FR3060521B1 - Ligne destinee a etre immergee en milieu aquatique - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une ligne destinée à être immergée en milieu aquatique. Selon l'invention, la ligne comprend : • un corps mort (22) configuré pour se poser sur le fond (23) du milieu aquatique (10) et à immobiliser la ligne (20) par rapport au fond (23), • une bouée (27) configurée pour flotter à la surface (28) du milieu aquatique (10), • un objet (14) s'étendant selon un axe vertical (47), possédant un centre d'équilibre de forces hydrodynamiques lorsque l'objet (14) est soumis à un courant aquatique (25) horizontal et appelé centre hydrodynamique (40), et possédant un centre de gravité (42) distant verticalement du centre hydrodynamique (40), • un cadre (30) relié à l'objet (14) par une liaison pivot (43) d'axe sensiblement horizontal (45) passant par le centre hydrodynamique (40), • au moins une ailette (52, 54) s'étendant verticalement et permettant à l'objet de s'orienter par rapport à un courant aquatique horizontal (25), • un premier tronçon de ligne (34) reliant le corps mort (22) au cadre (30), • un second tronçon de ligne (36) reliant le cadre (30) à la bouée (27).

Description

Ligne destinée à être immergée en milieu aquatique L’invention concerne une ligne destinée à être immergée en milieu aquatique. Une telle ligne peut être mise œuvre pour maintenir un objet à une profondeur déterminée par rapport à la surface. Un tel objet peut par exemple être une antenne sonar passive, ou active.

Les antennes sonar peuvent être tractées derrière un bâtiment de surface. Il peut être également utile de disposer d’une antenne dont la localisation reste fixe. Pour ce faire, il est connu d’utiliser des bouées sonar larguées à partir d’un avion. Une fois que la bouée a atteint la surface de l’eau après son largage, elle déploie une antenne sonar à une profondeur donnée. La bouée est reliée à l’antenne par un câble électro porteur L’antenne reçoit des informations sonores du milieu aquatique. L’antenne transmet à la bouée ces informations par le câble électro porteur. A son tour, la bouée émet par voie hertzienne les informations reçues de l’antenne sonar par exemple vers l’avion ayant largué les bouées.

Ce type de bouée présente un inconvénient. L’antenne sonar n’est reliée qu’à la bouée et en présence de courants marins l’ensemble formé par la bouée et l’antenne dérive au gré du courant. De plus, les courants marins peuvent être différents en surface et à la profondeur d’immersion de l’antenne. Le câble électro porteur est alors incliné entraînant l’antenne dans son inclinaison. L’inclinaison de l’antenne par rapport à la verticale est préjudiciable à sa mission. En effet, l’inclinaison de l’antenne entraîne l’inclinaison des lobes sonores en réception et éventuellement en émission pour une antenne active. L’inclinaison des lobes sonores dégradent les performances du sonar du fait de leur possible interférence avec le fond ou avec la surface.

Pour améliorer le maintien en position de l’antenne sonar, on a tenté d’ancrer la bouée et son antenne au fond. L’ancrage rend l’antenne encore plus sensible au courant. L’invention vise à pallier tout ou partie des problèmes cités plus haut en proposant une ligne immergée en milieu aquatique, ancrée à l’une de ses extrémités et possédant une bouée à l’autre de ses extrémités, un objet étant accroché entre l’ancrage et la bouée. La ligne comprend des moyens de maintien de l’objet verticalement même en présence de courant dans le milieu aquatique.

