Brevet FR2794716A1 — publié le 20001215

I. DOMAINE DE L'INVENTION Dans un souci de simplification, on désignera dans tout ce qui suit par le terme général de navire les structures capables d'opérer sur ou sous la surface de l'eau. Ce terme pourra donc aussi bien désigner spécifiquement les navires que par exemple les plates formes pétrolières ou les sous-marins, qui ne sont pas au sens usuel désignés par ce terme. L'invention est un dispositif permettant d'effectuer de manière systématique, fiable et économique certains types de mesures sur les navires selon l'acception précédente du terme, dans le but principal de déterminer s'ils sont en bon état. L'invention relève donc du domaine de la métrologie et plus précisément du contrôle industriel de structures. Le dispositif pourra par exemple équiper les bassins des ports pour servir de banc de contrôle technique des navires ou d'outil de pesée fine des cargaisons embarquées. D'autres avantages de l'invention apparaîtront plus clairement dans les développements qui suivent. On notera que, dans la présente description, on désignera par "coque" la paroi extérieure de la structure navigante, ses membrures et renforts internes ou externes, ses appendices externes incluant notamment safrans, ailerons de stabilisation, quilles, hélices etc... H. ÉTAT DE LA TECHNIOUE CONNUE LA PLUS PROCHE DE L'INVENTION Selon les statistiques du LLOYDS LIST de janvier 1998 à structure ayant échappé aux procédures de contrôle. Le nombre des pertes ne s'est pas amélioré depuis 10 ans. Les investigations sur les causes et origines de ces sinistres avortent souvent par manque de preuves matérielles. Il est connu que les inspecteurs mandatés pour expertiser l'état fonctionnel des navires emploient des appareils de métrologie et des procédures de contrôle qui seraient grandement améliorés, à la fois au plan technique et au plan économique, par l'invention dont il est l'objet, pour plusieurs raisons - les impératifs commerciaux des navires et l'importance des structures à examiner sont tels que les inspecteurs ne peuvent examiner complètement la coque, et limitent souvent leurs interventions à des examens visuels d'aspect et quelques relevés d'épaisseur dans des zones ponctuelles réputées sensibles. - de telles investigations comportent de nombreux risques d'erreurs ou d'omissions, notamment parce que l'investigation est menée manuellement et non systématiquement en un nombre de points de mesures restreint, sans vision globale de l'état de la structure. - les fonds de ballasts et/ou les doubles fonds sont souvent recouverts par une couche résiduelle de vase/boues masquant ou rendant inaccessibles par l'intérieur certains éléments de la structure qui restent insuffisamment inspectés. - les déformations de la poutre navire sont à l'heure actuelle mal estimées, à partir de relevés de tirants d'eau à la proue, la poupe et au milieu du navire. Or, les architectes navals et les experts ont un besoin croissant de connaître l'importance des effets de fatigue liés aux flexions alternées répétitives (arc, contre-arc, torsions de la poutre navire) qui sont de plus en plus soupçonnés d'entraîner ou de traduire le vieillissement des structures. - Une expertise pas les méthodes en usage est chère car en sus des frais de mise en cale sèche le navire contrôlé est immobilisé pendant une durée où il n'est pas rentable. III.BUTS DE L'INVENTION Le problème que se sont posé les inventeurs est celui de l'élaboration d'un dispositif permettant un contrôle plus sûr de l'état des coques de navires, et aussi plus économique en ce qu'il n'oblige pas une immobilisation en cale sèche. Pour remédier aux lacunes des moyens actuels, les solutions apportées au problème et les objectifs particuliers assignés à l'invention ont été - Pour rendre le contrôle de la coque plus sûr, d'automatiser les opérations de mesure par des moyens robotisés. Ces moyens robotisés ou robots se déplacent le long de l'extérieur de la coque en ne laissant aucune sonde de coque inexplorée. Ils sondent la coque point après point de manière automatique au moyen de capteurs spécifiques selon la liste