Brevet FR2681481A1 — publié le 19930319

- Câble-sonde comportant des dérivations La présente invention concerne un câble-sonde à dérivations étanche aux hautes pressions de fluides De tels câbles trouvent une utilisation tout particulièrement dans la mesure de température ou de pression par exemple à différentes profondeurs sous l'eau Ils sont en général portés et traînés par des bateaux ou des sous-marins. Plus précisément, un câble-sonde classiquement utilisé comprend un câble principal dont l'âme conductrice est divisée, c'est-à-dire qu'elle est constituée d'un toronnage de plusieurs brins conducteurs entre eux, chaque brin étant lui-même constitué de plusieurs fils toronnés Il est en effet connu de l'homme de l'art que les câbles à âme massive sont trop rigides pour être immergés, transportés et installés dans un milieu en mouvement permanent et sont plutôt utilisés dans les installations fixes; c'est pourquoi une structure plus souple à âme divisée est préférable pour l'utilisation en milieu sous-marin par exemple Afin de remplir son rôle de sonde, ce câble principal est connecté à des capteurs de pression ou de température par exemple, qui sont disposés les uns à la suite des autres tout le long du câble, et reliés chacun électriquement à ce dernier au moyen de câbles dits de dérivation également à âme divisée La jonction entre chaque capteur et le câble de dérivation correspondant est effectuée au moyen d'un presse-étoupe garantissant son étanchéité Le raccordement entre câble de dérivation et câble principal au niveau de chaque dérivation est protégé de manière étanche par un surmoulage en un matériau isolant De manière bien connue, aussi bien l'âme du câble principal que celles des différents câbles de dérivation sont isolées du milieu extérieur par une première gaine d'étanchéité, dite gaine intermédiaire, en un matériau isolant, elle-même entourée d'une armure puis d'une seconde gaine d'étanchéité, dite gaine extérieure,30 également en un matériau isolant; cet ensemble de trois protections est appelé gaine d'étanchéité. Pour donner un exemple concret de la structure d'un tel câble, on peut considérer un câble principal dont l'âme est constituée d'un toronnage de 56 paires de brins conducteurs, et qui est destiné à35 supporter 20 capteurs Chaque câble de dérivation comporte une âme à -2- quatre brins toronnés Ainsi, pour raccorder chaque capteur au câble principal, on connecte les quatre brins de l'âme du câble de dérivation dénudée à cet effet respectivement à quatre brins de l'âme du câble principal également dénudée au niveau de la jonction Puis on rétablit la protection du câble principal et du câble de dérivation ainsi raccordés en surmoulant autour de la jonction un matériau isolant tel un polyuréthane Le câble principal a donc deux râles essentiels: un rôle mécanique de porteur des capteurs, et un râle électrique de transmission des signaux depuis les capteurs jusqu'à l'électronique de bord. En pratique, les câbles-sondes sont immergés à 500 ou 600 mètres sous l'eau, et supportent des pression allant jusqu'à 80 bars Lors de la mise à l'eau, du tirage et de l'installation de ces câbles par exemple dans des zones comportant de nombreux rochers, ou bien lorsque ces câbles se trouvent à la portée d'ancres de navires par exemple, il y a de grandes chances que l'étanchéité des câbles de dérivation ou des presse-étoupes soit affectée Du fait de la pression importante à laquelle sont soumis ces câbles, l'eau chemine rapidement à l'intérieur des âmes divisées et entre les différents brins des torons, et circule de capteur en capteur, provoquant des courts-circuits les rendant ainsi inutilisables et empêchant un fonctionnement, même partiel, du câble- sonde Ceci est non seulement préjudiciable au bon fonctionnement de l'installation, mais également à son coût, car les équipements détériorés sont très onéreux. Pour remédier à ce problème, dû en grande partie à la structure des âmes divisées laissant de nombreux interstices propices à la circulation de l'eau entre les différents brins, mais également accentué par le fait qu'au niveau de la jonction elle-même, il existe des interstices entre les brins raccordés et le surmoulage, on a pensé30 à remplir ces derniers interstices de produits garantissant l'étanchéité tels que des gelées de pétrole ou des gelées à base de silicones. Toutefois, cette solution n'apporte pas entière satisfaction, car on a constaté que l'eau pénètre tout de même dans le câble principal et détruit encore plusieurs capteurs Les normes appliquées -3- à ces câbles en ce qui concerne l'étanchéité tolèrent d'ailleurs un cheminement d'eau