Brevet FR2460368A1 — publié le 19810123

L'invention concerne l'exploitation offshore au moyen de structures poids reposant sur le fond marin, et plus particulièrement une structure poids du type comportant une embase surmontée d'au moins une colonne creuse en béton supportant une plate-forme de travail hors d'eau, ladite structure étant plus spécialement destinée à être mise en place sur un fond marin présentant une couche de sol de mauvaise qualité d'épaisseur importante. Plusieurs structures poids ont déjà été installées sur le fond de la mer. Leur conception est telle qu'elles ne peuvent être mise en place que sur des terrains présentant de bonnes caractéristiques mécaniques en surface, ou au maximum quelques mètres sous le niveau du fond de la mer. Des bêches (métalliques ou en béton) disposées sous le radier de la structure permettent de pénétrer le sol de quelques mètres (trois mètres par exemple), mais dans tous les cas les charges verticales sont transmises au terrain par l'intermédiaire de la surface totale du radier. I1 faut noter que ces bêches saillaient inférieurement du radier de l'embase multicellulaire en béton, ladite embase faisant iréqueJment fonction de r'serroir de stockage en exploitation, La transmission des charges verticales par le radier est un inconvénient important, car la stabilité est insuffisamment assurée en cas de couches importantes de sol de mauvaise qualité. Or le prolongement direct des bêches en béton compliquerait la fabrication de la structure et en alourdirait encore le poids. L'invention a pour but de proposer une structure poids de conception pour nouvelle, permettant comme/les structures existantes une construction dans un site terrestre et un transport par flottaison à faible tirant d'eau jusqu'à son emplacement définitif, ainsi qu'un contrôle continu de mise en place sur le site définitif, mais surtout de conception telle que le transfert des charges dans le sol se fasse au niveau où les caractéristiques du terrain permettent d'assurer la stabilité de la structure, La structure de l'invention permet ainsi d'envisager une installation sur une couche de mauvais terrain dont l'épaisseur peut atteindre plusieurs dizaines de mètres. I1 s'agit plus particulièrement d'une structure poids d'exploitation offshore comportant une embase surmontée d'au moins une tour supportant une plate-forme de travail hors d'eau, ladite structure étant plus particulièrement destinée à être mise en place sur un fond marin présentant une couche de sol de mauvaise qualité d'épaisseur importante, caractérisée par le fait que l'embase est essentiellement constituée d'une dalle de couverture au niveau de la base de la ou des colonnes, de voiles verticaux équipant la face inférieure de ladite dalle selon un quadrillage de façon à définir des compartiments indépendants, et de volumes de flottaison équipant la face supérieure de ladite dalle, lesdits voiles présentant une hauteur prédéterminée comparable à ltépaisseur de la couche de mauvais sol, en vue d'une pénétration telle que les charges verticales soient dans tous les cas essentiellement transmises au bon sol situé en-dessous de ladite couche par la seule surface inférieure desdits voiles et en aucun cas par la surface totale de ladite dalle. La structure de l'invention peut présenter en outre l'une au moins des caractéristiques suivantes - les volumes de flottaison sont distribués régulièrement sur la périphérie de la dalle de couverture, - les volumes de flottaison présentent des sous-compartiments indépendants équipés de moyens de pompage propres en vue d'un ballastage sélectif, - des moyens de pompage sont associés à chaque compartiment indépendant pour injecter ou chasser un volume désiré d'air emprisonné contre la face inférieure de la dalle délimitant supérieurement ledit compartiment, - une partie au moins des voiles verticaux sont pourvus intérieurement de canalisations débouchant au voisinage de leur bord inférieur libre, de façon notamment à permettre une injection d'air ou d'eau facilitant la pénétration desdits voiles dans le sol de mauvaise qualité, - les voiles verticaux sont à parois parallèles, ou présentent une épaisseur essentiellement décroissante jusqu'à leur bord inférieur libre, - le bord inférieur libre des voiles verticaux présente un bourrelet d'extrémité dont la section est adaptée à la nature des sols concernés, - les voiles verticaux se terminent inférieurement par une portion essentiellement pointue. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparattront à la lumière de la description qui va suivre, donnée à titre illustratif mais nullement limitatif, en référence aux figures du dessin annexé, où : - la figure 1 est une vue en élévation avec arrachement partiel d'une structure conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue de dessus, avec arrachement partiel, de la structure de la figure 1, - les figures 3A et 3B illustrent des variantes relatives à la constitution des voiles verticaux, - la figure 4 illustre huit exemples de conceptions de bords inférieurs libres des voiles verticaux, selon les schémas partiels a) à h). Figures 1 et 2, la structure poids comporte une embase 1 en béton surmontée d'au moins une tour 2 (ici une colonne creuse en béton) supportant une plate-forme de travail hors d'eau 3, ladite structure étant plus particulièrement destinée à être mise en place sur un fond marin présentant une couche de sol de mauvaise qualité 4 d'épaisseur importante (pouvant atteindre plusieurs dizaines de mètres) au-dessus du bon sol 5. Conformément à l'invention, l'embase 1 est essentiellement constituée d'une dalle de couverture 6 au niveau de la base de la ou des colonnes, de voiles verticaux 7 équipant la face inférieure de ladite dalle selon un quadrillage de façon à définir des compartiments indépendants 8, et de volumes de flottaison 9 équipant la face supérieure de ladite dalle.Les voiles verticaux 7 présentent une hauteur prédéterminée comparable à l'épaisseur de la couche de mauvais sol Il, en vue d'une pénétration telle que les charges verticales soient dans tous les cas essentiellement transmises au bon sol 5 par la seule surface inférieure desdits voiles, et en aucun cas par la surface totale de la dalle de couverture 6 : ce prédimensionnement des voiles résultera de sondages préalables du fond marin sur le site définitif, de façon à avoir une idée aussi précise que possible de la constitution du sol. Les volumes de flottaison 9, distribués régulièrement sur la périphérie de la dalle 6, peuvent présenter avantageusement des sous-compartiments indépendants 10 définis par des cloisons 11 et équipés de moyens de pompage propres schématisés en 12 en vue d'un ballastage sélectif. Il est également utile de prévoir des moyens de pompage associés à chaque compartiment indépendant 8 pour injecter ou chasser un volume désiré d'air emprisonné contre la face inférieure de la dalle 6 délimitant supérieurement ledit compartiment : on a illustré à cet effet des canalisations telles que 13, permettant en outre de créer et d'ajuster sélectivement une dépression à l'intérieur des compartiments, ce qui autorise un enfoncement sélectif à la mise en place en combinaison avec le ballastage progressif des volumes de flottaison. Lorsque la structure est remorquée pour quitter le site de construction, les compartiments 8 contiennent l'air comprimé qui y a été injecté de manière à réduire le tirant d'eau à une valeur minimum. Le compartimentage permet par ailleurs de minimiser l'effet de carène liquide, de manière à assurer une stabilité convenable. Lorsque la profondeur d'eau le permet, la structure est immergée en laissant s'échapper, de manière contrôlée, l'air qui est emprisonné dans les compartiments 8. La flottaison est ensuite assurée par la tour 2 plus les volumes de flottaison 9 intégrés à cet effet dans la structure leur conception en plusieurs compartiments indépendants 10 permet un contrôle continu de l'assiette de la structure au cours de l'installation de celleci. Signalons par ailleurs que ces volumes de flottaison pourront par la suite, une fois l'installation de la structure réalisée, constituer des capacités de stockage dthydrocarbures ou autres matériaux, ou encore être récupérés après désolidarisation de la dalle et renvoi en surface. Ensuite, l'enfoncement des voiles verticaux 7 est obtenu en ballastant progressivement et de manière contrôlée les volumes de flottaison 9. Lorsqu'une pénétration de quelques mètres est réalisée, il est possible d'augmenter l'effort de pénétration en créant une dépression à l'intérieur des compartiments 8 constitués par les voiles 7 : les canalisations 13 reliant chacun des compartiments à la ou l'une des colonnes permettent, ainsi que cela a été expliqué plus haut, d'ajuster la valeur de cette dépression pour obtenir un enfoncement sélectif d'un côté ou de l'autre.Après pénétration des voiles verticaux dans le mauvais sol, les charges verticales sont finalement transmises au bon sol essentiellement par la surface inférieure desdits voiles, et accessoirement par la surface latérale