MOUILLAGES - Université de Bretagne Occidentale
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1. Ce syst me permet de r aliser des mouillages tr s pr s de la surface On peut proc der des v rifications ou des changements d appareils sans avoir relever le mouillage principal Si le lest sous les appareils est important leur inclinaison est faible Il est possible d utiliser un mouillage d j en place pour y fixer un syst me satellite sous lequel seront install s des appareils de mesure Inconv nients La liaison entre la bou e principale et le syst me flottant satellite est tr s vuln rable rupture due l usure au vol aux chocs avec un navire La dur e des mesures obtenues partir de ce type de mouillage sera donc limit e Les mouvements du syst me flottant se r percutent sur les appareils de mesure et les enregistrements sont d autant plus bruit s que la mer est forte L vitage est important Il peut perturber les mesures surtout dans le cas de mesures des courants 28 V 1 1 2 Mesures le long de la verticale Il est difficile d obtenir de bonnes mesures partir d appareils plac s le long de la ligne flottante Aux erreurs dues aux mouvements d vitage et de pilonnement de la bou e de surface viennent s ajouter celles provoqu es par les variations d immersion et d inclinaison des appareils Afin de minimiser ces derni res on r duit la longueur de la ligne de mouillage Mais on atteint vite des limites dues au marnage la r sistance de la ligne la2. b et c a Ch bn Pente du c ne male est tgan F f b P Ce Pente du c ne femelle tga 48 V 4 MATERIEL UTILISE POUR LES OPERATIONS DE MOUILLAGE Mat riel utilis pour mise l eau et relevage Portique ou grue Treuil Bouharmont ou double barrel capstan winch Bosse am ricaine ou grenouille de tirage Croc largable chapitre en cours VI ANNEXES VI 1 RECUPERATION DES MOUILLAGES PERDUS Le b timent d crit une large boucle autour du point de mouillage en remorquant un long c ble lest par une cha ne suivie d un grappin ou quivalent O Ensuite il fait route en suivant un cap constant jusqu ce que la boucle se Sb resserre autour du mouillage Ainsi il est possible de rompre le bas de la ligne Figure 29 Technique pour tenter la r cup ration d un mouillage VI 2 CORROSIONS La principale cause de corrosion sur le mat riel immerg est due l lectrolyse Ce ph nom ne est difficile viter Cette corrosion peut tre d finie comme tant une attaque destructive des m taux due des r actions lectrochimiques en pr sence d eau de mer Pour que cette corrosion se produise 3 l ments doivent tre pr sents un mat riau jouant le r le d anode un autre le r le de cathode 49 et une solution conductrice l lectrolyte qui dans notre cas est de l eau de mer plus ou moins charg e d oxydes m talliques
3. de subsurface L int r t de ce type de mouillage n est d tre pas ou peu sensible la houle La bou e de subsurface est ventuellement quip e d une balise de positionnement Argos Watch Dog d une balise gonio d un flash ces appareils ne fonctionnent qu en surface car ils sont quip s d interrupteurs command s par la pression d une queue d un pavillon et d un r flecteur radar Avantages Ce type de mouillage est l abri des risques de collision li s la navigation de surface Les probl mes dus aux mouvements de la surface bruit sur les mesures usure ragage et surtensions sur la ligne sont pratiquement limin s Inconv nients L absence de bou e de marquage en surface peut augmenter les risques de perte li s la p che et n cessite un positionnement pr cis au moment de la mise l eau et de la r cup ration Cette r cup ration d pend du bon fonctionnement du largueur acoustique Pour plus de s curit il est possible de monter en parall le deux de ces appareils IV 1 2 2 Mesures pr s du fond Des mesures de courant proximit du fond sont obtenues l aide de courantom tres classiques ou de courantom tres effet Doppler Dans le premier cas la conception de la ligne de mouillage est identique celle utilis e pour les mesures le long de la verticale mais sa longueur est r duite Dans le cas de courantom tres effet Doppler l appareil est plac dans un
4. la diff rence entre la flottabilit totale de la bou e et la flottabilit utilis e Mais dans ce cas la tra n e de la bou e n est pas ajust e en fonction de son immersion Elle est consid r e comme totalement immerg e Si l utilisateur juge que l erreur ainsi induite est trop importante il peut introduire une autre force de tra n e pour cette bou e lorsqu elle est ainsi immerg e dans un courant de 1 m s ELEMENTS RIGIDES Pour la plupart des mouillages la tra n e due aux l ments rigides est faible vis vis de celle sur les l ments souples En effet si les coefficients de tra n e sont du m me ordre de grandeur dans ces deux cas le rapport entre les sections qu ils opposent au courant montre que l influence des l ments souples est pr pond rante et cela d autant plus que le mouillage est long Les erreurs sur l approximation de la tra n e sur les l ments rigides auront donc moins d influence que celles sur les l ments souples sur l approche du comportement de la ligne de mouillage Nous distinguons 3 types d l ments rigides selon que l l ment est une sph re s il s incline avec la ligne de mouillage ou s il est insensible son inclinaison Cas d une sph re Le programme demande le diam tre de la sph re puis propose un coefficient de train e Cx 5 Suivant les auteurs il est possible de trouver des valeurs l g rement diff rentes allant de 4 6 Nous avons retenu u
5. une force r sultante F i 1 qui est la tension appliqu e l l ment inf rieur i 1 XG X LEE PTE G Segment i See YGH Forces sur un segment i isol de longueur AL DEN GE Fi Tension exerc e par les segments et l ments sup rieurs Tt Train e de frottement tangentielle Calcul du profil TnG Train e de pression normale au segment PH Portance ou poids dans l eau du segment F i 1 R sultante des forces sous le segment Tn i PCPDALV cos op Tt i Zeta ALV sin al Figure 10 Cas d une ligne de mouillage 15 CAS D UN MOUILLAGE DE SUB SURFACE Dans un premier temps l ordinateur consid re que le courant est nul Le mouillage est donc parfaitement vertical figure 11A Ensuite partir des coordonn es de la bou e de surface qui servent de r f rence le calcul est repris en tenant compte du courant r el La courbure de la ligne ne permet plus alors au corps mort de toucher le fond figure 11B L ensemble du mouillage est translat vers le bas jusqu ce que le corps mort soit sur le fond figure 11C Comme le courant n est pas toujours homog ne sur la verticale le calcul est repris tant que l erreur est sup rieure 2 10000 CAS D UN MOUILLAGE DE SURFACE Dans le cas d une bou e de surface la flottabilit utilis e Fu est ajust e au 1 1024 i me pour la maintenir en surface Il existe en g n ral une r serve de flottabilit correspondant
6. Les ions m tal cations quittent l anode et vont travers l lectrolyte vers la cathode C est donc l anode que la destruction du m tal est la plus importante Les m taux selon leur nature donneront plus ou moins de cations Une mesure de cette tendance est donn e par la d d p qui existe entre le m tal et le potentiel de r f rence standard de l hydrog ne Plus ce potentiel est faible plus le m tal aura tendance se corroder Diff rents types de corrosions Corrosion uniforme Uniform corrosion Corrosion caverneuse Pitting Corrosion granulaire Intergranular corrosion Corrosion galvanique galvanic corrosion Potentiels galvaniques de m taux et alliages par rapport une lectrode au chlorure d argent Ag Ch Cette lectrode est utilis e comme r f rence en milieu marin Il faut ajouter 0 25 V aux tensions indiqu es sur le graphique si le potentiel galvanique l hydrog ne est pris comme r f rence Ce graphique a t tabli au Centre IFREMER de Brest par Dominique Festy Ce sont les m taux les plus n gatifs qui se d truisent en prot geant les m taux plus positifs Pour certains aciers inoxydables il existe deux potentiels galvaniques le moins n gatif lorsque le m tal rentre en contact avec l eau de mer l autre apr s oxydation du m tal Ce sont les r f rences am ricaines des aciers inoxydables qui sont utilis es ici Certains alliages changent de potentiel apr s oxydation 5
7. 1 7 e 4 Benthos 10 m acier 5 285 m acier 6 Benthos 833 m Parafil Be 10 m acier 2 2 er e 2 2 EN 535 macier 2 largueurs 6 Benthos Oc ano coupl s 10 m acier 277 T 300 m Parafil V 50 m Nylon 0 3 m cha ne a 200 m acier Figure 20 Mouillage Arcane LPO sud ACCASTILLAGE Terminaison Parafil 8 Terminaison acier 14 Lyre 2 32 Lyre 2 ISO 8 Lyre 5 8 7 Lyre 5 8 ISO 1 Anneau poire 9 Anneau largueur 2 Anneau couplage 1 CABLES Nylon 4 18 50 m Cha ne 18 4m 3m C ble acier 4 8 5 3x10m 1x20m 1x 285 m 1x 535 m 1 x 200 m Parafil 8 5 1x10m 1x 285 m 1 x 833 m 1x 300m PARACHUTE COURANTOMETRE 4 x RCM8 Aanderaa FLOTTEURS 1 flotteur SNPE 24 Benthos CORPS MORT 1 corps mort de 1200 Kg 35 parfaitement rigide Au dessus du largueur les flotteurs qui permettent au ch ssis de remonter en surface sont r partis le long d un c ble Avantages et inconv nients Ce sont les m mes que pr c demment Le AR SCADCP Flotteur Largueur I Corps mort 4 Figure 21 Mouillage d un profileur de courant effet doppler 36 eurlase ce sussutaze gec 14 klle rs asou en serie s r ls cse Largueur SUBER LAV TRS 80 Colliers inox Mar graphe SUBER SLS 23 Colliers en acier inox Pi tement en acier inox Bridure Dale de b ton arm HER 120 x 120 x 20 cm Ze 5 poids
