Brevet FR2359248A1 — publié le 19780217

La présente invention concerne un ouvrage tel qu'une plate-forme devant entre installée en site fixe, en mer ou dans une nappe d'eau, et pouvant servir à différents usages, tels que stockage de matériaux, travaux de forage, etc. Cet ouvrage comporte un fAt qui repose sur une embase lourde en appui elle-même sur le fond et gui supporte, à sa partie supérieure, la plate-forme proprement dite, le fflt ayant une hauteur suffisante pour que la plate-forme soit toujours au-dessus du niveau de l'eau. Le SQt est relié à l'embase par une articulation sphérique lui permettant d'osciller en tous sens sous l'action de la houle et il comprend une partie étanche formant flotteur disposée de manière que son centre de poussée hydrostatique soit au-dessus du centre de'gravité de l'ensemble du fût, de la plate-forme et des masses qu'elle porte pour assurer le rappel du fût dans sa position verticale. Selon une particularité de l'invention, le fût est lesté près de sa base par un lest tel que le pdds total de ensemble de ce lest, du fût, de la plate-forme et des masses qu'elle porte, soit supérieur à la force ascensionnelle maximale s'exerçant sur le fût pour les houles les plus fortes et qu'ainsi l'articulation sphérique soit toujours en compres sion, de sorte que ladite articulation peut ne pas comporter d'axe matériel. La description qui va suivre, en regard du dessin annexé, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui- ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de ladite invention. La figure 1 est une vue en coupe verticale d'une plate-forme oscillante selon un premier mode de réalisation de l'invention la figure 2 montre à plus grande échelle, en coupe verticale, l'embase et la partie inférieure du fût la figure 3 est une vue en coupe de L'embase selon III-I1I la figure 4 est une coupe à plus grande échelle de 1 t articulation sphérique entre le fût et l'embase la figure 5 montre schématiquement le dispositif d'alimentation de l'un des vérins de stabilisation les figures 6 à 10 sont des vues schématiques illustrant des phases successivés de la construction de la plateforme la figure 11 est une vue en élévation et en coupe verticale d'une variante du fût les figures 12 à 15 montrent une première variante de l'articulation dans laquelle les sphères géométriquement continues sont remplacées par des surfaces polyédriques les figures 16 et 17 montrent une seconde et une troisième variantes comportant respectivement un coussin hydraulique et un roulement à billes les figures 18 à 21 montrent une quatrième variante dans laquelle le fût et l'embase sont en prise par une denture. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, une embase lourde 1, de préférence creuse et remplie d'eau, repose sur le fond de la mer. Un fût 2, de forme cylindrique, s'appuie sur cette embase par une articulation sphérique 3 dont le détail sera donné ci-après. Ce fût 2 forme, entre l'articulation sphérique et une paroi transversale 4, une capacité 5 close de façon étanche Il se prolonge au-dessus de la paroi 4 par un cylindre 6 largement perforé, de manière à permettre à l'eau de la mer d'y circuler librement pour réduire l'action de la houle. La partie cy lindrique 6 supporte une plate-forme 7. Elle est assez haute pour que la plate-forme reste au-dessus --des houles les plus fortes. La partie inférieure de la capacité 5 du fût est remplie par un lest relativement dense 8 ayant par exemple une densité de l'ordre de 5 au moins, afin d'occuper un vo lume relativement faible. Ce lest, qui peut être constitué par du minerai de fer, par exemple, est surmonté d'une certaine quantité d'eau 9 jusqu'au niveau 10 et le reste de la capacité close 5, rempli flair, joue la fonction de flotteur. Le poids du lest 8 ajouté à ceux de l'eau 9, du fût 2 èt de la plate-forme 7 est tel qu'il reste toujours supérieur, même pour les houles les plus fortes, à la force ascensionnelle développée par le flotteur 5, de sorte que l'articulation