Brevet FR2721443A1 — publié le 19951222

L'invention concerne un dispositif de connexion électrique sous-marin amovible. De nombreux types de connecteurs sous-marins sont connus, en particulier depuis les années cinquante. Les connecteurs sous-marins sont placés dans des conditions d'environnement sévére, notamment en ce qui concerne les pressions élevées auxquelles ils sont soumis et l'agressivité du milieu, en particulier s'il s'agit d'eau de mer (salinité du milieu). En conséquence, ces connecteurs doivent satisfaire un certain nombre d'exigences pour remplir le rôle qui leur est dévolu, en sus des qualités et caractéristiques habituelles que l'on attend des connecteurs selon l'application envisagée. Parmi ces exigences, on doit naturellement citer l'étanchéité : il est en effet nécessaire que les contacts électriques s'effectuent en milieu isolant, non pollué par le milieu extérieur En particulier, s'il s'agit d'eau de mer, un double probleme se pose corrosion possible des matériaux constituant le connecteur et conduction électrique non désirée.I'eau de mer étant un matériau conducteur. Dans les modèles de connecteurs sous-marins les plus récents, introduits depuis une quinzaine d'années environ. on utilise en général une connexion électrique comportant des contacts douilles disposés dans une chambre remplie d'un liquide diélectrique, ce liquide étant avantageusement de l'huile. Un premier mode de réalisation d'un tel connecteur est décrit, par exemple, dans l'article du Dr. James L. Cairns "RECENT ADV.tSTCE IN IJNDERWATER NLNTEd3LE ELECTRICAL CON'ECTORS", paru dans "Proceedings of Oceans", 29 août - 1 septembre 1983. On pourra se reporter en particulier aux figures 1 (TYPE IV), 3 et A. La figure 1, placée en annexe de la présente demande de brevet, illustre schématiquement ce tx pe de connecteur. Il comprend un organe male 1 et un organe femelle 2. La partie mâle 1 comprend un corps principal 10 de forme cylindrique, autour d'un axe de révolution A. Le corps principal définit une chambre interne 100 également cylindrique et ouverte vers l'avant. Cette chambre entoure un élément de contact mâle 11, concentrique à l'axe de révolution A. Il se prolonge par une pointe 110. L'élément de contact mâle est connecté électriquement à un câble 12, comportant une gaine extérieure de protection se raccordant de façon étanche au corps 10 de l'organe mâle 1. L'organe femelle 2 comporte également un corps 20, de forme cylindrique, autour d'un axe de révolution A, dotée vers l'avant d'une ouverture, 202, évasée en entonnoir. Le corps 20 définit une chambre interne 200 également de forme cylindrique. Une membrane d'étanchéité 21, en matériau élastique, est disposée à l'intérieur de la chambre 200, contre l'ouverture évasée 202 qu'elle obture. Pour contrebalancer la pression, en général élevée, qui règne dans le milieu externe 3 (milieu sous-marin), ladite chambre interne 200 est remplie d'un matériau diélectrique. Ce matériau était constitué par de la graisse dans les premiers modèles de connecteurs, puis à été remplacé avantageusement par un fluide diélectrique, tel que de l'huile. Dans le modèle de connecteur sous-marin illustré, il est également prévu dans la chambre interne 200 une paroi flexible 203 placée contre la paroi cylindrique de celle-ci. Enfin, cette dernière paroi comporte un évent 201 communicant avec l'extérieur du corps de l'organe femelle 2. Le contact femelle 22 est disposé à l'interieur de la chambre interne 200, celui-ci étant concentrique a l'axe de révolution A. Il est connecte électriquement à un câble 23, prolongeant l'organe femelle 2 vers l'arrière et muni d'une gaine de protection se raccordant de façon étanche au corps 20 de l'organe femelle 2. Lorsqu'on accouple les deux organes. mâle 1 et femelle 2. la pointe 110 de l'élément de contact 11 transperce la membrane d'étanchéité 21 dans une zone 210, sensiblement centrale, c'est-à-dire située sur l'axe de révolution A, rendu commun aux deux organes. Le diametre interne de la chambre 100 est légèrement supérieur au diamètre externe du corps 20 de manière à autoriser l'insertion guidée de ce dernier à l'intérieur de ladite chambre interne 100 sans frottements excessifs. La pointe 110, puis l'élément