limité à l'intérieur de ces câbles Ces câbles ne sont donc pas suffisamment étanches pour être totalement fiables et pour préserver la fonctionnalité de la majeure partie des équipements afin de conserver un fonctionnement partiel. De plus, de tels câbles sont onéreux car les produits garantissant l'étanchéité utilisés dans leur réalisation sont coûteux. Le but de la présente invention est donc de réaliser un câble-sonde peu onéreux dans lequel, sous de fortes pressions, la pénétration de l'eau au niveau d'un capteur est limitée à ce seul capteur et dont le coût de fabrication soit équivalent à celui d'un câble-sonde sans produits d'étanchéité supplémentaires. L'objet de cette invention est avant tout de préserver les composants électroniques du câble et d'assurer une utilisation, même partielle, de ce dernier en cas-de pénétration d'eau. La présente invention propose à cet effet un câble-sonde comportant: un câble principal comprenant une âme principale divisée protégée par une gaine d'étanchéité, ladite âme principale étant constituée de brins conducteurs principaux, une pluralité de câbles de dérivation raccordant chacun ladite âme principale respectivement à un équipement électronique, chacun desdits câbles de dérivation comprenant une âme secondaire divisée protégée par une gaine d'étanchéité, ladite âme secondaire étant constituée de2 S brins conducteurs secondaires, des surmoulages entourant, au niveau de chacune des dérivations, une portion dudit câble principal et de l'un desdits câbles de dérivation en débordant sur lesdites gaines d'étanchéité respectives dudit câble principal et dudit câble de dérivation, et en assurant l'étanchéité de30 ladite dérivation, caractérisé en ce que chaque raccordement dudit câble principal auxdits câbles de dérivation est effectué en connectant à l'intérieur dudit surmoulage chacun desdits brins conducteurs secondaires à l'un desdits brins conducteurs principaux au moyen d'un fil conducteur massif.35 Avantageusement, chacun des surmoulages peut être constitué d'un 4 matériau dont l'adhérence sur les fils conducteurs est suffisante pour empêcher le passage d'un fluide sous pression entre le surmoulage et les fils, et garantissant une adhésion entre le surmoulage et la gaine d'étanchéité. Selon un perfectionnement important, une ou plusieurs entretoises, en un matériau identique à celui du surmoulage, et comportant des alésages de passage de l'âme principale et des fils conducteurs de l'une des dérivations, peuvent être disposées dans le surmoulage de sorte que l'âme principale et les fils conducteurs les traversent par les alésages de passage correspondants. Les brins conducteurs principaux et secondaires peuvent en outre être eux-mêmes constitués chacun d'un toron de fils conducteurs élémentaires. Avantageusement lorsque les fils massifs sont en cuivre, le surmoulage peut être en "Desmopan", ou en un matériau choisi parmi le polychloroprène, les élastomères thermoplastiques, les polyoléfines, les polyamides, le polychlorure de vinyle, les polyuréthanes polyester, les polyuréthanes polyéter, les résines bicomposants surmoulables à froid. Les gaines d'étanchéité du câble principal et des câbles de dérivation peuvent être constituées d'une gaine intermédiaire d'étanchéité en un matériau isolant entourée d'une armure elle-même entourée d'une gaine extérieure d'étanchéité en un matériau isolant. La gaine intermédiaire et la gaine extérieure sont par exemple en "Estane". Enfin, lorsque le surmoulage est en "Desmopan", la gaine extérieure peut être en "Estane". Grâce au câble-sonde selon l'invention,la pénétration d'eau au niveau d'un capteur est limitée à ce seul capteur. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront maintenant exposés de façon plus détaillée dans le cadre de la description suivante donnée à titre illustratif et nullement limitatif en se référant aux figures annexées dans lesquelles: la figure 1 représente de manière très schématique un câble-sonde selon l'invention, -5- la figure 2 est une vue en perspective du câble principal de la figure 1, la figure 3 est un grossissement de la partie III de la figure 1, la figure 4 représente en perspective une entretoise de la figure 3. Dans la figure 1, un câble 1 selon l'invention comprend un câble principal 2 et des câbles dérivés 3 connectant électriquement des capteurs 4 (dont un seul est représenté) au câble 1 La connexion entre chacun des câbles de dérivation 3 et le câble 2 est protégée par un surmoulage d'étanchéité 5 en "Desmopan" de la Société Bayer (marque déposée) Le câble principal 2 (voir figure 2) comporte une âme conductrice divisée 20, dite âme