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"Flotteur d'allégement, en particulier pour la pose de conduites sous-marines"
La présente invention se rapporte aux flotteurs d'allégement, en particulier aux flotteurs destinés à la prise de conduites sous-marines suivant les techniques décrites dans le brevet français N 1 206 378 du 14 août 1958 et le premier certificat d'addition correspondant du 4 août 1959, ainsi que dans le brevet du 9 avril 1960 pour "Procédé de pose d'une con- duite sous-marine avec allongement par tronçons horizontaux".
La présente invention concerne les flotteurs du genre comportant une masse d'allégement fluide et compressible et a
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pour objet aes moyens permettant d'absorber, compenser, voire utiliser les variations, en fonction de la profondeur d'immer- sion du volume de ce genre de masse d'allégement. Pour les flotteurs à liquide, l'intérêt de l'invention est d'éviter l'écrasement de l'enveloppe du fait de la compressibilité iné- vitable du liquide.
Un objet plus particulier de l'invention consiste en la création d'un surallégement variable avec la profondeur selon l'une des techniques décrites dans le brevet ci-dessus contienne du 9 avril 1960.
Un flotteur suivant l'invention est remarquable nota:- ment en ce qu'il comporte dans une enveloppe rigide, de part et d'autre d'une membrane souple et imperméable, un premier volume fermé adapté à confiner la masse d'allégement et un second volume placé en communication avec le liquide environnant.
Grâce à cette disposition, toute variation du volume de la masse d'allégement est automatiquement compensée par une variation inverse au volume de liquide environnant : le système se maintient en équipression et tout contact direct est évité entre le liquide environnant (en général l'eau de mer) d'une part et la masse d'allégement d'autre part.
Suivant un aspect de l'invention, un flotteur de surallé- gement de flottabilité décroissante au-delà d'une profondeur donnée d'immersion est constitué en utilisant une masse d'allé- gement gazeuse chargée sous une pression de gonflage corres- pondant à la pression hydrostatique à la profondeur choisie.
Selon une autre forme de réalisation, un flotteur d'allé- gement de flottabilité lentement variable avec l'immersion est constitué avec une masse d'allégement liquide.
Les caractéristiques et avantages de l'invention ressor-
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diront 1Ji:':...,.L':.": =e ':1 "",'.;cril1,ior.. 1>1 va suivra, !. r'i''"r.ce aux ;lY..iSl:: 3L..L.K': , à#t,., lesquels : la figure 1 e-; une vue d'ensemble d'un flotteur sphéri- 1e i ,32 c0r.:..ri ; la figure 2 est une vue à plus :rnae échelle nontrsnt un aé't8Ü. ; la i,;¯ ,"ß 3 est une vue , 1 f en c. ule d'un l'iotteur c;.Lin- d'ique à charge liquide.
Suivait la forme de réalisation choisie et représentée aux figures 1 et 2, un flotteur d'alitement pour canalisation
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sous-n.srie est constitue par une sphère métallique 1 an acier sc>a4 ùon lu diantre t;t l'épaisseur pourront naturellement varier suivant les ccnaitions d'emploi. Une courte tubulure
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radié.If:: 2 -st rapportée par soudure en regard d'une fenêtre cinulairs 3 : 1 crte . on extraite libre une bride 4, le tout disnt consolidé par quatre goussets 5 placés à 90 . Deux goussets è.i.8.r::éralement opposés sont percés d'un trou à pouvant recevoir un anneau.
La tubulure 2 est fermée par une plaque pleine 7 avec joint à bride portant en son centre ur. tube de respiration 8 dont l'extraite extérieure est munie a'une crépine 9 tandis que la partie intérieure comporte une surface cannelée 10 cana la zone située à l'intérieur et au voisinage de le tubulure, tandis que sur le restant de sa surface s'étendant radialement dans la sphère elle est percée de multiples petits trous 11 et se termine par un bout arrondi.
Le diamètre de la tubulure 2 est suffisant pour permet- tre l'introduction d'une poche de respiration constituée par une vessie 13 en tissu imperméable comportant une tubulure renforcée 14 adaptée à s'engager sur la partie cannelée du
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tube #9 rsir'.i3i . .;'à," iixer e ';;0YJ. ét3!'J.C;le par une r- ad .>8::,re-j ::J:'l 1.3 1?, l'étanci:.µiz4 pouvant ttre assurée par un colla-e. l'état déployé la vessie 15 constitue un ballon sphérique d'un dianetre l6<::;ère;;1t:r:,t; supérieur au c1Íar:.è- tre intérieur de la sphère.