Plus précisément, l’invention a pour objet une ligne destinée à être immergée dans un milieu aquatique caractérisée en ce qu’elle comprend : • un corps mort configuré pour se poser sur le fond du milieu aquatique et à immobiliser la ligne par rapport au fond, • une bouée configurée pour flotter à la surface du milieu aquatique, • un objet s’étendant selon un axe vertical, possédant un centre d’équilibre de forces hydrodynamiques lorsque l’objet est soumis à un courant aquatique horizontal et appelé centre hydrodynamique, et possédant un centre de gravité distant verticalement du centre hydrodynamique, • un cadre relié à l’objet par une liaison pivot d’axe sensiblement horizontal passant par le centre hydrodynamique, • au moins une ailette s’étendant verticalement et permettant à l’objet de s’orienter par rapport à un courant aquatique horizontal, • un premier tronçon de ligne reliant le corps mort au cadre, • un second tronçon de ligne reliant le cadre à la bouée.

Avantageusement l’au moins une ailette est fixée au cadre. L’objet comprend par exemple une partie supérieure configurée pour recevoir et/ou émettre des informations vers le milieu aquatique et une partie inférieure comprenant des servitudes. Avantageusement, l’au moins une ailette fait face à la partie inférieure sans faire face à la partie supérieure.

La liaison pivot comprend avantageusement deux paliers coaxiaux reliant l’objet au cadre, les deux paliers étant disposés de part et d’autre du centre hydrodynamique.

La ligne comprend avantageusement un émerillon disposé entre le corps mort et le cadre. L’émerillon peut être disposé entre le premier tronçon de ligne et le cadre. L’objet peut comprendre un émetteur acoustique et un récepteur acoustique.

Le second tronçon de ligne comprend avantageusement un câble configuré pour transmettre une information issue de l’objet vers la bouée et la bouée comprend un émetteur configuré pour transmettre dans l’air l’information reçue de l’objet. L’invention sera mieux comprise et d’autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d’un mode de réalisation donné à titre d’exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel : la figure 1 représente un exemple d’utilisation d’une ligne immergée conforme à l’invention ; la figure 2 représente une ligne immergée conforme à l’invention ; la figure 3 représente plus en détail la ligne de la figure 2 au niveau d’un objet accroché à la ligne.

Par souci de clarté, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures.

La figure 1 représente schématiquement un milieu aquatique 10 dans lequel on cherche à détecter la présence d’un sous marin 11 susceptible de menacer un bâtiment de surface 12. A cet effet, dans la zone où navigue le bâtiment de surface 12, plusieurs antennes sonar 14 sont disposées, chacune ayant une position fixe par rapport au fond. Chaque antenne 14 peut être active et comprend un émetteur et un récepteur acoustiques, le récepteur recevant un écho d’une onde sonore provenant de l’émetteur. L’écho recherché est bien entendu renvoyé par la coque du sous-marin 11. Alternativement, l’antenne peut être passive. Elle ne comprend alors pas d’émetteur sonore et se contente de capter les ondes sonores afin de discerner celles provenant du sous-marin 11 recherché ou plus généralement de toute menace approchant de la zone d’intérêt où se situe le bâtiment de surface 12. De façon plus générale, le système sonar comprenant les différentes antennes 14 peut fonctionner en mode bistatique dans lequel chaque antenne est configurée pour recevoir un écho d’une onde sonore qu’elle émet. Le système sonar peut fonctionner en mode multistatique dans lequel chaque antenne est configurée pour recevoir un écho d’une onde sonore provenant d’une autre antenne du système.

Chaque antenne sonar 14 est disposée sur une ligne immergée entre un point d’ancrage et une bouée flottante. La bouée peut recevoir des informations de l’antenne et transmettre ces informations vers une station au sol 15 par exemple par l’intermédiaire d’un satellite 16. La bouée peut également transmettre les informations reçues de l’antenne vers d’autres stations permettant le traitement des informations, par exemple disposées à bord du bâtiment de surface 12 ou d’un avion survolant la zone où les antennes 14 sont immergées. Pour une transmission vers le bâtiment de surface 12 ou un avion, il est possible de réaliser la transmission directement sans passer par le satellite 16, en utilisant par exemple une transmission hertzienne dans la bande VHF.

