Spécifications techniques pour l étude d une structure mécanique en interface avec un robot sous marin R.O.V. Version provisoire Version applicable N doc et lien (EDMS) : I-036783 Autre numéro (option) : Objet : Cahier des charges visant à définir les spécifications techniques d une structure mécanique située au pied des lignes de détection des neutrinos en interface avec un robot sous marin R.O.V. CPPM - 163, av. de Luminy - Case 902-13288 Marseille cedex 09 - Tél : (33) 04 91 82 72 00 - Fax : 04 91 82 72 99 N de document : p. 1/10
In Date Rédacteur Vérificateur Approbateur SOMMAIRE DES EVOLUTIONS N de document : p. 2/10
SOMMAIRE 1. OBJET DU DOCUMENT... 4 2. DESCRIPTIF TECHNIQUE... 4 2.1. DESCRIPTION GENERALE... 4 2.2. DEFINITION DES FONCTIONS ET INTERFACES DU PIED DE LIGNE... 6 2.2.1. Support pour le Launcher of Optical Modules (LOM)... 6 2.2.2. Fixation du LOM... 6 2.2.3. Fixation de la ligne de détection... 6 2.2.4. Support pour le base container... 6 2.2.5. Arrangement du câble de connexion... 6 2.2.6. Support pour le module de connexion... 6 2.2.7. Interface mécanique pour un hydrophone... 7 3. CONTRAINTES... 7 3.1.1. Compacité... 7 3.1.2. Durée de vie... 7 3.1.3. Poids... 7 3.1.4. Levage et manutention... 7 4. PRESTATION DEMANDEES... 7 5. PLANNING PROPOSE... 7 6. ANNEXES... 8 6.1. OUTILAGE DE CONNEXION... 8 6.2. SUPPORT DE LA LIGNE DE DETECTION... 8 6.3. SCHEMA DE PRINCIPE... 9 6.4. ETUDE PRELMIMINAIRE... 10 N de document : p. 3/10
1. OBJET DU DOCUMENT Le laboratoire CPPM est impliqué dans le développement d un détecteur sous-marin visant à l observation d une particule élémentaire appelé neutrino. Ce projet est dénommé localement MEUST. Ce détecteur,dans sa configuration finale, sera constitué de plusieurs dizaines de lignes de détection reposant à 2500m de profondeur et reliées à une boite de jonction. Quatre lignes de détection seront connectées en série à partir de la boite de jonction. Une ligne de détection est constituée d un assemblage vertical de 18 capteurs de lumière (sphère en verre étanche, appelée Module Optique) d environ 800m de haut et accrochés à une structure mécanique de pied de ligne posée sur les fond sous-marin (voir figure 1) Ce document constitue un cahier des charges visant à définir les spécifications techniques de cette structure mécanique de pied de ligne avec pour contrainte principale l optimisation de ces interfaces avec un robot sous marin R.O.V. Fig. 1 : schéma de principe d une ligne de détection de neutrino 2. DESCRIPTIF TECHNIQUE 2.1. DESCRIPTION GENERALE Une fois déployée dans les fonds marins, une ligne de détection est une structure flexible composé de 2 cables mécaniques maintenant les 18 modules optiques se déployant verticalement sur une hauteur d environ 800m. Elle est composée à ces extrémités d une bouée en partie haute pour maintenir la ligne en tension et, en partie basse, d un pied de ligne pour son son ancrage au sol et assurant les fonctions décrites en partie 2.2. Avant d être déployée, la ligne de détection se présente sous la forme d une structure en trois parties : la ligne elle-même est enroulée sur une structure sphérique de 2,1m de diamètre appelé LOM (Launcher of Optical Modules) pour les opérations de déploiement en mer. Le LOM repose sur la structure mécanique de pied de ligne qui fait l objet de ce cahier des charges. Enfin le tout est surmonté d un troisième élément mécanique servant d interface avec le câble grand fond du bateau pour la phase de dépôt N de document : p. 4/10
