Brevet FR2300846A1 — publié le 19760910

La présente invention a pour objet un dispositif pouvant entre qualifié de "brise-houle" et fonctionnant en position submergée en vue d'établir en surface une zone de calme relatif. Elle reçoit une application particulièrement intéressante pour la protection d'ouvrages de génie civil tels que les plateformes de travail "off-shore", les digues et jetées, ou pour la stabilisation de corps flottants tels que les barges effet tuant la pose d'oléoducs sous-marins, ou encore pour l'aménagement d'une aire d'accostage ou d'amerrissage et de décollage. Ce dispositif est constitué essentiellement comme un amortisseur dans l'enceinte duquel au fluide est mis en mouvement avec fortes pertes de charge grâce à des moyens sensibles aux variations de la pression hydrostatique instantanée qui règne sous la surface, du fait des variations de hauteur d'eau à l'aplomb de la entre et du creux des vagues0 De par sa concep -tion même, un tel dispositif a pour effet de prélever de l'eau sous la crête des vagues et à 11 inverse de restituer de l'eau sous le creux des vagues, d'où il résulte un certain aplatissement local de la houle ou en d'autres termes une réduction de l'amplitude de celle-ci. Belon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif comporte au moins une enceinte sous-marine équipée dlune part d'un ou plusieurs orifices agencés pour ne permettre quJun écoulement unidirectionnel de l'eau sous l'action d'une pression différentielle de signe déterminé et d'autre part d'un ou plusieurs passages à pertes de charge propres à provoquer une dissipation d'énergie hydraulique. le ou les orifices à écoulement unidirectionnel peuvent assurer soit l'entrée d'eau dans l'enceinte par suite d'une surpression extérieure auquel cas le ou les passages à pertes de charge permettent à liteau de s'échapper de l'enceinte, soit au contraire la sortie d'eau hors de enceinte par suite d'une surpression intérieure auquel cas le ou les passages à pertes de charge permettent à l'eau de pénétrer dans l'enceinte. De préférence, le dispositif comportera au moins deux enceintes respectivement du premier et du second des deux genres qui viennent d entre définis le ou les passages à pertes de charge desdites deux enceintes étant confondus et interposés entre elles de manière à faire débiterla première dans la seconde. les orifices a' écoulement unidirectionnel peuvent comporter des soupapes s1 ouvrant dès que la pression différentielle atteint un certain seuil et se refermant sous l'action d'une force de rappel, comme décrit par la Demanderesse dans saibrevet français 74 36374 du 31 octobre 1974 intitulé "Système utilisant la houle pour la production d'énergie", Il va d'ailleurs de soi que, comme dans ledit brevet; on pourrait dans le cadre de la présente invention tirer profit de 11 énergie hydraulique de la houle, au lieu de la dissiper purement et simplement, en disposant convenablement des machines hydrauliques Ou hydroélectriques ou autres transducteurs adéquats dans lesdits passages.Si par contro l'atténuation de la houle est le seul résultat recherché, sans préoccupation de récupération d'énergies ces passages pourront etre de simples étranglements ou orifices calibrés. Dans une variante de réalisation de la présente inventison l'enceinte sous-marine se présente sous la forme générale d'une poche élastique étanche dont l'enveloppe est déformable et qui est avantageusement cloisonnée en compartiments contigus communiquant les uns avec les autres par des passages calibrés à pertes de charge. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre les différentes particularités de l'invention et l'art de les réaliser. La figure 1 est une vue en coupe longitudinale schématique d'un mode de réalisation de la présente invention. La figure 2 représente schématiquement en élévation une disposition pour la mise en oeuvre de l'invention0 Les figures 3 et 4 sont des représentations analogues en plan. Les figures 5, 6 et 7 sont des vues analogues à celle de la figure 1, montrant des variantes de réalisation du dispositif de l'invention. Le dispositif représenté sur les figures 1 et 2, qui est destiné à fonctionner en position submergée, comprend deux enceintes 1 et 4 séparées par une cloison 7A perforée d'orifices calibrés 73 propres à dissiper par turbulence lténergie cinétique d'un écoulement les traversant. L'intérieur de l'enceinte 1 peut être mis en communication avec l'extérieur par l'ouver- ture de clapets 2 disposés sur tout ou partie de la longueur de l'enceinte0 Les clapets 2 sont agencés pour s'ouvrir lorsque la pression extérieure est légèrement supérieure à la pression interne. La pression externe qui est égale à la hauteur d'eau recouvrant un clapet 2, sera la plus forte à la verticale de la crête 3 de la vague. Il en résulte que les clapets 2 auront tendance