Brevet FR2884641A1 — publié le 20061020

câble est tiré à bord du navire directement au moyen d'un dispositif d'enroulement. Certains câbles typiques placés au fond de l'océan et certains câbles formant flûte marine, sont fabriqués avec un ou plusieurs éléments de renfort qui s'étendent parallèlement à l'axe du câble. Le ou les éléments de renfort supportent la force de pesanteur et la traînée exercée par et sur le câble. Par conséquent, lors d'opérations pour récupérer des câbles à bord du navire, des forces appliquées au(x) élément(s) de renfort tirent dans une direction opposée à la force créée par le mécanisme de retrait. Des câbles situés au fond de l'océan sont de façon typique rigides. Dans la plupart des câbles placés au fond de l'océan, connus dans la technique, un ou plusieurs composés de remplissage sont utilisés entre la gaine entourant le câble et l'élément de renfort, les conducteurs d'alimentation, les lignes de communication et analogues. En raison en partie d'une absence d'appréciation des inconvénients décrits précédemment, les composés de remplissage étaient en général d'un type fluide, lorsqu'ils étaient soumis à des forces intenses de cisaillement dans le temps pendant un certain nombre d'opérations de pause et de récupération du câble. Pour des câbles rigides formant flûtes marines, contrairement à des câbles installés au fond de l'océan, l'intérêt s'est focalisé sur le contrôle de la flottabilité du câble grâce à un choix soigneux du matériau de remplissage. En soi, l'accent mis sur la flottabilité a requis que le matériau de remplissage (le composé de remplissage) possède également certaines propriétés fluides. Ainsi, pour un câble installé au fond de l'océan ou pour un câble formant flûte marine, un problème est apparu après avoir soumis le câble à un certain nombre de cycles de mise à l'eau et de récupération. Ce problème se 2884641 3 manifeste dans le déplacement longitudinal de la gaine du câble par rapport aux éléments situés dans le câble, comme par exemple le ou les éléments de renfort et/ou le ou les conducteurs d'alimentation en énergie et de transmission de signaux. A force, ce déplacement peut conduire à des plissements se formant sur la surface extérieure du câble ou même à un tirage d'une prise de sortie à partir du câble, ce qui entraîne une défaillance du câble. Un certain nombre de brevets illustrent différents matériaux de remplissage, incluant les brevets US portant les numéros 3 531 760 au nom de Whitfill Junior; 3 605 398 au nom de Carlson et al., 3 710 006 au nom de Davis, 3 744 016 au nom de Davis; 3 900 543 au nom de Davis; 4 491 939 au nom de Carpenter; 4 676 590 au nom de Priaroggia; 5 046 057 au nom de Berni; 5 745 436 au nom de Bittleston; 6 108 267 au nom de Pearce; 6 211 964 au nom de Luscombe et al. et 6 510 103 au nom de Knudsen et al. Cependant, aucun de ces documents ne traite du déplacement de la gaine du câble transversalement par rapport aux éléments longitudinaux, tels que les éléments de renfort, les conducteurs d'alimentation en énergie et les conducteurs de communication et analogues, à l'intérieur du câble. Pour résumer l'arrière-plan en termes simples, nous avons découvert un mode de défaillance de câbles sismiques utilisés dans l'exploration de l'océan et nous avons inventé une solution à ce mode de défaillance. De façon similaire, le mode de défaillance existe dans des câbles autres que les câbles sismiques, qui incluent un élément de renfort longitudinal, une gaine extérieure et un matériau ou un composé de remplissage disposé entre la gaine et l'élément de renfort. Nous avons constaté que les éléments situés à l'intérieur du câble tendent à glisser par rapport à la gaine entourant le câble. Chaque fois que le câble est monté à bord du navire, il s'effectue une 2884641 4 faible quantité de glissement, mais dans le temps ces petites quantités de glissement s'accumulent. En outre, une fois que le glissement cumulé atteint un certain point, le câble est défaillant, en particulier dans le cas de tirage de prises de sortie. Par conséquent, il subsiste la nécessité de disposer d'une structure d'un câble sismique rigide, qui fixe deux ou plusieurs couches du câble l'une à l'autre pour s'opposer à des forces qui sinon les cisailleraient. La présente invention