Brevet FR2375087A1 — publié le 19780721

la présente invention concerne un dispositif d'amarrage d'un corps flottant de grandes dimensions, notamment en mer, du type comportant un système d'ancrage au fond. Par "corps flottant de grandes dimensions", on entend désigner ici, sans que cette énumération soit limitative, les grosses unités flottantes telles que barges, navires pétroliers, usines flottantes, plates-formes semi-submersibles, réservoirs flottants, etc., destinées par exemple au stockage et/ou au traitement de produits minéraux extraits du fond de la mer, tels que le pétrole le méthane, etc. On connaît bien entendu déjà des dispositifs d'amarrage du genre ci-dessus décrit, dans lesquéls, par exemple, l'amarrage est fourni par un flotteur de plus ou moins grandes dimensions, attaché au système d'ancrage. par une liaison éventuellement rigide, articulée dans ce cas sur le flotteur. Ces dispositifs présentent l'inconvénient que les grands flotteurs sont soumis par la houle ou par le navire lui-mEme à des forces très importantes, ce qui soumet les articulation à dure épreuve. Lorsque l'on utilise des systèmes à chaines, par ailleurs, on se heurte à des complications, car ils nécessitent plusieurs points de liai-son avec le fond, couramment de six à huit. Le but de la présente invention est dè remédier à ces inc-on venients, et d'élaborer un dispositif d'amarrage d'utilisation commode, ne nécessitant qu'un seul point de liaison avec le fond, et peu sujet aux effets de la houle. Pour ce faire, un-di-spositif d'amarrage du type mentionné au début est, conformément à l'invention, caractérisé en ce -qu'il comporte une tête d'amarrage située en surface et reliée audit système d'ancrage par uneliaison résistant à la traction et susceptible de prendre différentes inclinaisons dans différents plans verticaux, et un système générateur de force éventuellement réglable, à composante verticale ascensionnelle, propre à agir sur ladite tette d'amarrage, en prenant appui sur le corps flottant. On comprend que la composante ascensionnelle de la force de traction à laquelle est soumise la tête d'amarrage lorsque le corps flottant est relativement écarté de la verticale de son système d'ancrage et lorsque, par conséquent, la liaison résistant à la traction est inclinée sur la verticale, est l'une des deux composantes d'une force de traction s'exerçant forcément dans l'axe de ladite liaison, dont l'autre composante, horizontale, est dirigée vers le corps flottant, puisque c'est de lui que provient la force engendrée par ledit générateur de force. Par suite, le corps flottant est lui-meme soumis à une force de rappel ayant une composante verticale dirigée vers le bas, ce qui le soumet à un léger enfoncement, (augmentation légère de son tirant d'eau), et une composante horizontale dirigée vers la tête d'amarrage, ce qui aura pour effet de ramener le corps flottant vers la verticale de son système d'ancrage, à l'encontre des effets du vent, du courant et de la houle, et de tous effets causant une dérive, jusqu'à ce que les composantes horizontales des forces pré-mentionnées s'annulent et qu'un état d'équilibre soit obtenu. La force de traction ascensionnelle s'exerçant sur la tête d'amarrage aura alors uniquement une composante verticale. Ces considérations seront d'ailleurs mieux vues à la lecture de la description faite plus bas avec référence aux dessins. On voit de toute façon qu'un premier avantage de l'invention résulte du fait que l'on peut obtenir un amarrage quasi permanent assez ferme et étroit du corps flottant, qui aura toujours pour effet de le ramener vers la verticale de son système d'ancrage, ceci sans utilisation de flotteurs de grandes dimensions, et avec un seul point d'ancrage. De préférence, un dispositif d'amarrage conforme à ltinven- tion sera encore caractérisé en ce que ladite liaison résistant à la traction est constituée par une structure de préférence tubulaire, reliée au système d'ancrage par une articulation à la cardan. L'avantage de cette disposition réside dans le fait qu'alors ladite liaison résistant