8. 30Ckg Figure 22 Mouillage d un mar graphe 37 IV 1 3 Mouillages complexes On peut imaginer des lignes de mouillage de plus ou moins grandes complexit s afin de les adapter aux diff rents probl mes pos s aussi est il impossible d en faire une tude exhaustive Nous ne nous int resserons qu trois types de mouillages souvent rencontr s V 1 3 1 Faible flottabilit de surface et forte flottabilit de subsurface Cela revient r aliser un mouillage de subsurface sans largueur au dessus duquel on place une faible flottabilit de surface Les mouvements de cette derni re n auront que peu d influence sur le reste de la ligne de mouillage mais elle permettra de le localiser et de le relever Avantages Conception conomique Marquage de l emplacement du mouillage en surface Inconv nient Difficile relever et risque de perte du mouillage dans le cas ou la bou e de surface dispara t Vol abordage c ble coup V 1 3 2 Mouillage en U On commence par r aliser un mouillage de subsurface classique mais sans largueur partir de son corps mort un c ble ou une cha ne allong e sur le fond rejoint un autre point d ancrage ancre ou deuxi me corps mort Au dessus de celui ci une ligne pouvant tre instrument e se termine par une bou e de surface Il faut veiller laisser une distance suffisante entre les deux branches verticales du U pour qu elles ne s emm le
9. attaque rapide de l inox comme certaines huiles hydrauliques S il est indispensable d utiliser un acier inoxydable ne prendre que des aciers aust nitiques au chrome nickel et molybd ne Par exemple suivant les normes AFNOR le Z2CND 17 12 MO Cette d signation signifie Z Acier fortement alli 2 2 de carbone C Chrome 17 N Nickel 12 52 D Molybd ne le chiffre n est pas donn car il y en a moins de 1 D signation Ugine MSM 21S Autre d signation 17 12 MO Autre d signation 17 12 MO En boulonnerie 18 12 MO Autre acier inoxydable moins r sistant mais moins oxydable 18 10 MO Un acier inoxydable doit tre amagn tique condition n cessaire mais non suffisante L eau doit pouvoir ciculer librement autour du m tal Si l eau n est pas renouvel e la corrosion est plus importante Plus l eau sera riche en oxyg ne moins le m tal sera attaqu Une protection cathodique diminue la corrosion anode en zinc VI 3 MODE D EMPLOI DE WIRELOCK Reproduction de la notice du fabriquant Ce proc d qui permet le culottage des c bles ne demande que quelques minutes WIRELOCK est une r sine polyester durcissement froid pour culotter les c bles en acier Elle consiste en une solution de divers polyester et styr ne m lang s un remplisseur Le remplisseur a une tr s haute chaleur sp cifique afin de disperser la chaleur produite par le proc d exothe
10. avec des solutions alcalines fortes ou des acides forts Il est recommand de ne pas exposer de fa on permanente les culots WIRELOCK une temp rature de 113 130 C bien qu il ait t prouv par une s rie de tests que le WIRELOCK est bien plus efficace que l alliage d tain 130 C Figure 32 D tail d une douille pour culottage sur c ble d acier 1 Ligaturer le c ble la longueur d sir e 2 Epanouir l extr mit en prenant soin de bien ouvrir les torons Le c ne ainsi form doit tre de 45 environ D graisser soigneusement les fils avec un produit appropri trichlor thyl ne en vitant que celui ci coule l int rieur du c ble Laisser s cher 3 Tirer le c ble l int rieur de la douille et veiller ce qu il soit centr par rapport l axe de la douille Nous recommandons de laisser pendre sous la douille une longueur de c ble suffisante Obturer la base de la douille avec du mastic pour que le m lange ne coule pas Pour les gros culots renforcer avec quelques tours de ficelle ou petit cordage au cas o le poids du liquide serait sup rieur l adh rence du mastic 4 Verser toute la r sine liquide dans un r cipient en mati re plastique Verser ensuite tout le remplisseur dans la r sine Agiter pendant 2 minutes maximum pour obtenir un m lange homog ne 54 5 Verser sans attendre le produit ainsi obtenu dans la douille Apr s 10 minutes la douille peut tre d pos e
11. b ti au dessus d une base lest e L ensemble est pos sur le fond Lorsque les mesures sont termin es un syst me de largage par t l commande acoustique permet de s parer le b ti du lest Celui ci est abandonn sur le fond alors que le b ti qui poss de une flottabilit remonte en surface Cette flottabilit peut tre soit incorpor e dans le b ti soit r partie le long d une ligne verticale Dans les zones de p che comme ce type de courantom tres est tr s cher il est int ressant de r aliser des b tis sur lesquels les chaluts passent sans endommager ou relever l appareil 33 Figure 19 MOUILLAGE SUB SURFACE TRANSPLAT 1983 Ce type de mouillage peut tre aussi utilis pour poser des mar graphes sur fond comme dans le cas de la figure 22 Le mar graphe est coupl un largueur acoustique l aide de deux colliers doubles Le collier inf rieur re oit un pi tement tubulaire con u pour maintenir le croc du largueur environ 10 cm du sol L ensemble ainsi constitu que nous appelons ch ssis est pos sur une dalle de b ton arm au centre de laquelle se trouve un organeau Celui ci est reli au largueur l aide d une manille inox Ensuite on raidit deux bouts pass s dans des pontets soud s sur les tubes jusqu ce que le ch ssis soit fermement plaqu sur la dalle L ensemble dalle ch ssis est alors Argos N Pavillon Flotteur Se 285 m SNPE 6 Benthos _ 10 m Parafil at r EN 2 ef
12. direction que le courant Tf WpCfrDAL VV Comme en g n ral le c ble est peu inclin et que le coefficient de tra n e de friction est petit devant le coefficient de tra n e de pression la force de tra n e de friction est faible en comparaison avec la tra n e de pression Figure 9 Cas d un cylindre inclin 14 11 2 METHODE DE CALCUL UTILISEE PAR CALM CALM Conception Assist e des Lignes de Mouillage est un logiciel qui permet de simuler le comportement des mouillages en deux dimensions et en statique Le programme calcule les forces qui s exercent sur chaque l ment de la ligne de mouillage en commen ant par l l ment le plus haut g n ralement un flotteur pour se terminer par le corps mort Il en d duit leur position Lorsqu il s agit d un l ment souple comme un c ble une cha ne il le sectionne en un nombre de segments tel qu entre chacun deux la variation d inclinaison soit de l ordre du degr Pour chaque l ment ou segment inclin d un angle o par rapport la verticale le logiciel d compose le vecteur vitesse du courant en deux composantes l une normale l l ment de module Vn V cosa et l autre tangente l l ment de module Vt Vsin a Ces deux composantes g n rent deux forces Tn i et Tt i Une autre force P i est due au poids dans l eau du segment ou sa flottabilit Ces forces se composent avec la tension au dessus de l l ment F i pour donner
13. enveloppe est m tallique ou en mati re plastique pour les faibles profondeurs Lorsque la profondeur d passe 1000 m tres elle est en verre Elle peut se pr senter sous la forme de deux h misph res pos s l une contre lautre Les surfaces en contact sont suffisamment bien usin es pour assurer l tanch it entre l ext rieur et l int rieur Une d pression interne les maintient assembl es l une contre l autre pression atmosph rique et temp rature normale Elles sont plac es dans une coquille en plastique arm qui les prot ge des chocs Le flotteur peut aussi tre constitu d une multitude de tr s petites sph res de verre noy es dans de la r sine Ce mat riau est appel mousse syntactique I permet de fabriquer des flotteurs de formes vari es Dans le cas de mouillages de subsurface le flotteur en t te de la ligne est de couleur vive afin d tre bien visible Il est souvent quip d un metteur Argos qui ne fonctionne qu en surface watch dog Cela permet de savoir si le mouillage est remont en surface accidentellement ou volontairement de le localiser par goniom trie et de le retrouver D autres engins de rep rages sont parfois install s sur ces flotteurs clignotant r flecteur radar pavillon metteur radio localisable 43 V 2 2 Appareils Nous nous contenterons de donner une liste non exhaustive des appareils pouvant tre plac s dans les lignes de mouillage en t te de l
