Brevet FR2467305A2 — publié le 19810417

FR 2467305 A2 19810417 FR 7924975 A 19791008 Platc forme pour 1' exploitation de énergie thermique des mers L'invention concerne l'exploitation de l'énergie thermique des mers, et plus particulièrement les plates-formes du type comportant une structure flottante prolongée vers le bas par un tube plongeur prélevant l'eau froide, ladite structure supportant au moins deux modules de puissance comportant chacun un évaporateur et un condenseur ainsi que des pompes de circulation d'eau froide et d'eau chaude, chaque module de puissance étant relié à un groupe turbo-générateur, plate-forme dans laquelle la structure support présente des cellules recevant les modules de puissance et chaque module a ses éléments constitutifs disposés verticalement l'un au-dessus de l'autre de façon à constituer un ensemble cylindrique traversant. de part en part la structure support, selon le brevet principal. La présente addition concerne essentiellement le mode de liaison entre le tube plongeur qui sert à l'alimentation en eau froide, et la structure support, car les mouvements incoercibles de ladite structure, dus notamment à la houle, provoquent des efforts au niveau de la jonction tels qu'il est impensable de vouloir s'y opposer par une liaison rigide. En effet, le mouvement de la structure support sous l'effet de la houle, du vent et des courants, résulte de trois facteurs principaux, à savoir la dérive, le cavalement et le pilonnement. La dérive, provoquée par l'effort statique global résultant de la houle, du vent et des courants, varie avec l'état de la mer, la conception et l'ancrage et la structure support ; cette dérive peut atteindre parfois une centaine de mètres.Le mouvement de cavalement résultant du mouvement incoercible produit par l'énergie du mouvement orbital des particules d'eau, est un mouvement cyclique autour dtune position d'équilibre imposée par la dérive, qui est fonction de la houle et du dimensionnement de la structure ; ce mouvement de cavalement reste néanmoins limité à des amplitudes de quelques mètres. I1 y a enfin le mouvement de pilonnement, du même ordre d'amplitude que le précédent, qui est provoqué par la houle et dépend de la forme et de l'amplitude de la houle d'une part, et du dimensionnement de la structure d'autre part. Or précisément, les analyses dynamiques de la liaison du tube plongeur avec une structure flottante démontrent bien l'importance du problème à résoudre pour éviter les contraintes excessives sur ledit tube (cisaillement, traction, torsion). Jusque là, les solutions proposées mettent en oeuvre des technologies sophistiquées, pour lesquelles la liaison entre tube plongeur et structure flottante est toujours, totalement ou au moins partiellement, soumisse aux contraintea dynamiques dues au mouvement de la houle ; de plus, pour ladite liaison, la mise en place, l'entretien et/ou le remplacement ressortant de ces technologies supposent des procédures compliquées, aléatoires et risquées, voire parfois irréalisables. L'objet d;e la présente addition est de proposer un mode de liaison entre le tuteplongeur et la structure support du brevet principal, qui permet un débattement relatif suffisant pour accompagner les mouvements de ladite structure, sans pour autant perturber le processus thermique en cause pour la production d'énergie, donc offrant des possibilités satisfâisantes d'étanchéité entre masses d'eau de températures différentes ; cette liaison vise à permettre de désolidariser au maximum les mouvements de la plate-forme de ceux du tube plongeur, tout en autorisant un montage et un entretien aisés, quels que soient les mouvements de ladite plate-forme. Il s'agit plus particulièrement d'une plate-forme pour ltexploitat40n de l'énergie thermique des mers, comportant une structure flottante prolongée vers le bas par un tube plongeur prélevant l'eau froide, ladite structure supportant au moins deux modules de puissance comportant chacun un évaporateur et un condenseur ainsi que des pompes de circulation d'eau froide et d'eau chaude, chaque module de puissance étant relié à un groupe turbo-générateur, plate-forme dans laquelle la structure support présente des cellules ouvertes recevant les modules de puissance et chaque module a ses éléments constitutifs disposés verticalement l'un au-dessus de l'autre de façon à constituer un ensemble cylindrique traversant de part en part la structure support, selon