EP2039030A2 - Reseau sous-marin profond et dispositif de deploiement - Google Patents

Reseau sous-marin profond et dispositif de deploiement

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Publication number
EP2039030A2
EP2039030A2 EP07823253A EP07823253A EP2039030A2 EP 2039030 A2 EP2039030 A2 EP 2039030A2 EP 07823253 A EP07823253 A EP 07823253A EP 07823253 A EP07823253 A EP 07823253A EP 2039030 A2 EP2039030 A2 EP 2039030A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
deployment device
network
cable
micro
nodes
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07823253A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Pierre Valdy
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institut Francais de Recherche pour lExploitation de la Mer (IFREMER)
Original Assignee
Institut Francais de Recherche pour lExploitation de la Mer (IFREMER)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institut Francais de Recherche pour lExploitation de la Mer (IFREMER) filed Critical Institut Francais de Recherche pour lExploitation de la Mer (IFREMER)
Publication of EP2039030A2 publication Critical patent/EP2039030A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/38—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting specially adapted for water-covered areas
    • G01V1/3843—Deployment of seismic devices, e.g. of streamers
    • G01V1/3852—Deployment of seismic devices, e.g. of streamers to the seabed
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/22—Transmitting seismic signals to recording or processing apparatus
    • G01V1/226—Optoseismic systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/38—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting specially adapted for water-covered areas

Definitions

  • the present invention relates to a new concept of submarine network and its deployment device.
  • the main application is the realization of economical and easily scalable networks for interconnecting deep sensors of environmental monitoring.
  • Conventional submarine telecommunication cables are designed to interconnect user networks ashore on intercontinental pay and high-speed links. These electro-optical cables are very reliable and have a life span of several decades. They are conventionally deployed from the surface from cable ships. As they have to withstand the deployment efforts, consequences of their linear weight and surface accelerations, they are specially reinforced. Connections of several hundred kilometers are factory-made in one piece by assembling cable segments using repeaters (every fifty kilometers or so) and also bytes to communicate with other networks of terrestrial users (island for example) .
  • This technology perfectly meets the needs of terrestrial users, but it is not necessarily adapted to users who ask to be connected to the seabed. Yet the submarine sensor networks currently in development are adopting or planning to adopt this technology, essentially for reasons of availability and reliability.
  • the network in a first phase, is deployed by a cable ship, with points use in points of use, continuously from the ground.
  • the network consists of transport segments connected at the factory by repeaters or by branches to serve the various points of use.
  • nodes or junction boxes
  • sensors are installed and connected to the bottom by an underwater vehicle.
  • the advantage of this concept is to use for the network, cables and deployment methods proven in the field of telecommunications. Another advantage is that these electro-optical cables designed to supply in-line repeaters can also electrically power the sensors. Such cables can transmit at high voltage powers of the order of a hundred kilowatts.
  • the sensor network is energy independent, the cable no longer needs its electrical conductor. If the cable is deployed close to the bottom, it does not need to be heavy and resistant. And if the length of the transport segments of the network is less than one hundred kilometers (which corresponds to the demand for the average distance between the points of use), such a microcable can then be carried, deployed and connected nodes in knots by underwater gear.
  • Scientific users can, therefore, install, • supplement and maintain their own sensor networks from the scientific means at their disposal (ie ocean-going vessels carrying underwater vehicles) without the need to contract expensive and hard-to-reach cable ships. .
  • the sensors are then deployed and connected during the installation of the same network with the same means.
  • a micro-cable comprising one or two optical fibers plus an outer longitudinal reinforcement has a diameter of about two millimeters and can withstand a tensile of one hundred kilograms.
  • Such a microcable is a hundred times lighter than a conventional telecommunication cable and ten times cheaper.
  • the volume and weight of a transport segment is such that it can be deployed directly on the bottom by an underwater vehicle.
  • the new concept of deep submarine network is characterized in that the transport segments are independent and realized by means of coils of optical microcables unwound directly on the bottom by a submarine craft and that the nodes are autonomous energy switches on which the ends of the transport segments and the local sensors are connected at the bottom.
  • the subject of the present invention is a method for producing a deep submarine network comprising main and secondary transport segments, nodes located at the points of use and local sensors, characterized in that: the transport segments are unrolled independently by means of optical micro-cable coils equipped with end connectors and carried by a deployment device implemented on the bottom by an underwater vehicle, -the ends of the transport segments and the sensors The units are connected at the bottom, by an underwater vehicle, to the nodes which are autonomous energy switches, so that each micro-cable is connected by its end connectors to two successive nodes of the network.
  • the present invention also relates to a deep submarine network that can be obtained by the method described above comprising main and secondary transport segments, nodes arranged at the points of use and local sensors, characterized in that the transport segments are independent and are each formed of an optical micro-cable equipped with end connectors, the nodes are autonomous energy switches on which are connected at the bottom the ends of the transport segments and the local sensors each microphone -cable being connected by its end connectors to two successive nodes of the network.
  • Each transport segment is advantageously formed of a micro-cable of diameter less than or equal to 5 mm, preferably less than or equal to 3 mm, for example of the order of 2 mm.
