Brevet FR2881105A1 — publié le 20060728

Véhicule sous-marin à pression ambiante La présente invention a pour objet un véhicule sous-marin à pression ambiante. Le secteur technique de l'invention est celui de la fabrication et de l'exploitation d'engins motorisés sous-marins autonomes dit humides, permettant au moins à un plongeur qui y prend place, de se déplacer dans l'eau à la pression ambiante, qui est celle de la profondeur à laquelle il se trouve. On connaît de nombreux véhicules sous-marins dans ce domaine et qui peuvent se classer en deux catégories: - ceux de types torpilles/scooters que le ou les plongeurs chevauchent, qui sont complètement ouverts ou semi-carénés, et qui sont équipés en général d'un seul propulseur alimenté par une réserve d'énergie placée sous les passagers; des exemples de tels véhicules sont décrits dans les demandes de brevet japonaises JP1101294 et JP121293 déposées en 1989, ou encore dans la demande de brevet internationale W09402355 déposée en 1993 (et le brevet US 5433164 qui en est issu) : celle-ci décrit en fait un véritable scooter sous-marin, comme on peut en voir et en utiliser à terre, avec un carénage avant protégeant le conducteur, qui est ici un plongeur, et une verrine supérieure transparente, ici semi-fermée pour contenir une poche d'air au-dessus du siège et dans laquelle le conducteur-plongeur peut respirer. ceux de type fermés, complètement carénés dans lequel les plongeurs sont entièrement protégés par un carénage enveloppant, et qui sont donc plus volumineux que ceux de la catégorie précédente: ils sont équipés en général de plusieurs propulseurs; des véhicules sous- marin de ce type sont décrits dans les demandes de brevet US 4,889,066 déposées en 1988 et FR 1 148 743 publiée en 1957: dans cette dernière le véhicule dispose d'un seul propulseur sur lequel le plongeur est couché à plat ventre tout en étant enfermé d'un un carénage enveloppant (un tel sous-marin peut être en fait considéré comme l'engin pionnier à l'origine des deux catégories de sous-marins ci-dessus). Nous ne citerons pas les autres types de véhicules sous-marins à pression ambiante non-autonomes car soient reliés à la surface, soient nécessitant la force musculaire du plongeur pour se déplacer. Il a noter cependant que malgré les nombreux projets, tels que ceux cités ci-dessus, concernant les sous-marins autonomes à pression ambiante, peu ont eu un véritable succès commercial; en effet, il est difficile de combiner: - d'un côté, à la fois la nécessité de sécurité pour le ou les plongeurs, leur facilité d'accès, leur confort et leur visibilité, surtout lorsqu'ils sont deux, ainsi que l'autonomie, la propulsion et l'ajustement de la pesée pour permettre au véhicule de se mouvoir sous la surface en réglant sa profondeur et - d'un autre côté une fabrication simple et fiable à un coût raisonnable pour que ce type de sous-marin puisse intéresser les utilisateurs moyennant un prix d'achat raisonnable et un entretien n'impliquant pas l'intervention quotidienne d'un spécialiste. Aucun projet actuel n'est arrivé à respecter 30 toutes ces contraintes. Le problème posé est donc de trouver une solution technique de base qui satisfasse à toutes les contraintes ci-dessus et, en particulier à celle de la pesée, qui est un point critique car s'il est mal solutionné, le véhicule n'est plus manoeuvrant, surtout à petite vitesse, ni stable en profondeur à l'arrêt; ce réglage de pesée n'est réalisé en fait à ce jour d'une façon sûre qu'avec des systèmes à régleurs qu'on remplit plus au moins d'eau et le reste d'air pour faire varier la flottabilité ou réciproquement le poids du sous-marin en plongée: celui-ci doit être en effet réglable lorsque le sous-marin peut prendre deux passagers dont les poids apparents dans l'eau, liés à la taille, au volume et au poids à sec, peuvent être très différents. Une solution à ce problème posé est un véhicule sous-marin autonome pouvant transporter au moins deux plongeurs à la pression ambiante et comprenant une structure support au moins partiellement carénée, recevant tous les équipements nécessaires, d'une part à la propulsion, au réglage de la pesée et à l'autonomie du véhicule, et d'autre part à l'accueil, en position assise, et à la respiration des au moins deux plongeurs, ladite structure étant surmontée d'une verrine étanche dans la partie supérieure au moins est transparente et apte à contenir une poche de gaz respirable dans laquelle les au moins deux plongeurs en position assise peuvent y maintenir leur tête, et ladite structure support carénée étant ouverte au moins sur 180 vers l'arrière dans sa partie médiane entre ladite verrine et sa partie inférieure portant les sièges