Brevet FR2410078A1 — publié le 19790622

L'invention se rapporte a un câble d'amarrage, utilisable en particulier dans un dispositif d'amarrage de plates-formes flottantes ancrées en haute mer, et a un dispositif d'ancrage pour plate-forme flottante, comprenant un tel câble. Un tel câble, ayant par exemple une longueur supérieure a 100 mètres et servant de liaison de très forte puissance, doit présenter une très grande résistance a la traction, qui peut être de l'ordre de 300 tonnes a la rupture. Mais, contrairement a un cable sous-marin qui est immergé au fond de la mer, le câble d'amarrage participe aux mouvements de la houle, de sorte que la résistance a la fatique devient fondamentale. De plus, le dispositif utilisé pour protéger le câble contre la corrosion de l'eau de mer doit également être a l'épreuve de ces mouvements incessants et de faible amplitude.Ensuite, la pose du câble exige le transport sous forme enroulée, de sorte que le câbLe, ayant une section transversale d'au moins 10 cm2 doit être assez souple pour permettre son enroulement sur un tambour de dimensions acceptables (par exemple un diamètre du tambour allant de 2 8 mètres Finalement, la structure du câble doit être telle qu'elle permette un ancrage au fond de la mer, qui soit suffisamment simple et fiable et qui soit résistante a la corrosion. L'invention a pour but de fournir un câble et un dispositif d'ancrage qui puissent autant que possible satisfaire ces exigences, et spécialement procurer une endurance suffisante a la fatigue et a la corrosion. L'invention a donc pour objet un câble d'amarrage, notamment pour l'ancrage de plates-formes en haute mer comprenant une gaine étanche, résistant a l'eau de mer et entourant un faisceau de câbles élémentaires composés chacun de fils d'acier a haute limite élastique, ce câble étant caractérisé en ce que les câbles élémentaires s'étendent a peu près parallèlement dans le câble et sont entoures chacun par une enveloppe souple, étanche et résistant à l'eau de mer, et en ce qu'un fluide inerte de lubrification remplit le volume de ladite gaine laissé libre par lesdits câbles elémentaires. Suivant une autre caractéristique de l'invention, chacun des câbles élémentaires comprend un ensemble de fils graissés et enrobés dans ladite enveloppe souple, de manière a améliorer la résistance la fatigue du câble, ces fils étant soit toronnés soit disposés a peu près parallèlement les uns aux autres. Un câble classique d'amarrage en haute mer composé de torons qui se touchent est très sensible a la fatigue. Ceci est du au fait que le câble reste toujours sous une tension de l'or- dre de 25 a 40 % de la tension de rupture, et le frottement, sous tension, des torons l'un contre l'autre suivant leur ligne de contact, et suivant le rythme de la houle, provoque une dégradation rapide du câble. Or, dans le câble suivant l'invention, les torons ne sont pas câblés ensemble et ne se touchent pas de sorte que la tension dans le câble ne provoque pas leresserre- ment des torons l'un contre l'autre.Les torons s'étendent part lèlement, ce qui ne veut pas dire un parallélisme total au sens géométrique, mais un parallelisme suffisant pour que les forces de resserrement des torons soient négligeables par rapport aux forces de resserrement si ces torons avait été câblés sous un angle de 300 par exemple par rapport a l'axe du câble. Les frottements entre les torons dans le câble sont également diminués par le fluide inerte de lubrification. Dans ce but, on peut utiliser, de préférence, un liquide a grande viscosité, par exemple supérieure a 5000 centiposes, mais qui permet néanmoins une injection sous pression du fluide dans le câble. Ceci veut dire que le fluide, avant injection,- doit pouvoir être porté, par exemple par chauffage jusqu'à 1000 C, une viscosité inférieure a environ 50 centipoises et se "durcir" peu après jusqu'a au moins 5000 centipoises. Dans ce but, l'on peut utiliser des lubrifiants dérivés du pétrole ou des bitumes, ou du pétrolatum, par exemple. Un produit particulièrement approprié pour le fluide de lubrification est le produit vendu sous la dénomination commerciale "Visconorust" 2090P-4 par la Viscosity Oil Company, et