Brevet FR2477098A1 — publié le 19810904

Lorsqu'on effectue des travaux sur ou dans le fond d'une eau sujette à de grands mouvements, il est connu d'utiliser une installation qui est amenée à flot et ensuite immergée pour se tenir debout sur le fond. Une "plate-forme de travail" reste au dessus de l'eau, hors de portée des mouvements des vagues, et sur cette plate-forme sont montés les moyens, ou tout au moins une partie des moyens pour effectuer les opérations nécessaires. Il est souvent nécessaire que l'installation puisse se déplacer sur le fond, ce qui est obtenu en l'équipant de moyens d'avance- ment. Ces moyens sont souvent constitués par un "mécanisme de marche". On connaît diverses formes de ces moyens, no- tamment dans le domaine du dragage. La Demande de Brevet néerlandais NO 77-13674 décrit une installation permettant d'effectuer des travaux en mer, par exemple des travaux de dragage, de pose d'éléments de tunnel et de conduites, etc., jusqu'à une profondeur de l'ordre de 30 m et éventuellement à plus grande profondeur. C'est un but de la présente invention de permettre d'effectuer les travaux considérés, ainsi que d'autres, à une profondeur encore plus grande et d'une manière écono- mique. La présente invention fournit une installation pour effectuer des travaux à l'état complètement immergé, par exemple des travaux de dragage ou de pose d'éléments de tunnel dans/ou sur le fond d'une eau profonde et/ou d'une eau sujette à de forts mouvements, caractérisée en ce qu'elle comporte un ponton qui, y compris l'équipement, est capable de tenir la mer, pour convoyer l'installation à flot àain endroit particulier, des moyens de pompage pour introduire dans le ponton de l'eau servant de lest et pour l'en refouler, des moyens pour faire avancer l'ins- tallation et conçus pour être amenés en coopération avec le fond de l'eau, des ancres-poids (corps morts) adaptés pour être abaissés par des câbles d'ancres équipés de compensateurs, des moyens pour filer et raccourcir ces câbles d'ancres, des moyens pour enregistrer les informations nécessaires aux opérations à effectuer et pour les transmettre à un bateau-mère, et des mpyens pour effectuer les opérations en conformité avec les instructions reçues de ce bateau-mère 2 2477098 par l'intermédiaire de signaux électriques, hydrauliques ou pneumatiques, l'agencement étant tel que l'installation peut être immergée d'une manière stabilisée. Bien que, de façon générale, on doive satisfaire toutes les spécifications ci-dessus, il n'est pas exclu que, dans certains cas, on puisse se dispenser des moyens d'avance- ment de l'installation. Il en est de même pour les compen- sateurs, dont la fonction sera décrite ci-après plus en détail. Par ailleurs, les corps morts constituent la meilleure solution actuelle, mais on doit garder à l'esprit que d'au- tres types d'ancres pourraient satisfaire les mêmes fonc- tions et, de ce fait, ils ne sont pas exclus de l'invention. Dans certaines conditions, des ancres dites à succion peu- vent également être utilisées. Dans la présente description, "effectuer des travaux à l'état complètement immergé" signifie que, non seulement tous les moyens directement impliqués pour les travaux envi- sagés (par exemple une tête de dragage) se trouvent sous l'eau, mais également que tous les équipements montés sur la plate-forme de travail, par exemple les treuils, les moteurs, le sont également. La "plate-forme de travail" considérée ci-dessus est en conséquence complètement immergée avec tout son équipément et l'installation est juste reliée à un bateau de surface au moyen de "conduits", ce bateau servant de bateau-mère. Dans ce texte, le terme "conduit" doit être pris dans son sens le plus général, c'est-à-dire qu'il désigne les moyens pour conduire.l'électricité, des gaz ou des liquides, ou un mélange de liquides et de solides (boues). De façon générale, les conduits exigés sont combi- nés en un "cordon ombilical". Celui-ci peut également compor- ter, par exemple, une conduite d'air pour remplacer l'eau servant de ballast par de l'air. Les moyens pour