Brevet FR2373645A1 — publié le 19780707

La présente invention concerne une embase precontrainte au fond de lteau, et un procédé pour sa mise en place. On a utilisé jusqu'ici pour l'ancrage au fond de l'eau, notamment sur des fonds marins, de structures importantes, telles que navires fixes, jetées artificielles, plate-formes de forage ou de stockage de produits pétroliers, des ancres, des corps morts ou des pieux battus. Ceux-ci ne suffisent plus pour maintenir des efforts de plusieurs centaines de tonnes, surtout dans le cas de structures devant rester parfaitement fixes, même en cas de tempête. La présente invention a donc pour but de procurer une embase au fond de 1 t eau qui permette de maintenir parfaitement fixe une structure lourde, meme en cas de temnête, et qui puisse être mise en place de façon relativement peu onéreuse. L'embase selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle comprend une plaque présentant une surface inférieure irreulière, et munie d'au moins une ouverture verticale, au moins un tirant de précontrainte s'enfonçant dans le sol au-dessous de la plaque, et au moins un vérin de précontrainte relié au tirant dans la plaque. De préférence, lorsque les efforts appliques sont grands, elle est munie d'une tête susceptible de pivoter autour de l'axe vertical de l'embase, et reliée à des moyens de liaison avec le câble d'ancrage susceptibles de pivoter autour d'un axe horizontal, ettou elle comporte un coulis de matériau durcissable injecté ventre la face inférieure de l'embase et le fond marin, Dans le cas d'embases d'ancrage de structures susceptibles d'exercer des efforts de traction élevés, dépassant 500 tonnes, la plaque présente une hauteur notable vis-avis de sa dimension transversale, et elle comporte au moins une cavité cylindrique a fond sphérique recevant l'extrémité supérieure du tirant de précontrainte et le vérin correspondant. Elle présente alors en outre de préférence au moins l'une des caractéristiques suivantes - Sa partie inférieure comporte une jupe périphériquesrelativenent flexible entourée d'un boudin de protection en matériau élastomère, - Les cavités cylindriques sont au nombre d'au moins trois, et sont régu lièrement réparties angulairement autour de l'axe vertical de la plaque, - Chaque tirant de précontrainte est mis sous tension par au moins 3 vérins disposés à son extrémité supérieure. Le procédé préféré de mi3e en place d'une embase pour efforts de traction élevés, supérieurs a 500 tonnes, lorsque les conditions de site n'exigent pas l'utilisation d'un naiire a positionnement dynamique, comporte au moins les opérations suivantes a) on effectue un forage de reconnaissance dans le sol et y scelle un premier faisceau de précontrainte surmonté d'un câble-guide relié à la surface de la mer b) on fait descendre jusqu'au fond à partir d'un moyen flottatt une embase, en la faisant coulisser le long du câble-guide, et en la retenant à l'aide de câbles de descente ;; c) on fait descendre le long du câble-guide au moins un vérin et on le met en position sur l'embase de façon à assurer son blocage sur le fond, d) on nettoie la surface du fond marin au-dessous de l'embase par injection d'un fluide sous pression e) on injecte entre la face inférieure de l'embase et le fond marin un coulis de matériau durcissable f) on fait descendre en la guidant le long des câbles de descente une tête de forage, et on lui fait effectuer le forage destiné à l'ancrage dans le sol de l'embase, g) on remonte la tête de forage et fait descendre dans le forage un câble de précontrainte muni à sa partie supérieure d'un vérin, puis on scelle la partie inférieure du câble de précontrainte ;; h) on met en tension le câble de précontrainte à l'aide du vérin correspondant, et on injecte dans le trou de forage un matériau durcissable ; i) on coupe le câble-guide et les câbles de descente à proximité de embase, et les relève, Dans le cas d'embases