FR3055607A1 - COMMUNICATION AND TRANSFER SYSTEM BETWEEN AN EMERGING OBJECT AND AN IMMERSE OBJECT, AN ASSEMBLY COMPRISING AN EMERGING OBJECT, AN IMMERSE OBJECT AND METHOD OF COMMUNICATION AND TRANSFER BETWEEN THE OBJECT - Google Patents
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Abstract
Le système de communication et de transfert (10) entre un objet émergé (12) et un objet immergé (14) dans un milieu marin (15) ou fluvial, comprend : - un ombilical (16) comportant une première extrémité (23) apte à être reliée à l'objet émergé (12) et une seconde extrémité (26), - un organe de jonction (18) comprenant un transformateur électrique (46) et relié à la seconde extrémité (26) de l'ombilical (16), - un organe longiligne de connexion (20) comprenant une première extrémité (32) reliée à l'organe de jonction (18) et une seconde extrémité (34), et - un connecteur (22) relié à la seconde extrémité (34) de l'organe longiligne de connexion (20), comprenant des moyens de connexion (62) à l'objet immergé (14), des moyens de propulsion et un module automatisé de positionnement par rapport à l'objet immergé (14). L'ombilical (16), l'organe de jonction (18), l'organe longiligne de connexion (20) et le connecteur (22) forment un canal de communication électrique entre l'objet émergé (12) et l'objet immergé (14).The communication and transfer system (10) between an emergent object (12) and an immersed object (14) in a marine (15) or fluvial environment comprises: - an umbilical (16) having a first end (23) capable of to be connected to the emergent object (12) and a second end (26), - a connecting member (18) comprising an electrical transformer (46) and connected to the second end (26) of the umbilical (16) an elongated connecting member (20) comprising a first end (32) connected to the connecting member (18) and a second end (34), and - a connector (22) connected to the second end (34) the elongate connecting member (20), comprising connection means (62) to the immersed object (14), propulsion means and an automated positioning module with respect to the immersed object (14). The umbilical (16), the connecting member (18), the elongate connecting member (20) and the connector (22) form an electrical communication channel between the emerging object (12) and the submerged object (14).
Description
© N° de publication : 3 055 607 (à n’utiliser que pour les commandes de reproduction)© Publication no .: 3,055,607 (to be used only for reproduction orders)
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COURBEVOIE © IntCI8 COURBEVOIE © IntCI 8
B 63 C 11/26 (2017.01), B 63 G 8/00B 63 C 11/26 (2017.01), B 63 G 8/00
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1A1 PATENT APPLICATION
SYSTEME DE COMMUNICATION ET DE TRANSFERT ENTRE UN OBJET EMERGE ET UN OBJET IMMERGE, ENSEMBLE COMPRENANT UN OBJET EMERGE, UN OBJET IMMERGE ET PROCEDE DE MISE EN COMMUNICATION ET TRANSFERT ENTRE L'OBJET.COMMUNICATION AND TRANSFER SYSTEM BETWEEN AN EMERGED OBJECT AND A SUBMERSIBLE OBJECT, ASSEMBLY COMPRISING A EMERGED OBJECT, A SUBMERSIBLE OBJECT AND METHOD OF COMMUNICATION AND TRANSFER BETWEEN THE OBJECT.
FR 3 055 607 - A1 (u/) Le système de communication et de transfert (10) entre un objet émergé (12) et un objet immergé (14) dans un milieu marin (15) ou fluvial, comprend:FR 3 055 607 - A1 (u /) The communication and transfer system (10) between an emerged object (12) and an immersed object (14) in a marine (15) or river environment, comprises:
- un ombilical (16) comportant une première extrémité (23) apte à être reliée à l'objet émergé (12) et une seconde extrémité (26),- an umbilical (16) comprising a first end (23) capable of being connected to the emerged object (12) and a second end (26),
- un organe de jonction (18) comprenant un transformateur électrique (46) et relié à la seconde extrémité (26) de l'ombilical (16),- a junction member (18) comprising an electrical transformer (46) and connected to the second end (26) of the umbilical (16),
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L'ombilical (16), l'organe de jonction (18), l'organe longiligne de connexion (20) et le connecteur (22) forment un canal de communication électrique entre l'objet émergé (12) et l'objet immergé (14).The umbilical (16), the junction member (18), the elongate connection member (20) and the connector (22) form an electrical communication channel between the emerged object (12) and the submerged object (14).
Système de communication et de transfert entre un objet émergé et un objet immergé, ensemble comprenant un objet émergé, un objet immergé et procédé de mise en communication et transfert entre l’objet émergé et l’objet immergéCommunication and transfer system between an emerged object and a submerged object, assembly comprising an emerged object, a submerged object and method of communication and transfer between the emerged object and the submerged object
L’invention concerne les opérations sous-marines et notamment les systèmes de communication en milieu marin ou fluvial. Plus spécifiquement, l’invention concerne les systèmes de communication et de transfert de données et d’énergie entre un objet émergé et un objet immergé.The invention relates to underwater operations and in particular communication systems in a marine or river environment. More specifically, the invention relates to communication and data and energy transfer systems between an emerged object and an immersed object.
Les opérations sous-marines, par exemple à des fins d’exploration scientifique ou pour effectuer des inspections ou travaux sur un site industriel sous-marin, se font souvent au moyen de deux types de véhicules immergés : les véhicules sous-marins téléguidés et les robots sous-marins autonomes.Underwater operations, for example for scientific exploration or to carry out inspections or work on an underwater industrial site, are often carried out using two types of submerged vehicles: unmanned underwater vehicles and autonomous underwater robots.
Un véhicule sous-marin téléguidé, également connu sous l’acronyme anglais ROV (Remotely operated vehicle), est relié, au moyen d’un ombilical, à un objet émergé, par exemple un navire flottant sur la surface de l’eau ou une plate-forme pétrolière. L'ombilical permet d’alimenter en énergie électrique le véhicule téléguidé et de le télécommander.A remotely controlled underwater vehicle, also known by the acronym ROV (Remotely operated vehicle), is connected, by means of an umbilical, to an emerged object, for example a ship floating on the surface of the water or a oil rig. The umbilical provides electrical power to the remote-controlled vehicle and remote control.
Un robot sous-marin autonome, également connu sous l’acronyme anglais AUV (Autonomous underwater vehicle), comprend une batterie d’accumulateurs qui lui fournissent l’énergie électrique nécessaire à son fonctionnement. En outre, il comprend un microprocesseur qui commande son déplacement et accumule des données liées à sa mission sous-marine. Ainsi, lorsque le robot sous-marin autonome termine sa mission ou que sa batterie d’accumulateurs est proche d’être vide, il remonte vers l’objet émergé pour que les données accumulées puissent être récupérées et les batteries rechargées ou remplacées. Cela diminue l’autonomie sous l’eau du robot sous-marin autonome.An autonomous underwater robot, also known by the acronym AUV (Autonomous underwater vehicle), includes a storage battery which supplies it with the electrical energy necessary for its operation. In addition, it includes a microprocessor which controls its movement and accumulates data related to its underwater mission. Thus, when the autonomous underwater robot completes its mission or its accumulator battery is close to being empty, it goes up towards the emerged object so that the accumulated data can be recovered and the batteries recharged or replaced. This decreases the autonomy underwater of the autonomous underwater robot.
Le contexte économique actuel des industries sous-marines est favorable à une réduction des coûts, notamment concernant la robotique sous-marine. A titre d’exemple, dans le cadre de l’industrie pétrolière et gazière offshore, la récente chute des cours du baril oblige les acteurs à réduire les coûts d’exploration, de construction et d’exploitation des sites s’ils veulent conserver un niveau de rentabilité suffisant. Par ailleurs, l’exploitation des ressources minières sous-marines par des véhicules sous-marins n’a pas encore prouvé sa viabilité économique malgré les concentrations importantes de certains métaux rares. Enfin, les océans renferment des ressources encore peu exploitées, comme des réserves de biomolécules, ou encore des énergies marines. Seulement 5% des océans ont à ce jour été explorés et la baisse des coûts des campagnes d’exploration sous-marine est essentielle à la multiplication des campagnes scientifiques. Les états souverains cherchent également à mettre en oeuvre des technologies d’exploration et d’exploitation des ressources marines moins chères et plus efficaces.The current economic context of the underwater industries is favorable to a reduction of costs, in particular concerning underwater robotics. For example, in the context of the offshore oil and gas industry, the recent drop in oil prices is forcing actors to reduce the costs of exploring, building and operating sites if they want to maintain a sufficient level of profitability. In addition, the exploitation of underwater mining resources by underwater vehicles has not yet proven its economic viability despite the high concentrations of certain rare metals. Finally, the oceans contain resources that are still little exploited, such as biomolecule reserves, or even marine energies. To date, only 5% of the oceans have been explored, and lowering the costs of underwater exploration campaigns is essential to the proliferation of scientific campaigns. Sovereign states also seek to implement cheaper and more efficient technologies for exploring and exploiting marine resources.