a pour but de résoudre ce problème de la technique. La présente invention élimine cet inconvénient et d'autres inconvénients de la technique en fournissant un nouveau matériau composite de remplissage pour un câble sismique marin et un nouveau procédé de formation d'un tel câble. L'invention est applicable à des câbles placés au fond de l'océan de même qu'à des câbles formant flûtes marines. Lorsqu'elle est appliquée à un câble placé au fond de l'océan, une pluralité d'éléments longitudinaux, comme par exemple des éléments de renfort centraux, des conducteurs d'alimentation en énergie, des lignes de communication ou analogues, sont formés selon une unité cohérente avec un composé solide de remplissage comprenant un adhésif sensible à la pression, fusible à chaud. L'adhésif est appliqué à un élément de renfort central, puis une pluralité d'éléments longitudinaux sont insérés dans l'adhésif de manière à s'étendre parallèlement à l'élément de renfort central. Une plus grande quantité de matériau adhésif est alors appliquée pour recouvrir les éléments longitudinaux. Une gaine intérieure est fixée par extrusion sur le câble de manière à recouvrir l'adhésif, puis une gaine extérieure est formée par dessus la gaine intérieure, tandis qu'un élément de renfort tressé est noyé dans la gaine extérieure. De cette manière, un accroissement de la force appliquée à la gaine extérieure lorsque le câble est rétracté à la surface sert également à 2884641 5 augmenter la force radiale entre les gaines extérieure et intérieure. L'adhésif sensible à la pression maintient ainsi l'alignement des éléments réunis et la gaine extérieure. Lorsque l'invention est appliquée à un câble formant flûte marine, un faisceau de câbles conducteurs d'alimentation en énergie est logé dans un matériau fournissant une flottabilité de manière à conférer au câble une flottabilité sensiblement neutre. Ce faisceau intérieur est recouvert par un ou plusieurs éléments de renfort et par une gaine d'étanchéité. L'adhésif sensible à la pression et fusible à chaud est appliqué sur la surface extérieure de la gaine d'étanchéité, et une pluralité de conducteur d'alimentation sont insérés dans l'adhésif. Une plus grande quantité d'adhésif est alors appliquée pour envelopper les conducteurs de communication et une ou plusieurs gaines extérieures sont formées par extrusion sur la surface extérieure de l'adhésif. Dans les deux formes de réalisation, l'adhésif retient les couches de chaque côté de l'adhésif selon un alignement longitudinal, en s'opposant aux forces de cisaillement appliquées d'un côté ou de l'autre de la couche formée par l'adhésif. L'invention concerne également un câble sismique marin comprenant une gaine extérieure, un conducteur de communication à l'intérieur de la gaine extérieure, un élément de renfort longitudinal situé dans la gaine extérieure, et une couche de remplissage formée d'un adhésif sensible à la pression disposé autour du conducteur de communication pour empêcher un déplacement permanent entre la gaine extérieure et le conducteur de communication. Selon une autre caractéristique de l'invention, le câble comporte en outre une gaine intérieure située 35 entre la couche de remplissage et la gaine extérieure. 2884641 6 Selon une autre caractéristique de l'invention, le câble comporte en outre une tresse tissée qui est noyée dans la gaine extérieure. Selon une autre caractéristique de l'invention, le câble comporte en outre une unité intérieure longitudinale comprenant l'élément de renfort longitudinal, le conducteur de communication et des conducteurs d'alimentation en énergie entourés par la couche de remplissage. Selon une autre caractéristique de l'invention, la gaine extérieure possède une surface extérieure régulière. Selon une autre caractéristique de l'invention, la gaine extérieure est fixée par adhérence à la gaine 15 intérieure au moyen d'une fusion thermique. L'invention concerne également un procédé pour former un câble sismique, comprenant les étapes de: former une unité intérieure longitudinale, et recouvrir l'unité intérieure longitudinale avec un adhésif sensible à la pression. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'unité intérieure longitudinale comprend un élément de renfort central, des lignes de communication et des conducteurs d'alimentation en énergie entourés par une couche de remplissage. Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé comprend en outre l'étape de former une gaine extérieure autour du câble. Selon une autre caractéristique de l'invention, 30 le procédé comporte en outre l'étape de noyer une tresse tissée dans la gaine extérieure. L'invention concerne également un câble comportant une gaine extérieure, un élément de renfort longitudinal situé à l'intérieur de la gaine, et une couche de remplissage formée par un adhésif sensible à la pression 2884641 7 entre la gaine extérieure et l'élément de renfort pour transférer la charge entre la gaine extérieure et l'élément de renfort. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention, ressortiront de la description donnée ci-après, prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en élévation latérale d'un navire couplé à un câble placé au fond de l'océan, de manière à illustrer l'environnement dans lequel la présente invention est utilisée; - la figure 2 est une vue en plan conceptuelle d'un mécanisme pour récupérer un câble de manière à illustrer les forces qui entrent en action; - la figure 3 est une vue en coupe d'un câble installé au fond de l'océan et agencé conformément à la présente invention; et - la figure 4 est une vue en coupe d'un câble formant flûte marine, agencé conformément à la présente 20 invention. La figure 1 représente un navire d'exploration sismique typique 10 qui tend un câble sismique 12. A des fins d'illustration, le câble 12 placé au fond de l'océan. Cependant la présente invention est également applicable à des câbles remorqués. Le câble 12 est situé sur le fond de l'océan 13 avec des modules d'éléments de capteurs 14 disposés le long d'une longueur 16 du câble océanique. La longueur 16 du câble peut être égale à plusieurs kilomètres et par exemple peut peser plusieurs tonnes. Pour retirer le câble en le ramenant à bord du navire 10, on utilise un mécanisme de récupération 18. Le mécanisme de récupération 18 peut inclure un enrouleur sur lequel le câble est enroulé de façon classique bien connue dans la technique, bien que certains opérateurs disposent simplement le câble récupéré sur le pont du navire 2884641 8 d'exploration. Dans certaines opérations d'exploration, aucun mécanisme de récupération spécialement conçu n'est utilisé, mais le câble est disposé à bord en utilisant uniquement l'enrouleur. La figure 2 représente une autre partie d'un tel mécanisme de récupération conçu spécialement, désigné ici comme étant le mécanisme de retrait 20. Le mécanisme de retrait 20 inclut une pluralité de rouleaux de contact 22 qui peuvent en pratique être des pneumatiques en caoutchouc pour véhicules, destinés à venir en contact avec le câble 16. Les rouleaux 22 créent une force longitudinale, telle que représentée par les flèches 24, pour contrecarrer le poids et la traînée du câble, représentés par les flèches 26. L'action de ces forces entraîne un faible glissement ou déplacement entre la gaine et le câble et les éléments à l'intérieur du câble. Un déplacement suffisant de ces éléments conduit à un endommagement du câble, en particulier au niveau d'une prise de sortie 34. Ces petits déplacements apparaissent dans une "couche de glissement" à l'intérieur du câble et n'importe quel câble approprié peut posséder plus d'une couche de glissement en son intérieur. Une couche de glissement apparaît lorsque des forces de cisaillement tendent à tirer des éléments à l'intérieur du câble dans des directions opposées, ce qui entraîne le déplacement. On comprendra que le déplacement que l'on vient de décrire n'a absolument pas besoin de se produire, ou bien pendant un seul cycle du déploiement du câble. Une utilisation du câble peut conduire à un faible déplacement et étant donné que des matériaux de remplissage typiques 28 sont assez fluides, une relaxation des forces 24 et 26 ne rétablit pas les positions relatives de la gaine et de l'élément de renfort. Dans le temps, les déplacements se cumulent et peuvent éventuellement même d'une manière inévitable - endommager le câble. Ce problème est résolu au moyen du câble selon la 2884641 9 présente invention représenté en coupe sur l'une ou l'autre des figures 3 et 4. Bien que les