  • the present invention also relates to a deployment device for implementing the method described above, characterized in that it consists of a frame, a rotating microcable coil fixed to this frame and the node fixed on the rotating coil.
  • FIG. 1 shows an overview of a network developed from the technology of conventional telecommunications cables.
  • FIG. 4 shows a view of the node in section along the vertical plane.
  • FIG. 5 shows a view of the node in section along the horizontal plane.
  • FIG. 6 shows an overview of the deployment device.
  • Figure 7 shows a detailed view of the voltage regulator device of the micro-cable.
  • Figure 8 shows a detailed view of the micro-cable burring device.
  • Figure 1 shows an overview of a network developed from conventional communication cable technology.
  • the network is formed from the earth station (1) by a continuous sequence of transport segments (2) connected at the factory by repeaters or by branches (3) to serve the different points of use.
  • the network is deployed continuously points of use points of use from the surface by a cable ship.
  • junction boxes (4) are connected to the end of these leads (3).
  • Their connection (5) is either at the surface or at the bottom, depending on the technology used for the connector (waterproof pluggable connector on the surface or waterproof pluggable connector underwater at the bottom).
  • the length of the taps (3) is equal to about one and a half times the water depth of the point of use to be able to recover the end to the surface and connect dry or intervene on the plug-in connector. water for repair purposes and this without disturbing the rest of the network.
  • the installation of these junction boxes is done in a second phase.
  • the sensors (6) are connected to the bottom by means of underwater connectors (7).
  • the installation and connection of these sensors is done in a third phase by means of an underwater vehicle.
  • Switches are integrated into the junction boxes (4) and, if the length of the transport segments
  • Figure 2 represents an overview of the new concept of deep underwater network.
  • the deep submarine network which is the subject of the invention, comprises main and secondary transport segments, nodes arranged at the points of use and local sensors. It is characterized in that:
  • the transport segments are independent and made by means of coils (8) of optical micro-cables
  • the nodes (11) are energy autonomous switches to which the ends (10) of the transport segments and the local sensors (6) are connected at the bottom.
  • the deployment device Preferably the deployment device
  • the deployment device Preferably the deployment device
  • the deployment device (14) serves as a structure on which the underwater vehicle can come to dock to operate under the best conditions the connection or disconnection of the local sensors (6).
  • New secondary transport segments (15) can also be connected to extend the network.
  • the maximum reasonable length envisaged for each segment is of the order of fifty kilometers.
  • the mass in the air of the micro-cable used is of the order of 500 kilograms and the maximum tension admissible during its deployment is of the order of 50 kilograms. Due to its high inertia a simple rotating coil without voltage regulator device seems a priori difficult to develop.
  • a rotating spool in internal rotation (torpedo or missile type) or outward unwinding (fishing reel type) can circumvent these problems of inertia. This is the first claimed embodiment.
  • This type of embodiment requires winding the cable with a twist of one turn at a time by means of specific machines. Thus the cable loses this twist during deployment and the risks of formation of hulls are reduced.
  • the rotating coil solves this problem provided to provide a voltage regulator device to solve the problems related to its large rotational inertia. This is the second embodiment claimed and detailed below.
  • Figure 3 shows an electrical diagram of the node. Because of the high cost of operations at sea, the network must be able to operate for ten years, without intervention and in total energy autonomy. However the consumption of the current switches is such that they can not be reasonably powered by conventional 24-hour power sources in the long run. In order to better manage the available energy, one of the characteristics of the network is that each node (11) is equipped with a low power consumption timer circuit that can wake the node network in nodes at the request of the earth station. (1) or one of the local sensors (6). The timer automatically puts each node to sleep after waking.
  • the land user can via the earth station, wake the network regularly and for short periods to unload the data recorded by its sensor.
  • the sensor can also wake the network exceptionally to transmit to the terrestrial user, the data of an exceptional event recorded (for example an alarm from a tsunami detector or a seismograph must be transmitted immediately ).
  • the electrical diagram of the node (11) detailed in FIG. 3 is as follows:
  • the node (11) comprises a number of subsea optical connectors (10) on which are connected the main and secondary transport segments and a number of underwater electrical (or optical) connectors (7) on which the local sensors (6) are connected. These connectors are connected to the ports (16) of the switch (17) via optical transceivers (18) and electrical (or optical) transmitters / receivers (19).
  • the low power standby circuit (20) is permanently powered by the energy source (21) (for example lithium batteries). Its first function is to turn on the switch (17) and the associated supervision circuit (22) when it detects a signal coming from one of the receivers (18) or (19). Its second function is to turn off the switch (17) and the associated supervision circuit (22) when the time measured by the associated timer has elapsed.
  • the energy source (21) for example lithium batteries.
  • the supervisory circuit (22) connected to one of the ports (16) of the switch provides a number of programmable functions when it is turned on. One of the functions is to be able to cut the detection of the signal coming from one of the receivers (19). This security function allows the supervisor of the network to prohibit a sensor (6) faulty or poorly programmed to awaken the node and therefore the entire network.
  • FIG. 4 shows a view of the node in section along the vertical plane.
