Brevet FR2963074A1 — publié le 20120127

DOUILLE AUTO-ALIGNANTE POUR CABLE D'AMARRAGE. La présente invention a trait au domaine des câbles d'amarrage, en particulier ceux utilisés en milieu maritime. Elle concerne plus spécifiquement une douille d'extrémité pour câbles de lignes d'amarrage, notamment du type caténaire d'amarrage offshore pour l'ancrage d'éléments massifs flottants de systèmes d'exploitation pétrolière en mer. Dans le domaine, dit "offshore", de l'exploitation pétrolière en milieu marin au large des côtes, on utilise des câbles d'amarrage, encore appelés caténaires, servant de liaison de très forte capacité en traction pour l'ancrage d'éléments massifs flottants tels que des plates-formes offshore, des bouées de chargement, ou encore des étages immergés de systèmes à colonnes montantes en surface (SPAR, Riser tower system). Souvent agencées en systèmes d'ancrage convergeant au niveau du mobile flottant à ancrer, les câbles d'amarrage sont reliés par leurs douilles d'extrémité, (associées ou non à des pièces de liaison) d'une part à un dispositif fixe ancré sur le fond marin, et d'autre part, à l'élément flottant à ancrer. On rappelle que de telles lignes d'amarrage peuvent avoir des longueurs excédant le kilomètre. Cette longueur de référence sera d'ailleurs sans doute amenée à augmenter dans les prochaines années, la prospection sous-marine s'orientant vers des eaux de plus en plus profondes. Les diverses connexions et composants du système d'ancrage à chaque extrémité de telles lignes d'amarrage doivent en conséquence pouvoir résister à des sollicitations et des efforts répétitifs considérables générés par la houle, les courants marins, les vents, ou encore par les différentes contraintes d'exploitation de l'installation offshore elle- même. Une ligne caténaire d'amarrage offshore participe de fait aux mouvements de la houle, de sorte que la résistance à la fatigue notamment devient une exigence essentiel-le, en traction, mais aussi en flexion, tout particulièrement au niveau de la sortie du câble de sa douille d'extrémité. On connaît des lignes d'amarrage classiques dotées de douilles d'extrémité, du ty- pe à chape, à anse, ou encore à oeil. Une telle douille est essentiellement constituée par un corps creux de forme générale tronconique formant une alvéole de culottage et portant, à son extrémité la plus large, des oreilles (ou un plat) percées d'un alésage destiné à recevoir un axe de connexion ou une anse ovale destinée à la liaison avec le système à ancrer. Par sa forme en contre-dépouille, l'alvéole de culottage a une fonction de blocage et reçoit à cet effet une extrémité du câble d'amarrage dont les brins ont été préalablement épanouis en gerbe, avant d'être remplie par une matière coulée qui, après solidification, rend définitivement solidaires le câble et la douille. Au sein des différents systèmes d'ancrage, aériens mais plus particulièrement sous marins, les lignes d'amarrage sont soumises à des cycles de tractions alternées ou de flexions répétées dues aux contraintes subies par le mobile à ancrer et aux mouvements qui en résultent. Les systèmes d'ancrage et les lignes d'amarrage à base de câbles qui les constituent doivent donc être conçus et réalisés afin de tenir compte de ces conditions d'utilisation. Il est nécessaire, en particulier, d'éviter toute concentration de contraintes de flexions répétées au niveau de la portion de câble d'amarrage située juste à la sortie de sa douille d'extrémité. Comme déjà indiqué précédemment, en vue de leur raccordement au mobile à an- crer ou aux ancres de bouts de ligne, les douilles d'extrémité des câbles équipant les systèmes d'ancrage actuels comprennent extérieurement, du côté opposé à l'arrivée du câble, des organes d'accouplement assurant une fixation pivotante de la douille sur l'élément à ancrer. On réalise ainsi un accouplement pivotant qui, sous l'action des différentes contraintes auxquelles est soumis le système d'ancrage, autorise des mouve- ments de rotation alternée de la douille autour d'un axe orthogonal à l'axe longitudinal de celle-ci. On notera cependant qu'avec ce type de douille, le câble sort librement de la douille, juste ou à relativement courte distance du pied de la gerbe d'épanouissement des fils en prise dans l'alvéole de culottage. Or, par effet de couple, le poids de la douille est largement suffisant pour entraîner celle-ci dans des mouvements de rotation partielle autour de son axe de