Sous l’eau, les ROVs sont le plus souvent déployés à partir d’une cage comprenant un système d’enroulage (connu sous l’acronyme anglais TMS pour tether management System). Ces cages se sont démocratisées depuis les années 1970 car elles permettent de lester l’ombilical et de descendre plus profondément à la verticale du navire. Un câble enroulé dans la cage et relié d’une part à la cage et d’autre part au ROV, permet à ce dernier d’en sortir et de se déplacer dans une boule d’un rayon égal à la longueur de ce câble. Le système comprenant l’ombilical, la cage, le câble et le ROV est lourd et nécessite la présence d’un navire d’une dimension importante en surface, ce qui augmente le coût de l’opération.Underwater, ROVs are most often deployed from a cage comprising a winding system (known by the acronym TMS for tether management System). These cages have been democratized since the 1970s because they make it possible to ballast the umbilical and descend deeper vertically from the ship. A cable wound in the cage and connected on the one hand to the cage and on the other hand to the ROV, allows the latter to exit and move in a ball of a radius equal to the length of this cable. The system comprising the umbilical, the cage, the cable and the ROV is heavy and requires the presence of a large vessel on the surface, which increases the cost of the operation.
A titre d’exemple, en 2015, le déploiement d’un ROV de travail (c’est-à-dire dont la puissance est supérieure à 100 chevaux) coûtait 80 000€ par jour, dont 60 000€ servaient à la location du navire, contre seulement 20 000€ celle du ROV et de ses équipes. Réduire le tonnage des navires qui opèrent les ROV constitue donc un élément économique essentiel.For example, in 2015, the deployment of a working ROV (that is to say one with a power greater than 100 horsepower) cost € 80,000 per day, of which € 60,000 was used to rent the ship, against only 20,000 € that of the ROV and its teams. Reducing the tonnage of ships operating ROVs is therefore an essential economic element.
Par ailleurs, les AUVs ne sont pas câblés jusqu’à la surface et un navire relativement petit est capable de les mettre à l’eau et de les récupérer à la fin de leur mission. Toutefois, les remontées régulières en surface des AUVs, nécessaires au rechargement ou au remplacement des batteries, et à la récupération de données de la mission, sont un facteur de perte de temps, et donc d’augmentation du coût d’utilisation d’un AUV.Furthermore, the AUVs are not wired to the surface and a relatively small vessel is capable of launching and retrieving them at the end of their mission. However, the regular ascent to the surface of the AUVs, necessary for recharging or replacing the batteries, and for recovering mission data, is a factor of loss of time, and therefore of increasing the cost of using a AUV.
Une équipe spécialisée (plongeur, technicien) doit également être sur place pour réceptionner l’AUV avant de le remettre à l’eau. La présence d’un navire est donc en permanence nécessaire sur site, alors même que ces robots AUV sont capables d’évoluer en autonomie dans le milieu marin.A specialized team (diver, technician) must also be on site to receive the AUV before putting it back in the water. The presence of a ship is therefore permanently necessary on site, even though these AUV robots are capable of operating independently in the marine environment.
Ainsi, la présence d’un navire est le principal facteur de coût de l’utilisation d’un robot, qu’il soit filoguidé (ROV) ou non (AUV).Thus, the presence of a ship is the main cost factor for using a robot, whether it is guided (ROV) or not (AUV).
Les AUV sont limités en puissance et ne peuvent pas réaliser des tâches de travaux ou de maintenance qui nécessite de manipuler un outillage lourd. Enfin, les AUV ne communiquent que très difficilement avec la surface. Il est par exemple pratiquement impossible d’échanger des données vidéo entre le navire et l’AUV au fond.AUVs are limited in power and cannot carry out work or maintenance tasks which require handling heavy tools. Finally, the AUVs communicate only very difficult with the surface. For example, it is practically impossible to exchange video data between the ship and the AUV at the bottom.
De récents développements techniques permettent d’envisager qu’un robot (AUV ou ROV) résident, c’est à dire qui reste sur une longue période sur le fond, puisse assister un site sur de longues périodes sans remonter en surface. Cela est permis par la présence d’un organe qui héberge le ROV tel qu’un garage, également appelé station d’accueil qui héberge le robot (ROV ou AUV) et est relié à la surface par l’intermédiaire d’un ombilical.Recent technical developments have made it possible to envisage that a resident robot (AUV or ROV), that is to say which remains for a long period on the bottom, can assist a site for long periods without rising to the surface. This is allowed by the presence of a body that hosts the ROV such as a garage, also called a docking station that houses the robot (ROV or AUV) and is connected to the surface via an umbilical.
Dans une autre configuration, un élément d’un site industriel sous-marin, comme une tête du puits pétrolière, une unité mécanique, électrique, hydraulique ou encore électronique, ou simplement un système posé sur le fond de l’océan, peut nécessiter une connexion régulière ou non avec la surface, afin d’échanger électricité et/ou données.In another configuration, an element of an underwater industrial site, such as an oil well head, a mechanical, electrical, hydraulic or even electronic unit, or simply a system placed on the ocean floor, may require a regular connection or not with the surface, in order to exchange electricity and / or data.
Ainsi, de manière générale, la communication et le transfert de données et d’énergie entre un objet émergé et un objet immergé est un enjeu majeur pour l’avenir.Thus, in general, the communication and transfer of data and energy between an emerged object and an immersed object is a major challenge for the future.
On connaît notamment d’après le document US-6 390 012 un dispositif qui permet de communiquer, depuis un objet émergé tel qu’un navire, avec un robot sous-marin autonome immergé en cours d’exploration. Le dispositif comprend un véhicule sous-marin téléguidé, relié à l’objet émergé et comprenant des moyens de liaison électrique au robot sous-marin autonome. Le véhicule sous-marin téléguidé est relié, au moyen d’un câble souple à un cadre intermédiaire, rigide, qui porte un dérouleur du câble souple. Le cadre intermédiaire est relié à l’objet émergé au moyen d’un ombilical. Ainsi, l’ombilical, le câble souple et le véhicule sous-marin téléguidé forment un canal de communication électrique entre l’objet émergé et le robot sous-marin autonome. II est donc possible d’échanger des informations entre l’objet émergé et le robot sous-marin autonome et également de fournir au robot sousmarin autonome de l’énergie électrique.According to document US-6 390 012, a device is known which makes it possible to communicate, from an emerged object such as a ship, with an autonomous submarine underwater robot during exploration. The device comprises an unmanned underwater vehicle, connected to the emerged object and comprising means of electrical connection to the autonomous underwater robot. The unmanned underwater vehicle is connected, by means of a flexible cable to a rigid, intermediate frame, which carries a flexible cable unwinder. The intermediate frame is connected to the object emerged by means of an umbilical. Thus, the umbilical, the flexible cable and the guided underwater vehicle form an electrical communication channel between the emerged object and the autonomous underwater robot. It is therefore possible to exchange information between the emerged object and the autonomous underwater robot and also to provide the autonomous underwater robot with electrical energy.
Cependant, le dispositif ne fonctionne que pour certaines configurations spécifiques. En effet, le dispositif décrit ne s’applique qu’à un type particulier de robots sous-marins autonomes et à une gamme limitée de profondeurs.However, the device only works for certain specific configurations. Indeed, the device described only applies to a particular type of autonomous underwater robots and to a limited range of depths.
Par ailleurs, le dispositif ne décrit pas la méthode de connexion en pleine eau qui n’est pas réalisable à partir des informations données. En effet, le dispositif comprend un connecteur du type wet-mate qui demande une poussée de plusieurs dizaines de kilos entre le véhicule sous-marin téléguidé et le robot sous-marin autonome, ce qui repousserait ce dernier. Par ailleurs le dispositif décrit présente un poids important, ce qui empêche son déploiement à partir d’un navire léger. II n’est pas fait mention non plus de la méthode utilisée pour localiser le robot sous-marin autonome immergé.Furthermore, the device does not describe the connection method in open water which cannot be carried out from the information given. Indeed, the device comprises a wet-mate type connector which requires a thrust of several tens of kilos between the unmanned underwater vehicle and the autonomous underwater robot, which would repel the latter. Furthermore, the device described has a significant weight, which prevents its deployment from a light ship. There is also no mention of the method used to locate the submerged autonomous underwater robot.
Un objectif de l’invention est de fournir un système de communication entre tout type d’objet émergé et d’objet immergé à une profondeur pouvant dépasser la centaine de mètres, dont la versatilité est améliorée et ce, afin de le démocratiser.An objective of the invention is to provide a communication system between any type of emerged object and submerged object at a depth which can exceed one hundred meters, the versatility of which is improved, in order to democratize it.
Pour ce faire, on prévoit selon l’invention un système de communication et de transfert entre un objet émergé et un objet immergé dans un milieu marin ou fluvial, caractérisé en ce qu’il comprend :To do this, there is provided according to the invention a communication and transfer system between an emerged object and an object immersed in a marine or river environment, characterized in that it comprises:
- un ombilical comportant une première extrémité apte à être reliée à l’objet émergé et une seconde extrémité,- an umbilical having a first end capable of being connected to the emerged object and a second end,
- un organe de jonction comprenant un transformateur électrique et relié à la seconde extrémité de l’ombilical,- a junction member comprising an electrical transformer and connected to the second end of the umbilical,
- un organe longiligne de connexion comprenant une première extrémité reliée à l’organe de jonction et une seconde extrémité, et- a long connecting member comprising a first end connected to the junction member and a second end, and
- un connecteur relié à la seconde extrémité de l’organe longiligne de connexion, comprenant des moyens de connexion à l’objet immergé, des moyens de propulsion et un module automatisé de positionnement par rapport à l’objet immergé, l’ombilical, l’organe de jonction, l’organe longiligne de connexion et le connecteur forment un canal de communication électrique entre l’objet émergé et l’objet immergé.a connector connected to the second end of the elongated connection member, comprising means for connection to the submerged object, propulsion means and an automated module for positioning relative to the submerged object, the umbilical, the he junction member, the elongate connection member and the connector form an electrical communication channel between the emerged object and the submerged object.
