Brevet FR2718316A1 — publié le 19951006

La présente invention se rapporte aux antennes linéaires acoustiques à usage sous-marin, aussi bien destinées à être montées sur des bâtiments ou véhicules mobiles que destinées à être immergées de manière fixe pour constituer un réseau de détection, par exemple pour la prospection pétrolière. On connait les antennes acoustiques linéaires qui sont destinées à être remorquées par un bateau-tracteur et qui se présentent essentiellement sous la forme d'un tuyau allongé de section sensiblement circulaire, souvent formé de plusieurs éléments raboutés les uns aux autres. Ce tuyau comporte des hydrophones ainsi que des circuits de traitement du signal de ces hydrophones, des préamplificateurs par exemple, et il est rempli d'une huile de couplage acoustique qui assure une certaine tenue mécanique à l'antenne. On connaît également, par exemple de la demande de brevet français n" 2 691 596 déposée par la demanderesse le 22 mai 1992, des antennes qui peuvent être plaquées de manière conforme contre la coque d'un bâtiment et qui comprennent des hydrophones en polymère piézoélectrique tel que le PVDF. Dans certaines applications, on souhaite disposer d'antennes linéaires pouvant être immergées en un nombre relativement important pour former un réseau de surveillance immergé. La gamme des fréquences à recevoir est typiquement celle des fréquences inférieures à 1.500 Hz. Ces antennes sont susceptibles d'être ramenées à la surface et rangées à bord d'un bâtiment transporteur pour être redéployées à un endroit éloigné du premier. Ceci nécessite de pouvoir stocker ces antennes dans un volume suffisamment faible, ce qui dans la pratique et compte tenu de la longueur relativement importante, (supérieure par exemple à 20 m) de chaque antenne individuelle, et de leur nombre, amène généralement à les enrouler sur des tambours de petit diamètre, par exemple inférieur à 1 m, et à rechercher des antennes de faible section. II faut bien entendu que lorsque l'on déroule les antennes hors des tambours elles ne présentent pas de courbure correspondant à une mémoire de forme acquise pendant le stockage. En outre, L'antenne doit à la fois présenter une souplesse suffisante pour se dérouler ou être déroulée aisément sous l'eau et une raideur suffisante pour assurer le maintien d'une rectitude correcte en opération. L'antenne doit pouvoir également être déployée verticalement, ce qui nécessite une résistance importante à la traction, correspondant par exemple à des efforts supérieurs à 3.000 Newtons. Cette résistance à la traction doit s'étendre à une résistance aux agressions mécaniques de toutes sortes, provenant notamment des frottements et des chocs appliqués lors du déploiement de l'antenne. Bien entendu les déploiements et enroulements successifs ne doivent pas perturber le positionnement dans l'antenne de ses différents éléments, en particulier des hydrophones. En outre, toutes ces propriétés doivent pouvoir être conservées dans un grand domaine de conditions d'environnement, et en particulier supporter des températures de stockage extrêmes, par exemple -30" C + 65"C, des températures de fonctionnement comprises par exemple entre -2" C et 35 C, et une pression d'immersion pouvant aller jusqu'à celle correspondant à plusieurs milliers de mètres de profondeur Dans d'autres applications, on souhaite disposer d'antennes linéaires pouvant être tendues sur une coque ou une structure de bâtiment (par exemple un bâtiment de surface ou sur sous-marin), et supportant également de nombreuses opérations d'installation (déploiement) et de démontages (enroulement), notamment dans le cadre d'opérations de maintenance. Pour remplir toutes ces conditions, I'invention propose une antenne linéaire acoustique du type comprenant un ensemble de capteurs et de circuits de conditionnement électronique répartis dans une gaine extérieure souple elle-même remplie d'un matériau de couplage, essentiellement caractérisée en ce que: - la section droite de la gaine présente une longueur et une largeur de dimensions sensiblement différentes conférant à l'antenne une forme plate telle qu'un ruban, - le matériau de couplage ne modifie sensiblement pas la raideur de l'antenne ; et - elle comprend en outre un ensemble de joncs semi-rigides s'étendant