contact mâle 1 1 en prolongement de celle-ci, traversent la membrane d'étanchéité 21. L'élément de contact mâle 1 1 est alors introduit dans l'élément de contact femelle 22 et la connexion électrique entre les deux éléments de contact s'établit. Comme alternative, la membrane peut être pré-percée et les lèves de l'orifice ainsi réalisé, normalement jointes, peuvent alors s'écarter lors de la pénétration de la pointe 110, tout en assurant une bonne étanchéité. Naturellement, le connecteur peut comporter plus d'une paire d'organe mâle et femelle On constate aisément que cette connexion électrique est réalisée en milieu diélectrique, c'est-à-dire dans le fluide introduit dans la chambre interne 200. En outre, la pointe 110 et l'élément de contact mâle 1 1 sont nettoyés automatiquement lors de la traversée de la membrane, celle-ci s'adaptant automatiquement au contour de ces pièces par effet élastique. On constate également que la configuration de ce tspe de connecteur est simple. Il n'est pas nécessaire de prévoir des pièces en mouvement, tels que des ressorts. Des tolérances de fabrication serrées ne sont pas non plus nécessaires. Pour une description plus détaillée du connecteur illustré par la figure 1, on se reportera avec profit à l'article précité, paru dans "Proceedings of Oceans" Le dispositif de l'art connu, du type qui vient d'être rappelé, remplit certes la plupart des exigences spécifiques aux applications sous-marines, cependant, il ne peut garantir l'étanchéité lorsqu'on procède à des cycles de connexion-déconnexion nombreux Il est indiqué, dans l'article précité, que le cycle de vie est de 200 cycles (connexions-déconnexions). Un second mode de réalisation est basé sur l'incorporation de chaque contact douille dans une chambre unitaire. les chambres unitaires étant elles-mèmes englobées dans une chambre commune remplie d'huile. Une telle configuration de connecteur est décrite dans le brevet américain US-A-4 948 377 (James L. Cairns). Selon ce brevet, on tente de limiter les risques de fuite et les défauts de fermeture de la chambre lors de la sortie de la ou des broche(s) du dispositif de base en maintenant la seconde chambre fermée par un piston, ou soupape, repoussé par la broche lors de la connexion. On réalise cependant aisément, au simple examen des figures annexées à ce brevet, que la complexité du dispositif est fortement augmentée. Il comprend notamment, contrairement au dispositif précédemment décrit, des pièces en mouvement, en supplément des éléments de contacts, notamment des ressorts et des pistons. Cette configuration a pour effet d'augmenter la force d'insertion nécessaire à la connexion électrique et comporte des risques de coincement des pistons qui n'assurent plus dans ce cas leur fonction étanchéité. La présente invention propose, tout en conservant les avantages des dispositifs de l'art connu, en particulier les avantages de simplicité de réalisation selon le premier mode de réalisation précédemment décrit, un dispositif de connexion électrique sous-marine amovible préservant l'étanchéité des connexions, même lorsque celui-ci est soumis à un nombre important de cycles connexiondéconnexion. Pour ce faire, le dispositif selon l'invention conserve certaines dispositions propres audit premier mode de réalisation selon l'art connu. Cependant, selon une caractéristique importante de l'invention, les membranes ou diaphragmes d'étanchéité, disposés dans une chambre englobant des éléments de contact femelle, sont maintenus fermés par effet de pincement par des éléments formant ressorts et aplatissant lesdites membranes. Dans une variante préférée de l'invention, chaque contact douille, c'està-dire l'élément de contact femelle, est enrobé dans une chemise isolante se prolongeant, au-delà de la partie de connexion de la douille, par une partie cylindrique souple resserrée par un ou plusieurs anneaux ressorts de façon à - produire un essuyage de la broche, c'est-à-dire de l'élément contact mâle, par frottement lors de l'introduction de la broche, - réaliser une barrière isolante, la broche étant munie elle-même d'une partie intermédiaire cylindrique isolante coulissant à l'intérieur de la chemise lors de l'introduction de la broche, la chemise