de ceux-ci selon la constitution du sol, mais en aucun cas par la surface totale de la face inférieure de la dalle de couverture. Figures 3A et 3B, on a illustré une conception de voiles particulière, respectivement à parois convergentes ou parallèles, avec des canalisations intérieures 14 débouchant en 15 au voisinage de leur bord inférieur libre. Ces canalisations 14, incorporées à la structure et reliant le niveau du pont à l'extrémité inférieure des voiles verticaux 7, permettent d'injecter de l'air ou de l'eau sous pression de manière à faciliter la pénétration des bêches au cours de l'installation. Ces canalisations peuvent également être utilisées pour injecter un coulis sous les voiles verticaux, en fin d'installation, de manière à améliorer les caractéristiques du sol au niveau de la fondation ou compenser des inégalités dans le niveau d'un bon sol, ou encore pour injecter un fluide en vue de décoller la structure du fond marin et la récupérer. La forme de la partie inférieure des voiles est aaaptee a la nature des sols concernés. Parmi d'autres, les formes représentées sur la figure 4 peuvent être envisagées, celles-ci n'étant qu'une illustration des formes possibles : on peut prévoir -toutes formes, symétriques ou asymétriques, présentant ou non un bourrelet d'élargissement pour un meilleur appui, se terminant ou non par une portion essentiellement pointue. Il va de soi que l'invention n'est nullement limitée aux exemples qui en ont été donnés, mais comprend toute variante correspondant à la définition générale de l'invention telle que revendiquée. En particulier, selon les besoins propres à une utilisation spéciale, la dalle de couverture peut être plane, concave ou convexe, et les voiles verticaux peuvent être plans ou incurvés en forme de tuile. REVENDICATIONS 1/ Structure poids d'exploitation offshore comportant une embase surmontée d'au moins une tour supportant une plate-forme de travail hors d'eau, ladite structure étant plus particulièrement destinée à être mise en place sur un fond marin présentant une couche de sol de mauvaise qualité d'épaisseur importante, caractérisée par le fait que l'embase est essentiellement constituée d'une dalle de couverture au niveau de la base de la ou des colonnes, de voiles verticaux équipant la face inférieure de ladite dalle selon un quadrillage de façon à définir des compartiments indépendants, et de volumes de flottaison équipant la face supérieure de ladite dalle, lesdits voiles présentant une hauteur prédéterminée comparable à l'épaisseur de la couche de mauvais sol, en vue d'une pénétration telle que les charges verticales soient dans tous les cas essentiellement transmises au bon sol situé en-dessous de ladite couche par la seule surface inférieure desdits voiles et en aucun cas par la surface totale de ladite dalle. 2/ Structure selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les volumes de flottaison sont distribués régulièrement sur la périphérie de la dalle de couverture. 3/ Structure selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que les volumes de flottaison présentent des sous-compartiments indépendants équipés de moyens de pompage propres en vue d'un ballastage sélectif. 4/ Structure selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que des moyens de pompage sont associés à chaque compartiment indépendant pour injecter ou chasser un volume désiré d'air emprisonné contre la face inférieure de la dalle délimitant supérieurement ledit compartiment. 5/ Structure selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'une partie au moins des voiles verticaux sont pourvus intérieurement de canalisations débouchant au voisinage de leur bord inférieur libre, de façon notamment à permettre une injection d'air ou d'eau facilitant la pénétration desdits voiles dans le sol de mauvaise qualité. 6/ Structure selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les voiles verticaux sont à parois parallèles. 7/ Structure selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que les voiles verticaux présentent une épaisseur essentiellement décroissante jusqu'à leur bord inférieur libre. 8/ Structure selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisée par le fait que le bord inférieur libre des voiles verticaux présente un bourrelet d'extrémité dont la section est adaptée à la nature des sols concernés. 9/ Structure selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisée par le fait que les voiles verticaux se terminent inférieurement par une portion essentiellement pointue.