Brevet FR2709529A1 — publié le 19950310

GAINE POUR TUYAUX, NOTAMMENT POUR FLUTE MARINE La présente invention se rapporte aux gaines pour tuyaux, notamment pour les flûtes marines, qui permettent de former une enveloppe souple en forme de tube allongé qui contient et protège un ensemble de dispositifs destinés à être plongés dans un milieu liquide. Il est connu d'utiliser en détection sous-marine des antennes de grande longueur, quelques centaines de mètres par exemple, appelées flûtes, de manière à capter en basse fréquence le bruit de sources lointaines. Ces antennes sont constituées d'une suite de capteurs, des hydrophones, montés en série et reliés électriquement entre eux. Ce chapelet d'hydrophones est enfermé dans une gaine souple constituée de plusieurs tronçons raccordables entre eux, chaque tronçon faisant une dizaine de mètres de longueur, par exemple. Une telle antenne est généralement remorquée par un bateau de surface ou un sous-marin et l'antenne est alors enroulée sur un treuil quand elle n'est pas en service. Elle peut aussi être ancrée sur le fond et maintenue verticale au moyen d'un flotteur approprié, pour effectuer de l'écoute passive par exemple, les signaux étant alors transmis soit par câbles sous-marins, soit par bouée radioélectrique. Les contraintes mécaniques appliquées aux flûtes, tant en exploitation qu'en stockage et en maintenance, sont particulièrement sévères. Elles correspondent aux exigences suivantes - la flûte doit pouvoir se dilater radialement de manière contrôlée sous une pression différentielle interne de gonflage de l'ordre du bar, afin de pouvoir contrôler sa flottabilité. Cette dilatation, limitée à environ 15%, doit être parfaitement élastique et présenter un maximum d'indépendance par rapport aux autres contraintes, en particulier par rapport à l'effort de traction longitudinal - on doit pouvoir l'enrouler, sans apporter de déformations permanentes, sur le tambour d'un treuil d'un diamètre d'environ 1,5 m, tout en étant gonflée à la pression nominale vue ci-dessus - elle doit résister, avec un faible allongement, à un effort de traction important pouvant atteindre plusieurs tonnes - elle doit pouvoir être suspendue verticalement à l'air libre, pour des besoins de manipulations et de maintenance, sur une longueur d'environ 40 m. La surppression, de l'ordre de quatre bars, qui en résulte, ainsi que les variations de températures dues aux intempéries, ne doivent pas provoquer de détérioration ni de déformation permanente. On sait répondre simultanément à ces trois premières exigences, mais pas à la dernière. Pour cela on fabrique tout d'abord une gaine en utilisant un matériau souple qui présente simultanément une très grande élasticité, une faible dureté et une basse densité. On connaît de très nombreux matériaux qui répondent à ces conditions et qui présentent en plus une transparence acoustique tout à fait adaptée à cet emploi. On citera par exemple les polyuréthanes. Cette gaine peut se dilater élastiquement et s'enrouler sur un tambour, mais elle ne résiste pas suffisamment en elle-même à la traction et on est donc conduit à faire supporter les efforts de traction par des câbles appropriés placés à l'intérieur de la gaine. Une solution actuellement adoptée est d'armer la gaine au moyen d'une structure filaire en incorporant celle dans la paroi. Les fils ou fibres de cette structure sont placés longitudinalement, leur répartition étant généralement symétrique par rapport à l'axe du tuyau. On connaît là aussi de nombreux matériaux permettant de réaliser ces fibres. On citera par exemple les polyaramides. Les tuyaux ainsi obtenus ne permettent pas par contre de satisfaire l'exigence de tenue en surpression lors de la mise en position verticale à l'air libre de la flûte et l'on obtient lors d'une telle manipulation une déformation permanente, voire un éclatement. Si l'on réalise un tuyau possédant l'élasticité suffisante pour se gonfler sans éclater, il sera détérioré par déformation permanente. Ce phénomène est d'observation courante surtout quand la paroi d'un tuyau est relativement mince par rapport à son diamètre. De plus son élasticité sera trop importante vis-à-vis des efforts de traction et de leur variation, de sorte qu'il y aura dépendance entre la tension longitudinale et la pression de gonflage. La première exigence ne sera alors plus satisfaite. Ces inconvénients s'aggravent lorsque le tuyau se trouve exposé à des températures pouvant atteindre 80"C. De telles valeurs sont couramment atteintes pour une flûte marine en stockage opérationnel, dont la couleur est généralement foncée. Si l'on réalise un tuyau en incorporant dans la paroi une armature textile croisée, suivant un procédé largement répandu dans l'industrie spécialisée, il en résulte une très bonne résistance à une pression interne élevée, mais la première exigence ne peut