Brevet FR2418145A1 — publié le 19790921

L'invention concerne les supports flottants tels que par exemple les plates-formes d'exploitation du fond marin, et a plus particulièrement pourobjectif de résoudre le double problème de l'amarrage d'un tel support flottant au lieu d'exploitation et de l'installation des canalisations souples ou rigides entre celui-ci et le fond marin. Il existe un grand nombre de supports flottants pour l'exploitation des fonds marins, remplissant des fonctions diverses et destinés à être amarrés en pleine mer au-dessus de sites d'exploitation, notamment les gisements pétroliers. Ces supports peuvent être ancrés par des charnels ou des câbles, mais cela pose bien évidemment un problème lorsque des canalisations (notamment des conduits rigides) doivent être installées entre le support flottant et le fond marin ; par exemple pour établir des liaisons avec les différentes têtes de puits. Par ailleurs, le principe de la colonne articulée est bien connu. Une colonne munie d'un flotteur immergé sensiblement à mi-hauteur est raccordée à une embase posée sur le fond marin par l'intermédiaire d'un système d'articulation, notamment une articulation universelle à la Cardan. Ces colonnes peuvent remplir des fonctions multiples ; colonne d'amarrage et/ou plate-forme d'exploitation comportant les équipements les plus divers. En particulier, un tel type de colonne peut facilement et avantageusement être agencé pour abriter les canalisations reliant les installations de surface aux têtes de puits. Si les canalisations sont flexibles, elles sortent du pied de la colonne en contournant l'articulation à la Cardan. Au contraire, si les canalisations doivent être rigides, on sait agencer le système d'articulation en tant que partie de canalisation ; certaines parties du système d'articulation ayant une structure tubulaire et étant munies de joints tournants étanches. Cependant, la place disponible au sommet de la colonne émergée est limitée. Par exemple, si on prévoit une plate-forme au sommet de ladite colonne, celle-ci est forcément de dimension réduite, très inférieure à la grandeur d'une plate-forme d'une structure d'exploitation quelconque agencée sur un support flottant. L'un des objets de l'invention est d'associer un support flottant à une colonne articulée. De semblables associations ont déjà été tentées. Par exemple, on a essayé d'utILiser une colonne articulée comme moyen d'amarrage d'un navire (celui-ci constituant ainsi le support flottant) relié de façon articulée au sommet de la colonne par l'intermédiaire d'un bras ou d'une fourche d'amarrage. Une telle utilisation de la colonne articulée s'est révélée délicate du fait de l'existence du flotteur immergé lié à ladite colonne et largement dimensionné pour donner à celle-ci un moment de redressement suffisant. Du fait de l'existence de ce flotteur, lorsque le navire était écarté, par le vent ou la houle ou pour toute autre raison, de la verticale du point d'ancrage articulé du pied de la colonne, un moment de flexion important était engendré dans celle-ci à cause de deux actions opposées, d'une part une force de traction tendant à incliner la colonne et appliquée à son sommet par le navire, et d'autre part la force de redressement provoquée par le flotteur de la colonne mme,mais appliquée sensiblement à mi-hauteur de celle-ci. L'invention permet entre autre de résoudre un tel problème par la suppression du flotteur de la colonne et son remplacement par le ou les flotteurs d'un certain type de support flottant, avantageusement une plate-forme flottante, associé à demeure à ladite colonne et articulé au sommet de celle-ci. Plus précisément, l'invention concerne donc une structure formant support flottant ancré au fond marin par l'intermédiaire d'une colonne articulée sur une embase posée sur ou enfouie dans le fond marin, caractérisée en ce que ledit support flottant comporte une plate-forme émergée, qu'il est connecté au sommet de ladite colonne par un système d'articulation, par exemple à la Cardan, et qu'il est muni d'au moins un flotteur éloigné de l'axe de ladite colonne ; le ou lesdits flotteurs étant conformés et/ou disposés sensiblement en une configuration de symétrie par rapport à un axe géométrique perpendiculaire au plan & ladite plate-forme et passant par le point d'articulation entre ladite colonne et ledit support flottant. De cette façon, lorsque le support flottant est écarté pour une raison ou pour une autre de sa position normale, les seuls efforts transmis à a colonne qui s'incline, sont des efforts s'appliquant axialement à celle-ci et non plus des efforts de fléchissement. Par ailleurs, le support flottant peut avoir des dimensions importantes et notamment celles d'une véritable plate-forme d'exploitation, muni des équipements les plus encombrants et les pus divers ; les canalisations reliant la plate-forme au fond marin passant bien entendu par l'intérieur de la colonne articulée. Le problème de l'amarrage des navires a une telle installation est également résolu puisque rien n'empêche de prévoir des moyens d'amarrage le long dudit support-flottant. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaitront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de plusieurs modes de réalisation d'un support flottant ancré au fond marin par l'intermédiaire d'une colonne articulée, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence au dessin non limitatif annexé dans lequel - la figure 1 est une vue schématique en élévation, avec arrachement partiel, montrant l'un des modes de réalisation possible d' ne installation selon l'invention - is figures 2 à 4 montrent plusieurs exemples de supports flottants particuliers pouvant être utilisés en liaison avec la colonne articulée, dans le cadre de l'invention ; et - la figure 5 montre une vue en élévation d'une autre variante de l'invention. En se référant plus particulièrement à la figure 1, on a représenté une colonne 11 connectée à une embase 12 par l'intermédiaire d'une articulation universelle à la Cardan 13. L'embase 12 est posée sur-le fond marin 14 mais pourrait tout aussi bien être ensevelie dans ce dernier. Un certain nombre de conduits convergent vers la colonne et remontent à l'intérieur de celle-ci jusqu'à une plate-forme émergée 15 qui constitue la partie supérieure d's support flottant 16. A titre d'exemple, on a représenté un conduit souple I8aqui qui contourne l'art-cu- lation à la Cardan 13 et un conduit rigide 18 pénétrant dans la colonne par l'intermédiaire de l'articulation 13 dont certaines parties ont une structure tubulaire, connue en soi. Selon une particularité importante de l'invention, la colonne articulée Il n'est pas équipée de son flotteur immergé qui est normalement nécessaire, lorsque la colonne articulée est utilisée seule, pour lui assurer un moment de redressement suffisant. Selon l'invention, la stabilité de l'ensemble de la colonne Il et du support flottant 16 est assurée par les seuls flotteurs 17 du support flottant, calculés en conséquence.En outre, la liaison entre la colonne 11 et le support flottant 16 est effectuée par l'intermédiaire d'un système d'articulation 19, par exemple à la Cardan, et les flotteurs 17 sont disposés en une configuration de symétrie par rapport à l'axe géométrique OZ perpendiculaire au plan supérieur de la plate-forme 15 et passant par le point d'articulation 0 entre la colonne et le support flottant. La "configuration de symétrie" par rapport à l'axe OZ peut entre obtenue de plusieurs façons, c'est-à-dire avec des supports flottants de formes très différentes. Les figures 2 à 5 en montrent quelques exemples. Ainsi, selon la figure 2, la plate-forme 15a a uneforme rectangulaire et elle est supportée par deux flotteurs 17a parallèles, de formes générales allongées comme des coques de navire ; le tout formant une structure de catamaran. Selon les figures 3 et 5, il n'existe plus qu'un seul flotteur (17b, 17d) mais sa forme en anneau est telle que la configuration de symétrie par rapport à l'axe OZ est clairement conservée. Enfin, selon la figure 4, on prévoit une pluralité de petits flotteurs 17c dont les centres sont disposés circonférentiellement autour de l'axe OZ. De préférence, la plate-forme a la forme générale d'un cercle (15d) ou d'un polygône régulier (15a, 15b, 15c) et l'axe OZ est donc perpendiculaire au centre de ce cercle ou de ce polygône. Cependant, il est bien évident qu'un certain décalage (une certaine rupture dans ladite "configuration de symétrie") peut être apporté sans annuler -complètement tous les avantages mentionnés ci-dessus et par conséquent sans sortir du cadre de l'invention. Par ailleurs, le support flottant est avantageusement déconnectable de la colonne. Cela implique que ladite colonne (ou la partie de celle-ci qui reste connectée à l'embase 12, comme on le verra plus loin) possède une flottabilité propre mais juste suffisante pour assurer sa position verticale dans l'eau en l'absence du support flottant. Dans ces conditions, la colonne peut être prévue émergente . En se reportant au mode de réalisation de la figure 1, des moyens de raccordement (non représentés) entrela colonne et le support flottant sont alors prévus au voisinage du système d'articulation 19. On peut aussi préférer que la colonne proprement dite soit entièrement immergée pour ne pas gêner la navigation lorsque le support flottant est déconnecté. La figure 5 montre un mode de réalisation à colonne 