sur toute la longueur et contribuant à la tenue mécanique de l'antenne; Selon une autre caractéristique, L'antenne comporte un ensemble de supports répartis le long des joncs pour supporter les capteurs ou les circuits et les maintenir en position à l'intérieur de la gaine au sein du matériau de couplage. Selon une autre caractéristique, chaque support comprend une partie centrale percée de deux trous et de deux parties d'extrémités permettant de recevoir et d'immobiliser les joncs. Selon une autre caractéristique, les joncs immobilisés dans les extrémités de support permettent de supporter les fils de connexion des capteurs. L'invention propose en outre un procédé de fabrication d'une telle antenne acoustique linéaire, essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: - fabrication d'une gaine présentant une section oblongue identique à celle de la section finale de l'antenne; - préparation d'un chapelet formé de joncs sur lesquels sont fixés des supports qui supportent eux-mêmes les capteurs de l'antenne ou les circuits; - câblage de ces capteurs ou de ces circuits par des fils qui sont toronés sur au moins l'un de ces joncs; - dépôt à l'intérieur de cette gaine d'un primaire d'adhésion; - introduction du chapelet dans la gaine; et - remplissage de l'intérieur de cette gaine avec un matériau de faible dureté acoustiquement adapté à l'eau à l'état liquide et se solidifiant à la fin de l'opération. Selon une autre caractéristique, après avoir déposé le primaire à l'intérieur de la gaine on laisse sécher celuici, on place ensuite cette gaine dans un moule formé de deux coquilles rassemblées délimitant un espace intérieur dont la section est celle de l'antenne à obtenir, on plaque cette gaine sur les parois intérieures du moule par dépression, on incline légèrement ce moule par rapport à l'horizontale et on injecte le matériau de remplissage à partir de l'extrémité la plus basse du moule. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante, présentée à titre d'exemple non limitatif en regard des figures annexées qui représentent: - la figure 1, une vue en coupe transversale d'une antenne selon l'invention; - la figure 2, une vue partielle d'un support des capteurs internes de cette antenne; - la figure 3, une vue partielle de dessus du chapelet interne comportant les capteurs fixés sur les supports de la figure 2; et - la figure 4, une vue en coupe transversale d'un moule destiné à maintenir la gaine de l'antenne pendant son remplissage avec le matériau de remplissage. Le nombre, la taille et le positionnement des capteurs dépendent des performances attendues de l'antenne et de la bande de fréquence considérée ; par ailleurs les capteurs ne doivent pas perturber l'aptitude de l'antenne aux déploiements et aux enroulements. Dans un exemple de réalisation préférée faisant appel à des capteurs plats, réalisés par exemple en polymère piézoélectrique, on placera 25 paires de tels capteurs dans une antenne longue de 40 m. Cette longueur et le type de capteurs ne sont donnés qu'à titre indicatif et peuvent être ajustés selon les besoins. Le matériau constituant la gaine extérieure est un élastomère résistant aux agressions extérieures (mécaniques telles que frottement, déchirement.., chimiques, dues au milieu marin ...) et compatible du point de vue adhésion avec le matériau de remplissage. Le matériau de remplissage peut être un matériau "thermodurcissable" ou thermofusible, par exemple un polyuréthane. Le mot "thermodurcissable" veut ici dire que le matériau est liquide quand il est introduit froid dans la gaine, et qu'il se solidifie ensuite, en principe sous l'effet de la chaleur. II reste toutefois "mou" pour que l'antenne soit souple. Les joncs semi-rigides sont utilisés pour supporter les efforts de traction tout en augmentant de manière contrôlée la raideur en flexion de l'antenne. Dans un exemple de réalisation préférée, on utilisera des joncs cylindriques en matériau composite résine-fibre de verre. Chaque capteur est placé à l'intérieur de l'antenne de la manière représentée sur la section de la figure 1. Le capteur 102 est immobilisé sensiblement au centre de la gaine 101. Après remplissage, il est maintenu en place par le matériau de remplissage 103. Des deux côtés du capteur on trouve des joncs 104 et 105 