sphérique 3 est toujours comprimée. Le lest 8 assure en outre que le centre de gravité de l'ensemble reste en dessous du centre de poussée hydrostatique, de manière à créer une force de rappel à la verticale en cas d1inclinai- son du fût autour de l'articulation sphérique. Le détail de l'articulation est donné par la figure 4. La paroi transversale inférieure il du fût, de forme GO- nique, présente un téton en saillie 12 dont le diamètre peut être par exemple de tordre du mètre, ce téton se terminant par une calotte sphérique 13. Il est recouvert d'une calotte en acier 14 de même forme, encastrée par une bride 14a dans le béton du Itt t. Lararoi supérieure de l'embase 1 est elle- même évidée en forme de calotte sphérique, la paroi d'evide- ment étant recouverue d'une calotte sphérique 15 concave ,en acier, concentrique à la calotte 14.Entre les deux calottes dont l'intervalle peut être de plusieurs dizaines de centimètres se trouve un coussin déformable 16 qui se compose d'un empilement de feuilles d'élastomère tel que le néoprène, frétées par des tales minces intercalées 17 et par une armature en t81e épaisse 18-19 sur chaque face Ces armatures 1819 ont la forme de calottes sphériques concentriques aux calottes 14 et 15. Elles sont fixées re-pectivement à cellesci par un ensemble de goujons 20-21. Ce coussin est fabriqué en plaques séparées par vulcanisation sous pression et ces plaques sont ensuite juxtaposées et collées entre elles entre les deux coquilles hémisphériques 18 et 19. La solidarisation des différentes couches peut se faire par collage au moyen d'une résine époxy et un collage de ce genre peut égalenent être prévu entre les coquilles hémisphériques 18-19 et les calottes 14 et 15. Sous l'action d'une rotation imposée au fût 2 par la houle, la couche en néoprène prend une distorsion qui correspond au mouvement relatif des deux coquilles 18-19 liées respectivement au fût et à l'embase, cette distorsion développant d'ailleurs une force élastique qui s'ajoute à l'action du flotteur 5 pour rappeler le fût à la verticale. L'embase peut être constituée, comme le montrent les figures 2 et 35 par un corps creux de forme générale cylindrique mais lobé et présentant un ensemble de cloisons radiales 22 pour offrir le maximum de résistance, ces cloisons partant d'une colonne centrale 23 au sommet de laquelle se trouve l'articulation sphérique. Ces cloisons forment un ensemble de compartiments qui peuvent être remplis d'eau ou d'un autre liquide augmentant le poids de l'embase. Pour limiter les oscillations du fût et obtenir encore un supplément de force de rappel, on peut prévoir à la base du fût des vérins 24) par exemple 8 ou 10 vérins, répartis tout autour du fût et prenant appui, d'une part sur celui-ci, et, d 'autre part, sur une ceinture 25 prévue au sommet de l'embase, comme le montre la figure 5 qui représente un vérin isolé. Les deux chambres du pot du vérin sont en communication permanente, l'une avec une source à haute pression 26, 300 bars par exemple, l'autre avec une source 27 à plus basse pression, 12 bars par exemple. A titre d'exemple, la construction et la mise en place d'un ouvrage du genre décrit peuvent se faire comme représenté schimatlquement sur les figures 6 à 10. Sur la figure 6, une barge 28 amène, à l'endroit où 1 'ouvrage doit être implanté, 1' embase 1 et la partie inférieure du fût 2 déjà construites, par exemple sur la barge elle-nlame, Sur la figure 7, la barge a été coulée au fond de la mer et, par des ajutages convenables, on a introduit dans 1 'embase une quantité d'eau suffisante pour obtenir 1 'immer- sion, de manière que seule émerge une certaine hauteur du fût. La construction de celui-ci est alors continuée, de sorte que l'immersion de l'embase augmente au fur et à mesure de l'augmentation du poids (figures 8 et 9). Dans la phase finale l'introduction d'eau en 9 à la partie inférieure du fût fait reposer embase sur le fond. L'embase creuse peut servir à stocker des liquides autres que