à la traction pourra être utilisée en outre en tant que gaine protectrice pour le passage des différentes conduites reliant le fond, par exemple une réserve de pétrole ou de gaz, au corps flottant. L'articulation à la cardan, quant à elle, pourra, de façon connue, permettre à la liaison résistant à la traction de prendre différentes inclinaisons, dans différents plans verticaux. On pourrait prévoir aussi, de manière connue en soi, que ladite structure est constituée de plusieurs éléments rigides reliés entre eux par des articulations à la cardan, ceci notamment dans le cas des très grandes profondeurs. On prévoit également, conformément à l'invention, que la tête d'amarrage est montée à l'extrémité supérieure de ladite structure de façon à pouvoir pivoter sur celle-ci suivant son axe et que ledit système générateur deforce est adapté à agir sur ladite tête d'amarrage par l'intermédiaire d'une articulation à la cardan. Le corps flottant pourra ainsi librement virer autour de la tête d'amarrage, et ses mouvements de tangage et de roulis ne causeront aucun dommage à cette dernière.: Avantageusement, on- prévoit que ledit générateur de force comporte au moins un vérin hydraulique dont la pression d'alimentation est éventuellement réglable et est de préférence fournie par une batterie d'accumulateurs oléopneumatiques. Il va de soi,.toutefois, que l'on pourrait envisager tout autre genre de générateur de force adapté au problème posé. On pourrait envisager par exemple un système dans lequel la force nécessaire serait exercée sur la tte d'amarrage par de forts ressorts, ou par des tampons de caoutchouc, ou par une aussière en nylon, ou encore un système à contre-poids et poulies. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, on prévoit que le système générateur de force prend appui sur le corps flottant par l'intermédiaire d'un bras rigide monté sur celui-ci.- Ce bras rigide pourra avoir pour effet d'empêcher le corps flb-ttant de heurter la tête d'amarrage, et il pourra faciliter en outre l'amenée des différentes conduites-provenant du fond aux réservoirs ou autres installations du corps flottant. De préférence, le système générateur de force agit suer la tige d'amarrage par l'intermédiaire d'un bras rigide articulé sur le corps flottant, selon un axe de pivotement horizontal. L'axe de pivotement dB bras rigide peut être situé entre ses deux extrémités, lesquelles sont reliées respectivement au géné- rateur de force et à la tête d'amarrage, et être aligné avec ces deux extrémités, ou bien, en variante, il peut être situé en de hors de la ligne qui rejoint ces deux extrémités. Les avantages respectifs de ces deux dispositions seront mieux vus dans ce qui suit. On va maintenant décrire à titre d'exemples nullement limitatifs plusieurs modes de réalisation de dispositifs d'amarrage conformes à la présente invention, avec référence aux figures du dessin annexé dans lequel - les figures 1 et 2 représentent respectivement deux modes de réalisation possibles du dispositif d'amarrage, le premier mettant en oeuvre un bras rigide fixé sur le corps flottant, par exemple un navire pétrolier, et le second mettant en oeuvre un bras rigide articulé sur le navire ; et - les figures 3 à 5 représentent un troisième mode de réalisation, mettant en oeuvre un bras rigide d'un autre type, également articulé sur le navire, dans trois positions possibles, respectivement une position courante d'équilibre, une première et une deuxième positions extrêmes. A la figure 1, on a référencé en 11bon corps flottant de grandes dimensions,- par exemple un navire pétrolier, devant être amarré en un mouillage déterminé, ceci de façon permanente ou quasi-permanente. Le dispositif d'amarrage comprend à cet effet un système d'ancrage classique 2, représenté très schématiquement, et pouvant etre réalisé sous la forme d'une embase-poids, reposant simplement sur le fond 3 de la mer, ou d'une embase fixée dans le sol marin par des fiches battues ou forées. Sur cette embase est montée une articulation à la cardan également classique 4, représentée aussi très