FR3046129A1 - - Google Patents

Abstract

L'invention concerne notamment un navire autonome de surface qui a une coque et qui est configuré pour être relié, par un câble d'arrivée qui a une flottabilité négative, à une extrémité d'un câble sismique qui a une flottabilité neutre et qui est adapté pour l'acquisition de données sismiques entre deux eaux, le navire autonome de surface comprenant un treuil pour faire varier la longueur déployée du câble d'arrivée et la coque du navire autonome formant un conduit à l'arrière du navire autonome dans la direction de déploiement du câble d'arrivée. Ceci crée une solution améliorée pour la prospection sismique en milieu aquatique.

Description

NAVIRE AUTONOME DE SURFACE DOMAINE DE L'INVENTION

La présente invention concerne le domaine de la prospection sismique en milieu aquatique (marin ou lacustre).

ARRIERE-PLAN

La prospection sismique en milieu aquatique est réalisée de manière classique en plaçant un ensemble de câbles sismiques parallèles submergés qui portent une pluralité de capteurs (hydrophones ou combinaisons d'hydrophones et de géophones) espacés le long du câble, l'ensemble de câbles étant tracté par un navire sismique. Une source capable de créer une onde acoustique dans le milieu, généralement sous forme d'un ensemble de canons à air, est tractée par le navire sismique à une distance des câbles sismiques. L'onde ainsi formée se propage vers le fond de l'eau, puis sur le sous-sol sous-jacent, ce qui cause des réflexions au niveau des interfaces entre les couches géologiques qui forment le sous-sol qui sont recueillies par lesdits capteurs submergés. Toutes ces informations sont ensuite traitées pour produire une image en trois dimensions (3D) des différentes couches géologiques du sous-sol qui est généralement utilisée pour déterminer la présence de réservoirs d’hydrocarbures.

Le document FR2940838A1 divulgue une technique de prospection sismique dans laquelle un ensemble de câbles sismiques parallèles submergés, de flottabilité neutre, est positionné entre deux eaux et chaque câble est relié à chacune de ses deux extrémités par des câbles d’arrivée à des navires autonomes d'enregistrement respectifs (ci-dessous "ARV"), parfois appelés "drones", et est soumis à une tension exercée à ses extrémités par les ARV si bien que les câbles peuvent être maintenus en position stationnaire ou quasi stationnaire pendant l'acquisition des signaux sismiques. Différents aspects liés à cette technique ont été divulgués dans les documents FR2945356A1, FR2961317A1 et FR2990028A1.

La technique divulguée dans le document FR2940838A1 permet, en plus d'autres avantages présentés dans ce document, une grande flexibilité pour le positionnement des câbles sismiques lorsque l'on compare avec le procédé classique dans lequel la totalité des câbles est tractée par un navire sismique ; elle permet, en particulier, aux câbles d'être positionnés à une profondeur d’eau qui est beaucoup plus grande que la profondeur de l'ordre de 5 à 15 mètres qui est une contrainte du procédé classique mentionné ci-dessus.

Dans ce contexte, il existe encore un besoin d'amélioration d’un navire autonome de surface.

RESUME DE L'INVENTION C'est pourquoi, il est prévu un navire autonome de surface qui a une coque et qui est configuré pour être relié, par un câble d'arrivée qui a une flottabilité négative, à une extrémité d'un câble sismique qui a une flottabilité neutre et qui est adapté pour l'acquisition de données sismiques entre deux eaux, le navire autonome de surface comprenant un treuil pour faire varier la longueur déployée du câble d'arrivée et la coque du navire autonome formant un conduit à l'arrière du navire autonome dans la direction de déploiement du câble d'arrivée.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

Des formes de réalisation de l'invention vont maintenant être décrites au moyen d'exemples à caractère non limitatif et en faisant référence aux dessins joints.

La figure 1 montre une vue en perspective d'un système d'acquisition de données sismiques.

La figure 2 montre une représentation schématique d'un exemple d'unité de contrôle. Les figures 3 à 8 illustrent des exemples de navire autonome de surface. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION

Le navire autonome de surface peut être intégré à un processus global de prospection sismique avec un système d'acquisition de données sismiques qui comprend un ensemble de (au moins un ou deux ou au moins plus dé trois) câbles sismiques, chacun étant configuré pour l'acquisition de données. De manière spécifique, n'importe quelle combinaison d'au moins un des câbles du système (par exemple tous les câbles du système) peut être reliée à une extrémité ou aux deux extrémités à un mode de réalisation du navire autonome de surface.

Pendant toute la durée du processus, le système est déployé en milieu aquatique (c'est-à-dire marin ou lacustre) et pour l'acquisition de données une ou plusieurs sources sismiques qui peuvent être des sources impulsives (par exemple sous forme d'un ensemble de canons à air ou de vibrateurs marins, tractés par un véhicule ou bateau respectif) créent une onde dans le milieu aquatique dont la ou les réflexions au niveau des interfaces entre les couches géologiques en dessous du fond de la mer sont recueillies par les capteurs sismiques portés par les câbles du système (par exemple comme il est décrit dans le document FR2990028A1). Les données ainsi acquises peuvent ensuite être traitées pour produire une image 3D du réservoir. Pendant toute la durée du processus, les câbles de l'ensemble considéré sont maintenus entre deux eaux de manière appropriée à une profondeur supérieure à 5 mètres et qui peut atteindre 300 mètres ou plus. La profondeur est déterminée de manière à respecter l'ensemble des exigences relatives à la qualité des données spécifiques concernant la zone à prospecter. Une valeur type peut être de l'ordre de 100 mètres ou entre 100 et 200 mètres. Chaque câble comprend des capteurs sismiques (de manière appropriée de type hydrophone ou éventuellement géophone) espacés le long du câble. Pendant toute la durée du processus, les câbles sont arrangés en étant alignés latéralement (l'un par rapport à l'autre) de manière à former un ensemble horizontal 2D de capteurs et à fournir une couverture adéquate de la zone à prospecter. Les câbles peuvent être maintenus parallèles l'un à l’autre (par exemple, autant que possible par rapport aux autres contraintes).

De plus, n'importe quelle combinaison d'au moins l'un des câbles du système (par exemple tous les câbles du système) peut également respecter n'importe quelle ou une combinaison des exigences suivantes.

