Brevet FR2943615A1 — publié le 20101001

Flotteur présentant un volume ajustable La présente invention concerne un flotteur présentant un volume ajustable. Le domaine de l'invention est ainsi celui des structures flottantes dont la flottaison est assurée au moyen d'un ou de plusieurs flotteurs. Sont donc visés notamment les plates-formes, les éoliennes maritimes, l'habitat flottant et, naturellement, les bateaux y compris les sous-marins. Pour un bateau monocoque, c'est la coque unique qui joue ce rôle. Dans le cas des multicoques, catamaran ou trimaran, chaque coque assure la fonction de flotteur. Sur ces bateaux très largement répandus, les coques ne sont que partiellement immergées. On connaît aussi le bateau de type � SWATH � (acronyme anglais de � Small Waterplane Area Twin Hull �) qui est un navire catamaran à faible surface de flottaison. Ici, les deux flotteurs sont chacun relié à la plateforme centrale qui joue le rôle de coque par une ou plusieurs pièces de liaison. Ici, les flotteurs sont totalement immergés. Une préoccupation constante de l'homme du métier est de maîtriser la flottabilité d'un bateau de manière à accommoder des variations de sa charge. II dispose pour ce faire de deux méthodes. La première méthode consiste à faire varier le poids d'un flotteur de volume constant. II s'agit là de l'opération connue sous le terme de ballastage qui consiste à remplir un compartiment du flotteur d'air ou d'eau selon que l'on souhaite respectivement augmenter ou diminuer la flottabilité. La principale limitation de cette méthode tient au fait qu'elle conduit à déplacer inutilement la charge d'eau embarquée en cas de flottabilité réduite. La deuxième méthode consiste à faire varier le volume d'un flotteur de poids constant. Ainsi, le document US 7,146,925 propose un appareil pour faire varier la géométrie de la coque d'un bateau. La modification de volume est obtenue en déformant la surface externe d'un corps de cette coque. II s'agit là d'un montage d'une grande complexité mécanique car cette surface est constituée d'une pluralité de losanges déformables juxtaposés. Chaque losange est conformé au moyen d'un vérin agencé selon l'une de ses diagonales. On comprend bien que de très nombreuses pièces mobiles sont nécessaires, ce qui est coûteux et pénalisant quant à la fiabilité. De plus, l'étanchéité est assurée par une membrane qui subit la déformation de la surface externe. Cette déformation entraîne des modifications dimensionnelles qui sont conséquentes. Il s'ensuit des contraintes importantes tant au niveau de la structure de cette membrane que de sa liaison avec la coque. Par ailleurs, le document JP 6 286 680 décrit un bateau à grande vitesse muni de corps submergés de volume variable. Ce bateau ne présente pas les limitations évoquées ci-dessus car la modification du volume est obtenue par le déplacement d'un appendice mobile rigide. Cet appendice mobile se présente comme une ogive qui coulisse sur la partie avant ou sur la partie arrière du fuselage d'un flotteur immergé. Ce fuselage, comme la plupart des flotteurs, a la forme d'une torpille dont la longueur est très sensiblement supérieure au diamètre de la section transversale. Il s'ensuit qu'une augmentation du volume du flotteur induit un déplacement de l'ogive dont la valeur est en rapport de cette augmentation à la longueur de la torpille. Ce déplacement peut donc être très important, ce qui pose des difficultés tant au niveau du guidage de l'ogive que de l'étanchéité ogive-torpille. De plus, le déplacement de l'ogive qui est obtenu par coulissement impose une section constante à cette dernière. Cette disposition ne permet pas une optimisation hydrodynamique du flotteur. En outre, la surface mouillée, celle qui est au contact de l'eau, augmente dans cette même proportion, si bien que le frottement avec l'eau s'en trouve significativement accru. Par surcroît, un déplacement important de l'ogive impose une longueur importante de cette dernière et par là même peut imposer une augmentation du gabarit hors-tout, ce qui n'est pas souhaitable pour de multiples raisons. Il convient par ailleurs de préciser qu'un contrôle dynamique du volume du flotteur présente un intérêt significatif à la condition que la variation de son volume puisse être obtenue rapidement et massivement, sans quoi les mouvements de la mer ne pourraient être compensés en temps réel. L'agencement ci-dessus, à savoir une ogive de faible section et de grande longueur n'est pas très approprié pour satisfaire à cette condition. La présente invention a ainsi pour objet un flotteur de volume variable très simple à réaliser qui présente des performances accrues pour les diverses fonctions qu'il doit remplir. Les