schématiquement. Le dispositif comporte par ailleurs une tête d'amarrage 5 située en surface, et montée pivotante à l'extrémité supérieure et suivant son axe, d'une structure de liaison rigide résistant à la traction 6, par exemple tubulaire, reliant la tête 5 à l'articulation à la cardan 4 du système d'ancrage 2. Sur le pont du navire 1 est fixé un bras rigide 7 en saillie à l'extérieur et à l'extrémité libre duquel est articulée l'extrémité d'un générateur de force destiné à exercer une traction sur la tête d'amarrage 5. Dans le mode de réalisation représenté ici et d'ailleurs aussi dans les autres figures, et quoique, comme mentionné plus baut, bien d'autres systèmes puissent être envisagés, ce générateur de force est constitué d'un vérin hydraulique dont le corps de cylindre 8 est articulé à l'extrémité libre du bras rigide 7, et dont la tige de piston 9 est reliée à la tête d'amarrage 5 par l'intermédiaire d'une autre articulation à la cardan 10. Un fluide sous pression constante ou contrôlée, par exemple de l'huile, est admis sous le piston Il du vérin, en y étant ame né par une conduite représentée en traits mixtes, reliée à une alimentation A montée sur le navire, par exemple une batterie d'accumulateurs oléopneumatiques de type connu. Ainsi, une force de traction dirigée vers le haut s'exerce en permanence sur le piston de vérin et par suite sur la tête d'amarrage 5. Cette force est bien entendu dirigée-selon l'axe de la liaison résistant à la traction 6 et se décompose en une composante verticale ascensionnelle et en une composante horizontale dirigée vers le navire. Il en résulte que le corps de cylindre 8, le bras 7 et par suite le navire, sont soumis à une force de rappel B opposée, dirigée vers le bas, dans l'axe de la liaison 6, force qui se décompose en une composante verticale v dirigée vers le bas et en une composante horizontale h dirigée vers la tete d'amarrage Par commodité, on a représenté avec un certain décalage le point P d'application de cette- force sur le bras 7. Le navire 1 est donc soumis à une force verticale descendante v qui fait augmenter légèrement son tirant d'eau, et à une force horizontale h qui tend à le ramender constamment vers la verticale de son système d'ancrage 2, ceci jusqu'à la position d'équilibre pour laquelle la liaison 6 estramenée en position verticale. Dans le mode de réal-lsation de- la figure 2, les principes mis en oeuvre sont exactement les mêmes, mais on a prévu d'utiliser un bras rigide 12 monté à pivotement sur un axe horizontal 13 situé par exemple à l'avant du navire. L'extrémité de ce bras qui se trouve au-delà du bord du navire est reliée, de la même manière que le bras 7, à l'articulation à la cardan 10 portée par la tête d'amarrage 5. L'autre extrémité du bras est reliée à pivotement à la tige de piston 14 d'un vérin hydraulique dont le corps de cylindre 15 est relié, également à pivotement, à la structure du navire.Le fluide hydraulique étant admis au-dessus du piston 16 du vérin, on voit qu'une traction vers le bas est exercée sur l'extrémité 17 du bras, laquelle se traduit par une traction vers le haut, exercée par l'autre extrémité du bras 12 sur la tête 5, avec par conséquent les menas effets que dans le mode de réalisation précédent. Toutefois, on obtient ici l'avantage supplémentaire que is mouvements relatifs entre le navire et le point auquel la force est appliquée sont réduits ; en-outre, l'avant du navire ne pourra jamais heurter la tête d'amarrage 5, ce qui n'est pas le cas avec le mode de réalisation de la figure 1. D'autre part, en choisissant opportunément l'emplacement auquel le bras rigide 12 est monté pivotant tur l'axe 13, on peut utiliser l'effet de bras de levier et, par exemple, utiliser un vérin plus puissant mais de course plus petite que dans le cas de la figure 1, en décalant les paliers d'articulation du bras 12 sur l'axe 13 vers l'extrémité 17. Enfin, avec un tel mode de réalisation, les liaisons de fluides ou électriques avec le navire sont rendues plus faciles que dans le cas de la figure 1, car, à partir de l'articulation à