et la partie intermédiaire de la broche réalisant un joint d'étanchéité une fois la connexion établie. Cette disposition permet d'éviter que l'eau ayant éventuellement franchi les diaphragmes ne puisse créer une continuité entre deux connexions, voire même permet une connexion en pleine eau. L'invention a donc pour objet un dispositif de connexion électrique sous-marin amovible comprenant une fiche et une embase de connexion, ladite fiche comportant au moins une broche et ladite embase comprenant une chambre, remplie d'un fluide diélectrique, comprenant au moins une douille destinée à recevoir ladite broche, la chambre étant munie d'au moins un manchon souple permettant l'introduction de ladite broche et comportant un orifice d'entrée, dispositif de connexion caractérisé en ce que ledit manchon souple forme diaphragme d'étanchéité et en ce que ledit orifice d'entrée est resserré par au moins un élément ressort. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui suit en référence aux figures annexées, et parmi lesquelles - La figure 1 illustre, en coupe, un connecteur selon l'art connu; - La figure 2a illustre, en coupe, un exemple d'organe mâle ou fiche pour un dispositif de connexion électrique sous-marine selon un mode de réalisation préféré de l'invention, - La figure 2b illustre, en coupe, un exemple d'organe femelle ou embase pour un dispositif de connexion électrique sous-marine selon un mode de réalisation préféré l'invention. L'invention va maintenant être décrite par référence aux figures 2a et 2b qui illustrent, respectivement, des exemples de réalisation préférée des organes mâle et femelle pour un dispositif de connexion électrique sous-marine selon l'invention. Plus précisément la figure 2a illustre l'organe mâle ou fiche 4 du dispositif de connexion sous-marine amovible. Cet organe mâle 4 comprend un ou plusieurs éléments de contact mâle ou broches 41, disposé(s) suivant un axe A et supporté(s) par un corps arrière 40 en matériau isolant. La broche 41 comprend une partie avant non recouverte 411, dont l'extrémité 4110 est effilée. Dans une variante de réalisation préférée, illustrée par la figure 2a, la partie centrale 410 de la broche 41 est recouverte d'un manchon isolant 42 dont les dimensions extérieures (section) sont identiques à celles de la partie avant 411, de manière à réaliser une solution de continuité entre ces deux parties. Si la section de la broche est circulaire, le diamètre extérieur du manchon 42 est sensiblement égal au diamètre de la partie avant 411 de la broche 41.La broche 41 comprend enfin une partie arrière 412 englobée, en majeure partie, dans le matériau isolant du corps 40. Cette partie arrière 412 est également recouverte par le matériau du manchon isolant 42. Celuici s'enfonce dans le corps 40, de manière à réaliser une isolation continue entre les parties centrales 410 et arrière 412. On constate aisément que seule la partie avant 411 de la broche 41 est en contact électrique avec le milieu externe 3, du moins en ce qui concerne la partie avant de l'organe mâle 4. En effet, sur la partie arrière de l'organe mâle 4, la broche 41, par sa partie arrière 412, est connectée à des liaisons électriques sortantes 43. Le corps 40 est disposé dans un boîtier 44 de forme appropriée. Lorsqu'il y a plusieurs broches 41 dans ce boîtier 44, celles-ci peuvent être supportées par des corps isolants distincts placés côte à côte, ou au contraire par un corps isolant commun à toutes les broches 41. La figure 2b illustre pour sa part l'organe femelle ou embase 5 du dispositif de connexion sous-marine amovible. Cet organe femelle 5 comprend un boîtier 20 emprisonant une membrane tubulaire 50 en matériau élastomère sur laquelle est apposée une façade avant 55. Celle-ci comporte un orifice 550 destiné à laisser pénétrer l'extrémité avant 411 de la broche 41 à l'intérieur de l'organe femelle 5. En regard de l'orifice 550, on a disposé un diaphragme comprenant une partie ouverte vers l'extérieur, 500-501, en forme d'entonnoir, guidant la broche 41 lors de son introduction, et une partie arrière fermée par pincement, 5010-5011. Ledit pincement est provoqué par l'action de clapets 59 formant ressort dont les extrémités arrières, 