revendiquée. Ces capteurs délivrent en chaque point un ensemble beaucoup plus complet de mesures que celui pratiqué selon l'état actuel de la technique. Ainsi, un inspecteur peut avoir accès, après l'exploration complète de la coque par les robots, à une connaissance exhaustive de cette dernière, d'où un contrôle plus sûr. - Pour rendre le contrôle plus économique, les moyens robotisés décrits plus haut sont rendus capables d'opérer le navire étant indifféremment à flot ou à sec. L'opération de contrôle peut ainsi être effectuée avantageusement navire à flot, le passage en cale sèche étant ainsi évité. En outre, la vitesse d'opération et le nombre variable de robots mis en oeuvre permettent de réduire le temps d'immobilisation du navire à son strict minimum, c'est-à-dire dans une réalisation préférée de l'invention à moins d'une journée. IV . MOYENS DE L'INVENTION 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 : un schéma de principe d'un dispositif selon l'invention. La figure 2 : une vue en coupe partielle du dispositif de la figure 1, le navire étant amarré à flot dans un bassin (204) au moyen d'un ensemble d'amarres (300, 301, 302, 303). La figure 3 : une vue de dessus partielle du dispositif de la figure 1, le navire étant amarré comme sur la figure 2. Le dispositif de mesure et de contrôle selon une réalisation possible de l'invention représentée en figure 1 comprend un support mécanique (l00) sur lequel sont montés les capteurs (101) servant à la mesure, l'ensemble support (100) muni de ses capteurs (101) pouvant être déplacé et positionné dans l'espace par rapport à un référentiel absolu lié à la terre OXYZ au moyen d'un dispositif électromécanique (102) doué de 6 degrés de liberté. Les moyens de mesure (101) permettent d'effectuer les mesures suivantes :a)Capteur de proximité mesurant la position de la surface extérieure de la coque (205) du navire par rapport au support (100).b)Capteur de mesure de l'épaisseur de la coque, cette mesure permettant de quantifier le degré de corrosion/d'usure de la coque, la présence de trous, l'existence de zones de délaminage dans le cas des stratifiés, de cavités dans le cas des bois, de porosités, de dissociation locale de la paroi de la coque vis à vis des membrures qui la consolident : porques, couples, lisses, carlingues, varangues ...c)caméra optique délivrant des images de l'état local de surface de la coque mettant en évidence les salissures (concrétions, algues), l'état du revêtement antifouling, les zones de corrosion. d)capteur d'immersion délivrant la hauteur d'eau au dessus du point de mesure. Les mesures effectuées par les capteurs (101) sont acheminées via un ensemble de câbles (103) et une interface (105) vers un ou plusieurs calculateur(s) (l07) chargé(s) de transformer ces signaux en données exploitables, de les représenter de manière ergonomique à l'utilisateur et de les archiver dans une base de données pour réutilisation ultérieure. Les(s) calculateur(s) (107) assurent aussi les fonctions de contrôle/commande et de positionnement dans ses 6 degrés de liberté du dispositif (102) assurant le déplacement de l'ensemble support/capteurs (100, 101). Ces dernières fonctions sont effectuées au moyen d'une interface (106) et d 'un ensemble de câbles (104). Compte tenu de ce que le dispositif (102) doit permettre un positionnement précis des capteurs, ce dispositif peut être facilement réalisé à l'aide d'un ensemble de chariots motorisés (206, 207, 208) capables de se mouvoir et de mesurer leurs positions selon les dimensions XYZ le long d'un ensemble de rails servant de glissières (200, 201, 202). Les rails (200) disposés parallèlement à l'une quelconque des dimensions OX ou OY ou OZ sont fixés à la terre et servent de référence et de support aux autres chariots et rails. Un bras robotique (203) fixé sur le chariot le plus mobile (208) supporte et positionne finement par rapport à la coque (205) en cours d'examen l'ensemble de mesure (100, 10 1). Le calculateur (l07) connaît à tout instant la position des chariots (206, 207, 208) et du bras robotique (203) et utilise ces informations pour calculer la position