14. est en d rive Pour viter au corps mort de d raper il est possible de empenneler Ceci consiste ajouter une cha ne et une ancre appel e ancre d empennelle voir figure 19 La tenue d un corps mort est am lior e s il a une faible hauteur et surtout s il a une surface importante en contact sur les fonds meubles Il pr sente alors un effet ventouse 46 V 3 LES ELEMENTS DE LIAISON be Manchonnage Culottage Terminaison inox et terminaison galva pissure cosse coeur Fig 27 Terminaisons La rupture des c bles soumis des tensions exessives se produit g n ralement au niveau des terminaisons Elles doivent donc tre con ues pour que la perte de r sistance la traction soit minimale Sur la figure 28 nous pr sentons quelques terminaisons auxquels nous allons nous int resser en allant de la gauche vers la droite Le manchonnage Il est prescrire surtout sur les c bles pr sentant une lasticit ou pour les mouillages de plusieurs semaines Dans le premier cas le c ble en s allongeant diminue de diam tre et il glisse dans le manchon Dans le second cas le m tal du manchon est attaqu par corrosion ou lectrolyse d o rupture plus ou moins long terme Le culottage Ne convient qu aux c bles en acier Il est tr s r sistant la traction et l immersion Comme la plupart des bonnes terminaisons il utilise le principe du coincement conique Sa r alisation est
15. obtenir l aval de la pr fecture maritime et des affaires maritimes ou des organismes quivalents pour l tranger pr venir ventuellement les p cheurs tenir compte des attaques possibles de la faune locale sur les c bles envisager les m thodes de mise l eau et de r cup ration du mat riel estimer les tensions enfin simuler le comportement de la ligne de mouillage sur ordinateur l aide d un programme appropri II PRINCIPE DE LA MODELISATRION DES MOUILLAGES Il 1 GENERALITES Un objet sans mouvement par rapport l eau de mer dans laquelle il est immerg est soumis 3 forces e Son poids qui est d la pesanteur sur sa masse Il est appliqu au centre de gravit CG e la pouss e d Archim de qui est gale au poids du volume d eau d plac par le corps et qui est appliqu e au centre de car ne CC e et une troisi me force f qui permet au corps de rester en quilibre Elle compense la flottabilit du corps ou son poids dans l eau mg pVog f 0 avec m masse du corps en Kg g acc l ration de la pesanteur en m s p masse volumique de l eau de mer en Kom Vo volume d eau d plac e en mr F Force en N qui compense la flottabilit du corps ou son poids dans l eau Figure 1 V 0 Figure 2 V 0 S il y a un courant de vitesse V par rapport l objet il appara t une nouvelle force F qui s ajoute aux forces vues pr c demment Cette force dont la direction est quelconq
16. un m tre de longueur et choisir une des trois possibilit s suivantes 1 Lisse tel que le Parafil les c bles d acier rilsanis 2 Rugueux dont la gaine ext rieure est tress e 3 Tr s rugueux tels ceux qui sont cord s 3 ou 4 torons Puis nous proposons 2 coefficients de tra n e Cn Coefficient de tra n e normale l axe du c ble Ct Coefficient de tra n e de friction tangente au bout dont la valeur varie en fonction du choix pr c dent Une fois que le diam tre d du c ble est fourni le programme calcule les valeurs de Kn et de Kt pour 1 m tre de longueur elles sont Kn WpDCn et Kt V prDCt o Dx1m est la section normale l axe du segment de 1 m de longueur unit et x D x 1 m est la surface mouill e de 1 m Cha nes Dans le cas des cha nes une fois le diam tre fourni le programme propose comme coefficients de tra n e Cn 2 75 et Ct 46 Ensuite il calcule le poids puis Kn et Kt pour 1 m tre de longueur en utilisant la m me m thode que pour les c bles ou bouts Les coefficients Cn et Ct ont t estim s en fonction de cette m thode de calcul 18 III MISE A L EAU ET RELEVAGE D UN MOUILLAGE Les contraintes exerc es sur une ligne de mouillage sont les plus fortes lors des op rations de mise l eau et de r cup ration Elles d pendent non seulement de la constitution de la ligne de mouillage mais aussi de la m thode choisie pour conduire ces op rati
17. volumique en Kg m t temp rature en degr s Celsius Uu viscosit dynamique de l eau en Poiseuilles PI Coefficient de train e TT 8 T CYLINDRE LISSE Viscosit dynamique de l eau de mer pression atmosph rique en milli Poiseuille mPI La viscosit varie peu avec la pression TEMPERATURE Salinit 0 5 10 15 20 25 30 0 1 79 1 52 1 31 1 14 1 01 0 89 0 80 10 1 82 1 55 1 34 1 17 1 03 0 91 0 82 20 1 85 1 58 1 36 1 19 1 05 0 93 0 84 30 1 88 1 60 1 38 1 21 1 07 0 95 0 86 35 1 89 1 61 1 39 1 22 1 09 0 96 0 87 NOMBRE DE REYNOLDS Figure 5 Coefficient de tra n e d un cylindre et d une sph re en fonction du nombre de Reynolds Th oriquement il existe un nombre de Reynolds critique aux environs de 2320 En dessous de cette valeur l coulement est laminaire au dessus il est turbulent Cela correspond un l ger minimum sur les courbes ci dessus Un autre ph nom ne d la turbulence produit une diminution du coefficient de tra n e lorsque le nombre de Reynolds d passe 2 10 En ce qui concerne les lignes de mouillage mis part pour des l ments volumineux plac s dans de forts courants nous sommes en dessous de cette valeur Pour des nombres de Reynolds inf rieurs 10 les forces de tra n e sont si faibles qu elles n ont pratiquement pas d influence sur les mouillages Nous pouvons donc consid rer que pour des nombres de Reynolds compri
18. 0 Volts Saturated Calomel Hait Cell Reference Electrode Mik UU 1 2 DA S 1 4 1 agnesiom D 7 de 20 3721 At Figure 30 Potentiel de quelques m taux et alliages par rapport une lectrode de r f rence au chlorure d argent Il faut ajouter 0 25V pour se r f rencer par rapport l hydrog ne Taleau fourni par Dominique Festy Ifremer 51 2 ai Figure 31 Pieces d acier inoxydable corrod es par un s jours en eau de mer VI 3 REMARQUES AU SUJET DES ACIERS INOXYDABLES Les aciers inoxydables sont des alliages contenant du nickel En pr sence d oxyg ne un oxyde de nickel se forme la surface et l alliage ne se corrode pas En immersion prolong e cet oxyde protecteur peut dispara tre Il ne peut pas se reformer car le milieu marin est pauvre en oxyg ne surtout par grands fonds Il faut donc viter d utiliser l acier inoxydable dans les mouillages surtout s ils doivent rester en place plusieurs mois Parmi un lot de pi ces identiques provenant d un m me fournisseur il arrive parfois qu une d elles remonte tr s oxyd e oxydation caverneuse ou granulaire alors que les autres sont intactes Les diff rents m taux qui composent ces alliages se d truisent entre eux par lectrolyse L tat de surface des pi ces intervient sur ces corrosions Plus elles sont lisses mieux elles r sistent Certains produits m me sous forme de traces peuvent servir de catalyseur et provoquer une
19. LABORATOIRE DE PHYSIQUE DES OCEANS UNIVERSITE DE BRETAGNE OCCIDENTALE MOUILLAGES Techniques des mouillages utilis s en oc anographie D cembre 2001 Jean Pierre GIRARDOT girardot univ brest fr U F R Sciences et Techniques 6 avenue le Gorgeu BP 809 29285 Brest cedex France Girardot univ brest fr Tel 02 98 01 62 18 Fax 02 98 01 64 68 DIC ODUCT EE 3 I PRELIMINAIRE A LA REALISATION D UN MOUILLAGE ss 5 1 1 ETABLISSEMENT DU CAHIER DES CHARGES iissenoetcnmtesreten eenretenees 5 2 PREMIERES ETUDES su streircineteeeseresnsaneeteeientehe ide eberentneeneutebsieteteitencettednetbte iaie Enaria 5 II PRINCIPE DE LA MODELISATRION DES MOUILLAOES AA 6 tie ba E DEE ER EE 6 II 2 METHODE DE CALCUL UTILIS E PAR CALM sinsssussenseecreneceree 14 IN MISE A L EAU ET RELEVAGE D UN MOUILLAGE ss eenseneseeneseeneseeneenense 18 IT 1 GENERALITE SUR LES MANOEUVRES DE MOUILLAGE nn nn nrreererrernnnss 18 IM 2 ANCRAGE FILE EN PREMIER sise reienssrsesnneeneneestesereseneennseente eeeseensioenee 18 M 3 ANCRAGE FILE EN KA E 22 M 4 ESTIMATION DES CONTRAINTES MAXIMALES nes 23 V DIFFERENTS TYPES DE MOUILLAGE EE 25 IV 1 MOUILLAGES SOLIDAIRES DU FOND 25 VS BE e Re de E 25 IV 1 2 Mouillages avec flottabilit de sub surface 32 IV 1 23 ee n
20. alement pour aider les l ments constituant les liaisons passer sur la poup e du treuil et dans la poulie mais aussi pour ne pas endommager le c ble enroul sur le touret ces l ments sont envelopp s dans un chiffon Si le dernier l ment est une bou e de surface il faut le placer rapidement en bout de ligne et tout larguer au plus vite afin de tra ner le corps mort sur le fond o il risque de s engager et de provoquer une rupture dans la ligne de mouillage Il est utile de fixer sur cette flottabilit un bout de pr f rence flottant par exemple du polypropyl ne pouvant passer travers plusieurs petits flotteurs et se terminer par un autre petit flotteur Ceci constitue une queue Sa pr sence facilitera la r cup ration du mouillage en crochant dans cette queue l aide d une gaffe ou d une chatte mais attention ce qu elle ne vienne pas s engager dans l h lice Ces op rations de mise l eau se font aussi bien partir d un portique arri re qu avec une grue ou un m t de charge Variantes Afin de ne pas travailler sous forte tension lors des op rations de mise l eau de la ligne de mouillage il est possible de faire porter le corps mort par une bou e auxiliaire de flottabilit appropri e figure 13 Lorsque la ligne est largu e du navire la flottabilit auxiliaire est s par e du corps mort par l interm diaire d un largueur et le mouillage se met en place Il ne reste plus qu r
