Brevet FR2323823A1 — publié le 19770408

L'invention est relative aux procédés et dispositifs pour assurer l'ancrage, sur un fond sous-marin, de plates-formes du type off-shore, notaient métalliques, pour installations de forage et/ou de stockage de produits pétroliers ou autres. Les plates-formes de type connu comprennent essentiellement une embase, un fût constitué par une ou plusieurs colonnes ou tours, et un pont portant les équipements, ces plates-formes reposant sur le sol par leur embase. Leur stabilité, c'est-à-dire la résistance aux efforts horizontaux que provoquent notamment la houle et les courants marins, est obtenue par l'ancrage de ladite embase sur le-sol, sous l'effet du poids propre de la plate-forme et d'un lest gene- ralement très important. I1 faut, non seulement vaincre le couple de renversement dû auxdits efforts, mais encore éviter un glissement horizontal, au sol. Or, ceci exige théoriquement, au droit de l'interface entre embase en acier et sol, un coefficient de frottement très important, qui dans la pratique est rarement atteint. Pour résoudre le problème, conformément à l'invention, on prévoit tout autour de l'embase, et sur une hauteur convenable notamment de tordre de la hauteur de l'embase, un enrochement dont la masse est choisie suffisante pour réaliser les conditions de stabilité recherchées. La masse de cet enrochement agit à la fois par son adhérence au sol, par son effet de butée par rapport aux faces verticales correspondantes de l'embase et par la résistance au cisaillement parallèlement auxdites faces. En outre, si l'on a soin de prévoir un appui entre l'eflrochement et l'embase qui comportera à cet effet au moins une partie en saillie, l'enrochement est intéressé par une partie au moins de son poids à s'opposer au couple de renversement appliqué à la plate-forme. Le calcul et la pratique montrent que la stabilité est assurée tout en permettant de réduire le lest de I'embase et de diminuer les dimensions de celle-ci. L'invention consiste, mises à part les dispositions qui pré cèdent,en certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement parlé ci-après. Elle vise plus particulièrement certains modes d'application, ainsi que certains modes de réalisation,desdites disposi tions ; et elle vise, plus particulièrement encore et ce, à titre de produits industriels nouveaux, les plates-formes du genre en question comportant application de ces mêmes dispositions, ainsi que les éléments spéciaux propres à leur établissement, et les engins pour le montage desdites plates-formes. Et elle pourra, de toutes façons, être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit, ainsi que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins ne sont, bien entendu, donnés qu'à titre d'indication. Les figures 1 et 2, de ces dessins, montrent schématiquement en élévation partielle et en coupe selon II-II Fig. 1, une plateforme off-shore ancrée par lestage de l'embase, la figure I montrant en outre un diagramme de répartition des charges sous cette embase. La figure 3 montre, semblablement à la figure 1 une plateforme du même genre ancrée par des enrochements, suivant le procédé conforme à l'invention. La figure 4, enfin, montre trois diagrammes illustrant le calcul des forces concourant à la stabilité de l'ensemble. Selon l'invention, et plus spécialement selon celui de ses modes d'application, ainsi que ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, auxquels il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préférence, se proposant par exemple d'ancrer sur un soi marin une plate-forme comprenant essentiellement une embase 1, un fût constitué par une ou plusieurs colonnes 2 et un pont 3 destiné à recevoir les équipements, on s!y prend comme suit ou de façon analogue. Le procédé d'ancrage usuel, de l'embase 1 sur le sol 4, s'opère par lestage. Mais, pour des plates-formes de dimensions importantes, ce procédé n'apparait pas pouvoir résoudre les conditions de stabilité. Si on considère par exemple, une plate-forme de dimensions suivantes - Largeur des côtés de l'embase supposée rectangulaire L = 90 x 90 m - Hauteur de l'embase h = 15 m les efforts appliqués à une telle embase seront par exemple, pour une plate-forme d'une hauteur totale H d'environ 150 m, de l'ordre de - force verticale {poids de l'ensemble) P = 35.000 t - force horizontale (houle, courants marins) F = 19.000 t avec un moment de renversement M qui serait de l'ordre de 1.490.00C tm Or, avec une telle plate-forme, même si on suppose que le poids propre, et éventuellement un lestage, permettent d'obtenir sous l'embase un diagramme tel que celui représenté en a-bc (E5.1), ne comprenant pas d'efforts négatifs, on ne peut pas espérer s'opposer, par lexfrottement, au glissement au droit de l'interface entre embase et sol. En effet, pour un facteur de sécurité de 1,5 , il faudrait un coefficient de frottent répondant à la condition 35.C00 f ) 1,5 x 19.000 soit, f = G,81 valeur qui n'est pas réaliste. Pour résoudre le problème, conformément à l'invention, on vient établir, tout autour de l'embase 1, une couronne d'Gnroche- ment 5, de préférence au moins sur la hauteirh de embase 1 et sur une largeur convenable (Fig. 3). Cette largeur 11, prise à la partie supérieure de l'enroche- ment, sera par exemple du même ordre de grandeur que la hauteur h, soit 15 m dans le susdit exemple, tandis que la largeur 12 à la base résultera du talus naturel de l'enrochement. En outre, il y aura intérêt , pour faire participer l'enro- chement à la résistance au couple de renversement, à prévoir un certain encastrement entre l'embase 1 et ledit enrochement, par exemple en faisant comporter à l'embase, au moins à sa partie inférieure