Le système permet aux câbles d'être maintenus pendant l'acquisition de manière stationnaire ou pseudo-stationnaire soit par rapport au milieu aquatique, soit par rapport au fond de l'eau (c'est-à-dire par rapport à la référence terrestre). Ceci peut être réalisé selon le document FR2940838A1 incorporé à la présente par renvoi (notamment en ce qui concerne un tel positionnement du câble). En maintenant une position stationnaire ou pseudo-stationnaire, le mouvement du câble peut aussi être restreint par une valeur de courbure de parcours maximale dans l'eau, comme il est décrit dans le document FR2940838A1 incorporé à la présente par renvoi (notamment en ce qui concerne la définition et/ou la valeur de ladite valeur de courbure de parcours maximale dans l'eau et/ou la manière de respecter une telle contrainte). Ceci permet des contraintes mécaniques et d'énergie relativement faibles.

Pour réaliser un tel positionnement, les deux extrémités du câble sont reliées aux navires de surface respectifs (par exemple aux ARV mentionnés plus haut) par des câbles d’arrivée respectifs. Les ARV sont adaptés pour contrôler la position du câble en exerçant une tension à ses extrémités par l’intermédiaire des câbles d’arrivée. Dans un tel contexte, les deux ARV permettent une compensation rapide du courant à n'importe quel moment, même en cas de courants changeant rapidement. De plus, en raison des vitesses en jeu (pour des courants marins habituels), les ARV peuvent être relativement petits en termes de dimensions et/ou de capacités mécaniques (par rapport aux navires sismiques classiques). Les ARV peuvent, par exemple, avoir une longueur inférieure à 20 mètres ou à 12 mètres (par exemple d'environ 8 mètres), une largeur inférieure à 15 mètres ou à 10 mètres (par exemple d'environ 6 mètres) et une hauteur - mât exclu - inférieure à 12 mètres ou à 8 mètres (par exemple d'environ 4,5 mètres) et chaque ARV est adapté mécaniquement pour tirer le câble à n'importe quelle vitesse jusqu'à une vitesse maximale prédéfinie - par rapport à l’eau qui peut être égale à 5 nœuds (environ 9,26 km/h). Comme indiqué ci-dessus, le système permet aux câbles sismiques d'être maintenus en position stationnaire ou quasi-stationnaire, ce qui implique une vitesse de l'ordre de 0 à 2 nœuds par rapport au milieu aquatique mais ceci permet également aux câbles d’être déplacés à de plus grandes vitesses, comme il est approprié pour des déplacements entre stations d'acquisition ou pour le transit vers une zone à prospecter ou pour respecter des exigences opérationnelles spécifiques. Les câbles sismiques peuvent avoir une longueur supérieure à 1 km ou supérieure à 4 km, par exemple d'environ 8 km. Les câbles sismiques ont un poids (dans l'air) de généralement environ 2700 kg/km et ont une flottabilité neutre dans l’eau, comme il a été mentionné plus haut. Les câbles d’arrivée ont un poids (dans l'air) de généralement environ 3300 kg/km et ont une flottabilité négative dans l'eau.

Des ballasts de flottaison variable sont installés à des intervalles le long du câble sismique de, par exemple, 250 mètres. Les ballasts peuvent être comme il est décrit dans le document FR2945356A1 incorporé à la présente par renvoi (notamment en ce qui concerne la manière dont de tels ballasts fonctionnent). Les ballasts peuvent être configurés pour assurer qu'à n'importe quel moment l'erreur de flottabilité du câble (c'est-à-dire le rapport entre le poids optimal du câble pour obtenir une flottabilité zéro et le poids réel du câble) soit substantiellement toujours inférieure à, par exemple, 1%.

La figure 1 montre une vue en perspective d'un exemple 10 d'un tel système d'acquisition de données sismiques marines. Le système 10 comprend un ensemble 101 de câbles sismiques parallèles 110, chacun en conformité avec les explications ci-dessus, formant ainsi un réseau de câbles flottants pour acquérir des signaux sismiques (récepteurs) et une source sismique 107 tractée par un bateau source 109 (c'est-à-dire un navire de tir pour former une source sismique). Dans l’exemple qui est illustré, chaque câble 110 est relié à ses extrémités à des ARV indépendants 102 appropriés pour déplacer le câble 110 et pour le maintenir sous tension, le câble étant relié à l'ARV par l'intermédiaire d'un treuil 121, et qui incorporent une telle unité de contrôle. Les ARV 102 positionnent ainsi des câbles de réception et contrôlent la géométrie du réseau. L'unité de contrôle est un système qui comprend un processeur couplé à une mémoire vive et qui met en œuvre un programme qui comprend des instructions pour contrôler la vitesse du câble 110. L'ensemble 101 de câbles 110 est équipé d'une pluralité de capteurs/récepteurs 106 (de manière appropriée des combinaisons d'hydrophones et de géophones) capables de recueillir lesdites ondes réfléchies. Un tel câble 110 peut être appelé un "câble sismique". Les câbles 110 sont placés dans une station d'acquisition adaptée pour prospecter une partie de la zone sus-mentionnée du sous-sol. La source sismique 107 est déclenchée. Les récepteurs 106 sont utilisés pour capter les ondes réfléchies. Il est ensuite possible de faire fonctionner les ARV 102 pour déplacer les câbles 110 vers une autre station de mesure adaptée pour prospecter une autre partie de la zone sus-mentionnée et pour déplacer également la source sismique 107 et ainsi de suite. Les câbles 110 ont une flottabilité neutre et sont submergés à une profondeur (c'est-à-dire la distance par rapport à la &giface de l'eau, laquelle surface n’est pas représentée sur la figure) telle que défini ci-dessus. Chacun des câbles 110 est équipé de manière appropriée d'éléments qui forment des ballasts 119 conçus pour maintenir le câble 110 au poids souhaité dans l'eau de manière à avoir une flottabilité neutre. Les ballasts 119 permettent aux câbles 110 d'être maintenus à un profil de profondeur déterminé et de le faire varier de manière contrôlée.. Le navire principal 111 coordonne l'ensemble des opérations et communique avec les ARV102 par l’intermédiaire de l'antenne 117 prévue sur un ARV 102.