590-591, appuient sur les lièvres, 5000-5001, du diaphragme. Ces clapets 59 sont supportés par un corps 60, lui-même soutenu par une plaquette 61 reposant dans la chambre définie par la membrane tubulaire 50, formant manchon isolant. De façon analogue au dispositif de l'art connu, illustré par la figure 1, on a rempli la chambre 50 d'un fluide diélectrique, par exemple de l'huile, qui contrebalance la pression du milieu extérieur 3. Les clapets 59 formant ressort ne doivent donc exercer qu'un surplus de pression de faible amplitude sur les lèvres, 5000-5001, du diaphragme, de manière à les maintenir pincées aplaties les unes contre les autres. On a également disposé, à l'interieur de la chambre 50, l'élément de contact femelle ou douille 51 Elle comprend des lames de contact 510, une embase conductrice 54, prolongée par une partie arriere 56 englobée dans un isolant arrière 53. La partie arrière 56 est connectée électriquement à une liaison electrique 57. Une bague de fixation 58 maintient l'isolant 53 dans le corps 20. Dans le mode de réalisation préféré, illustré par la figure 2b, la douille 51 est recouverte par un manchon isolant 62 s'enfonçant dans le matériau isolant 53 vers l'arrière de manière et se prolongeant vers une zone 511 située à l'avant des lames de contact 510 de manière à ce que seule l'ouverture avant 620 du manchon 62 communique avec le milieu interne, c'est-à-dire le fluide diélectrique remplissant la chambre 50. Selon une autre caractéristique de ce mode de réalisation préféré, on dispose dans la zone 511 en avant de la douille 51, autour du manchon 62, un ou plusieurs anneaux de serrage 52. Les anneaux 52, formant ressort, compressent le manchon 62. L'ouverture avant 620 du manchon 62 et l'orifice 550 sont alignés sur un axe A', rendu commun à l'axe A de la broche 41 lors de l'introduction de celle-ci à l'intérieur de la douille 5 1. Lorsqu'on accouple l'organe mâle 4 et l'organe femelle 5, la pointe avant 4110 de la broche 41 pénètre dans l'ouverture 550 et écarte ensuite les lèvres 5000 et 5010 du diaphragme d'étanchéité. Les clapets 59, exerçant une pression sur ces lèvres, maintiennent celles-ci appuyées contre la surface externe de la broche 41 et empeche ainsi la pénétration de l'eau à l'intérieur de la chambre 50, la pression régnant dans le milieu extérieur 3 étant par ailleurs contrebalancée par celle régnant à l'intérieur de la chambre 50 du fait de la présence du fluide diélectrique et de l'orifice équipression 201. La broche 41 dans son mouvement de pénétration est introduite, par son orifice d'entrée 620, dans le manchon 62, puis à l'intérieur de la douille 51 et établit un contact électrique entre sa partie avant 411 et les lames de contact 510 de la douille 51. Lors de l'introduction de la broche 41 dans la douille 51, du fait de la présence des anneaux de serrage 52, la surface extérieure de la broche est automatiquement nettoyée par frottement ce qui améliore la qualité du contact électrique entre la partie avant 411 de la broche 41 et la partie arrière 510 de la douille 51. En outre, la broche 41 étant dotée sur sa partie intermédiaire 410 d'un manchon isolant 42, il y a création automatique, lorsque la connexion est entièrement établie d'un joint d'étanchéité entre la chemise de la douille 51 et la partie centrale 410 de la broche 41. Cette disposition permet d'éviter que l'eau ayant éventuellement pu franchir le diaphragme d'étancheité ne puisse créer une continuité électrique entre deux connexions. Bien que l'on ait décrit qu'une seule paire de contacts, mâle et femelle, il doit être clair que le boîtier 20 peut comprendre un nombre quelconque de douilles 51. Le corps 40 supporte alors un nombre égal de broche 41 à accoupler. On constate aisément, suite à la description qui vient d'être faite d'un exemple de réalisation d'un dispositif de connexion sous-marine amovible, que l'invention atteint parfaitement les buts qu'elle s'était fixés. Elle conserve la simplicité de la structure des dispositifs selon ledit premier mode de réalisation de l'art connu, tout en améliorant la fonction étanchéité, notamment. Pour fixer les idées, les matériaux utilisables pour réaliser les principaux éléments du dispositif selon l'invention sont