Brevet FR2670176A1 — publié le 19920612

La présente invention est relative à un appareil d'exploration sous- marine, du type comprenant une navette destinée à effectuer des allersretours le long d'un câble de guidage entre deux niveaux haut et bas prédéterminés. Dans les appareils de ce type, la navette est destinée à effectuer de façon autonome pendant une période relativement longue, par exemple pendant un an, des allers-retours entre les deux niveaux prédé- *j terminés, par exemple un aller-retour par jour Pen- dant ces déplacements, une instrumentation embarquée, alimentée par des batteries d'accumulateurs également contenues dans la navette, effectue des mesures de divers paramètres de l'environnement: force des cou- * 1 rants sous-marins, température de l'eau, etc Certai- nes navettes sont équipées pour émettre des signaux correspondants vers une bouée flottante qui maintient l'extrémité supérieure du câble, laquelle bouée re- transmet à son tour ses informations vers des satel- lites en orbite. Un problème essentiel concernant ces navet- tes réside dans ses moyens de propulsion En effet, l'entraînement par un moteur conduirait à un volume de batteries d'accumulateurs excessif. L'appareil d'exploration sous marine suivant l'invention, pour résoudre ce problème de façon par- ticulièrement simple et économique, est caractérisé en qu'il comprend un réservoir de lest solidaire du câble au niveau haut prédéterminé, pourvu à sa partie infé- 3 o rieure d'une ouverture de sortie sélectivement obtu- rable par un dispositif d'obturation, et en ce que la navette comprend: une enceinte étanche contenant une instru- mentation de mesure, de commande et éventuellement d'émission de signaux, et une source de courant élec- trique pour cette instrumentation; des moyens de guidage de cette enceinte le long du câble; une chambre solidaire de l'enceinte au moins pour les déplacements le long du câble, munie à son extrémité supérieure d'une ouverture de chargement et à son extrémité inférieure d'une ouverture d'éva- cuation sélectivement obturable par une trappe; des moyens pour, en position haute de la navette, transférer une charge prédéterminée de lest de l'ouverture de sortie du réservoir à l'ouverture de chargement de la chambre; et des moyens pour ouvrir sélectivement la * 15 trappe de la chambre. Suivant d'autres caractéristiques: la chambre fait partie d'un carénage monté librement rotatif autour du câble; le carénage est solidaire de l'enceinte; l'ouverture de chargement de la chambre est annulaire, d'axe confondu avec le câble, l'ouver- ture de sortie du réservoir étant décalée par rapport à cet axe; le dispositif d'obturation est un disposi- tif doseur, notamment à deux vannes superposées; la navette comprend en outre un lest per- manent en service normal, et des moyens de largage de ce-lest permanent; les moyens de guidage comprennent des ga- lets roulant sur le câble et reliés à des moteurs ré- versibles qui peuvent fonctionner soit en générateurs débitant dans une charge variable, soit en moteurs d'entraînement; l'enceinte contient une bobine d'induction qui entoure le câble, et des moyens pour alimenter cette bobine avec un courant électrique dont l'inten- sité varie avec la vitesse de la navette; la navette comporte extérieurement une ca- pacité étanche dont une paroi est déformable élasti- quement sous l'effet de la pression extérieure; la navette comporte des volets réglables montés rotatifs autour d'un axe horizontal. Des exemples de réalisation de l'invention te vont maintenant être décrits en regard des dessins annexés, sur lesquels: la Figure 1 est une vue générale d'un système d'études océanographiques comprenant un ap- pareil conforme à l'invention; la Figure 2 est une vue schématique, en coupe longitudinale, de la navette; la Figure 3 est une vue prise en coupe suivant la ligne III-III de la