Brevet FR3101847A1 — publié le 20210416

Ballast pour engin sous-marin et engin sous-marin comprenant au moins un tel ballast Ce ballast (2) pour un engin sous-marin (1) comprenant un réservoir (3) de stockage d’au moins un fluide, est caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif (4) de remplissage et de vidange du réservoir, le réservoir et le dispositif de remplissage et de vidange formant un bloc destiné à être monté à l’extérieur de l’engin sous-marin (1). Figure pour l'abrégé : Figure 2 Ballast pour engin sous-marin et engin sous-marin comprenant au moins un tel ballast La présente invention concerne les engins sous-marins tels que par exemple les sous-marins ou les drones sous-marins. En particulier, elle concerne les dispositifs permettant à l’engin sous-marin de plonger ou de faire surface de façon statique, c’est-à-dire sans l’aide de gouvernes hydrodynamiques. Ces dispositifs sont généralement dénommés ballasts dans la littérature. Les ballasts sont connus depuis le début de la construction des navires submersibles, ancêtres des sous-marins modernes. Ils permettent d’alourdir la coque d’un navire de surface pour lui permettre de plonger sous la surface de l’eau. Ces navires sont bien entendu rendus étanches pour la plongée. Les premiers navires submersibles, tels ceux de la classe Sirène (début du XXième siècle) en étaient équipés. Le principe est d’utiliser un réservoir rempli d’eau que l’on vient chasser et remplacer par de l’air sous pression ou par pompage, ceci pour faire remonter l’engin sous-marin, ou dans le sens opposé pour faire plonger l’engin sous-marin. Ces réservoirs n’ont pas besoin de résister à la pression d’immersion et sont généralement disposés à l’extérieur de la coque étanche de l’engin sous-marin. Il existe donc des interfaces avec l’intérieur de cette coque étanche (passage de tuyauterie pour l’air comprimé par exemple). Un exemple de tels dispositifs est décrit dans la demande de brevet US1488067, qui présente un ballast extérieur à la coque étanche et alimenté en air comprimé par une connexion traversant cette coque étanche. En plus de ces ballasts, on installe des dispositifs similaires dans leur conception, mais permettant d’ajuster précisément le poids de l’engin sous-marin en fonction de la poussée d’Archimède. Ces dispositifs peuvent aussi avoir comme rôle de contrôler la gîte de l’engin sous-marin, c’est-à-dire l’inclinaison vers le côté bâbord ou tribord, ou l’assiette, c’est-à-dire l’inclinaison vers l’avant ou vers l’arrière. Ces dispositifs sont appelés régleurs. Par ailleurs, on peut ajouter des lests de sécurité sur l’engin sous-marin, dont le largage permet à l’engin sous-marin de remonter à la surface en cas de défaillance du système de ballasts, en cas d’avarie ou de voie d’eau. Ces lests peuvent être constitués par exemple de gueuses de plomb. Un problème de ces dispositifs est qu’ils sont réalisés lors de la construction du navire avec des interfaces fluides avec l’intérieur de la coque étanche. Ils dépendent de systèmes auxiliaires comme le circuit d’air à haute pression pour la purge d’eau. Leur validation ne peut être réalisée que lorsque les installations auxiliaires sont en fonction, voire lorsque le sous-marin est immergé. Un autre problème de ces dispositifs réside dans leur conception intrinsèque qui présente des traversées de la coque étanche peuvent poser des problèmes de sécurité si une voie d’eau devait apparaître. Pour éviter les inconvénients susmentionnés, l’invention a pour but de supprimer les interfaces fluides (hydrauliques, pneumatiques) et de ne conserver que des interfaces mécaniques ou électriques pour lesquelles des solutions d’étanchéité parfaitement fiables et robustes existent dans l’état de l’art (presse-étoupe). En déportant les systèmes auxiliaires de l’intérieur de l’engin sous-marin au ballast, on peut concevoir un système modulaire n’ayant que des interfaces mécaniques pour le maintien en position et des interfaces électriques pour commander et contrôler le ballast objet de l’invention. On conçoit aisément que ce ballast peut alors être conçu comme un module standardisé pouvant être installé indifféremment sur les zones de l’engin sous-marin comportant habituellement de tels dispositifs. Ce ballast peut en outre être testé et validé en usine, avant son intégration sur l’engin sous-marin. Ainsi, l’invention consiste en un ballast d’engin sous-marin destiné à permettre la plongée d’un engin sous-marin comprenant un réservoir destiné à contenir au moins un fluide, généralement alternativement de l’eau de mer et de l’air, le ballast comprenant en plus un dispositif de remplissage et de vidange du réservoir qui est monté à l’extérieur de la coque étanche de l’engin sous-marin par soudage, collage, vissage, rivetage, aimantation