21. atamaran l ger engin de plage d garni de son gr ement Avantages Les mouvements de la ligne de mouillage n ont pas d influence sur l appareil de mesure La ligne est constitu e d l ments courants et bons march s Inconv nients Lorsque ce type de mouillage est utilis dans une zone forts courants ou forts transports s dimentaires le portique risque de s ensouiller ce qui peut compromettre son relevage Comme les charges man uvrer sont importantes et que le portique pr sente une forte prise l eau il faut choisir un c ble tr s r sistant et donc de fort diam tre pour cet usage nous d conseillons fortement l usage de c bles d acier La tra n e sur la ligne sera donc importante et ce d autant plus qu elle sera longue Il faudra en tenir compte pour choisir la flottabilit de surface et ajuster le poids du portique dans l eau afin qu il ne se renverse pas Le portique peut perturber l coulement et donc induire des erreurs sur la mesure du courant 31 Bou e de surface avec clignotant Flotteur Tergal de 12 Nokalon Gradiom tre Figure 18 Mesures du gradiant de courant pr s du fond 32 IV 1 2 Mouillages avec flottabilit de sub surface IV 1 2 1 Mesures le long de la verticale G n ralement ces mouillages sont compos s de bas en haut d un ancrage de quelques m tres de cha ne d un largueur acoustique d une ligne instrument e et d une flottabilit
22. courants de surface Il est difficile et parfois impossible de savoir si la trajectoire obtenue correspond au d placement de la masse d eau ou la d rive de la bou e sans son ancre flottante Pour diminuer les risques de rupture entre la ancre flottante et la bou e on utilise des c bles lastiques ou des Sandows qui absorbent les surtensions au C M O E P S H 0 M Parfois afin d tre s r que l ancre flottante est toujours en place un ou plusieurs capteurs de temp rature peuvent tre plac s au niveau de l ancre flottante Les valeurs des temp ratures sont transmises par Argos Lorsqu il y a rupture entre la bou e et l ancre flottante la liaison lectrique avec le ou les capteurs est coup e et les valeurs de temp ratures deviennent aberrantes D autres capteurs m t orologiques comme la pression atmosph rique la temp rature de l air la vitesse et la direction du vent etc peuvent tre ajout s sur ces bou es En plus des forces de tra n es parasites sur le c ble et sur la partie immerg e de la bou e celle ci est entra n e par la houle et sa partie merg e par le vent Avantages Faible prix de revient et bonne autonomie 1 2 ans Inconv nients L ensemble est g n ralement perdu V MATERIEL UTILISE DANS LES MOUILLAGES Nous abordons ici l aspect technologique des l ments d accastillage existants sur le march Nous pr senterons succinctement ceux qui sont le plus couramment utili
23. cup rer la bou e et le syst me de largage qui sont en d rive Les op rations de mise l eau et de relevage s apparentent alors au cas ou l ancrage largu en dernier vu ci apr s cependant il faut avoir pr vu sur la ligne des points pour reprendre la tension non seulement en dessous mais aussi au dessus de chaque appareil Bou e de subsurface Bou e auxiliaire BS V4 ou de surface Boss Le Appareil Largueur K Figure 13 Mouillage avec le corps mort port par une bou e auxiliaire Op rations de relevage Si la ligne de mouillage a t quip e d un largueur au dessus de son corps mort il faut en t l commander l ouverture Le corps mort est alors abandonn Comme il n y a plus de fortes tensions sur la ligne le mouillage peut tre facilement remont bord S il n est pas trop long et si les l ments qui le composent ne sont pas trop lourds il est m me possible de le hisser la main Dans le cas contraire il faut le virer bord en utilisant le portique ou un quivalent et le treuil Les op rations sont les m mes qu la mise l eau mais l ordre en sera invers La pr sence d un point permettant de reprendre la tension sous chaque l ment rigide est de nouveau indispensable 21 Lorsque l ancrage corps mort ou ancre est relev il arrive qu il soit ensouill ou engag ce qui peut entra ner la rupture de la ligne de mouillage C est pourquoi nous conseillons de gr er volontairem
24. d crite en annexe La terminaisons du type PARAFIL coin conique Deux exemples sont donn s ici une terminaison est en acier inoxydable l autre en acier galvanis Elles sont tr s r sistantes si elles sont mont es avec soin et bien con ues Le c ne femelle n a pas exactement la m me pente que le c ne m le aussi des tentatives de copie qui nen ont pas tenues compte ont entra n des pertes Il galement fortement d conseill de placer de la r sine au silicone sur les fibres entre les deux c nes Ceci a pour cons quence de r duire de fa on importante la r sistance la tension L pissure Elle ne peut tre ex cut e que sur des c bles cord s Elle est tr s r sistante cependant quand elle est sous tension il arrive que certaines cosses c ur se mettent en travers et qu elles coupent le c ble C est pourquoi nous pr sentons une autre sorte de cosse qui ne pr sente pas ce d faut 47 Fig 28 Demi coupe d une terminaison pour c ble PARAFIL mont e Remarque La section occup e par les fibres en a b et c est la m me La pente du c ne m le n est donc pas la m me que celle du c ne femelle Si a est le diam tre occup par les fibres en a bm le diam tre du c ne m le en b et cn le diam tre de ce c ne en c nous avons Diam tre du c ne femelle en a ba b 4b a Diam tre du c ne femelle en c Gs d a Si est la distance entre
25. ent entre le corps mort et l appareil le plus bas l l ment le moins r sistant de la ligne ww Le navire fait route bout au vent allure r duite a d pass le point d ancrage du mouillage d un tiers de la longueur totale de la ligne de mouillage II va larguer le corps mort Point d ancrage du mouillage Si Vent Position du navire au d but des op rations de mouillage Le Figure 14 Mouillage ancrage en dernier 22 III 3 ANCRAGE FILE EN DERNIER Pr paration Si la ligne de mouillage est courte elle est pos e enti rement gr e sur le pont en bitures claire et pr te tre fil e L extr mit de la ligne est maill e sur le corps mort Celui ci est pr t tre largu Si elle est longue tous les l ments souples sont enroul s dans l ordre sur tourets de telle sorte qu elle se d roule depuis la t te du mouillage vers son ancrage Mise l eau Nous avons vu qu en mouillant l ancrage en premier nous devons travailler sous tension Cette m thode n cessite des l ments tr s r sistants et elle pr sente des dangers pour le mat riel et ceux qui le manipulent Nous lui pr f rons la seconde technique de mouillage o la bou e est mise l eau en premier Dans ce cas pendant les op rations de mouillage le navire fait route en avant tr s lentement environ 2 n uds bout au vent Le mouillage commence lorsqu il est une distance d environ 1 5 fois la longueur de
26. es appareils Inclinaison des capteurs Tension sur la ligne Poids du corps mort R sistance des l ments En pr voyant sa mise l eau et son relevage PRELIMINAIRE A LA REALISATION D UN MOUILLAGE Afin de d terminer l chantillonnage des diff rents l ments qui vont composer une ligne de mouillage il est n cessaire d avoir un maximum d informations concernant l environnement exp rimental de la zone tudier d valuer les forces auxquelles les composants seront soumis et d estimer les contraintes lors de la mise l eau et de la r cup ration 1 1 ETABLISSEMENT DU CAHIER DES CHARGES Dans un premier temps il convient de d terminer quels sont les diff rents param tres mesurer pour le probl me scientifique tudi Ensuite en fonction des moyens disponibles il faut d finir la dur e des mesures et la fr quence des acquisitions le type d appareil susceptible de fournir les meilleurs r sultats choix de leurs enregistreurs et leurs capteurs la position du mouillage et l immersion des capteurs 1 2 PREMIERES ETUDES Il peut tre indispensable d tudier l environnement local Conditions m t orologiques vent houle risque de brouillard Profondeur nature et d clivit du fond courants et marnage Il faut galement savoir si le mouillage est autoris dans la zone retenue de toute fa on en cas de travaux dans la zone d int r t conomique il faudra en France
27. es de formes diverses Sa densit est faible Elle est le plus souvent inf rieure 2 ce qui fait que le poids dans l eau d un corps mort en b ton n est m me plus la moiti de celui qu il a dans lair Lorsqu il tombe ce faible poids dans l eau entra ne une faible vitesse limite en chute libre Il n est donc utile de lui associer un parachute Il est possible de lui donner une forme anti chalutage s il doit tre abandonn sur le plateau continental ainsi il n occasionnera pas une croche suppl mentaire Corps morts en b ton ferraill Il est possible de charger le b ton avec de l acier ou de la fonte comme par exemple de la cha ne d acier Il est ainsi possible d obtenir un corps mort facile man uvrer de bonne tenue sur le fond et dont la densit permet l conomie d un parachute La tenue d un corps mort d pend de la direction de la force qu il exerce sur le fond a tant langle que forme la r sultante avec la verticale nous consid rons que 45 Traction de la ligne Rs oa de mouillage masse m et de volume Vo Force exerc e par le corps mort sur le fond Force due au poids dans l eau du corps mort p g m p Vo dd Figure 26 Forces appliqu es un corps mort 0 lt tg a lt 1 2 le corps mort restera en place 1 2 lt tga lt 1 le corps mort risque de d raper 1 lt tga lt le corps mort d rape a gt 90 le corps mort ne pose pas sur le fond le mouillage