déplacements des appendices mobiles permettent d'ajuster la flottabilité à la charge embarquée. Les performances hydrodynamiques sont améliorées. Il permet aussi de faire varier le tirant d'eau et le tirant d'air. Il permet également d'optimiser la section des pièces de liaison dans la mesure où leur contribution à la flottabilité est réduite. En conséquence, la résistance hydrodynamique, la traînée, le sillage ainsi que la sensibilité aux vagues de ces pièces sont diminuées. Il permet encore d'optimiser l'assiette du bateau qu'il supporte en pratiquant un contrôle dynamique de la position du ou des appendices mobiles. II permet en sus de conserver le gabarit hors-tout du bateau. Selon l'invention, ce flotteur est prévu pour être solidarisé à un engin au moyen d'une pièce de liaison au moins, ce flotteur comportant un fuselage dont l'axe longitudinal correspond à la plus grande dimension, comportant aussi au moins un appendice mobile susceptible de se déplacer par rapport à ce fuselage selon un axe de déplacement entre une position rentré et une position sorti pour modifier le volume du flotteur ; de plus, l'axe longitudinal et l'axe de déplacement présentent un angle d'inclinaison. Un déplacement latéral de l'appendice mobile par référence à l'axe longitudinal du flotteur permet d'exploiter une surface beaucoup plus importante qu'un déplacement axial. II s'ensuit que pour une augmentation de volume donné, le déplacement de l'appendice peut être considérablement réduit par rapport à l'agencement décrit dans le document japonais cité ci-dessus. La surface mouillée est réduite en conséquence et, de même, les difficultés de guidage et d'étanchement sont minimisées. Avantageusement, l'angle d'inclinaison est compris entre 70° et 120°. L'inclinaison entre l'axe longitudinal et l'axe du déplacement qui avoisine les 90° résulte d'un compromis entre les performances hydrodynamiques 25 souhaitées et les variations de flottabilité requises. De préférence, l'appendice mobile étant en position rentré, sa surface externe affleure celle du fuselage. Cet agencement permet de définir un profil hydrodynamique optimisé. Pour accroître l'efficacité du flotteur, celui ci comporte un évent pour la 30 mise à l'air libre de l'appendice. Ainsi, il n'est pas nécessaire d'embarquer une réserve d'air comprimé. Suivant une caractéristique additionnelle de la présente invention, le flotteur comporte une pompe d'évacuation dont l'entrée figure à la base du fuselage et dont la sortie est raccordée à un conduit d'évacuation. 35 Il s'agit ici de pallier un éventuel défaut d'étanchéification. Naturellement, le flotteur comporte un moyen d'étanchement de l'appendice mobile par rapport au fuselage. De préférence, le flotteur comporte un moyen de protection pour protéger ce moyen d'étanchement. Suivant un premier mode de réalisation, ce moyen d'étanchement comporte une pluralité de joints toriques. Le fait de recourir à une pluralité de joints agencés en série permet de limiter le taux de fuite. Suivant un deuxième mode de réalisation, ce moyen d'étanchement 10 comporte une membrane. Bien entendu, le flotteur peut comporter une pluralité d'appendices mobiles. La présente invention apparaîtra maintenant avec plus de détails dans le cadre de la description qui suit d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif 15 en se référant aux figures annexées qui représentent : - la figure 1, un schéma en perspective d'un flotteur selon l'invention, plus précisément : la figure la, une vue de ce flotteur appendices mobiles chacun en position rentré, 20 - la figure 1 b, une vue de ce flotteur appendices mobiles chacun en position sorti, et la figure 1c, une vue de ce flotteur explicitant des alternatives au positionnement angulaire des appendices mobiles par rapport au fuselage, 25 la figure 2, une vue en coupe transversale au niveau d'une des pièces de liaison de ce flotteur, plus précisément : - la figure 2a, un premier mode de réalisation de l'étanchéité entre le fuselage et l'appendice mobile, et la figure 2b, un deuxième mode de réalisation de l'étanchéité 30 entre le fuselage et l'appendice mobile, et la figure 2c, un troisième mode de réalisation de l'étanchéité entre le fuselage et l'appendice mobile. Les éléments présents dans plusieurs figures sont affectés d'une seule et même référence. 