Ainsi, l’organe de jonction est immergé à une profondeur intermédiaire entre la surface et celle de l’objet immergé. Il est donc possible de transporter un courant électrique à haute tension, par exemple entre 1000 et 5000 volts, voire à très haute tension, par exemple entre 5000 et 20000 volts, à l’aide de l’ombilical entre l’objet immergé et l’organe de jonction. L’intensité du courant transporté peut donc être moins importante, à puissance fournie égale, ce qui limite les pertes en ligne. Le transformateur permet de convertir cette haute tension en une tension plus faible, conforme à celle que l’objet immergé peut supporter. Cette tension pour l’objet immergé peut être comprise entre 30 et 400 volts. Il est donc possible de relier électriquement l’objet émergé et l’objet immergé même lorsque ce dernier est situé à une profondeur importante, par exemple 3000 mètres. Il est ainsi notamment possible de fournir à l’objet immergé une puissance importante, par exemple 200 kW.Thus, the junction member is immersed at a depth intermediate between the surface and that of the immersed object. It is therefore possible to transport a high voltage electric current, for example between 1000 and 5000 volts, or even very high voltage, for example between 5000 and 20000 volts, using the umbilical between the submerged object and the junction member. The intensity of the current transported can therefore be less, at equal power supplied, which limits line losses. The transformer converts this high voltage into a lower voltage, consistent with what the submerged object can support. This voltage for the submerged object can be between 30 and 400 volts. It is therefore possible to electrically connect the emerged object and the submerged object even when the latter is located at a significant depth, for example 3000 meters. It is thus in particular possible to provide the submerged object with significant power, for example 200 kW.
En outre, comme le connecteur comprend un module automatisé de positionnement et des moyens de propulsion, il s’approche de façon autonome de l’objet immergé pour se connecter à lui. Le connecteur améliore donc l’efficacité du système en diminuant les risques d’erreur de pilotage depuis la surface, notamment en cas de mauvaises conditions maritimes et météorologiques.In addition, as the connector includes an automated positioning module and propulsion means, it independently approaches the submerged object to connect to it. The connector therefore improves the efficiency of the system by reducing the risk of piloting errors from the surface, especially in poor maritime and weather conditions.
Par ailleurs, de préférence, l’objet immergé comprend une embase complémentaire, capable de recevoir le connecteur du système de communication et de transfert. L’embase complémentaire comprend avantageusement une balise acoustique permettant une localisation précise de l’embase. Ainsi, la position selon trois dimensions de l’espace de l’embase et donc a fortiori de l’objet immergé est précisément connue.Furthermore, preferably, the submerged object comprises a complementary base, capable of receiving the connector of the communication and transfer system. The additional base advantageously includes an acoustic beacon allowing precise location of the base. Thus, the position according to three dimensions of the space of the base and therefore a fortiori of the submerged object is precisely known.
En outre, l’embase peut avoir une forme reconnaissable afin qu’un ordinateur puisse réaliser un traitement numérique de l’image capturée par une éventuelle caméra portée par le connecteur, ce qui permet ainsi de positionner précisément le connecteur relativement à l’embase selon les 3 dimensions de l’espace.In addition, the base can have a recognizable shape so that a computer can perform digital processing of the image captured by a possible camera carried by the connector, which thus makes it possible to precisely position the connector relative to the base according to the 3 dimensions of space.
Par exemple, l’embase peut comprendre un organe de forme particulière, ou une pastille de couleur réfléchissante, ou encore plusieurs diodes électroluminescentes sous-marines réparties de telle sorte qu’une forme reconnaissable est distinguable.For example, the base can include a member of a particular shape, or a reflective color patch, or even several underwater light-emitting diodes distributed so that a recognizable shape is distinguishable.
On peut aussi associer au moins deux de ces options afin de notamment permettre un guidage optique dans des eaux troubles, fortement réfléchissantes ou en faible visibilité.It is also possible to combine at least two of these options in order in particular to allow optical guidance in turbid, highly reflective or low visibility waters.
De plus, l’embase peut avoir une forme creuse en entonnoir afin de guider l’approche finale du connecteur et permettre un alignement parfait entre des prises mâles et femelles. Le connecteur peut aussi comprendre un dispositif d’ailettes inégalement réparties sur le connecteur et complémentaires d’un réseau de fentes sur l’embase.In addition, the socket can have a hollow funnel shape to guide the final approach to the connector and allow perfect alignment between male and female sockets. The connector can also include a device of fins unevenly distributed on the connector and complementary to a network of slots on the base.
En outre, le connecteur peut contenir un dispositif de reprise d’accroche capable de maintenir le connecteur dans son embase une fois le connecteur entré dans l’entonnoir. Cela peut par exemple prendre la forme de chiens mécaniques qui s’enclenchent au contact du connecteur dans son embase. Cela peut également prendre l’aspect d’un piston associé à un moteur contrôlé par l’ordinateur de bord et dont le mouvement horizontal permet, grâce à la forme du piston, de rapprocher le connecteur de l’embase et de maintenir la connexion. De préférence, les moyens suscités permettent une seule position d’accroche entre le connecteur et l’embase.In addition, the connector may contain a catching device capable of holding the connector in its base once the connector has entered the funnel. This can, for example, take the form of mechanical dogs which snap into contact with the connector in its socket. It can also take the form of a piston associated with an engine controlled by the on-board computer and whose horizontal movement allows, thanks to the shape of the piston, to bring the connector closer to the base and to maintain the connection. Preferably, the above-mentioned means allow a single position of attachment between the connector and the base.
Selon une variante, l’organe longiligne de connexion est plus souple que l’ombilical.Alternatively, the elongated connecting member is more flexible than the umbilical.
Le déplacement du connecteur est donc facilité et l’approche autonome est plus fiable. En effet, l’ombilical est destiné à être plus long que l’organe longiligne de connexion et à être relativement rectiligne sous l’eau. Inversement, l’organe longiligne de connexion est destiné à suivre les mouvements du connecteur. L’ombilical doit donc être plus rigide et avoir une inertie plus importante pour ne pas que les courants marins entraînent l’organe de jonction et le connecteur à une distance trop importante de l’objet immergé.Moving the connector is therefore easier and the autonomous approach is more reliable. Indeed, the umbilical is intended to be longer than the elongate connecting member and to be relatively straight underwater. Conversely, the elongated connection member is intended to follow the movements of the connector. The umbilical must therefore be more rigid and have greater inertia so that the sea currents do not entrain the junction member and the connector at too great a distance from the submerged object.
Selon une variante, l’organe longiligne de connexion présente une flottabilité neutre.Alternatively, the elongated connecting member has neutral buoyancy.
Ainsi, il amortit de façon efficace les mouvements de l’organe de jonction et le connecteur ne subit donc pas les contraintes liées au mouvement de l’organe de jonction, mouvement qui peut par exemple être dû à des contraintes provenant de l’objet émergé en surface.Thus, it effectively dampens the movements of the junction member and the connector therefore does not undergo the stresses linked to the movement of the junction member, movement which may for example be due to stresses originating from the emerged object. surface.
Selon un mode de réalisation, l’ombilical, l’organe de jonction, l’organe longiligne de connexion et le connecteur forment également un canal de communication optique entre l’objet émergé et l’objet immergé.According to one embodiment, the umbilical, the junction member, the elongate connection member and the connector also form an optical communication channel between the emerged object and the submerged object.
II est donc possible d’échanger des informations ou de l’énergie sous forme de signal électrique mais également optique. Le signal optique permet également d’échanger des données à un débit important, par exemple plusieurs signaux vidéo en haute définition.It is therefore possible to exchange information or energy in the form of an electrical signal but also an optical signal. The optical signal also makes it possible to exchange data at a high speed, for example several high-definition video signals.
Selon une variante, l’ombilical et l’organe longiligne de connexion renferment au moins une fibre optique.Alternatively, the umbilical and the elongated connecting member contain at least one optical fiber.
La fibre optique est un moyen simple et efficace pour échanger des informations sous forme de signal optique.Fiber optics is a simple and efficient way to exchange information in the form of an optical signal.
Selon un mode de réalisation, le connecteur comprend un récepteur apte à recevoir une commande de déplacement de l’objet émergé.According to one embodiment, the connector comprises a receiver capable of receiving a command to move the emerged object.
Ainsi, on peut aussi commander le déplacement du connecteur depuis l’objet émergé en cas par exemple de panne du module automatisé de positionnement. La fiabilité de système de communication est donc améliorée.Thus, it is also possible to control the movement of the connector from the emerged object in the event, for example, of failure of the automated positioning module. The reliability of the communication system is therefore improved.