la revendication 1 du brevet principal, caractérisée par le fait que le tube plongeur est relié à la structure support par des moyens automones permettant de désolidariser les mouvements de ladite plate-forme de ceux dudit tube, et ce quelle que soit la direction desdits mouvements. La plate-forme de l'invention peut présenter en outre l'une au moins des caractéristiques suivantes - pour une plate-forme dans laquelle d'une part la structure support est semi-submersible et comporte une embase alvéolaire en béton surmontée de colonnes portant un pont de travail hors-d'eau, chaque module traversant de par en part ladite embase et ledit pont de travail, et d'autre part le tube débouche dans une cellule centrale de ladite embase communiquant avec les cellules dans lesquelles passe un module de puissance, alors la cellule centrale est une chambre cylindrique dans l'axe vertical de la plate-forme, la partie inférieure de ladite chambre traversant le radier de la structure tandis que sa partie supérieure est en communication avec lvatmosphèPe libre, et les moyens autonomes de support du tube plongeur comportent des câbles de suspension reliant ledit tube à au moyens un flotteur disposé dans la chambre cylindrique, des moyens étant en outre prévus pour assurer l'étanchéité entre ladite chambre et ledit tube, - alors, le flotteur est muni de moyens pour son guidage vertical dans la chambre cylindrique, et éventuellement d'éléments extérieurs de protection évitant le frottement des câbles de suspension contre ledit flotteur, - les moyens d'étanchéité sont essentiellement constitués par une manche flexible reliant la partie inférieure de la chambre cylindrique à la partie supérieure du tube plongeur ; de préférence, la manche flexible est réalisée de façon à être en outre extensiblelongitudinalement, et en particulier essentiellement formée d'une succession de demitores souples fixés sur des anneaux rigides, - la liaison entre la manche flexible et la partie inférieure de la chambre cylindrique d'une part, et entre ladite manche et la partie supérieure du tube plongeur d'autre part, est essentiellement réalisée au moyen d'éléments gonflables assurant en outre l'étanchéité de ladite liaison ; en particulier, la manche flexible se termine en sa partie supérieure par une virole autour et à l'extérieur de laquelle est disposé un joint gonflable annulaire, ladite virole étant avantageusement reliée, directement ou indirectement, au pont de travail par des suspentes, et présentant en son bord périphérique intérieur des éléments extérieurs de protection évitant le frottement des câbles de suspension du tube plongeur contre ladite virole, le tube plongeur, de poids apparent positif, peut être équipé de chambres de flottaison gonflables soulageant les câbles de suspension associés audit tube ; de préférence, chaque chambre gonflable est munie intérieurement de bouteilles de gaz comprimé dont l'ouverture est commandée à distance par tout moyen, tel par exemple qu'un moyen acoustique, et le tube plongeur porte des vérins à câbles associés aux câbles de suspension dudit tube, lesdits câbles étant fixés en bout inférieur de tube, de façon à réaliser une prétension de ceux-ci, - les éléments constitutifs de la liaison entre tube plongeur et structure support présentent tous un diamètre extérieur inférieur au diamètre intérieur de la chambre cylindrique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront plus clairement 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 coupe de la plate-forme du brevet principal, munie d'une liaison du tube plongeur à la structure conforme à la présente addition, - la figure 2 illustre plus en détail la liaison de la figure 1, - la figure 3 illustre le détail III de la figure 2, à une échelle agrandie, - la figure 4, est la coupe IV-IV de la figure 1, illustrant une chambre gonflable équipée intérieurement de bouteilles de gaz comprimé, - les figures 5A, 5B, 5C illustrent schématiquement diverses positions relatives entre tube plongeur et plate-forme, qui démontrent l'intérêt de la manche de liaison souple et extensible. Figure 1, conformément au brevet principal, la plate-forme comporte une structure flottante 1 prolongée vers le bas par un tube plongeur 2 prélevant l'eau froide, ladite structure supportant au moins deux modules de puissance 3 comportant chacun un évaporateur 15 et un condenseur 12 ainsi que des pompes de circulation d'eau froide (rouet 