Brevet FR2193928A1 — publié le 19740222

La présente invention concerne un procédé pour réaliser l'immersion parfaitement stable au fond de la mer de structures du type comportant une plateforme de base et une tour ou un échafaudage superposé et utilisables notamment pour le forage en mer, l'exploitation de gisements sous-marins de pétrole et le stockage de ce dernier. L'exploitation des gisements sous-marins de pétrole pose de nombreux problèmes et en particulier celui de disposer, à proximité immédiate desdits gisements, de structures très importantes du type indiqué ci-dessus. Ces structures présentent les caractéristiques communes suivantes - Leur transport sur leurs lieux d'utilisation situés en pleine mer est effectué par flottage, mais ce flottage n'est possible que si lesdites structures ont des caractéristiques convenables de flottabilité et de stabilité. - Jusqu'à ce jour et, au moins dans l'immédiat, les opérateurs sont situés au-dessus du niveau de la mer et ces structures comportent donc impérativement des plateformes situées au-dessus du niveau de la mer. - Enfin, dans de nombreux cas, seules des structures fixes rigidement reliées au sol sont acceptables. Le présent brevet concerne un procédé d'immersion de certaines de ces structures fixes comportant deux parties, à savoir un très important flotteur constituant la plateforme de base et permettant le transport par flottage jusqu'à l'emplacement d'utilisation où il est immergé et qui, convenablement lesté ou fixé sur le fond par un procédé quelconque, assure la fixité de l'installation, et une tour ou un échafaudage rigidement lié au flotteur et supportant une plateforme supérieure d'accès. La structure servant de flotteur pendant le flottage est ensuite utilisée soit comme réservoir sous-marin, soit comme embase porte-lest dans le cas d'une plateforme fixe de forage. Jusqu'alors le procédé le plus simple de réalisation d'un tel réservoir sous-marin ou plateforme de forage consistait à construire la tour sur le flotteur au chantier de construction, le remorquage extérieur vers l'emplacement d'utilisation étant réalisé avec la tour porte plateforme en position verticale. Puis l'immersion de l'ensemble était réalisée dans cette position. Cependant, il s'avère que ce procédé très simple devient d'une application de plus en plus difficile au fur et à mesure qu'augmente la profondeur du site d'utilisation, nécessite la mise en oeuvre de moyens plus importants et complexes et de ce fait est très onéreux. En effet, au fur et à mesure que la profondeur augmente, la stabilité devient de plus en plus difficile à réaliser pendant le remorquage et surtout au début de l'immersion quand le flotteur, complètement couvert par l'eau, n'a plus aucune stabilité de forme. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un nouveau procédé de montage et d'immersion perfectionné d'une structure du type défini plus haut, améliorant considérablement les exigences imposées par les considérations de stabilité en cours de flottage et d'immersion. Ce problème est résolu à l'aide du procédé conforme à l'invention caractérisé par le fait qu'il consiste à amener ladite structure en éléments séparés au lieu de l'immersion, à y assembler les uns contre les autres ces éléments flottant à plat à la surface de l'eau, à commencer à immerger l'ensemble en amenant d'abord la plateforme à une flottabilité légèrement négative, puis à réaliser l'immersion complète et contr8lée de la structure par alourdissement progressif des autres éléments constituant la partie supérieure de la structure. Suivant un mode d'exécution particulier du procédé conforme à l'invention, l'assemblage des éléments séparés et de la plateforme de la structure à immerger et leur configuration sont tels que lesdits éléments sont placés symétriquement par rapport à la plateforme, flottant à plat à la surface de l'eau, au lieu d'immersion et sont reliés à cette dernière au moyen de dispositifs à articulations.En outre, l'arrimage des éléments flottants s'effectue en accostant chaque élément à la plateforme de manière qu'au moins une partie de l'élément, constituant un premier organe dudit dispositif à articulation, vienne en surplomb d'au moins un second organe de forme complémentaire du dispositif àarticulations et situé sur la plateforme, et en amenant brusquement ledit premier organe à s'engager de façon autobloquante avec ledit second organe, en provoquant à cet effet un premier alourdissement subit de l'élément flottant. Conformément à la présente invention, la structure prévue pour la mise en oeuvre du procédé tel que défini ci-dessus est caractérisée par le fait qu'elle est constituée par une plateforme de base et par un échafaudage superposé, pouvant etre fixé par des articulations sur la plateforme et constitué par deux éléments identiques