la cardan 10, les liaisons mécaniques avec le navire ne font intervenir que des rotations suivant des axes horizontaux. Le montage du vérin est aussi simplifié, car la tige 14 du vérin ne se déplace que dans un seul plan vertical du navire. Aux figures 3 à 5, on a représenté un autre mode d'exécution d'un dispositif d'amarrage conforme à l'invention, lequel est représenté avec plus de détails, pour mieux mettre en lumière d'autres particularités intéressantes. Dans le cas de la figure 2, l'axe de pivotement 13 du bras était sensiblement aligné avec ses deux extrémités. Dans le cas des figures 3 à 5, cet axe, référencé en 18, est situé très nettement en dehors de la ligne qui relie les extrémités 19 et 20 du bras, référencé en 21, lesquelles sont reliées respectivement, comme dans le mode de réalisation ci-dessus décrit, à une articulation à la cardan 22 portée par une tête d'amarrage tournante 23 montée à l'extrémité supérieure d'une structure de liaison résistant à la traction 24, et à une tige 25 de vérin hydraulique, par l'intermédiaire d'une articulation à axe horizontal 26 ; le corps 27 de ce vérin, lequel n'est schématisé que par un trait mixte aux figures 4 et 5, est quant à lui articulé sur un axe horizontal 28 du navire 1. La batterie d'accumulateurs oléopneumatiques d'alimentation du vérin a également été référencée en A sur la figure 3. On voit que toutes ces dispositions peuvent titre commodément réalisées en adoptant un bras rigide 21 de forme essentiellement triangulaire. A la figure 3, on a représenté aussi de façon plus détaillée le système d'ancrage 29, l'articulation à la cardan 30 par l'in termédiaire de laquelle l'extrémité inférieure de la structure 24 est reliée audit système, et une vanne d'arrivée de fluide 31 communiquant avec des réservoirs ou autres installations du navire par des conduites désignées par une référence commune 32. De façon connue, ces conduites traversent selon leurs axes orthogonaux respectifs les articulations à la cardan 30 et 22, de même que la tête pivotante 23, par l'intermédiaire d'un joint d'étanchéité axial 33. (Ces derniers éléments du dispositif n'ont pas été représentés, par raison de simplification, aux figures 4 et 5). Ensuite, les conduites sont supportées par le bras 21, jusqu'au navire. On voit que la portion des conduites 32 s'étendant entre les deux articulations à la cardan 30 et 22 est avantageusement aménagée à l'intérieur de la structure de liaison rigide 24, qui est tubulaire, et qui sert aussi de gaine de protection. Enfin, on a représenté en 34 une -masse, par exemple en béton, montée sur la structure 24 à proximité de son extrémité inférieure, et destinée à soulager les paliers de l'articulation à la cardan 30 d'une partie au moins des forces de traction ascensionnelles qui s'exercent-sur eux du fait de l'action du bras 21, et en 35 nn volume de flottabilité de dimensions relativement faibles, monté sur la structure 24 à proximité de son extrémité supérieure, et destiné à augmenter la stabilité de l'ensemble. Ceci étant, il va également de soi que le dispositif d'amarrage gui vient d'être décrit fonctionnera aussi selon le même principe que celui qui a été exposé au début, la-force de traction exercée par le vérin 27 sur l'extrémité 20 du bras 21 se traduisant, du fait de l'appui fixe réalisé en 18, par une force de traction ascensionnelle exercée par l'autre extrémité 19 sur la tête d'amarrage 23. A la figure 3, la position du bras 21 et de la structure 24 correspond à un état d'équilibre moyen, le navire ayant par exemple un tirant d'eau de 5 m, et la marée étant basse. Re piston du vérin 27 est alors environ à mi-course. A la figure 4, la structure 24 est en position inclinée extrême, et le vérin est en position d'extension maximale ; le navire a par exemple encore un tirant d'eau de 5 m, et la marée est supposée haute, avec un pilonnement de tordre de 5 m. (Le navire est représenté en position haute extrême). A la figure 5, au contraire, on -a représenté la position extrême inverse, pour laquelle la structure 24 est verticale, et le vérin 27 en