  • the node (11) consists of a cylindrical enclosure that resists external pressure and incorporates the batteries (23), the electronic circuits (24) and the subsea connectors (7 and 10).
  • One of the main and unusual features on this type of enclosure is to be composed of two upper and lower flanges of large diameter (25 and 26) and a cylinder of low height (27).
  • a cylindrical spacer (28) disposed centrally between the flanges (26) reduces the bending moment and reduces the thickness of said flanges.
  • Figure 5 shows a sectional view of the node in the horizontal plane.
  • Figure 5 shows the location of the connectors (7 and 10) located at the periphery of the upper flange of large diameter (26). This arrangement allows the underwater vehicle to access the connectors while minimizing the total volume of the cylindrical enclosure.
  • FIG. 6 shows an overview of the network deployment device.
  • the deployment device (14) of a micro-cable segment (9) of the network, implemented by the underwater vehicle (29) is composed of a chassis (30), a rotating coil ( 8) of micro-cable (9) fixed on this frame and the node (11) fixed on the coil.
  • the node (11) attached to the coil is already connected via the connector (10) to one end of the micro-cable segment (9).
  • the knot (11) is removable and can be disconnected under water by the underwater vehicle to be brought to the surface for maintenance purposes.
  • the deployment device (14) is carried by a float (31) whose buoyancy can be adjusted by means of a regulator (32) filled by means of a valve (33) actuated by the underwater vehicle (29). ).
  • This arrangement allows the underwater vehicle to balance the weight in the water of the assembly as the deployment of the micro-cable segment (9) according to its limited lifting capabilities.
  • Figure 7 shows a detailed view of the voltage regulator device of the micro-cable.
  • a belt brake (37) acting on the periphery of the coil (8) is actuated by the oscillating arm (35) when it reaches the end of stroke.
  • the purpose of this band brake is to prevent slack in the microcable in case of sudden deceleration of the underwater vehicle.
  • Figure 8 shows a detailed view of the burring device.
  • the network deployment device (14) includes a micro-cable burying device arranged to the output of the deployment device (14).
  • the device for burying the micro-cable (9) consists of a vertical knife (38), a horizontal shoe (39) disposed at the top of the knife (to regulate the depth of the trench) and a flexible conduit (40) through which the microcable (9) passes.
  • a v-scraper blade (41) pivoted on an axis (42) is disposed following the knife (38) to partially close the trench open by the knife.
  • Marine currents and sedimentation complete the work over time.
  • This new concept should allow the realization of particularly economical and easily extensible large-scale networks. Shallow points of use may even be attempted provided they are connected to secondary transport segments derived from the main transport segments themselves deployed in the deep sea.
  • the main application is the realization of networks of deep sensors of environmental monitoring.
  • the term sensor used in the description and claims concerns without departing from the scope of the invention any use of the underground network in any form whatsoever. It may be, for example, scientific sensors (current meters, physico-chemical sensors, biological, cameras, implanted in open water, on the bottom or in drilled wells). It can also be civil security sensors

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Abstract

L'invention concerne un nouveau concept de réseau sous-marin profond. Les réseaux sous-marins actuels sont réalisés suivant la technologie des câbles de télécommunications développés pour les liaisons intercontinentales. Le réseau est formé par une suite continue de segments de transport reliés en usine par des répéteurs ou par des dérivations et déployés en continu depuis la surface par un navire câblier. Le nouveau concept de réseau sous-marin profond est caractérisé en ce que les segments de transport sont indépendants et réalisés au moyen de bobines (8) de micro-câbles optiques (9) équipés de connecteurs d'extrémité (10) et portées par un dispositif de déploiement (14) mis en oeuvre sur le fond par un engin sous-marin et que les nœuds (11) sont des commutateurs autonomes en énergie sur lesquels sont connectés au fond les extrémités (10) des segments de transport et les capteurs locaux (6). L'application principale concerne la réalisation de réseaux économiques et facilement extensibles pour interconnecter des capteurs profonds de surveillance du milieu.

Description

RESEAU SOUS-MARIN PROFOND ET DISPOSITIF DE
DEPLOIEMENT
La présente invention concerne un nouveau concept de réseau sous-marin et son dispositif de déploiement. L'application principale concerne la réalisation de réseaux économiques et facilement extensibles pour interconnecter des capteurs profonds de surveillance du milieu. Les câbles de télécommunications sous-marins conventionnels sont conçus pour interconnecter des réseaux d'utilisateurs à terre dans le cadre de liaisons intercontinentales payantes et à gros débit. Ces câbles électro-optiques sont très fiables et ont une durée de vie de plusieurs dizaines d'années. Ils sont déployés conventionnellement depuis la surface à partir de navires câbliers. Comme ils doivent résister aux efforts de déploiement, conséquences de leur poids linéique et des accélérations surface, ils sont spécialement renforcés. Des liaisons de plusieurs centaines de kilomètres sont réalisées en usine d'un seul tenant en assemblant des segments de câble au moyen de répéteurs (tous les cinquante kilomètres environ) et aussi de dérivations pour communiquer avec d'autres réseaux d'utilisateurs terrestres (île par exemple) .