pivotement, imprimant ainsi des contraintes de flexion parasites à la portion de câble située en sortie de l'alvéole de culottage. Pour pallier cet inconvénient, il est connu de limiter les contraintes de flexions parasites induites dans le câble en sortie de douille en protégeant celui-ci par un raidisseur. La mise en place d'un tel équipement est d'autant plus importante que la rigidité en flexion du câble sera plus faible, ou les matériaux qui le constituent plus performants, comme dans le cas de câbles d'acier modernes à haute résistance, ou encore de câbles mixtes confectionnés de fils d'acier et de matériaux synthétiques, ou bien encore de matériaux purement synthétiques. Un tel raidisseur, destiné à permettre à la douille de s'auto-aligner avec son câble, prend typiquement la forme d'un manchon installé autour du câble en sortie de douille et dont la rigidité et l'épaisseur vont en décroissant au fur et à mesure que l'on s'éloigne de celle-ci. Généralement réalisé en matière plastique de rig { ïité et de consistance adaptées, le raidisseur voit ainsi sa flexibilité augmenter de sa grande base vers sa pointe, permettant ainsi de réduire, mais de réduire seulement, les risques parfois sévères de flexion parasite du câble en sortie de sa douille d'extrémité. La présente invention a précisément pour but principal de proposer un type optimisé de douille d'extrémité auto-alignante pour câbles de lignes d'amarrage constitutives desystèmes d'ancrage susceptibles d'être soumis à de fortes variations cycliques de géométrie et de contraintes au cours de leur utilisation. A cet effet, l'invention a pour objet une douille auto-alignante destinée à être montée à l'extrémité d'un câble de ligne d'amarrage constitutive d'un système d'ancrage d'un élément massif mobile, notamment flottant, et comprenant un corps d'ancrage creux pourvu extérieurement d'organes d'accouplement pour une fixation pivotante de la douille sur l'élément à ancrer et dont la cavité interne comporte une alvéole de culottage destinée à recevoir et bloquer les extrémités des brins du câble d'amarrage, douille caractérisée en ce que ladite cavité interne présente une forme générale en "diabolo" dont la section médiane rétrécie s'ouvre, d'un coté, sur ladite alvéole de culottage et, de l'autre, sur une chambre de guidage du câble d'amarrage, et en ce que lesdits organes d'accouplement sont positionnés sur le corps de douille de manière à définir un axe de pivotement pour la douille, lequel passe de préférence au niveau ou à proximité immédiate de ladite section rétrécie de la cavité interne. Dans cette réalisation, l'axe de pivotement des organes d'accouplement (donc de la douille elle même par rapport aux pièces auxquelles elle se trouve connectée) se trouve à proximité immédiate du point d'application sur la douille des forces de traction transmises par le câble lors de son utilisation au sein du système d'ancrage. De la sorte, la réalisation selon l'invention empêche tout effet de "bras de levier" qui s'exercerait au niveau de la douille elle-même en lui imprimant un mouvement propre de rotation autour de son pivot et qui viendrait finalement positionner son axe principal en désalignement avec celui du câble auquel elle est raccordée. Ainsi, on comprend que la mise en oeuvre de l'invention a pour effet premier de forcer le maintien permanent de la douille en ligne avec le câble qui la porte. Ce résultat est dû principalement à la présence d'une chambre de guidage du câble au sein même du corps de la douille, chambre qui joue, de fait, le rôle d'un raidisseur interne grâce à sa paroi interne qui vient au contact du câble comme une enveloppe de maintien. Pour des raisons pratiques d'adaptabilité de la douille aux différents diamètres possibles du câble, on comprend que l'on aura d'ailleurs avantage à prévoir une chambre de guidage plus large que le câble à guider de manière à pouvoir y insérer un manchon de maintien calibré, interchangeable selon les besoins, qui épouse le câble. Cet alignement forcé de la douille sur son câble lui permet donc de suivre aisé-ment les mouvements induits sur le câble lors de son utilisation au sein de systèmes d'ancrage auquel il participe et ainsi de réduire fortement, voire de supprimer, les phénomènes de flexions parasites de celui-ci en sortie de douille bien davantage que ne pourrait le faire au mieux un raidisseur seul équipant extérieurement une douille d'extrémité construite selon l'état de l'art