Sur la figure 1, les différentes antennes 14 sont disposées en cercle autour du bâtiment de surface 12. L’invention n’est pas limitée à cette disposition. Il est par exemple possible de disposer les antennes en ligne droite. De façon plus générale, l’invention peut être mise en œuvre pour une seule antenne 14 et même pour tout objet que l’on souhaite disposer de façon immergé à une position et une profondeur déterminée. Une autre mission de l’objet peut être de mesurer la vitesse d’un courant marin à une profondeur prédéfinie. L’objet est alors équipé d’un capteur de vitesse d’un flux d’eau.

La figure 2 représente plus en détail la ligne immergée portant la ici la référence 20. La ligne 20 comprend un corps mort 22 (bien connu dans la littérature anglo-saxonne sous le nom de « sinker ») configuré pour se poser sur le fond 23 du milieu aquatique 10 de façon à immobiliser la ligne 20 par rapport au fond 23. Par corps mort, on entend tout dispositif susceptible de rester immobile sur le fond 23. Le corps mort 22 peut être une masse inerte par exemple réalisée en béton. Le poids de cette masse inerte suffit à immobiliser la ligne 20. Tout autre moyen permettant d’immobiliser la ligne 20 par rapport au fond 23 peut être mis en œuvre. Le corps mort 22 peut être une ancre pouvant s’accrocher sur le fond 23. Il est possible de cumuler différents moyens d’immobilisation, masse inerte et ancre. Le dimensionnement du corps mort 22 est réalisé de façon à ce que le corps mort 22 reste immobile sur le fond 23 sous l’effet d’un courant 25 donné tendant à exercer un effort sur la ligne 20. En mer, on peut être confronté à des courants de marée qui peuvent, dans des zones particulières, dépasser les 5 nœuds lors de grandes marées. La définition du corps mort 22 se fait en fonction de l’effort de traînée maximum que subit la ligne 20 sous l’effet du courant maximum existant dans la zone où la ligne 20 est mise en œuvre.

La ligne 20 comprend une bouée 27 configurée pour flotter à la surface 28 du milieu aquatique 10 et un cadre 30 permettant de maintenir l’orientation verticale d’un objet qui dans l’exemple représenté est l’antenne sonar 14. Pour maintenir la bouée 27, le cadre 30 et le corps mort 22 solidaires les uns des autres, la ligne 20 comprend un tronçon de ligne 34 reliant le corps mort 22 au cadre 30 et un tronçon de ligne 36 reliant le cadre 30 à la bouée 27. Les deux tronçons 34 et 36 peuvent être des câbles ou des cordages. L’antenne sonar ou plus généralement l’objet 14 peut être autonome. L’objet 14 peut être muni d’un capteur et d’une mémoire enregistrant à intervalle prédéfini des données saisies par le capteur. Périodiquement, la ligne 20 peut être relevée pour récupérer les données enregistrées.

Alternativement, l’objet 14 peut échanger en temps réel les données qu’il capte vers une station extérieure à la ligne 20. A cet effet, le tronçon de ligne 36 comprend un câble configuré pour transmettre une information issue de l’objet 14 et par exemple de son récepteur acoustique vers la bouée 27. Le tronçon de ligne 36 peut être électro porteur et comprendre par exemple des conducteurs électriques formant une âme entourée par une armature porteuse. Alternativement, le tronçon de ligne 36 peut être formé par un câble porteur autour duquel serpente un câble électrique transmettant les informations entre l’objet 14 et la bouée 27. La bouée 27 comprend un émetteur 38 configuré pour transmettre dans l’air l’information reçue de l’objet 14. L’émetteur peut être de toute nature, par exemple hertzien ou optique.