position de rétraction maximale. Cette situation peut se produire par exemple lorsque le navire est chargé, et que la marée est basse, avec tirant d'eau de par exemple Il mètres et pilonnement de l'ordre de 5 m. (Le navire est représenté en position basse extrême). Le mode d'exécution décrit avec référence aux figures 3 à 5 présente bien entendu les mêmes avantages que celui du mode de réalisation de la figure 2, avec toutefois l'avantage supplémentaire que lton évite toute interférence entre le bras et la superstructure du navire, du fait que le bras est entièrement en dehors du bord. En outre, l'installation du vérin est plus aisée, caril peut être disposé pratiquement à plat sur le pont, et il est alors plus facile d'utiliser un vérin de très longue course, laquelle pourra être de 10 à 12 mètres. Il est à noter que les batteries d'accumulateurs oléopneumatiques pourraient être équipées d'un système de controle de pression d'huile, mais en principe un tel système ne devrait pas Etre nécessaire. En toût cas, l'utilisation de telles batteries permettra d'éviter l'utilisation de tout système de contrôle ou d'asservissement, car le piston du vérin pourra toujours se dé- placer librement dans le cylindre, en fonction de la hauteur de la marée et de la houle, tout en continuant à exercer une force de traction sur le bras. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement.à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'amarrage d'un corps flottant de grandes dimensions, notamment en mer, du type comportant un système d'ancrage au fond, caractérisé en ce qu'il comporte une tête d'amarrage située en surface et reliée audit système d'ancrage par une liaison résistant à la tra-ction et susceptible de prendre différentes inclinaisons dans différents plans verticaux, et un système générateur de force éventuellement réglable, à composante verticale ascensionnelle, propre à agir sur ladite tête d'amarrage, en prenant appui sur le corps flottant. 2. Dispqsitif d'amarrage selon la revendication 1, caracté risées ce que ladite liaison résistant à-la traction est constituée par une structure de préférence tubulaire, reliée au système d'ancrage par une articulation à la cardan. 3. Dispositif d'amarrage selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite structure est constituée de plusieurs éléments rigides reliés entre eux par des articulations à la cardan. 4. Dispositif d'amarrage selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la tte amarrage est montée à l'extrémité supérieure de ladite structure de façon à pouvoir pivoter sur celle-ci suivant son axe. 5. Dispositif d'amarrage selon l'une quelconque des reren- dications 2 à 4, caractérisé~en ce que ledit système générateur de force-ast adapté à agir sur ladite tête d'amarrage par l'intermédiaire d'une articulation à la cardan. 6. Dispositif d'amarrage -selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit générateur de force comporte au moins un vérin hydraulique dont la pression d'alimentation est éventuellement réglable. 7. Dispositif d'amarrage selon la reVendication 6, caracté-- risé en ce que ladite pression d'alimentation est fournie par une batterie d'accumulateurs oléopneumatiques. 8. Dispositif d'amarrage selon l'une -quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système générateur de force prend appui sur le corps flottant par l'intermédiaire d'un bras rigide monté sur celui-ci. 9. Dispositif d'amarrage selon la revendication 8, caractérisé en ce que le système générateur de force agit sur la tête d'amarrage par l'intermédiaire d'un bras rigide articulé sur le corps flottant, selon un axe de pivotement horizontal. 10. Dispositif d'amarrage selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'axe de pivotement du bras rigide est situé entre ses deux extrémités, lesquelles sont reliées respectivement au générateur de force et à la tête d'amarrage. 11. Dispositif d'amarrage selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'axe de pivotement du bras rigide est situé en dehors de la ligne qui rejoint ses deux extrémités.