Brevet FR2486562A1 — publié le 19820115

La présente invention a pour objet un dispo- sitif de fondation pour l'équipement d'une structure des- tinée a reposer sur un fond sous-marin, telle qu'une plate-forme, notamment auto-élévatrice, et a également pour objet les plate-formes équipées d'un tel dispositif de fondation. Des structures, telles que des plate-formes reposant chacune sur un fond sous-marin par l'intermédiaire d'au moins une pile solidaire d'un dispositif de fondation, sont utilisées depuis de nombreuses années, notamment aux fins de recherches, forage et production sur des champs pétrolifères en mer, communément désignées par les termes anglais d' "off-shore". De plus, certaines de ces plate-formes ont été conçues pour pouvoir se déplacer en fonction de la locali- sation géographique des travaux à effectuer. C'est ainsi que l'on utilise, depuis 1953 environ, des plate-formes dites "auto-élévatrices", constituées d'une barge reposant, en cours d'opération, sur le fond sousmarin choisi,par l'intermédiaire de piles équipées à leur extrémité inférieure d'un dispositif de fondation, les piles étant montées mobiles en direction verticale sur la barge, de sorte que cette der- nière puisse les transporter, en position relevée par rapport à la barge, jusque sur le site choisi, ou les piles sont descendues pour procurer l'appui sur le sol sous-marin. La stabilité des plate-formes reposant sur des fonds sous-marins dépend de l'adaptation du dispositif de fondation de leur(s) pile(s) à la nature et aux caractéris- tiquesmécaniquesdu fond sous-marin. Différents types de dis- positifs de fondation sont actuellement utilisés. Certaines plate-formes reposent sur des piles terminées par des embases- sensiblement cylindriques, ou des caissons, dont la face inférieure est conique, ces dispositifs étant habituelle- ment désignés par l'expression anglaise "spud cans". Un autre type de dispositif de fondation consiste en une semelle unique,de dimensions comparables à celles de la plate-forme, qui est alors habituellement qualifiée par les termes anglais de "mat-supported". Selon la capacité portante du sol, c'est-a-dire du fond sous-marin, ces dispositifs de fondation soit reposent sur le fond, soit sont enfoncés dans le fond sous-marin. Dans le premier cas, les dispositifs de fonda- tion actuellement utilisés ne posent pas de problème. Dans le second cas l'utilisation des dispositifs connus pose de nombreux problèmes mal résolus. En particulier, on se trouve alors obligé de déplacer des quantités importantes de matériaux provenant du fond sous-marin, et l'enfoncement du dispositif de fondation est un phénomène pouvant s'effectuer, partielle- ment ou totalement, d'une manière brutale, susceptible de mettre en cause la stabilité de l'ensemble de la struture. De plus, compte-tenu d'une part des règles et nor- mes de sécurité qui s'imposent, d'autre part du risque d'ap- plication sur la structure de charges dynamiques très su- périeures aux seuls efforts statiques (poids de la struc- ture), par le fait de phénomènes naturels tels que la houle, sollicitant latéralement les piles et, par suite, leurs dispositifs de fondation, on se trouve contraint d'appliquer sur la structure des efforts verticaux au moins 3D égaux aux efforts maximaux prévisibles,ce qui est effectué par une opéra4-ion de surcharge des piles, communément dési- gnée par les termes anglais de "pre loading", par ballastage notamment, ce qui présente des risques, occasionne une perte de temps, et rend plus coûteuse l'installation de la plate-forme. Enfin, et plus particulièrement pour les plate-formes auto-élévatrices, qui, comme déjà dit, sont amenées à être déplacées en fonction des travaux à effec- tuer, l'un des moments les plus délicats dans l'utilisation des plateformes reposant sur fond sous-marin, se présente lorsqu'il s'agit de dégager le dispositif de fondation du fond sous-marin. En effet, après pénétration du dispositif de fondation à l'intérieur du fond sous-marin, ce dernier se "cicatrise" au-dessus des embases ou caissons qui le constitue, et il est ensuite très difficile de les faire ressortir. Dans le cas de plate-forme reposant sur le fond sous-marin par l'intermédiaire de plusieurs piles, un tel dégagement du dispositif de fondation au niveau de certaines piles peut être tenté en prenant appui sur d'autres piles, ce qui revient à applique- sur ces der- nières des efforts très importants, risquant de se concen- trer sur un faible nombre de piles voiresur une seule d'entre