l'eau, par exemple des hydrocarbures. Dans un tel cas, il faut prévoir le passage du liquide au travers de l'articulation. On peut pour cela percer des trous dans les calottes et les coquilles hémisphériques.et percer en outre le néoprène au droit de ces trous, avec un diamètre de per çage de préférence un peu supérieur à celui des trous. La forme du fût peut etre différente d'une forme cylindrique. Par exemple, la figure ll montre un fût se composant de surfaces tronconiques raccordées entre elles en formant en bas un premier renflement pour recevoir la charge de lest et un peu plus haut un deuxième renflement formant la capacité d'air du flotteur. Dans la variante de réalisation représentée sur les figures 12 à 15, on a remplacé les surfaces sphériques continues de la base du fût et de i'embase par des surfaces polyédriques de réalisation plus facile pour les grandes dimensions. La figure 12 montre en élévation la forme de la partie terminale du téton du fût et la figure 13 la montre en projection horizontale. On voit gne la surface est constituée par une série de triangles équilatéraux juxtaposés inscrits dans la surface sphérique que cet ensemble de triangles remplace. Les "silent-blocs" associés aux deux surfaces polyédriques du fût et de embase sont représentés sur les figures 14 et 15. Chacun d'eux se compose de deux plaques triangulaires 29, 29a (sur la figure 15, la plaque 29 est supposée enlevée) dont les surfaces sont égales respectivement à celles d'un triangle du fût et d'un triangle de l'embase. Ces deux plaques sont réunies entre elles par un empilage de plaques de néoprène 29b séparées par des feuilles métalliques d'armature, le tout collé ensemble par vulcanisation à chaud. Les plaques 29 et 29a sont munies sur leur périphérie de trous 29c pour leur fixation sur le fût et sur l'embase, par exemple au moyen de cannes enrobées dans le béton et munies d'une extrémité filetée sur laquelle on peut visser un écrou comme décrit ci-dessuso Outre la facilité de fabrication et d'assemblage, cette disposition des "silentblocs" permet la circulation de l'eau entre eux et évite l'échauffement dû à l'hystérésis de l'élastomère. Enfin, la raideur de la crapaudine ainsi créée est inférieure à celle de la crapaudine en une seule pièce, ce qui peut eAtre intéressant dans le cas où l'on admet des mouvements -de grande amplitude pour le fût et cela plate-forme. Dans la variante de réalisation représentée sur la figure 16, la calotte sphérique convexe 13 située à la base du fût est séparée de la calotte sphérique concave 15 de ltem- base 1 par un coussin hydraulique. Ce coussin est constitué par deux hémisphères 30 et 31 en élastomère, reliés par un tore 32 de manière à former une capacité étanche qui est remplie de liquide ou de gaz à l'aide d'une valve non figurée. Ce remplissage se fait après mise en place du coussin dans la calotte concave de l'embase, le fût n'étant pas encore en place. Le volume de liquide injecté est égal à celui que le coussin aura lorsqu' il sera en fonctionnement sous la forme représentée par la figure 16. Ensuite, l'air remplissentlle reste de l'espace intérieur du coussin est enlevé par pompage et le coussin prend une forme proche de celle d'un ballon dégonflé. I1 ac guerra sa forme définitive lors de la mise en place du fût quand le téton 12 viendra en appui sur lui.Cet appui peut engendrer dans le liquide une pression de l'ordre de guel ques dizaines de bars. Par exemple, pour une plate-forme ayant un poids apparent maximal d'environ 4 000 tonnes et un téton 12 de 4 mètres de diamètre, la pression dans le liqui de peut être de 30 bars. Dans une telle réalisation, il est bon de prévoir un dispositif de limitation des oscillations maximales du fût. Un tel dispositif peut comporter sur embase 1 une couronne 33 en élastomère armé jouant le rôle de butée pour la base du fût 2 en limitant ltoscillation maximale de celui-ci (position représentée en trait mixte 33a) et formant en même temps amortisseur Pour reprendre 1 