principale, constituée d'un toronnage de brins (ou multibrins) 21, dits brins (ou multibrins) principaux, eux- mêmes composés de fils élémentaires de cuivre 210 toronnés entre eux L'âme 20 est protégée par une gaine intermédiaire d'étanchéité 22 en "Estane" de la société Gooderich (marque déposée), elle-même entourée d'une armure 23 constituée d'une tresse d'acier 24 puis d'une gaine extérieure d'étanchéité 24 également en "Estane" Quant aux câbles de dérivation 3, ils ont chacun la même structure que le câble 2, c'est-à- dire qu'ils comportent chacun une âme divisée 30 (voir figure 3), dite âme secondaire, constituée de quatre brins (ou multibrins) toronnés 31, dits brins (ou multibrins) secondaires, semblables aux brins 21, et protégée par une gaine intermédiaire d'étanchéité (non représentée) en "Estane", une tresse d'acier (non représentée) et une gaine extérieure d'étanchéité 34 également en25 "Estane" Pour des raisons de clarté de la figure, on n'a pas représenté les presse-étoupes garantissant l'étanchéité des jonctions capteurs-câbles de dérivation. La figure 3 représente plus précisément la partie III de la figure 1 o apparaît clairement l'invention. Selon l'invention, pour effectuer la dérivation, quatre des multibrins 21 (dont deux seulement sont visibles à la figure 3) du câble principal 2, dont l'âme 20 a été dénudée sur une longueur nécessaire pour réaliser la dérivation, sont connectés électriquement par l'intermédiaire de quatre fils de cuivre massifs et non isolés 635 (dont deux seulement sont visibles) à chacun des quatre multibrins 31 -6- (dont deux seulement sont visibles) constituant l'âme 30 du câble de dérivation 3 également dénudé à cet effet sur une longueur nécessaire à la dérivation Les fils 6 sont soudés à leurs deux extrémités aux multibrins qu'ils connectent par soudure à l'étain-plomb par exemple. Afin de ne pas créer de courts-circuits entre les quatre fils 6, deux entretoises de séparation et d'espacement 7, dont une vue en perspective est représentée à la figure 4, sont installées autour de l'âme 20 du câble 2 Ces entretoises présentent chacune quatre canaux de passage 71 pour permettre le passage et le positionnement des fils 6, et un canal de passage 72 de l'âme 20 L'ensemble de la dérivation avec les entretoises 7 est plongé dans le surmoulage 5 Toujours selon l'invention, le surmoulage 5 est réalisé en "Desmopan", matériau qui a l'avantage d'adhérer au cuivre des fils 6 en ne ménageant pratiquement aucun interstice intermédiaire entre les fils 6 et le surmoulage En outre, les entretoises 7 sont réalisées dans un matériau semblable à celui du surmoulage 5 Ainsi, une fois le surmoulage effectué, aucun point faible à l'interface entretoises-surmoulage ne subsiste, puisque ces éléments sont tous constitués du même matériau Les entretoises sont alors indissociables du surmoulage. L'utilisation de fils de cuivre massifs, c'est-à-dire ne présentant aucun interstice de passage de l'eau, associée à celle d'un surmoulage adapté, confère au câble-sonde selon l'invention les propriétés recherchées. En effet, lors de la pénétration d'eau au niveau d'un capteur, celle-ci chemine entre les brins de l'âme du câble de dérivation connecté à ce capteur Lorsqu'elle parvient aux fils de cuivre massif de la jonction, elle ne peut plus cheminer à l'intérieur des conducteurs puisque ces derniers sont massifs En outre, l'adhérence du surmoulage sur le cuivre étant très bonne, elle ne peut pas30 cheminer le long des fils massifs La pénétration d'eau est donc limitée à un seul capteur, et un fonctionnement partiel du câble-sonde reste assuré Enfin, grâce aux entretoises 7, aucun court-circuit ne se produit entre les différents brins de la jonction. D'autre part, le coût d'un câble selon l'invention est environ deux fois plus faible que celui d'un câble de l'art antérieur. 7 - Même si le "Desmopan" est particulièrement adapté lorsque les fils de connexion sont en cuivre, le surmoulage et les entretoises peuvent être constitués de matériau comme le polychloroprène, les élastomères thermoplastiques, les polyoléfines, les polyamides, le polychlorure de vinyle, les polyuréthanes polyester et polyéter Tous ces matériaux sont surmoulés à chaud Il est également possible d'employer des résines bicomposants surmoulables à froid. De la même manière, le principe de l'invention reste valable lorsque les divers éléments conducteurs ne sont plus en cuivre mais en aluminium, en alliage cuivre- cadmium ou en tout autre métal conducteur, du moment que le matériau constituant le surmoulage et les entretoises a une adhérence suffisante sur ce métal. En outre, la gaine extérieure