elles, du fait du déplacement du centre de gravité. Il en résulte des risques de rupture de piles trop sollici- tées et de renversement de la plate-forme. Une autre solu- tion, utilisable notamment dans le cas de structure repo- sant sur le fond par l'intermédiaire d'une seule pile, con- siste à dégager le dispositif de formation en chassant les matériaux (terre ou sable}, le recouvrant et le solidari- sant au fond sous-marinopar l'application de jets d'eau sous pression Le long des parois des embases ou caissons. La mise en oeuvre de ce procédé, connu sous le terme anglais de "jetting", est longue et coûteuse, et se révèle souvent insuffisante, du fait que les dispositifs de fondation s'enfoncent parfois de plusieurs mètres lorsque les fonds sous-marins sont mous. Cette opération n'est pas exempte de dangers, puisque c'est au cours de cette phase opératoire que des plate-formes auto-élévatrices ont été accidentées. Quel que soit le procédé utilisé, le dégage- ment de tellesplate-formesdu fond sous-marin sur lequel elles reposent né peut se réaliser que si l'on développe des efforts d'arrachement pouvant être très importants, ce qui entraîne des sur-coûts d'exploitation, et fait courir des risques importants à la structure et au personnel con- cerné. Par la présente invention, on se propose de remédier à ces inconvénients, au moyen d'un dispositif de fondation, pour structure destinée à reposer sur un fond sous-marin, qui se caractérise en ce qu'il comprend au moins un caisson à fond ouvert, à parois latérales sensiblement verticales et dont la partie supérieure présente au moins un orifice de passage, notamment pour l'eau, qui est chas- sée du caisson lorsque ce dernier s'enfonce par ses parois latérales dans le fond sous-marin, ou que l'on injecte dans le caisson pour dégager ce dernier du fond sous-marin. Ainsi, le pied de chaque pile, ou le pied commun, affecte la forme d'un carottier. Il en résulte immédiatement un avantage important. En effet, l'effort d'enfoncement ne dépend que de la surface "en pointe" des parois verticales du caisson et des frottements le long de ses parois verticales, puis- que l'eau,qui a été emprisonnée au cours de la descente du caisson, peut s'échapper par le ou les orifices prévus à sa face supérieure. Avantageusement, une canalisation munie d'une vanne est raccordée à l'un au moins des orifices de passage. Selon l'invention, il est possible de prévoir une unique vanne sur une unique canalisation dans laquelle dé- bouchent différentes dérivations raccordées aux différents orifices de passage, ou encore une canalisation et une vanne pour chaque orifice de passage. De la sorte, par la commande de l'ouverture de la ou des vannes, il est possible de faire varier la section de passage de l'eau, et donc de piloter l'évacuation de l'eau hors du caisson, et il suffit pratique- ment de fermer la ou les vannes pour arrêter immédiatement l'enfoncement du dispositif de rotation dans le fond sous- marin. Un autre avantage de la présente invention est qu'il est possible d'accroître l'enfoncement d'un dispositif de fondation dans le fond sous-marin, c'est-à- dire de dépasser l'enfoncement normalement obtenu sous le simple effet du poids de la structure, grâce à des moyens, reliés aux orifices de passage par l'intermédiaire des canalisations qui s'y raccordent, et permettant d'assurer dans le caisson une dépression relative par rapport à la pression hydrostatique sur le fond sous-marin. De même, pour favoriser le dégagement du caisson, et donc de l'ensemble du dispositif de fondation, hors du fond sous-marin, le dispositif selon l'invention comprend avantageusement des moyens, également reliés aux orifices de passage par l'intermédiaire des canalisations qui s'y raccordent, et permettant d'assurer dans le caisson une surpression relative par rapport à la pression hydrosta- tique sur le fond sous-marin. Le dispositif de fondation est ainsi dégage du fond sous-marin par réaction sur ce dernier. Pour fixer les idées, la charge qui est appliquée sur les piles peut être de 100 tonnes par exemple, mais la surface de l'ensemble des pieds peut elle-même être de l'ordre de 100 m environ, de sorte que des surpressions ou des pressions relatives assez faibles permettent d'obtenir des efforts de manoeuvre importants. L'invention concerne également les plate-formes destinées à reposer sur un fond sous-marin par l'intermédiaire d'au moins une pile solidaire d'un dis- positif de fondation propre à l'invention. Selon une première forme de