Cette technologie répond parfaitement aux besoins des utilisateurs terrestres mais elle n' est pas forcément adaptée aux utilisateurs qui demandent à être connectés au fond de la mer. Pourtant les réseaux de capteurs sous- marins actuellement en projet adoptent ou prévoient d'adopter cette technologie, essentiellement pour des raisons de disponibilité et de fiabilité.
Suivant cette technologie, dans une première phase, le réseau est déployé par un navire câblier, de points d'utilisation en points d'utilisation, en continu à partir de la terre. Le réseau est formé de segments de transport reliés en usine par des répéteurs ou par des dérivations pour desservir les différents points d'utilisation. Dans une deuxième phase des nœuds (ou boites de jonctions) sont installés et connectés au fond par un engin sous marin à l'extrémité de ces dérivations. Dans une troisième phase, des capteurs sont installés et connectés au fond par un engin sous-marin. L'avantage de ce concept est d'utiliser pour le réseau, des câbles et des méthodes de déploiement éprouvées dans le domaine des télécommunications. Un autre avantage est que ces câbles électro-optiques conçus pour alimenter des répéteurs en ligne peuvent aussi alimenter électriquement les capteurs . De tels câbles peuvent transmettre à haute tension des puissances de l'ordre de la centaine de kilowatts.
L'inconvénient est que ces câbles sont lourds (une tonne par kilomètre) et qu'ils sont coûteux. De plus ils nécessitent pour leur déploiement des navires câbliers spécifiques et coûteux.
Pourtant, malgré l'existence d'autres concepts de communications, le câble (optique) est un passage obligé si l'on veut communiquer à grande distance avec le fond de la mer. Le concept de transmission acoustique n'est pas adapté aux grandes distances et nécessite l'utilisation de relais tous les dix kilomètres. De plus, la bande passante est très limitée et l'énergie par bit transmis est importante. Le concept de transmission hertzienne au moyen de bouées de surface demande de l'entretien et la liaison fond-surface est fragile. De plus ces bouées constituent des dangers pour la navigation. Le nouveau concept de réseau sous-marin câblé, objet de l'invention, est né des observations suivantes : "
La première observation est qu'un câble grand fond n'a pas besoin d'être spécialement protégé. Les problèmes rencontrés sur les câbles de télécommunications en service interviennent dans la très grande majorité, près de la côte et à faible profondeur. Ils sont la conséquence des activités d'ancrages de navires, des activités de pêche et des morsures de poissons. C'est pour cela que dans ces zones d'atterrages, les câbles de télécommunications sont protégés par des armures extérieures. Leur poids atteint une dizaine de tonnes par kilomètre et leur résistance à la traction peut atteindre la centaine de tonnes. De plus, pour parfaire leur protection ils sont souvent ensouillés au fond d'une tranchée. Par grand fond (au delà de 1500 mètres de profondeur) , en raison du faible niveau de risques, les câbles n'ont plus besoin d'être protégés et d'ailleurs, ils ne comportent pas d'autre protection extérieure que ' leur isolant plastique. Cependant, ces câbles restent lourds et résistants en raison de leur méthode de déploiement depuis la surface (lourds pour être posés à grande vitesse et résistants pour être posés à grande profondeur) . La deuxième observation est que l'électronique basse consommation associée à des piles performantes permet d'alimenter des capteurs pendant de nombreuses années. Des micro-processeurs en veille associés à des horloges basse consommation permettent d'échantillonner les mesures et de transmettre les données régulièrement avec une énergie minimum. De tels réseaux à transmission hertzienne existent à terre. Les centrales d'acquisition de capteurs météo sont une illustration grand public de ce type d'électronique. Elles permettent d'enregistrer et de transmettre des données pendant plusieurs années à partir de l'énergie contenue dans une très petite pile.
La conclusion issue des observations exposées ci dessus est la suivante : Si le réseau de capteurs est autonome en énergie, le câble n'a plus besoin de son conducteur électrique. Si le câble est déployé à proximité du fond, il n'a plus besoin d'être lourd et résistant. Et si la longueur des segments de transport du réseau est de moins de cent kilomètres (ce qui correspond à la demande en matière de distance moyenne entre les points d'utilisation), un tel microcâble peut alors être porté, déployé et connecté de nœuds en nœuds par un engin sous-marin. Les utilisateurs scientifiques peuvent donc installer, • compléter et entretenir leurs propres réseaux de capteurs à partir des moyens scientifiques dont ils disposent (à savoir les navires océanographiques porteurs d'engins sous-marins) sans avoir besoin de contracter des navires câbliers coûteux et difficilement disponibles. Les capteurs sont alors déployés et connectés lors de l'installation même du réseau avec les mêmes moyens.
Un micro-câble comprenant une ou deux fibres optiques plus un renfort longitudinal extérieur a un diamètre d'environ deux millimètres et peut résister à une traction d'une centaine de kilogrammes. Un tel microcâble est cent fois plus léger qu'un câble de télécommunication conventionnel et dix fois moins cher. Le volume et le poids d'un segment de transport est tel qu'il peut être déployé directement sur le fond par un engin sous-marin.