ayant une viscosité d'environ 30 centipoises a 1000 C, subissant un début de congélation environ 600 C et présentant une densité d'environ 0,90. A titre de variante, on peut également utiliser une huile d'une viscosité faible inférieure a 50 centipoises a Oc C, afin de permettre la circulation et le pompage de l'huile du câble en service, dans le but de renouveler l'huile et d'examiner l'huile retirée afin de détecter les lieux d'infiltration. Enfin, il est avantageux d'utiliser un liquide ayant un poids spécifique supérieur au poids spécifique de l'eau de mer comme il sera expliqué plus loin. Dans ce but, on peut mélanger une faible quantité d'une résine époxy au fluide utilisé de façon a former un mélange de ces deux substances. Mais le fluide de lubrification ne doit pas se solidifier au point de ne plus permettre les courbures nécessaires a l'enroulement du câble. Les torons, lorsqu'ils entrent en contact l'un avec l'autre, ne se touchent que par leur enveloppe individuelle, lubrifiée par le fluide de remplissage et de lubrification. Cette enveloppe peut être en une matière plastique bien connue, par exemple, un chlorure de polyvinyle, un polypropylène, un polyéthylène haute densité, du Nylon, etc... Le câble suivant l'invention présente donc une protection quadruple contre les frottements des torons, a savoir le parallèlisme des torons, le fluide de lubrification de la gaine entre les torons, l'enveloppe individuelle des torons et le graissage des torons ou des faisceaux de fils. a gàfne, le fluide de lubrification et l'enveloppe individuelle des torons ou des fils remplissent toutefois chacun une deuxième fonction dans le but de préserver l'acier contre l'infil- tration d'eau de mer. La matière de remplissage forme une barrière a l'eau qui aurait pu s'infiltrer a travers la gaine. Mais, lorsque cette matière a une densité supérieure a celle de l'eau de mer, il se forme dans le câble immergé dans l'eau une pression hydrostatique de l'intêrieur vers l'extérieur qui s'oppose a l'infiltration d'eau. Bien entendu, la gaine doit être en une matière souple, afin de pouvoir subir des courbures sur un rayon de 4 mètres au maximum, tout en étant étanche et résistant a l'eau, par exemple une matière plastique et/ou polymère, comme un chlorure de polyvinyle et ses dérivés, des polyoléfines, tels qu'un polyéthylène, un polypropylène et leurs copolymères, des polyamides, des copolymères de l'acrylonitrile butadiène - styrène, des élastomères et des élastomères stratifiés, des résines synthétiques et des résines stratifiées. Si la gaine doit subir des pressions hydrostatiques importantes, elle peut être renforcée a l'aide d'une matière a haut coefficient d'élasticité, tels que des fils d'acier ou des fibres de verre ou une combinaison de ces deux composants.Dans le cas de fils d'acier, ceux-ci peuvent être galvanisés, gainés individuellement d'une matière plastique, par exemple le néoprène et enroulés en spirale autour du câble. Cette construction permet d'obtenir une gaine très résistante et cependant souple. Les torons individuels, a l'intérieur de leur enveloppe sont de préférence graissés, ce qui procure une protection sup plémentaire contre la corrosion. On peut utiliser des graisses dérivées du pétrole ou des bitumes, ou du pétrolatum, un produit préféré étant le "Visconorust" mentionné ci-dessus ou la graisse "No-Ox-Id-A" de la Firme W.R. Grace & Co. L'ancrage de ce câble pourra se faire par exemple a la manière décrite dans la demande de brevet français nO 74 23 819. D'autres caractéristiques de l'invention apparaltront au cours de la description qui va suivre. Au dessin annexé donné uniquement a titre d'exemple d'application de l'invention : - la Fig. 1 montre une vue en coupe transversale du câble suivant l'invention; - la Fig. 2 montre schématiquement une plate-forme flottante ain si qu'un dispositif d'ancrage de cette plate-forme comportant des câbles suivant l'invention; - la Fig. 3 montre une vue en coupe schématique d'un câble de grande puissance, suivant l'invention. La Fig. 1 montre, a titre d'exemple, la section d'un câble suivant l'invention. Ce câble comprend une gan'èl. par exemple en polypropylène renforcé