à s'ouvrir sous la crête 3 de la vague.Lorsque la vague progresse, les clapets s'ouvrent puis se referment à la cadence de progression de celle-ci. Si la dimension de l'enceinte 1 dans le sens-F du déplacement de la vague, est au moins égale à la longueur d'onde de la houle, il y aura toujours un ou plusieurs clapets 2 en-dessous d'une crête. Par conséquent, la pression dans l'enceinte 1 tend constamment à atteindre une valeur voisine de la pression maximum correspondant à la hauteur d'eau sous la crête d'une vague. En fonctionnement, cette pression dans l'enceinte 1 sera cependant inférieure à la pression maximum puisqu'elle est fonction également du débit qui traverse les orifices calibrés 7B. La deuxième enceinte 4 comporte également une série de clapets 5 dont le sens d'ouverture est inverse de ceux de enceinte t. Les clapets 5 sont agencés pour s'ouvrir lorsque la pression extérieure est légèrement inférieure à la pression régnant dans l'enceinte 4. Il en résulte que les clapets 5 auront tendance à s'ouvrir sous le creux 6 de la vague. Comme pour enceinte 1, si la dimension de l'enceinte 4 dans le sens du déplacement de la vague est au moins égale à la longueur d'onde de la houle; il y aura toujours un ou plusieurs clapets 5 sous un creux. Par conséquents la pression dans l'enceinte 4 tend constamment à atteindre une valeur voisine de la pression minimum correspondant à la hauteur doleau sous le creux d'une vague. En fonctionnement; cette pression dans 11 enceinte 4 sera cependant supérieure à la pression minimum puisqu'elle est fonction également du débit qui traverse les orifices calibrés 7B. L'écart de pression entre les deux enceintes 1 et 4 est sensiblement constant et fonction de T1 amplitude des vagues. De plus; la séquence de fonctionnement des clapets d'entrée 2 est la meme que celle des clapets de sortie 5, mais avec un déphasage de Ce dispositif pourra entre échoué sur le fond dans le cas de faibles profondeurs ; dans le cas contraire, il sera maintenu entre deux eaux par des bouées ou, stil présente une flottabilité positive, il sera retenu au fond par un système de filins d'amarrage A. Dans ce cas, la profondeur dtimmersion devra entre suffisante pour pernettre la circulation des navires, par exemple des barges B. La forme des enceintes peut Qtre quelconque : rectangulaire, semi-circulaire ou même circulaire (figure 3), Au besoin, si 11 effet d'amortissement n'était pas jugé suffisant, il serait possible de juxtaposer plusieurs dispositifs du même type placés en série comme représenté sur la figure 4 où ils sont au nombre de deux à titre d'exemple. La figure 5 représente une variante de 11 invention dans laquelle la communication entre les deux enceintes 1 et 4 est réalisée au travers dune trompe-venturi 7C aspirant de l'eau à l'extérieur par des ouïes 0 ce qui permet d'accroitre le débit d'eau rejeté par la deuxième enceinte 4. Des aubages fixes ou orientables placés au bord des clapets 2 et 5 permettent de modifier la direction de ltécoule- ment de manière à annuler la poussée sur le dispositif et éviter son déplacement sous l'effet des vagues. Dans les variantes de réalisation de 11 invention illustrées sur les figures 6 et 7j on se dispense de tout clapet d'entrée ou de sortie et l'enceinte se réduit à une poche étanche déformable délimitée par une enveloppe extérieure souple E et cloisonnée en une série de compartiments qui communiquent les uns avec les autres par des orifices calibrés 73* Dans l'exemple de la figure 6, l'enveloppe E est soutenue par une succession de cloisons 7A maintenues écartées les unes des autres par un entretoisement 2, On retrouve sur la figure 7 une structure équivalente d'enveloppe souple E supportée par des ailettes rigides L solidaires d'un tube également rigide 7A percé d'orifices calibrés 7B faisant communiquer les divers compartiments ainsi réalisés Dans les deux cas ci-dessus, la poche déformable étan che contient une masse constante de liquide ou éventuellement de gaz, Lorsque la vague se propage dans la direction F, les variations de pression s'exerçant sur l'enveloppe E entraient soit un gonflement à l'aplomb du creux des vagues comme visible à droite des figures 6 et 7, soit un enfoneement à l'aplomb de la crête des vagues comme visible à gauche des figures.Il en résulte un déplacement du fluide d'un point à l'autre de l'en ceinte, avec pertes de charge à la traversée des orifices calibrés 7B qui laminent le fluide On notera que, dans tous les cas, il se produit un prélèvement dleau sous la crête de la vague ou du moins un affaissement au droit de celle-ci, ce qui tend à abaisser le niveau de cette cette ; à l'inversez il se produit une restitution de l'eau à l'aplomb du creux des vagues ou du moins une élévation de la colonne d'eau au droit de celui-cis ce qui tend à soulèver le niveau du creux. Ces effets cumulés