Brevet FR2980253A1 — publié le 20130322

DISPOSITIF DESTINE A ASSURER UN MOUVEMENT ROTATIF ANGULAIRE ET/OU DE TORSION ENTRE DEUX STRUCTURES La présente invention a pour objet un dispositif destiné à 5 assurer un mouvement rotatif angulaire et/ou de torsion entre deux structures. Il est bien connu d'assurer une telle fonction à l'aide d'une articulation de type Cardan. Ces dispositifs présentent des inconvénients liés à la présence de frottements mécaniques, à des à-coups lors de brusques changements de direction d'inclinaisons, à une usure prématurée en cas 10 d'environnement agressif et enfin à la nécessité d'une maintenance (graissage régulier, remplacement des pièces d'usure). On connait du Brevet US 5,529,012 (RYTAND) une articulation semi-flexible qui permet une articulation entre des éléments flottants, mais ce dispositif ne permet pas de remplir les fonctions d'une 15 rotule. Dans le domaine des applications pétrolières en milieu marin, on connaît des articulations notamment des documents suivants : - GB 2132 297 (KRAMER) qui s'apparente à un dispositif à la cardan 20 - US 4,012,060 (RENEAU) qui s'apparente à une rotule. - GB 2 313 889 (ROED) qui s'apparente également à une rotule. Il existe également des rotules lamifiées qui sont intégrées à des connecteurs destinés à des connexions pétrolières sous marines. Une 25 telle rotule est connue du Brevet US 4,907,914 (GUNDERSON). De telles rotules ne permettent qu'un débattement limité propice à corriger des désalignements entre deux tubes lors de leur connexion. La présente invention concerne une articulation apte à permettre notamment des arrimages sous marins articulés et autorisant des 30 débattements importants tout en restant apte à supporter de fortes charges. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de liaison destiné à assurer un mouvement relatif angulaire et/ou de torsion entre deux structures, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une paire de maillons imbriqués, chaque maillon comportant d'une part un arceau qui présente à une première extrémité un élément de solidarisation à une dite structure et d'autre part un élément lamifié formant une portion de sphère de contour extérieur par exemple cylindrique ou tronconique ayant une armature externe solidaire d'une deuxième extrémité d'un arceau opposée à la première extrémité, les armatures internes desdits éléments lamifiés sphériques étant solidaires entre elles. Un arceau peut comporter deux jambes ou plus. L'armature interne des éléments lamifiés d'une paire de maillons imbriqués est par exemple une pièce cylindrique. Le dispositif peut comporter au moins deux paires de maillons imbriqués qui sont disposés en série par solidarisation entre deux éléments de solidarisation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple non limitatif, en liaison avec les dessins dans lesquels : - La figure la est un schéma de principe d'un dispositif selon l'invention, dont un mode de réalisation est représenté en vue de profil à la 20 figure lb, la figure lc étant une vue en coupe d'un élément lamifié ; - la figure 2 est une vue en perspective d'un dispositif selon l'invention ; - la figure 3 est une vue de profil d'un maillon selon l'invention ; 25 - la figure 4 est une vue de profil d'un dispositif comportant une paire de maillons selon la figure 3 qui sont montés de manière à être imbriqués ; - la figure 5 illustre une mise en oeuvre de l'invention dans laquelle des dispositifs individuels comportant chacun une paire de maillons 30 imbriqués sont montés en série, - et la figure 6 illustre des applications sous marines de l'invention. Par référence aux figures la et 1b, un dispositif selon l'invention comporte un module élémentaire 4 qui présente deux maillons imbriqués montés tête-bêche et qui sont solidaires par l'extrémité interne (la plus proche de son centre) d'un élément lamifié formant une portion de sphère. Le maillon fermé 1 comporte des arceaux qui, aux figures 1 a et lb, sont au nombre de deux et sont référencés 11 et 12. Ils s'étendent entre une plaque 14 qui sert à solidariser les arceaux 11 et 12 à une première structure et une armature