La longueur L de la ligne 20 entre le corps mort 22 et la bouée 27 est définie en fonction de la profondeur P du milieu aquatique 10 où la ligne est destinée à être mise en œuvre. La profondeur P sépare la surface 28 du fond 23. Le milieu aquatique 10 peut être soumis aux marées et la longueur L de la ligne 20 doit tenir compte du marnage. Avantageusement, la bouée 27 flotte en permanence à la surface 28 afin de transmettre de façon continue ses informations au moyen de son émetteur 38. La longueur L de la ligne 20 est alors supérieure à la profondeur P lors de la plus haute mer. Alternativement, il est possible de réduire la longueur L afin de ne laisser flotter la bouée 27 que par moment, par exemple au moment de la basse mer. Cette longueur réduite peut être utile dans le cas d’un objet 14 muni d’un enregistreur. La récupération des données se faisant lorsque la bouée 27 flotte. La longueur de chacun des deux tronçons de ligne 34 et 36 peut également être ajustée en fonction des profils de bathycélérité de la zone où la ligne 20 est immergée. Lorsque la longueur L de la ligne 20 est supérieure à la profondeur P, l’objet 14 et la bouée 27 vont se déplacer autour du corps mort 22 au gré du courant 25. Ceci crée notamment une oscillation autour de la position du corps mort 22 lorsque la ligne 20 est immergée dans un milieu où les marées génèrent des courants alternatifs. Les tronçons de lignes 34 et 36 sont ainsi inclinés par rapport à la verticale. Cette inclinaison pose des difficultés de maintien de l’orientation de l’objet 14 par rapport à la direction verticale. Le maintien de l’objet 14 est utile, comme on l’a vu précédemment, pour une mission d’écoute sonar. Ce maintien est également utile pour une mission de mesure de courants marins. Ces difficultés sont résolues par l’invention. L’objet 14 possède des formes extérieures permettant de définir un centre d’équilibre de forces hydrodynamiques lorsque l’objet 14 est soumis à un courant aquatique 25 horizontal. Ce centre est plus simplement appelé centre hydrodynamique 40. En première approche la position du centre hydrodynamique 40 ne dépend pas de l’intensité du courant mais uniquement des formes de l’objet 14. Lorsque l’objet 14 est maintenu par son centre hydrodynamique 40, les forces hydrodynamiques exercées par un courant horizontal au dessus du centre hydrodynamique 40 équilibrent les mêmes forces exercées en dessous du centre hydrodynamique 40. Par exemple lorsque l’objet 14 est un cylindre orienté verticalement, le centre hydrodynamique 40 est situé à mi hauteur de l’objet 14. La position du centre hydrodynamique 40 peut dépendre de l’état de surface de l’objet 14. Il est possible de déterminer sa position par des essais dans un milieu aquatique de référence avec un courant d’intensité prédéterminé. L’objet 14 possède également un centre de gravité 42. L’objet 14 est configuré pour que son centre de gravité 42 soit distant verticalement de son centre hydrodynamique 40.

Au moins une liaison pivot 43 d’axe sensiblement horizontal 45 passant par le centre hydrodynamique 40 relie le cadre 30 et l’objet 14. La distance entre l’axe de la liaison pivot 43, passant par le centre hydrodynamique 40, et le centre de gravité 42 entraîne naturellement une position stable de l’objet 14 qui se maintient verticalement que ce soit sans courant ou en présence d’un courant 25, le centre de gravité 42 étant situé sous le centre hydrodynamique 40.