d'encrage de structures susceptibles d'exercer des efforts de traction un peu moins élevés, mais supérieurs a environ 50 tonnes, l'embase peut oestre plus simple, et être constituée par une plaque de révolution de hauteur relativement faible vis-àvis de sa dimension transversale, avec dans sa zone centrale une rotule surmontée d'un vern disposé dans une cage reliée au câble d'ancrage, et être entourée seulement d'une gueuse annulaire. On met de préférence en place l'embase simplifiée ci-dessus par le procédé suivant a) on descend sur le fond marin une gueuse annulaire à l'aide de câbles guides, b) on nivelle le fond à l'intérieur de la gueuse annulaire ; c) on fait descendre entre les câbles-guide une tête de forage, et on lui fait effectuer le forage destiné à l'ancrage dans le sol de l'embase ; d) on-remonte la tête de forage e) on fait descendre sur le fond marin l'embrase munie d'un câble de précontrainte, de façon que l'embase vienne se poser sur le fond et que le câble de précontrainte s'engane dans le forage, puis on scelle la partie inférieure du câble de précontrainte, f) on injecte entre la face inférieure de l'embase et le fond marin un coulis de matériau durcissable ;; g) on met en tension le cale de précontrainte à l'aide du vérin de embase, et on injecte dans le trou de forage un materiau durcissable ; h) on coupe le câble de descente de l'embase et les gaines reliant l'embase à la surface à proximité de l'embase, et remonte la gueuse. I1 est decrit ci-apres, à titre d'exemples et en référence aux figures du dessin annexé, d'une part une envase d'ancraRe selon l'invention résistant à des efforts de traction très élevés et ses opérations de mise en place, d'autre part une embase d'ancrage simplifiée selon l'invention pour efforts de traction un peu moins élevés, et ses opérations de mise en place. La figure 1 représente en coupe verticale par l'axe d'un trou de forage une embase pour efforts de traction très élevés, avant coupure des câbles et gaines de liaison avec la surface. La figure 2 représente la descente de l'embase de la figure 1 sur le fond marin, La figure 3 représente l'opération d'injection d'un coulis de béton sous la face inférieure de l'embase, La figure 4 représente l'opération de forage du puits pour la mise en place d'un cale de précontrainte. La figure 5 représente la descente du câble de précontrainte et de son jeu de vérins. La figure 6 représente l1opération de seetionnement des câbles. La figure 7 représente en coupe diamétrale une embase d'ancrage simplifiée pour efforts relativement modérés. La figure 8 représente l'opération de forage du puits pour cale de précontrainte pour embase selon la figure 7. La figure 9 représente la descente de embase de la figure impunie de son groupe de précontrainte. La figure 10 représente l'opération de scellement et de mise en tension de l'embase de la figure 7. L'embase de la figure 1 comporte un corps cylindrique en tôle mecanosoudée 1 muni axialement d'une rotule 2 pivotant autour d'un axe vertical. La partie supérieure creuse de la rotule 2 est traversée par un axe 3 autour duquel peut pivoter une manille 4, reliée à une chaine d'ancrage, 23. Deux câbles de descente tels que 5 sont engagés dans des oeilletons externes sur le pourtour de l'embase. Un câble envide 6, accroche préalablement dans le sol à un faisceau de pfécontrainte 7, constitue le câble de guidage pour la descente de l'embase. I1 est mis sous contrainte par un jeu de 4 vérins de 200 tonnes, tels que R, logé dans la cavité cylindrique 9.Il pénètre dans le trou de forage 10, en traversant l'oeillet de passage 11 dans le fond de embase. Deux autres câbles de précontrainte tels que 12 disposés angulairement à 1200 du câble 6 et reliés à des câbles de descente (non représentés), s'engagent dans des oeillets de passage 11A et des trous de forage 13, et sont mis en tension par quatre vérins tels que 14. L'extrémité supér-ieure des