ou symétriques en forme de treillis métalliques tubulaires. On notera que le procédé selon l'invention présente les avantages essentiels suivants consistant en ce que, d'une part la plateforme et lesdits éléments de l'échafaudage peuvent être conçus très librement puisque la stabilité n'impose pas de conditions difficiles, d'autre part la construction à plat des éléments séparés est plus sûre et enfin l'immersion est considérablement facilitée. A titre d'exemple, on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement au dessin annexé un mode d'exécution du procédé selon l'invention. La figure 1 représente une vue schématique de perspective d'une structure conforme à l'invention. La figure 2 est une représentation semblable de la structure de la figure 1, en vue éclatée. La figure 3 est une vue en plan de la structure des figures 1 et 2, déployée et préassemblée à plat avant son immersion et son assemblage définitif. Les figures 4 et 5 sont respectivement une élévation latérale et une vue en plan schématique à plus grande échelle d'un dispositif d'arrimage et de fixation d'un élément de l'échafaudage sur la plateforrne de la structure préassemblée représentée en figure 3. La structure, utilisée pour la mise en oeuvre du procédé et représentée sur les figures 1 et 2, est constituée en trois parties : une plateforme de base 1 et deux éléments 2 et 3 identiques ou symétriques constituant un échafaudage superposé à la plateforme 1. Celle-ci est de forme générale parallélépipèdique et constitue le flotteur principal très lourd et pouvant être alourdi jusqu'à présenter une flottabilité négative au point d'immersion de l'ensemble. Chaque élément 2 ou 3 est constitué par un treillis tubulaire, approximativement rectangulaire et formé de tubes de fort diamètre représentés ici schématiquement par de simples traits, disposé verticalement ou avec une faible inclinaison et comportant un tube horizontal supérieur 4 et un tube horizontal inférieur 5 formant traverses.Chaque élément 2 ou 3 comporte en outre à son extrémité supérieure un second treillis tubulaire horizontal, semblable au précédent mais de dimensions plus réduites et possédant un tube 6 formant traverse, parallèle au tube 4. Les deux éléments 2 et 3 sont fixés d'une façon expliquée plus en détail à l'aide des figures 4 et 5 > la plateforme 1 de façon à y reposer, une fois que l'assemblage définitif est réalisé, les treillis supérieurs des éléments relevés 2 et 3 étant réunis par les tubes 6 jusxtaposés et constituant ainsi une seconde plateforme tubulaire horizontale (cf. figure 1) qui est située au-dessus du niveau de l'eau.En outre, pour leur fixation sur la plateforme 1, les tubes inférieurs 5 des éléments 2 et 3 comportent respectivement des ensembles d'organes saillants 7 et 8 en forme de cylindres métalliques pleins destinés à s'engager dans des ensembles correspondants d'organes de forme complémentaire 9 et 10, ménagés dans la face supérieure de la plateforme 1 (ces organes 7, 8, 9 et 10 sont représentés de façon plus détaillée sur les figures 4 et 5). On va expliquer maintenant la mise en oeuvre du procédé à l'aide de la structure telle que définie en référence aux figures 1 et 2. A cet effet on se reportera successivement aux figures 3, 4 et 5. On effectue tout d'abord un assemblage partiel préalable des éléments 2 et 3 et de la plateforme 1, amenés au lieu d'immersion. Chacun des éléments 2 et 3, flottant à plat, est rapproché latéralement de la plateforme 1, de façon que les organes 7 et 8 viennent se placer en surplomb des organes 9 et 10 de la plateforme 1. Ensuite, on réalise l'arrimage effectif de chaque élément 2 ou 3 à la plateforme 1 en provoquant, comme décrit ci-dessous en référence aux figures 4 et 5, l'engagement des organes 7 et 8 dans les organes complémentaires 9 et 10 . Cet arrimage est tel que la plateforme i et chaque élément 2 ou 3 conservent l'un par rapport à l'autre un degré de liberté, une rotation des pièces l'une par rapport à l'autre étant possible autour de l'axe des organes 8, 10. La réalisation mécanique de ces articulations ne pose que des problèmes solubles malgré le poids des éléments et l'importance des forces susceptibles d'entre exercées par l'une sur l'autre pièce. On pourra utiliser pour chaque articulation deux ou trois charnières constituées par exemple par des pièces en acier coulé suffisamment importantes pour supporter les efforts prévus. La réalisation de l'assemblage ne présente pas de difficulté par beau temps. La plateforme 1 est en général très lourde (plusieurs dizaines de milliers de tonnes) et, pour l'opération d'assemblage, elle se trouvera proche de son équilibre d'immersion, son franc bord ne s'élevant que peu au-dessus de la surface 12 de l'eau (par exemple de 2 mètres) comme représenté en figure 4. Cette plateforme est