sur le fond marin (cette partie est équipée d un largueur acoustique qui déclenche la remontée du LOM et le déroulement de la ligne). Cet élément est fixé au pied de ligne par l intermédiaire de trois câbles passant à travers le LOM et dispose d un système d ajustement qui permet de régler la tension de ces câbles. Voir la figure 2 pour illustration de ces trois parties de la structure. Pour effectuer le déploiment la structure est hissé par un point de levage situé sur la partie mécanique supérieure (voir la figure 2) avant d être débordée et descendue par le câble grand fond du bateau. Une fois ce paquet déposé dans les fonds marins, le câble grand fond, équipé d un largeur acoustique, libère la structure complète avant d être remonté. Ultérieurement, le déclenchement du largueur acoustique situé sur la partie mécanique supérieure permet la libration de celle-ci ainsi que du LOM qui remonte à la surface en libérant un à un les Modules Optiques puis la bouée, laissant la ligne de détection dans sa configuration verticale (la partie haute contenant le largeur étant pourvue d une flottablité très supérieure à celle du LOM qui évite les interactions entre les deux éléments lors de la remontée). Dans une troisième étape, un robot sous marin R.O.V. (Remotly Operated Vehicle) de type léger viendra assurer les connexions de cette ligne. La conception de la structure de pied de ligne doit être guidée par les interactions avec ce ROV dans les phases de connexions. Fig. 2 : photo d un test de déploiement N de document : p. 5/10
2.2. DEFINITION DES FONCTIONS ET INTERFACES DU PIED DE LIGNE Ce paragraphe décrit les fonctions et les interfaces de la structure de pied de ligne. 2.2.1. Support pour le Launcher of Optical Modules (LOM) La structure doit comporter un berceau permettant le dépôt du LOM. La conception de cette partie est déjà réalisée mais la structure doit permettre son intégration. Le poids d un LOM équipé que devra suppporter le berceau est d environ 2T dans l air. Voir l annexe 2. 2.2.2. Fixation du LOM Une fois déposé sur le berceau le LOM est maintenu au moyen de 3 câbles qui relient la structure méanique supérieure à un point de fixation situé sur le pied de ligne à la verticale du centre du LOM. Ce point de fixation reprend donc les efforts de levage de la structure complète lors des phases de débordement et de descente (voir partie 2.1). Le coefficient de surcharge à prendre en compte du au pilonnement durant ces phases est de 2. Le coefficient de sécurité de calcul vis-à-vis de la limite élastique du matériau considéré doit être d au moins 1,5. La structure devra intégrer ce point de fixation. 2.2.3. Fixation de la ligne de détection Les 2 câbles mécaniques de la ligne de détection sont rattachés à la structure par l intermédiaire d un pièce en croix lié à l ancre par un liaison rotule. La conception de cette partie est déjà réaliséeet imposée et la structure doit l intégrer. Une fois la ligne déployée, la tension verticale exercée par les 2 câbles mécaniques est d environ 400kg au total. Par ailleurs, l emplacement sur la structure de cette pièce par rapport au support du LOM (partie 2.2.1) est contraint et est défini sur les plans de l étude préliminaire. Voir annexe 2. 2.2.4. Support pour le base container Le pied de ligne doit intégrer un conteneur cylindrique éléctronique en titane qui fera l interface entre la ligne et la liaison vers l extérieur. Les dimensions estimé de celuici sont un diamètre de 180mm pour une longueur de 650mm. La fixation de celui-ci sur la structure est à la charge du titulaire du marché et doit être compatible avec les phases de transport et de déploiement de la ligne de détection. 2.2.5. Arrangement du câble de connexion La liaison vers la boite de jonction ou une autre ligne est assurée par un câble (appelé Interlink) dont la longueur varie entre 80 et 140m. Celui-ci est lié au base container par un pénétrateur et doit être stoké sur la structure de pied de ligne pour le déploiement de manière à pouvoir être déroulé ensuite par le R.O.V. Ce câble a un diamètre externe de 21,5mm et ne doit pas être soumis à une courbure inférieure à un rayon de 10cm. Dans sa version la plus longue (140m) ce câble aura un poid dans l air de 93 kg et un poids dans l eau de 35kg. 2.2.6. Support pour le module de connexion N de document : p. 6/10
