouplements afin que la terminaison puisse fléchir d'un angle supérieur à 580, un dispositif ( 23, 24) étant destiné à empêcher la rotation des dispositifs de connexion du câble et du boîtier l'un par rapport à l'autre. 2 Terminaison selon la revendication 1, caracté- risée en ce que chaque accouplement ( 21, 22) comporte un joint à rotule et la barre creuse de liaison comporte les deux rotules des deux accouplements qui sont fixées à ses extrémités. 3 Terminaison selon la revendication 2, caracté- risée en ce que chaque rotule a une gorge ( 25, 26) formée à sa surface et dans laquelle est placé un ergot ( 23, 24) fixé au logement associé et constituant le dispositif destiné à empêcher la rotation relative. 4 Terminaison selon la revendication 2, caracté- risée en ce que chaque logement a un nez cylindrique ( 8 A, 12 A), les nez étant en butée l'un contre l'autre afin qu'ils limitent le fléchissement de la terminaison à sa position la plus fléchie. Terminaison selon la revendication 1, caracté- risée en ce que chaque accouplement comporte un organe à la cardan ayant des axes de tourillonnement qui sont placés à 90 . 6 Ensemble comprenant un câble sous-marin connecté à un boîtier de répéteur submersible par la terminaison selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boîtier est couplé au dispositif ( 14) de connexion de boîtier, le câble est couplé au dispositif ( 7) de connexion de câble, et des éléments de transmission optique et d'énergie sont placés en totalité dans la barre de liaison ( 20), entre le câble et le répéteur. 7 Ensemble selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend un câble rectiligne souple de queue ( 4) contenant les éléments de transmission et qui, dans la position totalement fléchie de la terminaison, se courbe élastiquement en suivant un arc de courbe régulier. 8 Ensemble selon la revendication 7, caractérisé en ce que le câble de queue comporte un tube ( 31) formé de métal élastique enroulé en hélice et ayant des tubes in- terne et externe ( 32, 33) d'un matériau isolant résistant à une tension élevée. 9 Câble souple de queue destiné à connecter opti- quement et électriquement un câble sous-marin à un boîtier de répéteur par une terminaison souple selon la revendica- tion 1, câble ( 4) caractérisé en ce qu'il comporte un tube ( 3 a) qui résiste à la pression hydrostatique, qui est flexible et qui empêche la détérioration des fibres opti- ques par les pressions hydrostatiques régnant au fond de la mer, un dispositif destiné à limiter le rayon de courbure du câble, et une gaine isolante ( 34) destinée à isoler un conducteur électrique du câble de l'eau de mer. Câble selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend une garniture ( 30) résistant à haute pression assurant l'étanchéité entre le câble et une cloi- son du répéteur. 11 Câble selon la revendication 9, caractérisé en ce que le tube résistant à la pression comprend un ressort hélicoïdal à spires jointives combiné à une gaine étanche à l'eau. 12 Ensemble comprenant un câble sous- marin, un boîtier submersible rigide et une terminaison souple selon la revendication 1 raccordant le câble au boîtier, ensemble caractérisé en ce que la terminaison comprend un premier et un second accouplement ( 21, 22) qui peuvent tourillonner et qui sont raccordés par une barre creuse de liaison ( 20), des éléments de transmission optique assurant la transmis- sion de signaux optiques entre le câble et le boîtier, ces éléments étant disposés dans la barre de liaison.