Le positionnement des câbles, de la source et/ou la commande des ballasts et/ou de la source peuvent être réalisés de manière automatique ou semi-automatique (par exemple en impliquant dans une certaine mesure des spécialistes humains à terre ou à bord, par exemple du véhicule tractant la source ou de n'importe quel navire proche) par l'intermédiaire d'un ou de plusieurs programmes d'ordinateur intégrés à une ou plusieurs unités de contrôle qui peuvent recevoir des signaux de et/ou émettre tles signaux vers n'importe quel élément du système auquel une telle unité de contrôle est couplée (par exemple par liaison radio pour des communications de surface et par connexion câblée physique - par exemple électrique - pour des communications sous-marines). De telles unités de commande peuvent être intégrées à n’importe quel véhicule (par exemple au véhicule qui tracte la source ou à n'importe quel véhicule proche) et/ou aux ARV, et/ou à n'importe quel autre élément de n'importe quel câble pour lequel le contrôle est nécessaire.

La figure 2 montre un exemple d'une telle unité de contrôle réalisée en tant que système informatique standard. L'unité de contrôle de l'exemple comprend une unité centrale (CPU) 1010 reliée à un bus de communication interne 1000, une mémoire vive (RAM) 1070 également reliée au BUS. Un contrôleur de dispositif de stockage de masse 1020 gère des accès à un dispositif de mémoire de masse tel qu'un disque dur 1030. Les dispositifs de mémoire de masse appropriés pour des instructions de programme d'ordinateur et des données tangibles comprennent toutes les formes de mémoire non volatile, y compris, à titre d'exemple, les dispositifs de mémoire à semi-conducteurs tels qu'EPROM, EEPROM et les dispositifs à mémoire flash, les disques magnétiques tels que les disques durs internes et les disques magnéto-optiques amovibles et les disques CD-ROM 1040. N'importe lequel des dispositifs ci-dessus peut être complété par ou incorporé dans des. ASIC spécialement conçus (circuits intégrés spécifiques aux applications). Un adaptateur de communication 1050 gère les accès à un système de communication 1060 (par exemple à un système de communication radio).

Le programme d'ordinateur peut comprendre des instructions qui peuvent être exécutées par un ordinateur, les instructions comprenant des moyens pour faire en sorte que la source, les câbles sismiques et/ou tout autre composant du système de prospection sismique exécutent n'importe lequel des procédés décrits ici. Le programme petihêtre enregistré sur n'importe quel support de stockage de données, y compris la mémoire du système. Le programme peut, par exemple, être mis en oeuvre dans un circuit électronique numérique ou dans du matériel informatique, un micrologiciel, un logiciel ou une combinaison de ceux-ci. Le programme peut être mis en œuvre en tant qu'appareil, par exemple un produit incorporé de manière tangible à un dispositif de stockage lisible par machine pour l'exécution par un processeur programmable. Les étapes de procédé peuvent être réalisées par un processeur programmable qui exécute un programme d'instructions pour effectuer des fonctions du procédé en agissant sur des données d'entrée et en générant une sortie. Le processeur peut donc être programmable et couplé pour recevoir des données et des instructions de, et pour transmettre des données et des instructions à un système de stockage de données, à au moins un dispositif d'entrée et au moins un dispositif de sortie. Le programme d'application peut être mis en œuvre dans un langage de programmation procédural ou orienté objet de haut niveau ou dans un langage assembleur ou un langage machine si souhaité. Dans tous les cas, le langage peut être un langage compilé ou interprété. Le programme peut être un programme d'installation complet ou un programme d'actualisation. L'application du programme sur l'unité de contrôle débouche, dans tous les cas, sur des instructions pour réaliser les étapes du procédé.

Le navire autonome de surface peut être configuré pour être relié à une extrémité d'un câble sismique qui a une flottabilité neutre et qui est adapté pour l'acquisition de données sismiques entre deux eaux (comme décrit plus haut), le navire autonome de surface étant ainsi adapté pour former un système d'acquisition de données sismiques avec le câble sismique, et à un autre navire autonome de surface (à l’autre extrémité du câble sismique) qui fonctionne selon n'importe quelle combinaison des procédés des exemples ci-dessus. Ceci signifie que le navire autonome de surface est adapté, en terme d'arrangements, pour réaliser la connexion. Ceci signifie aussi que le navire autonome de surface est adapté, en termes de caractéristiques mécaniques (et en particulier de rigidité et/ou de résistance et/ou d'énergie), pour réaliser le positionnement mentionné plus haut. Et ceci peut également signifier que le navire autonome de surface est équipé d'une unité de commande (comme mentionné plus haut).

En fait, le navire autonome de surface peut également être adapté, de manière similaire, pour réaliser un procédé de contrôle de la profondeur du câble sismique, chaque extrémité du câble sismique étant reliée à un navire autonome de surface respectif par un câble d'arrivée respectif qui a une flottabilité négative, le procédé comprenant le fait de faire varier en continu la longueur déployée de chaque câble d'arrivée par rapport à une profondeur cible. Ceci est décrit dans la demande de brevet française n° FR1561077 (dont le contenu est incorporé à la présente par renvoi).