faire avancer l'installation sur le fond peuvent, en principe, prendre des formes variées, bien connues dans la technique actuelle, par exemple dans les installations de dragage. Dans une réalisation préférée, on utilise un mécanisme de marche, c'est-àdire que l'installation est équipée de jambes qui peuvent être déplacées horizontalement par rapport à la plate-forme de travail et/ou sont capables d'effectuer des "mouvements de marche" (comme les jambes d'un être humain); tout ceci apparaîtra ci-après dans les exemples qui seront décrits. Les jambes peuvent également être montées de façon à tourner autour d'un axe vertical, et les moyens d'avnce- ment peuvent comporter des chenilles. Les moyens pour filer et raccourcir les câbles d'ancres sont, en général, des treuils. "Immerger l'installation d'une manière stabilisée" signifie l'immerger de manière à empêcher, limiter ou corriger les inclinaisons et placer l'installation à l'en- droit désiré. Ceci exige que, de temps à autre, les coordon- nées et pentes essentielles, ainsi que l'état opérationnel des mécanismes prévus sur l'installation, soient enregistrés et transmis au bateau-mère, d'o peuvent être envoyées des instructions de commande et de correction, tout ceci selon des procédés bien connus dans le domaine de la mesure et de la commande. D'autres opérations que celles relatives à l'immersion de l'installation, c'est-à-dire la remise à flot, l'avance- ment et toutes actions concernées par la nature spécifique de l'installation peuvent également être commandées et diri- gées par des moyens connus dans le domaine de la mesure et de la commande en liaison avec des moyens connus dans les techniques mécaniques. Un compensateur est ici un moyen pour maintenir conti- nuellement tendu un câble d'ancre entre le treuil et l'ancre- poids, et une réalisation préférée d'un tel compensateur est un vérin hydraulique relié par des conduites et des vannes à un amortisseur hydropneumatique. La présente invention procure également un procédé pour immerger une installation selon l'invention dans une eau profonde sujette à de forts mouvements, caractérisé' en ce que, successivement: a) on met en service les compensateurs; b) on descend les ancres-poids; c) on immerge partiellement l'installation en laissant pénétrer dans le ponton une quantité d'eau servant de lest telle que la flottabilité nette de l'installation, telle que définie ici, après abaissement des ancres-poids, est inférieure au poids apparent total des ancres-poids, mais supérieure à 4 2477098 un certain minimum désiré; d) on tire l'installation vers le bas jusqu'à la pro- fondeur requise pour les travaux à exécuter par l'intermé- diaire des câbles d'ancre des ancres-poids; e) on amène les moyens d'avancement en contact avec le fond de l'eau; et f) on lève les ancres. Le terme "flottabilité nette" signifie ici la résul- tante dirigée vers le haut de toutes les forces verticales agissant sur l'installation lorsqu'elle est à l'état complè- tement immergée, à l'exclusion de toutes les forces de réaction provenant des ancres-poids. On doit empêcher l'ins- tallation de s'immerger d'elle-même après l'introduction de l'eau servant de lest; en d'autres termes, il doit subsister une certaine tension dans les câbles qui relient l'installation a&ux ancres-poids abaissées. Cette tension doit être choisie pour satisfaire un certain nombre de condi- tions. En conséquence,.la flottabilité nette doit restereau- dessus d'une certaine valeur après l'introduction de l'eau servant de lest. Il apparaît également qu'on peut interchanger l'ordre des phases a) à c), par exemple, prendre l'ordre c) a) b) ou b) a) c). Lorsque l'installation est tirée vers le bas à partir des ancres-poids, il est très important que la force de traction de l'un quelconque des treuils n'atteigne jamais (par exemple sous l'action des vagues) une valeur telle que l'une des ancres soit soulevée. En conséquence, chaque treuil doit, de préférence, être réglé pour commencer à patiner à un maximum prédéterminé. Il est également important que, lorsque les ancres- poids sont