Figure 2; la Figure 4 représente en élévation l'ap- 2 o pareil suivant l'invention, en position haute de la navette; la Figure 5 est une vue en coupe longi- tudinale, à plus grande échelle, d'un détail de la Figure 4; et la Figure 6 est une vue analogue à la Figure 2 d'une variante de la navette. Le système d'études océanographiques repré- senté à la Figure 1 comprend un câble 1 en acier re- vêtu d'une matière plastique apppropriée, tendu à peu 3 o près verticalement entre une bouée de surface 2 et un corps mort 3 mouillé sur le fond marin 4 Sur ce câble sont fixés deux flotteurs, à savoir un flotteur supé- rieur 5 formant réservoir de lest et un flotteur inférieur 6 A titre d'exemple, le flotteur 5 peut se trouver à 50 mètres et le flotteur 6 à 1000 mè- tres, avec un fond marin à 5 000 mètres. Une navette 7 est guidée le long du câble 1 entre les deux flotteurs Elle est par exemple desti- née à effectuer un aller-retour du flotteur 5 au flot- teur 6 et inversement chaque 24 heures pendant un an, la durée de chaque aller-retour étant de l'ordre de 2 heures Comme illustré en trait mixte, la navette 7 contient une instrumentation électronique qui lui per- met d'envoyer des signaux acoustiques représentatifs des mesures qu'elle effectue à un récepteur 8 soli- daire de la bouée 2, et cette dernière comporte des moyens pour retransmettre ces informations à un sa- tellite en orbite, comme schématisé par la flèche 9. Les Figures 2 et 3 représentent l'agencement de la navette 7, certains moyens de liaison mécaniques ayant été omis pour la clarté du dessin Cette navette 7 comprend essentiellement une enceinte étanche 10 et un carénage 12. L'enceinte 10 comprend un arbre creux 13 traversé avec jeu par le câble 1, et deux hémisphères, supérieur 14 et inférieur 15, reliés l'un à l'autre par une entretoise cylindrique 16 Sur cette dernière sont fixés une batterie d'accumulateurs 17, une ins- trumentation électronique 18 comportant des capteurs appropriés pour mesurer d'une part la vitesse de la navette le long du câble, d'autre part les paramètres physiques désirés, ainsi que des moyens d'émission de signaux acoustiques vers la bouée 2, des moyens de régulation de vitesse 19, et des moyens de commande de déplacement 20 comportant un processeur temporisé. A l'enceinte 10 sont reliés, par des moyens appropriés, deux jeux, respectivement supérieur et in- férieur, de galets de guidage disposés à 120 les uns des autres et roulant sur le câble 1 Chaque jeu com- prend d'une part un galet presseur 21, et d'autre part deux galets 22 de régulation dont chacun contient des aimants permanents 23 faisant partie d'un moteur ré- versible 24. A l'enceinte 10 est également relié solidai- rement le carénage 12 Celui-ci, de forme hydrodynami- que, entoure et protège les deux jeux de galets ainsi qu'une partie importante de l'enceinte 10 Ce carénage * 10 a, en élévation (Figure 2), la forme d'un croissant, et, en vue en plan (Figure 3), une forme ovoide Il présente à ses extrémités supérieure et inférieure des trous pour le passage du câble 1 L'ensemble du carénage et de l'enceinte, c'est-à-dire l'ensemble de la navette, peut pivoter librement autour de l'axe du câble à la manière d'une girouette. Une première chambre 26, de forme générale tubulaire, est délimitée dans le carénage 12 A son extrémité supérieure, située au-dessus du jeu de ga- lets supérieur, cette chambre se termine par une ou- verture annulaire 27 entourant le câble La chambre 26 contourne l'enceinte 10 et, au-dessous de celle-ci, elle se termine par une ouverture d'évacuation 28 obturable sélectivement par une trappe 29 commandée par un électroaimant 30. Le carénage 12 délimite une autre chambre 31 qui contient un lest permanent 32 Des moyens non re- présentés permettent de larguer ce lest pour une re- montée d'urgence de la navette. Le flotteur 5 (Figures 1, 2, 4 et 