35 Le flotteur est prévu pour être solidarisé au moyen d'une ou plusieurs pièces de liaison à un engin d'une plate-forme ou d'un navire, ou bien au corps principal d'un sous-marin doté d'une mise à l'air de type � snorkel �. Ce flotteur comporte un corps fixe assujetti à l'engin, corps fixe maintenant désigné par le terme fuselage du fait de sa forme généralement oblongue présentant ou non une symétrie de révolution selon son axe longitudinal qui correspond à sa plus grande dimension. Il comporte aussi un ou plusieurs appendices mobiles susceptibles de se déplacer par rapport au fuselage.. En référence aux figures la et 1 b, le flotteur comprend donc un fuselage 101 rigide. Ce fuselage est allongé, c'est-à-dire que sa longueur mesurée le long de son axe longitudinal 11, à savoir la direction normale d'avancement dans le cas d'un bateau, est relativement plus grande, de l'ordre de 10 fois dans le cas d'un bateau, que la largeur moyenne de sa section transversale (perpendiculaire à l'axe longitudinal). Sur la face supérieure du fuselage 101 deux pièces de liaison 111, 112 sont fixées pour supporter l'engin (non représenté). Naturellement, le nombre et la position des pièces de liaison n'importe pas pour la mise en oeuvre de l'invention ; il pourrait y en avoir une seule ou plus de deux. Deux appendices mobiles 121, 122 cylindriques s'encastrent dans le fuselage 101. Là encore, le nombre d'appendices mobiles n'est pas caractéristique de l'invention qui s'applique s'il y a un seul appendice mobile ou s'il y en a plus de deux, quelle que soit leur position sur le pourtour du fuselage. On considère donc le seul premier appendice mobile 121. Celui-ci est à même de coulisser selon un axe de déplacement 12, dans le cas présent sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal 11, à l'intérieur du fuselage 101 entre une position rentré (figure la) et une position sorti (figure 1 b). En position rentré, celle qui correspond au volume minimum du flotteur, la surface externe apparente de l'appendice mobile affleure la surface externe du fuselage 101. En position sorti, le flotteur présente le volume maximum. Toute position intermédiaire entre ces deux positions extrêmes peut être adoptée en fonction de la flottabilité requise. En référence à la figure 1c, des solutions alternatives pour les positions des appendices mobiles 121, 122 par rapport au fuselage 101 sont exposées. Un plan de référence 131 est défini qui incorpore l'axe longitudinal 11 et l'axe de déplacement 12 du premier appendice mobile 121. Une première flèche circulaire 14 représente l'angle d'inclinaison dans le plan de référence 131 entre cet axe de déplacement 12 et l'axe longitudinal 11, angle qui est maintenant sensiblement supérieur à 90°. Cet angle est connu sous le terme de flèche dans le domaine de l'aéronautique. Une deuxième flèche circulaire 15 représente l'angle d'inclinaison entre l'axe de déplacement 13 du deuxième appendice mobile 122 et ce plan de référence 131, angle qui est maintenant différent de zéro. Cet angle est connu sous le terme de dièdre dans le domaine de l'aéronautique. Naturellement, un appendice mobile peut présenter une inclinaison tant entre l'axe de déplacement et l'axe longitudinal 11 qu'entre l'axe de déplacement et le plan de référence 131. En référence à la figure 2a, suivant un premier mode de réalisation, le premier appendice mobile 121 est relié au fuselage 101 par l'intermédiaire d'un organe de motorisation qui autorise une translation suivant l'axe de déplacement 12 entre la position rentré et la position sorti. On a figuré un troisième appendice mobile (non référencé) symétrique du premier 121 par rapport à l'axe longitudinal. Le premier appendice mobile 121 est ici en position sorti tandis que le troisième est en position rentré. Chaque appendice peut prendre toute position intermédiaire entre ces deux positions extrêmes. Dans le cas présent, ce moyen de motorisation est constitué par un vérin à double effet dont le corps 151 est fixé au fuselage 101 et dont la tige 152 est fixée à au premier appendice mobile 121. Naturellement, tout autre moyen équivalent connu de l'homme du métier pour assurer la fonction requise peut convenir, une motorisation de type vis sans fin par exemple. Pour améliorer le guidage du piston, on peut prévoir tout dispositif additionnel connu de l'homme du métier. A titre d'exemple, on citera une colonne à billes axée sur la tige 152 du vérin. Naturellement, le moyen de guidage du piston peut être indépendant du moyen assurant la translation de l'appendice mobile. Pour assurer l'étanchéité du flotteur, trois gorges sont ménagées dans le premier appendice mobile 121 perpendiculairement à l'axe de déplacement 12. Ces gorges sont munies de joints toriques 161, 162, 163 qui viennent au contact du fuselage 101 pour assurer l'étanchéité. Théoriquement, un seul joint peut suffire mais la superposition de plusieurs joints permet de minimiser le taux de fuite. A ce sujet, comme il est pratiquement impossible d'obtenir une étanchéité parfaite sur un tel assemblage, il est prudent de prévoir une pompe d'évacuation 171 