antérieur. L'invention trouvera, entre autres et sans caractère limitatif, un intérêt particulier dans le cas des systèmes d'ancrage offshore, sa mise en oeuvre permettant une grande réduction, voire une suppression des contraintes de flexions parasites des câbles d'amarrage en sortie de leurs douilles d'extrémité, qu'ils soient constitués de fils d'acier, d'assemblages mixtes d'acier et de matériaux synthétiques, ou encore de matériaux synthétiques uniquement Une telle douille auto-alignante convient bien entendu à l'équipement des extrémités de câbles métalliques, généralement employés au sein de divers systèmes d'ancrage, dont ceux habituellement mis en oeuvre dans le cadre de l'exploitation pétrolière offshore. Elle se révèle cependant plus avantageuse encore dans le cas de câbles mixtes constitués d'acier et de matériaux synthétiques, ou encore constitués uniquement de matériaux synthétiques, de tels câbles présentant une rigidité en flexion bien moindre que celle d'un câble purement composé de fils d'acier. Toujours dans le but de minimiser ou de supprimer les phénomènes de flexions parasites induits sur le câble au sortir de sa douille d'extrémité, la douille auto-alignante selon l'invention est conçue pour que son centre de gravité se trouve à proximité de son axe de pivotement matérialisé par ses organes d'accouplement, ce qui favorise d'autant son auto-alignement en raison de l'équilibre indifférent, ou pratiquement indifférent, qui se trouve assuré par cette disposition géométrique. De préférence, les organes d'accouplement comprennent une paire de tourillons s'étendant perpendiculairement au grand axe de la douille. De tels tourillons permettent une liaison pivotante en s'engageant par exemple dans des logements de diamètre correspondant prévus sur le mobile à ancrer ou sur le point fixe de bout de ligne, par exemple sous la forme d'un étrier à baïonnette. Alternativement, les organes d'accouplement de la douille peuvent prendre la forme d' eillets ou d'alésages circulaires, dans lesquels s'engagent des tourillons prévus sur le mobile à ancrer ou sur le point fixe de bout de ligne. La chambre d'épanouissement recevant la gerbe de fils issus de l'extrémité du câble préparée en vue de son culottage (l'alvéole de culottage donc) peut être avantageu- sement de forme tronconique, d'autres formes étant également envisageables pour autant qu'elles permettent le fonctionnement par coincement du culot réalisé sur l'extrémité de câble Selon une variante préférée de réalisation, la chambre de guidage, qui suit la chambre d'épanouissement dans le corps de douille en direction du câble, comprend une section évasée située en opposition à l'évasement constituant l'alvéole de culottage. Cette disposition, qui renforce la forme interne générale en diabolo du corps de douille, permet de faciliter la pose et la dépose dans la chambre de guidage d'une contre pièce, rigide de préférence, qui coopère avec son profil intérieur pour former un manchon de raidissement du câble. Une simple bague d'assemblage montée à la sortie de la chambre de guidage per-met alors d'immobiliser cette contre-pièce dans sa position fonctionnelle. Outre sa fonction première de raidisseur, cette contre-pièce protège le câble du contact avec le corps métallique de la douille. Elle est également destinée à absorber les légères déviations résiduelles du câble qui subsisteraient encore au sortir de sa douille d'extrémité L'invention a également pour objet un câble d'amarrage dont une extrémité au 10 moins est munie d'une douille telle que définie ci-avant, le câble étant de préférence gainé et constitué de fils ou torons en métal, en matière synthétique, ou d'une association mixte de ces matériaux D'autres aspects, caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement au vu de la description qui suit d'un mode de réalisation donné en référence à la 15 figure unique annexée montrant la douille auto-alignante selon l'invention vue en coupe longitudinale selon son plan de symétrie axial. La douille 10, montrée montée à l'extrémité d'un câble d'amarrage 22, comprend essentiellement un corps d'ancrage creux rigide 12, de préférence en métal, par exemple en acier forgé, moulé, ou usiné. Ce corps 12, de symétrie axiale, est de forme allongée 20 selon son axe longitudinal 16. Il présente une cavité interne 14, ouverte à ses extrémités, de forme générale en "diabolo" formée de trois parties successives alignées sur l'axe longitudinal 16 et qui sont, dans l'ordre: une chambre d'épanouissement 20 destinée à servir d'alvéole de culottage du câble 22, une section médiane rétrécie 18 pour le passage de l'extrémité du câble 22 dans la chambre d'épanouissement 20 et une chambre 25 34 de guidage du câble dans laquelle se monte la contre-pièce 36 faisant office de raidisseur. La chambre d'épanouissement 20, généralement de forme tronconique ou de toute autre forme en contre-dépouille pour permettre le culottage du câble dans la douille, est réalisée de sorte à s'évaser en s'éloignant de la section rétrécie 18 le long de l'axe 16. 