réalisation, une plate-forme selon l'invention est telle que l'ensemble de ses piles soit solidaire d'un dis- positif de fondation comprenant un unique caisson comparti- menté à fond ouvert,dont chaque compartiment présente un orifice de passage sur lequel se raccorde une canalisation munie d'une vanne. Selon un second exemple de réalisation une plate-forme selon l'invention est telle qu'à chaque pile corresponde un caisson à fond ouvert d'un dispositif de fondation, dont la pile est solidaire, chaque caisson présentant un orifice de passage sur lequel se raccorde une canalisation munie d'une vanne. Selon l'inventionles plate-formes de type auto-élévatrices, c'est-à-dire dont les piles sont destinées à soutenir une barge sur laquelle elles sont montées mobiles en direction verticale, se caractérisent en ce que les vannes sont montées sur la barge. De plus, ces vannes sont de préférence reliées à un groupe de pom- page, également monté sur la barge, et faisant office de moyers assurant une dépression ou une surpression dans le ou les caissons. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description,qui va suivre,de modes de réalisation de l'invention en regard des figures qui représentent: la figure 1 une plate-forme auto- élévatrice montée sur un caisson unique. La figure 2 une plate forme auto- élévatrice sur laquelle chaque pile est supportée par un caisson ouvert indépendant. La figure 3 une plate-forme montée sur un caisson unique, et dont les orifices de passage sont raccordés à un système de canalisationset de vannes. La figure 4 une plate-forme du même type que celle de la figure 3,mais avec un caisson indépen- dant par pile. Et la figure 5 une vue de dessus d'un caisson destiné à supporter toutes les piles d'une plate- forme, et de type cloisoné. Sur les figures, on n'a représenté que deux piles par plate-forme, mais ceci ne saurait constituer line limitation quelconque. Sur la figure 1, on voit que la barge 1 de la plate-forme auto-élévatrice est supportée par des piles 2 en treillis, lesquelles reposent sur un caisson unique 3, ouvert à sa partie inférieure,et qui présente à sa face supérieure un ensemble d'orifices de passage 3', sur lesquels sontraccordées des canalisations 7 munies de vannes 4, avantageusement commandées à partir de la barge 1. La barge 1 porte elle-même des moyens 6 de forage ou de production. Lorsque le caissonr 3 arrive sur la surface A, du fond sous-marin, les parois latérales ver- ticales 5 du caisson 3 pénètrent dans celui-ci, et l'eau initialement emprisonnée s'échappe par les orifices de pas- sage 3' et les canalisations 7,tant que celles-ci restent ouvertes. Dès que les vannes 4 sont fermées, l'eauqui est éventuellement encore emprisonnée dans le caisson 3, reste bloquée à l'intérieur de ce dernier, et un mouvement de descente de celui-ci est immédiatement stoppé. On notera que la portance de la fondation est à ce moment égale à celle d'une semelle de même section, fondée au niveau infé- rieur atteint par le caisson 3, et prend une valeur su- périeure à l'effort nécessaire à l'enfoncement du caisson dans le cas o les vannes 4 sont ouvertes. La quantité de matériau déplacée, correspondant au volume des parois verti- cales du caisson, est donc faible, et l'enfoncement du cais- son ne provoque aucun déplacement de matériau sur une grande échelle sous la fondation. Cela constitue un avantage no- table par rapport au cas de caissons ou semelles pleins, qui ne peuvent pénétrer dans le sol que par rupture et dé- placement de celui-ci, ce qui conduit à un affaiblissement de la résistance mécanique du fond sous-marin, qui peut se révéler préjudiciable. Lorsque l'enfoncement du caisson 3 est achevé, la portance présentée est très supérieure à la charge statique, de sorte que les surcharges dynamiques peuvent être supportées avec des facteurs de sécurité adéquats. La figure 1 représente donc soit le caisson au cou:s de son enfoncement dans le fond sous-marin, soit en fin d'enfoncement dans une position intermédiaire, les vannes 4 étant fermées alors que le caisson ne s'est pas complètement enfoncé dans le sol. Sur la figure 2, chacune des piles 2 de la plate-forme est montée sur un caisson 3 individuel, dont la face supérieure présente deux orifices de passage 3', sans qu'il soit prévu de canalisation ni de vanne. Sur la figure 3, les piles 2 sont à nouveau montées sur un caisson 3 unique, mais des vannes 4 sont disposées sur la barre 1, et reliées chacune d'une part à plusieurs orifices de passage 3' de la face