ou tout autre moyen de liaison mécanique. Le réservoir et le dispositif de remplissage et de vidange forment un bloc qui sera désigné par la suite comme « ballast ». Dans un mode de réalisation, le ballast est monté entre la coque étanche de l’engin sous-marin et sa coque externe non étanche. Dans un autre mode de réalisation, le dispositif de remplissage et de vidange est commandé électriquement au moyen d’un câble électrique, ou d’un ensemble de câbles électriques, dont une extrémité est reliée à un dispositif de contrôle et de commande situé à l’intérieur de la coque étanche de l’engin sous-marin, et dont l’autre extrémité est reliée au dispositif monté à l’extérieur de la coque étanche de l’engin sous-marin. On comprend par câble électrique, un câble qui peut aussi contenir une ou plusieurs fibres optiques. Il est induit que le dispositif de remplissage et de vidange comprend nécessairement un dispositif électrique ou électronique, comme une carte électronique d’interfaçage, permettant son contrôle et sa commande par le dispositif de contrôle et de commande. Dans un autre mode de réalisation, le dispositif de contrôle et de commande permet une alimentation électrique et une commande par bus numérique du dispositif de remplissage et de vidange. Dans un autre mode de réalisation, le dispositif de remplissage et de vidange comprend un circuit hydraulique et/ou pneumatique comportant des vannes, pompes, compresseurs et un ou plusieurs réservoirs de gaz sous pression qui permettent de gérer le remplissage ou la vidange en fluide du réservoir. Dans un autre mode de réalisation, le réservoir du ballast est séparé en au moins deux volumes étanches les uns par rapport aux autres et alimentés en fluide de façon indépendante les uns des autres par le dispositif de remplissage et de vidange. Ces volumes permettent d’assurer les fonctions distinctes de ballastage et de réglage comme énoncé précédemment dans l’état de l’art. Dans un autre mode de réalisation, le réservoir du ballast comprend dans chacun de ses volumes étanches, un ou plusieurs capteurs de niveau permettant d’évaluer le taux de remplissage en fluide liquide de chacun d’entre eux. Ces capteurs peuvent être numériques, analogiques, de différentes technologies connues en soi, y compris des technologies permettant une lecture continue du niveau exact de remplissage en fluide liquide. Dans un autre mode de réalisation, le système d’attache du ballast sur l’engin sous-marin permet de libérer le ballast à partir du dispositif de contrôle et de commande, le ou les câbles électriques ou opto-électriques étant sécables ou déconnectables par l’intermédiaire de connecteurs connus en soi. Pour des considérations techniques liées à l’architecture de l’engin sous-marin et sa stabilité, le ballast peut être installé indifféremment dans la zone avant, dans la zone centrale, ou dans la zone arrière de l’engin sous-marin. Pour ces raisons, un ou plusieurs ballasts, et de préférence quatre ballasts ainsi décrits peuvent être installés sur un engin sous-marin pour assurer sa plongée et son retour à la surface. Selon un autre aspect, l’invention a également pour objet un engin sous-marin comportant un tel ballast. L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : [Fig 1] La figure 1 représente une vue de côté schématique d’un engin sous-marin ; [Fig 2] La figure 2 représente une vue en coupe d’un tel engin sous-marin ; [Fig 3] La figure 3 représente une vue en coupe d’un exemple de réalisation d’un ballast selon l’invention, et Fig 4] La figure 4 représente une vue schématique de moyens de fixation d’un ballast selon l’invention sur un engin sous-marin. On a en effet représenté sur la Fig. 1, un exemple de réalisation d’un engin sous-marin tel qu’un sous-marin 1 proprement dit. Bien entendu d’autres types d’engin sous-marin peuvent être envisagés comme par exemple un drone, ou autre. Sur cette figure 1, l’engin sous-marin 1 est représenté de côté. On peut alors distinguer dans ce sous-marin une zone arrière A, une zone centrale B et une zone avant C. Ces zones divisent par exemple l’engin sous-marin en trois parties de longueurs sensiblement égales. La figure 2 représente une vue en coupe de l’engin sous-marin 1. Celui-ci est équipé par exemple de ballasts 2 sur chacun de ses côté, pourvus chacun d’un réservoir 3 destiné à contenir un fluide et d’un dispositif de remplissage et de vidange 4 de celui-ci. Bien entendu différentes localisations de ces ballasts peuvent être envisagées entre les zones avant, centrale et arrière de celui-ci. Quatre ballasts peuvent par exemple être prévus. Ainsi ces ballasts peuvent être montés entre une coque étanche interne et une coque externe non-étanche d’un sous-marin. La figure 3 représente un mode de réalisation de