16), chaque module de puissance étant relié à un groupe turbogénérateur, plate-forme dans laquelle la structure support présente des cellules ouvertes recevant les modules de puissance et chaque module a ses éléments constitutifs disposés verticalement l'un audessus de l'autre de façon à constituer un ensemble cylindrique traversant de part en part la structure support.Les autres références renvoient à celles du brevet principal concernant des éléments identiques, la description de ceux-ci n'étant pas reprise dans le texte de la présente addition dans un souci d'allègement du texte. Conformément à la présente invention, le tube plongeur 2 est relié à la structure support 1 par des moyens autonomes permettant de désolidariser les mouvements de la plate-forme de ceux dudit tube, et ce quelle que soit la direction desdits mouvements. Ainsi que cela a été illustré, et conformément au brevet principal, il est intéressant de prévoir d'une part que la structure support 1 soit semi-submersible et comporte une embase alvéolaire 4 en béton surmontée de colonnes 5 portant un pont de travail hors d'eau 6, chaque module 3 traversant de part en part ladite embase et ledit pont de travail, et d'autre part que le tube plongeur 2 débouche dans une cellule centrale 9 communiquant avec les cellules dans lesquelles passe un module de puissance.Alors, dans le cadre de l'addition, la cellule centrale 9 est une chambre cylindrique dans l'axe vertical de la plate-forme, la partie inférieure de ladite chambre traversant le radier de la structure 4 tandis que sa partie supérieure (ici fixée au pont de travail 6 pour plus de rigidité) est en communication avec l'atmosphère libre, et les moyens autonomes de support du tube plongeur 2 comportent des cables de suspension 60 reliant ledit tube à au moins un flotteur 61 disposé dans la chambre cylindrique 9, des moyens étant en outre prévus pour assurer ltétanchéité entre ladite chambre et ledit tube. Ces derniers moyens sont de préférence essentiellement constitués par une manche flexible 62 qui sera décrite en détail plus loin, reliant la partie inférieure de la chambre cylindrique 9 à la partie supérieure du tube plongeur 2. Ainsi, le tube plongeur 2, composé d'éléments cylindriques superposables et de faible poids apparent dans l'eau (on utilisera par exemple un béton allége), a son poids apparent repris, par l'intermédiaire de câbles de suspension, par le flotteur 61 qui émerge à la surface de l'eau de la chambre cylindrique d'aspiration 9 : ceci est très intéressant, car le mouvement du tube plongeur peut être pratiquement nul, car le plan d'eau de la chambre d'aspiration d'eau, froide où se trouve ledit flotteur n'est pas influencé par la houle extérieure.D'ailleurs, suivant le matériau choisi pour réaliser le tube plongeur, il peut être intéressant d'alléger celui-ci par le moyen de vessies gonflables 63 (figure 1) ou de flotteurs annulaires rigides 64 (figure 2) ; une réalisation préférentielle de telles vessies 63 a été illustrée en figure 1, avec la coupe de la figure 4 la complétant : lesdites vessies peuvent être gonflées, par le moyen de bouteilles de gaz comprimé 65 préalablement intégrées dans les enveloppes souples, l'ouverture desdites bouteilles, dont le contenu et le nombre est calculé en fonction du volume à atteindre au niveau d'immersion choisi, sera commandé à distance par tout moyen, tel par exemple qu'un moyen acoustique. Donc le tube plongeur 2 (construit en éléments cylindriques maniables et empilables) est supporté à sa partie inférieure par une couronne crépinée 66 suspendue par les câbles 60 au flotteur 61. Ce flotteur, dont les dimensions sont calculées en fonction du poids apparent du tube à supporter, et dont le diamètre qui est toujours inférieur à celui de la chambre cylindrique 9, permet un libre passage dans ladite chambre, est muni de moyens pour son guidage vertical, par exemple des roues-guides escamotables 67 assurant son centrage quelle que soit la position verticale dudit flotteur, et d'éléments extérieurs de protection, ioi une défense en élastomères 68, évitant le frottement des câbles de suspension 60 contre ledit flotteur ; d'ailleurs, ces câbles sont de préférence mis en légère prétension grâce à des vérins à râbles 69 disposés sur la partie supérieure du tube plongeur 2, ce qui permet d'éviter les mouvements relatifs entre les câbles et le tube, mouvements générateurs d'usure pour lesdits câbles.Notons