Le nouveau concept de réseau sous-marin profond est caractérisé en ce que les segments de transport sont indépendants et réalisés au moyen de bobines .de microcâbles optiques déroulés directement sur le fond par un engin sous-marin et que les nœuds sont des commutateurs autonomes en énergie sur lesquels sont connectés au fond les extrémités des segments de transport et les capteurs locaux. La présente invention a pour objet un procédé de réalisation d'un réseau sous-marin profond comprenant des segments de transport principaux et secondaires, des nœuds disposés sur les points d'utilisation et des capteurs locaux caractérisé en ce que : - les segments de transport sont déroulés de manière indépendante au moyen de bobines de micro-câbles optiques équipées de connecteurs d' extrémité et portées par un dispositif de déploiement mis en oeuvre sur le fond par un engin sous-marin, -les extrémités des segments de transport et les capteurs locaux sont connectés au fond, par un engin sous-marin, aux nœuds qui sont des commutateurs autonomes en énergie, de sorte que chaque micro-câble soit connecté par ses connecteurs d'extrémité à deux nœuds successifs • du réseau.
La présente invention a également pour objet un réseau sous-marin profond susceptible d'être obtenu par le procédé décrit précédemment comprenant des segments de transport principaux et secondaires, des nœuds disposés sur les points d'utilisation et des capteurs locaux, caractérisé en ce que les segments de transport sont indépendants et sont chacun formés d'un micro-câble optique équipées de connecteurs d'extrémité, les nœuds sont des commutateurs autonomes en énergie sur lesquels sont connectés au fond les extrémités des segments de transport et les capteurs locaux chaque micro-câble étant connecté par ses connecteurs d'extrémité à deux nœuds successifs du réseau. Chaque segment de transport est avantageusement formé d'un micro-câble de diamètre inférieur ou égale à 5mm, de préférence inférieur ou égal à 3 mm, par exemple de l'ordre de 2 mm. La présente invention a également pour objet un dispositif de déploiement pour la mise en œuvre du procédé décrit précédemment, caractérisé en ce qu'il se compose d'un châssis, d'une bobine rotative de microcâble fixée sur ce châssis et du nœud fixé sur la bobine rotative.
Le réseau sous-marin et son dispositif de déploiement sont détaillés en référence aux dessins annexés :
- La figure 1 représente une vue d'ensemble d'un réseau développé à partir de la technologie des câbles de télécommunications conventionnels .
- La figure 2 représente une vue d'ensemble du nouveau concept de réseau sous-marin profond.
- La figure 3 représente un schéma électrique du nœud.
- La figure 4 représente une vue du nœud en coupe suivant le plan vertical.
- La figure 5 représente une vue du nœud en coupe suivant le plan horizontal. - La figure 6 représente une vue d' ensemble du dispositif de déploiement.
La figure 7 représente une vue détaillée du dispositif régulateur de tension du micro-câble.
La figure 8 représente une vue détaillée du dispositif d' ensouillage du micro-câble.
La figure 1 représente une vue d'ensemble d'un réseau développé à partir de la technologie des câbles de communication conventionnels . Le réseau est formé depuis la station terre (1) par une suite continue de segments de transport (2) reliés en usine par des répéteurs ou par des dérivations (3) pour desservir les différents points d'utilisation. Dans une première phase d'installation, le réseau est déployé en continu de points d'utilisation en points d'utilisation depuis la surface par un navire câblier.
Des boites de jonctions (4) sont connectées à l'extrémité de ces dérivations (3) . Leur connexion (5) se fait, soit à la surface, soit au fond, suivant la technologie employée pour le connecteur (connecteur étanche enfichable à sec à la surface ou connecteur étanche enfichable sous l'eau au fond) . Dans les deux cas la longueur des dérivations (3) est égale à environ une fois et demie la profondeur d'eau du point d'utilisation pour pouvoir récupérer l'extrémité à la surface et connecter à sec ou intervenir sur le connecteur enfichable sous l'eau à des fins de réparation et cela sans déranger le reste du réseau. L'installation de ces boites de jonction se fait dans une deuxième phase.
Les capteurs (6) sont connectés au fond au moyen de connecteurs enfichables sous l'eau (7). L'installation et la connexion de ces capteurs se fait dans une troisième phase au moyen d'un engin sous-marin. Des commutateurs sont intégrés dans les boites de jonction (4) et, si la longueur des segments de transport
(2) entre les points d'utilisation le permet, il n'y a pas d'autres répéteurs en ligne. Les commutateurs et les capteurs sont alimentés en énergie par la station terre au travers du câble électro-optique des segments de transport .
La principale caractéristique de cette architecture est que les segments de transports sont déployés d'un seul tenant. Ceci est un gage de fiabilité mais les dérivations et notamment leur connexion sur les boites de jonction constituent malgré tout des points faibles. La réparation et la modification de tels réseaux nécessite la coupe, la récupération et l'assemblage de nouveaux segments. Cela ne peut être réalisé qu'à partir de navires câbliers.
La figure 2 représente une vue d' ensemble du nouveau concept de réseau sous-marin profond.