Dans un tel procédé de contrôle de la profondeur, chaque extrémité du câble sismique est reliée à un ARV de surface respectif qui exerce une tension sur le câble à travers (c'est-à-dire par/par l’intermédiaire de/avec) un câble d’arrivée respectif. Les câbles d’arrivée sont simplement des câbles qui sont suffisamment forts sur le plan mécanique et qui sont adaptés pour relier le câble sismique respectivement aux deux ARV de telle manière que les deux ARV et le câble sismique puissent former un système unitaire. Les câbles d’arrivée ont une flottabilité négative (de telle manière qu’ils sont lourds et qu’ils coulent dans l’eau) et fonctionnent en tant que dépresseurs pour le câble sismique. Les ARV de surface sont adaptés pour flotter sur la surface. L’eau/l’air d’interface est donc utile pour le procédé parce que le poids du câble d’arrivée est supporté par la flottaison de l’ARV (composante verticale de la force). Les câbles d’arrivée peuvent ne pas intégrer de ballast (ou seulement à leur extrémité où ils sont reliés au câble sismique). C’est pourquoi, les câbles d’arrivée sont utilisés comme dépresseurs pour faire en sorte que les extrémités du câble sismique atteignent n’importe quelle profondeur et contrôlent ainsi leur profondeur d’une manière relativement rapide, efficace, sûre et simple (comparée par exemple à une solution avec ballasts seuls et/ou à une solution de déplacement de poids). En outre, les câbles d’arrivée réalisent cette fonction aux deux extrémités du câble sismique. C’est pourquoi, même lors d’une utilisation stationnaire, la profondeur est relativement précise (par rapport à la profondeur cible) aux deux extrémités. Egalement, par l’intermédiaire des câbles d’arrivée, les deux ARV exercent une tension sur le câble sismique à n’importe quel moment (les câbles d’arrivée ayant une rigidité adaptée dans ce but). De cette manière, le procédé peut assurer un contrôle de la profondeur, non seulement pour les extrémités du câble sismique mais aussi le long du câble. En fonctionnement, la tension peut coopérer avec la variation de longueur, par exemple de manière à minimiser (c'est-à-dire, cette expression englobant n'importe quel processus de minimisation, y compris le simple respect de la contrainte de seuil d'erreur) une erreur de profondeur globale le long du câble sismique (c'est-à-dire une erreur de profondeur calculée le long du câble sismique telle que l'erreur de la somme des carrés mentionnée plus bas, à la différence d'erreur de profondeur calculée simplement aux extrémités du câble sismique). La tension peut ainsi être une fonction de la profondeur cible, de la longueur du câble et de l'erreur de flottabilité le long du câble. Par exemple, la tension dans le câble sismique est toujours supérieure à 100 kgf, par exemple d'environ 300 kgf. Pour atteindre une telle valeur, le navire de queue exerce une tension opposée à la direction du navire de tête.

Des exemples de caractéristiques de câble d'arrivée qui peuvent être mis en oeuvre comprennent : • diamètre extérieur supérieur à 10 mm et/ou inférieur à 50 mm (par ex. 30 mm) ; • poids dans l'air : supérieur à 1 kg/m et/ou inférieur à 5 kg/m (par ex. 3 kg/m) ; • poids dans l'eau : supérieur à 0,5 kg/m et/ou inférieur à 4 kg/m (par ex. 2 kg/m) et/ou • rayon minimal de courbure statique (c'est-à-dire lorsqu'il est enroulé à bord) pour une espérance de vie optimale, supérieur à 20 cm et/ou inférieur à 60 cm, par ex. 40 cm ; • rayon minimal de courbure dynamique (c'est-à-dire pendant l'utilisation sous tension) pour une espérance de vie optimale, supérieur à 40 cm et/ou inférieur à 80 cm, par ex. 60 cm.

La profondeur cible peut être n'importe quelle valeur de profondeur prédéfinie pour l'acquisition de données sismiques à réaliser et entre 0 et 300 mètres (par exemple toute valeur supérieure à 5 mètres ou 20 mètres et/ou inférieure à 300 mètres). Les câbles d’arrivée peuvent donc présenter une longueur correspondante.

Le procédé est mis en oeuvre dans l’eau, par exemple dans le cas où les courants marins peuvent varier dans le temps. Les dimensions en jeu peuvent également influencer la stabilité du système. Aussi n'importe quelle profondeur cible est-elle particulièrement difficile à atteindre dans le contexte stationnaire ou pseudostationnaire. Une difficulté technique pour contrôler la profondeur est en fait liée au fait que le système peut avoir à être stationnaire ou pseudo-stationnaire dans le plan horizontal 2D et statique dans le plan vertical. Comme il a été expliqué plus haut, le câble sismique inclut des ballasts commandés à distance le long du câble. La fonction primaire de tels ballasts est de contrôler la profondeur du câble sismique (auquel il est fait référence ci-dessous par "MSC" comme dans Midwater Stationary Cable (= câble stationnaire entre deux eaux) lorsque les têtes du câble d’arrivée sont à la profondeur correcte. En effet, les ballasts peuvent tout d'abord réaliser une correction statique de la flottabilité globalement non neutre initialement du câble sismique (par exemple le câble sismique étant conçu pour être de flottabilité neutre dans de l'eau douce mais étant ensuite pourvu de poids pour l'utilisation en eau salée, auquel cas la flottabilité n'est pas intrinsèquement parfaitement neutre, de façon générale). Mais le ballas^peut également réaliser une correction dynamique de variations locales de flottabilité du câble sismique. En particulier, les ballasts compensent les variations de densité de l'eau (par exemple à cause de la température, de la salinité et/ou de variâtïôns de courant) de manière à maintenir le câble sismique comme étant à flottabilité aussi neutre que possible. Cependant, les ballasts ne sont pas conçus mécaniquement pour compenser le poids des câbles d’arrivée, ce que le procédé réalise en effet en faisant varier la longueur déployée de ces câbles d’arrivée (en contrôlant ainsi la profondeur des extrémités du câble sismique, la profondeur le long du câble étant contrôlée par les ballasts et la tension). Aussi, dans certaines situations, la profondeur peut-elle varier, ceci étant dû à l'environnement, et les ballasts peuvent ne pas être assez rapides ou réactifs pour la corriger de manière à obtenir une profondeur contrôlée précise, typiquement à +/- 1 mètre par rapport à la profondeur cible. Dans une telle situation, le procédé peut aussi comprend la variation dynamique (par exemple en continu, par exemple en temps réel) de la longueur déployée de chaque câble d’arrivée par rapport à la profondeur cible et/ou l'adaptation de la tension en conséquence pour minimiser l'erreur globale.

Dans un exemple, le principe du procédé consiste donc à avoir un treuil motorisé intégré à chaque ARV pour déployer plus ou moins de câble (d'arrivée) et un mécanisme de commande pour déployer la longueur correcte de câble (d'arrivée) pour atteindre la profondeur cible. Comme il a été mentionné plus haut, étant donné les exigences du contexte d’utilisation, la profondeur cible pour l'ARV de queue pourrait être différente de la profondeur cible de l'ARV de tête. C'est pourquoi, dans un exemple, le système est extrêmement flexible et accordable.

Les figures 3 à 6 illustrent des exemples du navire autonome de surface 102 avec différentes caractéristiques qui peuvent être combinées l'une à l'autre. La figure 3 montre une vue en perspective. La figure 4 montre une vue de dessus. La figure 5 montre une vue en section longitudinale en perspective. Et la figure 6 montre une vue de dos.