11d entièrement immergée. Ceci est rendu possible par la structure du support flottant 16d dont le système d'articulation 19d est fixé sous le flotteur annulaire 17d grâce à des montants 20. Là encore, les moyens de raccordement (non représentés) sont prévus au voisinage du système d'articulation 19d. La structure générale de la figure 1 peut aussi être facilement modifiée pour que la colonne Il soit totalement immergée en l'absence du support flottant. Dans ce cas, la longueur de la colonne est choisie de façon que son extrémité supérieure soit située à une profondeur choisie et le support flottant est muni d'un tronçon de colonne 21 connecté à la plate-forme 15 par le système d'articulation 19, tandis que des moyens de raccordement 22 sont prévus entre l'extrémité supérieure immergée de la colonne et l'extrémité libre dudit tronçon 21 la connection entre support flottant et colonne articulée se faisant à ce niveau. Avec la structure qui vient d'être décrite, lorsque le support flottant 16 se trouve déporté de sa position normale représenté sur les dessins et pour laquelle la colonne articulée est verticale, les seules forces transmises à la colonne qui s'incline. alors ont une direction axiale ceci grâce à la présence de l'articulation 19 et aussi au fait que la colonne Il n'est soumise à aucun moment de redressement propre sinon celui, très négligeable, de sa flottabilLé intrinsèque. D'autre part, une telle structure est bien appropriée à l'exploitation d'un gisement de pétrole sous-marin car le ou les flotteurs 17 peuvent être aménagés, au moins partiellement, en réservoirs pour le stockage provisoire du pétrole lorsqu'aucun navire pétrolier n'est présent sur le site d'exploitation. On peut aussi envisager une solution intermédiaire entre les modes de réalisation des figures 1 et 5. Selon la figure 1 l'articulation 19 est au-dessus des flotteurs 17 alors que selon la figure 5 l'articulation 19d est au-dessous du flotteur 17d. On a trouvé qu'il était intéressant, du point de vue de la stabilité de l'ensemble de l'installation, que l'articulation soit sensiblement située au niveau du centre de poussée du ou des flotteurs du support flottant. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisations qui viennent d'être décrits, elle comprend tous les équivalents techniques des moyens mis en jeu si ceux-ci le sont dans le cadre des revendications qui suivent. R E 17 E N D I C A T I O N S 1. Structure forant support flottant ancré au fond marin par l'intermédiaire d'une colonne articulée sur une embase posée sur ou enfouie dans le fond marin, caractérisée en ce que ledit support flottant comporte une plate-forme émergée, qu'il est cc--necté au sommet de ladite colonne par un système d'articulation, par exemple à la Cardan et qu'il est muni d'au moins u flotteur éloigné de l'axe de ladite colonne ; le ou lesdits flotteurs étant conformés et/ou disposés sensiblement en une configuration de symétrie par rapport à un axe géométrique perpendiculaire au plan de ladite plate-forme et passant par le point d'articulation entre ladite colonne et ledit support flottant. 2. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite plate-forme est montée sur deux flotteurs parallèles de formes générales allongées, par exemple deux coques de navire en catamaran. 3. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite plate-forme est supportée par un unique flotteur en forme d'anneau. 4. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite plate-forme est supportée par une pluralité de flotteurs disposés circonférentiellement autour dudit axe géométrique. 5. Structure selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite colonne est totalement immergée. 6. Structure selon la revendication 5, caractérisée en ce que ledit support flottant comporte un tronçon de colonne par exemple connecté à ladite plate-forme par ledit système d'articulation et que des moyens de raccordement sont prévus entre l'extrémité supérieure de ladite colonne et l'extrémité libre dudit tronçon. 7. Structure selon la revendication 5, caractérisée en ce que ledit système d'articulation est immergé et situé à la partie supérieure de la colonne ; des moyens de raccordement étant prévus au voisinage dudit système d'articulation. 8. Structure selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite colonne possède une flottabilité propre, indépendamment de celle du ou des flotteurs dudit support flottant, pour lui permettre de rester en position verticale en l'absence dudit support flottant. 9. Structure selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système d'articulation précité est situé sensiblement au niveau du centre de poussée du ou des flotteurs dudit support flottant,