Dans l’exemple représenté, le cadre 30 entoure l’objet 14. Le tronçon de ligne 34 est fixé au cadre 30 en un point de fixation 44 et le tronçon de ligne 36 est fixé au cadre 30 en un point de fixation 46. En l’absence de courant, lorsque les deux tronçons de lignes 34 et 36 sont alignés verticalement, le centre hydrodynamique 40, le centre de gravité 42 et les deux points de fixation 44 et 46 sont également alignés selon un axe vertical 47 de l’objet 14. Ainsi les différents efforts verticaux appliqués au cadre 30, efforts des deux tronçons de lignes 34 et 36 et effort du poids de l’objet 14, sont tous alignés. Cet alignement, permet de maintenir l’axe de la liaison pivot horizontal. Avantageusement, comme dans l’exemple représenté, la liaison pivot 43 est réalisée au moyen de deux paliers 48 et 50 coaxiaux permettant la rotation de l’objet 14 par rapport au cadre 30 autour de l’axe 45. Les deux paliers 48 et 50 sont disposés de part et d’autre du centre hydrodynamique 40. La présence de ces deux paliers 48 et 50 évite un porte-à-faux de l’objet 14 par rapport au cadre 30. Cette disposition du centre hydrodynamique 40, du centre de gravité 42 et de la liaison pivots 43 permet de maintenir l’objet 14 verticalement Autrement dit l’axe 47 passant par le centre hydrodynamique 40 et le centre de gravité 42 se maintient verticalement. Une rotation de l’objet 14 est encore possible autour de son axe 47. Les tronçons de lignes 34 et 36 peuvent avoir des longueurs importantes et une torsion de ces tronçons est possible. Il est possible de connaître cette rotation en équipant l’objet 14 d’un compas. Cependant, l’axe 45 de la liaison pivot 43 peut s’orienter avec le même azimut que le courant 25. Avec cette orientation, si le cadre 30 est incliné par rapport à la verticale, l’axe 45 de la liaison pivot 43 n’est plus horizontal et l’axe 47 de l’objet 14 passant par son centre hydrodynamique 40 et son centre de gravité 42 ne se maintient pas verticalement. Pour stabiliser l’objet 14 en rotation autour de son axe 47, il est possible d’équiper l’objet 14 d’au moins une ailette verticale. En présence d’un courant 25, cette ailette s’oriente dans la direction du courant 25 et permet de garder l’axe 45 de la liaison pivot 43 perpendiculaire au courant.

La présence d’une ou plusieurs ailettes fixées à l’objet 14 présente cependant un inconvénient en modifiant la forme de l’objet 14. De telles ailettes peuvent par exemple gêner la propagation d’ondes acoustiques et il est avantageux de conserver pour l’objet 14 une symétrie de révolution autour de son axe vertical 47. Pour assurer la stabilité en rotation de l’objet 14 sans lui adjoindre un quelconque appendice, au moins une ailette s’étendant verticalement est fixée au cadre 30. En présence d’un courant 25, le cadre 30 s’oriente dans l’axe du courant 25 et l’objet 14 suit le cadre 30 dans son orientation. Dans l’exemple représenté, le cadre 30 est équipé de deux ailettes 52 et 54 chacune située au voisinage d’un des paliers 48 et 50.

La figure 3 représente l’objet 14 et le cadre 30. L’objet 14 comprend une partie supérieure 60 dite partie active comprenant des émetteurs et/ou des récepteurs sonores ou d’autres types de capteurs et une partie inférieure 62 comprenant des servitudes, telles qu’une batterie et des modules électroniques assurant notamment la mise en forme d’informations reçues des capteurs ou récepteurs, ou en direction des émetteurs. La présence d’une batterie dans la partie inférieure 62 tend à abaisser la position du centre de gravité 42. La partie active 60 reçoit et/ou émet des informations vers le milieu aquatique 10, telles que des ondes sonores par exemple, tandis que la partie inférieure 62 ne communique qu’en interne à l’objet 14 ou vers le câble électro porteur du tronçon 36. Avantageusement, les ailettes 52 et 54 font face à la partie inférieure 62 sans faire face à la partie supérieure 60. Ainsi, les ailettes ne gênent pas la propagation des informations dans le milieu aquatique 10. Les ailettes 52 et 54 sont situées en partie basse du cadre 30 sous les paliers 48 et 50. L’orientation de l’objet 14 en fonction du courant 25 grâce aux ailettes 52 et 54 peut être freinée par le tronçon de ligne 34. En effet, cette orientation nécessite une torsion du tronçon de ligne 34. De légères torsions sont souvent possibles. Néanmoins des renverses de courant 25 sont possibles entraînant la nécessite de torsion de 180°, voire de plusieurs tours. Pour faciliter l’orientation de l’objet, la ligne 20 comprend un émerillon 64 (bien connu dans la littérature anglo-saxonne sous le nom de « swivel ») disposé entre le corps mort 22 et le cadre 30. L’émerillon 64 assure une liberté en rotation du cadre 30 par rapport au corps mort 22 autour d’un axe longitudinal du tronçon de ligne 34. L’émerillon 64 est avantageusement disposé entre le tronçon de ligne 34 et le cadre 30 et forme le point de fixation 44 afin d’éviter toute torsion du tronçon de ligne 34. Il est également possible de disposer un autre émerillon disposé entre le cadre 30 et la bouée 27, par exemple pour permettre à la bouée 27 de tourner librement autour du tronçon de ligne 36. En pratique, cet autre émerillon peut être mis en place en l’absence de câble électro porteur reliant la bouée 27 à l’objet 14. Pour cela, il est possible de disposer un enregistreur dans l’objet 14 afin de permettre une collecte ultérieure d’informations traitées dans l’objet 14, comme par exemple d’informations reçues d’une antenne sonar appartenant à l’objet.