Le réseau sous-marin profond, objet de l'invention, comprend des segments de transport principaux et secondaires, des nœuds disposés sur les points d'utilisation et des capteurs locaux. Il est caractérisé en ce que :
- les segments de transport sont indépendants et réalisés au moyen de bobines (8) de micro-câbles optiques
(9) équipés de connecteurs d'extrémité (10) et portées par un dispositif de déploiement mis en œuvre sur le fond par un engin sous-marin,
- les nœuds (11) sont des commutateurs autonomes en énergie sur lesquels sont connectés au fond les extrémités (10) des segments de transport et les capteurs locaux (6) .
De façon préférentielle, en raison des risques encourus par faible profondeur, le segment (12) déployé entre la station terre (1) et l'isobathe grand fond (13)
(1500 mètres par exemple) est un câble de télécommunication conventionnel.
De façon préférentielle le dispositif de déploiement
(14), mis en œuvre sur le fond par l'engin sous-marin, porte à la fois la bobine (8) de micro-câble et le nœud
(11) déjà connecté sur un des connecteurs d'extrémité
(10) . Cette disposition permet de contrôler tout au long du déploiement du segment que le nœud (11) communique bien avec la station terre (1) au travers des segments déjà déployés.
De façon préférentielle le dispositif de déploiement
(14) portant à la fois la bobine (8) et le nœud (11) connecté est abandonné sur le point d'utilisation. Cela permet d' éviter des manipulations risquées de dégagement du câble, de la bobine et du nœud à des fins de récupération du dispositif de déploiement. Le dispositif de déploiement (14) sert alors de structure sur lequel l'engin sous-marin peut venir s'accoster pour opérer dans les meilleures conditions les opérations de connexion ou de déconnexion des capteurs locaux (6). De nouveaux segments de transport secondaires (15) peuvent aussi être connectés afin d'étendre le réseau. La longueur maximum raisonnable envisagée pour chaque segment est de l'ordre de cinquante kilomètres. La masse dans l'air du micro-câble utilisé est de l'ordre de 500 kilogrammes et la tension maximum admissible lors de son déploiement est de l'ordre de 50 kilogrammes. En raison de sa grande inertie une simple bobine tournante sans dispositif régulateur de tension semble à priori difficile à mettre au point. Une bobine fixe en rotation à déroulement intérieur (type torpille ou missile) ou à déroulement extérieur (type moulinet de pêche) permet de contourner ces problèmes d'inertie. C'est donc la première forme de réalisation revendiquée.
Ce type de réalisation nécessite d' enrouler le câble avec une torsion d'un tour par tour au moyen de machines spécifiques. Ainsi le câble perd cette torsion lors du déploiement et les risques de formation de coques sont réduits.
Cependant les câbles optiques sous-marins sont soumis à la pression du fond et les polymères habituellement utilisés pour protéger la fibre dans les applications terrestres ne permettent pas, dans l'état actuel des connaissances, de garantir sur le long terme un maintien des caractéristiques d'atténuation de la fibre. C'est pour cette raison que les fibres optiques des câbles de télécommunications sont généralement protégées dans des micro-tubes (en acier) qui les isolent de la pression de l'eau environnante. Une telle disposition rend les câbles relativement raides en torsion ce qui les rend plus difficiles à déployer à partir d'une bobine fixe.
La bobine tournante permet de résoudre ce problème à condition de prévoir un dispositif régulateur de tension pour résoudre les problèmes liés à sa grande inertie en rotation. C'est donc la deuxième forme de réalisation revendiquée et détaillée plus loin.
La figure 3 représente un schéma électrique du nœud. En raison du coût élevé des opérations à la mer, le réseau doit pouvoir fonctionner une dizaine d'années, sans intervention et en totale autonomie d'énergie. Cependant la consommation des commutateurs actuels est telle qu' ils ne peuvent être raisonnablement alimentés par des sources d'énergie conventionnelles 24 heures sur 24 sur le long terme. Afin de gérer au mieux l'énergie disponible, une des caractéristiques du réseau est que chaque nœud (11) est équipé d'un circuit de veille basse consommation avec minuterie qui peut réveiller le réseau de nœuds en nœuds à la demande de la station terre (1) ou d'un des capteurs locaux (6). La minuterie met en veille automatiquement chaque nœud à la suite du réveil.
Ainsi l'utilisateur terrestre peut par l'intermédiaire de la station terre, réveiller le réseau régulièrement et pendant de courtes périodes pour décharger les données enregistrées par son capteur. De même le capteur peut, lui aussi, réveiller exceptionnellement le réseau pour transmettre à l'utilisateur terrestre, les données d'un événement exceptionnel enregistré (par exemple une alarme issue d'un détecteur de tsunami ou d'un sismographe doit être transmise immédiatement) .
Le schéma électrique du nœud (11) détaillé dans la figure 3 est le suivant :
Le nœud (11) comprend un certain nombre de connecteurs optiques sous-marins (10) sur les quels sont connectés les segments de transports principaux et secondaires et un certain nombre de connecteurs électriques (ou optiques) sous-marins (7) sur les quels sont connectés les capteurs locaux (6). Ces connecteurs sont raccordés aux ports (16) du commutateur (17) par l'intermédiaire d'émetteurs / récepteurs optiques (18) et d'émetteurs / récepteurs électriques (ou optiques) (19) .