de fibres de verre. A l'intérieur de la gaine 1 se trouvent sept câbles élémentaires ou torons parallèles 2. Chaque toron présente lui-meme la forme d'un câble élémentaire compre nant un certain nombre de fils toronnés ou parallèles 3 pour former le câble élémentaire qui constitue l'un des torons paral lèles I1 est bien entendu que les torons parallèles peuvent avoir toute autre structure de câblage appropriée. Tous les torons sont entourés d'une enveloppe 4 en polyéthylène haute densité, et l'espace entre les torons et l'enveloppe est intégralement rempli d'une graisse anticorrosive.Les vides 5 entre les torons sont remplis par du brai auquel est mélangée une sK faible quantité de résine époxy. Lors de la fabrication, ce mélange est injecté sous pression dans le câble après que les torons aient été introduits dans la gaine 1. I1 est clair que dans un câble suivant l'invention, le remplacement d'un toron 2 est plus facile que si ces torons avaient été torsadés ensemble. Le câble suivant l'invention est applicable en particulier dans un dispositif d'ancrage pour plate-forme flottante, utilisable par exemple dans les installations d'extraction ou de stockage de pétrole. La Fig. 2 est une vue schématique d'une telle installation comprenant une plate-forme flottante 6 qui a par exemple la forme d'un triangle dont chaque angle est amarré, a l'aide d'un câble 7 suivant l'invention, a un bloc de lestage 8 en béton placé au fond de la mer. Seulement deux angles de la plate-forme sont représentés sur la Fig. 2.La différence entre marée haute et marée basse est absorbée par la courbure du câble sous son propre poids, c'est-à-dire entre marée haute et marée basse; la tension dans le câble peut varier entre des limites appropriées, par exemple entre 20 et 50 % de la tension de rupture du câble. Le bloc en béton 8 peut être réalisé en toute autre matière pour autant qutil ait un poids suffisant pour empêcher la dérive de la plate-forme, c'est-à-dire un poids d'un même ordre de grandeur que la résistance a la rupture du câble 1 ce qui correspond a une valeur d'au moins 300 tonnes. Ce bloc 8 peut comporter un ancrage femelle permettant d'amarrer le câble avant immersion a l'aide d'un ancrage décrit dans la demande de brevet français précitée et soigneusement protégé contre toute infiltration d'eau, ou bien, ce bloc 8 peut être traversé, comme le montre la Fig. 2, par un canal tubulaire 9 en forme de demi-boucle. Les deux extrémités du câble 7 sont fixées à la plate-forme par un système d'ancrage 10 quelconque par exemple comme ceux qui sont utilisés dans les ponts à haubans. Comme lue montre la Fig. 2, la câble s'étend par un premier brin, partir du système d'ancrage 10 vers le bloc 8, passe dans le canal en demi-boucle 9 et s'étend par un autre brin entre ce bloc 8 et le système d'ancrage 10, le câble étant donc d'un seul tenant sur toute sa longueur. Dans le but de diminuer le danger de rupture par la fatique aux points où le câble 7 sort du canal 9, on peut donner aux sorties de ce dernier une forme évasée. Dans un tel dispositif d'ancrage, la gaine du câble est d'un seul tenant sur toute la partie immergée du câble de manière à former une enveloppe étanche à liteau de mer, sans nécessiter une protection spéciale contre la corrosion aux points d'ancrage au fond de la mer. De plus, les deux extrémités du câble étant situées sur la plate-forme, il est facile de remplacer le câble, ou de remplacer un toron par un autre, en enfilant le nouveau toron dans la gaine par une extrémité, et en retirant le toron à remplacer par l'autre extrémiste. L' invention n'est nullement limitée au mode de réalisa- tion décrit ci-dessus à titre d'exemple. C'est ainsi que la gaine extérieure peut être métallique pour résister au frottement et à l'endommagement local par toute cause extérieure. Un modèle de câble (Fig. 3) utilisable dans une installation pétrolière de la Fig. 2 peut être composé de 60 torons comportant chacun 7 fils d'acier de 5 mm de diamètre et d'une résistance de 180 kg/mm2, soit 2900 tonnes pour le câble pour permettre d'atteindre la résistance statique et dynamique requise pour cette application. Les fils peuvent être galvanisés ou