des tous les points de mesure dans un référentiel OXYZ fixe par rapport à la terre. La valeur des mesures relevées par les capteurs (l01) et la position dans OXYZ des points où elles ont été prises permettent au calculateur (107) de calculer notamment la forme tridimentionnelle de la forme de la coque au fur et à mesure du déplacement spatial des capteurs et de délivrer ces informations à l'inspecteur chargé du contrôle au moyen d'une interface homme machine appropriée. Par tous ces moyens, l'inspecteur a finalement accès à une connaissance complète de l'état de la coque et de ses déformations éventuelles. Toutes zones exhibant une épaisseur anormale, un état de surface dégradé, une déformation locale, sont ainsi facilement détectables. Le fait que l'investigation ne laisse plus aucune place au hasard présente un caractère innovant. En outre, le calculateur (107) peut avantageusement, par comparaison des relevés effectués en temps utile, le contrôle, la visualisation et l'archivage des déformations de structure occasionnées par les opérations de chargement/déchargement et par le vieillissement du navire pendant sa vie ou après une collision accidentelle ayant entraîné une modification d'état de la structure. Les moyens (107) permettent également, par calcul du volume de la partie immergée de la coque dont la forme est calculée comme décrit ci-dessus, de déduire la masse précise du navire égale à la valeur de la poussée d'Archimède sur ce volume. Pour les navires transporteurs de chargements, les moyens (107) permettent aussi de calculer la masse du chargement, en différenciant la masse à vide et la masse en charge obtenues respectivement par 2 mesures et 2 calculs du type décrit à la phrase précédente. Cette capacité de comparer à tout moment la forme de la coque mesurée in situ avec un référence de la forme de la coque relevée et archivée, par exemple à la mise en servie du navire, est aussi une caractéristiques innovante de l'invention vis-à-vis de l'état connu de la technique. Cette capacité est susceptible d'améliorer la sécurité et l'état de la technique du domaine de la construction navale par une meilleure connaissance des torsions des structures. Une variante possible pourrait consister à utiliser plusieurs ensembles de capteurs (101), déplacés individuellement par autant de dispositifs (102), pour explorer plus rapidement la surface de la coque. L'avantage de cette variante étant le gain de temps. On notera que préférentiellement, les moyens informatiques (107) décrits ci-dessus comportent une interface homme machine ergonomique permettant le contrôle des moyens automatisés (102) et la représentation des mesures notamment sous forme d'images tridimensionnelles montrant toutes ces informations conjuguées, parfois même seulement une projection en plan, en zoom ou en coupe de zones de la coque. Cette visualisation permettant en particulier une simplification du travail d'expertise et d'accélérer la recherche des zones susceptibles de contenir un point faible de la structure, ce qui présente un intérêt opérationnel important compte tenu du grand volume de données à exploiter. REVENDICATIONS 1. Dispositif de métrologie pour système de contrôle in situ des navires, du type comportant des moyens de mesure (10l) montés sur un support mécanique (l00) mobile dans l'espace caractérisé en ce que ces moyens (101) permettent d'effectuer et délivrer des mesures sur les coques de navires (On désignera par "coque" la paroi extérieure de la structure navigante, ses membrures et renforts internes ou externes, ses appendices externes incluant notamment safrans, ailerons de stabilisation, quilles, hélices etc.... ). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (102) permettant de déplacer le support (100) dans l'espace est un dispositif automatisé, c'est à dire doté d'un ensemble de moyens de types senseurs, actionneurs, actionneurs et logiciels lui permettant d'explorer de manière autonome ou sous contrôle des moyens informatiques (l07) l'extérieur de la coque (205) du navire examiné. 