Vers une flottabilité neutre

Calcul du poids apparent dans l'eau du câble de communication

Un des problèmes majeurs du câble de communication est le poids de celui-ci. Il faut que l'on ai une flottabilité neutre dans l'eau. Si le câble coule dans l'eau, au fur et à mesure de l'immersion du câble, celui-ci va pendre sous le robot et ajouter du poids à ce dernier, donc le tirer vers le bas. Soit le câble flotte et donc au fur et à mesure de l'immersion, cela va tirer le robot vers la surface et le déséquilibrer.

J'ai donc pu faire quelques mesures pour calculer la flottabilité. Le câble a les caractéristiques suivantes:

Diamètre: 5mm (j'ai pris cette mesure au pied à coulisse, à plusieurs endroit du câble).
Longueur: 50m
Masse: 1,375kg

A partir de ces paramètres, on peut calculer la poussée d'Archimède: V_déplacé x m_fluide x g, avec V_déplacé est le volume de fluide déplacé, m_fluide est la masse volumique du fluide dans lequel on immerge le corps et g, l'accélération de la pesanteur ou gravité. Dans notre cas, le masse est uniformément répartie sur long des 50m de câble (les embouts ne comptent pas car l'un sera dans l'enveloppe du robot, l'autre à la surface) et le volume est constant tout au long du câble.

Il nous faut donc définir le volume de notre câble. Le volume d'un cylindre est: π x r² x h, avec r le rayon du cylindre et h, la hauteur. Donc dans notre cas, V_déplacé = π x (2,5.10^-3)² x 50 = 9,82.10^-4 m³.

La poussée d'Archimède dépend du fluide dans lequel on plonge le corps. Dans notre cas c'est de l'eau, mais qui peut être douce ou bien salée (et suivant les mer ou océan, la quantité de sel diffère donc la masse volumique est différence. Nous allons donc faire le calcul de la poussée d'Archimède dans le cas de l'eau douce (la masse volumique est de 1000 kg/m³) et dans le cas de l'eau de la mer Méditerranée (la masse volumique est de 1027 kg/m³).

Dans l'eau douce: 1000 x V_déplacé x 9,81 = 9,63 N (Newton)
Dans la mer Méditerranée: 1027 x V_déplacé x 9,81 = 9,89 N

Le poids réel du câble est de: 1,375 * 9,81 = 13,49 N

Donc immergé dans l'eau, le poids apparent du câble sera P_apparent = P_réel - P_Archimède. Donc on va calculer la flottabilité dans le cas d'une immersion dans de l'eau douce et dans le cas de la mer Méditerranée:

13,49 - 9,63 = 3,86 N donc le câble coulera
13,49 - 9,89 = 3,60 N donc le câble coulera aussi, même si c'est un peu moins

Donc il va falloir compenser cette force qui va entraîner le câble vers le fond en augmentant le volume de celui-ci pour que la poussée d'Archimède soit équivalente ou très proche de zéro. Le principe général pour résoudre ce type de problème est bien sûr d'augmenter le volume, soit:

en ajoutant des flotteurs à intervalle régulier pour compenser le poids du câble
augmentant le volume de la gaine sur toute la longueur (en ajoutant une sur-gaine qui augmentera le volume du câble de départ avec un matériaux flottant)

Pour faciliter la gestion du câble (le mettre sur un enrouleur par exemple, ou simplement pour éviter que celui-ci ne s'emmêler), la deuxième solution est beaucoup plus pratique. Le site SvSeeker a proposé l'idée de fabriquer un tel câble pour un prix très raisonnable en utilisant une corde en polypropylène tressé et d'insérer la câble Ethernet à l'intérieur. Nous allons utiliser cette méthode qui augmentera le volume du câble Ethernet pour un poids qui ne l'entraînera plus vers le fond (la masse volumique du polypropylène est inférieure à celle de l'eau donc il flotte).

Recherche d'une tresse en polypropylène

J'ai donc commandé le matériel suivant (à ne pas commander):

Une drisse en polypropylène de 10mm de diamètre et 50m de long à 58,50€

Cette drisse, qui est de bonne qualité, ne répond toutefois pas du tout à mes attentes. En effet, celle-ci possède une âme et le tressage est serré. J'ai bien tenté d'enlever l'âme, mais essayez de tirer 8 fuseaux de polypropylène sur 50m qui sont enserrés dans une drisse qui est tressée serré... Après 1h de bataille avec mon fils, nous avons pu extraire 10m d'âme et fait avancer la partie sans âme sur 50cm ou 1m... En fait, nous sommes vraiment arriver à compacter le tressage, mais pas vraiment à faire avancer l'âme dans la tresse. On fait tout de même un test pour voir s'il est possible de faire avancer le câble Ethernet dans la tresse polypropylène. La tresse est tellement serrée et l'espace interne est trop faible pour y faire passer le câble convenablement. Donc malheureusement, abandon de cette solution avec ce produit. Je vais faire don de la drisse à mon club de plongée. Je repars donc en quête du bon produit.