Le circuit de veille basse consommation (20) est alimenté en permanence par la source d'énergie (21) (par exemple des piles Lithium) . Sa première fonction est d'allumer le commutateur (17) et le circuit de supervision associé (22) lorsqu'il détecte un signal en provenance d'un des récepteurs (18) ou (19) . Sa deuxième fonction est d'éteindre le commutateur (17) et le circuit de supervision associé (22) lorsque le temps mesuré par la minuterie associée est écoulé.
Le circuit de supervision (22) connecté à un des ports (16) du commutateur permet d'assurer un certain nombre de fonctions programmables lorsqu'il est allumé. Une des fonctions est de pouvoir couper la détection du signal en provenance d'un des récepteurs (19). Cette fonction de sécurité permet au superviseur du réseau d'interdire à un capteur (6) défaillant ou mal programmé de réveiller intempestivement le nœud et donc l'ensemble du réseau.
La figure 4 représente une vue du nœud en coupe suivant le plan vertical. Le nœud (11) se compose d'une enceinte cylindrique qui résiste à la pression extérieure et qui intègre les piles (23), les circuits électroniques (24) et les connecteurs sous-marins (7 et 10) . Une des caractéristiques principale et inhabituelle sur ce type d'enceinte est d'être composée de deux flasques inférieure et supérieure de grand diamètre (25 et 26) et d'un cylindre de faible hauteur (27) . Une entretoise cylindrique (28) disposée au centre entre les flasques (26) permet de diminuer le moment fléchissant et de diminuer l'épaisseur des dites flasques.
La figure 5 représente une vue du nœud en coupe suivant le plan horizontal.
La figure 5 montre l'implantation des connecteurs (7 et 10) situés à la périphérie de la flasque supérieure de grand diamètre (26) . Cette disposition permet à l'engin sous-marin d'accéder aux connecteurs tout en minimisant le volume total de l'enceinte cylindrique.
La figure 6 représente une vue d'ensemble du dispositif de déploiement du réseau. Le dispositif de déploiement (14) d'un segment de micro-câble (9) du réseau, mis en œuvre par l'engin sous- marin (29) est composé d'un châssis (30), d'une bobine rotative (8) de micro-câble (9) fixée sur ce châssis et du nœud (11) fixé sur la bobine. Le nœud (11) fixé sur la bobine est déjà connecté par l'intermédiaire du connecteur (10) à une des extrémités du segment de micro-câble (9) . Le nœud (11) est amovible et peut être déconnecté sous l'eau par l'engin sous-marin pour être ramené à la surface à des fins de maintenance.
Le dispositif de déploiement (14) est porté par un flotteur (31) dont la flottabilité peut être ajustée au moyen d'un régleur (32) rempli au moyen d'une vanne (33) actionnée par l'engin sous-marin (29). Cette disposition permet à l'engin sous-marin d'équilibrer le poids dans l'eau de l'ensemble au fur et à mesure du déploiement du segment de micro-câble (9) en fonction de ses capacités limitées de levage.
La figure 7 représente une vue détaillée du dispositif régulateur de tension du micro-câble.
Un rouleau (34) monté sur un bras oscillant (35) rappelé par un ressort (36) permet de limiter la tension dans le micro-câble (9) (résultant de l'inertie de la bobine) en cas d'accélération brutale de l'engin sous- marin. Il permet aussi de résorber dans des conditions de tension acceptables un mou éventuel du micro-câble posé.
Un frein à bande (37) agissant sur la périphérie de la bobine (8) est actionné par le bras oscillant (35) lorsqu'il parvient en fin de course. L'objet de ce frein à bande est d'éviter qu'un mou ne se forme dans le microcâble en cas de décélération brutale de l'engin sous- marin. La figure 8 représente une vue détaillée du dispositif d' ensouillage.
Afin de mieux protéger le micro-câble (9) des effets extérieurs (vibrations provoquées par le courant, morsures de poissons et autres dangers) , le dispositif de déploiement (14) du réseau comporte un dispositif d' ensouillage du micro-câble disposé à la sortie du dispositif de déploiement (14).
De façon préférentielle, le dispositif d' ensouillage du micro-câble (9) se compose d'un couteau vertical (38), d'un patin horizontal (39) disposé au sommet du couteau (afin de réguler la profondeur de la tranchée) et d'un conduit souple (40) au travers duquel passe le microcâble (9) . Une lame de raclage en V (41) pivotant sur un axe (42) est disposée à la suite du couteau (38) afin de refermer partiellement la tranchée ouverte par le couteau. Les courants marins et la sédimentation complètent le travail dans le temps. Ce nouveau concept devrait permettre la réalisation de réseaux grands fonds particulièrement économiques et facilement extensibles. Des points d'utilisation à faible profondeur pourront même être tentés à condition qu' ils soient connectés sur des segments de transport secondaires dérivés des segments de transport principaux eux mêmes déployés par grand fond.