les suivants - clapets 59 : polyacétale; - membrane 50 : gomme élastomère 50 shore, Néoprène ou nitrile, - liquide isolant : huile ou gel silicone. Il doit etre clair que l'invention n'est pas limitée aux seules réalisations précisément décrites, notamment en relation avec les figures 2a à 2b qui illustrent un exemple de réalisation selon un mode préféré. Les matériaux utilisables dans le cadre de l'invention n'ont été cités que pour mieux fixer les idées, mais la sélection d'autres matériaux, selon les applications précises visées, ne constitue que de simples choix technologiques à la portée de l'Homme de NIétier. De la même manière, la forme des éléments de contact, des boîtiers les contenant ou le nombre de ces éléments ne constituent également que de simples choix technologiques à la portée de l'Homme de Niétier. R DICATION S 1. Dispositif de connexion électrique sous-marin amovible comprenant une fiche (4) et une embase (5) de connexion, ladite fiche (4) comportant au moins une broche (41) et ladite embase (5) comprenant une chambre (50), remplie d'un fluide diélectrique, comprenant au moins une douille (5l) destinée à recevoir ladite broche (41), la chambre (50) étant munie d'au moins un manchon souple (500, 501, 62) permettant l'introduction de ladite broche (41) et comportant un orifice d'entrée (550, 620), dispositif de connexion caractérisé en ce que ledit manchon souple (500, 501, 62) forme diaphragme d'étanchéité et en ce que ledit orifice d'entrée (550, 62) est resserré par au moins un élément ressort (59, 52). 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit élément ressort (59) est constitué de clapets (590. 591) exerçant une pression sur des lèvres (5000, 5010) dudit manchon (500, 501) pour obtenir un appui de manière à interdire la pénétration du liquide (3) constituant le milieu marin. j. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, chacune desdites douilles (51) comprend une zone (51G) ouverte en direction dudit orifice d'entrée (550, 620) et entourée d'un manchon souple (62) se prolongeant sur une zone (511) située en avant de ladite douille (51). et en ce que ledit élément ressort (52) forme anneau de serrage autour dudit manchon souple (62), dans ladite zone (511) située à l'avant de la douille (51), de manière à établir un joint d'étanchéité entre ledit manchon souple (67) et une zone centrale isolante (410) d'une broche (41) portée par la fiche (4) lors de l'introduction de ladite broche (41) dans ladite douille (51). 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un élément ressort (59), constitué de clapets (590, 591), exerçant une pression sur des lèvres (5000, 5010) d'un premier manchon (500, 501) pour obtenir un appui de manière à interdire la pénétration du liquide (3) constituant le milieu marin, en ce que chacune desdites douilles (51) comprend une zone (510) ouverte en direction dudit orifice d'entrée (550, 620) et entourée d'un second manchon souple (62) se prolongeant sur une zone (511) située en avant de ladite douille (51), et en ce qu'il comprend au moins un élément ressort (52), formant anneau de serrage autour dudit second manchon souple (62), dans ladite zone (511) située à l'avant de la douille (51), de manière à établir un joint d'étanchéité entre ledit second manchon souple (62) et une zone centrale isolante (410) d'une broche (41) portée par la fiche (4) lors de l'introduction de ladite broche (41) dans ladite douille (51). 5 Dispositif selon les revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit élément ressort (52), formant anneau de serrage, resserre ledit manchon souple (62) de manière à exercer un frottement sur la surface extérieure de la broche (41) lorsqu'elle pénètre à l'intérieur de la douille (51) et à nettoyer ladite surface par l'action du frottement. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'en outre chacune desdites broches (41) est munie, sur une zone centrale (410), d'un manchon (42) en matériau isolant de manière à établir un joint d'étanchéité entre chaque broche (41) et ledit manchon souple (62) entourant chaque douille (51) lorsque la connexion est entièrement établie. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit fluide diélectrique est de l'huile.