donc par beau temps relativement immobile, la houle étant supposée très faible. Les éléments 2 et 3 ont un poids qui, pour les dimensions représentées sur les figures, correspondant à une profondeur de ioe à 120 m, sera de l'ordre de 2000 à 3000 tonnes pour chacun de ces éléments et, comme l'accostage à un quai d'un bateau de 3000 tonnes, même avec une très légère houle, constitue une opération courante qui ne présente pas de difficulté, l'assemblage de l'élément 3 (dans le cas des figures 4 et 5) avec la plateforme est réalisé comme suit :Le tube de fort diamètre constituant la traverse inférieure 5 de l'élément 3 est disposé latéralement comme indiqué sur les figures 4 et 5, ce qui donne au plan général de l'élément 3 lorsqu'il flotte à plat une certaine inclinaison sur l'horizontale qui, jointe à la disposition de la traverse 5, fait que les organes tels que 8 devant assurer l'articulation se trouvent au-dessus du niveau de l'eau à une hauteur supérieure au franc bord de la plateforme I, par exemple, à ine hauteur de 5 mètres au lieu de 2 mètres pour le franc bord. Dans ces conditions, on peut accoster le tube 5 contre le franc bord de la plateforme 1. De fortes défensesll sont solidement fixées d'avance sur la plateforme 1 et l'élément 3 afin d'amortir les chocs produits par la légère houle et l'accostage.Pour favoriser cet accostage à l'emplacement exact désiré, on prévoit au besoin des guides tels que 13. Dès que l'accostage est terminé et les parties 1 et 3 maintenues l'une contre l'autre par des aussières convenablement disposées, la traverse 5 est alors remplie d'eau par l'ouverture de vannes non représentées en nombre et de dimensions suffisantes pour assurer un remplissage rapide. Cette opération de remplissage modifie l'équilibre en flottaison de l'élément 3 et les organes 8 viennent s'engager dans leurs logements 10. Des pièces complémentaires non représentées sont alors mises en place pour empocher les organes 8 de sortir de leurs logements 10, ce qui est déjà empêché par le fait que pour effectuer ce mouvement il faudrait soulever l'organe 8, donc exercer vers le haut un effort considérable. Lorsque les éléments 2 et 3 sont ainsi assemblés à la plateforme 1, on procède à l'immersion de l'ensemble de la structure en amenant la plateforme 1 à une flottabilité légèrement négative ce qui amorce l'immersion. Pendant l'immersion, les éléments 2 et 3 pivoteront et viendront en position verticale. Ces éléments 2 et 3 facilitent en fait beaucoup l'immers ion qui est extrêmement sûre si leur comportement correspond à ce qui est indiqué ci-après : Avant le commencement de l'immersion, les éléments 2 et 3 flottent. Lorsque l'immersion commence, ces éléments exercent vers le haut un effort sur la plateforme 1. Les articulations doivent donc être assez robustes pour supporter cet effort. Au fur et à mesure que la plateforme 1 s'enfonce, les éléments 2 et 3, primitivement horizontaux se redressent peu à peu et l'effort vers le haut qu'ils exercent sur la plateforme 1 augmente.Pour que l'immersion continue, il faut donc alourdir les éléments 2 et 3 en laissant pénétrer de l'eau dans ces pièces. La descente peut donc être parfaitement contrôlée puisque, si on cesse de laisser entrer de l'eau dans les éléments 2 et 3, l'immersion s'arrête. Au fur et à mesure que les éléments 2 et 3 se rapprochent de la verticale, il faut des quantités d'eau de plus en plus grandes pour provoquer la même descente de la plateforme 1. Par conséquent, plus on se rapproche du fond, mieux on contrôle l'immersion. L'opération d'immersion qui est une opération habituellement très délicate, selon les procédés classiques communs, devient donc très sûre grâce aux éléments séparés 2 et 3 de l'échafaudage. On peut facilement contrôler l'assiette transversale de la plateforme 1 en réglant l'entrée d'eau dans les éléments 2 et 3 et on peut de même contrôler l'assiette longitudinale en laissant entrer l'eau séparément dans les parties avant et arrière de ces éléments. On notera qu'avant l'immersion ou du moins dès le début de l'immersion, les éléments 2 et 3 doivent être en grande partie remplis d'eau pour ne pas avoir une flottabilité excessive et il s'avère même avantageux, après avoir rempli complètement d'eau la plateforme, de provoquer le début de l'immersion par remplissage des éléments 2 et 3. Enfin, on peut prévoir exactement par le calcul l'équilibre de l'ensemble de la structure à différents stades d'immersion. Pour que les choses se passent comme indiqué ci-dessus, c'est-à-dire pour que l'effort vers le haut exercé par les éléments 2 et 3 sur la plateforme 1 augmente de façon continue pendant l'immersion (avec accélération de cette augmentation au fur et à mesure de l'immersion), il faut que pendant toute l'immersion la condition suivante soit réalisée Les forces de