Brevet FR2442918A1 — publié le 19800627

L'invention a pour objet un dispositif de protection pour une structure en mer, en particulier d'amarrage de véhicules ou d'engins flottants, telle que notamment une colonne ou plate-forme ancrée au fond marin, contre des chocs provoqués par un objet flottant tel que notamment un navire0 Des dispositifs de protection sont connus dans lesquels une barrière de défense entoure la structure à protéger. Cette barrière comprend un écran de défense qui est monté sur des piliers de support élastiques. Ces dispositifs connus ont pour inconvénient de posséder une capacité d'absorption d'énergie relativement faible étant donné que l'énergie provenant d'un choc ne peut être absorbée que par déformation élastique du dispositif0 En outre, ces dispositifs ont des dimensions considérables, ce qui augmente le risque de collision avec une structure flottante, ainsi qu'un poids important L'invention a pour but de pallier ces inconvénients des dispositifs connus et propose un dispositif de protection ayant une capacité d'absorption d'énergie considérablement plus grande tout en présentant un encombrement et un poids plus faibles, Pour atteindre son but, le dispositif de protection selon l'invention pour une structure en mer, du type comprenant une barrière de défense entourant la tête ou partie supérieure de préférence émergée de la structure, est caractérisé en ce que le dispositif présente la configuration d'une roue à rayons dans laquelle la barrière est formée par la jante de la roue, la tête de la structure forme Ne moyeu et les rayons relient la jante à ladite tête Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, les rayons sont répartis régulièrement autour de la jante au niveau de leur fixation à celle-ci et forment deux groupes, les rayons d'un groupe étant inclinés, à partir de la jante et par rapport au plan de celle-ci, vers le haut, et les rayons de l'autre groupe vers le bas, Selon encore une autre caractéristique db l'invention, dans sa projection sur le plan de la jante, chaque rayon est tangent à un cercle fictif ayant un diamètre inférieur au diamètre extérieur de la tête précitée formant moyeu0 Les rayons de chaque groupe précités sont divisés en deux séries, les rayons d'une série s'étendant à partir de leur point de tangence avec ledit cercle suivant la direction tendant à faire tourner ledit cercle dans un sens, tandis que les rayons de l'autre série tendant à faire tourner ledit cercle dans le sens de rotation inverse.Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, l'angle d'inclinaison, par rapport au plan de la jante, est le même pour tous les rayons d'une série et différent de l'angle d'inclinaison par rapport audit plan, des rayons de l'autre série, On évite ainsi que deux rayons, qui se croisent, viennent en contact l'un avec l'autre L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaitront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés, donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention, et dans lesquels - la figure 1 illustre de façon schématique une colonne d'amarrage équipée d'un dispositif de protection conforme à l'invention - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale partielle de la colonne et du dispositif de protection selon la figure 1 - la figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne III III de la figure 2 - la figure 4 représente à plus grande échelle le détail entouré par le cercle IV de la figure 2 - la figure 5 montre un autre mode de réalisation du détail représenté sur la figure 4 - la figure 6 est une vue simplifiée suivant les flèches VI de la figure 3 et montre seulement un rayon supérieur et un rayon inférieur - la figure 7 est une vue partielle en perspective suivant la flèche VII de la figure 3 ; et - la figure 8 représente graphiquement la relation entre la force d'impact subie par le dispositif de protection selon l'invention et la déformation de ce dernier, permettant ainsi de déterminer l'énergie absorbée par le dispositifs Dans l'exemple représenté schématiquement sur la figure 1, le dispositif de protection 