du câble principal et des câbles de dérivation doit être consituée d'un matériau isolant compatible avec celui du surmoulage, afin que ce dernier reste solidaire des deux câbles qu'il relie Ainsi, lorsque l'on utilise de l"'Estane" pour la gaine extérieure et du "Desmopan" pour le surmoulage, la condition mentionnée ci-dessus est vérifiée Il est également possible de réaliser la gaine extérieure et le surmoulage dans le même matériau,20 ou bien d'utiliser tout couple de matériaux compatibles entre eux et garantissant une bonne adhésion entre les câbles et les surmoulages. L'invention s'applique également aux câbles-sondes dans lesquels une gelée de pétrole ou à base de silicone a été injectée dans les âmes divisées du câble principal et du câble de dérivation. Enfin, on pourra remplacer tout moyen par un moyen équivalent sans sortir du cadre de l'invention. -8- REVENDICATIONS 1/ Câble-sonde comportant un câble principal comprenant une âme principale divisée protégée par une gaine d'étanchéité, ladite âme principale étant constituée de brins conducteurs principaux, une pluralité de câbles de dérivation raccordant chacun ladite âme principale respectivement à un équipement électronique, chacun desdits câbles de dérivation comprenant une âme secondaire divisée protégée par une gaine d'étanchéité, ladite âme secondaire étant constituée de brins conducteurs secondaires, des surmoulages entourant, au niveau de chacune des dérivations, une portion dudit câble principal et de l'un desdits câbles de dérivation en débordant sur lesdites gaines d'étanchéité respectives dudit câble principal et dudit câble de dérivation, et en assurant l'étanchéité de ladite dérivation, caractérisé en ce que chaque raccordement dudit câble principal ( 2) auxdits câbles de dérivation ( 3) est effectué en connectant à l'intérieur dudit surmoulage ( 5), chacun desdits brins conducteurs secondaires ( 31) à l'un desdits brins conducteurs principaux ( 21) au moyen d'un fil conducteur massif ( 6). 2/ Câble-sonde selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun desdits surmoulages ( 5) est constitué d'un matériau dont l'adhérence sur lesdits fils conducteurs ( 6) est suffisante pour empêcher le passage d'un fluide sous pression entre ledit surmoulage ( 5) et lesdits fils ( 6).25 3/ Câble-sonde selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chacun desdits surmoulages ( 5) est constitué d'un matériau garantissant une adhésion entre ledit surmoulage ( 5) et ladite gaine d'étanchéité ( 22, 23, 24; 34). 4/ Câble-sonde selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une ou plusieurs entretoises ( 7), en un matériau identique à celui dudit surmoulage, et comportant des alésages de passage ( 71, 72) de ladite âme principale ( 20) et desdits fils conducteurs ( 6) de l'une desdites dérivations sont disposées dans ledit surmoulage ( 5) de sorte que ladite âme principale ( 20) et lesdits fils conducteurs ( 6) les35 traversent par lesdits alésages de passage ( 71, 72) correspondants. 9 - / Câble-sonde selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits brins conducteurs principaux ( 21) et secondaires ( 31) sont eux-mêmes constitués chacun d'un toron de fils conducteurs élémentaires. 6/ Câble-sonde selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, lorsque lesdits fils massifs ( 6) sont en cuivre, ledit surmoulage ( 5) est en "Desmopan". 7/ Câble-sonde selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, lorsque lesdits fils massifs ( 6) sont en cuivre, ledit surmoulage ( 5) est réalisé dans un matériau choisi parmi le polychloroprène, les élastomères thermoplastiques, les polyoléfines, les polyamides, le polychlorure de vinyle, les polyuréthanes polyester et les polyuréthanes polyéter. 8/ Câble-sonde selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, lorsque lesdits fils massifs ( 6) sont en cuivre, ledit surmoulage ( 5) est réalisé dans une résine bicomposants surmoulable à froid. 9/ Câble-sonde selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que lesdites gaines d'étanchéité dudit câble principal ( 2) et desdits câbles de dérivation ( 3) sont constituées d'une gaine intermédiaire ( 22) d'étanchéité en un matériau isolant entourée d'une armure ( 23) elle-même entourée d'une gaine extérieure ( 24, 34) d'étanchéité en un matériau isolant. 10/ Câble-sonde selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite gaine intermédiaire ( 23) et ladite gaine extérieure ( 24,34) sont en "Estane". 11/ Câble-sonde selon la revendication 9, caractérisé en ce que, lorsque ledit surmoulage ( 5) est en "Desmopan", ladite gaine extérieure ( 24, 34) est en "Estane".