Selon une variante, l’organe de jonction comprend un convertisseur de courant continu en courant alternatif et vice versa.Alternatively, the junction member includes a converter from direct current to alternating current and vice versa.
Selon un mode de réalisation, l’ombilical renferme un câble électrique apte à transporter un courant alternatif et/ou un courant continu.According to one embodiment, the umbilical contains an electric cable capable of transporting an alternating current and / or a direct current.
Selon une variante, l’organe longiligne de connexion renferme un câble électrique apte à transporter un courant alternatif et/ou un courant continu.According to a variant, the elongate connection member contains an electric cable capable of transporting an alternating current and / or a direct current.
Selon un mode de réalisation, l’ombilical est apte à transporter un courant dont une tension est supérieure à une tension d’un courant que l’organe longiligne de connexion est apte à transporter.According to one embodiment, the umbilical is able to transport a current whose voltage is greater than a voltage of a current that the elongate connecting member is able to transport.
Ainsi, on peut transporter un courant ayant des propriétés différentes de celles qui conviennent à l’objet immergé.Thus, one can transport a current having properties different from those which are suitable for the submerged object.
Selon une variante, l’organe longiligne de connexion comprend une gaine de protection comprenant du poly(p-phénylènetéréphtalamide), également connu sous le nom commercial de Kevlar.Alternatively, the elongate connecting member includes a protective sheath comprising poly (p-phenyleneterephthalamide), also known by the trade name of Kevlar.
Ainsi, tout en étant souple, l’organe longiligne de connexion est solide. On notera notamment que le kevlar est incompressible jusqu’à une profondeur importante, à savoir jusqu’à environ 3000 mètres et permet en outre de conférer à l’organe longiligne de connexion une flottabilité neutre, voire légèrement positive, jusqu’à cette profondeur limite.Thus, while being flexible, the elongate connecting member is solid. It will be noted in particular that the kevlar is incompressible up to a significant depth, namely up to approximately 3000 meters and also makes it possible to confer on the elongate connection member neutral, even slightly positive buoyancy, up to this limit depth .
Selon une variante, des flotteurs répartis le long de l’organe longiligne de connexion permettent de lui conférer sa flottabilité neutre. Ces flotteurs peuvent par exemple être constitués de mousse incompressible et dont la flottabilité positive compense la flottabilité négative de l’organe longiligne de connexion.According to a variant, floats distributed along the elongate connection member make it possible to impart its neutral buoyancy. These floats can for example be made of incompressible foam and whose positive buoyancy compensates for the negative buoyancy of the elongate connecting member.
Selon un mode de réalisation, l’organe de jonction comprend au moins un lest.According to one embodiment, the joining member comprises at least one ballast.
L’organe de jonction est donc positionné de façon stable sous l’eau.The junction member is therefore stably positioned underwater.
Selon une variante, l’organe de jonction comprend de l’huile isolante électriquement.Alternatively, the junction member includes electrically insulating oil.
En effet, l’organe de jonction se présente le plus souvent sous la forme d’un boîtier comprenant de l’huile afin d’isoler électriquement l’intérieur et l’extérieur de l’organe de jonction. L’organe de jonction comprend un compensateur permettant d’équilibrer la pression extérieure du milieu marin avec la pression intérieure de l’organe, en maintenant une légère surpression de l’intérieur vers l’extérieur. Ainsi, en cas de non étanchéité, l’huile isolante sortira du boitier et empêchera l’infiltration de l’eau salée aux propriétés conductrices. Afin de conserver un niveau d’huile suffisant, un réservoir est associé au compensateur. Pour équilibrer les pressions, le compensateur abrite généralement une membrane associée à un ressort permettant la légère surpression. La fiabilité de cet organe de jonction est donc accrue.Indeed, the junction member is most often in the form of a housing comprising oil in order to electrically isolate the inside and the outside of the junction member. The junction member includes a compensator to balance the external pressure of the marine environment with the internal pressure of the organ, maintaining a slight overpressure from the inside to the outside. Thus, in the event of non-sealing, the insulating oil will come out of the box and prevent the infiltration of salt water with conductive properties. In order to maintain a sufficient level of oil, a tank is associated with the compensator. To balance the pressures, the compensator generally houses a membrane associated with a spring allowing slight overpressure. The reliability of this junction member is therefore increased.
Selon un mode de réalisation, l’organe de jonction est relié à la seconde extrémité de l’ombilical de façon amovible.According to one embodiment, the junction member is removably connected to the second end of the umbilical.
Cette connexion amovible peut en outre permettre de transmettre la tension verticale de l’ombilical vers l’organe de jonction afin de ne pas mettre les câbles internes à l’organe de jonction en tension.This removable connection can also make it possible to transmit the vertical tension from the umbilical to the junction member so as not to put the internal cables to the junction member under tension.
Selon une variante, le connecteur est relié à la seconde extrémité de l’organe longiligne de connexion de façon amovible.Alternatively, the connector is removably connected to the second end of the elongate connection member.
Selon un mode de réalisation, la première extrémité de l’organe longiligne de connexion est reliée à l’organe de jonction de façon amovible.According to one embodiment, the first end of the elongate connection member is removably connected to the junction member.
On peut donc procéder à des opérations de maintenance du système de communication de façon simple.It is therefore possible to carry out maintenance operations on the communication system in a simple manner.
Selon une variante, le module automatisé de positionnement du connecteur comprend au moins l’un des outils de navigation suivant : une caméra, de préférence une caméra du type haute définition (HD), un profondimètre, un capteur de vitesse instantanée, un gyroscope, une centrale inertielle et un compas. Optionnellement, le module automatisé de positionnement comprend un module acoustique et un hydrophone.According to a variant, the automated connector positioning module comprises at least one of the following navigation tools: a camera, preferably a camera of the high definition (HD) type, a depth gauge, an instantaneous speed sensor, a gyroscope, an inertial unit and a compass. Optionally, the automated positioning module includes an acoustic module and a hydrophone.
D’une part, le module automatisé de positionnement se déplace de façon automatisée de façon fiable et d’autre part, il peut envoyer vers l’objet émergé des données de navigation.On the one hand, the automated positioning module moves in an automated manner reliably and on the other hand, it can send navigation data to the emergent object.
Selon un mode de réalisation, les moyens de propulsion du connecteur comprennent au moins deux propulseurs, de préférence du type vectoriel.According to one embodiment, the connector propelling means comprise at least two propellants, preferably of the vector type.
Un propulseur de type vectoriel est efficace pour un déplacement sous-marin. Il pourra par exemple s’agir d’un propulseur électronique ou hydraulique.A vector type thruster is effective for underwater movement. It could for example be an electronic or hydraulic thruster.
Selon une variante, le module automatisé de positionnement du connecteur comprend des moyens de positionnement acoustique.According to a variant, the automated connector positioning module comprises acoustic positioning means.
Selon un mode de réalisation, le module automatisé de positionnement du connecteur comprend un modem de communication acoustique du type Short Base Line (SBL) ou Ultra Short Base Line (USBL).According to one embodiment, the automated connector positioning module comprises an acoustic communication modem of the Short Base Line (SBL) or Ultra Short Base Line (USBL) type.
Le repérage de l’objet immergé est donc plus simple.Locating the submerged object is therefore easier.
Selon une variante, le connecteur comprend des moyens automatisés aptes à déconnecter le connecteur de l’objet immergé en cas de détection d’une mauvaise connexion entre le connecteur et l’objet immergé.Alternatively, the connector comprises automated means capable of disconnecting the connector from the submerged object in the event of detection of a poor connection between the connector and the submerged object.
Ainsi, si l’intégrité du connecteur est menacée, par exemple car la connexion entre le connecteur et l’objet immergé n’est pas étanche, ce dernier se déconnecte automatiquement. De même, si la tension dans l’organe longiligne de connexion dépasse une valeur qui menacerait l’intégrité du connecteur, de l’organe longiligne de connexion ou de l’ombilical. Le connecteur réalise par exemple un mouvement contraire à celui décrit dans l’accroche afin d’éjecter le connecteur de l’entonnoir de l’embase. Plus généralement, le connecteur se déconnecte de l’objet immergé.Thus, if the integrity of the connector is threatened, for example because the connection between the connector and the submerged object is not waterproof, the latter is automatically disconnected. Likewise, if the tension in the elongate connecting member exceeds a value which would threaten the integrity of the connector, the elongate connecting member or the umbilical. The connector, for example, performs a movement opposite to that described in the hook in order to eject the connector from the funnel of the base. More generally, the connector disconnects from the submerged object.
On prévoit également selon l’invention un ensemble comprenant un objet immergé dans un milieu marin ou fluvial et un système de communication tel que précédemment décrit, le connecteur du système de communication est relié à l’objet immergé.There is also provided according to the invention an assembly comprising an object immersed in a marine or river environment and a communication system as previously described, the connector of the communication system is connected to the immersed object.
Selon une variante, l’ensemble comprend un objet émergé, la première extrémité de l’ombilical est reliée à l’objet émergé.Alternatively, the assembly includes an emerged object, the first end of the umbilical is connected to the emerged object.
Selon un mode de réalisation, l’objet émergé est un navire ou une plateforme d’extraction pétrolière ou minière ou un aéronef, de préférence, l’aéronef est un hélicoptère.According to one embodiment, the object emerged is a ship or an oil or mining extraction platform or an aircraft, preferably, the aircraft is a helicopter.