28. es marines augmentent la tra n e des c bles 42 R sistance aux morsures de poisson Certains poissons mordent les c bles Dans la zone pip lagique entre la surface et 200 m tres les requins peuvent les sectionner Il semble que la couleur du c ble ait une influence sur les attaques les c bles en textile de couleur bleu seraient moins souvent coup s que ceux de couleur blanche Plus profond dans les zones m sop lagiques et bathyp lagiques jusque vers 3000 m tres d autres esp ces plus petites mordillent les c bles et parviennent couper les c bles en textile Aussi est il pr f rable d utiliser entre la surface et 3000 m tres des c bles d acier Etat de surface Comme la tra n e d un c ble d pend de son tat de surface il est plus int ressant d utiliser ceux dont la surface est lisse Parafil V 2 LES ELEMENTS RIGIDES V 2 1 Bou es et flotteurs Suivant les r gles du balisage la partie merg e des bou es de surface doit tre de couleur jaune Elles sont quip es d un feu et d un r flecteur radar Les flotteurs de surface se pr sentent sous la forme d une enveloppe tanche remplies de gaz L enveloppe peut tre m tallique ou en mati re synth tique Le flotteur peut aussi tre r alis en mat riaux expans s Dans le cas il est compos d une multitude de petits volumes tanches De m me les flotteurs de subsurface sont constitu s de volumes remplis de gaz L
29. esse N cessaire pour passer dans une poulie ou pour enrouler le c ble sur un touret de diam tre raisonnable Le diam tre d de la poulie doit tre au moins gal 40 fois celui du c ble D D d gt 40 Propension faire des coques Les coques apparaissent sur les c bles qui ont pris des tours sur eux m me au moment ou leur tension se rel che Plus le c ble est souple moins les cons quences des coques sont g nantes Par contre sur les c bles manquant de souplesse comme les c bles d acier l apparition de coques peut entra ner la rupture Sous tension un c ble cord tend se d commettre Lorsqu il soutient une charge celle si se met tourner Quand la charge se pose comme par exemple un corps mort sur le fond la tension dans le c ble diminuant des coques se forment sur ce c ble Si le c ble est peu souple il y a une forte probabilit pour qu il se rompe lorsqu il sera nouveau mis sous tension au moment du relevage du corps mort R sistance la fatigue Hyst r sis R sistance aux bio salissures marines fouling Ne concerne que la partie des mouillages proche de la surface recevant de la lumi re Pour les diminuer certains c bles sont recouverts d une tresse de cuivre dont les oxydes toxiques ralentissent leurs apparitions Paracuivre Les organismes qui se d veloppent sur les c bles attirent leurs pr dateurs qui en s en nourrissant peuvent endommager ces c bles Les bio salissur
30. et le mastic r cup r pour resservir Dans le cas de tr s gros culots et pour viter les fuites la base de la douille commencer par verser une dose de 250 cm et attendre la prise Compl ter ensuite avec un autre kit Il ny a aucune contre indication utiliser plusieurs kits pour une seule douille La mise en service du c ble peut tre faite une heure apr s la prise du produit 18 C ATTENTION Activateur obligatoire pour basses temp ratures CONTENANCE 250 900 1000 2000 De 9 13 C 2 dose 1 dose 2 doses 4 doses De 3 9 C 1 dose 2 doses 4 doses 8 doses 55 Coupe AA brins coll s dans de la r sine c ble d acier Figure 33 Culottage
31. et sur lequel est enroul tout ce qui passe dans la poulie du treuil Vers corps mort Figure 12 Mise l eau d un mouillage corps morts fil en premier Les op rations de mise l eau peuvent commencer Le treuil vire un peu et soul ve le corps mort Le portique est d bord et le treuil d vire pour filer la ligne Arrive la liaison entre deux l ments souples o l on doit introduire un appareil Une fois que cette liaison a pass la poulie le treuil est stopp le portique rentr Au niveau de cette liaison ou mieux environ un m tre plus bas un point pour reprendre la tension a t pr vu Ce peut tre un anneau quelques mailles de cha ne ou un simple trou suppl mentaire dans un inguet Dans notre exemple il s agit d un anneau suivi d une estrope Souvent l estrope est remplac e par un bout de cha ne Une bosse pass e dans cet anneau est frapp e sur un taquet ou sur un autre point fixe solidaire du bord Le treuil d vire jusqu ce que la bosse reprenne la tension La liaison est ouverte et l appareil introduit voir figure 12 Lorsqu il est fix la ligne en haut et en bas le treuil vire un peu pour reprendre la tension la bosse est largu e le filage de la ligne se poursuit jusqu la liaison suivante et ainsi de suite jusqu la t te de la ligne normalement une flottabilit qui est mise au dessus de la surface puis largu e Le mouillage est termin 20 G n r
32. i ennemi nine tienne ennemies 37 aly 2 LBE E ERR KE KE 39 V MATERIEL UTILISE DANS LES MOUILLAGES seems 25 V 1 LES ELEMENTS SOUPLES ner snesne sense ere snesnesnesneenesnennesnemesneenesnesneennnnnee 40 SN ntm LES ELEMENTS RME E 42 EE WER a E 42 E EE e LEE 43 EE EE EE 43 EE E Ee E 44 SN Le LES ELEMENTS DE LIMSON EE 46 V 4 MATERIEL UTILISE POUR LES OPERATIONS DE MOUILLAGE ss 48 sATA NNE EE 48 VI 1 RECUPERATION DES MOUILLAGES PERDUS sisissricerisersioririrsieriseriioriseriieriniraie ENEE 48 P ENED EE 48 VI 3 REMARQUES AU SUJET DES ACIERS INOXYDABLES ne 51 VI 3 MODE D EMPLOI KE Ri 52 INTRODUCTION L oc anographie physique qui tudie les ph nom nes observ s en mer est avant tout une science exp rimentale Les premi res mesures de ces ph nom nes ont t r alis es au cours d explorations partir de navires plus ou moins sp cialis s Il est apparu que certaines de ces mesures n taient possibles qu partir d un navire au point fixe Aussi d s que l on a su fabriquer des appareils autonomes ils ont t plac s sous des bou es ancr es sur le fond Dans d autres cas il s est av r plus int ressant de laisser l ensemble d river avec les courants Nous entendons donc par mouillage toute ligne instrument e ou non poss dant une flottabilit de surface ou de subsurface Elle peut tre soit en d rive soit solidaire du fond par l interm diaire d un corps mort o
33. igne en s rie en parall le ou pos s sur le fond Il s agit de courantom tres de profileurs de courant effet doppler de cha nes de thermistances avec leur enregistreur de mar graphes de houlographes de largueurs d enregistreurs C T D Conductivity temperature deepth Figure 25 Courantom tre Aanderaa RCM7 et divers l ments de liaison permettant de reprendre la tension dans la ligne de mouillage V 2 3 Largueurs Le largueur est plac en bas de la ligne au dessus de l ancrage Il permet de r cup rer la ligne de mouillage instrument e en ouvrant la liaison m canique qui la retient au fond Pour cela une commande acoustique cod e en fr quence ou en binaire lui est transmise depuis un navire Si l appareil reconna t le code il actionne un moteur qui ouvre la ligne de mouillage Il a exist des largueurs pyrotechniques ou un boulon explosif permettait l ouverture de la ligne de mouillage Plus simples de conception ces models ont t abandonn s cause des dangers qu ils pr sentaient et de leur manque de fiabilit 44 Les largueurs sont g n ralement aussi transpondeurs c est dire qu un signal acoustique d interrogation cod transmis par le navire ils renvoient d s r ception un signal de retour Le temps s parant l mission du signal d interrogation de la r ception du signal de retour permet de conna tre la distance entre le navire et le largueur G n ralement les largueur
34. l e aussi friction Tf Tf pCFSm VIV o Sm est la surface de l objet en contact avec le fluide en m que nous appelons surface mouill e et Cf est le coefficient de tra n e de frottement Ce coefficient varie avec l tat de surface de l objet qui est d fini par sa la rugosit Nous avons donc T Tp Tf G n ralement la tra n e de pression est grande devant la tra n e de friction et seule la premi re est prise en consid ration Cependant dans certains cas comme par exemple lorsqu un bateau remorque un c ble non pesant dans l eau la tra n e de frottement est pr pond rante Dans ce Cas nous avons T Tf WpCfrDL VIV o D est le diam tre du c ble et L sa longueur immerg e Le plus souvent le c ble est oblique Il forme un angle o avec la verticale Regardons quelles sont les forces qui s appliquent sur une portion de c ble de longueur AL et diam tre D B D composons le vecteur vitesse du courant V en 1 gt Un vecteur vitesse Vn normal l axe du c ble et Vt gt Un vecteur vitesse Vt tangent au c ble n Figure 8 D composition du vecteur vitesse 13 Nous trouvons 2 forces de tra n e gt une de tra n e de pression normale l axe du c ble Tn V pCpDAL Vn Vn gt et d apr s H Berteaux une tra n e de frottement axiale de m me direction que Vt t Y pCfrDAL ViVt ou d apr s S F Hoerner une tra n e de friction qui conserve la m me