3. Dispositif selon les revendications 1 et 3, caractérisé en ce que les moyens automatisés (102) permettant de déplacer les capteurs (101) et leur support (100) comportent en outre des moyens de positionner dans un référentiel OXYZ lié à la terre l'ensemble de moyens (100,101) 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (1 O 1,102) dialoguent par un ensemble de moyens (103,104, l05,106) avec des moyens informatiques (107) dont ils reçoivent des commandes et auquel ils transmettent les mesures. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de mesure (101) sont des types connus selon l'état de la technique permettant d'effectuer de manière précise et rapide les mesures suivantes: a)Capteur de proximité mesurant la position de la surface extérieure de la coque (205) du navire par rapport au support (l00). b)Capteur de mesure de l'épaisseur de la coque, cette mesure permettant de quantifier le degré de corrosion/d'usure de la coque, la présence de trous, l'existence de zones de délaminage dans le cas des stratifiés, de cavités dans le cas des bois, de porosités, de dissociation locale de la paroi de la coque vis à vis des membrures qui la consolident : porques, couples, lisses, carlingues, varangues ... c)caméra optique délivrant des images de l'état local de surface de la coque mettant en évidence les salissures (concrétions, algues), l'état du revêtement antifouling, les zones de corrosion. d)capteur d'immersion délivrant la hauteur d'eau au dessus du point de mesure. 6.Dispositif selon les revendications 1 à 5 caractérisé en ce que les moyens informatiques (107) élaborent, visualisent et mémorisent les mesures reçues des moyens (101) et les positions reçues des moyens (l02). 7. Dispositif selon les revendications 1 à 6 caractérisé en ce que les moyens informatiques (107) élaborent, visualisent et mémorisent de surcroît les informations complexes suivantes a) En additionnant la position dans le référentiel absolu OXYZ du support (100) délivrée par les moyens (102) et la proximité de la coque (205) par rapport au support (100) délivrée par le capteur de proximité compris dans les moyens (101), la position absolue du point de coque analysé dans le référentiel OXYZ. La mémorisation par (107) de la position absolue de tous les points de la coque donne la forme tridimensionnelle de l'extérieur de la coque . b)La comparaison de cette forme à une forme de référence préalablement enregistrée donne la déformation du navire, utile notamment après chargement/déchargement ou après une collision accidentelle ayant entraîné une modification d'état de la structure. c)Par calcul du volume de la partie immergée de la coque dont la forme est calculée comme décrit en a), la masse précise du navire égale à la valeur de la poussée d'Archimède sur ce volume. d)Pour les navires transporteurs de chargements, en différenciant la masse à vide et la masse en charge obtenues respectivement par 2 mesures et 2 calculs du type décrit en c), le calcul de la masse du chargement. 8. Dispositif selon les revendications 1 à 7 caractérisé en ce que plusieurs dispositifs (100,101,102,107) sont utilisés simultanément pour augmenter la vitesse d'investigation et ainsi réduire le temps d'immobilisation du navire examiné. 9. Dispositif selon les revendications 1 à 8 caractérisé en ce que ses éléments constitutifs peuvent fonctionner indifféremment en dehors de l'eau ou sous l'eau, ce afin notamment de rendre les opérations de contrôle/mesure possibles le navire restant à flot. 10. Dispositif selon les revendications 1 à 9 caractérisé en ce que les moyens informatiques (107) comportent une interface homme machine ergonomique permettant le contrôle des moyens selon la revendication 3 et la représentation des mesures notamment sous forme d'images tridimensionnelles montrant toutes ces informations conjuguées, parfois même seulement une projection en plan, en zoom ou en coupe de zones de la coque. Cette visualisation permettant en particulier une simplification du travail d'expertise et d'accélérer la recherche des zones susceptibles de contenir un point faible de la structure, ce qui présente un intérêt opérationnel important compte tenu du grand volume de données à exploiter.