Comme il est montré sur les figures, le navire autonome de surface 102 a une coque 302 et est configuré pour être relié à une extrémité d’un câble sismique (qui n’est pas représenté sur les figures) par l'intermédiaire d'un câble d'arrivée 304 (dont la portion est représentée sur certaines figures à des fins d'illustration). La coque 302 est configurée pour fournir une flottabilité positive à un navire autonome de surface 102 et donc un positionnement stable du navire à la surface de l'eau, la flottabilité étant assez élevée pour supporter le poids d'au moins le câble d'arrivée 304 et la tension mécanique induite par le câble d'arrivée 304.

Le navire autonome de surface 102 comprend un treuil 400 (qui est représenté sur certaines figures). Le treuil 400 est arrangé sur le navire autonome de surface 102 de manière à recevoir toute la longueur du câble d'arrivée lorsqu'il n'est pas déployé et pour permettre de faire varier la longueur déployée du câble d'arrivée *304. En particulier, te'treuil 400 est configuré pour tourner et pour enrouler ou dévider de la longueur de câble d'arrivée de manière à déployer de manière variable et continue la longueur souhaitée du câble d'arrivée 304, notamment pour contrôler la profondeur du câble sismique. Le treuil 400 peut être (dés)activé et/ou contrôlé manuellement et/ou automatiquement grâce à des équipements appropriés à bord du navire autonome 102.

Comme il est montré sur les figures, dans l'exemple, le navire autonome de surface 102 peut également comprendre un mât 610 qui peut comprendre une(des) antenne (s) pour communiquer (par exemple par communication radio) avec un autre ou d'autres navires autonomes et/ou un navire principal. Le navire autonome de surface 102 comprend également des outils de propulsion 612 (par exemple des hélices) et/ou la coque 302 peut être équipée d'un outil de commande de direction 308 (par exemple une quille ou une crosse). Ces éléments peuvent être utilisés pour commander le positionnement du câble sismique (comme il a été expliqué plus haut) et notamment son positionnement stationnaire ou pseudo-stationnaire (par exemple par rapport au fond de l'eau).

En raison des applications envisagées, le navire autonome de surface 102 est relativement petit en termes de dimensions (comme il a été mentionné plus haut). Dans ce contexte, la coque 302 du navire autonome 102 est conçue de manière à former un conduit 310 dans la partie inférieure de l'arrière (par exemple du fond) du navire autonome 102 (par rapport au flottement du navire autonome et à sa direction de déplacement) dans la direction de déploiement du câble d’arrivée (par exemple la direction de déploiement moyenne pendant l'utilisation peut définir l'axe principal du passage). En d'autres termes, la structure de la coque 302 forme le conduit 310 prévu pour le passage du câble d'arrivée. Le fait de former le conduit en une pièce à l'intérieur de la coque 302 permet une économie d'espace (pour ce qui est des bateaux qui intègrent un guide-câble pour déployer un câble commandé avec un treuil). De manière similaire, le treuil 400 est contenu, dans l'exemple de la figure 5, à l'intérieur de l'espace/du volume défini par la coque 302 de manière à occuper relativement peu d'espace et à avoir une structure compacte.

Dans les exemples, la surface du conduit 310 en contact avec le câble d'arrivée 304 (lorsqu'il est déployé) - c'est-à-dire la surface intérieure du conduit 310 - fournit un support continu au câble d'arrivée. Par "support continu", on entend que la surface du conduit ne présente pas de discontinuité telle qu'une rencontre/une intersection à arête vive (par exemple substantiellement perpendiculairement) avec le câble d'arrivée 304 lorsque le câble d'arrivée 304 est déployé, et est compatible avec la contrainte de flexion du câble d’arrivée (rayon de courbure minimum) qui doit être respectée de manière à minimiser la fatigue mécanique du câble d'arrivée et à ainsi maximiser sa durée de vie.

Dans le contexte des différents procédés décrits ci-dessus, le navire autonome 102 peut être utilisé dans un contexte stationnaire ou pseudo-stationnaire. A la différence de la technologie de remorquage, dans un tel contexte, l'influence des variations de courant et/ou des vagues est particulièrement importante et elle peut entraîner des déplacements horizontaux (c'est-à-dire latéraux) et/ou verticaux soudains du câble d'arrivée (et donc des changements soudains de la direction de déploiement du câble d'arrivée). De plus, les profondeurs cibles envisagées du câble sismique peuvent être relativement élevées (jusqu'à 500 m ou 300 m) et variables. Pour ces raisons et étant donné que le navire autonome de surface 102 peut se déplacer dans l'eau avec six degrés de liberté (toutes ces translations et toutes ces rotations étant possibles dans une certaine mesure), le câble d'arrivée 304 peut souvent prendre appui sur et/ou heurter des contours (c'est-à-dire la surface intérieure, par exemple les parois) du conduit 310 (le(s) seul(s) point(s) fixe(s) du câble d'arrivée étant à l'intérieur de la coque 302, par exemple le câble d'arrivée 304 étant fixé seulement à sa connexion avec le treuil 400 et étant sinon libre et seulement limité par la géométrie de son espace/volume environnant et notamment par la géométrie du conduit 310). Des tests qui ont été effectués montrent que la géométrie régulière du conduit 310 est efficace pour minimiser les conséquences de ces phénomènes dus au contexte stationnaire qui entraînent une fatigue mécanique/de flexion du câble d'arrivée 304, notamment parce que les chocs se propagent à l'intérieur du câble d'arrivée (la propagation créant incidemment également un bruit qui perturbe également l'acquisition de données).