1 est associé à une structure d'amarrage et d'exploitation du fond marin, constitués par une colonne 2 reliée à une base sous-marine 3, pour protéger la colonne contre des chocs accidentels pouvant être provoqués par un navire 4 lors des manoeuvres d'amarrage ou pendant que celui-ci est amarré à la colonne par exemple pour recevoir un chargement de pétrole. Le dispositif de protection 1 entoure concentriquement la tête ou partie supérieure 5 de la colonne, à un niveau approprié situé entre le niveau d'eau 6 et le point d'amarrage Cette tête peut être fixe ou tournante. Il ressort de la figure 2 que la tête tournante 5 de la colonne a la forme générale d'une cloche entourant et recouvrant la partie supérieure 7 de la colonne 2o La tête 5 comprend une structure supérieure 8 formant une plateforme qui s'étend perpendiculairement à l'axe de la colonne, au-dessus de celle-ci et une partie sensiblement cylindrique et creuse 9 qui entoure concentriquement la partie supérieure 7 de la colo ne et s'étend jusquten dessous du niveau d'eau 6. La tête est montée sur la partie supérieure 7 de la colonne de façon rotative autour de l'axe longitudinal de celle-ci. La figure 2 révèle que le dispositif de protection conforme à l'invention a la configuration d'une roue à rayons dan laquelle la barrière de défense est formée par la jante de la roue 10, la tête 5 de la colonne forme le moyeu et les rayons i1 relient la jante 10 à la tête 5. La jante s'étend dans un plan sensiblement parallèle au niveau de l'eau, à une hauteur appropriée.Etant donné que la tête 5 peut tourner autour de la partie supérieure 7 de la colonne,le dispositif de protection en forme de roue dans son ensemble est rotatif autour de l'axe de la colonne.La jante 10 est formée par un tube ou profilé. La répartition et la disposition des rayons Il obéissent au principe suivant Comme il ressort de la figure 3, l'ensemble des rayons il est réparti régulièrement autour de la jante 10 au niveau de leur fixation à celle-ci. Les rayons Il forment deux groupe de rayons 12,13o Les rayons du groupe 12 sont inclinés à partir de la jante 10 et par rapport au plan 14 de celle-ci vE le haut et les rayons du groupe de rayons 13 sont inclinés vers le bas.La figure 2 illustre clairement cette division de l'ensemble des rayons il en un groupe de rayons supérieurs 12 et un groupe de rayons inférieurs 13o En se reportant de nouveau à la figure 3 sur laquelle les rayons supérieurs 12 sont représentés en traits pleins et les rayons inférieurs 13 en traits pointillés, on constate que chaque rayon est tangent à un cercle fictif C qui est concentrique à la tête 5 et a un diamètre inférieur au diamètre extérieur de celle-ci.Cette dispositiDn tangentielle des rayons est indiquée sur la figure pour deux rayons par des traits fins et pointillés, en prolongement des rayons considérés0 La figure 3 révèle que les rayons de chaque groupe 12, 13 sont divisés en deux séries0 Les rayons 12aet a d'une série s'étendant à partir de leur point de tangence P avec le cercle C suivant la direction tendant à faire tourner ce cercle dans le sens des aiguilles d'une montre, tandis que les rayons 12b et 13b de l'autre série tendent à faire tourner ledit cercle dans le sens de rotation inverse. En raison de la disposition des rayons et de la division des rayons d'un groupe en deux séries, qui viennent d'être décrites, un rayon croise deux autres rayons de son groupe, dans la projection des rayons sur le plan 14 de la jante 10 illustrée par la figure 3. On constate sur la figure 3 autour de la jante 10 une succession alternée et régulière de rayons 12a et 12b dans le groupe de rayons supérieurs 12 et de rayons 13a et 13b dans le groupe de rayons inférieurs 13. Entre un rayon 12a et un rayon 12b est fixé sur la jante un rayon 13a ou 13bo Cependant, comme il sera expliqué ci-après en se référant à la figure 6, les rayons d'une série de chaque groupe présentent le même angle d'inclinaison par rapport au plan 14 de la jante 10, mais celui-ci est différent de l'angle d'inclinaison des rayons de l'autre série du groupe considéré. Grâce à cette mesure, deux