Selon une variante, l’objet immergé est un véhicule du type véhicule sous-marin téléguidé également connu sous le nom de Remotely operated vehicle (ROV) ou robot sous3055607 marin autonome également sous le nom de Autonomous underwater vehicle (AUV), ou encore une station sous-marine autonome ou garage sous-marin posé sur le fond.According to a variant, the submerged object is a vehicle of the remotely-guided underwater vehicle type also known under the name of Remotely operated vehicle (ROV) or autonomous submarine robot also under the name of Autonomous underwater vehicle (AUV), or even a autonomous underwater station or underwater garage placed on the bottom.
On notera en effet que le système de communication peut être aussi bien utilisé avec un véhicule sous-marin téléguidé qu’un robot sous-marin autonome.Note that the communication system can be used with an underwater vehicle as well as an autonomous underwater robot.
On prévoit aussi selon l’invention un procédé de mise en communication entre un objet émergé et un objet immergé dans un milieu marin ou fluvial au moyen d’un système de communication et de transfert tel que précédemment décrit, comprenant les étapes suivantes :According to the invention, there is also provided a method of establishing communication between an emerged object and an object immersed in a marine or river environment by means of a communication and transfer system as previously described, comprising the following steps:
- on relie la première extrémité de l’ombilical à l’objet émergé,- we connect the first end of the umbilical to the emerged object,
- on relie le connecteur à l’objet immergé.- we connect the connector to the submerged object.
Selon une variante, l’objet émergé comprend un générateur électrique et l’objet immergé comprend au moins une batterie, on alimente la batterie en énergie électrique provenant du générateur au moyen du système de communication.According to a variant, the emerged object comprises an electric generator and the submerged object comprises at least one battery, the battery is supplied with electric energy from the generator by means of the communication system.
Ainsi, l’objet émergé peut rester sous l’eau plus longtemps et procéder à une mission d’exploration plus longue.Thus, the emerged object can stay underwater longer and carry out a longer exploration mission.
Selon un mode de réalisation, le connecteur comprend un récepteur apte à recevoir une commande de déplacement du connecteur et l’objet immergé comprend un émetteur apte à émettre une commande de déplacement du connecteur, on commande depuis l’objet immergé le déplacement du connecteur.According to one embodiment, the connector comprises a receiver capable of receiving a command to move the connector and the submerged object comprises a transmitter capable of transmitting a command to move the connector, the movement of the connector is controlled from the submerged object.
Ainsi, en cas de défaillance du module automatisé de positionnement, il est toujours possible d’approcher le connecteur de l’objet immergé.Thus, in the event of failure of the automated positioning module, it is always possible to approach the connector of the submerged object.
On notera que de préférence, l’organe de jonction ne comporte pas d’enrouleur pour l’organe longiligne de connexion. En effet, l’organe longiligne de connexion présente en général une longueur relativement réduite, ce qui permet de se passer de l’enrouleur et donc d’alléger le système de communication et de transfert.It should be noted that preferably, the junction member does not include a reel for the elongate connection member. Indeed, the elongate connection member generally has a relatively short length, which makes it possible to dispense with the reel and therefore to lighten the communication and transfer system.
On va maintenant décrire, à titre d’exemple non limitatif, un mode de réalisation de l’invention à l’aide des figures suivantes :We will now describe, by way of nonlimiting example, an embodiment of the invention using the following figures:
- la figure 1 est une vue de face d’un système de communication selon l’invention, d’un objet immergé et d’un objet émergé,FIG. 1 is a front view of a communication system according to the invention, of an immersed object and of an emerged object,
- la figure 2 représente schématiquement un organe de jonction et un connecteur du système de télécommunication,FIG. 2 schematically represents a junction member and a connector of the telecommunications system,
- la figure 3 illustre un ombilical du système de communication vu en coupe selon un plan transversal à un axe longitudinal de l’ombilical, etFIG. 3 illustrates an umbilical of the communication system seen in section along a plane transverse to a longitudinal axis of the umbilical, and
- la figure 4 est une vue en perspective de l’organe de jonction.- Figure 4 is a perspective view of the joining member.
On a représenté à la figure 1 un système de communication et de transfert 10 selon un exemple de réalisation de l’invention. Le système de communication 10 est destiné à permettre une communication entre un objet émergé et un objet immergé.FIG. 1 shows a communication and transfer system 10 according to an exemplary embodiment of the invention. The communication system 10 is intended to allow communication between an emerged object and an immersed object.
Ici, l’objet émergé se présente sous la forme d’un navire 12. Plus généralement, l’objet émergé peut être tout type d’objet flottant, mais aussi un objet volant tel qu’un hélicoptère, de préférence en vol stationnaire. On notera en effet que le système de communication 10 peut être déployé à partir d’un objet émergé de faible masse. L’objet émergé peut aussi être monté sur des piliers reposant sur un fond marin tel qu’une plate-forme d’extraction pétrolière ou minière.Here, the emerged object is in the form of a ship 12. More generally, the emerged object can be any type of floating object, but also a flying object such as a helicopter, preferably in hovering flight. It will in fact be noted that the communication system 10 can be deployed from a low mass emergent object. The emerged object can also be mounted on pillars resting on a seabed such as an oil or mining extraction platform.
L’objet immergé se présente sous la forme d’une station sous-marine 14. Alternativement, l’objet immergé peut être un robot sous-marin autonome connu sous l’acronyme anglais AUV (Autonomous underwater vehicle) ou un véhicule sous-marin téléguidé, également connu sous l’acronyme anglais ROV (Remotely operated vehicle). L’objet immergé peut être une unité sous-marine de production d’électricité, du type hydrolienne ou pilier d’éolienne ou une unité sous-marine destinée à effectuer des mesures de nature scientifique. Plus généralement, l’objet immergé peut être tout type de véhicule ou d’objet apte à être immergé.The submerged object is in the form of an underwater station 14. Alternatively, the submerged object can be an autonomous underwater robot known by the acronym AUV (Autonomous underwater vehicle) or an underwater vehicle remotely controlled, also known by the acronym ROV (Remotely operated vehicle). The submerged object can be an underwater unit for generating electricity, such as a tidal turbine or wind turbine pillar, or an underwater unit intended for carrying out scientific measurements. More generally, the submerged object can be any type of vehicle or object capable of being submerged.
La station sous-marine 14 a une position fixée. Elle est ici du type garage sous-marin destiné à héberger un ou plusieurs robots sous-marin autonome ou véhicules sous-marin téléguidé. Selon une variante, la station sous-marine 14 peut aussi par exemple être une tête d’un puits pétrolier ou gazier sous-marin.The underwater station 14 has a fixed position. Here it is of the underwater garage type intended to house one or more autonomous underwater robots or unmanned underwater vehicles. According to a variant, the submarine station 14 can also, for example, be a head of an underwater oil or gas well.
La station sous-marine 14 est ici immergée dans un milieu marin, à savoir un océan 15, ayant une surface 17 sur laquelle flotte le navire 12. II peut aussi être immergé dans une mer. II peut également être immergé dans un milieu fluvial et plus généralement, dans tout type d’étendue d’eau suffisamment profonde. En outre, la station sous-marine 14 comprend une batterie d’accumulateurs qui lui fournit l’énergie nécessaire à son fonctionnement.The underwater station 14 is here immersed in a marine environment, namely an ocean 15, having a surface 17 on which the ship 12 floats. It can also be immersed in a sea. It can also be immersed in a fluvial environment and more generally, in any type of sufficiently deep body of water. In addition, the submarine station 14 includes a storage battery which supplies it with the energy necessary for its operation.
Le système de communication 10 comprend un ombilical 16, un organe de jonction 18, un organe longiligne de connexion 20 et un connecteur 22.The communication system 10 comprises an umbilical 16, a junction member 18, a long connection member 20 and a connector 22.
L’ombilical 16 a une forme longiligne, comporte un axe longitudinal et comprend une première extrémité longitudinale 23 qui est reliée à un générateur électrique et à un générateur de signal optique ou lumineux du navire 12. A cet effet, le navire 12 comprend un enrouleur 24, actionné par un moteur, par exemple alimenté en énergie électrique par une batterie d’accumulateurs du type power pack, qui permet de dérouler l’ombilical 16 depuis le navire 12 en profondeur dans l’océan 15. L’enrouleur 24 est aussi commandé par des moyens de pilotage tels qu’une console électriquement reliée au moteur.The umbilical 16 has a slender shape, has a longitudinal axis and includes a first longitudinal end 23 which is connected to an electric generator and to an optical or light signal generator of the vessel 12. For this purpose, the vessel 12 comprises a reel 24, powered by a motor, for example supplied with electrical energy by a power pack type accumulator battery, which allows the umbilical 16 to be unwound from the ship 12 deep into the ocean 15. The reel 24 is also controlled by control means such as a console electrically connected to the motor.