'effort tranchant produit sur le fût par la poussée de la houle et représenté par la flèche 34, on peut prévoir un autre dispositif de butée constitué par exemple par un tore 35 fixé sur l'embase par des pattes radiales 36 et contre lequel le téton 12 vient s'appliquer en cas de déport latéral par la poussée de la houle, le cous sin hydraulique n'offrant en effet que peu de résistance à ce déport. Ce mode de réalisation présente l'avantage qu'au cune liaison mécanique n'existe entre le téton 12 et le cous sin hydraulique, ce qui facilite l'enlèvement et la remise en place de la plate-forme. La figure 17 représente un autre mode de réalisa tion dans lequel un roulement à billes est interposé entre le téton 12 et la cuvette sphérique de l'embase. L'écartement des billes 40 réparties sur toute la surface des calottes sphériques est maintenu par une cage sphérique 41 comportant des ouvertures 42 dans lesquelles les billes sont serties avec un léger jeu. Lorsque le fût s'in- cline vers la droite, par exemple, la cage tourne avec les billes et la bille extrême vient à la position 40a représentée en trait mixte. Il faut remarquer que les billes reprennent l'ef- fort tranchant dû t la poussée de la houle, de sorte que dans cette réalisatioluI cette réalisatiortn'est pas nécessaire de prévoir des moyens à cette fin. Pour des charges verticales faibles ou moyennes, les billes peuvent être en élastomère, ce qui diminue la précision nécessaire à la fabrication du téton et de la cuvette. Le mode de réalisation représenté sur les figures 18 à 21 est aussi un mode de réalisation à roulement, mais dans ce cas les parties sphériques du téton et de l'embase sont munies d'une denture qui est apte à reprendre les efforts tranchants horizontaux créés par la poussée de la houle et également à empêcher la rotation ou les oscillations de la plate-forme et du fût autour de l'axe de celui-ci. Dans le mode de réalisation figuré, la denture comporte des dents 45 solidaires de la cuvette de l'embase et des empreintes 46 solidaires de la calottes sphérique du téton. Ces dents de fortes dimensions sont de préférence de forme circulaire et sont réparties comme on le voit sur la figure 19, tout autour de l'axe vertical du téton et du fût avec une empreinte située au centre du téton, de sorte que le mode de réalisation figuré comporte une denture à sept dents, ce nombre pouvant naturellement être modifié. Six des dents sont disposées au sommet d'un hexagone. Le cercle 47 dessiné en trait mixte sur la figure 18 est la coupe par le plan de figure de la sphère primitive des empreintes 46 tandis que le cercle 48 appartient pareillement à la sphère primitive de la denture 45. Quand la plate-forme oscille, la sphère primitive 47 roule dans la sphère primitive 48 et il y a toujours une ou plusieurs dents en prise quelle que soit l'attitude de la plate-forme en gîte et en assiette. L'effort tranchant dû à la poussée de la houle est ainsi constamment transmis à I'em- base quelle que soit sa direction. Les dents et les empreintes sont de préférence fabriquées de façon indépendante en acier moulé par exemple. Chaque dent comporte une bride 49 et chaque empreinte 46 comporte pareillement une bride 50. Ces brides permet tent la fixation sur le béton du téton 12 et de l'embase 1 par exemple à l'aide de cannes 51 qui comportent une extrémité filetée 52 sur laquelle on peut serrer un écrou 53 enga gué dans une cavité 53a de la bride. Les brides des dents sont fixées de la même manière, les moyens de fixation n'ayant pas été représentés. la surface inférieure des brides 50 et la surface supérieure des brides 49 constituent les surfaces sphériques de roulement. La sphère convexe formée par l'ensemble des brides 50 roule sur la sphère concave constituée par l'ensem- ble des brides 49. Le trait mixte 54a montre la position extrême du pourtour 54 du téton lorsque le fQt est incliné et que le dessous 55 de oe fût est venu en butée sur la surface supérieure 56 d'une ceinture d'amortisseur 57 