rayons d'un même groupe mais appartenant à des séries différentes, qui se croisent, sont empêchés de venir en contact l'un avec l'autre. La fixation des rayons 11 à la jante de protection ou de défense 10 d'une part, et à la surface extérieure cylindrique de la partie 9 de la colonne 5 d'autre part, sera expliquée en détail à l'aide notamment des figures 2, 3, 6 et 7. Notamment la figure 2 montre que chaque rayon Il est relié à la jante 10 par l'intermédiaire d'un gousset 15 qui est fixé sur la surface de la jante 10 qui est tournée vers la tête 5, de toute façon appropriée, par exemple par soudure. Dans chaque gousset 15 sont pratiqués deux trous, un trou supérieur 16 pour la fixation d'un rayon supérieur 12 et un trc inférieur 17 pour l'ancrage d'un rayon inférieur 13. Etant donné qu'un gousset 15 ne coopère qu'avec un seul rayon, il y a autant de goussets 15 que de rayons 11. Les goussets 15 sont disposés tout autour de la jante 10 à des distances égale l'un de l'autre. L'orientation d'un gousset est celle du rayon à la fixation duquel il sert, comme l'illustrent les quelques goussets représentés sur la figure 3= Pour ne pas surcharger cette figure, les autres goussets 15 ont été supprimés. La figure 1 et plus clairement les figures 6 et 7 monÙi les moyens de fixation des rayons sur la surface extérieure 18 de la partie cylindrique 9 de la tête 5 de la colonne. Le dispositif de fixation pour les rayons supérieurs 12 comprend deux anneaux de support 19, 20 et le dispositif de fixation pour les rayons inférieurs 13 deux anneaux de support 21, 22o Ces anneaux 19-22 s'étendent concentriquement autour de la partie cylindrique 9 et sont fixés à la surface extérieu: 18 de celle-ci de toute façon appropriée. Les deux anneaux de chaque dispositif sont axialement décalés l'un par rapport à l'autre si bien qu'ils forment avec la surface 18 de la tette un profilé en forme d'un U s'ouvrant radialement vers l'extérieur et qui court autour de la tête. Le profilé défini par les anneaux 19, 20 pour les rayons supérieurs 12 est situé au-dessus du plan 14 de la jante 10 et le profilé défini par les anneaux 21, 22 pour les rayonsinférieurs 13 est situé en dessous de ce plan, les deux profilés sont symétriques par rapport à ce plan, Dans ces profilés sont montées des plaques de fixation verticales 23 auxquelles se rattachent les rayons. A chaque rayon est associée une seule plaque 23.Chaque plaque présente dans la vue de dessus de la figure 3, c'est-à-dire par rapport à la surface extérieure 18, la même orientation que le rayon à la fixation duquel elle sert Il ressort de cette figure 3 qui, par souci de clarté ne montre que quelques unes des plaques 23, que l'orientation angulaire des plaques verticales 23 par rapport à la surface 18 de la tête est différente en alternance autour d'un profilé, en raison de la succession alternée de rayons 12a et 12b dans le groupe des rayons supérieurs 12 et de rayons 13a et 13b dans le groupe de rayons inférieurs 13. L'orientation angulaire différente de deux plaques voisines est illustrée par la vue à plus grande échelle de la figure 7. Dans deux plaques de fixation succesives 23, sont pratiqués respectivement deux trous 24, 25, situés à des niveaux différents d'une plaque à l'autre, les trous supérieurs 24 étant de préférence tous au même niveau, ainsi que les trous inférieurs 25. La différence de niveau entre les trous respectifs 24,. 25 de deux plaques succesives est suffisante pour éviter tout contact entre les deux rayons croisés correspondants. Chaque trou permet la fixation d'un rayon. Les trous supérieurs 24 servent à la fixation des rayons de l'une des deux séries des rayons d'un groupe de rayons, tandis que les trous inférieurs 25 sont prévus pour la fixation des rayons de l'autre série de rayons de ce groupe.Dans l'ensemble représenté, par exemple selon la figure 7, un rayon 12b est fixé dans le trou supérieur 24 de sa plaque 23, tandis que le rayon 12a qui croise le rayon 12b en passant en dessous de celui-ci est ancré dans le trou inférieur 25 de la plaque 23 voisine. Sur la figure 6 qui est une vue simplifiée