semirigides. Ces joncs permettent d'obtenir la rigidité nécessaire et de supporter les efforts de traction. Dans cet exemple de réalisation on utilise deux joncs de diamètre relativement faible, par exemple 2 mm, 104 situés plus près du capteur et deux autres joncs de diamètre plus gros, par exemple 5 mm, situés plus près des côtés extérieurs de la gaine. Ces joncs de diamètre plus gros permettent de maintenir les différents câbles électriques qui permettent eux-mêmes de propager les signaux provenant des capteurs et des préamplificateurs ainsi que les tensions électriques d'alimentation de ces mêmes préamplificateurs. Ces câbles 106 sont toronés autour des joncs 105. A chaque extrémité de l'antenne, on a placé deux brides plates qui sont collées sur la gaine et sur laquelle sont bloqués les joncs afin de permettre la reprise d'effort. Ces brides sont munies d'une ouverture qui permet de raccorder un connecteur aux câbles 106 et ainsi de relier l'antenne aux organes d'exploitation extérieurs, placés par exemple sur une balise immergée et munie de moyens de transmission dans le cas d'un réseau fixe de détection. La fabrication d'une telle antenne pose différents problèmes de mise en place des organes internes et de remplissage résolus par le procédé selon l'invention. On commence par préparer un chapelet formé des capteurs et des circuits électroniques fixés sur les joncs et réunis aux différents câbles d'alimentation et de transmission. Pour cela on utilise des supports centreurs 201 tels que celui représenté partiellement sur la figure 2 vu de côté et complètement sur la figure 3 représentant une partie du chapelet vue sur le dessus. Dans un exemple de réalisation préférée, de tels supports 201 seront réalisés en matière plastique. Ils comprennent une partie centrale 202 percée de trous 203 permettant d'introduire les joncs 104, et des extrémités 204 où viennent se loger les gros joncs 105. Ce système de supports et de joncs permet d'immobiliser les capteurs et les circuits électriques les uns par rapport aux autres dans toutes les directions. Dans l'étape suivante, on fixe les gros joncs 105, préalablement recouverts des câbles de connexion, aux extrémités 204 des supports 201. On pourra assurer par collage l'immobilisation de ces joncs par rapport aux supports. L'étape suivante consiste à câbler de manière connue les capteurs ou circuits en les réunissant aux fils supportés par les joncs 105. Le chapelet ainsi obtenu est alors prêt à être placé dans la gaine. Pour augmenter l'adhérence entre la gaine externe et le matériau de remplissage, un primaire d'accrochage peut être utilisé par dépôt sur la face interne de la gaine. La gaine étant ainsi préparée, on la place alors dans l'outillage de moulage représenté sur la figure 4. Cet outillage comporte une partie inférieure 401 réunie à une partie supérieure 402 à l'aide de boulons 403. Ces deux parties ont la forme de deux gouttières dont la réunion délimite un espace intérieur ayant sensiblement les dimensions de l'antenne terminée. La gaine est placée dans la partie 401 et on vient refermer l'ensemble avec la partie 402. Des prises de vide, représentées sur la figure par le tuyau 404, sont réparties le long du moule de manière à permettre d'aspirer l'air contenu entre le moule et la gaine pour bien plaquer celleci contre les parois du moule. On introduit alors le chapelet formé par les joncs, les supports de capteurs, les capteurs ou préamplificateurs, et le câblage, qui a été confectionné de la manière décrite plus haut. Pour cela on peut par exemple faire passer dans l'intérieur de la gaine deux cordelettes à l'aide d'une aiguille et venir fixer d'un côté ces cordelettes aux deux joncs extérieurs. En tirant alors sur l'autre côté des cordelettes et en guidant soigneusement le chapelet, celui-ci pénétrera sans problème dans la gaine et viendra se mettre en place. De manière à obtenir un ensemble bien homogène, en particulier au niveau des extrémités, l'invention propose alors de fixer dès ce moment les brides d'extrémité de l'antenne en venant les coller aux extrémités de la gaine, ainsi qu'aux joncs qui passeront par des trous ménagés dans ces brides. L'écheveau des fils de raccordement passera lui par des ouvertures ménagées au centre des brides afin de permettre de fixer