L’ombilical 16 comprend une seconde extrémité longitudinale 26, opposée à la première 23 et à laquelle est reliée une première extrémité longitudinale 28 de l’organe de jonction 18. A une seconde extrémité longitudinale 30 opposée à la première extrémité 28, l’organe de jonction 16 est relié à une première extrémité longitudinale 32 de l’organe longiligne de connexion 20. L’organe longiligne de connexion 20 comprend une seconde extrémité longitudinale 34, opposée à la première extrémité 32, à laquelle est relié le connecteur 22.The umbilical 16 comprises a second longitudinal end 26, opposite the first 23 and to which is connected a first longitudinal end 28 of the junction member 18. At a second longitudinal end 30 opposite the first end 28, the member junction 16 is connected to a first longitudinal end 32 of the elongate connection member 20. The elongate connection member 20 comprises a second longitudinal end 34, opposite the first end 32, to which the connector 22 is connected.
On notera par ailleurs que les liaisons entre la seconde extrémité longitudinale 26 de l’ombilical 16 et la première extrémité longitudinale 28 de l’organe de jonction 18, entre la seconde extrémité longitudinale 30 de l’organe de jonction 18 et la première extrémité longitudinale 32 de l’organe longiligne de connexion 20 et entre la seconde extrémité longitudinale 34 de l’organe longiligne de connexion 20 et le connecteur 22 sont amovibles, par exemple au moyen de connecteurs comprenant des moyens d’étanchéité. Ainsi, il est facile, de remplacer l’une des parties du système de communication 10, par exemple s’il faut procéder à des opérations de maintenance.Note also that the connections between the second longitudinal end 26 of the umbilical 16 and the first longitudinal end 28 of the junction member 18, between the second longitudinal end 30 of the junction member 18 and the first longitudinal end 32 of the elongate connection member 20 and between the second longitudinal end 34 of the elongate connection member 20 and the connector 22 are removable, for example by means of connectors comprising sealing means. Thus, it is easy to replace one of the parts of the communication system 10, for example if it is necessary to carry out maintenance operations.
L’ombilical 16 possède un poids, une inertie et une rigidité suffisants pour conserver un caractère relativement rectiligne en dépit des courants marins. L’ombilical 16 comprend de plus une armature en acier 19 afin de résister à la tension qu’il subit. L’ombilical 16 a ainsi une flottabilité négative. En outre, il possède une capacité à tenir une traction suffisante pour supporter l’organe de jonction 18, relié à la seconde extrémité longitudinale 26 de l’ombilicalThe umbilical 16 has sufficient weight, inertia and rigidity to maintain a relatively straight character despite the ocean currents. The umbilical 16 further includes a steel frame 19 to withstand the stress it experiences. The umbilical 16 thus has a negative buoyancy. In addition, it has a capacity to hold sufficient traction to support the junction member 18, connected to the second longitudinal end 26 of the umbilical
16. Comme on le voit sur la figure 3, selon une réalisation, l’ombilical 16 comprend trois câbles électriques 36 dédiés à la circulation d’un courant alternatif. II comprend en outre optionnellement deux câbles électriques 38 dédiés à la circulation d’un courant continu. De plus, l’ombilical 16 comporte, toujours de façon optionnelle, trois fibres optiques 40 aptes à permettre la circulation d’une information lumineuse. Les câbles électriques 36, 38 et les fibres optiques 40 parcourent toute la longueur de l’ombilical 16 depuis la première extrémité longitudinale 23 à la seconde extrémité longitudinale 26 et forment une arrivée électrooptique pour l’organe de jonction 18 comme indiqué ci-dessous. Le courant électrique circulant dans l’ombilical 16 a de préférence une tension comprise entre 1500 et 5000 volts. En outre, on constate expérimentalement une baisse de tension entre les première 23 et seconde 26 extrémités longitudinales de l’ombilical 16 due aux pertes liées au transport du courant sous l’eau et sur une distance importante, par exemple de l’ordre de 3000 mètres.16. As can be seen in FIG. 3, according to one embodiment, the umbilical 16 comprises three electric cables 36 dedicated to the circulation of an alternating current. It also optionally includes two electric cables 38 dedicated to the circulation of a direct current. In addition, the umbilical 16 comprises, still optionally, three optical fibers 40 capable of allowing the circulation of light information. The electric cables 36, 38 and the optical fibers 40 run the entire length of the umbilical 16 from the first longitudinal end 23 to the second longitudinal end 26 and form an electro-optical inlet for the junction member 18 as shown below. The electric current flowing in the umbilical 16 preferably has a voltage between 1500 and 5000 volts. In addition, there is experimentally a drop in voltage between the first 23 and second 26 longitudinal ends of the umbilical 16 due to losses related to the transport of current underwater and over a significant distance, for example of the order of 3000 meters.
L’organe de jonction 18, notamment illustré aux figures 2 et 4, se présente sous la forme d’un organe renfermant une boîte de jonction 44 protégée par une cage 45 comprenant une pluralité de barreaux permettant de protéger la boîte de jonction 44 et de résister à la traction. Les barreaux sont de préférence en métal. L’organe de jonction 18 est de préférence de forme cylindrique. II comprend une arrivée électro-optique 42 qui se présente sous la forme d’un canal de communication qui renferme les câbles électriques 36, 38 et les fibres optiques 40 et qui débouche dans la boîte de jonction 44. L’organe de jonction 18 comprend de l’huile afin notamment d’isoler électriquement la boîte de jonction 44 et l’arrivée électro-optique 42 de l’océan. Comme on le voit sur la partie droite de la figure 2 qui représente de façon schématique la boîte de jonction 44, ce dernier comprend un transformateur électrique 46, capable notamment de transformer un courant à haute tension en courant à basse tension et vice et versa, une sortie électrique 48 et une sortie optique 50. Le transformateur électrique 46 est relié aux deux câbles électriques 38 dédiés à la circulation d’un courant continu. Inversement, les câbles électriques 36 dédiés à la circulation d’un courant alternatif et les fibres optiques 40 traversent la boîte de jonction 44 et l’organe de jonction 18 sans que leurs propriétés soient modifiées. Selon des variantes du présent mode de réalisation, le transformateur électrique 46 est aussi ou uniquement relié aux câbles électriques 36 dédiés à la circulation d’un courant alternatif. Le transformateur électrique 46 est alors de préférence du type transformateur de puissance, c’est-à-dire qu’il ne modifie pas la fréquence du courant alternatif qu’il transforme. Mais le transformateur électrique 46 peut aussi être apte à modifier une fréquence d’un courant continu. En outre, le transformateur électrique 46 peut aussi être apte à transformer un courant alternatif en courant continu et vice versa. Ainsi, les câbles électriques 36, 38 et les fibres optiques 40 sont étanches. De plus, l’organe de jonction 18 comprend un lest afin que l’ombilical 16 soit tendu et rectiligne comme illustré en figure 1. Le lest peut comprendre une pluralité d’objets. Ainsi, le poids du lest peut être ajusté à la longueur souhaitée de l’ombilical 16 immergé. Le lest peut également être retiré. En outre, la cage 45 remplit également la fonction d’un lest.The junction member 18, in particular illustrated in FIGS. 2 and 4, is in the form of a member containing a junction box 44 protected by a cage 45 comprising a plurality of bars making it possible to protect the junction box 44 and resist traction. The bars are preferably made of metal. The joining member 18 is preferably cylindrical in shape. It includes an electro-optical inlet 42 which takes the form of a communication channel which encloses the electric cables 36, 38 and the optical fibers 40 and which opens into the junction box 44. The junction member 18 comprises oil in particular to electrically isolate the junction box 44 and the electro-optical inlet 42 from the ocean. As can be seen on the right-hand side of FIG. 2 which schematically represents the junction box 44, the latter comprises an electrical transformer 46, capable in particular of transforming a high voltage current into low voltage current and vice versa, an electrical output 48 and an optical output 50. The electrical transformer 46 is connected to the two electrical cables 38 dedicated to the circulation of a direct current. Conversely, the electric cables 36 dedicated to the circulation of an alternating current and the optical fibers 40 pass through the junction box 44 and the junction member 18 without their properties being modified. According to variants of this embodiment, the electric transformer 46 is also or only connected to the electric cables 36 dedicated to the circulation of an alternating current. The electric transformer 46 is then preferably of the power transformer type, that is to say that it does not modify the frequency of the alternating current which it transforms. However, the electric transformer 46 may also be able to modify a frequency of a direct current. In addition, the electrical transformer 46 may also be able to transform an alternating current into direct current and vice versa. Thus, the electric cables 36, 38 and the optical fibers 40 are sealed. In addition, the joining member 18 comprises a ballast so that the umbilical 16 is stretched and straight as illustrated in FIG. 1. The ballast can comprise a plurality of objects. Thus, the weight of the ballast can be adjusted to the desired length of the submerged umbilical 16. Ballast can also be removed. In addition, the cage 45 also fulfills the function of a ballast.