aptes à accueillir lesdits plongeurs; lequel véhicule suivant l'invention comporte: - une réserve de gaz respirable alimentant une vanne de réglage délivrant dans la poche de gaz respirable un débit de gaz ventilant celle-ci et apte à y assurer des concentrations en gaz carbonique et en oxygène conformes au programme de plongée, - un dispositif de réglage du niveau de l'eau qui remonte dans la verrine étanche quand le véhicule est immergé, laquelle variation réglable de niveau compense, entre autres, celle du poids des plongeurs et de la partie de leur corps immergée dans la poche de gaz respirable. De préférence le véhicule comporte également deux sièges réglables en hauteur, chacun indépendamment, lequel réglage est apte à positionner correctement la tête de chaque occupant dans la verrine à la hauteur souhaitée pour qu'ils aient chacun une bonne visibilité. Dans un mode préférentiel de réalisation, le véhicule comporte une tuyauterie dont les deux extrémités sont ouvertes et communiquent librement entre elles et avec le milieu ambiant: une première extrémité située à l'intérieur et dans la partie inférieure de la verrine est réglable en hauteur et détermine le niveau d'eau dans cette verrine, et l'autre extrémité fixe, située au-dessus de la première, communique à l'extérieur de la verrine. Pour permettre également une bonne manoeuvrabilité dans le plan horizontal, le véhicule comporte un propulseur orientable dans ce plan horizontal autour d'un pivot fixé sur la structure support, en arrière des sièges réglables. Dans un mode particulier de réalisation, afin de permettre, en navigation, une manoeuvrabilité dans le plan vertical sans modifier la répartition des volumes et/ou des charges, le véhicule comporte des barres de plongée situées de part et d'autre de l'avant de la structure support. Afin de faciliter par ailleurs l'accès aux sièges pour l'embarquement et le débarquement des plongeurs sur ce véhicule, la verrine est articulée sur sa partie avant, par rapport à la structure support carénée et est maintenue à sa partie arrière par au moins un dispositif amovible. D'autres caractéristiques spécifiques d'un tel véhicule sont définies ciaprès dans la description et apportent diverses solutions aux contraintes évoquées précédemment, d'une part dans la simplification de fabrication de certains équipements et dans leur facilité de contrôle et d'entretien, et d'autre part dans la visibilité et le confort des passagers plongeurs ainsi que dans l'amélioration de leur sécurité. Le résultat est un nouveau type de véhicule sous-marin autonome à pression ambiante répondant aux divers inconvénients cités précédemment et relevés dans certains sous-marins actuels: le sous-marin suivant l'invention offre ainsi une facilité d'utilisation, peut être réalisé avec un coût permettant une mise sur le marché à des prix accessibles pour les amateurs, peut être opéré en toute sécurité avec une manoeuvrabilité dans toutes les directions et avec un confort et une visibilité optimale. On pourrait citer d'autres avantages de la présente invention mais ceux cités ci-dessus en montrent déjà suffisamment pour en prouver la nouveauté et l'intérêt. La description et les dessins ci-joints représentent un exemple de réalisation de l'invention mais n'ont aucun caractère limitatif: d'autres réalisations sont possibles dans le cadre de la portée et de l'étendue de cette invention. La figure 1 est une vue latérale d'un véhicule sous-marin autonome selon l'invention. La figure 2, est une vue en perspective avant prise du dessus du véhicule de la figure 1. La figure 3 est une vue en coupe longitudinale du véhicule des figures 1 et 2. La figure 4 est une vue latérale en position de 10 verrine relevée du véhicule selon l'invention permettant un meilleur accès aux passagers. La figure 5 est une vue latérale sur le véhicule selon l'invention dans un mode d'exploitation particulier. La figure 6 est une vue en coupe partielle de la verrine avec sa tuyauterie de réglage de niveaux et son alimentation en gaz respirable. La figure 7 est une vue de dessous en perspective de la verrine suivant la figure 6. Le véhicule sous-marin autonome suivant l'invention est apte à transporter au moins deux plongeurs 22 à la pression ambiante: il comprend une structure support 1 au moins partiellement carénée et qui peut constituer elle-même un carénage profilé sur l'avant du véhicule pour protéger les passagers contre le flux d'eau et diminuer la résistance à l'avancement; cette structure, réalisée par exemple en PRV, reçoit tous les équipements nécessaires d'une part à la propulsion 2, au réglage de la pesée, et à l'autonomie du véhicule, et d'autre part à l'accueil en position