Il est nécessaire de trouver une tresse creuse (sans âme) en polypropylène pour ses propriétés de flottabilité. J'ai beau retourner le problème dans tous les sens dans Google avec différents mots clés, mais je ne trouve rien de bien approprié pour le moment (ou alors à la tonne sur des sites chinois...). J'ai donc commencé à contacter différents revendeurs de cordages pour leur exposer mon problème. Jusqu'à présent, seule la société Ino-Rope m'a répondu très gentiment et plutôt favorablement, mais en m'indiquant quelle ne disposait pas le bon produit en stock, mais qu'elle allait voir avec ses fournisseurs. Je leur ai fourni les données dont je disposais pour évaluer la quantité de polypropylène nécessaire pour compenser le poids apparent du câble Ethernet (voir fichier Excel joint en bas de page). Je suis donc en attente de leur réponse. Il reste quelques sites à contacter éventuellement, et sinon, je devrai me rabattre sur l'achat de plusieurs cordes de tractage pour bouée pour arriver à réaliser la flottabilité du câble Ethernet.

Après une nouvelle vague de recherches (avec d'autres mots clés sur Google), je suis enfin arrivé à trouver le produit qui semble convenir chez un fournisseur qui expédie en France: Paracord.eu. Je me suis donc lancé dans les calculs plus précis des caractéristiques de la tresse de polypropylène à acheter pour arriver à une flottabilité neutre avec le câble Ethernet. Les résultats du calculs sont sur la feuille Excel suivante.

Calcul pour avoir une flottabilité neutre en compensant avec une tresse de polypropylène Fiche excel de calcul de flottabilité

J'ai commandé les articles suivants (il y a un très large éventail de coloris disponibles, chacun peut faire en fonction de ses goûts). A noter que le service d'expédition et de suivi de commande proposé par ce fournisseur sont de très bonne qualité (expédition très rapide, bon packaging, envoi de photo du contenu du colis par email avant expédition, ...).

L'intérêt d'ajouter une tresse ronde à l'intérieur de la gaine est double. Tout d'abord, comme le montre la feuille de calcul, cela permet d'arriver à la flottabilité neutre de l'ensemble, mais en plus, celui-ci pourra être utilisé pour solidariser le câble de communication sur l'armature du ROV et donc de tirer dessus pour le faire remonter en cas de besoin (sans appliquer une tension néfaste sur le câble Ethernet).

Réalisation du câble de communication à flottabilité neutre

Il reste alors à faire entrer le câble Ethernet ainsi que la tresse de 5mm à l'intérieur de la tresse plate de 12mm. J'ai pensé à plusieurs solutions pour réaliser cette étape importante. La première idée est d'utiliser un câble tire-fil que l'on passe en premier dans la gaine et qui permettra de tirer les deux autres. Mais dans une grande longueur (au delà de 25m), le coût d'un tire-fil est prohibitif (plusieurs centaines d'euros). Je me suis donc rabattu sur l'idée de faire une aiguille rigide qui permettra de compresser la gaine extérieure sur une distance d'un mètre pour faire avancer les deux câbles. J'ai donc acheté à Castorama:

Un tube en acier rond et creux de 10mm de diamètre
Un sachet de vis tôle à tête fraisée de 3x12mm

Après avoir avoir percé le tube en deux endroits, introduire tout d'abord la tresse en polypropylène puis le câble Ethernet. Faire en sorte que la tresse en polypropylène soit en visible par les trous pour permettre qu'elle soit bien prise dans lors du vissage. Ajouter une vis dans chacun des trous afin de rendre solidaire le tout. J'ai fait pénétré les câbles sur une longueur d'environ 6 à 8cm.

Il ne reste alors plus qu'à s'armer d'un peu de patience pour faire glisser ces deux câbles dans la gaine en polypropylène... En fait, il faut un peu de patience, mais aussi un peu d'huile de coude pour tirer les 50m. Comptez 3 à 4h de boulot seul! Oui, ça se mérite un câble Ethernet qui flotte (ou alors ça se paie cher). Bref, les deux câbles sont passés dans la tresse et voici le résultat.

Il ne reste plus qu'à tester que le câble Ethernet marche toujours bien... Mais n'ayant pas le testeur avec moi, il va falloir attendre un peu... Et ce n'est pas plus mal car si jamais il y a un souci, je vais mal digérer mes 4h de sport des bras!

Test du câble

Quelques semaines ce sont écoulées (je n'ai malheureusement que peu de temps à consacré au projet en dehors de mes périodes de congés), mais j'ai enfin pu faire le test du câble ce week-end (dimanche 18 février). Après avoir connecté des prises femelles à chacune des extrémités du câble, j'ai pu réalisé un test du câble grâce au testeur Fluke DSP-100 que j'avais déjà utilisé cet été. Après tous les branchements effectués, j'ai croisé les doigts et... tout fonctionne nickel ! Voici quelques images de ce grand moment. Tous les paramètres sont dans les limites du test pour une communication en 100Base-TX.