câbles 12 ne dépasse pas l'affleurement de de la face supérieure de l'embase Pour adapter la position de la tête des câbles 12 à l'inclinaison du fond marin, le logement 9A de la tête des câbles comporte une partie inférieure en forme de calotte sphérique 15. Le pourtour inferieur de l'embase est constitue d'une jupe souple 16, métallique ou en caoutchouc armé, entourée d'un boudin gonflé 17. La jupe et le boudin jouent le ro^le d'organe d'étanchéite pour retenir le coulis de béton 18, injecté sous la face inférieure 19 de l'embase grâce à la gaine 20, puis à travers la tôle 19A crénelée et munie d'ouvertures. La figure 2 représente la descente de 1 'embase sur le fond marin à partir d'un navire 21 équipé à cet effet, Cette descente est guidée par le câble 6, qui a été préalablement scellé par sa partie inferieure 7 dans le fond marin 22 au cours d'une opérationde reconnaissance et muni à son extrémité supérieure d'une bouée de repérage. L'embase 1 est retenue par des câbles de descente tels que 5. La manille 4 est reliée au cule d'ancrage 23 destiné à être associe à l'embase, qui est déroulé du navire 21 au fur et à mesure de la descente de l'embrase ; de même, la gaine 20 destinée à l'insufflation d'eau, puis de béton, sous l'embase, est déroulée à partir du navire au fut et à mesure de la descente de embase. dispositif de type connu, non représenté, empêche le pivotement de l'embase autour du cble-guide 6 pendant la descente. La figure 3 représente l'opération d'injection de béton sous l'embase à partir d'un navire auxiliaire 30. Celle-ci est précédée d'une insufflation par la gaine 20, soutenue en surface par des bouées 31, d'eau destinée à nettoyer le fond sous-aarin au-dessous de l'embase, et à en éliminer la vase ou le sable, de façon à arriver à un sol compact. On injecte ensuite par la gaine 20 un coulis de béton 18, qui est maintenu sous l'embase par sa jupe périphérique et par le boudin 17. La figure 4 représente l'opération de forage pour câbles de précontrainte, à partir du navire de forage 41 muni d'un derrick de forage 42. On fait descendre le long des câbles 5 une tête de forage qui traverse l'envase par l'ouverture prévue pour un câble de précontrainte, et creuse dans le sol sous-marin un trou 13 jusqu'à une profondeur suffisante pour obtenir une assise ferme. Puis on remonte la tette de forage. On recommence alors l'opération à partir d'un autre câble pour pratiquer un autre forage sous embase. La figure 5 représente l'opération suivante, la mise en place des organes de précontrainte, tels que 12, munis à leur partie supérieure de jeux de vérins tels que 14, que l'on fait descendre le long des câbles 5 et engage dans les trous de forage 13. On scelle alors la partie inférieure des câbles de précontrainte. Une fois tous les câbles de précontrainte scellés, on- procède à leur mise en tension par injection d'huile dans les vérins 14, munis de clapets anti-retour, puis à l'injection deun produit de protection autour des câbles jusqu'à l'embase. La figure 6 représente I'opération finale de séparation de l'embase de ses divers câbles et gaines de liaison avec la surface. On sectionne les câbles et gaines à l'aide de dispositifs pince-enclume tels que 43, actionnés à fond de course par un vérin à poudre de type connu. Les câbles 5 et la gatie 20 sont alors remontés à la surface, et l'embrase 1, munie de sa chaîne 23, dont ltextrémite supérieure sera maintenue en surface par une bouée en attendant sa fixation sur la structure à ancrer, est prote à l'emploi. Une embase de ce genre peut être mise en place en 2 semaines environ sur des fonds powant dépasser 200 mètres, en admettant que l'on mette en place sous l'embase trois Organes de précontrainte, et que le forage s'effectue à une vitesse de 0,6Cm/heure. Elle permet de résister à des tensions sur l'ancrage de composante horizontale de plus de 600 tonnes lorsque le sol est rocheux. La figure 7 représente