assise et à la respiration des au moins deux plongeurs passagers. Ladite structure 1 est surmontée d'une verrine 3 étanche dont la partie haute ou supérieure au moins est transparente 31 et apte à contenir une poche 4 de gaz respirable et ventilée dans laquelle les au moins deux plongeurs 22 en position assise peuvent y maintenir leur tête, cette poche 4 de gaz assurant aussi la flottaison du véhicule. Cette verrine étanche 3 est de préférence constituée de deux parties, la partie supérieure étant en matériau transparent (de type PMMA) assemblée sur une partie basse (par exemple en matériau plastique de type PRV moulé ou injecté) par un plan de joint boulonné et collé. Ladite structure support carénée 1 est ouverte au moins sur 180 vers l'arrière dans sa partie médiane entre ladite verrine 3 et sa partie ou ensemble inférieur portant les sièges 6 apte à accueillir lesdits plongeurs 22: une telle disposition est équivalente à celle connue pour les scooters "terrestres". Cette structure support 1, réalisée par exemple en PRV, unissant la verrine 3 et l'ensemble inférieur portant non seulement les sièges 6, les réserves de gaz 10, les batteries 91r le lest 18 et autres, mais également le propulseur 2, transmet les efforts de traction à la partie supérieure. Suivant les figures 3, 6 et 7 un dispositif 19 de réglage du niveau 5 de l'eau, qui remonte dans la verrine étanche 3 quand le véhicule est immergé permet de compenser, entre autres, celle du poids apparent dans l'eau des plongeurs 22, lié au volume de la partie de leur corps émergée dans la poche 4 de gaz respirable: en effet suivant la position de la tête des plongeurs dans ladite poche d'air 4, la partie émergée de leur corps, ne subissant pas la pression d'Archimède de l'eau, alourdit ainsi plus ou moins le poids de l'ensemble du véhicule et il alors nécessaire de donner à celui-ci une flottabilité adaptée pour compenser cette variation de poids suivant le plongeur considéré ; en faisant varier alors le niveau de l'eau dans ladite verrine 3 on obtient une flottabilité variable adaptée à la demande. Ce dispositif de réglage du niveau 5 de l'eau peut être constitué par une tuyauterie 19 dont une première extrémité 191 située à l'intérieur et dans la partie inférieure de la verrine, telle qu'à l'avant de celle-ci et sur le côté comme représenté sur la figure 7, est réglable en hauteur, et la deuxième extrémité 192 fixe située au-dessus de la première, telle que sur la partie arrière de la verrine, communique à l'extérieur de celle-ci. Le réglage en hauteur de l'extrémité 191 de la tuyauterie est assuré par un montage coulissant le long d'une glissière 20 fixée sur la partie inférieure 32 de la verrine et une partie 193 au moins de la tuyauterie 19 est souple pour s'adapter à la variation de position de l'extrémité 191. Par ailleurs ladite poche 4 de gaz respirable, piégée dans la partie supérieure de la verrine 3, est balayée par une arrivée et une circulation de gaz de préférence permanente depuis une réserve 10 située sous les sièges 6 des plongeurs dans la partie inférieure de la structure support 1, telle que des bouteilles sous haute pression; cette réserve de gaz 10 est reliée à un détendeur 23 délivrant une moyenne pression de l'ordre de 10b et alimentant une vanne de réglage 21 piloté manuellement, ou par un régulateur (de type PID c'est-à- dire "Proportion Intégrale Dérivée") prenant une mesure des pressions partielles (soit des taux de concentration) de gaz carbonique CO2 et d'oxygène 02 dans la poche 4 de gaz respirable, afin de délivrer un débit de gaz permanent ou intermittent apte à assurer dans cette poche 4 des concentrations en CO2 et 02 conformes au programme de plongée, la sortie de la vanne 21 débouchant, directement ou après un élément en tuyauterie, dans la partie inférieure de la verrine 3. Un homme du métier sait en effet, connaissant la pression partielle d'oxygène contenue dans le gaz de la réserve 10, les volumes maximum et minimum de gaz pouvant être contenus dans la poche 4, les consommations minimum et maximum des deux plongeurs respirant dans cette poche et les concentrations de gaz carbonique et d'oxygène minimum et maximum à maintenir compte tenu du programme de plongée, (c'est-à-dire liées aux différentes profondeurs de navigation du véhicule et de la durée de cette navigation) calculer ledit débit de gaz nécessaire; ce calcul est facilité, et peut être même automatisé, en connaissant les taux réels de concentration en gaz carbonique CO2 et/ou en oxygène 02 (et non estimés suivant les indications ci-dessus) mesurés dans la poche 4 de gaz. Un tel balayage de gaz ou d'air permet ainsi à la fois de: -maintenir un gaz respirable, correspondant