L'application principale est la réalisation de réseaux de capteurs profonds de surveillance du milieu. Le terme de capteur utilisé dans la description et les revendications concerne sans sortir du cadre de l'invention toute utilisation du réseau au fond sous quelque forme que ce soit. Il peut s'agir, par exemple, de capteurs scientifiques (courantomètres, capteurs physico-chimiques, biologiques, caméras, implantés en pleine eau, sur le fond ou dans des puits forés) . Il peut s'agir aussi de capteurs de sécurité civile
(sismographes, détecteurs de tsunami) ou militaires
(écouteurs sous-marins, capteurs de positionnement d' engins) .

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de réalisation d'un réseau sous-marin profond comprenant des segments de transport principaux et secondaires, des nœuds disposés sur les points d'utilisation et des capteurs locaux caractérisé en ce que :
- les segments de transport sont déroulés de manière indépendante au moyen de bobines (8) de micro-câbles optiques (9) équipés de connecteurs d'extrémité (10) et portées par un dispositif de déploiement mis en oeuvre sur le fond par un engin sous-marin,
- les extrémités (10) des segments de transport et les capteurs locaux (6) sont connectés au fond, par un engin sous-marin, aux nœuds formés de commutateurs autonomes en énergie, de sorte que chaque micro-câble soit connecté par ses connecteurs d'extrémité à deux nœuds successifs du réseau.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de déploiement (14) mis en œuvre sur le fond par l'engin sous-marin porte à la fois la bobine (8) de micro-câble optique (9) et le nœud (11) connecté sur un des connecteurs d'extrémité (10).
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif de déploiement (14) mis en œuvre par l'engin sous-marin est abandonné sur le point d'utilisation.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le dispositif de déploiement (14) mis en œuvre par l'engin sous-marin porte une bobine fixe en rotation (8) .
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif de déploiement (14) mis en œuvre par l'engin sous-marin porte une bobine rotative .
6. Réseau sous-marin profond susceptible d'être obtenu par le procédé selon l'une des revendications 1 à 4, comprenant des segments de transport principaux et secondaires, des nœuds disposés sur les points d'utilisation et des capteurs locaux, caractérisé en ce que :
- les segments de transport sont indépendants et sont chacun formés d'un micro-câble optique (9) équipées de connecteurs d'extrémité (10) ,
- les nœuds (11) sont des commutateurs autonomes en énergie sur lesquels sont connectés au fond les extrémités des segments de transport et les capteurs locaux chaque micro-câble étant connecté par ses connecteurs d'extrémité à deux nœuds successifs du réseau.
7. Réseau sous-marin profond selon la revendication 6, caractérisé en ce chaque nœud (11) est équipé d'un circuit de veille basse consommation (20) qui peut réveiller le réseau de nœuds en nœuds à la demande de la station terre (1) ou d'un des capteurs locaux (6).
8. Réseau sous-marin profond suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'une minuterie met en veille automatiquement chaque nœud à la suite du réveil.
9. Réseau sous-marin profond suivant la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'un circuit de supervision (22), connecté à un des ports (16) du commutateur (17), peut, à la demande de la station terre, interdire à un capteur local (6) de réveiller intempestivement le nœud.
10. Réseau sous-marin profond suivant l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que le nœud (11) est composé d'une enceinte cylindrique dont les flasques inférieure et supérieure (25 et 26) sont de grand diamètre et le cylindre (27) de faible hauteur.
11. Réseau sous-marin profond suivant la revendication 10, caractérisé en ce que les connecteurs (7 et 10) sont situés à la périphérie de la flasque supérieure (26) .
12. Dispositif de déploiement (14) pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il se compose d'un châssis (30), d'une bobine rotative (8) de micro-câble (9) fixée sur ce châssis et du nœud (11) fixé sur la bobine rotative (8) .
13. Dispositif de déploiement (14) du réseau suivant la revendication 12, caractérisé en ce que le nœud (11) est fixé de façon amovible.
14. Dispositif de déploiement (14) du réseau suivant la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce qu'il est porté par un flotteur (31) dont la flottabilité peut être ajustée au moyen d'un régleur (32) rempli au moyen d'une vanne (33) actionnée par l'engin sous-marin (29).
15. Dispositif de déploiement (14) du réseau sous- marin suivant l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif régulateur de tension du micro-câble (9) composé d'un rouleau (34) monté sur un bras oscillant (35) et rappelé par un ressort (36) .
16. Dispositif de déploiement (14) du réseau sous- marin suivant la revendication 15, caractérisé en ce qu'un frein à bande (37) agissant sur la périphérie de la bobine (8) est actionné par le bras oscillant (35) lorsqu'il parvient en fin de course.
17. Dispositif de déploiement (14) du réseau suivant l'une quelconque des revendications 12 à 16, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d' ensouillage du micro-câble (9) disposé à la sortie du dispositif de déploiement (14) .
18. Dispositif de déploiement (14) du réseau suivant la revendication 17, caractérisé en ce que le dispositif d' ensouillage se compose d'un couteau vertical (38), d'un patin horizontal (39) disposé au sommet du couteau et d'un conduit souple (40) au travers duquel passe le micro-câble (9) .
19. Dispositif de déploiement (14) du réseau suivant la revendication 18, caractérisé en ce qu'une lame de raclage en V (41) pivotant sur un axe (42) est disposée à la suite du couteau (38) .
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