une embase plus simple, pouvant comrenir pour l'ancrage de structures exerçant sur elle des efforts de- composante horizontale pouvant aller jusqu'à 100 tonnes environ. L'embase comprend une plaque circulaire 51, munie en son centre d'un évidement sphérique 52 dans lequel est engagé une rotule 53. Cette rotule 53 se prolonge par un organe de précontrainte 54, logé dans un forage 55 du fond marin. La rotule 53 est surmontée dtun vérin 56. Le vérin est logé dans une cage 57, dont la partie supérieure comporte un organeau 58, dans l'orifice duquel s'engage à angle droit un anneau circulaire 59, auquel est rattaché par une manille, le premier maillon de la chaîne d'ancrage 60. L'embase 51 comprend sur son pourtour une jupe 61, qui vient buter sur le fond, et sa surface inférieur 62 comporte une tôle 62A crénelée et munie d'out vertures. Sous celle-ci est injecté un coulis de béton, à l'aide d'une gaine non représentée, comme pour l'embase de la figure 1. La figure 8 représente l'opération de forage du trou destiné au logement de organe de précontrainte. Le navire de forage 64, muni d'un derrick 65, commence par descendre au fond la gueuse annulaire 63 au bout de caoles-guides et antipilonnement 66. Puis il assure le nivellement de la surface du fond comprise à l'intérieur de la gueuse jusqu'au niveau du bon sol. Il laisse alors descendre la tête de forage, guidée par les câbles 66, au centre de l'espace interne à la gueuse, de façon qu'elle creuse un trou de forage 67. La tête de forage est alors relevée. La figure 9 représente l'opération suivante, la mise en place de l'embase. Celle-ci, munie de l'organe de précontrainte 54, est descendue au bout d'un câble 68. Lorsque cet organe est en place au fond du trou de forage, il y est scellé, on injecte sous la face inférieure, puis laisse durcir un coulis de béton. Puis le tirant de précontrainte est mis en tension par commande à distance du vérin 56 (figure 10). On coupe ensuite les différentes gaines et on remonte la gueuse, L'embrase est alors preste à l'utilisation. Bien que les embases d'ancrage et leurs procédés de mise en place qui viennent d'être décrits en référence aux figures du dessin paraissent préférables, on comprendra que diverses modifications peuvent leur être apportées sans sortir du cadre de 1 'invention, certains organe s des embases ou certaines opérations des procédés de mise en place pouvant être remplacées par d'autres qui joueraient le même raie technique, En particulier, les dispositifs permettant à la channe d'ancrage de prendre toute direction désirée peuvent être remplace par d'autres qui joueraient le même rôle technique. Le coulis de béton destiné à remplir l'espace entre la face inférieure de l'embase et le fond peut être remplacé par une résine à durcissement catalytique, L'invention s'applique plus particulièrement à l'ancrage de plate-formes de forage ou de stockage de pé-trole, mais elle convient pour l'ancrage de toutes structures flottantes ou immergées, par exemple des structures de bateau-phares, de logement ou de sauvetage pour équipes de plongeurs, etc..... Elle est spécialement avantageuse lorsque des structures exerçant des efforts très importants sont à ancrer sur des fonds peu colapressibles. REVENDICATIONS 1/ Embase précontrainte au fond de liteau, caractérisée en ce qu'elle comprend une plaque (1, figure 1) présentant une surface inférieure (19A) irrégulière, et munie d'au moins une ouverture verticale (11), au moins un tirant-de précontrainte (12) s'enfonçant dans le sol au-dessous de la plaque, et au moins un vérin de -précontrainte (14) relié au tirant dans la plaque. 2/ Embase selon la revendication 1, caractérisée en ce qu 1elle est munie d'une tête (2) susceptible de pivoter autour de l'axe vertical de l'embase, et reliée à des moyens de liaison (3,4) avec un crible d'ancrage susceptibles de pivoter autour d'un axe horizontal. 