se traduisent par un certain aplatissement de la houle. Si l'on n'a fait référence jusqu'ici qu'à des houles naturelles dont sont le singe les grandes étendues d'eau; il va de soi que ce domaine d'application du dispositif de l'invention n'est nullement limitatif et qu'il peut trouver de l'intérêt chaque fois que se pose un problème dû à l'agitation d'une masse liquide appréciable. si notamment, la présente invention peut recevoir une application particulièrement intéressante dans le cadre des navires de transport de liquide (méthaniers, pétroliers ou autres) t en effets par suite du tangage et du roulis il peut se produire dans les citernes, si elles ne sont pas complb- tement remplies, des mouvements violents du liquide (méthane, pétrole ou même eau de mer servant de lest) pouvant parfois provoquer des dommages. Le dispositif de l'invention, immergé dans le liquide contenu dans la citerne; aura pour effet de le "calmer". Il convient done, dans les revendications qui suivent, d'interpréter le terme "eau" comme s'étendant à tout liquide. REVENDICATIONS 1. Dispositif brise-houle destiné à établir une zone de calme relatif sur une surface d'eau agitée, à l'aide d'un amortisseur de houle sensible aux variations de niveau de l'eau entre 1G crête et le creux des vagues, caractérisé en ce que ledit amortisseur comporte une enceinte sous-marine totalement immergée et s'étendant donc entièrement au sein de la nasse liquide c'est-à-dire au-dessous de la cote minimun définie par la crête des vagues, cette enceinte sous-marine étant conçue pour que les variations de pressio@ hydrostatique instantanée à l'aplomb de la crête et du creux des vagues, dues auxdites variations de niveau de l'eau, induisent des écoulements de fluide dans cette enceinte, laquelle est équipée de moyens qui, sous l'effet desdits écoulements de fluide, engendrent de fortes pertes de charge entraînant une atténuation de la houle par dissipation de son énergie. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qutil est conçu pour prélever de l'eau sous la crête des vagues ou du moins pour provoquer un certain affaissement de la colonne d'eau sous celle-ci et " l'inverse pour restituer de l'eau sous le creux des vagues ou du moins pour provoquer wLe certaine élévation de la colonnc d'eau sous celui-ci, d'où un effet d'aplatissement local de la houle. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une enceinte sous-marine équipée d'une part d'un ou plusieurs orifices agencés pour ne pertettre qu'un écoulement unidirectionnel de l'eau sous l'ac- tion d'une pression différentielle de signe déterminé et d'autre part d'un ou plusieurs passages à pertes de charge propres à provoquer une dissipation d'énergie hydraulique, le ou les orifices à écoulement unidirectionnel pouvant assurer soit l'entrée d'eau dans l'enceinte par suite d'une surpression extérieure auquel cas le ou les passages à pertes de charge permettent à l'eau de s'échapper de l'enceinte, soit au contraire la sortie d'eau hors de l'enceinte par suite d'une surpression intérieure autuel cas le ou les passages L perte. de charge permettent à l'eau de pénétrer dans l'enceinte. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux enceintes respectivement du premier et du second des deux genres définis, le ou les passages h pertes de charge deadites deux enceintes étant confondus et interposés entre elles de manière à faire débiter la première dans la seconde. 5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les orifices à écoulement unidirectionnel comportent des soupapes s'ouvrant dès que la pression différentielle atteint un certain seuil et se refermant sous l'action d'une force de rappel. 6. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'enceinte sous-marine se présente sous la forme générale d'une poche élastique étanche dont l'enveloppe est déformable. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la poche élastique étanche est cloisonnée en compartiments contigus communiquant les uns avec les autres par des passages conqus pour engendrer des pertes de charge à leur tra- versée par le fluide enfermé dans ladite poche et mis en 'wuve- ment par la déformation de ladite enveloppe. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide mis en mouvement dans l'enceinte est contraint de traverser des orifices calibrés qui le laminent en engendrant lesdites pertes de charge. 9. L'application du dispositif brise-houle selon l'une queleonque des revendications précédentes, à la protection des plateformes de travail "off-@hore" ou à la stabilisation de barges procédant à la pose d'oléodues sous-marins ou encore à l'aménagement d'une aire d'amerriesage et de décollage. 10. L'application du dispositif brise-houle selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, à l'atténuation des mouvements de liquides transportés en citernes.