pas là non plus être satisfaite, soit parce que la dilatation radiale est insuffisante, soit parce que, si la dilatation est suffisante, elle est trop dépendante de la tension longitudinale pour permettre un contrôle suffisamment précis du diamètre de gonflement. Ceci est essentiellement la conséquence de la structure des textiles utilisés qui se présentent sous forme de tissus, de nappes, de tresses, de guipage ou de tricot en une ou plusieurs couches. En général, ces structures n'ont pas une dilatation radiale suffisante pour satisfaire la première exigence. On pourrait cependant envisager une structure tressée en diagonale ou sous forme de tricot qui permette la dilatation radiale demandée tout en résistant aux efforts de traction. Cette structure ne conviendrait pas, car elle serait dépendante de l'effort de traction, et donc de ses variations, et on n'assurerait pas, par ce système instable, un contrôle précis du diamètre de gonflement permettant d'ajuster la flottabilité de la flûte. Pour obtenir une gaine répondant à toutes ces exigences, l'invention propose d'enrouler sur une gaine connue une armure annulaire formée d'un cordon dont la structure est faite d'un coeur très élastique ne pouvant pas résister à la surpression et d'une gaine tissée recouvrant ce coeur et susceptible de s'allonger en se déformant de façon réversible jusqu'à une valeur correspondant à la limite de gonflement désirée. Lorsque cette limite est atteinte, la gaine tissée s'oppose à toute dilatation en résistant aux surpressions qui peuvent alors s'exercer. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante présentée à titre d'exemple non limitatif et fait en regard des figures annexées, qui représentent: - la figure 1, une section transversale d'une gaine selon l'invention - la figure 2, une vue écorchée d'une telle gaine; - les figures 3 et 4, des sections de deux variantes du cordon Il de la figure 2 - les figures 5, 6 et 7, des vues écorchées de variantes d'enroulement du cordon 11; - la figure 8, un fragment de la section d'une variante de gaine de la figure 1. Un morceau de gaine selon l'invention est représenté en coupe radiale sur la figure 1 et en écorché longitudinal sur la figure 2. Cette gaine comprend essentiellement trois éléments - une gaine intérieure 10 fabriquée selon la technique connue avec une armure longitudinale, résistant aux efforts de traction mais ne supportant pas les surpressions ; - une armure annulaire formée d'un ensemble de cordons 11 enroulés selon une hélice peu inclinée autour de la gaine intérieure 10 - une gaine extérieure 12 qui vient protéger l'armure. Cette gaine n'a pas de caractéristique mécanique particulière, sauf la résistance à l'abrasion, et peut donc être fabriquée dans un matériau semblable à celui de la gaine intérieure 10 mais sélectionné surtout pour sa résistance à l'environnement marin et son adaptation acoustique. Les cordons 11 de l'armure ne participent pas à la résistance à la traction, en raison de la faible inclinaison de leur enroulement. Ils supportent par contre l'effort radial dû à la pression interne en ayant un comportement non linéaire par rapport à cette pression. Ainsi dans un premier temps ils s'allongent élastiquement sous l'effet de l'augmentation de pression, puis à partir d'une limite déterminée, par exemple un bar et 15% de dilatation, ils cessent pratiquement de s'allonger et résistent aux augmentations supplémentaires de la pression sans se déformer ni casser. Lorsque la pression diminue les phénomènes se passent en sens inverse, sans hystérésis particulière. De cette manière on obtient un gonflement élastique de la gaine dans les limites voulues, et une résistance aux surpressions sans déformation plastique ni éclatement. Pour cela les cordons 11 ont une structure binaire semblable à celle des tendeurs utilisés sur les porte-bagages des bicyclettes. Ils comportent donc un premier élément très élastique et par là même pouvant s'étirer d'une manière excessive, et un deuxième élément peu élastique mais déformable jusqu'à une limite d'allongement à partir de laquelle il résiste aux efforts qui lui sont appliqués en limitant l'extension du premier élément. Ainsi donc le premier élément permet la dilatation radiale élastique de la gaine, tandis que le second impose une limite à cette extension et assure l'absence de déformation et la résistance à l'éclatement. Dans deux exemples de réalisation des cordons, représentés en figures 3 et 4, le cordon est de section ronde et comprend un coeur 20 en matériau élastique, et une gaine tissée 21 en matériau non élastique semblable à celui qui forme les filaments qui supportent la traction longitudinale de la flûte. Le tissage croisé de cette gaine lui permet de se déformer dans le sens longitudinal du cordon alors que les fibres qui la composent ne sont pratiquement pas élastiques, d'une