35. la ligne La flottabilit en t te du mouillage est mise l eau et la ligne est fil e moins vite que le bateau n avance pour maintenir une bonne tension Le corps mort est largu lorsqu elle est enti rement tendue et que le bateau a d pass le point de mouillage d un tiers de la longueur de la ligne C est alors que les efforts dans la ligne sont maximums mais comme ils restent nettement moins importants que dans le cas pr c dent aussi le diam tre des c bles peut tre r duit La tension dans la ligne reste inf rieure au poids du corps mort dans l eau T lt g m Vo Avec g acc l ration de la pesanteur m masse du corps mort masse volumique du corps mort Vo volume du corps mort La bou e en t te du mouillage revient vers le navire une vitesse importante Il peut m me se produire qu une bou e de surface se mette plonger Si le navire a gard un cap constant pendant le filage de la ligne le corps mort se pose sur le fond environ un tiers de la longueur de la ligne fil e l arri re du point de largage dans le cas des mouillages de sub surfaces Il sera par contre indispensable d utiliser un argueur afin de r cup rer la ligne de mouillage en abandonnant le corps mort au fond Il est important de conserver le bateau en route une vitesse qui permet de conserver une tension sur la ligne pendant tout le filage afin d viter que le mouillage ne s emm le surtout lorsqu il comporte des couran
36. lleur contact avec l quipage et une ambiance plus agr able bord Nous distinguerons deux m thodes de travail selon que l ancrage sera mouill en premier ou qu il sera largu en dernier IIl 2 ANCRAGE FILE EN PREMIER figure 12 Nous allons voir dans l exemple qui suit le d roulement de ce type de mise l eau partir d un navire quip d un portique arri re mobile Pr paration Une poulie large engouijure dite avale tout est frapp e sur le portique arri re Le bas de la ligne maill sur le corps mort passe dans la poulie et vient garnir la poup e du treuil Derri re ce treuil tout le reste des l ments souples sont assembl s dans l ordre o ils seront mouill s les uns la suite des autres L ensemble peut tre enroul sur un touret comme dans 19 notre exemple ou pos sur le pont dans le cas d un mouillage court Tout doit tre clair La flottabilit de t te de ligne est pr te tre mouill e Il est indispensable d avoir pr vu sur la ligne un point qui permette de reprendre la tension sous chaque l ment encombrant afin de pouvoir les introduire dans le mouillage Nous allons voir leur utilit pendant les op rations de mise l eau et de r cup ration Point fixe solidaire du bord Poulie large engoujure Go land Portique Ligne filer elle n est pas sous tension Courantom tre Ligne d j fil e sous tension Tour
37. ndeur d eau pleine mer On peut d composer cette ligne en trois parties La ligne flottante la cha ne de marnage et la cha ne dormante figure 16 La ligne flottante est amarr e l extr mit inf rieure de la bou e par un merillon billes qui vite la ligne de prendre un tour chaque cycle de mar e Si le fond est important elle est constitu e par un c ble en textile Une cha ne ou plus rarement et nous le d conseillons un c ble d acier peut tre utilis en eau peu profonde Cet l ment de ligne fatigue relativement peu mais son chantillonnage doit tre suffisant pour r sister aux mouvements de rappel de la bou e La cha ne de marnage est soumise un ragage important sur le fond Par son poids elle joue un r le d amortisseur Elle devra donc tre surdimensionn e mais il n est pas utile qu elle soit galvanis e La limite entre la cha ne de marnage et la cha ne dormante n est pas nette aussi sont elles souvent confondues sous le nom plus g n ral de cha ne de mouillage Pour cette derni re partie on utilise de la cha ne tr s lourde Il peut tre int ressant qu elle soit galvanis e si elle est r cup r e pour d autres utilisations Par son poids la cha ne dormante participe la tenue du mouillage sur le fond Elle est maill e sur une ancre ou sur un corps mort He Bou e de surface Ligne semi rigide Bou e satellite Courantom tre Lest Emerill
38. ne valeur moyenne Cette valeur reste constante pour des nombres de Reynolds allant de 1 000 200 000 Ce qui correspond aux conditions g n ralement rencontr es pour les mouillages en dessous de 1 000 les courants sont si faibles qu ils n ont plus 16 d influence significative sur la ligne et des valeurs d passant 200 000 ne sont rencontr es que pour des courants assez forts Par exemple dans le cas d une sph re de 40 cm de diam tre pour des courants sup rieurs 1 n ud Il convient alors de modifier la valeur de Cx cette possibilit est offerte par le programme C est partir de ces donn es que sont calcul es les valeurs de Kn et de Kt Evidemment Kn Kt puisque pour une sph re Cx ne change pas avec la direction du courant ELEMENTS SENSIBLES A L INCLINAISON DE LA LIGNE Leur tra n e varie avec l inclinaison de la ligne de mouillage Nous distinguons 2 sortes d l ments ceux qui sont cylindriques et dont l axe est inclin comme la ligne de mouillage et les autres pour lesquels on doit fournir les forces de tra n e pour 1 m s Kn suivant la normale la ligne et Kt suivant l axe de celle ci Les cylindres Le coefficient de tra n e normale l axe d un l ment de grande longueur est d environ 1 2 celui de la tra n e axiale d environ 1 lorsque le nombre de Reynolds est compris entre 10 000 et 200 000 Ces coefficients de tra n e sont ajust s en fonction du rapport entre la longueu
39. nt pas Le mouillage est r cup r en relevant en premier la bou e de surface Avantages Le marquage en surface signale la position du mouillage et il peut donc le prot ger des chaluts ou autres engins de p che Inconv nients Ce type de mouillage est difficile mettre en place et relever Il n est utilisable que par petits fonds 38 Ee MOUILLAGE EN U Bou e Selco Cabrillon Courantometre Courantometre Aanderaa RCM4 Largueur E Suber de Figure 23 Mouillage en U V 1 3 2 Ligne mouill e en 3 points mouillage tripode Pour r duire l vitage de la t te de ligne il est possible de faire se rejoindre en ce point trois c bles partants de trois ancrages plac s en triangle Un tel mouillage est complexe Il demande de bons moyens de positionnement pour tre mis en place 39 IV 2 MOUILLAGES DERIVANTS Figure 24 Principe d un mouillage lagrangien avec flottabilit de surface Ce type de mouillage est utilis pour d terminer la d rive lagrangienne d une masse d eau entre la surface et 1000 m tres Pour ce faire une structure tr s forte tra n e qui est appel e ancre flottante ou drogue est maintenue immerg e la profondeur choisie on dit qu elle est ancr e dans cette masse d eau Ce terme drogue nous vient de l anglais drag Il existe de nombreux types d ancres flottants chaque quipe voir chaque utilisateur tan
40. on billes Ligne flottante Cha ne de marnage Cha ne morte Corpsmort A E me Figure 16 Principe d une ligne de mouillage flottabilit de surface par petit fond 27 Afin de diminuer l vitage la ligne de mouillage doit tre la plus courte possible Dans ce cas la cha ne de marnage est directement frapp e sur le corps mort Pour emp cher le d rapage du corps mort on assure souvent celui ci en le reliant par l interm diaire de quelques m tres de cha ne une ancre Brittany ou Fob de 10 15 kg par exemple Le ou les flotteurs satellites sous lesquels sont install s les appareils de mesure sont maintenus cart s de la bou e principale l aide d un cabrion ou d une ligne semi rigide A l origine le cabrion tait une lourde poutre de bois Mu par la houle il se comportait comme un b lier vis vis de la bou e de surface C est la raison pour laquelle nous lui pr f rons un syst me plus l ger r alis partir d un tube de PVC renforc ses extr mit s par des manchons en bois Un syst me encore plus l ger et plus souple peut tre con u en utilisant une ligne semi rigide Elle est constitu e de flotteurs s par s par des disques de caoutchouc qui sont enfil s sur un c ble et maintenus compress s La tension dans le c ble doit limiter la courbure de la ligne semi rigide afin d viter que les appareils ne s emm lent autour de la ligne flottante figure 16 Avantages