l’invention, avec un ballast 2 comportant un réservoir 3 qui est formé par au moins deux volumes distincts 3a et 3b comme cela est illustré. Le réservoir 3 est séparé en au moins deux volumes 3a, 3b par exemple étanches l’un par rapport à l’autre, les deux volumes étant alimentés en fluide de façon indépendante l’un par rapport à l’autre, par le dispositif de remplissage et de vidange 4. Ces parties de réservoir sont munies de capteurs de niveau 3c, 3d, 3e et 3f permettant de délivrer une indication de niveau haut ou de niveau bas suivant leur position, de fluide dans le réservoir, c’est-à-dire en fait le taux de remplissage en liquide de chacune de ces parties. Le dispositif de remplissage et de vidange 4 du ballast est relié par exemple par un câble électrique 7 à un dispositif de contrôle-commande 8 à l’intérieur de la coque étanche de l’engin sous-marin. Le câble peut être multiple et comporter par exemple des fibres optiques. Ce dispositif de contrôle et de commande 8 permet alors par exemple une alimentation électrique et une commande par bus numérique du dispositif 4 de remplissage et de vidange du réservoir. Le dispositif de remplissage et de vidange 4 comprend quant-à-lui par exemple un circuit hydraulique et/ou pneumatique comportant des vannes, des pompes, des compresseurs et un ou plusieurs réservoirs de gaz sous pression. Le passage de coque de ce câble est réalisé par un dispositif d’étanchéité 9 de type approprié comme celui généralement appelé presse-étoupe et connu en soi dans l’état de la technique. On a illustré sur la figure 4 un exemple de réalisation d’un système de fixation d’un ballast à l’engin sous-marin. Bien entendu d’autres modes de réalisation peuvent être envisagés. Dans le mode de réalisation illustré, le ballast comporte une rotule ouverte 10 en partie basse et un doigt de retenue 11 en partie haute. Ce doigt de retenue 11 peut être rétracté par un actionneur 12 intégré dans le dispositif de remplissage et de vidange du ballast et piloté par le dispositif de contrôle-commande 8 à l’intérieur de la coque étanche de l’engin sous-marin. Tout autre type de moyen de fixation de façon démontable du ballast, connu par ailleurs peut être utilisé. Lorsque le ballast est libéré, le câble 8 est alors soit rompu par le poids du ballast ou par un dispositif de sectionnement, ce câble étant alors sécable, soit déconnecté au niveau d’un connecteur étanche 13 prévu sur ce câble et qui se sépare en deux. Ballast (2) pour un engin sous-marin (1) comprenant un réservoir (3) de stockage d’au moins un fluide, caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif (4) de remplissage et de vidange du réservoir, le réservoir et le dispositif de remplissage et de vidange formant un bloc destiné à être monté à l’extérieur de l’engin sous-marin (1). Ballast selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ballast est monté entre une coque étanche de l’engin sous-marin et une coque externe non étanche. Ballast selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif (4) de remplissage et de vidange est commandé électriquement au moyen d’au moins un câble électrique (7) dont une extrémité est reliée à un dispositif de contrôle et de commande (8) situé à l’intérieur de la coque étanche de l’engin sous-marin, et l’autre extrémité est reliée au dispositif (4). Ballast selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dispositif de contrôle et de commande (8) permet une alimentation électrique et une commande par bus numérique du dispositif (4) de remplissage et de vidange. Ballast selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de remplissage et de vidange (4) comprend un circuit hydraulique et/ou pneumatique comportant des vannes, pompes, compresseurs et un ou plusieurs réservoirs de gaz sous pression. Ballast selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réservoir (3) est séparé en au moins deux volumes (3a, 3b) étanches les uns par rapport aux autres, les deux volumes étant alimentés en fluide de façon indépendante les uns des autres par le dispositif de remplissage et de vidange (4). Ballast selon la revendication 6, caractérisé en ce que le réservoir (3) comprend dans chacun de ses volumes étanches, un ou plusieurs capteurs de niveau (3c, 3d, 3e, 3f) permettant d’évaluer le taux de remplissage en liquide de chacun d’entre eux. Ballast selon la revendication 3 et l’une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu’un système d’attache (10, 11) dudit ballast sur l’engin sous-marin (1) permet de libérer le ballast à partir du dispositif de contrôle et de commande (8), le au moins un câble électrique (7) étant sécable ou déconnectable via au moins un connecteur électrique (13). Engin sous-marin comprenant au moins un ballast selon l’une des revendications précédentes.