abaissées et que l'installation est tirée vers le bas à.partir de ces ancres-poids, l'installation reste dans une position horizontale. De préférence, les moyens d'ancrage doivent permettre d'atteindre ce but. Ce dernier peut être atteint, par exemple, au moyen d'un système d'ancres jetées à une distance multiple de la profondeur de l'eau, ces ancres étant reliées au ponton par des câbles d'ancre. Il est nécessaire que, pendant le processus d'immer- sion et jusqu'au moment o le mécanisme d'avancement porte l'installation sur le fond, les câbles d'ancre soient réglés pour que l'installation s'enfonce verticalement. Ces réglages peuvent être effectués en surveillant de façon continue la position de l'installation par des procédés connus et en corrigeant les écarts par l'action des treuils sur les câbles d'ancre considérés. En principe, il est possible de n'avoir qu'une seule ancre-poids, si des moyens sont prévus pour neutraliser tout moment de renversement pouvant survenir lorsqu'on tire l'installation vers-le bas, en répartissant par des pompes l'eau de lest entre les compartiments du ponton. Il est également possible d'attacher plusieurs cables d'ancre à une seule ancrepoids. Toutefois, dans une réalisation préférée de l'invention, on utilise au moins quatre ancre- poids. On compense alors les moments de renversement ou de dévers survenant lors de l'immersion par des différences de forces s'exerçant dans les câbles d'ancre. A cet égard, il est recommandé de disposer des ancres-poids par rapport au ponton et l'une par rapport à l'autre de façon à obtenir le maximum de résistance aux moments de dévers dans la mesure, bien entendu, o ceci est permis par les autres équipements de l'installation. De préférence, tous les câbles d'ancre doivent être verticaux lorsqu'on abaisse les ancres. Toutefois, comme, pendant qu' on jette les ancres, l'installation se trouve encore à flot et de ce fait soumise à l'action des vagues du courant et du vent, cette condition peut être difficile à obtenir. En conséquence, on repositionnera de préférence les ancres-poids après complète immersion de l'installation et avant d'amener le mécanisme d'avancement en contact avec le fond. On peut effectuer ce repositionnement des ancres en les levant et en les réabaissant,soit une par une, soit en groupes. Lorsqu'on lève l'une quelconque des ancres, les câbles des autres doivent rester sous tension. Ceci implique que la quantité d'eau introduite pour servir de lest ne soit pas telle que, lorsqu'on soulève l'une des ancres ou un groupe quelconque d'ancres, les câbles des autres deviennent mous. Si nécessaire, on peut obtenir une stabilisation supplémentaire en répartissant 6 2477098 l'eau servant de lest entre des compartiments du ponton. Dès que l'installation a été abaissée sur le ponton, on introduit de préférence un peu d'eau supplémentaire de lest pour accroître la stabilité. Dans une autre réalisation préférée selon l'invention, l'installation comporte au moins une, mais de préférence plus d'une, tour se projetant du ponton. L'immersion par- tielle de l'installation en introduisant de l'eau de lest s'effectue alors à une profondeur telle que la surface de l'eau coupe la, ou les tours. Ceci est important lorsque l'installation est tirée vers le bas à partir des ancres, comme il a été décrit ci-dessus, car il est moins soumis au tangage et au roulis dûs à l'action des vagues et du vent. Ceci est également important eu égard à la stabilité de l'installation. Si l'installation a une seule tour, cette dernière doit-être située aussi près que possible du centre. Si elle a deux tours, ou davantage, cellesci sont situées de façon à offrir la résistance maximale aux moments de dévers dans la mesure o ceci est permis par les autres équipements sur le ponton. Une réalisation avec quatre tours, dont chacune est disposée à l'un des coins du ponton, donne particulièrement satisfaction, mais deux tours peuvent également être réunies en un seul ensemble allongé. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description détaillée, donnée ci-après à titre d'exemple seulement, de deux réalisations selon l'invention, en liaison avec le dessin joint, sur lequel: - la figure 1 est une vue en élévation latérale d'une installation de dragage selon l'invention; - la figure 2 montre la même installation vue en plan; - la figure 3 est une vue en élévation frontale de la partie droite, montrant une jambe du mécanisme de marche; la figure 4 montre ce mécanisme en coupe transversale, prise selon la ligne B-B'; - la figure 5 est une vue en élévation latérale d'une deuxième installation selon l'invention pour placer des segments de tunnel; - la figure 6 est une vue en plan de la même installa- tion; et - la figure 7 est une vue en coupe transversale du ponton prise selon la ligne IV-IV de la figure 6. En se reportant aux figures 1 à 4, on voit un ponton 1, ayant des tours 2 se projetant du ponton. Une élinde 3 est montée de façon à pivoter autour d'un axe vertical 4. Des ancres-poids sont repérées en 5 et sont raccordées par des compensateurs 6 à des treuils 7 entraînés par des moteurs 8. Ces ancres sont représentées en 5 dans leur position basse. Le mécanisme de marche comprend deux jeux de quatre jambes chacun. Un jeu, repéré dans son ensemble en 13, est utilisé, naturellement à l'état abaissé, pour faire avancer l'installation de dragage longitudinalement et, à l'état stationnaire, lorsque la tête de dragage est-en service. L'autre jeu, repéré en 14, sert au déplacement latéral et lorsque le jeu 13 est "en marche". Naturellement, le jeu 14 est abaissé lorsque le jeu 13 est "en marche" et 13 est abaissé lorsque 14 est 'en marche". Le mouvement vertical du jeu 13 s'effectue au moyen de deux vérins hydrauliques 15 et 15'. Le mouvement horizon- tal du jeu 13 résulte de l'action d'un mécanisme qui sera décrit ci-après. Une jambe 13 est montée dans un chariot 16, se déplaçant dans les deux sens sur un'jeu de quatre roues 17, 17', 17", 17'''. Ces roues roulent dans des rails 10 montés sur des cloisons longitudinales du ponton. Le chariot 16 est guidé horizontalement par une bande de guidage 18 et des roues de guidage 19 et 19'. Le chariot 16, portant la jambe 13, est déplacé longitudinalement par un vérin hydraulique (non représenté) dont l'axe est repéré en 11. Le mouvement vertical de 14 est effectué par deux vérins hydrauliques 20 et 20'. Son mouvement transversal est procuré par deux vérins hydrauliques 42 et 42', articulés à une extrémité sur la-coque du ponton en 43 et à l'autre extrémité au logement 44 de la jambe 14. L'élinde 3 est suspendue par un mât 26, deux tirants 27 et 27' et des câbles 28 actionnés par un treuil 29 et un moteur 30. Une tête de fouille 31 est reliée à un arbre de fouille 32, équipé d'un bloc de poussée 33 et entraîné par un moteur 51, une boîte de pignons 50 et un arbre intermédiaire. 34. Les déblais sont transportés par un tube d'aspiration jusqu'à une pompe 40; de là, ils sont transportés par un conduit 36 et déchargés, soit à babord, soit à tribord, par des conduits 36' ou 36" et poutres tubulaires 37 et 37'. Celles-ci peuvent pivoter autour- d'arbres 38 et 38' sous l'action de treuils 46 ou 46', 47 ou 47' et de consoles 48 et 48'. 39 est une ouverture pour le cordon ombilical 41 gr6ce auquel l'installation est-alimentée par le bateau- mère en énergie et par lequel passent les signaux pour les équipements de mesure et de commande. désigne les ancres en position levée, qui permettent la stabilisation horizontale, comme décrit ci-dessus. 49 et 49' sont des consoles servant à conserver en réserve les têtes de fouille et à stocker les têtes de fouille usées et remplacées. Les figures 5 à 7 montrent un ponton 101 ayant quatre tours 102 se projetant du ponton. Des ancres-poids 103 sont reliées par des compensateurs 104 et des poulies 110 à des treuils 105 entraînés par des moteurs 106. Ces ancres- poids sont représentées dans la position descendue. Le mécanisme de marche comporte deux jeux de quatre jambes chacun. Un jeu 114 est utilisé, natu- rellement à l'état abaissé, pour faire avancer longitudinale- ment l'installation. Le mouvement vertical des jambes 