figures 3 et 4 représentent les formes de réalisation préférées de l'utilisation de la présente invention, on comprendra que l'on peut utiliser de nombreuses autres combinaisons d'éléments de câbles, tout en restant dans le cadre de la présente invention. En se référant maintenant à la figure 3, un câble 40 formé conformément à la présente invention inclut une pluralité d'éléments longitudinaux, comme par exemple un élément de renfort central 42, des lignes de communication 44 et des conducteurs d'alimentation en énergie 46. Les éléments longitudinaux sont renfermés de façon étanche conjointement dans une unité 48 par un composé de remplissage 50. C'est précisément sur ce point que la présente invention diffère du système classique de la technique. On applique tout d'abord à l'élément de renfort central 42 un adhésif sensible à la pression et fusible à chaud, possédant une composition chimique similaire à celle du polymère Kraton D ou un autre adhésif approprié. Puis on dispose les éléments longitudinaux 44 et 46 dans le sens de la longueur le long de l'adhésif (c'est-à-dire le composé de remplissage 50), puis on applique une quantité supplémentaire d'adhésif pour recouvrir les éléments longitudinaux. Ceci achève la formation de l'unité 48. Puis on forme par extrusion une couche formant gaine intérieure 49 sur l'unité 48. On se rappellera que l'unité 48 comprend la pluralité d'éléments longitudinaux (comme par exemple l'élément de renfort intérieur, des câbles de communication et des conducteurs électriques) entourés pour l'essentiel par le composé de remplissage 50. La gaine intérieure 49 adhère de façon tenace à la surface extérieure de l'unité 48. Sinon la jonction entre la gaine intérieure 49 et l'unité 48 fournit une couche de 2884641 10 glissement comme définie précédemment. Ensuite, on applique une tresse tissée 52 sur la gaine intérieure 49 et on extrude une gaine extérieure 54 sur la tresse 52. Ceci noye la tresse 52 à l'intérieur de la gaine extérieure 54, et la gaine intérieure 50 est liée à la surface intérieure de la gaine extérieure 54. A l'état durci, la combinaison des gaines intérieure et extérieure forme un recouvrement solide tout en étant flexible sur l'unité 48. La gaine extérieure est de préférence formée d'un matériau relativement dur résistant à l'usure étant donné que la gaine extérieure est placée en contact avec les rouleaux de contact 22. La tresse tissée 52 noyée dans la gaine extérieure présente l'avantage supplémentaire de se comprimer le long du câble lorsque la force 24 est appliquée au câble, d'une manière très semblable aux faux ongles chinois qui sont serrés sur les doigts insérés en eux lorsqu'on essaie de retirer les doigts. Cette action crée une force radiale en direction de l'élément de renfort central 42, et ce en réduisant la probabilité d'un déplacement de la gaine extérieure par rapport à l'élément 48. On notera que la surface extérieure du câble n'est pas lisse mais inclut une pluralité de nervures 56 destinées à se contracter avec le mécanisme de retrait. En se référant maintenant à la figure 4, on va décrire un câble formant flûte marine 60 mettant en oeuvre l'invention. La structure du câble 60 est disposée selon des couches, précisément comme dans le câble placé au fond de l'océan de la figure 3. En outre les fonctions des différentes couches sont sensiblement identiques aux fonctions des couches décrites précédemment, à l'exception du fait que le câble formant flûte marine 60 est conçu pour maintenir une flottabilité neutre dans l'eau. La forme de réalisation prise à titre d'exemple 35 et représentée sur la figure 4 inclut un ensemble de 2884641 11 conducteurs d'alimentation 62 renfermés dans un matériau 64 de commande de flottabilité. Les conducteurs d'alimentation sont renfermés dans un ou plusieurs éléments de renfort 66 formés d'un matériau approprié tel que le matériau dit VECTRAN ou analogue. Une chemise d'étanchéité 68 établit une étanchéité entre les couches extérieures et les couches formant conducteurs d'alimentation en énergie sous-jacentes. Une pluralité de conducteurs de communication, comme par exemple un quadruplet de communication 70 et une paire analogique 72 ou des canaux de communication similaires sont disposés parallèlement à l'axe du câble, et sont