pesanteur exercées sur les éléments 3 admettent une résultante passant par un point fixe déterminé, non représenté. Les forces hydrostatiques correspondant à la poussée d'Archimède admettent une résultante passant pratiquement par le centre de poussée, non représenté (l'effet de Carène de la partie émergée de la pièce est peu important). Pour que les choses se passent comme indiqué ci-dessus, il faut que le demi-plan passant par l'axe des articulations 8(ou 7 dans le cas de l'élément 2), et ledit point fixe d'application des forces de pesanteur, soit toujours situé au-dessous du demi-plan passant par ce même axe et ledit centre de poussée. Cette condition est très facile à réaliser par une disposition convenable des masses et des volumes vides qui créent la flottabilité. R EVERD I-8 T I O N S 1. Procédé pour réaliser l'immersion parfaitement stable au fond de la mer de structures du type comportant une plateforme de base et une tour ou un échafaudage superposé et utilisables notamment pour le forage en mer, l'exploitation de gisements sous-marins de pétrole et le stockage de ce dernier, caractérisé par le irait qu'il consiste à amener ladite structure en éléments séparés au lieu de l'immersion, à y assembler les uns contre les autres ces éléments flottant à plat à la surface de l'eau, à commencer à immerger l'ensemble en amenant d'abord la plateforme à une flottabilité légèrement négative, puis a réaliser l'immersion complète et contrôlée de la structure par alourdissement progre sit des autres éléments constituant la partie supérieure de la structure. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'assemblage des éléments séparés et de la plateforme de la structure à immerger et leur configuration sont tels que lesdits éléments sont placés symétriquement par rapport à la plateforme, flottant à plat à la surface de l'eau, au lieu d'immersion et sont reliés à cette dernière au moyen de dispositifs à articulations. 3e Procédé suivant les revendications i et 2 prises dans leur ensemble, caractérisé par le fait que l'arrimage des éléments flottants s'effectue en accostant chaque élément à la plateforme de manière qu'au moins une partie de l'élément, constituant un premier organe dudit dispositif à articulation, vienne à l'aplomb d'au moins un second organe de forme complémentaire du dispositif à articulations et situé sur la plateforme, et en amenant brusquement ledit premier organe à s'engager de façon autobloquante avec ledit second organe, en provoquant à cet effet un premier alourdissement subit de l'élément flottant. 40 Structure pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait qu'elle est constituée par une plateforme de base et par un échafaudage superposé, pouvant être fixé par des articulations sur la plateforme et constitué par deux éléments identiques ou symétriques en forme de treillis métalliques tubulaires0 5.Structure suivant la revendication 4, caractérisée par le fait que lesdits premiers organes formant une partie des dispositifs à articulations et prévus au bas de chaque élément de l'échafaudage sont constitués par des cylindres en métal plein solidaires du tube inférieur du treilles tubulaire de l'élément, et que lesdits seconds organes, formant les parties complémentaires des premiers organes et prévus sur la plateforme, sont constitués par des parties éventuellement rapportées, en forme de demi-cylindres évidés, dans lesquels lesdits premiers organes viennent se bloquer avec possibilité de pivoter aurdMn axe hdrizontal lorsqu'on réalise un premier alourdissement rapide de 11 élément flottant. 6. Structure suivant la revendication 5, caractdrisée par le fait que lesdits premiers et seconds organes sont des pièces en acier coulé. 7. Structure suivant l'une des revendications 4 ou 5, caractérisée par le fait que chacun des deux éléments identiques ou symétriques, constituant l'échafaudage superposé sur la plateforme, est constitué des tubes de fort diamètredispo- sé de M å rmer une sorte de treillis rectangulaire, au cbté supérieur duquel est relié rigidement un autre treillis de meme type de forme sensiblement rectangulaire et horizontal et qui forme avec la pièce semblable de l'autre élément le toit de l'échafaudage qui constitue une plateforme d'accès située audessus du niveau de l'eau. 8. Structure suivant l'une des revendications 3, 4, 5, 6 ou 7, caractérisée par le fait que chacun des deux éléments constituant l'échafaudage supérieur est dimensionné de telle manière que le demi-plan passant par l'axe des articulations respectivement d'un élément et par le centre de gravité de cet élément est toujours situé au-dessous du demi-plan passant par ledit axe des articulations et le centre de poussée des forces hydrostatiques appliquées sur l'élément, ce qui permet le contrôle parfait de l'immersion de la structure.