pour rejeter l'eau qui stagne à la base du fuselage 101 et la rejeter au niveau supérieur de la pièce de liaison 112 au moyen d'un conduit d'évacuation 172. En référence à la figure 2b, un deuxième mode de réalisation de l'étanchéité entre le fuselage et l'appendice mobile est présenté. Pour assurer l'étanchéité du flotteur, une membrane souple 181 est fixée par un de ses bords au fuselage 101 et par son autre bord au premier appendice 121. Cette membrane 181 est étanche et sa section est prévue pour permettre librement le déplacement de l'appendice 121 par rapport au fuselage 101. Une telle membrane permet de relâcher considérablement les tolérances mécaniques sur le moyen de guidage de l'appendice mobile. En référence à la figure 2c, un troisième mode de réalisation de l'étanchéité entre le fuselage et l'appendice mobile est présenté. Comme auparavant, une membrane 182 est fixée par un de ses bords au fuselage 101 et par son autre bord au premier appendice 121. Cette membrane 181 est étanche et son élasticité est suffisante pour permettre par étirement ou rétractation le libre déplacement de l'appendice 121 par rapport au fuselage 101. Cette membrane peut également former une poche étanche, déformable, placée à l'intérieur ou à l'extérieur du flotteur. Eventuellement, un moyen de protection (non représenté) est agencé pour protéger les joints toriques ou la membrane des agressions extérieures dues notamment à la pression hydrodynamique ou à des objets agressifs. En revenant à la figure 2a, on prévoit également un évent 141 qui débouche au niveau de la partie émergée de la pièce de liaison 111 pour mettre à l'air libre l'appendice mobile. L'évent sert uniquement à permettre la variation de volume du flotteur en évitant une surpression ou une dépression lors du déplacement de l'appendice mobile. Il assure une mise à l'air libre passive comme dans le cas d'un réservoir. L'angle d'inclinaison 14 dans le plan de référence 131 qui figure entre l'axe longitudinal 11 et l'axe de déplacement 12 du premier appendice mobile 121 permet d'obtenir un gain de volume maximal, pour un flotteur élancé, lorsqu'il vaut 90°. Toutefois, des considérations hydrodynamiques ainsi que le profil de l'appendice mobile peuvent conduire à s'écarter quelque peu de cette valeur. Cette dernière devrait couramment être comprise entre 70° et 120°. Les exemples de réalisation de l'invention présentés ci-dessus ont été choisis eu égard à leur caractère concret. Il ne serait cependant pas possible de répertorier de manière exhaustive tous les modes de réalisation que recouvre cette invention. En particulier, tout moyen décrit peut être remplacé par un moyen équivalent sans sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS1) Flotteur prévu pour être solidarisé à un engin au moyen d'une pièce de liaison (111, 112) au moins, ce flotteur comportant un fuselage (101) dont l'axe longitudinal (11) correspond à la plus grande dimension, comportant aussi au moins un appendice mobile (121,122) susceptible de se déplacer par rapport audit fuselage selon un axe de déplacement (12) entre une position rentré et une position sorti pour modifier le volume dudit flotteur, caractérisé en ce que ledit axe longitudinal (11) et ledit axe de déplacement (12) présentent un angle d'inclinaison (14, 15). 2) Flotteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit angle d'inclinaison (14) est compris entre 70° et 120°. 3) Flotteur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que, ledit appendice mobile (121, 122) étant en position rentré, sa surface externe affleure celle dudit fuselage (101). 20 4) Flotteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un évent (182) pour la mise à l'air libre dudit appendice (121, 122). 5) Flotteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, 25 caractérisé en ce qu'il comporte une pompe d'évacuation (171) dont l'entrée figure à la base dudit fuselage (101) et dont la sortie est raccordée à un conduit d'évacuation (172). 6) Flotteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, 30 caractérisé en ce qu'il comporte un moyen d'étanchement (161, 162, 163) dudit appendice mobile (122) par rapport audit fuselage (101). 7) Flotteur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de protection pour protéger ledit moyen d'étanchement (161, 162, 35 163, 181). 915 8) Flotteur selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que ledit moyen d'étanchement comporte une pluralité (161, 162, 163) de joints toriques. 9) Flotteur selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que ledit moyen d'étanchement comporte une membrane (181). 10) Flotteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité d'appendices mobiles (121,122).