Comme on peut le voir en particulier sur la figure 5 (et aussi sur les figures 7 et 8 dont il sera question ci-dessous), cette géométrie régulière peut être obtenue par (ou combinée à) un conduit 310 qui peut avoir une première partie (intérieure) de section transversale circulaire constante suivie par une seconde partie (extérieure) évasée vers sa sortie (la sortie étant l'ouverture du conduit 310 sur l'eau environnante - c'est-à-dire à l'arrière du navire autonome 102). Par "évasée", on entend que la section transversale du conduit augmente de façon continue dans la direction vers la sortie et, par exemple, le conduit peut avoir une surface intérieure de G1 ou même G2 ou encore de continuité C1 ou C2 (voir un exemple de définition de ces termes sur le site suivant :https://en.wikipedia.org/wiki/Smoothness) au moins dans la direction vers la sortie (par exemple au moins dans des zones rencontrées par le câble d'arrivée 304). En d'autres termes, l'évasement donne au conduit 310 une forme de vase. Etant donné que le contexte d'utilisation fournit une certaine liberté de mouvement au câble d'arrivée 304 qui atteint ainsi des angles relativement élevés à la fois dans le sens horizontal et dans le sens vertical (assez élevés et adaptés à la/aux profondeur(s) et tension(s) parfois,particulièrement élevées considérées pour le câble sismique et/ou aux changements de cap parfois particulièrement serrés et/ou brusques effectués par le navire autonome 102, tous deux caractéristiques du contexte stationnaire), l'évasement permet à la flexion du câble d'arrivée 304 d'être progressive en réduisant ainsi les contraintes mécaniques sur le câble d'arrivée. L'évasement peut être lui-même progressif et croissant (c'est-à-dire que le conduit 310 est évasé de plus en plus), ce qui augmente encore la progressivité de la flexion et la réduction des contraintes. Des exemples de dimensions seront fournis ci-dessous.

Comme il est montré sur la figurées et sur la figure 6, le conduit 310 peut avoir une section transversale (substantiellement) en forme de U ou quadrilatérale (sensiblement carrée dans le cas de la figure 3 et sensiblement rectangulaire dans le cas de la figure 6). De cette manière, l'évasement est réalisé dans la direction du plan horizontal et du plan vertical. En d'autres termes, le conduit 310 est composé d'au moins une face inférieure (avec, de plus, une face supérieure dans l’exemple de la figure 3) et de deux faces latérales. La face inférieure, l'éventuelle face supérieure et/ou n'importe laquelle ou les deux faces latérales peuvent être planes, éventuellement incurvées (vu que l'évasement peut être progressif et croissant). Le conduit 310 peut donc avoir la forme d'un tronc non rectiligne (la forme de type vase ayant au moins trois arêtes vives longitudinales) avec des parois de celui-ci (par exemple au moins la paroi inférieure et les parois latérales, éventuellement les quatre parois, comprenant donc aussi la paroi supérieure) cambrées vers l'intérieur du conduit 310. Cette configuration est simple à former (en termes de coûts de fabrication) tout en tenant compte des contraintes principales que subit le câble d'arrivée 304 (correspondant soit à une flexion vers le bas en direction de la connexion avec le câble sismique dans un plan vertical, par exemple correspondant à un positionnement en profondeur du câble sismique, et/soit à une flexion latérale dans un plan sensiblement horizontal, par exemple correspondant à des changements de cap serrés effectués par le navire autonome 102).

Comme il est montré sur la figure 5, dans une autre configuration, le conduit 310 peut avoir une section transversale circulaire ou ellipsoïdale (ceci englobant toutes les courbes fermées et lissées à dérivée seconde, par exemple les cercles, les ellipses et les ovales), l'évasement formant ainsi une forme de type trompette (par exemple éventuellement une forme à symétrie de rotation au cas où la section transversale est circulaire). Cette configuration permet au conduit 310 de procurer le support continu souhaitable pour le câble d'arrivée 304, quelle que soit la direction de flexion que subit le câble d'arrivée 304.

Un exemple de dimensions qui peuvent être appliquées à n'importe laquelle des configuration ci-dessus et qui fonctionnent particulièrement bien pour réduire la fatigue due à la flexion et aux heurts du câble d'arrivée 304 sur la surface intérieure (par exemple sur les parois) du conduit 310 va être maintenant discuté en se référant aux figures 7 et 8. Les distances sont indiquées en millimètres sur les figures et les angles en degrés (par rapport à un centre défini par un rayon local lorsque l'angle est prévu comme une portion de courbe ou sinon par rapport à la ligne de base 750). La figure 7 montre une coupe longitudinale et verticale du treuil 400 (y compris l'équipement de bobinage du treuil 710 et le tambour de treuil 720) au-dessus de la partie supérieure du réservoir 730 et du câble d'arrivée 304 intégré à l'intérieur de la coque 302 du navire autonome 102. La figure 8 montre une vue de dessus d'une coupe longitudinale du treuil 400 intégré à l'intérieur de la coque 302 du navire autonome 102.

Dans cet exemple, le dessin de la coque utilise une courbe d'évasement vertical 700 qui correspond à la courbe du conduit dans le cas où le câble d'arrivée 304 est supporté lorsque le câble d'arrivée a tendance à être vertical, et deux courbes d'évasement latéral symétriques 810 et 820 qui correspondent chacune aux courbes du conduit dans le cas où le câble d'arrivée est supporté lorsque le câble d'arrivée a tendance à être déplacé latéralement par rapport à la direction du navire autonome.

Les courbes 700, 810 et 820 sont représentées en pointillés sur les figures. Ces courbes sont simplement des courbes de la surface intérieure du conduit 310 qui s'étendent longitudinalement et qui guident l'évasement étant donné que l'évasement (ou la surface intérieure de la surface du conduit 310) est conçu de manière à les interpoler (géométriquement) (l'interpolation étant réalisée d'une façon quelconque tant qu'elle respecte les exigences prévues, y compris les exigences de continuité). La courbe 700 est appelée "courbe d'évasement vertical" simplement parce qu'elle correspond à la manière dont le conduit 310 s'évase verticalement et aux déplacements verticaux du câble d'arrivée 304, c'est-à-dire que la courbe 700 est contenue dans un plan symétrique vertical du navire autonome 102 (projeté dans la ligne 850 de lafigure 8). La courbe 700 est géométriquement l'intersection entre un plan symétrique vertical du conduit 310 (c'est-à-dire le plan le long duquel la section transversale de la figure 7 est réalisée) et la face intérieure inférieure du conduit 310. Les courbes 810 et 820 sont géométriquement chacune une intersection respective entre un plan symétrique sensiblement horizontal du conduit 310 (c'est-à-dire le plan le long duquel la section transversale de la figure 8 est réalisée) et une face latérale respective du conduit 310. Les courbes 810 et 820 sont symétriques (par rapport audit plan symétrique vertical projeté dans la ligne 850 de la figure 8). Les courbes 810 et 820 sont appelées "courbes d'évasement latéral" simplement parce qu'elles correspondent à la manière dont le conduit 310 s'évase latéralement et aux déplacements latéraux du câble d'arrivée 304 et elles sont contenues dans un plan orthogonal par rapport audit plan symétrique vertical projeté dans la ligne 850 de la figure 8.