manière semblable à celle d'une chaussette que l'on étire. Lorsque cette déformation de la structure du tissage atteint une limite fixée par sa forme initiale et que les fibres initialement croisées sont presque longitudinales, elle s'arrête et le cordon subit les efforts supplémentaires sans pratiquement s'allonger plus et sans rompre. Dans la première variante le coeur est plein, alors que dans la deuxième variante il est formé d'un ensemble de brins colinéaires. A partir de cette structure on peut concevoir de nombreuses autres variantes de réalisation. C'est ainsi que l'on peut avoir un seul cordon ou bien plusieurs cordons juxtaposés, enroulés en hélice et entrelacés. Chaque cordon peut lui-même être de section variée telle qu'ovale, elliptique ou carrée. Plusieurs cordons peuvent être regroupés au moyen d'une trame transversale ou diagonale pour former une sorte de ruban plat. De même plusieurs coeurs peuvent être juxtaposés et reçevoir une gaine textile tressée commune qui enveloppe l'ensemble des coeurs. On obtient ainsi une armure annulaire formée d'un ruban plat, comme représenté sur la figure 5. Suivant une autre variante, représentée en figure 6, l'armure annulaire est formée d'un seul cordon dont les spires ne sont pas jointes. Les cordons ou rubans peuvent aussi être enroulés en une ou plusieurs couches. Enfin l'armure annulaire peut être constituée de bracelets indépendants jointifs ou non jointifs comme représenté sur la figure 7. Dans une réalisation préférée, dont on a représenté une coupe radiale d'un fragment en figure 8, on a confondu la gaine intérieure et la gaine extérieure en moulant simultanément, par extrusion par exemple, l'armure annulaire 11 et l'armure longitudinale 61 dans un matériau du genre élastomère transparent acoustiquement qui forme une gaine continue 60 dans laquelle sont noyées ces armures. Dans une variante, le cordon 11 qui forme l'armure annulaire pourrait être placé sous l'armure longitudinale 61 vers l'intérieur de la gaine. L'enroulement de l'armure annulaire forme une hélice à une ou plusieurs couches dont l'angle est peu incliné par rapport à l'axe de la gaine, moins de 60 par exemple. Cet angle est soit vers la droite, soit vers la gauche, et s'il y a plusieurs couches les angles d'inclinaison peuvent être différents d'une couche à une autre. REVENDICATIONS 1. Gaine pour tuyau, notamment pour flûte marine, du type comprenant une gaine élastique (10) pouvant subir une dilatation élastique radiale déterminée sous une pression de gonflage déterminée, et une armure longitudinale (61) pouvant supporter un effort de traction important avec un faible allongement, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une armure annulaire (11) formée d'un premier élément (20) très élastique à grand allongement assurant la dilatation élastique du tuyau et d'un deuxième élément (21) peu élastique mais susceptible de s'allonger en se déformant de façon réversible jusqu'à une valeur limite correspondant à la valeur de la dilatation radiale déterminée et pouvant alors supporter un effort important correspondant à une surpression égale à plusieurs fois la pression de gonflage, assurant ainsi la résistance du tuyau à cette surpression. 2. Gaine selon la revendication I, caractérisée en ce que l'armure annulaire (11) est formée d'un cordon enroulé sur la gaine et comprenant un coeur élastique (20) formant le premier élément et une gaine tissée (21) recouvrant ce coeur et formant le deuxième élément. 3. Gaine selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une gaine extérieure de protection (12) venant recouvrir le cordon. 4. Gaine selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'armure longitudinale (61) et l'armure annulaire (11) sont noyées dans la gaine élastique (10). 5. Gaine selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que la gaine tissée (21) est formée d'un ensemble de fibres sensiblement inélastique dont le tissage croisé permet l'allongement jusqu'à la valeur limite. 6. Gaine selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que le coeur (20) est formé d'un ensemble de fils élastiques. 7. Gaine selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que le coeur (20) est formé d'un seul gros fil élastique. 8. Gaine selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisée en ce que l'armure annulaire (11) est formée de plusieurs cordons enroulés en couches superposées. 9. Gaine selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisée en ce que l'armure annulaire (11) est formée d'un ensemble de morceaux de cordon enroulés sous forme d'anneaux fermés coaxiaux régulièrement répartis le long de la gaine. 10. Gaine selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la pression de gonflage est de sensiblement un bar pour une dilatation de sensiblement 15%, et que la surpression est de sensiblement cinq bars.