supé- rieure du caisson 3, par des canalisations 7 et d'autre part, à un groupe de pompage 12, qui permet soit de pro- duire une dépression à l'intérieur du caisson 3, pour favoriser l'enfoncement de celui-ci, soit de produire une surpression dans le caisson 3 pour permettre son dégagement du fond sous-marin. Sur la figure 4, chaque pile 2 est supportée par un caisson 3 individuel, dont la face supé- rieure est mise en communication, par les canalisations 7 et 8, raccordées chacune sur un orifice de passage 3', avec les vannes 4 portées par la barge 1. Bien entendu, ces vannes 4 sont de préférence reliées, comme précédemment, à un groupe de pompage (non représenté). On a représenté sur la figure 5, en vue de dessus, un caisson selon l'invention, de forme circulaire et compartimenté. Ce caisson est divisé en secteurs par des arêtes pleines 9 et 10, lesdits secteurs étant euxmêmes divisés sensiblement en deux parties par une couronne 11. Cette division est effectuée pour des raisons de résis- tances mécaniques évidentes. Chacun des compartiments ainsi constitués est muni comme expliqué précédemment, d'un orifice de passage sur lequel se raccorde une canalisation munie d'une vanne, avantageusement commandée à partir de la barge 1. Ceci permet,par une commande appropriée des vannes, d'assurer un enfoncement uniforme du caisson. Il va de soi que des modifications peu- vent être apportées aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, notamment par substitution de moyens techniques équivalents, sans sortir pour cela du cadre de la présente invention. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Dispositif de fondation pour structure destinée à reposer sur un fond sous-marin, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un caisson 3 à fond ouvert, à parois latérales 5 sensiblement verticales, et dont la face supérieure présente au moins un orifice de passage 3', notamment pour l'eau, qui est chassée du caisson 3, lorsque ce dernier s'enfonce par ses parois latérales 5 dans le fond sous-marin A, ou que l'on injecte dans le caisson 3, pour dégager ce dernier du fond sous-marin A. 2.- Dispositif de fondation selon la reven- dication 1, caractérisé en ce qu'une canalisation 7 munie d'une vanne 4 est raccordée à l'un au moins des orifices de passa- ge 3'. 3.- Dispositif de fondation selon la revendi- cation 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens reliés aux orifices de passage 3' par l'intermédiaire des canalisa- tions 7 qui s'y raccordent, et permettent d'assurer dans le caisson 3 une dépression relative par rapport à la pression hydrostatique sur le fond sous-marin A, pour favoriser l'en- foncement du caisson 3. 4.- Dispositif de fondation selon l'une quel- conque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens, également reliés aux orifices de passa- ge 3' par l'intermédiaire des canalisations 7 qui s'y raccor- dent, et permettant d'assurer dans le caisson 3 une surpres- sion relative par rapport à la pression hydrostatique sur le fond sousmarin A, pour favoriser le dégagement du caisson 3 hors du fond sousmarin A. 5.- Plate-forme destinée à reposer sur un fond sous-marin par l'intermédiaire d'au moins une pile 2 solidaire d'un dispositif de fondation, caractérisée en ce que ce der- nier est un dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 4 précédentes. 6.- Plate-forme selon la revendication 5, ca- ractérisée en ce que l'ensemble des piles 2 est solidaire d'un dispositif de fondation comprenant un unique caisson 3 compartimenté à fond ouvert, dont chaque compartiment présente un orifice de passage 3' sur lequel se raccorde une canali- sition 7, 8 munie d'une vanne 4. 7.- Plate-forme selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'à chaque pile 2 correspond un cais- son 3 à fond ouvert d'un dispositif de fondation, dont la pile 2 est solidaire, chaque caisson 3 présentant un orifice de passage 3', sur lequel se raccorde une canalisation 7, 8 munie d'une vanne 4. 8.-Plate-forme selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, de type auto-élévatrice, dont les piles 2 sont des- tinées à soutenir une barge 1 sur laquelle elles sont mon- tées mobiles en direction verticale, caractérisée en ce que les vannes 4 sont montées sur la barge 1. 9.- Plate-forme selon la revendication 8, caractérisée en ce que les vannes 4 sont reliées à un groupe de pompage 12, également monté sur la barge 1, et faisant office de moyens assurant une dépression ou une surpression dans le ou les caissons) 3.