3/ Embase selon les revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un coulis (18) de matériau durcissable injecté entre la face inférieure de l'embase et le fond marin. 4/ Embase selon l'une des revendications 1 à 3, pour résistance à des efforts de traction élevés, caractérisée en ce que la plaque présente une hauteur notable vis-à-vis de sa dimension transversale, et en ce qu'elle comporte au moins une cavité cylindrique (9A) à fond.sphérique (15) recevant 11 extrémité supérieure du tirant de précontrainte et le vérin correspondant. 5/ Embase selon la revendication 4, caractérisée en ce que sa partie inférieure comporte une jupe périphérique relativement flexible (16) entouré d'un boudin (17) de protection en matériau élastomère. 6/ Embase selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que les cavités cylindriques sont au nombre d'au moins trois, et sont régulierement réparties angulairement autour de l'axe vertical de la plaque. 7/ Embase selon l'une des revendications 4à 6, caractérisée en ce que chaque tirant de précontrainte est mis sous tension par au moins 3 vérins disposés à son extrémité supérieure. A/ Procédé de mise en place d'une embase selon l'une des revendications 3 à 7, caracterise par la succession des opérations suivantes a) on effectue un forage de reconnaissance dans le sol et y scelle un câble-guide relie à la surface de la mer b) on fait descendre jusqu'au fond à partir d'un navire de mise en place une embase, en la faisant coulisser le long du câble-guide, et en la retenant à l'aide de câbles de descente ; c) on fait descendre le long du câbleq;uide au moins un vérin et on le met en position sur l'embase de façon à assurer son blocage sur le fond, d) on nettoie la surface du fond marin au-dessous de l'embase par injection d'un fluide sous pression ; e) on injecte entre la face inférieure de l'embase et le fond marin un coulis de matériau durcissable ; f) on fait descendre en la guidant le long des câbles de descente une tête de forage, et on lui fait effectuer un forage destiné à l'ancrage dans le sol de embase ; on on remonte la tête de forage et fait descendre dans le forage un câhle de pré contrainte muni à sa partie supérieure d'un vérin, puis on scelle la partie inférieure du câble de pré contrainte ; h) on met en tension le câble de précontrainte à l'aide du vérin correspondant, et on injecte dans le trou de forage un matériau durcissable ; i) on coupe le cablewguide et les câbles de descente à proximité de embase, et les relève. 9/ Embase selon les revendications 1 ou 2, pour résistance à des efforts de traction moderés, caractérisée en ce que la plaque est une plaque de révolution (51, figure 7) de hauteur relativement faible vis-àKris de sa dimension transversable, en ce qu'elle présente dans sa zone centrale une rotule (53) surmonte d'un vérin (56) disposé dans une cage reliée au câble d'ancrage (60), et en ce qu'elle est entourée d'une gueuse annulaire (63) & / Procédé de mise en place d'une embase selon la revendication 9, caractérisé par la succession des opérations suivantes a) on descend sur le fond marin une gueuse annulaire à l'aide de câbles-guides, b) on nivelle le fond à l'intérieur de la gueuse annulaire, c) on fait descendre entre les c bles-guides une texte de forages et on lui fait effectuer le forage destine à l'ancrage dans le sol de l'embase, d) on remonte la tette de forage, e) on fait descendre sur le fond marin l'embase munie d'un câble de précontrainte, de façon que l'embase vienne se poser sur le fond et que le câble de précontrainte s'engage dans le forage, puis on scelle la partie inferieure du câble de précontrainte. f) on injecte entre la face inférieure de l'embase et le fond marin un coulis de matériau durcissble, g) on met en tension le cale de précontrainte à l'aide du vérin de l'esibase, et on injecte dans le trou de forage un matériau durcissable, h) on coupe les gaines reliant l'embase à la surface et on remonte la gueuse,