au programme de plongée, dans la poche de gaz 4 - compenser la variation de volume de cette poche 30 de gaz 4 en fonction de la profondeur (ce qui est l'objet du brevet US 5 433 164) maintenir le niveau d'eau 5 à la position voulue et réglée de l'extrémité 191 sur sa glissière 20 pour ajuster à la flottabilité en fonction des personnes et de l'équipement embarqué. Le surplus de gaz ainsi alimenté par la vanne 21 s'échappe par l'extrémité 191 de la tuyauterie quand le niveau de gaz ou d'air poussant le niveau d'eau 5 vers le bas tangente ladite extrémité 191r l'air ou le gaz traversant la tuyauterie 19, est évacué ensuite dans le milieu ambiant par l'extrémité 192. Ce système de renouvellement d'air par balayage, ou appelé aussi par ventilation, permet également, et cela d'autant plus que la profondeur augmente, une économie sensible de la consommation d'air ou de gaz par rapport à celle d'un plongeur autonome équipé de bouteilles alimentant directement son détendeur buccal. Les au moins deux sièges 6 sur lesquels peuvent s'asseoir lesdits plongeurs 22 sont réglables en hauteur chacun indépendamment de telle façon que leur réglage soit apte à positionner correctement la tête de chaque occupant dans la verrine afin en particulier que le plongeur 22 situé à l'arrière puisse avoir une visibilité au-dessus de la tête de celui 221 assis à l'avant et que chacun d'eux ait une position confortable à l'intérieur de la partie de la verrine 31 transparente et par rapport au niveau 5 de l'eau dans cette verrine. Pour optimiser la visibilité de ces plongeurs 22 et le volume de cette verrine 3, sa partie transparente 31 est de forme allongée demicylindrique sur l'arrière et hémisphérique sur l'avant comme représenté sur les différentes figures jointes. Pour faciliter l'installation et la sortie des plongeurs tant en surface que lorsque le véhicule est posé sur le fond de la mer, en plus de l'ouverture sur au moins 180 du carénage 1 vers l'arrière, ladite verrine 3 est articulée 7 par un système de type charnière, sur sa partie avant par rapport à la structure support 1 carénée, et est maintenue à sa partie arrière par au moins un dispositif amovible 8 de type goupille par exemple, qui se connecte ou se disconnecte de la partie fixe du carénage 1 tel que représenté sur la figure 2 en position fermée et sur la figure 4 en position ouverte. Le véhicule selon l'invention comporte également un propulseur 2 orientable dans le plan horizontal autour d'un pivot 16 fixé sur la structure support 1, en arrière des sièges réglables 6, et de préférence en-dessous du niveau de ces sièges soit en fait dans le prolongement des bouteilles de réserve de gaz respirables 10 tel qu'on peut le mieux le voir sur la figure 3; le moteur électrique de ce propulseur 2 peut être commandé par des relais situés à l'intérieur de son caisson étanche et actionnés par des aimants situés à l'extérieur de ce caisson, ce qui en simplifie le circuit de commande ainsi que sa fabrication. A l'opposé de ce propulseur 2 et toujours dans le même axe que les bouteilles de réserve de gaz 10, un projecteur 13 permet d'éclairer vers l'avant du véhicule. Le plongeur 221 situé à l'avant de celui-ci dispose d'une commande 12 d'orientation du propulseur 2 dans le plan horizontal autour de son pivot 16 pour piloter le véhicule et le diriger vers la gauche ou la droite suivant la direction vers laquelle il veut se diriger. De même pour pouvoir monter ou descendre en profondeur dans l'eau une fois son poids équilibré grâce au réglage de niveau d'eau 5 dans la verrine 3, le véhicule comporte des barres de plongée 11 situées de part et d'autre de l'avant de la structure support 1 et qui peuvent être inclinées vers le haut ou vers le bas par la même commande 12 sachant que leur efficacité n'est cependant suffisante qu'à une vitesse minimum dépendant de leur surface et de l'inertie du véhicule. Une autre solution complémentaire ou alternative aux barres de plongée peut être de faire varier soit le volume de la poche 4 de gaz grâce au réglage de niveau d'eau, soit la position du centre de gravité du véhicule vers l'avant ou vers l'arrière tel que par déplacement du corps des plongeurs ou d'une partie ou de l'ensemble du lest 18 situé à la partie inférieure du véhicule; cette partie ou la totalité du lest 18 peut être également largable par sécurité. Entre ce lest 18 et les réserves de gaz 10, un caisson 9 étanche et résistant à la pression reçoit les batteries 91 électriques assurant l'autonomie du véhicule; une tape de fermeture transparente permet la vision d'appareils de mesure de voltage et d'isolement interne. L'ensemble de ce caisson étanche 9 à batteries peut être solidaire du propulseur 