renfermés dans un composé de remplissage 74 de la manière décrite ci-après en référence aux câbles placés au fond de l'océan représentés sur la figure 3. Enfin, on recouvre la couche de composé de remplissage par une gaine intérieure 76 et par une gaine extérieure 78, avec une tresse tissée 80 noyée dans la gaine extérieure. En fonctionnement, une couche de glissement peut se former au voisinage de la gaine 68 de sorte qu'un côté de la couche de glissement potentiel comprend l'adhésif sensible à la pression du composé de remplissage, ce qui permet de s'opposer à une déformation permanente au niveau de la couche de glissement. De façon similaire une couche de glissement peut se former sur la surface intérieure de la gaine intérieure. Cette couche de glissement possible est par conséquent en contact avec l'adhésif du composé de remplissage 74. Par conséquent, dans un sens très large, l'invention comprend un adhésif sensible à la pression sous la forme d'une couche, dans laquelle un glissement dû à la contrainte de cisaillement est susceptible de se produire. Selon un autre aspect, la présente invention comprend un procédé pour former un câble sismique consistant à placer un adhésif sensible à la pression au niveau d'une telle couche. Dans la description qui précède on a décrit les 2884641 12 principes, la forme de réalisation préférée et le mode de fonctionnement de la présente invention. La présente invention n'est pas considérée comme étant limitée aux formes de réalisation particulières décrites étant donné que ces dernières sont considérées comme illustratives et non limitatives. De plus des modifications et changements peuvent être apportés par les spécialistes de la technique sans sortir du cadre de l'invention. 2884641 13 REVENDICATIONS 1. Câble sismique marin caractérisé en ce qu'il comprend: une gaine extérieure (54,78), un conducteur de communication (44,70,72) situé à l'intérieur de la gaine extérieure (54,78), un élément de renfort longitudinal (42,66) situé à l'intérieur de la gaine extérieure (54,78), et une couche de remplissage (50,74) formée d'un adhésif sensible à la pression disposé autour du conducteur de communication (44,70,72) pour empêcher un déplacement permanent entre la gaine extérieure (54,72) et le conducteur de communication (44,70,72). 2. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une gaine intérieure (49,76) située entre la couche de remplissage (50,74) et la gaine extérieure (54,78). 3. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une tresse tissée (52) qui est 20 noyée dans la gaine extérieure (54,78). 4. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une unité intérieure longitudinale (48) comprenant l'élément de renfort longitudinal (42), le conducteur de communication (44) et des conducteurs d'alimentation en énergie (46) entourés par la couche de remplissage (50). 5. Câble selon la revendication 1, caractérisé en outre en ce que la gaine extérieure (54) possède une surface extérieure irrégulière. 6. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gaine extérieure (54,78) est fixée par adhérence à la gaine intérieure (49,76) au moyen d'une fusion thermique. 7. Procédé pour former un câble sismique, 35 caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: 2884641 14 former une unité intérieure longitudinale (48), et recouvrir l'unité intérieure longitudinale (48) avec un adhésif sensible à la pression. 8. Procédé selon la revendication 7, selon lequel l'unité intérieure longitudinale (48) comprend un élément de renfort central (42), des lignes de communication (44) et des conducteurs d'alimentation en énergie (46) entourés par une couche de remplissage (50). 9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape de former une gaine extérieure (54) autour du câble. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte en outre l'étape consistant à noyer 15 une tresse tissée (54) dans la gaine extérieure. 11. Câble caractérisé en ce qu'il comporte: une gaine extérieure (54,78), un élément de renfort longitudinal (42,66) situé à l'intérieur de la gaine, et une couche de remplissage (50,74) formée par un adhésif sensible à la pression entre la gaine extérieure et l'élément de renfort pour transférer la charge entre la gaine extérieure et l'élément de renfort.