Sur la tubulure 2 est soudé un embout 16 équipé d'un ropinet d'air comprimé 17. la partie inférieure de la sphère,
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c'8st--ire à ?'oa>os0 1: la fenêtre 3, un vé le. >caa4 sur un gousset 19 sup,crie un aineau éô en fer forgé sur lequel sera frappé le ctblc .:;up..;or1; dc la C311"lisa-;ion.
Une purge 21 obtur4e d'un bocl.cn est 5c..<àée le plus près possible du gousset 19. titube par la vessie 13 et la p2.é1.':!.ue 7 étant SOî,"'neUSfIé1#t boulonnée sur la bri :1'': 4 'l 1:8 .;on à assurer une fermeture prfaitenent étanche, on procède au gonflage du floz-,eL4r en raccoru.ant la tubulure lé % une source 'é, ir compriJ!.8 d'une priession pré, L;3 vessie 13 se trouve alors plaquée contre elle-rém< autour de la ti0e Q,,, respiration b par la pression ue rjonflae. .u cours de l'immersion progressive du flotteur, l'eau s'engouffre à travers la crépine 9 dans la ti¯e de respi- ration 8, mais reste d'abord confinée à l'intérieur de celle-ci.
A partir du moment, toutefois, où la pression hyarostatique du milieu ambiant dépasse la pression de gonflage, l'eau s'échappe à travers les trous 11 de la tige de respiration à l'intérieur de la vessie 13 et augmente le volume de celle-ci aux dépens du volume de l'air qui se comprime en suivant la loi de Nariotte et la flottabilité du flotteur diminue pour devenir nulle puis négative. A la remontée, le phénomène inverse se produit.
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Pour que le flotteur arde toujours une flottabilité positive, il lui est adjoint un second flotteur (non représen- té) en polystyrène par exemple, adapté à compenser le poias dans l'eau de la partie métallique du flotteur et de ses acces- soires.
Un certain nombre de flotteurs ainsi constitués étant accrochas à des intervalles réguliers le long d'une conduite immergée, si l'on désigne par v le volume de flotteur rapporté conduite, par bol pression hydrostamètre linésire de conduite, et par hl la pression hydrosta- tiue (en mètres d'eau) correspondant à la pression de gonflage, la flottabilité correspondante restera égale à v tant que la profondeur d'immersion h reste inférieure à hl, en négligeant le poids fin l'air introduit sous pression et en admettant que la densité de liquide est éale à l'unité.
Pour une profondeur h supérieure à hl la flottabilité devient :
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La valeur de flottabilité exercée par l'ensemble de flotteurs sur une conduite immergée jusqu'à une profondeur E devient ainsi :
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Le poids de la conduite étant égal à pH (p = poids apparent par mètre linéaire de conduite immergée),.la conduite est en équilibre si pH = F et descend si pH> F.
On voit donc qu'il est possible de régler l'équilibre ou le déséquilibre en agissant sur v, donc sur le volume et l'écartement des flotteurs et sur hl, c'est-à-dire sur la pres- sion de gonflage. @
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J:,' utili t de la membrane iL:per!:'1éable que constitue la poche de respiration consiste à éviter la dissolution de l'air dans l'eau, aissolution qui ne manquerait pas de se pro- duire sous pression élevée. On évite, d'autre part, complètement l'emploi de soupapes dont le fonctionnement peut être sujet à des incidents.
1 la place du flotteur que l'on vient de décrire en référence aux figures 1 et 2 où l'eau se trouve confinée au centre de la capacité, on peut envisager l'emploi d'un type inverse de flotteurs avec l'air au centre de la capacité. Dans ce cas, on se trouve ramené purement et simplement au principe d'un ballon sphérique gonflé qui s'écrase lorsqu'il est dans un milieu dont la pression est supérieure à. sa pression de gon- flage. un peut prendre alors une sphère métallique percée de trous et placer à l'intérieur le ballon ainsi gonflé. Comme dans le cas du tube de respiration b des figures 1 et 2, ces trous devront avoir un diamètre suffisamment petit pour éviter les effets de poinçonnage.