41. ons des possibilit s de man uvre du navire utilis et de l tat de la mer Nous allons examiner ces probl mes plus en d tail III 1 GENERALITE SUR LES MANOEUVRES DE MOUILLAGE Au d but d un projet de mouillage il est indispensable de pr voir les m thodes de mise l eau et la r cup ration ainsi que leur d roulement A bord ces op rations sont examin es en concertation avec le commandant du navire qui les adaptera en fonction de son exp rience et des possibilit s de man uvre de son b timent Une fois sur zone il d cide si ces op rations peuvent avoir lieu en fonction de l tat de la mer Par ailleurs il est n cessaire que l quipe de scientifiques embarqu s connaisse dans le d tail la composition de la ligne de mouillage et que les responsabilit s soient clairement distribu es En effet il faut penser que ce travail se fera dans des conditions inhabituelles et que l improvisation sera difficile Les man uvres de mise la mer ou de r cup rations tant assur es par le bord il est indispensable que le bosco soit avis du d roulement souhait des op rations Le r le des scientifiques est d assembler ou de pr senter la demande les diff rents l ments du mouillage Souvent il est n cessaire qu ils participent aux man uvres Pour cela ils doivent conna tre le langage utilis la mer afin de n intervenir qu bon escient Leur coup de main est alors appr ci et permet d tablir un mei
42. r du cylindre et son diam tre Comme dans le cas de la sph re lorsque le nombre de Reynolds d passe 200 000 ce coefficient peut tre retouch Autres Si l on dispose de mesures de la tra n e T pour diff rentes vitesses V il est possible de trouver les valeurs de K de l l ment K gt CE WO ZN Dans le cas contraire il faut d composer l l ment en plusieurs parties de g om trie simple pour lesquelles il est possible de trouver la tra n e pour 1 m s la somme de ces tra n es partielles donne une id e des tra n es sur l l ment Elles seront fournies au programme 17 ELEMENTS INSENSIBLES A L INCLINAISON DE LA LIGNE DE MOUILLAGE Leur tra n e est ind pendante de l inclinaison de la ligne de mouillage C est le cas par exemple des courantom tres Aanderaa tant que l angle d inclinaison de la ligne est inf rieur 27 degr s S il s agit d un cylindre seul le coefficient de tra n e normale Cn intervient Il est d termin comme dans le cas pr c dent Pour que Vn et Vt aient le m me effet il faut que Kn Kt Dans le cas contraire il nous faut estimer la tra n e pour 1 m s Pour un courantom tre Aanderaa RCM4 ou RCM5 le constructeur donne Venm s 0 51 1 03 1 54 2 06 2 57 TenKg 1 03 2 45 498 10 56 20 60 D o Kn Kt 2 69 N ELEMENTS SOUPLES Ce sont les bouts et les c bles ou les cha nes C bles Dans ce premier cas Il faut fournir la flottabilit pour
43. res sur la verticale utilis pendant ENVAT 81 30 V 1 1 3 Mesures pr s du fond Il est possible de poser des appareils de mesure sur le fond Lorsqu il s agit de courantom tres classiques ceux ci sont plac s dans un b ti Dans l exemple de la figure 18 l appareil est un courantom tre 5 rotors qui est suspendu dans un portique La bou e de surface joue le r le de bou e de marquage et sa flottabilit n a que peu d importance Elle est reli e au portique par un c ble en textile dont longueur avoisine une fois et demie la hauteur d eau Si la densit de le c ble est sup rieure celle de l eau un petit flotteur de subsurface vitera la ligne de mouillage de s enrouler autour du portique par faible courant Recommandations Le portique devra tre suffisamment lest et sa base assez large pour que la tension exerc e par la ligne de mouillage ne le fasse pas basculer Lorsque l on mesure la direction du courant le portique doit tre r alis en mat riau amagn tique afin d viter une d viation du compas de l appareil A la mise l eau d s que la base touche le fond il ne doit plus y avoir de tension sur la ligne de mouillage Il faut donc filer le reste de la ligne et larguer la bou e de surface au plus vite afin de ne pas renverser le portique sur le fond Dans les zones tr s forts courants il est possible de remplacer la bou e de surface par un flotteur profil Il nous est arriv d utiliser un c
44. rmique pendant le durcissement Le remplisseur WIRELOCK conduit donc la chaleur de fa on correcte et emp che d ventuelles fissures pendant le durcissement de la r sine La r sine prend dans les 10 minutes suivant sa pr paration une temp rature d environ 18 C Et cette r sine a durci suffisamment dans l heure qui suit soit 1 heure 15 minutes apr s le m lange le culottage acquiert 100 de la rupture du c ble Ce durcissement du syst me de culottage WIRELOCK est influenc par la temp rature temp rature lev e le durcissement est plus rapide qu basse temp rature La pr paration du culottage peut tre r alis e une temp rature l g rement inf rieure 0 C Le WIRELOCK a t rigoureusement test pendant plus de 15 ans et la preuve est faite que l on peut r aliser des ancrages fiables de haute s curit WIRELOCK a t test et approuv par Lloyd s Register of Shipping 53 Egalement WIRELOCK est utilis avec succ s dans les applications suivantes Syst mes d ancrage de tubes Culottages de haubans pour le dragage Culottages de haubans de gr ements Culottages de lignes de remorquage Culottage de haubans de m ts d metteurs Culottages de c bles pour cloches de plong e sous marine Culottages de c bles d acier de ponts constructions de toiture etc Le WIRELOCK est r sistant aux acides l eau sal e l huile la graisse Il faut viter cependant les contacts
45. s crire sous la forme 24 2 2 Mise 0 d L La avec Mu masse virtuelle de l objet Mv M Ma M masse de l objet au cas ch ant rempli d eau Ma masse ajout e Ma kr Vol Kr est le coefficient de masse ajout e E module d lasticit longitudinal module de Young S section du c ble L longueur du c ble F force de tra n e pour une vitesse de 1 m s F 1 2 4CS o est la masse volumique de l eau de mer en kg m C le coefficient de tra n e de l objet S sa section normale au d placement p poids dans l eau p g m Vo o g est l acc l ration de la pesanteur m la masse de l objet la masse volumique de l eau de mer Vo le volume de l objet Z est la coordonn e verticale Lorsqu un corps se d place dans un fluide il a tendance entra ner une partie de ce fluide par cons quent lorsqu il est soumis des acc l rations celles ci s appliquent non seulement la masse de ce corps m mais aussi une certaine masse m du fluide Cette masse m est appel e masse ajout e Elle d pend de la masse volumique du fluide du volume du corps et de sa forme Le coefficient kr permet d ajuster la masse ajout e en fonction de sa forme Il est par exemple de 0 5 pour une sph re Imaginons le c ble vertical retenant un objet immerg dans l eau En premi re approximation consid rons qu il est soumis un mouvement sinuso dal tel que v Vo Vsin t L objet subit
46. s entre 10 et 2 10 le coefficient de tra n e est presque constant Comme nous l avons vu pr c demment son ordre de grandeur est de 1 pour un cylindre et 0 5 pour une sph re Coefficient de tra n e 10 Figure 6 COEFFICIENT DE TRAINEE DE PRESSION D UN CABLE 10 0 1 1 00E 00 1 00E 01 1 00E 02 1 00E 03 1 00E 04 Nombre de Reynolds 1 00E 05 1 00E 06 0 1 Coefficient de tra n e 0 01 0 001 Figure 7 COEFFICIENTS DE TRAINEE DE FRICTION DE CABLES 11 100 1000 Nombre de Reynolds 10000 100000 1000000 Rugosit Comme nous l avons dit l coulement exerce sur l objet une force de tra n e T Elle est due la pression du fluide sur l avant de l objet et la d pression l arri re de l objet II s agit de la tra n e de pression Tp Tp 1 pCps viV o Cp est le coefficient de tra n e de pression Elle est galement due au frottement du fluide sur la surface de l objet c est la tra n e de frottement appe
47. s s pour r aliser les mouillages Nous distinguerons deux cat gories les l ments souples et les l ments rigides V 1 LES ELEMENTS SOUPLES Ce sont les cha nes et les c bles m talliques ou textiles Apr s un aper u de leurs caract ristiques nous pr senterons les plus couramment utilis s Qualit s d un l ment souple Elasticit G n ralement une faible lasticit est int ressante ce qui quivaut un fort module de Young module qui s exprime SAL Ou F est la tension S la section L la longueur consid r e et AL l allongement 41 Cette lasticit donne une ind termination sur la mesure de la longueur des c bles aussi certains les mesurent ils sous une tension telle que 2 E 7 Avec T tension en kg force d diam tre du c ble en mm T nacit C est le rapport entre la r sistance la rupture Rp d un c ble et sa masse pour une longueur de 100 m Elle doit tre importante Rp T m Temp rature de fusion Elle doit tre lev e Fluage C est l allongement dans le temps d un c ble soumis une tension constante Il doit tre faible Perte mouill e Certaines fibres voient leur r sistance la rupture diminuer lorsqu elles sont mouill es Pour les fibres synth tiques cette diminution est inf rieure 20 mais lorsqu il y a des n uds sur un cordage mouill les n uds se souquent et le cordage peut voir sa r sistance diminuer jusqu moiti Soupl