De manière plus spécifique, les courbes 700,810 et 820 sont définies comme l'endroit où le câble d'arrivée 304 doit prendre appui sur la surface intérieure du conduit 310. L'homme du métier peut ainsi comprendre comment définir de telles courbes et donc imposer la géométrie du conduit 310. Notamment, la courbe 700 correspond à la courbe du conduit 310 dans le cas où le câble d'arrivée 304 est supporté lorsque le câble d'arrivée 304 a tendance à être vertical (vers le fond de la mer, étant noté que le navire autonome 102 peut comprendre un élément de retenue boulonné anti-saut 775 pour mieux éviter que le câble ne sorte du treuil et du navire autonome). Les courbes 810 et 820 correspondent à la courbe du conduit 310 dans le cas où le câble d'arrivée 304 est supporté lorsque, à n'importe quelle profondeur considérée pour le câble sismique (par exemple telle que le câble d'arrivée 304 forme n'importe quel angle avec la ligne de base 750, par exemple n'importe quel angle supérieur à 0° et/ou inférieur à 60°, par exemple supérieur à 25° et/ou inférieur à 40°), le câble d’arrivée 304 est déplacé latéralement (sensiblement horizontalement, par exemple de manière à tourner autour du navire autonome 102 par rapport à un axe de rotation vertical ou à cause du mouvement de lacet du navire, c'est-à-dire du mouvement causé par les vagues qui entraîne des variations de cap du navire). On note que l'angle entre le câble d'arrivée 304 et la ligne de base 750 dépend notamment de la tension mécanique dans le câble et du poids du câble d'arrivée déployé 304, ces quantités étant liées à la vitesse du navire autonome 102 (même s'il est en position stationnaire ou pseudostationnaire étant donné qu'il peut y avoir un courant). Les courbes 810 et 820 peuvent être conçues selon n'importe quelle valeur pour un tel angle mais aussi selon une valeur la plus fréquente (pour augmenter la précision du résultat). Les courbes 810 et 820 ne sont pas liées à l'angle avec la ligne de base, seule la hauteur de la forme en U dépend des valeurs extrêmes de cet angle. Les courbes 810 et 820 sont conçues en considérant la fonction de distribution des probabilités de l'angle de sortie du câble d'arrivée dans le plan horizontal. En effet, des rayons plus petits sont tolérés à la sortie parce qu'il est beaucoup moins probable que le câble d'arrivée s’infléchisse sur ces petits rayons.

Dans la configuration dans laquelle le conduit 310 a une section transversale sensiblement en forme de U ou quadrilatérale, l'évasement formant alors deux paires de faces, les deux faces d'une paire respective étant en face l'une de l'autre, la face inférieure peut être formée par une translation latérale/horizontale de la courbe 700 et les faces latérales peuvent être formées par une translation verticale des courbes 810 et 820, les faces ainsi formées étant reliées de quelque manière que ce soit. On note que la face de dessus peut être formée de quelque manière que ce soit étant donné que le câble d'arrivée 304, en général, ne la rencontre pas. Notamment, dans l'exemple de la figure 4 et de la figure 6, le conduit 310 a une section transversale quadrilatérale sensiblement en forme de U avec deux faces latérales, une face inférieure et, plutôt qu'une face supérieure, simplement-une barre horizontale 307. La barre a habituellement une forme ronde pour éviter toute détérioration du câble en cas de chocs et son rayon est, de préférence, compatible avec le rayon de flexion minimum du câble.

Les figures 7 et 8 présentent différentes dimensions qui sont compatibles avec une courbure maximum souhaitée que le câble d'arrivée 304 subit de manière à réduire sa fatigue et qui sont adaptées à la taille relativement petifér db-travire autonome 102. Comme il a été mentionné plus haut, l'évasement peut être progressif de telle manière que les courbes 700, 810 et 820 peuvent être convexes (par rapport à l'axe principal du conduit 310), comme c'est le cas dans l'exemple de ces figures. Dans ces figures, lorsque les courbes vont vers la sortie du conduit 310, le rayon de courbure devient même plus petit. Ceci est dû au fait que la probabilité que le câble soit en contact avec ces portions des courbes est faible et que la tension dans le câble d'arrivée 304 est généralement plus faible lorsque de telles zones du conduit 310 sont en contact avec lui ; c'est pourquoi un rayon de courbure plus petit est plus acceptable.

En effet, le dessin de la coque vise à maximiser la durée de vie du câble d'arrivée. La durée de vie estimée dépend du nombre de cycles de flexion à différentes tensions. Selon la règle de Miner, lorsqu'il y a k différentes amplitudes de contrainte dans un spectre, S/ (1 < / < k), chacune contribuant à rn(Si) cycles, si Nj(Si) est le nombre de cycles jusqu’à la défaillance d'inversions de contrainte constante Si, la défaillance intervient lorsque :

C est une constante et on a trouvé de manière expérimentale qu'elle se situe entre 0,7 et 2,2. Habituellement, à des fins de conception, C est supposée être égale à 1.

La fatigue des câbles est généralement caractérisée par une courbe de Wôhler qui donne le nombre de cycles (N) comme une fonction du rapport entre la tension et la résistance à la rupture (T/BS). La courbe est généralement supposée être composée de lignes droites dans une échelle log-log. Spécifié en d'autres termes, ceci signifie que, pour un rayon donné, le nombre de cycles qu'un câble peut tolérer augmente sensiblement lorsque la tension de travail diminue jusqu'à un domaine éloigné de la tension de rupture.

La durée de service relative d'un câble dépend considérablement du rapport entre le diamètre de la poulie et le diamètre du câble (rapport D:d) - on présume généralement que la durée de service relative augmente avec le carré de ce rapport. En d'autres termes, ceci signifie que, pour une tension donnée, le nombre de cycles qu'un câble peut tolérer augmente sensiblement avec le rayon de flexion.