Claims (8)

1. REVENDICATIONS

   1. Ligne destinée à être immergée dans un milieu aquatique (10) caractérisée en ce qu’elle comprend ; ® un corps mort (22) configuré pour se poser sur le fond (23) du milieu aquatique (10) et à immobiliser la ligne (20) par rapport au fond (23), ® une bouée (27) configurée pour flotter à la surface (28) du milieu aquatique (10), ® un objet (14) s’étendant selon un axe vertical (47), possédant un centre d’équilibre de forces hydrodynamiques lorsque l’objet (14) est soumis à un courant aquatique (25) horizontal et appelé centre hydrodynamique (40), et possédant un centre de gravité (42) distant verticalement du centre hydrodynamique (40), * un cadre (30) relié à l’objet (14) par une liaison pivot (43) d’axe sensiblement horizontal (45) passant par le centre hydrodynamique (40), * au moins une ailette (52, 54) s’étendant verticalement et permettant à l’objet de s’orienter par rapport à un courant aquatique horizontal (25), l’au moins une ailette (52, 54) étant fixée au cadre (30), » un premier tronçon de ligne (34) reliant le corps mort (22) au cadre (30), * un second tronçon de ligne (38) reliant le cadre (30) à la bouée (27),
2. 2. Ligne selon la revendication 1, caractérisée en ce que l’objet (14) comprend une partie supérieure (80) configurée pour recevoir et/ou émettre des informations vers te milieu aquatique (10) et une partie inférieure (82) comprenant des servitudes, et en ce que l’au moins une ailette (52, 54) fait face à la partie inférieure (62) sans faire face à la partie supérieure (60).
3. 3. Ligne selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la liaison pivot (43) comprend deux paliers (48, 50) reliant l’objet (14) au cadre (30), les deux paliers (48, 50) étant coaxiaux et disposés de part et d’autre du centre hydrodynamique (40).
4. 4. Ligne selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comprend un êmerillon (64) disposé entre le corps mort (22) et le cadre (30).
5. 5. Ligne selon la revendication 4, caractérisée en ce que i’émerillon (64) est disposé entre le premier tronçon de ligne (34) et le cadre (30).
6. 6. Ligne selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’objet (14) comprend un émetteur acoustique.
7. 7. Ligne selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’objet (14) comprend un récepteur acoustique.
8. 8. Ligne selon la revendication 7, caractérisée en ce que le second tronçon de ligne (36) comprend un câble configuré pour transmettre une information issue de l’objet (14) vers la bouée (27) et en ce que la bouée (27) comprend un émetteur (38) configuré pour transmettre dans l’air l’information reçue de l’objet (14).