non et graissés individuellement. Une même structure, utilisant des fils de 7 mm peut être appliquée dans le même but. REVENDICATIONS 1 - Câble d'amarrage notamment pour l'ancrage de platesformes en haute mer comprenant une gaine étanche, résistant à l'eau de mer et entourant un faisceau de câbles élémentaires composés chacun de fils d'acier à haute limite élastique, ce câble étant caractérisé en ce que les câbles élémentaires (2) s'étendent à peu près parallèlement dans le câble et sont entourés chacun par une enveloppe (4) soute, étanche et résistant à l'eau de mer, et en ce qu'un fluide inerte de lubrification remplit le volume (5) de ladite gaine (1) laissé libre par lesdits câbles élémentaires (2). 2 - Câble suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chacun desdits câbles élémentaires (2) comprend un ensemble de fils (3) graissés,et enrobés dans ladite enveloppe souple, fils qui sont toronnés ou qui s'étendent à peu près parallèlement les uns aux autres. 3 - Câble suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit fluide de remplissage est un liquide présentant à la température d'utilisation du câble une viscosité élevée, cette viscosité pouvant être diminuée par chauf- face pour permettre l'injection sous pression du fluide dans le câble. 4 - Câble suivant la revendication 3, caractérisé en ce que ledit fluide de lubrification présente, à une température de OQ C du câble, une viscosité supérieure à 5000 centipoises, tout en pouvant être porté à une viscosité inférieure à 50 centipoisoe par chauffage à 1000 C environ lors de son introduction dans le câble. 5 - Câble suivant l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que ledit fluide est du pêtrolatum ou un lubrifiant dérivé du pétrole ou des bitumes. 6 - Câble suivant l'une quelconque des revendications 1. et 2, caractérisé en ce que ledit fluide de lubrification est ure huile ayant une viscosité faible, inférieure à 50 centipoises par exemple, à la température d'utilisation du câble. 7 - Câble suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit fluide de lubrification présente un poids spécifique supérieur au poids spécifique de l'eau de mer. 8 - Câble suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'une faible quantité d'une résine époxy est mélangée audit fluide de lubrification. 9 - Câble suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite enveloppe souple (4) est réalisée en une matière plastique telle qu'un chlorure de polyvinyle, un polypropylène, un polyéthylène haute densité, du Nylon ou autre. 10 - Câble suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ladite gamine étanche (1) est réalisée en une matière plastique et/ou polymère telle qu'un chlorure de polyvinyle et ses dérivés, une polyoléfine telle qu'un polyéthylène, un polypropylène, et leurs copolymères, un copo lymère de l'acrylonitrile butadiène - styrène, un élastomère stratifié ou non, une résine synthétique stratifiée ou non, ou analogue. ll - Câble suivant la revendication 10, caractérisé en ce que ladite gaine (1) est renforcée à l'aide d'une matière à haut coefficient d'élasticité telle que des fils d'acier, des fibres de verre ou un mélange de ces composants. 12 --Câble suivant l'une quelconque des revendications 1 à ll,caractérisé en ce que chaque enveloppe souple (4) d'un câble élémentaire (2) est rempli d'une matière visqueuse inattaquable par l'eau de mer. 13 - Dispositif d'ancrage d'un bâtiment en haute mer tel qu'une plate-forme pétrolière, caractérisé en ce qu'il comprend un câble (7) suivant l'une quelconque des revendications précédentes, un système d'ancrage (10) placé sur le bâtiment (6) auquel sont attachées les deux extrémités du câble (7) ainsi qu'un bloc de lestage (8) placé au fond de la mer et présentant un canal courbe (9) dans lequel le câble (7) forme une boucle. 14 - Dispositif d'ancrage suivant la revendication 13, caractérisé en ce que ledit bloc de lestage (8) présente un poids dont la valeur est du même ordre de grandeur que la résistance à la rupture du câble (7-). 15 - Dispositif d'ancrage suivant l'une quelconque des revendications 13 et 14, caractérisé en ce que les sorties dudit canal courbe (9) sont évasées.