30 La section rétrécie 18 est la région de la douille où se situe son centre de gravité G. C'est la raison pour laquelle c'est à cet endroit que le corps d'ancrage 12 est pourvu extérieurement d'organes d'accouplement de la douille, ici des tourillons 30 et 30', avec l'élément à ancrer. La chambre de guidage 34 prolonge vers l'amont la chambre d'épanouissement 20 35 de l'autre coté de la section médiane rétrécie 18. Cette chambre de guidage, pourvue de la contre-pièce 36 épouse étroitement l'extrémité du câble 22 qu'elle reçoit, afin de 2963074 remplir sa fonction de raidisseur du câble. En fonction des diverses applications d'ancrage, notamment en milieu marin (ou offshore), le câble d'amarrage 22 peut être classiquement formé d'un assemblage torsadé en hélice de brins constitués de fils individuels, ou de torons, 26 enveloppés dans une gaine étanche 24. Ces fils individuels, ou ces torons, sont eux même formés de fils en acier, ou en matériau synthétique, ou mixtes (acier et matériaux synthétiques). On notera que la section rétrécie 18 est d'un diamètre compatible avec le diamètre extérieur du câble 22 revêtu de sa gaine protectrice 24. La fixation de la douille à l'extrémité du câble se réalise de la manière suivante: la douille 10 est mise en place sur la gerbe façonnée à partir de l'épanouissement d'extrémité des brins 26 du câble 22, une fois celui-ci dénudé à son extrémité. On coule alors par le haut de la cavité 14 dans la chambre 20, formant alvéole de culottage, un métal fondu ou une matière synthétique 28 qui, après solidification et/ou durcissement, rend définitivement solidaires le câble et la douille, par le biais de l'obtention d'un cône de coincement par effet de contre-dépouille. Pour permettre sa fixation à un élément à ancrer, lequel est généralement un mobile flottant, comme une plate-forme pétrolière offshore ou une bouée de chargement, mais qui peut aussi être, à l'autre extrémité du câble, une ancre de fond de mer, etc..., la douille 10 comprend des organes d'accouplement aptes à coopérer avec des moyens d'accouplement correspondants prévus sur l'élément à ancrer. Ces organes d'accouplement sont conçus pour assurer une connexion pivotante, de préférence sans jeu ou à jeu optimisé, qui permettra, en fonction des différents efforts auxquels est soumis le système d'ancrage, l'auto-alignement permanent de la douille avec le câble sur lequel elle est culottée. Dans la variante de réalisation décrite ici, ces organes d'accouplement sont constitués par deux tourillons 30 et 30' opposés afin que leur axe commun de rotation 32 soit orthogonal à l'axe longitudinal 16 de la douille et définisse l'axe de pivotement de celle-ci. Le mobile à ancrer comportera alors des moyens d'accouplement de type femelle, par exemple, des étriers à baïonnette dans lequel s'engageront les tourillons. On appréciera que les organes d'accouplement 30, 30' de la douille sont agencés sur le corps de douille 12 de sorte que leur axe de rotation 32 (i.e. le pivot de la douille) passe à proximité de la base de la chambre d'épanouissement 20. Le principe constructif retenu est en fait que l'axe de pivotement 32 passe par la région de la jonction entre la base de la chambre d'épanouissement 20 et la section rétrécie 18, qui constitue la région où se concentrent les forces de traction exercées par le câble 22 sur la douille 10. C'est cette configuration qui autorise l'auto-alignement naturel de la douille 10 avec l'extrémité de câble qu'elle équipe, par rotation de celle-ci autour de son axe de pivotement 32, porteur des centres des tourillons 30 et 30'. Dans la pratique, et en référence à la présente variante, on notera qu'un effet sensible du positionnement des organes d'accouplement 30,30' est obtenu lorsque l'axe de pivotement 32 traverse la région centrale de la douille indiquée R sur la figure, c'est à dire une zone