5) consti- tue une réserve d'un lest granulaire 33, lequel peut être constitué de tout matériau approprié, par exemple de billes métalliques Ce réservoir comporte un appen- dice vertical inférieur qui définit une tubulure de sortie 34, légèrement décalée par rapport à l'axe du câble 1, dans laquelle sont montées deux vannes supé- rieure 35 et inférieure 36 espacées l'une de l'autre. Ces vannes, qui comme représenté sur la Figure 5, peuvent être du type à membrane tubulaire 37 écrasable par gonflage au moyen d'un gaz comprimé contenu dans le flotteur, délimitent entre elles, dans la tubulure 34, un volume qui définit une charge prédéterminée de lest. Le fonctionnement de la navette est le sui- vant. Au repos, la navette se trouve en position haute, en appui contre l'appendice inférieur 34 du flotteur 5, comme illustré à la Figure 4 La trappe 29 *j 5 est ouverte, la chambre 26 est vide de tout lest, les vannes 35 et 36 sont fermées et renferment entre elles une charge de lest, à la suite de manoeuvres préal- ables d'ouverture-fermeture des deux vannes Quelle que soit la position angulaire de la navette, imposée par la direction du courant, l'ouverture de sortie de la tubulure 34 se trouve en regard de l'ouverture an- nulaire 27 de la chambre 26. Lorsque la descente doit commencer, la trap- pe 29 est fermée et la vanne 36 est ouverte La charge de lest tombe donc dans la chambre 26 et y est retenue par la trappe 29 La navette, ainsi alourdie, descend. Sa vitesse est régulée par les moteurs réversibles 24, qui fonctionnent en dynamos, les moyens de régulation 19 étant adaptés pour faire varier la charge dans la- quelle ces moteurs débitent, en fonction de la vitesse de déplacement mesurée par l'instrumentation 18, afin d'obtenir un effet de freinage approprié. Si cet effet se révèle insuffisant, les mo- yens de commande 20 ouvrent brièvement la trappe 29 pour laisser échapper une petite quantité de lest. Lorsque la navette est en position basse, au contact du flotteur inférieur 6, et doit remonter, l'électroaimant 30 est actionné pour ouvrir la trappe 29 et, ainsi, larguer la charge de lest contenue dans la chambre 26 La régulation de la vitesse pendant la montée s'effectue comme précédemment Si, par suite de l'accumulation de corps étrangers sur le câble, la na- vette est arrêtée ou ralentie excessivement, ceci est détecté par l'instrumentation 18, et les moyens de régulation 19 fournissent du courant électrique aux moteurs 24, lesquels fonctionnent alors provisoirement en moteurs d'entraînement. Du fait des courants marins, il peut arriver *j 5 que le câble s'incurve suffisamment entre les flot- teurs 5 et 6 pour que la résistance à la descente aug- mente notablement dans la région inférieure de la course de la navette Pour maintenir la vitesse de celle-ci constante, il est alors souhaitable de munir la navette de moyens de variations de son hydrodynamisme ou de sa flottabilité. Suivant un premier mode de réalisation, ces moyens sont constitués par des ailerons 38, indiqués en trait mixte à la Figure 4, articulés autour d'un axe horizontal Les moyens de commande 20 sont alors adaptés pour modifier l'inclinaison, et donc la por- tance, de ces ailerons. Une autre possibilité, illustrée sur la va- riante de la Figure 6, consiste à munir extérieurement la navette d'une cavité auxiliaire 39, par exemple cy- lindrique, dont une paroi 40, au contact de l'eau, est élastiquement déformable sous l'effet de la pression, cette paroi étant par exemple constituée par une mem- brane souple comme représenté, ou, en variante, par un piston chargé par un ressort Au fur de la mesure de la descente, cette paroi 40 s'enfonce, ce qui réduit la poussée d'Archimède s'exerçant sur la navette. Les deux moyens ci-dessus peuvent bien en- tendu être combinés. La variante représentée à la Figure 6 ne diffère pour l'essentiel de la précédente