et représente qu'un seul rayon supérieur 12b et qu'un seul rayon inférieur 13b, un rayon fictif 12a et un rayon fictif 13a sont indiqués en lignes fantômes pour montrer encore plus clairement que les angles d'inclinaison différents , , , des rayons qui se croisent et leur fixation à la tête à des hauteurs différentes excluent que ces rayons viennent en contact l'un avec l'autre. Pour la fixation des rayons 12 et 13 aux plaques de fixation 23 et aux goussets 15, chaque rayon comprend, selon la figure 3, à chacune de ses extrémités une chappe 26 qui est solidarisée avec une plaque 23 ou un gousset 15 par l'intermé- diaire d'une goupille. Un dispositif tendeur 27 par exemple du type à lanterne ou formant ridoir fait partie de chaque rayon qui est réalisé en deux parties maintenues en alignement axial par ce dispositif tendeur. Les extrémités en regard des deux parties sont pourvues d'un filetage et engagées dans des trous taraudés du dispositif tendeur 27 Les filets ayant des pas opposés, la rotation du dispositif 27 par rapport au rayon rapproche cn éloigne les deux extrémités, c'est-à-dire raccourcit ou allonge le rayon considéré Ce tendeur permet de façon aisée le montage et le remplacement du dispositif de protection0 Ces tendeurs permettent en outre, en faisant varier la précontrainte qu'ils imposent aux rayons, de modifier à volonté, les caractéristiques de capacité d'absorption d'énergie du système, Au lieu de prévoir une chape 26 à chaque extrémité d'un rayon, il est également avantageux de recourber ce rayon au niveau de chaque extrémité de façon à ce qu'il soit possible d'engager ces extrémités dans les trous correspondants d'une plaque de fixation 23 ou d'un gousset 15 et d'ancrer ces extrémités dans leur trou de toute façon appropriée0 A cette fin, l'extrémité recourbée d'un rayon pourrait porter une tête d'ancrage. Ci-après sont décrit les moyens par lesquels la tête rotative 5 prend appui sur la partie supérieure 7 de la colonne et qui permettent sa rotation autour de celle-ci0 La tête 5 repose sur la surface frontale 29 plane de la colonne par l'intermédiaire d'un anneau de support 30 plat dont la surface d'appui est parallèle à la surface frontale 29 de l'extrémité de la colonne0 L'appui de la tête 5 sur la surface cylindrique périphérique et extérieure se fait par l'intermédiaire de deux surface d'appui cylindriques 31, 32 et concentriques à la colonne, la surface d'appui 30 étant située près de l'extrémité de la colonne ; la surface d'appui 32 se trouve près du niveau d'eau 6, mais à une certaine distance au-dessus de celui-ci0 Un dispositif amortisseur ou protecteur 33 en forme d'un anneau en une matière élastique est monté sur la surface interne de la tête 5 près de son extrémité inférieure et entoure concentriquement la colonne. Entre les surfaces en regard de l'anneau 33 de la surface de la colonne persiste une fente annulaire de largeur appropriée0 Les surface d'appui 30, 31 et 32 associées à la tête et les surface correspondantes de la colonne, avec lesquelles elles coopèrent, sont recouvertes chacune d'une couche 34 en un matériau anti-friction permettant la rotation de la tête autour de la colonne. La figure 4 illustre à plus grande échelle ces moyens d'appui au niveau de l'extrémité de la colonne.La figure 5 montre que l'appui de la tête sur la colonne pourrait être réalisé selon un autre mode de réalisation des moyens d'appui, au niveau de l'extrémité de la colonne, par l'intermédiaire d'un roulement à rouleaux croisés 350 Sur la surface frontale 29 de la colonne sont montés plusieurs dispositifs de verrouillage 36 rétractables destinés à bloquer la tête dans sa position axiale sur la colonne, en venant dans la position de blocage en prise au-dessus de la surface supérieure de l'anneau plat 30o Dans la position rentrée, les dispositifs 36 dégagent cette surface, Les figures représentant le dispositif de protection conforme à l'invention montrent en outre une conduite pour le transfert des hydrocarbures 37 qui s'étend dans l'axe de la colonne et est reliée par un dispositif formant joint rotatif à un dispositif de conduite 38 associé à la tête.Sur la surface supérieure de la tête sont montés des crochets 39 pour l'aumrage d'un navire. Une échelle 40 s'étend axialement le long de la tête à l'extérieur de celle-ci0 A titre d'exemple, on donnera ci-après les dimensions principales du dispositif de protection conforme à l'invention - diamètre médian de la jante annulaire : 11 m - diamètre extérieur de la tête .......... 