L’organe longiligne de connexion 20 présente une souplesse plus importante que celle de l’ombilical 16 afin de ne pas entraver les mouvements du connecteur 22. De façon similaire à l’ombilical 16, il renferme une pluralité de câbles électriques dédiés à la circulation d’un courant continu, dédiés à la circulation d’un courant alternatif et une pluralité de fibres optiques dédiées à la propagation d’un signal lumineux. En outre, il peut comprendre une gaine de protection comprenant du poly(p-phénylènetéréphtalamide) également connu sous l’acronyme PPD-T et son nom commercial Kevlar. Ce matériau permet de conférer à l’organe longiligne de connexion 20 une résistance et une souplesse adéquates. Le courant électrique circulant dans l’organe longiligne de connexion 20 a de préférence une tension comprise entre 40 et 400 volts.The elongate connection member 20 has greater flexibility than that of the umbilical 16 so as not to impede the movements of the connector 22. Similarly to the umbilical 16, it contains a plurality of electric cables dedicated to circulation of a direct current, dedicated to the circulation of an alternating current and a plurality of optical fibers dedicated to the propagation of a light signal. In addition, it may include a protective sheath comprising poly (p-phenyleneterephthalamide) also known by the acronym PPD-T and its trade name Kevlar. This material makes it possible to give the elongate connection member 20 adequate strength and flexibility. The electric current flowing in the elongate connection member 20 preferably has a voltage between 40 and 400 volts.
Le connecteur 22 comprend une arrivée électro-optique 53, reliée à l’organe longiligne de connexion 20, un module électrique 54, relié à l’arrivée électro-optique 53, qui comporte un compensateur 56 et une pluralité de fibres optiques 58 et de câbles électriques 60, dédiés à la circulation d’un courant continu et/ou alternatif, et reliés d’une part à une sortie du module électrique 54 et d’autre part à un organe de connexion électro-optique 62. Cet organe de connexion électro-optique 62 forme un moyen de connexion à la station sous-marine 14. II est donc de façon générale complémentaire d’un organe de connexion électro-optique porté par la station sous-marine 14 comme on va le voir ci-dessous. Le compensateur 56 permet d’équilibrer la pression extérieure du milieu marin avec la pression intérieure du connecteur 22, en maintenant une légère surpression de l’intérieur vers l’extérieur. Le compensateur 56 comprend à cet effet une membrane et un ressort associés à un réservoir d’huile isolante.The connector 22 comprises an electro-optical inlet 53, connected to the elongate connection member 20, an electrical module 54, connected to the electro-optical inlet 53, which comprises a compensator 56 and a plurality of optical fibers 58 and electric cables 60, dedicated to the circulation of a direct and / or alternating current, and connected on the one hand to an output of the electrical module 54 and on the other hand to an electro-optical connection member 62. This connection member electro-optic 62 forms a means of connection to the underwater station 14. It is therefore generally complementary to an electro-optical connection member carried by the underwater station 14 as will be seen below. The compensator 56 makes it possible to balance the external pressure of the marine environment with the internal pressure of the connector 22, while maintaining a slight overpressure from the inside to the outside. The compensator 56 for this purpose comprises a membrane and a spring associated with a reservoir of insulating oil.
Le connecteur 22 comprend également deux propulseurs, par exemple, de type vectoriel qui se présentent ici sous la forme d’hélices et qui permettent au connecteur 22 de se déplacer sous l’eau. Les deux propulseurs forment donc des moyens de propulsion du connecteur 22. Les deux propulseurs nécessitent une puissance importante pour assurer le déplacement du connecteur 22. Ainsi, une partie de l’énergie électrique fournie par le navire 12 est destinée à alimenter les deux propulseurs. Les déplacements du connecteur 22 sont limités dans une boule qui a pour centre la seconde extrémité longitudinale 30 de l’organe de jonction 18 et pour rayon la longueur de l’organe longiligne de connexion 20. Le connecteur 22 est capable de se déplacer dans trois directions non coplanaires de l’espace et est capable d’entrer en rotation selon trois angles autour de son centre de gravité.The connector 22 also includes two thrusters, for example, of the vector type which are here in the form of propellers and which allow the connector 22 to move underwater. The two propellants therefore form means of propelling the connector 22. The two propellants require significant power to move the connector 22. Thus, part of the electrical energy supplied by the vessel 12 is intended to supply the two propellants. The displacements of the connector 22 are limited in a ball which has for center the second longitudinal end 30 of the junction member 18 and for radius the length of the elongate connection member 20. The connector 22 is capable of moving in three non-coplanar directions of space and is able to rotate at three angles around its center of gravity.
Ainsi, lors de la descente verticale du connecteur 22 sous l’eau, celui-ci vérifie sa position de façon à évider de torsader l’organe longiligne de connexion 20.Thus, during the vertical descent of the connector 22 underwater, the latter verifies its position so as to avoid twisting the elongate connection member 20.
Par ailleurs, selon une variante avantageuse de ce mode de réalisation, le connecteur comprend quatre propulseurs horizontaux et trois propulseurs verticaux. Ces propulseurs sont dimensionnés de façon à pouvoir fournir une poussée verticale suffisante lors de la connexion entre le connecteur 22 et la station sous-marine 14.Furthermore, according to an advantageous variant of this embodiment, the connector comprises four horizontal thrusters and three vertical thrusters. These thrusters are dimensioned so as to be able to provide sufficient vertical thrust during the connection between the connector 22 and the underwater station 14.
En outre, le connecteur 22 comprend un module automatisé de positionnement 64, comprenant au moins un des outils de navigation suivants: une caméra, éventuellement du type haute définition (HD), un profondimètre, un altimètre, un capteur de vitesse instantanée, un ou plusieurs gyroscopes, un ou plusieurs accéléromètres, un ou plusieurs compas.In addition, the connector 22 comprises an automated positioning module 64, comprising at least one of the following navigation tools: a camera, possibly of the high definition (HD) type, a depth gauge, an altimeter, an instant speed sensor, one or more several gyroscopes, one or more accelerometers, one or more compasses.
Le module de positionnement 64 permet de déterminer la position, selon six degrés de liberté, du connecteur 22, notamment par rapport à la station sous-marine 14. De plus, le connecteur 22 et la station sous-marine 14 peuvent être équipés de moyens de positionnement acoustiques comportant un module de positionnement USBL (Ultra Short Base Line). Le module de positionnement USBL peut par exemple être installé sur le connecteur 22, tandis qu'un transpondeur est installé sur la station sous-marine 14. Le module de positionnement USBL est alors configuré pour émettre un signal auquel répond le transpondeur. En mesurant certaines propriétés acoustiques des signaux, comme par exemple le temps écoulé entre l'émission du signal et la réception du signal de réponse, les différences de phase du signal de réponse reçu mesuré en différent points du module USBL, le module USBL du connecteur 22 détermine la position de la station sous-marine 14.The positioning module 64 makes it possible to determine the position, according to six degrees of freedom, of the connector 22, in particular relative to the underwater station 14. In addition, the connector 22 and the underwater station 14 can be equipped with means positioning systems with a USBL (Ultra Short Base Line) positioning module. The USBL positioning module can for example be installed on the connector 22, while a transponder is installed on the underwater station 14. The USBL positioning module is then configured to transmit a signal to which the transponder responds. By measuring certain acoustic properties of signals, such as for example the time elapsed between the emission of the signal and the reception of the response signal, the phase differences of the response signal received measured at different points of the USBL module, the USBL module of the connector 22 determines the position of the submarine station 14.
Selon le type de capteur de positionnent acoustique et la configuration retenue, la communication de données par voie acoustique pourra être utile.Depending on the type of acoustic position sensor and the configuration chosen, acoustic data communication may be useful.
Ainsi, le connecteur 22 est apte à déterminer automatiquement sa position par rapport à la station sous-marine 14 et à se déplacer pour se rapprocher de celle-ci. En outre, le connecteur est apte à se relier de manière électro-optique à la station sous-marine 14 par l’intermédiaire de l’organe de connexion électro-optique 62. Ainsi, la station sous-marine 14 comprend un organe de connexion électro-optique qui est complémentaire de l’organe de connexion électro-optique 62 porté par le connecteur 22. L’organe de connexion porté par la station sous-marine 14 est ici une embase 21 complémentaire du connecteur 22. L’embase comprend notamment une ou plusieurs formes optiques reconnaissables. En outre, le connecteur 22 comprend des moyens automatisés aptes à déconnecter le connecteur 22 de la station sous-marine 14 en cas de détection d’une mauvaise connexion entre le connecteur 22 et la station sous-marine 14. Ainsi, le connecteur 22 est apte à se déconnecter de la station sous-marine 14 si par exemple, la connexion entre ces deux objets n’est pas étanche ou si un corps étranger exerce une pression sur le connecteur 22 qui risque de l’endommager. A cet effet, l’organe longiligne de connexion 20 comprend un capteur de tension. Si la tension mesurée dépasse un seuil prédéterminé, par exemple car le navire 12 s’éloigne de la station sous-marine 14, le connecteur 22 se déconnecte de la station sousmarine 14.Thus, the connector 22 is able to automatically determine its position relative to the underwater station 14 and to move in order to approach it. In addition, the connector is able to connect electro-optically to the underwater station 14 by means of the electro-optical connection member 62. Thus, the underwater station 14 comprises a connection member electro-optic which is complementary to the electro-optical connection member 62 carried by the connector 22. The connection member carried by the underwater station 14 is here a base 21 complementary to the connector 22. The base comprises in particular one or more recognizable optical shapes. In addition, the connector 22 includes automated means capable of disconnecting the connector 22 from the underwater station 14 in the event of detection of a poor connection between the connector 22 and the underwater station 14. Thus, the connector 22 is able to disconnect from the submarine station 14 if, for example, the connection between these two objects is not waterproof or if a foreign body exerts pressure on the connector 22 which risks damaging it. To this end, the elongate connection member 20 comprises a tension sensor. If the measured voltage exceeds a predetermined threshold, for example because the ship 12 is moving away from the underwater station 14, the connector 22 is disconnected from the underwater station 14.