et courant tout le long de celle-ci, une saillie 6 ou tous autres moyens analogues. Cette saillie aurait par exemple, dans le mode de réalisation représenté, et dans le sens horizontal, une valeur de 3 ou 4 m. Grâce à cet ensemble, l'allure des pressions au sol prendra une forme telle que représentée en abcd. En outre, la résistance au glissement assurée par cet ensemble sera la somme des trois termes suivants 10) Le frottement sur l'interface embase-fol, soit l'inte- grale suivante où les lettres désignent - p la pression verticale répartie, - f le coefficient de frottement acier enrochement, soit environ 0,3 et L la longueur du côté de l'embase, soit 90 m dans l'exemple susvisé. A ce premier terme doit également être ajouté le frottement de l'enrochement sur le sol. 2") La résistance à la butée sur l'eflrochement des faces frontales de l'embase soit Kp Y h où les lettres désignent - Kp le coefficient de butée soit 3, d'après Sokolowski, - Y la densité apparente de l'enrochement soit, par exemple, 1,2 - h hauteur de l'embase (15 m dans ltexemple). 3 ) La résistance au cisaillement de l'enrochement parallèlement aux faces latérales de l'embase, soit h2 1/2 Ko Y h2 tg 1a ob - Ko est un coefficient de 0,5 - Y et h les valeurs déjà indiquées - 1a l'angle de frottement acier-enrochement, soit environ 2C- Les trois termes qui viennent d'être précisés sont représentés schématiquement sur les trois diagrammes de la figure 4 On obtient, tous calculs faits, une résistance au glissement: de l'ordre de 51.500 t, soit un coefficient de sécurité égal à = 2, 7 19.000 donc un coefficient très élevé. Par ailleurs, la stabilité au renversement est assurée par l'encastrement entre l'enrochement et l'embase. Un tel renverse- ment provoquerait en effet le soulèvement d'un coin d'enrochement tel que celui représenté en m r. q r sur la figure 3. Le poids de ce coin par mètre linéaire, dans l'exemple convi- déré, est de l'ordre de 162,5 t. D'autre part la longueur totale de chaque côté du coin, prise à son centre de gravité G, est de l'ordre de 102 m, soit pour les quatre côtés une longueur totale de 4 x 102 = 408 m. Le poids total Q de la plate-forme et des coins d'enrochement intéressés est alors de Q = 35.cor + 162,5 x 408 = 101.500 t. Sous l'action du couple de renversement M de 1.490.cor tm, la résultante se déplacerait donc de 1.490.000 = 14, 7 m 101.500 Or, cette valeur répond bien à la règle du tiers central, puisque la valeur 14,7 est inférieure au sixième de la base 102 d'appui, c'est-à-dire 6 = 17 m. On peut ainsi, grâce au procédé conforme à l'invention, c'est-à-dire grâce à la présence des susdits enrochements -dont les dimensions seront à établir dans chaque cas par le calcul, les données indiquées plus haut ne l'étant qu'à titre d'exemple non limitatif- réaliser des plates-formes parfaitement stables, et dans des conditions de réalisation faisant apparaître de noter breux avantages par rapport aux procédés du genre en question déjà existants, notamment - celui, grâce à la présence du talus d'enrochement tout autour de 1'embase, de permettre une meilleure résistance aux efforts horizontaux exercés par la houle - celui, par suite, de permettre de diminuer le lestage et également de diminuer le volume de l'embase (environ de mcitié par rapport à une embase classique) ;; - celui de permettre, comme le montre le diagramme de la figure 3, d'assurer, pour le diagramme des pressions dans le sol, une meilleure progressivité, en évitant des discontinuités brutales au droit des parois extérieures de l'embase - et celui de réaliser, grâce ou talus d'enrochement, un effet d'antiaffouillement et, par suite, de permettre de supprimer les bêches généralement prévues sous l'embase. Pour ce qui est de la mise en place des enrochements, à partir de la surface, on la réalisera par tous moyens appropriés, par exemple à l'aide de goulottes souples assurant la liaison au moins partielle entre u# barge amenant les enrochements et le pourtour de l'embase destiné à recevoir ces derniers. I1 est entendu que, jusqu'à l'achèvement de la mise en place de l'enrochement, la stabilité pourra être provisoirement réalisée par un lestage approprié, notamment par water ballast dans les compartiments de l'embase et/ou de toute autre partie de la plate-forme. Comme il va de soi, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux de ses modes de realisation, ayant plus spécialement été envisagés ; elle en embrasse au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Procédé pour l'ancrage, sur un fond marin, de plates-formes dU type off-shore, notamment pour le forage et/ou le stockage de produits pétroliers, plates-formes du genre de celles comprenant un certain nombre de colonnes s'appuyant à leur partie inférieure sur une embase de contoiars'étendant au-delà de l'encombrement, en plan, desdites colonnes, avec en outre des enrochements pour contribuer à la stabilité de l'en- semble caractérisé par le fait que lesdits enrochements sont prévus tout autour de ladite eMbases par exemple rectantulaire, sur une hauteur substantiellement du même ordre de grandeur que celle de l'embase et sur une largeur, au moins au sommet, de l'ordre de grandeur de ladite hauteur. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé 'par le fait que la largeur de l'enrochement, à sa partie inférieure sur le sol marin, résulte de l'angle du talus naturel de l'enrochement. 3. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'on prévoit, à la partie inférieure de L'embase, près du sol, une saillie propre à permettre d'intéresser, à l'obtention de la stabilité, un coin d'enrochement dont la base supérieure est au moins aussi large que l'enrochement à sa partie supérieure.