4,5 m - diamètre extérieur de l'extrémité de la colonne .............................2,5 m - diamètre de la section transversale de la jante circulaire.OOO.o o O 25,5 cm - longueur moyenne des rayons (variable à l'aide du dispositif tendeur 27)oooo 3,5 m - l'angle d'inclinaison des rayons des deux séries de rayons, par rapport au Q plan 14 de la jante : = 160 et = 130 Les propriétés avantageuses du dispositif de protection conforme à l'invention ressortent de la figure 8 qui illustre sous forme graphique la corrélation entre la force F d'impact portée en ordonnées et exprimée en tonnes subie par le dispositif et sa déformation d (portée en abscisses et exprimée en mètre. Le dispositif de protection possède une grande capacité d'absorption d'énergie représentée par l'aire délimitée entre la courbe et l'axe des abscisses. Des chocs moins violents peuvent être absorbés par déformation élastique du dispositif en forme d'une roue à rayons et les chocs plus violents par sa déformation permanente. Ainsi, le dispositif peut absorber des forces d'impact jusqu'à une valeur limite F de 333 tonne e sans risque de rupture de la colonne. Le dispositif de protec tion est dimensionné pour présenter une limite élastique de la roue correspondant à la force F e de 200 tonnes. Etant donné que les rayons se déforment progressivement, la force moyenne que le dispositif absorbe est plus ou moins égale à cette force de limite élastique Fe Ce fait ressort clairemen de la figure 8.Etant donné que la déformation admissible maximum de la roue corresponde à une distance d'arrêt par déformation de la roue de 3 m, la capacité d'absorption d'énergie du dispositif de protection conforme à l'invention est approximativement de 600 tonnes-mètresO Cette énergie pouvant être absorbée est indiquée sur la figure 8 par le rectangle en traits fins 41o Le dispositif de protection selon l'invention est de préférence conçu de façon que l'effort, transmis à la tête dc la structure en cas de choc , ne dépasse pas l'effort maxima d'amarrage prévu pour l'ouvrage.Par ailleurs, à capacité d'absorption d'énergie égale, il est possible de concevoir des dispositifs de protection différents (notamment par le diamètre et/ou le nombre de rayons et/ou la précontrainte de ceux-ci), de telle manière que la déformation soit inversemei proportionnelle à la force appliquée (d'où résulte une aire constante sur le diagramme). Ainsi le dispositif de protection pourrait être conformé, tout en conservant la capacité d'absorption d'énergie de 600 tonnes-mètres, pour avoir une distance d'arrêt de navire par déformation de 5 m. Dans ce cas la force appliquée serait de 120 tonnes L'énergie absorbée correspond à l'aire du rectangle 42 de la figure 8. bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. De nombreuses variantes sont possible. Par exemple le cercle fictif C auquel les rayons sont tangents, au lieu d'avoir un diamètre inférieur au diamètre extérieur de la tête pourrait avoir un diamètre tel qui passe par le point de fixation des rayons à la tête. Il n'est pas obligatoire que tous les rayons soient tangents à ce cercle. L'invention comprend tous les moyens constituant les équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Dispositif de protection pour une structure en mer, en particulier d'ammarage de véhicules ou d'engins flottants, bale quenotamment une colonne ou plateforme ancrée au fond marin, contre les chocs provoqués par un objet flottant tel que notamment un navire, du type comprenant une barrière de défense entourant la tête ou partie supérieure de préférence émergée de ladite structure en mer , caractérisé en ce que le dispositif présente la configuration d'une roue à rayons dans laquelle la barrière est formée par la jante de la roue, la tête de la structure forme le moyeu et les rayons relient la jante à ladite tête. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les rayons précités sont répartis régulièrement autour de la jante précitée, au niveau de leur fixation à celle-ci, et forment deux groupes, les rayons d'un groupe étant inclinés à partir de la jante et par rapport au plan de celle-ci vers le haut et les rayons de l'autre groupe vers le bas. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que, dans sa projection sur le plan de la jante précitée, chaque rayon est tangent à un cercle concentrique à la tête précitée formant moyeu. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les rayons de chaque groupe précité sont divisés en deux séries de rayons, les rayons d'une série s'étendent à partir de la tête précitée suivant une direction telle qu'ils tendent à faire tourner ladite tête dans un sens tandis que les rayons de l'autre série- de rayon tendent à faire tourner ladite tête dans le sens de rotation inverse. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'autour de la jante précitée, les rayons d'une série de rayons précites d'un groupe de rayons est en alternance avec les rayons de l'autre série de rayons du même groupe. 6 Dispositif selon la revendication 4 ou 5 caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison par rapport au plan de la jante précitée est le même pour tous les rayons d'une série de rayons et cet angle est différent de l'angle d'inclinaison par rapport audit plan de la jante, de l'autre série de rayons du même groupe de rayons. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque rayon est relié à la jante précitée par l'intermédiaire d'un gousset. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en en ce que les goussets comprennent deux trous, un trou supérieur permettant la fixation d'un rayon du groupe de rayons supérieurs et un trou inférieur servant à la fixation d'un rayon du groupe de rayons inférieurs. 9. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que les rayons d'un groupe de rayons sont fixés sur la surface extérieur de la tête précitée à des hauteurs différentes, selon que les rayons appartiennent à l'une ou l'autre série de rayons de ce groupe. 10. Dispositif selon la revendication 9,caractérisé en ce que les dispositifs permettant la fixatinn des rayons à la surface extérieure de la tête sont constitués par des anneaux de support fixés à la tête et destinés à porter des plaques de fixation auxquelles sont rattachés les rayons. 11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque rayon est variable en longueur au moyen d'un dispositif tendeur faisant partie du rayon. 12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tête a la forme d'un cylindre creux fermé à son extrémité supérieure et monté sur la partie supérieure de la colonne, de préférence de façon rotative autour de celle-ci. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que la tête précitée prend appui sur la colonne par un anneau plat coopérant avec la surface frontale de la colonne et par deux surfaces cylindriques coopérant avec la surface cylindrique extérieure de la colonne, une surface étant située près de l'extrémité de la colonne et l'autre près de l'extrémité inférieure de la tête. 14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que les surfaces dtappui coopérantes, de la tête et de la colonne, sont recouvertes d'une couche en un matériau anti-friction permettant la rotation de la tête. 15. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé ce que l'appui de la tête sur la colonne est fait au niveau de l'extrémité de la colonne par un roulement à rouleaux croisés. 16. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que des moyens de verrouillage sont prévus sur la surface frontale de la colonne pour le blocage de la tête sur celle-ci, ces moyens comprenant un organe rétractable- susceptible de s'étendre dans la trajectoire de démontage de la tête. 17. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la jante précitée est formée par un tube ou- un profilé.