Ainsi, lorsque le connecteur est relié à la station sous-marine 14, l’ombilical 16, l’organe de jonction 18, l’organe longiligne de connexion 20 et le connecteur 22 forment un canal de communication électrique et optique entre le navire 12 et la station sous-marine 14. II est donc possible d’échanger des informations entre le navire 12 et la station sous-marine 14. Par exemple, il est possible, depuis le navire 12, de récolter des informations recueillies par la station sous-marine 14. II est aussi possible de fournir à la station sous-marine 14 des informations relatives à une zone que des ROVs ou AUVS, hébergés par la station sousmarine 14, doivent explorer. En outre, il est possible de recharger la batterie d’accumulateurs de la station sous-marine 14. Cette dernière peut donc rester immergée plus longtemps ou recharger à son tour la batterie d’accumulateurs des ROVs ou AUVS hébergés. II est également possible de mettre à jour un logiciel embarqué dans la station sous-marine 14 ou de reprogrammer une mission, par exemple d’exploration ou de maintenance, pour les ROVS ou AUVS hébergés par celle-ci.Thus, when the connector is connected to the underwater station 14, the umbilical 16, the junction member 18, the elongate connection member 20 and the connector 22 form an electrical and optical communication channel between the vessel 12 and underwater station 14. It is therefore possible to exchange information between ship 12 and underwater station 14. For example, it is possible, from ship 12, to collect information collected by the station under -marine 14. It is also possible to provide the submarine station 14 with information relating to an area that ROVs or AUVS, hosted by the submarine station 14, must explore. In addition, it is possible to recharge the storage battery of the submarine station 14. The latter can therefore remain submerged for a longer time or in turn recharge the storage battery of the hosted ROVs or AUVS. It is also possible to update software embedded in the submarine station 14 or to reschedule a mission, for example of exploration or maintenance, for the ROVS or AUVS hosted by it.
Comme l’organe de jonction 18 comprend un transformateur électrique 46, il est possible de transporter à haute tension, et donc de façon efficace en minimisant les pertes en ligne, le courant dans l’ombilical 16 sur une longue distance. Ensuite, il est possible de convertir le courant pour que ses propriétés soient adaptées pour être exploité par la station sousmarine 14. Notamment, la station sous-marine 14 a besoin d’un courant à basse tension pour recharger sa batterie d’accumulateurs. Ainsi, l’ombilical 16 est apte à transporter un courant dont une tension est supérieure à une tension d’un courant que l’organe longiligne de connexion 20 est apte à transporter. Ainsi, l’ombilical 16 peut par exemple avoir une longueur de 3000 mètres et l’organe longiligne de connexion 20 une longueur d’une centaine de mètres. Enfin, il est possible de recharger rapidement, par exemple en environ 20 minutes les batteries de la station sous-marines ou du système immergé.As the junction member 18 comprises an electrical transformer 46, it is possible to transport at high voltage, and therefore efficiently, while minimizing line losses, the current in the umbilical 16 over a long distance. Then, it is possible to convert the current so that its properties are adapted to be used by the submarine station 14. In particular, the submarine station 14 needs a low voltage current to recharge its accumulator battery. Thus, the umbilical 16 is able to transport a current whose voltage is greater than a voltage of a current that the elongate connecting member 20 is able to transport. Thus, the umbilical 16 can for example have a length of 3000 meters and the elongate connecting member 20 a length of a hundred meters. Finally, it is possible to recharge quickly, for example in about 20 minutes the batteries of the submarine station or the submerged system.
On va maintenant décrire le procédé d’utilisation du système de communication et de transfert 10.We will now describe the method of using the communication and transfer system 10.
Au préalable, la station sous-marine 14 est immergée, par exemple à une profondeur de 3000 mètres environ.Beforehand, the underwater station 14 is submerged, for example at a depth of about 3000 meters.
Puis, lorsqu’il est nécessaire par exemple de recharger la batterie d’accumulateurs de la station sous-marine 14 dans l’océan 15 ou de collecter des informations qu’elle a recueillies, on déplace le navire 12 sur la surface 17 de l’océan 15. Lorsque le navire 12 est sensiblement sur une portion de la surface 17 de l’océan 15 qui est située sur une même direction verticale que la station sous-marine 14, on relie la première extrémité longitudinale 23 de l’ombilical 16 à un organe électrique ou optique du navire 12 tel qu’un générateur ou un ordinateur apte collecter des données. Pour ce faire, le navire 12 utilise un système de localisation du type DPS, pour Dynamic positioning System, qui permet de positionner, avec une précision de l’ordre de quelques centimètres, le navire 12 grâce à des propulseurs d’étraves.Then, when it is necessary for example to recharge the accumulator battery of the underwater station 14 in the ocean 15 or to collect information that it has collected, the ship 12 is moved on the surface 17 of the ocean 15. When the ship 12 is substantially on a portion of the surface 17 of the ocean 15 which is situated in the same vertical direction as the underwater station 14, the first longitudinal end 23 of the umbilical 16 is connected to an electrical or optical member of the vessel 12 such as a generator or a computer capable of collecting data. To do this, the vessel 12 uses a positioning system of the DPS type, for Dynamic positioning System, which makes it possible to position, with an accuracy of the order of a few centimeters, the vessel 12 by means of bow thrusters.
Puis, on actionne l’enrouleur 24 de façon à dérouler l’ombilical 16 dans l’océan 15. Grâce au lest de l’organe de jonction 18, l’ombilical 16 se déroule de façon rectiligne dans l’eau comme le montre la figure 1. Etant donné que le connecteur 22 et son organe longiligne de connexion 20 sont en flottabilité neutre, voire légèrement positive, le connecteur 22 pourra actionner ses propulseurs verticaux afin d’éviter un enroulement de l’organe longiligne 20 de connexion autour de l’ombilical 16. Puis, lorsque le connecteur 22 est suffisamment proche de la station sous-marine 14 pour qu’il puisse la détecter et l’atteindre, on actionne le connecteur 22. Grâce à son module automatisé de positionnement 64 et à ses moyens de propulsion, le connecteur 22 se positionne à proximité de la station sous-marine 14 et se relie à cette dernière. On a donc relié le connecteur 22 à la station sous-marine 14. On peut donc par exemple alimenter la batterie d’accumulateurs de la station sous-marine 14 en énergie électrique provenant par exemple du générateur du navire 12. Ainsi, la station sousmarine 14, et les ROVS et AUVs hébergés, peuvent rester sous l’eau pendant une durée importante, ce qui réduit le coût de l’exploration sous-marine.Then, the retractor 24 is actuated so as to unwind the umbilical 16 in the ocean 15. Thanks to the ballast of the joining member 18, the umbilical 16 is unwound rectilinearly in the water as shown in the Figure 1. Since the connector 22 and its elongate connection member 20 are in neutral buoyancy, even slightly positive, the connector 22 can actuate its vertical thrusters in order to avoid winding of the elongate connection member 20 around the 'umbilical 16. Then, when the connector 22 is close enough to the underwater station 14 so that it can detect and reach it, the connector 22 is actuated. Thanks to its automated positioning module 64 and its means propulsion, the connector 22 is positioned near the underwater station 14 and connects to the latter. The connector 22 has therefore been connected to the underwater station 14. It is therefore possible, for example, to supply the accumulator battery of the underwater station 14 with electrical energy originating, for example, from the generator of the ship 12. Thus, the underwater station 14, and the hosted ROVS and AUVs, can remain underwater for a significant period of time, which reduces the cost of underwater exploration.
Bien entendu, on pourra apporter à l’invention de nombreuses modifications sans sortir du cadre de celle-ci.Of course, many modifications can be made to the invention without departing from the scope thereof.
On pourra notamment varier les longueurs de l’ombilical 16 et de l’organe longiligne de connexion 20.We can in particular vary the lengths of the umbilical 16 and the elongate connection member 20.
L’organe de jonction 18 pourra aussi comprendre tout type de dispositif électrique et/ou optique.The junction member 18 may also include any type of electrical and / or optical device.
On pourra aussi utiliser tout type de moyen de positionnement du connecteur 22 par rapport à la station sous-marine 14, et entre le connecteur 22 et le navire 12.It is also possible to use any type of means for positioning the connector 22 relative to the underwater station 14, and between the connector 22 and the ship 12.
Le connecteur 22 pourra porter plus d’un organe de connexion électro-optique 62.The connector 22 can carry more than one electro-optical connection member 62.
En outre, le connecteur 22 pourra être capable de se connecter à la station sous-marine 14 sans y être directement physiquement relié. Par exemple, le connecteur 22 et la station sous-marine 14 pourront échanger des données et de l’énergie par induction électromagnétique ou par des moyens acoustiques.In addition, the connector 22 may be able to connect to the underwater station 14 without being directly physically connected to it. For example, the connector 22 and the submarine station 14 can exchange data and energy by electromagnetic induction or by acoustic means.
Claims (27)
Priority Applications (2)
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