114 est obtenu de la même manière que le mouvement de la jambe 13 dans l'exemple 1. En outre, à l'état abaissé, mais non en mouvement, elles sont en service, pendant la marche au moyen du deuxième jeu de jambes qui sera décrit ci- après, et pendant toutes les actions pendant lesquelles le ponton est stationnaire. Le deuxième jeu de jambes 115 sert au déplacement transversal et à la marche de-l'autre jeu 114. Les mécanismes des jambes qui n'effectuent que des mouvements dans le sens longitudinal, en ce-qui concerne les déplacements horizontaux de l'installation, sont décrits dans l'exemple 1 précédent. Les jambes se déplaçant dans le sens transversal sont décrites ci-après, en se reportant à la figure 7. La jambe 115 est déplacée verticalement comme la jambe 114. Le mouvement transversal est procuré par un vérin hydraulique 117, articulé d'une part sur la coque du ponton en 118 et, 9 2477098 d'autre part au logement 120 de la jambe 115 en 119. L'objet à placer en position, le cas présent un élément de tunnel 121, est naintenu entre les sections inférieures 123 du ponton 101 par des vérins hydraulique;, dont l'un est représenté en 122. Le ponton est équipé d'amortisseurs 124. Le cordon ombilical 125, passant à travers l'ouverture 126, comporte, outre les conduits considérés dans l'exemple 1, un tuyau d'alimentation pour transporter hydrauliquement le sable amené du bateau-mère et qui, à travers une multi- plicité de conduits conduisant à des ouvertures dans le fond du ponton, peut être déversé sur le fond de la mer à l'endroit o l'objet doit être positionné. Dans le cas représenté, ceci est effectué par des conduits 127 dans l'élément de tunnel. Quatre ancres 116 servent à la stabilisation dans le sens horizontal, comme il a été indiqué ci-dessus. 128 désigne la bouche d'un aspirateur utilisé pour aspirer toute vase éventuellement présente sur le fond. De l'eau sous pression peut être amenée par une pompe 139 et une conduite 140, à un collecteur 129 se terminant par des buses 130 permettant de désagréger la vase. La masse-ainsi désagrégée est aspirée sous forme de boue par des tubes d'aspiration 131, rassemblée d'une manière non représentée sur le dessin et ensuite refoulée par une pompe 132 dans une canalisation d'évacuation 133 qui se partage en 134 et 134' pour se terminer par des poutres tubulaires 135 et 135' pouvant pivoter sous l'action de treuils 136 ou 136' et 137 ou 137'. En position de repos, les poutres tubulaires sont supportées sur des consoles 138 et-138'. Le mécanisme d'aspiration peut être hissé par un treuil 142 par des câbles 145 passant sur des poulies 143 et 144 sur une tige de poussée 141. 247709S REVENDICATIONS 1. Installation pour effectuer des travaux à l'état complètement immergé, par exemple des travaux de dragage ou de pose d'éléments de tunnel dans ou sur le fond d'une eau profonde sujette à de-forts mouvements, caractérisée en ce qu'elle comporte un ponton qui, y compris l'équipe- ment, est capable de tenir la mer, pour convoyer l'installa- tion à flot à un endroit particulier, des moyens de pompage pour introduire dans le ponton de l'eau servant de lest et pour l'en refouler, des moyens à amener en coopération avec le fond de l'eau, des ancres adaptées pour être abaissées par des câbles d'ancre, des moyens pour filer et raccourcir ces câbles d'ancres, des moyens pour enre- gistrer les informations nécessaires aux opérations à effectuer et pour les transmettre à un bateau-mère, et des moyens pour effectuer les opérations en conformité d'ins- tructions reçues de ce bateau-mère par l'intermédiaire de signaux électriques, hydrauliques ou pneumatiques, l'agen- cement étant tel que l'installation peut être immergée d'une manière stabilisée. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les câbles d'ancre sont équipés de compensateurs de tension. - 3. Installation selon l'une ou l'autre des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce qu'au moins l'une des ancres est une ancre-poids ou corps mort. 4. Installation selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce que les moyens à amener en coopération avec le fond de l'eau comportent des moyens pour faire avancer l'installation sur le fond. 5. Installation selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce qu'elle a un groupe d'au moins quatre ancres-blocs. 6. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle a un deuxième groupe d'au moins quatre ancres- blocs. 7. Installation selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce que le ponton est divisé en compartiments et qu'il est prévu des moyens pour transférer l'eau servant de lest d'un ou de plusieurs compar- 1l 2477098 timents dans un ou plusieurs autres compartiments, et vice versa, pour stabiliser les opérations à effectuer avec l'installation. 8. Installation selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce qû'au moins une tour fait saillie vers le haut à partir du ponton. 9. Installation selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce que des moyens coo- pèrent avec des moyens d'enregistrement continu des coor- données de l'installation-pour la stabiliser vis-à-vis de mouvements dans une direction horizontale, ces moyens comportant des moyens d'ancrage. 10. Installation selon l'une quelconque des revendica- tions 4 à 9, caractérisée en ce qu'une partie des moyens d'avancement est réglable verticalement par rapport au reste de l'installation. 11. Installation selon l'une quelconque des revendi- cations 4 à 10, caractérisée en ce que les moyens d'avance- ment comportent un mécanisme de "marche". 12. Installation de dragage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte un arbre monté sur un ponton, autour duquel peut pivoter une élinde, et des moyens pour faire pivoterrcette élinde de manière qu'elle soit complètement stockée sur le ponton. 13. Installation de dragage selon la revendication 12, caractérisée par des moyens pour remplacer une tête de fouille à l'état immergé en réponse à des signaux électriques ou hydrauliques en provenance du bateau-mère. 14. Installation selon la revendication 11, pour placer des objets sur le fond de la mer, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens pour saisir et retenir un objet à placer entre les jambes du mécanisme de marche et pour le libérer à nouveau lorsqu'on le désire. 15. Procédé d'immersion d'une installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans une eau profonde sujette à de forts mouvements, caractérisé en ce que, successivement a) on met en service des compensateurs; b) on descend les ancres-poids; c> on immerge partiellement l'installation en laissant pénétrer dans le ponton une quantité d'eau servant de lest telle que la flottabilité nette de l'appareil (résultante vers le haut des forces agissant sur l'installation totale- ment immergée), après abaissement des ancres-poids, est inférieure au poids apparent total des ancres-poids, mais supérieure à un certain minimum désiré; d) on tire l'installation vers le bas jusqu'à la profondeur requise pour les travaux au moyen des câbles d'ancre des ancres-poids; e) on amène les moyens d'avancement en contact avec le fond de l'eau;et f) on lève les ancres-poids. 16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que, avant d'abaisser les ancres, pendant l'immersion partielle par introduction d'eau de lest, et de préférence également lorsque l'installation est tirée vers le bas à - partir des ancres-poids, l'installation est stabilisée dans une direction horizontale en commandant de façon continue sa position par rapport aux ancres par l'intermédiaire de cables d'ancre extérieurs inclinés. 17. Procédé selon l'une quelconque des revendications et 16, caractérisé en-ce que l'immersion partielle par l'introduction d'eau servant de lest est effectuée jusqu'au niveau o la surface de l'eau intersecte la ou les tours. 18. Procédé selon l'une quelconque des revendications à 17, caractérisé en ce que, après immersion totale de l'installation, les ancres-poids sont alternativement, soit individuellement, soit en groupes, repositionnées en étant levées et rebaissées, tandis que les autres sont dans la position basse.