48. s envoient un accus de r ception du signal commandant le largage ou un signal indiquant que le largage est effectu Pour augmenter la probabilit de r cup ration des lignes de mouillage deux largueurs peuvent tre coupl s sur la m me ligne de telle sorte que le fonctionnement de Tun des deux permette la r cup ration de la ligne et des 2 largueurs voir figure 20 V 2 4 Corps morts La plupart du temps l ancrage des mouillages eul riens est assur par un corps mort Il peut tre m tallique acier fonte en b ton ou en b ton feraill Le corps mort est le plus souvent abandonn sur le fond il doit donc tre peu co teux Corps morts m talliques Nous utilisons de la ferraille de r cup ration disponible dans les casses gueuses de fonte roues de wagons ou de motrice la cha ne La densit de la fonte ou de l acier est sup rieure 7 ce qui fait qu un corps mort r alis avec ces mat riaux a une vitesse limite de descente importante En tombant le corps mort entra ne des appareils de mesure Certains d entre eux ne supportent pas une vitesse trop lev e comme certains rotors de courantom tres qui se cassent Danc ce cas il faut limiter la vitesse de descente du corps mort en lui ajoutant un parachute Ceci complique le largage du corps mort et augmente le co t de l ancrage Corps morts en b ton Le b ton est un mat riau bon march qui peut tre coul dans des coffrag
49. t persuad e que celle qu il utilise est la plus performante Elles peuvent avoir l allure d une tr s grande chaussette holey sock d un paquet de filets d un papillon Mais quelle que soit sa forme l ancre flottante est lest e sa base afin de se maintenir verticale et sa partie sup rieure est reli e par c ble appel orin une flottabilit de surface Cette flottabilit peut tre partiellement ou enti rement due une bou e Cette bou e est quip e d un metteur Argos qui permet de suivre la localiser La partie merg e offre un minimum de prise au vent et l orin doit avoir le plus faible diam tre possible pour offrir le moins de tra n e possible ceci afin de suivre au mieux la masse d eau tudier L ensemble du mouillage est souvent appel SURDIFT pour SURface DRIFTer La bou e ainsi que la partie de l orin proche de la surface peuvent tre trait s avec un rev tement antifouling efficace afin que leurs tra n es reste longtemps le plus faible possible Sans quoi les flotteurs et la partie de l orin proche de la surface se chargent progressivement d une masse d anatifes et d algues La bou e suit plus ou moins les mouvements verticaux de la surface alors que l ancre flottante reste pratiquement immobile II en r sulte une fatigue et une usure des l ments de la ligne de mouillage qui peuvent provoquer sa rupture Dans ce cas la bou e de surface d rive au gr des vents et des 40
50. tenue de l ancrage sur le fond ou la flottabilit de la bou e de surface Un compromis est difficile trouver il est rarement satisfaisant Cependant dans le cas o il ne serait pas possible d utiliser un autre type de mouillage nous recommandons de placer un lest important en bas de la ligne flottante Ce lest r duira l inclinaison de la ligne flottante Il peut tre constitu de gueuses ou plus simplement d une tr s lourde cha ne Avantages Ce type de mouillage permet d obtenir des mesures depuis la surface jusqu proximit du fond La bou e de surface est un moyen tr s efficace pour carter du mouillage les chalutiers et autres navires en p che Inconv nients cause du mouvement des l ments en surfaces les tensions exerc es sur le mouillage sont importantes d o une fatigue et une usure des l ments Il faut donc sur chantillonner l ensemble du mouillage Comme nous l avons indiqu pr c demment les mesures obtenues sont bruit es surtout celles des courants L inclinaison de la ligne flottante peut poser des probl mes La tenue du mouillage est plus difficile assurer 29 Bou e de surface avec clignotant et r flecteur radar Courantometre RCMA4 Chaine de thermistances sur cable de Parafil de 11 Enregistreur pour cha ne p de thermistances Courantometre RCMA4 Flotteurs Nokalon Largueur acoustique Chaine de 15 mm Figure 17 Mouillage pour mesu
51. tom tres avec d rive Les c bles ont une f cheuse tendance capeler autour de ces appareils et leur d rive d s qu on leur en laisse la libert Si la tension se rel che des coques se formeront dans les c bles en acier toronn Il ne faut absolument pas retenir le flotteur de t te de ligne au bord l aide d un bout mais tout laisser s allonger au mieux derri re le bateau sans quoi tout s emm le C est le commandant du navire qui choisit cette distance en fonction de la vitesse du navire qui doit rester man uvrant et de la dur e estim e des op rations de mouillage 23 Le corps mort est mouill C Tension maximum E Le corps mort descend en s loignant et la bou e revient vers le navire D Le mouillage est en place Figure 15 Mouillage avec ancrage mis l eau en dernier III 4 ESTIMATION DES CONTRAINTES MAXIMALES lors de la mise l eau ou du relevage C est au moment de la mise l eau et du relevage d un mouillage que les contraintes sont maximales Leur estimation quoique complexe est donc pr dominante pour v rifier si l chantillonnage des diff rents l ments est correct Nous allons voir comment aborder ce probl me Lorsqu un objet immerg reste li un navire par un c ble les mouvements de ce navire provoquent sur cet objet des variations de vitesse et d acc l rations qui se traduisent par des fluctuations de la tension dans le c ble Ce qui peut
52. u d une ancre Alors qu avant la mesure en oc anographie physique tait ponctuelle dans le temps et dans l espace elle s oriente vers l observation d une zone tendue et vers le suivi de ph nom nes pendant de longues p riodes Les mouillages permettent la mesure des param tres physico chimiques de l eau de mer des courants des s diments en suspension Ils sont aussi utilis s dans de nouveaux domaines comme la tomographie acoustique ou le suivi de flotteurs lagrangiens Leur importance reste essentielle et leur utilisation de plus en plus courante pour des temps de plus en plus longs La r ussite des mesures obtenues partir des mouillages r sulte essentiellement de la conjonction d une tude th orique et de l emploi d une multitude de recettes issues de l exp rience C est ce que nous allons essayer de vous pr senter ici lt Type de mesure lt Pr cision lt Lieu Cahier des charges lt Niveaux de mesure a lt Dur e des mesures Choix des appareils Etude de l environnement SE Genre de mouillage ES Echantillonnage priori Calcul statique Augmenter la Calcul des contraintes au r sistance des mouillage et au relevage l ments VV VW Echantillonnage Correct Variations Immersion capteurs Inclinaison appareils Tol rable Oui L 1 R alisation Type Eul rien ou Lagrangien Mise l eau ancrage en 1 er ancrage en dernier Immersion d
53. ue se d compose en une force verticale P appel e portance et une force horizontale E E se d compose son tour dans le plan horizontal en une force D normale V qui s appelle la force de d rive et une force T qui a la m me direction que la vitesse V Elle est appel e la force de tra n e Figure 3 Force de train e En ce qui concerne les mouillages oc anographiques seule la connaissance de la force de tra n e T est utile Elle s exprime avec T e D CO T 1 2PCS V V Force de tra n e en N Masse volumique du fluide en Kg m Coefficient de tra n e sans dimension Section normale au courant en m Vitesse du courant en m s Ordre de grandeur du coefficient de tra n e Nous ne nous int resserons qu deux formes g om triques simples le cylindre et la sph re Nous donnons ci dessous une valeur approch e du coefficient de tra n e ainsi que la section normale l coulement dans trois cas 1 Cylindre dont l axe est perpendiculaire la direction du courant 2 Cylindre dont l axe est dans la direction du courant 3 Sph re dans ce dernier cas la direction du courant est sans importance Figure 4 Coefficient de tra n e des cylindres et des sph res Les coulements sont caract ris s par le nombre de Reynolds Le coefficient de tra n e varie avec ce nombre qui s exprime Avec V vitesse du courant en m s D dimension de l l ment qui peut tre son diam tre en m p masse
54. une acc l ration dv dt V cos at Remarquons que la vitesse est maximale lorsque l acc l ration est nulle donc la force de tra n e sera maximum lorsque la force d inertie sera nulle et inversement Il peut arriver que la vitesse de descente du c ble soit sup rieure celle de l objet Dans ce cas il y a du mou dans le c ble L objet tombe alors librement Au moment o le c ble se trouve de nouveau tendu il subit une surtension qui peut provoquer sa rupture 25 IV DIFFERENTS TYPES DE MOUILLAGE IV 1 MOUILLAGES SOLIDAIRES DU FOND 1V 1 1 Avec flottabilit de surface Ce type de mouillage n est int ressant que par petits fonds par exemple sur le plateau continental Il est difficile mettre en uvre par grands fonds et dans ce cas l vitage devient si important qu il est impossible d obtenir des mesures de courant cr dibles IV 1 1 1 Mesures proximit de la surface Pour r aliser des mesures proximit de la surface il est possible d utiliser une ligne de mouillage principale ayant une bou e de surface laquelle est fix un syst me flottant Suivant les cas ce sera un cabrion une bou e satellite ou une ligne semi rigide et les appareils seront install s sous ce syst me Leur but est d loigner les appareils de la ligne de mouillage principal afin d viter que l ensemble s emm le De mani re g n rale la longueur de la ligne principale peut tre de 1 5 3 fois la profo
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