Dans l'application de navire autonome de surface, les cycles de flexion pour le câble d'arrivée sont dus aux mouvements induits par les vagues (mouvement de lacet autour de l'axe vertical dans le plan horizontal et mouvement de tangage autour de l’axe horizontal dans le plan vertical - il convient de noter que le mouvement de roulis n'induit pas de cycle de flexion du câble d'arrivée). La période des cycles est de l'ordre de quelques secondes ou de dizaines de secondes, par exemple plus d'une seconde et moins de 30 secondes ou plus fréquemment plus de 3 secondes et moins de 15 secondes. Les périodes des cycles sont petites comparées à la durée d'usage estimée du câble d'arrivée, de l'ordre de plusieurs ou de dizaines d'années. En d'autres termes, le nombre de cycles peut atteindre plusieurs millions, des dizaines de millions ou des centaines de millions ou même plus. C'est pourquoi la prise en compte de la fatigue et l'optimisation de la durée de vie du câble jouent un rôle déterminant pour la conception de la coque.

Les dimensions sur les figures peuvent toutes être modifiées, par exemple de plus et/ou moins 20% (c'est-à-dire de +/- 20%) tant que les connexions sont assurées (c'est-à-dire que les modifications sur une dimension se répercutent de manière correspondante sur d'autres modifications de manière à préserver la cohérence de l’ensemble de la géométrie). Dans un exemple spécifique compatible avec les dimensions indiquées sur les figures, la courbe 700 et/ou les courbes 810 et 820 comprennent chacune une section de début 910 où le rayon de courbure est supérieur à 500 mm et/ou inférieur à 2000 mm et/ou une section de fin 920 où le rayon de courbure est supérieur à 10 mm et/ou inférieur à 300 mm. La section de début 910 ne se trouve pas nécessairement à la section de départ du conduit 310 mais elle correspond au début de la flexion du câble d'arrivée 304. Comme sur les figures, elle peut être précédée d'une courbe à portion droite (c'est-à-dire si le rayon de courbure est infini) 700 et/ou des courbes 810 et 820 (correspondant à une portion de diamètre constant de type cylindre 905 du conduit 310 vers le treuil 400). La section de fin 920 a un rayon de courbure relativement faible et peut donc entraîner une courbure étroite du câble d'arrivée 304 mais comme cette flexion ne devrait apparaître que relativement rarement, ceci est acceptable (la section de fin 920 constitue en fait un pivot de sécurité en cas de comportements extrêmes). La forme de la section de fin 920 a pour but d'assurer que le câble d'arrivée ne soit pas endommagé avec des angles vifs : le dessin de la coque est régulier et présente une certaine forme de continuité (G1 ou G2 ou G3). Dans l'exemple des figures, les courbes 810 et 820 comprennent chacune en outre une première section intermédiaire 930 où le rayon de courbure est supérieur à 200 mm et inférieur à 1000 mm et une seconde section intermédiaire 940 où le rayon de courbure est supérieur à 250 mm et/ou inférieur à 400 mm.

En d'autres termes, le conduit 310 comprend, dans l'ordre rencontré par le câble d'arrivée dévidé 304, une portion droite 905 (c'est-à-dire une portion de diamètre constant de type cylindre) qui empêche toute flexion du câble d'arrivée 304 (c'est-à-dire des parois droites qui s'étendent avec un évasement nul) et ensuite des portions qui s'évasent de plus en plus qui permettent une plus grande flexion si bien que la flexion est régulée correctement et qu'une contrainte relativement faible est exercée sur le câble d'arrivée 304. Il convient également de noter que l'évasement vertical peut être non uniforme par rapport à l'évasement latéral.

Il convient également de mentionner le fait que le conduit 310 peut comprendre une portion de base 875 qui est légèrement plus grande que la portion droite 905 du conduit 310 et qui forme un bord lisse en face du treuil 400 de telle manière que le conduit 310 peut recevoir le câble d'arrivée 304 dévidé par le treuil 400 en tant qu'entonnoir, cependant de manière régulière, et donc avec des contraintes relativement faibles sur le câble d'arrivée 304.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS

   1. Navire autonome de surface (102) qui a une coque (302) et qui est configuré pour être relié, par un câble d'arrivée (304) qui a une flottabilité négative, à une extrémité d'un câble sismique qui a une flottabilité neutre et qui est adapté pour l'acquisition de données sismiques entre deux eaux, le navire autonome de surface comprenant un treuil (400) pour faire varier la longueur déployée du câble d'arrivée, et la coque du navire autonome formant un conduit (310) à l'arrière du navire autonome dans la direction de déploiement du câble d'arrivée.
2. 2. Navire autonome de surface selon la revendication 1, dans lequel la surface du conduit en contact avec le câble d'arrivée procure un support continu au câble d'arrivée.
3. 3. Navire autonome de surface selon la revendication 2, dans lequel le conduit est évasé en direction de sa sortie.
4. 4. Navire autonome de surface selon la revendication 3, dans lequel le conduit a une section transversale sensiblement en forme de U ou quadrilatérale, l'évasement formant ainsi au moins une paroi inférieure et une paire de parois latérales en face l'une de l'autre.
5. 5. Navire autonome de surface selon la revendication 3, dans lequel le conduit a une section transversale circulaire ou ellipsoïdale, l'évasement formant ainsi une trompette.
6. 6. Navire autonome de surface selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel le dessin de la coque utilise une courbe d'évasement vertical (700) qui correspond à la courbe du conduit dans le cas où le câble d'arrivée est supporté lorsque le câble d'arrivée a tendance à être vertical et deux courbes symétriques d'évasement latéral (810, 820) qui correspondent chacune aux courbes du conduit dans le cas où le câble d'arrivée est supporté lorsque le câble d'arrivée a tendance à être déplacé latéralement par rapport à la direction du navire autonome ou à cause du mouvement de lacet du navire.
7. 7. Navire autonome de surface selon la revendication 6, dans lequel la courbe d'évasement vertical et/ou les courbes d’évasement horizontal comprennent chacune une section de début (910) où le rayon de courbure est supérieur à 500 mm et/ou inférieur à 2000 mm et/ou une section de fin (920) où le rayon de courbure est supérieur à 10 mm et/ou inférieur à 300 mm.
8. 8. Navire autonome de surface selon la revendication 7, dans lequel les courbes d'évasement horizontal comprennent de plus chacune une première section intermédiaire (930) où le rayon de courbure est supérieur à 200 mm et inférieur à 1000 mm.
9. 9. Navire autonome de surface selon la revendication 8, dans lequel les courbes d'évasement horizontal comprennent de plus chacune une seconde section intermédiaire (940) où le rayon de courbure est supérieur à 250 mm et inférieur à 400 mm.