que le niveau d'eau dans la chambre cylindrique 9 sera en général légèrement inférieur au niveau de la mer en raison de l'aspiration de liteau froide par les conduits 70 amenant l'eau froide de la chambre aux pompes d'aspiration associées, ce qui justifie encore l'intérêt des vérins à câbles précités. La manche flexible souple 62 de raccordement assurant l'étanchéité entre chambre cylindrique 9 et tube plongeur 2, est de préférence réalisée de façon à être en outre extensible longitudinalement : on a illustré en figure 3 un exemple intéressant montrant une conception de la manche 62 en demi-tores souples 71 (en élastomère ou en caoutchouc renforcé) rivetés sur des anneaux plats métalliques 72, mais on pourrait aussi bien prévoir des vessies toriques superposées, collées entre elles et gonflées.De ce fait la plate-forme peut librement se mouvoir sans solliciter le tube plongeur, la manche flexible 62 travaillant comme un soufflet d'accordéon pour s'adapter à la distance variable (on peut envisager jusqu'à + 8m pour une plate-forme de 120 MW et avec des états de mer extrêmement défavorables) entre partie haute du tube et la base de la plate-forme ; la grande adaptabilité de la manche 62 aux mouvements relatifs structure-tube plongeur est illustrée aux figures 5A, 5B, 5C : figure 5A, il s'agit d'une position d'équilibre, et la manche est dans un état moyen d'extension, alors qu'en figure 5B, la position correspond à un creux de houle en combinaison avec un mouvement de cavalement à droite pour la structure, et qu'en figure SC, la position correspond à une crête de houle en combinaison avec un mouvement de cavalement à gauche pour ladite structure. La manche flexible 62 doit assurer une liaison étanche sur le haut du tube plongeur et à la base de la plate-forme, et on préfère utiliser pour cela des éléments gonflables. Ainsi, la manche 62 se termine en sa partie supérieure par une virole 73 autour et à l7extérieur de laquelle est disposé un joint gonflable annulaire 74, tandis quelle se termine en sa partie inférieure par une virole 75 autour et à l'intérieur de laquelle est disposé un joint gonflable annulaire 76. La virole supérieure 73 est reliée, directement ou indirectement, au pont de travail par des suspentes 77 (de préférence des chaines), et présente en son bord périphérique intérieur des éléments extérieurs de protection, ici une défense annulaire 78 en élastomère, évitant le frottement des câbles de suspension du tube plongeur contre ladite virole, tandis que la virole 75 est retenue sur le tube plongeur par une butée 79 solidaire dudit tube. Comme pour les éléments cylindriques constitutifs du tube plongeur, la mise en place de la manche se fait par la chambre cylindrique ( ce qui implique bien sûr que le diamètre de ladite chambre soit une limite supérieure pour tous les éléments constitutifs) : la virole inférieure vient en appui sur la butée associée prévue sur le tube plongeur, tandis que la virole supérieure est suspendue par les suspentes associées dont la longueur détermine la position au moment de la pose, et l'étanchéité est alors obtenue par gonflage des joints inférieur et supérieur. De même, la manche flexible 62, qui reste la partie la plus vulnérable du système bien que ne travaillant pas mécaniquement, peut être aisément démontée par le même passage et entre le flotteur et la paroi de la chambre cylindrique, et ainsi être remplacée sans moyens extérieurs ni démontages annexes et dans le minimum de temps. En-outre, les variations d'état de la mer en cours de montage ou de démontage ne mettent ainsi jamais le tube plongeur en péril, et n'imposent aucune procédure de sauvegarde. Il va de soi que l'invention n'est nullement limitée aux exemples qui en ont été donnés à titre purement illustratif, mais comprend toute variante reprenant avec des moyens équivalents la définition générale figurant aux revendications. REVENDICATIOWS 1/ Plate-forme pour l'exploitation de l'énergie thermique des mers, comportant une structure flottante prolongée vers le bas par un tube plongeur prélevant l'eau froide1 ladite structure supportant au moins deux modules de puissance comportant chacun un évaporateur et un condenseur ainsi que des pompes de circulation d'eau froide et d'eau chaude, chaque module de puissance étant relié à un groupe turbogénérateur, plate-forme dans laquelle la structure support présente des cellules ouvertes recevant les modules de puissance et chaque module a ses éléments constitutifs disposés verticalement l'un audessus de l'autre de façon à constituer un ensemble cylindrique traversant de part en part la structure support, selon la revendication 1 du brevet principal, caractérisée par le fait que le tube plongeur est relié à la structure support par des moyens autonomes permettant de désolidariser les mouvements de ladite plate-forme de ceux dudit tube, et ce quelle que soit la direction desdits mouvements. 