disposée sur l'embase touttautour de la cuvette de celle-ci. Cette ceinture 57 est formée par des "silent-blocs" en élastomère qui peuvent se déformer élastiquement. Lorsqu'elle est écrasée dans l'oscillation du fût cette ceinture applique sur le pourtour du fût une force qui contribue à ramener le fût en position verticale et concourt donc à la stabilité de 1 'ouvrage. I1 faut noter que la position extrême 54a représentée sur la-figure 18 correspond à un angle d'oscillation du fût plus grand que celui produit par l'action conjuguée de la houle centenaire et du vent maximal, de sorte que cet angle ne se présentera qu'en cas d'accident. L'ouvrage est complété par un dispositif de centrage et d'orientation du téton 12 sur la cuvette de l'embase, qui permet la mise en place et l'enlèvement de la plateforme. Près de la base sphérique du téton, mais un peu audessus, se trouve une saillie torique 60 qui règne tout autour du téton et au-dessus de laquelle se trouve aux deux extrémités d'un même diamètre une patte d'orientation 61 renforcée par un gousset 62. Chacune de ces pattes d'orientation entre dans une entaille 63 en forme de V pratiquée dans ltem- base et qui permet d'assurer l'orientation correcte de la plate-forme avant l'entrée des dents 45 dans les empreintes 46. La figure 19 montre la partie de la crapaudine solidaire du fût en vue du dessous. On y trouve la disposition des empreintes 46 avec leurs brides 50 et les pattes d'orientation 61 ainsi que les entailles 63. La figure 20 donne le détail de la forme des entailles en V 63 et la disposition des amortisseurs 57. On y trouve la position 61a de la patte d'orientation 61 au moment où l'introduction-a lieu, la position 61b de cette même patte lorsque la plate-forme est verticale et les positions extrêmes 61c en cas de roulis et 61d en cas de tangage. L'entaille en V 63 comporte en bas une ouverture elliptique 65 pour permettre le débattement de la patte d'orientation 61. La figure 21 est une coupe suivant X-X de la figure 19 qui montre le tore de centrage 60, la patte d'orientation 61 et 1 'entaille en V 63. On y remarque aussi un bourrelet - 66 prévu sur l'embase pour centrer le tore 60 lors de l'nn- troduction du téton 12 dans la cuvette 1. Un système de graissage est prévu permettant d'inbecter sous pression un mélange dense qui, restant dans la cuvette, assure la lubrification des surfaces des dents. L'injection de lubrifiant se fait à l'aide de tubes 67 remontant jusqu'au pont de la plate-forme à travers le fût. Ce lubrifiaat peut être constitué par exemple d'un mélange de boue de forage et de graphite additionné d'un agent passi vent. Il va de soi que les modes de réalisation décrits ne sont que des exemples et qu'il serait possible de les modifier, notamment par substitution d'équivalents techni ques, sans sortir pour cela du cadre de 1 l'inventionO REVENI)ICTIONS 1. Ouvrage oscillant installé en site fixe dans une nappe d'eau, comportant un fût qui repose sur une embase lourde en appui elle-même sur le fond et qui supporte à sa partie supérieure une plate-forme ou toute autre partie d'ouvrage devant émerger au-dessus du niveau de l'eau, le fût étant relié à l'embase par une articulation sphérique lui permettant d'osciller en tout sens sous l'action de la houle, caractérisé en ce que le fût est chargé près de sa base par un lest tel que le poids total de l'ensemble de ce lest, du fût, de la plate-forme ou autre partie d'ouvrage et des masses qu'elle porte, soit supérieur à la force ascensionnelle maximale s'exerçant sur le fût pour les houles les plus fortes et gu'ainsi llarticulatinn sphérique, par l'intermédiaire de laquelle le fût s'appuie sur l'embase,soit soumise en permanence à une compression. 2. Ouvrage oscillant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le lest comporte une matière dont la densité est au moins égale à 5. 