Les lignes de détection étant pour partie reliées en série, le pied de ligne doit intègrer un outilage pour faciliter la connexion ducâble venant d une autre ligne. Celui-ci est developpé par le CPPM (voir annexe 1). Charge au titulaire du marché de définir l emplacement de ce panneau pour optimiser les opérations R.O.V. et de définir son support. Les plans de détails de cet outillage seront fournis au titulaire ultérieurement (voir partie 5). 2.2.7. Interface mécanique pour un hydrophone La structure mécanique sera équipé d un instrument (hydrophone). Cet hydrophone se présente sous la forme dun cylindre d environ 15cm de haut pour 5 cm de diamètre. Son poids est d environ 1 kg. Le titulaire sera chargé de définir le support mécanique permettant de disposer cet instrument à 2 m au dessus du fond marin. Le positionnement dans le plan horizontal sera uniquement guidé par les interfaces avec les autres fonctionnalités de la structure. 3. CONTRAINTES 3.1.1. Compacité Afin de faciliter les phases de transport et de déploiement dans les fonds marin, la structure ne devra pas dépasser des dimensions d environ 2m de large et 3,5m de long. De plus la hauteur maximale par rapport au sol du berceau du LOM (point 2.2.1) ne doit pas dépasser 0,7m. 3.1.2. Durée de vie Le détecteur est concu pour une durée de vie de 15ans. La structure devra donc être concue de manière à limiter la corrosion marine à la profondeur donnée (2500m). Une attention particulière sera à apporter sur les différents matériaux en contact pour éviter la corrosion ainsi qu à l utilisation d anodes sacrificielles. 3.1.3. Poids Le poids total dans l eau de la structure mécanique nue (hors LOM, «base container» et Interlink) devra être compris entre une valeur minimale de 1,5T et une valeur maximale de 2T. Cette valeur devra être précisée au cours de l étude pour optimiser le comportement dynamique de la ligne lors du déploiement. Par ailleurs, le pied de ligne devra intégrer un support permettant l ajout de plaques de lest (jusqu à 300kg). 3.1.4. Levage et manutention La structure devra intégrer 4 anneaux permettant son levage. 4. PRESTATION DEMANDEES Le titulaire du marché devra fournir les plans complets de fabrication de la structure (papier et fichier éléctronique compatible avec le logiciel CATIA) ainsi qu un rapport justifiant les choix techniques. Pour ce travail le titulaire bénéficiera des plans résultant d une étude préliminaire effectuée en interne (voir annexe 2) ne prenant toutefois pas en compte les aspects relatifs à l interface avec le R.O.V. utilisé pour les connexions. Un certificat matière sera demandé pour tous les composants de la structure. 5. PLANNING PROPOSE Fourniture (par le CPPM) des plans de l étude préliminaire : T0 N de document : p. 7/10
Fourniture (par le CPPM) des plans de l outillage de connexion : T0 Soumission dossier conception préliminaire et rapport de justification : T0 +2 mois Approbation CPPM du dossier T1 : 2 semaines Livraison des plans de fabrication : T1 + 1 mois 6. ANNEXES 6.1. OUTILAGE DE CONNEXION Annexe 1. : schéma de principe de l outillage de connexion connexion (pour 4 connecteurs) assisté par R.O.V. 6.2. SUPPORT DE LA LIGNE DE DETECTION N de document : p. 8/10
Annexe 2. : en haut : schéma de principe du berceau de support de LOM et de la croix de fixation des câbles de la ligne.en bas : vue de dessus de cet ensemble avec des côtes. 6.3. SCHEMA DE PRINCIPE Annexe 3 : vue schématique de la structure. La sphère transparente repésente le LOM. N de document : p. 9/10
6.4. ETUDE PRELMIMINAIRE MEUST : Structure mécanique de pied de ligne Annexe 4 : plan de la structure issue de l étude préliminaire. N de document : p. 10/10