2/ Plate-forme selon la revendication 1, dans laquelle d'une part la structure support est semi-submersible et comporte une embase alvéolaire en béton surmontée de colonnes portant un pont de travail hors-d'eau, chaque module traversant de part en part ladite embase et ledit pont de travail, et d'autre part le tube débouche dans une cellule centrale de ladite embase communiquant avec les cellules dans lesquelles passe un module de puissance, caractérisée par le fait que la cellule centrale est une chambre cylindrique dans l'axe vertical de la plate-forme, la partie inférieure de ladite chambre traversant le radier de la structure, tandis que sa partie supérieure est en communication avec l'atmosphère libre, et que les moyens autonomes de support du tube plongeur comportent des câbles de suspension reliant ledit tube à au moins un flotteur disposé dans la chambre cylindrique, des moyens étant en outre prévus pour assurer ltétanchéit entre ladite chambre et ledit tube. 3/ Plate-forme selon la revendication 2, caractérisée par le fait que le flotteur ést muni de moyens pour son guidage vertical dans la chambre cylindrique. 4/ Plate- forme selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisée par le fait que le flotteur est muni d'éléments extérieurs de protection évitant le frottement des câbles de suspension contre ledit flotteur. 5/ Plate-forme selon la revendication 2, caractérisée par le fait que les troyens d'étanchéité sont essentiellement constitués par une manche flexible reliant la partie inférieure de la chambre cylindrique à la partie supérieure du tube plongeur. 6/ Plate-forme selon la revendication 5, caractérisée par le fait que la manche flexible est réalisée de façon à être en outre extensible longitudinalement. 7/ Plate-forme selon la revendication 6, caractérisée par le fait que la manche flexible est essentiellement formée d'une succession de demi-tores souples fixés sur des anneaux rigides. 8/ Plate-forme selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisée par le fait que la liaison entre la manche flexible et la partie inférieure de la chambre cylindrique d'une part, et entre ladite manche et la partie supérieure du tube plongeur d'autre part, est essentiellement réalisée au moyen d'éléments gonflables assurant en outre l'étanchéité de ladite liaison. 9/ Plate-forme selon la revendication 8, caractérisée par le fait que la manche flexible se termine en sa partie supérieure par une virole autour et à l'extérieur de laquelle est disposé un joint gonflable annulaire. 10/ Plate-forme selon la revendication 9, caractérisée par le fait que la virole est reliée, directement ou indirectement, au pont de travail par des suspentes. 11/ Plate-forme selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisée par le fait que la virole présente en son bord périphérique intérieur des éléments extérieurs de protection évita le,frottement des câbles de suspension du tube plongeur contre ladite ole, 12/ Plate-forme selon l'une des revendications 2 à 11, caractérisée par le fait que le tube plongeur, de poids apparent positif, est équipé de chambres de flottaison gonflables soulageant les câbies de suspension associés audit tube. 13/ Plate-forme selon la revendication 12, caractérisée par le fait que chaque chambre gonflable est munie intérieurement de bouteilles de gaz comprimé dont l'ouverture est-commandée à distance par tout moyen, tel par exemple qu'un moyen acoustique. 14/ Plate-forme selon la revendication 12, caractérisée par le fait que le tube plongeur porte des vérins à câbles associés aux câbles de suspension dudit tube, lesdits câbles étant fixés en bout inférieur de tube, de façon à réaliser une prétension desdits câbles. 15/ Plate-forme selon l'une des revendications 2 à 14, caractérisée par le fait que les éléments constitutifs de la liaison entre tube plongeur et structure support présentent tous un diamètre extérieur inférieur au diamètre intérieur de la chambre cylindrique.