3. Ouvrage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le fût comprend une partie étanche formant flotteur disposée de manière que son centre de poussée hydrostatique soit situé au-dessus du centre de gravité de l'ensemble du fût, de la plate-forme et des masses qu'elle porte pour assurer le rappel du fût dans sa position verticale. 4 Ouvrage oscillant selon la revendication 3, caractérisé en ce que le fût contient de l'eau. 5. Ouvrage selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le fût comporte un renflement dans la portion formant flotteur et un renflement dans la portion qui reçoit le lest. 6. Ouvrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'embase est constituée par un corps creux présentant une colonne centrale au sommet de laquelle se trouve l'articulation ainsi que des cloisons radiales, ces dernières formant des compartiments qui peuvent être garnis de liquide. 7. Ouvrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que des vérins, répartis autour du fût et prenant appui d'une part sur celui-ci et d'autre part sur l'embase sont prévus pour assurer une force de rappel complémentaire. 8. Ouvrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'articulation sphérique comporte une garniture déformable interposée entre une surface convexe prévue à la partie inférieure du fût et une surface concave prévue sur l'embase. 9. Ouvrage selon la revendication 8, caractérisé en ce que la garniture déformable comporte un empilage alterné de couches en élastomère et en tôle intercalé entre deux armatures en métal, les diverses couches et armatures étant collées entre elles. 10. Ouvrage selon la revendication 9, caractérisé en ce que les diverses couches et armatures ont la forme de calottes sphériques et qu' elles sont disposées entre des calottes sphériques métalliques respectivement solidaires au fût et de l'embase et auxquelles les armatures sont fixées, de telle sorte que les diverses calottes soient sensiblement concentriques. 11. Ouvrage selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'empilage d'élastomère et de tale, ainsi que les armatures sont formés d'éléments plans et de configuration polygonale, disposés entre des calottes polyédriques respectivement solidaires du fût et de I'embase et auxquelles lesdits éléments sont fixés. 12. Ouvrage selon la revendication 8, caractérisé en ce que la garniture déformable comporte un coussin hydraulique formé d'une enveloppe déformable qui peut être garnie de fluide. 13. Ouvrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'articulation sphérique comporte un roulement à billes intercalé entre une surface sphérique convexe prévue à la partie inférieure du fQt et une surface sphérique concave prévue sur l'embase, les billes étant réparties entre ces deux surfaces et maintenues dans une cage en forme de calotte sphérique. 14. Ouvrage selon la revendication 13, caractérisé en ce que les billes sont en élastomère. 15. Ouvrage selon l'une quelconque des revendica tions 1 à 7, caractérisé en ce que le fût et embase sont munis de dentures en forme de calottes sphériques engrenant ensemble et roulant l'une sur l'autre. 16. Ouvrage selon l'une quelconque des revendications 12 à 15, caractérisé en ce que le fût et l'embase comportent un dispositif de tétons radiaux et d'entailles empechsnt le fût de tourner autour de son axe vertical par rapport à l'embase. 17. Ouvrage selon l'une des revendications 15 ou 16, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour inec- ter un lubrifiant dense entre les dentures. 18. Ouvrage selon l'une quelconque des revendications 8 à 17, caractérisé en ce que des amortisseurs sont prévus entre le fût et l'embase pour limiter la latitude d'oscillation du fût. 19. Procédé de construction d'un ouvrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que lton amène l'embase et la portion inférieure du fût assemblées par leur articulation à l'endroit où l'ouvrage doit être implanté, on immerge l'embase de telle sorte que la portion du fût émerge, puis on édifie le fût en lestant ce dernier et 1 'embase de telle sorte que la partie supérieure du fût émerge touåoursf