que par les moyens de régulation de vitesse utilisés: les galets 22 des Figures 2 et 3 sont remplacés par de simples *j O galets presseurs 22 A, et l'entretoise 16 contient une bobine d'induction 41 entourant coaxialement le tube central 13 Pendant le mouvement de la navette, un courant électrique est envoyé dans cette bobine par les moyens de régulation 19 et induit des courants de Foucault dans le câble 1 Le courant électrique est régulé en fonction de la vitesse mesurée, de façon à produire un freinage approprié par courants de Fou- cault. REVENDICATIONS 1 Appareil d'exploration sous-marine, du type comprenant une navette ( 7) destinée à effectuer des allers-retours le long d'un câble de guidage ( 1) entre deux niveaux haut et bas prédéterminés, carac- térisé en qu'il comprend un réservoir ( 5) de lest ( 33) solidaire du câble au niveau haut prédéterminé, pourvu à sa partie inférieure d'une ouverture de sortie sé- lectivement obturable par un dispositif d'obturation ( 35, 36), et en ce que la navette ( 7) comprend: une enceinte étanche ( 10) contenant une instrumentation ( 18 à 20) de mesure, de commande et éventuellement d'émission de signaux, et une source de courant électrique ( 17) pour cette instrumentation; des moyens ( 21, 22) de guidage de cette enceinte le long du câble ( 1); une chambre ( 26) solidaire de l'enceinte au moins pour les déplacements le long du câble, munie à son extrémité supérieure d'une ouverture ( 27) de chargement et à son extrémité inférieure d'une ouver- ture d'évacuation ( 28) sélectivement obturable par une trappe ( 29); des moyens pour, en position haute de la navette, transférer une charge prédéterminée de lest de l'ouverture de sortie du réservoir ( 5) à l'ouver- ture de chargement ( 27) de la chambre ( 26); et des moyens ( 30) pour ouvrir sélectivement la trappe ( 29) de la chambre ( 26). 2 Appareil d'exploration selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que la chambre ( 26) fait partie d'un carénage ( 25) monté librement rotatif au- tour du câble ( 1). 3 Appareil d'exploration suivant la re- vendication 2, caractérisé en ce que le carénage ( 25) est solidaire de l'enceinte ( 10). 4 Appareil d'exploration suivant la re- vendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'ouverture de chargement ( 27) de la chambre ( 26) est annulaire, d'axe confondu avec le câble ( 1), l'ouverture de sor- tie ( 34) du réservoir ( 5) étant décalée par rapport à cet axe. Appareil d'exploration suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce 1 O que le dispositif d'obturation ( 35, 36) est un dispo- sitif doseur, notamment à deux vannes superposées. 6 Appareil d'exploration suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la navette ( 7) comprend en outre un lest permanent *j 5 en service normal ( 32), et des moyens de largage de ce lest permanent. 7 Appareil d'exploration suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens de guidage comprennent des galets ( 22) roulant sur le câble ( 1) et reliés à des moteurs ré- versibles ( 24) qui peuvent fonctionner soit en géné- rateurs débitant dans une charge variable, soit en mo- teurs d'entraînement. 8 Appareil d'exploration suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'enceinte ( 10) contient une bobine d'induction ( 41) qui entoure le câble ( 1), et des moyens pour alimenter cette bobine avec un courant électrique dont l'intensité varie avec la vitesse de la navette ( 7). Z 30 9 Appareil d'exploration suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la navette ( 7) comporte extérieurement une capaci- té étanche ( 39) dont une paroi ( 40) est déformable élastiquement sous l'effet de la pression extérieure. il Appareil d'exploration suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la navette ( 7) comporte des volets réglables ( 38) montés rotatifs autour d'un axe horizontal.