externe 15 d'un élément lamifié 17 qui comporte un 10 empilement de lames 18 formant des coupelles et de couches élastomériques 19. Les arceaux 11 et 12, ainsi que l'élément de solidarisation (plaque 14) forment de préférence une pièce unique, assemblée par exemple par soudure. On voit à la figure 1c que les lames 18 et les couches élastomériques ont en coupe par tout plan vertical une forme en arc de cercle, 15 qui permet un débattement angulaire de rotation selon deux axes x et y (rotulage) et de torsion autour de l'axe z, ainsi qu'une possibilité de débattement en traction selon l'axe z. Le maillon fermé 2 comporte des arceaux 21 et 22 qui s'étendent entre une plaque 24 qui sert à solidariser les arceaux 21 et 22 à 20 une deuxième structure, ici une structure fixe 3, et une armature externe 25 d'un élément lamifié 27 qui comporte une empilement de lames 18 et 19. Les deux maillons imbriqués à la manière d'une chaîne sont solidarisés ensemble au niveau d'une armature interne 16 et 26 de l'élément lamifié 17, 27. 25 A la figure 1 b, les arceaux sont au nombre de deux pour chaque maillon et ils sont formés de deux demi-arceaux 111, 112, 121, 122, 211, 212, 221, 222 qui sont vissés ensemble en leur partie médiane 23. Cette fixation peut être mise en oeuvre quelque soit le nombre des arceaux. A la figure 2, les arceaux de chaque maillon sont au nombre 30 de trois (11, 12, 13 ; 21, 22, 23) et ils sont fixés à leurs extrémités, plutôt qu'en leur partie médiane. Cette fixation peut être également mise en oeuvre quelque soit le nombre des arceaux. Les figures 3 et 4 montrent plus en détail une variante dans laquelle les arceaux sont au nombre de deux. A la figure 3, l'armature 16 est représentée en traits pleins en position de repos et en pointillés en position inclinée par rotation autour des axes x et/ou y. Le lamifié élastomère 17 a une raideur suffisamment faible pour permettre l'inclinaison entre le plan de la pièce 16 et celui de la pièce 14. L'architecture de type maillon de chaîne permet un fonctionnement sous charge angulaire et/ou en torsion tout en acceptant un effort de traction important. Les éléments lamifiés 17, 27 servent d'interface entre les deux maillons, ce qui permet un mouvement relatif sans frottement. En effet, tout mouvement angulaire et, ou de torsion se traduit par une déformation élastique de l'élastomère. Le système peut ainsi fonctionner sans maintenance (pas de lubrification par exemple) et sans à-coups jusqu'à des angles (rotulage ou torsion) de plus de 45° sous fortes charges. L'utilisation d'un élastomère ajoute une fonction ressort qui permet un rappel élastique du mécanisme. La présence d'élastomère apporte des performances en terme d'absorption des chocs en cas de forte variation de tension. De plus, la liaison reste maintenue en cas d'endommagement de l'élastomère, ce qui rend la liaison sécuritaire. La figure 5 montre un ensemble résultant de la mise en cascade de plusieurs dispositifs élémentaires 4 ici au nombre de quatre, référencés 41, 42, 43, 44, qui sont composés chacun d'une paire de maillons 1, 2, ce qui permet d'augmenter les débattements angulaires maximaux. Ils sont mis en série en solidarisant entre elles les plaques de solidarisation intermédiaires 14 et 24. A une extrémité de l'ensemble, la plaque d'extrémité 24 est solidaire d'une première structure, par exemple la structure fixe 3, et à l'autre extrémité de l'ensemble, la plaque d'extrémité 14 est solidarisée à une autre structure. La figure 6 illustre trois applications possibles, mettant en oeuvre un dispositif élémentaire 4 ou bien plusieurs dispositifs élémentaires (41, 42, 43, 44) en cascade, à savoir : - l'arrimage d'une structure flottante 5 au fond de la mer en un 5 point d'ancrage 6, - l'articulation inférieure en 6' d'un tube 7 ("riser") destiné à la production pétrolière, qui est suspendu à une bouée sous marine 7' et qui est relié à une plateforme pétrolière 9 par une liaison 8, - l'articulation d'un appareil 50 de mesure océanographique 10 ou de transformation d'énergie marine éventuellement supporté par une bouée sous marine 51, et qui est ancré au fond de la mer en 6.