Il est d'ailleurs possible de rem- placer on \.le doubler la sphère en tale par une ou plusieurs couches de grillage dont l'une très fine pour éviter l'effet de poinçonna je.
Dans le cas de flotteurs utilisant une charge de produit liquide de faible densité tel que l'essence légère, le butane, le propane, on préférera en général des enveloppes cylindriques qui pourront être soit souples soit rigides. On devra dans tous les cas tenir compte de la compressibilité des liquides, de la variation de leur densité en fonction de la température, ainsi que de la tension de vapeur qui oblige à maintenir à l'intérieur de l'enveloppe un espace mort contenant la vapeur et qui se rétracte de façon très importante avec l'augmentation de la
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pression. Ces différentes propriétés jouent dans le même sens et conduisent à une rétraction de volume avec l'augmentation de la profondeur, d'autant plus importante que la densité est faible.
Dans le cas de flotteurs à enveloppe souple constituée par exemple par un cylindre en toile caoutchoutée cu en plasti- que. le contenu étant constamment en équilibre ae pression avec l'eau de mer environnante, l'enveloppe ne subit qu'un effort de compression perpendiculaire à sa surface. Compte tenu de la résistance des toiles disponibles le diamètre du réser- voir cylindrique constituant le flotteur est en fait limité par la nécessité de résister à la tension de vapeur du liquide.
Ce type de flotteur ne peut pratiquement êtreutilisé que pour l'essence légère, l'emploi du butane et surtout du propane conduisant à des diamètres de réservoir beaucoup trop faibles.
Les flotteurs à enveloppe rigide nesont pas sujets à ces limitations et la contraction du volume de leur charge liquide sera compensée, sans mise en compression de l'enveloppe rigide, selon l'invention par introduction d'eau de mer sous la pression du milieu ambiant selon le mécanisme déjà. examiné ci-dessus pour les flotteurs à gaz.
La figure 3 contre un flotteur cylindrique à enveloppe rigide pour charge liquide. Un réservoir 31 de forme Générale cylindrique est réalise en tube d'acier soudé à fonds emboutis 32, 33. L'un de ces fonds porte une tubulure 34 à bride 35 obturée par uns plaque 36 portant, de façon analogue à ce que l'on a vu dans le cas du flotteur à gaz des figures 1 et 2, un tube de respiration 3b terminé à l'extérieur par une crépine 39 et coiffé à l'intérieur par une poche de respiration 40 constituée ici par un cylindre en toile imperméable fermé à une
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extrémité et termine à l'autre extrémité par l'embout 41 serré et collé sur une partie cannelée et non perforée du tube 38.
Le réservoir métallique comporte sur la génératrice supérieure l'appareillage 42 nécessaire pour le remplissage et la vidange du liquide (butane, propane, etc. ), pour le contrôle du niveau et la sécurité. Sur une génératrice inférieure sont supportés deux ou davantage d'anneaux 43, 44 pour le passage de cibles de support de la canalisation. Un autre anneau 45 est prévu sur le fond 33 pour le remorquage du flotteur.
Au remplissage, la poche de respiration se trouve com- plètement aplatie par le poids du liquide et sa tension de vapeur. au fur et à mesure de l'immersion, la contraction du liquide est compensée par la pénétration progressive de l'eau de mer sans que celle-ci ne puisse jamais venir au contact du liquide de remplissage. Le système se maintient ainsi da lui- même en équipression. A la remontée, les phénomènes inverses se produisent, l'eau étant progressivement chassée de la poche.
On voit donc que l'on obtient dans ce cas une réduction lente et continue de la ilottabilité se produisant des le début de l'immersion, mais, en ménageant dans ces flotteurs un espace vide approprié au-dessus du niveau du liquide et en remplissant cet espace avec un gaz à une pression supérieure à la tension de vapeur du liquide, on peut réaliser un régime mixte en ce sens que le flotteur fonctionne alors en partie comme un flot- teur à liquide et en partie comme un flotteur à gaz. Toutefois, dans la pratique, il est en général préférable de séparer les deux fonctions.