2 et constituer un module indépendant de la structure support carénage 1: il peut être ainsi rapidement changé par un module rechargé pour réduire le temps d'immobilisation du véhicule. Le contrôle du voltage et de niveau de charge des batteries 91 ainsi que de celui des bouteilles de réserve de gaz 10 peuvent être aussi assurés par des cadrans situés sur un pupitre 14 extérieur et situés sur le dessus de la partie avant du carénage 1 de telle façon qu'ils soient visibles à travers la partie sphérique avant de la verrine transparente 31r permettant au pilote plongeur 221 d'en surveiller les indications. Suivant la représentation de la figure 5, un procédé d'utilisation particulier permet à des débutants de se déplacer en toute sécurité sous l'eau grâce au véhicule suivant l'invention: celui-ci comporte alors un flotteur de surface 15 relié à sa structure support 1 par une longe 17 de longueur donnée telle que par exemple de deux à trois mètres. Ainsi en donnant au véhicule grâce au dispositif de réglage du niveau d'eau dans la verrine tel que décrit précédemment un poids légèrement négatif dans l'eau mais inférieur à la réserve de flottabilité assuré par le flotteur 15 de surface, les plongeurs peuvent se déplacer sous l'eau en toute sécurité puisque ne pouvant jamais descendre en-dessous de la profondeur fixée par la longueur de la longe 17. REVENDICATIONS 1. Véhicule sous-marin autonome apte à transporter au moins deux plongeurs à la pression ambiante, comprenant une structure support (1) au moins partiellement carénée recevant tous les équipements nécessaires, d'une part, à la propulsion (2), au réglage de la pesée et à l'autonomie du véhicule, et d'autre part, à l'accueil en position assise et à la respiration des au moins deux plongeurs, ladite structure étant surmontée d'une verrine (3) étanche dont la partie supérieure au moins est transparente (31) et apte à contenir une poche (4) de gaz respirable dans laquelle les au moins deux plongeurs en position assise peuvent y maintenir leur tête, et ladite structure support carénée (1) étant ouverte au moins sur 180 vers l'arrière dans sa partie médiane entre ladite verrine (3) et sa partie inférieure, caractérisé en ce qu'il comporte: une réserve (10) de gaz respirable alimentant une vanne de réglage (21) délivrant dans la poche (4) de gaz respirable un débit de gaz ventilant celle-ci et apte à y assurer des concentrations en gaz carbonique et en oxygène conformes au programme de plongée, - un dispositif de réglage du niveau (5) de l'eau qui remonte dans la verrine étanche (3) quand le véhicule est immergé, laquelle variation de niveau compense, entre autres, celle du poids des plongeurs et de la partie de leur corps émergée dans la poche (4) de gaz respirable, 2. Véhicule sous- marin autonome suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux sièges (6) réglables en hauteur chacun indépendamment, lequel réglage est apte à positionner correctement la tête de chaque occupant dans la verrine. 3. Véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite verrine (3) est articulée (7) sur sa partie avant, par rapport à la structure support (1) carénée et maintenue à sa partie arrière par au moins un dispositif amovible (8) 4. Véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la partie transparente (31) de ladite verrine (3) est de forme allongée demicylindrique sur l'arrière et hémisphérique sur l'avant. 5. Véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une tuyauterie (19) dont une première extrémité (191) située à l'intérieur et dans la partie inférieure de la verrine est réglable en hauteur, et la deuxième extrémité (192) fixe située au-dessus de la première, communique à l'extérieur de la verrine (3). 6. Véhicule selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'extrémité (191) réglable de la tuyauterie (19) est montée coulissante le long d'une glissière (20) et une partie au moins de la tuyauterie (19) est souple. 7. Véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un propulseur (2) orientable dans le plan horizontal autour d'un pivot (16) fixé sur la structure support (1), en arrière des sièges réglables (6) 8. Véhicule selon la revendication 7, caractérisé 30 en ce que le moteur électrique du propulseur (2) est commandé par des relais situés à l'intérieur de son caisson étanche et actionnés par des aimants situés à l'extérieur. 9. Véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte des barres de plongée (11) situées de part et d'autre de l'avant de la structure support (1) 10. Véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte un flotteur de surface (15) relié à la structure support (1) par une longe (17) de longueur donnée.