s'étendant entre la base de la chambre d'épanouissement 20 et le début de section rétrécie 18. De préférence, la douille 10 sera conçue afin que son centre de gravité G, se trouve dans cette région R, donc à proximité immédiate de l'axe de pivotement 32, ce afin d'obtenir un équilibre indifférent, ou quasi indifférent de celle-ci lors de sa rotation autour du pivot 32. On souligne à nouveau le caractère avantageux d'une forme évasée pour la chambre de guidage 34, située dans le prolongement de la section rétrécie 18, du côté opposé à l'alvéole de culottage 20. La section rétrécie 18 s'ouvre donc sur cette chambre 34 de forme évasée, ici tronconique, mais pouvant toutefois prendre d'autres formes, qui permet le maintien guidé et la protection du câble sur une certaine distance après la zone rétrécie 18, avantageusement grâce à la présence d'une contre-pièce 36 en matière plastique rapportée. La contre-pièce 36 est insérée dans la chambre évasée 34, et sa forme est com- plémentaire de cette dernière. Après culottage de la douille 10 sur son câble 22, cette contre-pièce 36, en matériau plastique, rigide de préférence, devient un manchon de maintien agencé autour du câble. Il permet alors d'absorber les déviations de ce dernier qui pourraient encore se présenter en sortie de la douille et évite, ou limite très forte-ment, son pliage directement au niveau de la zone rétrécie 18. Des matériaux appropriés pour la contre-pièce 36 peuvent être, entre autres, des polyuréthanes de divers grades. La contre-pièce 36 est maintenue dans la chambre de guidage 34 au moyen, ici, d'une bague de retenue 38 fixée au corps 12 par une couronne de vis 39. Bien que cela ne soit pas représenté, on pourra prévoir un joint d'étanchéité annulaire autour du câble 22 au niveau de la section rétrécie 18. En outre, on peut bloquer en place la gaine 24 du câble 22 dans la douille 10 au moyen, par exemple de clips circulaires ou de bagu de retenue s'engageant dans une gorge annulaire pratiquée dans la gaine 24 du câble. Il va de soi que l'invention ne saurait se limiter à l'exemple de réalisation considéré, mais qu'elle s'étend à de multiples variantes et équivalents dans la mesure où sont respectées ses caractéristiques techniques essentielles données dans les revendications jointes. Son champ d'application s'étend à tout ligne d'amarrage, dans le cas où l'on souhaite assurer directement l'auto-alignement naturel du câble avec sa ou ses douilles d'extrémités de façon à minimiser les contraintes parasites de flexion subies par le câble en sortie de celles-ci et responsables bien souvent de sa mise au rebut prématurée. REVENDICATIONS1. Douille auto-alignante destinée à être montée à l'extrémité d'un câble d'une ligne d'amarrage constitutive d'un système d'ancrage d'un élément massif mobile, notam- ment flottant, et comprenant un corps de douille creux pourvu extérieurement d'organes d'accouplement pour une fixation pivotante sur un élément à ancrer et dont la cavité interne forme une alvéole de culottage destinée à recevoir et bloquer les extrémités des brins dudit câble d'amarrage, douille caractérisée en ce que ladite cavité interne (14) présente une forme générale en "diabolo" dont la section médiane rétrécie (18) s'ouvre, d'un coté, sur ladite alvéole de culottage (20) et, de l'autre côté, sur une chambre de guidage (34) du câble d'amarrage (22), et en ce que lesdits organes d'accouplement (30, 30') sont positionnés sur le corps de douille (12) de manière à définir un axe de pivotement (32) pour la douille. 2. Douille auto-alignante selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit axe de pivotement (32) passe par la section médiane rétrécie (18). 3. Douille auto-alignante selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que son centre de gravité G se trouve au voisinage de son axe de pivotement (32). 4. Douille auto-alignante selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle comporte, inséré dans ladite chambre de guidage (34) et de forme complémentaire à celle-ci, un manchon de maintien (36) enveloppant le câble d'amarrage (22). 5. Câble d'amarrage offshore doté à l'une de ses extrémités, ou à ses deux extrémités à la fois, d'une douille auto-alignante (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, ledit câble (22) étant pourvu d'une gaine étanche (24) enveloppant un assemblage de fils (26) en acier ou à base de matières synthétiques, ou encore à base mixte de composés acier et synthétiques.