dans une étape ultérieure les connecteurs de raccordement. On peut alors dès la fin de cette étape araser au niveau de ces brides la partie des joncs qui en sort. Pour faciliter l'injection du matériau de remplissage, I'invention propose de coiffer les extrémités du moule par des pièces ayant la forme de boîtes munies d'une tête d'injection. Le matériau de remplissage est introduit à l'extrémité basse de l'outillage, alors que la sortie de l'air et, à la fin de l'opération, de l'excédent de matériau s'effectuent à l'extrémités haute. La forme intérieure de ces boîtes sera prévue de manière à obtenir un surmoulage des brides d'extrémité qui sont elles-mêmes collées sur la gaine. La vitesse de remplissage de la gaine dépend de la viscosité du produit de remplissage, de la mouillabilité de la gaine par ce produit, de la densité d'objets placés à l'intérieur de la gaine et du temps de durcissement du produit. Le débit de la machine d'injection de ce matériau doit tenir compte de ces différents paramètres. L'excédent de matériau de remplissage ayant été avacué par la tête d'injection située en partie haute du moule, la pression exercée dans tout le système et le volume de matériau en excès doivent compenser le retrait lié au durcissement du matériau. Le matériau est durci, on peut alors démonter le moule et on dispose d'une antenne pratiquement terminée. Les opérations de finition consistent à éliminer l'excès de matériau lié aux fuites éventuelles d'extrémités, puis à connecter et à fixer les dispositifs de connexion de l'antenne. On pourra éventuellement surmouler ces dispositifs pour améliorer encore l'étanchéité. REVENDICATIONS 1. Antenne linéaire acoustique du type comprenant un ensemble de capteurs (102) et de circuits de conditionnement électronique répartis dans une gaine extérieure souple (101) elle-meme remplie d'un matériau de couplage (103), caractérisée en ce que: - la section droite de la gaine présente une longueur et une largeur de dimensions sensiblement différentes conférant à l'antenne une forme plate telle qu'un ruban, - le matériau de couplage ne modifie sensiblement pas la raideur de l'antenne; et - elle comprend en outre un ensemble de joncs semi-rigides s'étendant sur toute la longueur et contribuant à la tenue mécanique de l'antenne; 2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un ensemble de supports (201) répartis le long des joncs (104, 105) pour supporter les capteurs (102) ou les circuits et les maintenir en position à l'intérieur de la gaine au sein du matériau de couplage. 3. Antenne selon la revendication 2, caractérisée en ce que chaque support comprend une partie centrale (202) percée de deux trous (203) et de deux parties d'extrémités (205) permettant de recevoir et d'immobiliser les joncs (105). 4. Antenne selon la revendication 3, caractérisée en ce que les joncs (105) immobilisés dans les extrémités de support (204) permettent de supporter les fils de connexion (106) des capteurs (102). 5. Procédé de fabrication d'une antenne acoustique linéaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: - fabrication d'une gaine (101) présentant une section oblongue identique à celle de la section finale de l'antenne; - préparation d'un chapelet formé de joncs (104, 105) sur lesquels sont fixés des supports (201) qui supportent eux-mêmes les capteurs (102) de l'antenne ou les circuits; - câblage de ces capteurs ou de ces circuits par des fils (106) qui sont toronés sur au moins l'un de ces joncs (105).; - dépôt à l'intérieur de cette gaine d'un primaire d'adhésion; - introduction du chapelet dans la gaine (101); et - remplissage de l'intérieur de cette gaine avec un matériau de faible dureté acoustiquement adapté à l'eau à l'état liquide et se solidifiant à la fin de l'opération. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que après avoir déposé le primaire à l'intérieur de la gaine on laisse sécher celui-ci, on place ensuite cette gaine dans un moule formé de deux coquilles rassemblées délimitant un espace intérieur dont la section est celle de l'antenne à obtenir, on plaque cette gaine sur les parois intérieures du moule par dépression, on incline légèrement ce moule par rapport à l'horizontale et on injecte le matériau de remplissage à partir de l'extrémité la plus basse du moule.