Brevet FR2495773A1 — publié le 19820611

PLATE-FORME MARINE MUNIE DE MOYENS DE DETECTION D'EVENTUELLES FISSURES. La présente invention concerne une plate-forme marine fixe ou flottante dont la structure est constituée d'un treillis d'éléments tubu- laires raccordés les uns aux autres de manière étanche, notamment par soudure. Un problème très important pour la sécurité des installations en mer est celui de la détection des fissures pouvant se former dans ces éléments ou à leurs connexions. On peut procéder à une inspection visuelle périodique, anrès nettoyage des zones, telles que les régions soudées, risquant le plus de donner lieu à la formation de fissures. Mais il s'agit d'une opération très longue et onéreuse qui ne peut être répétée qu'à des intervalles de temps éloignés. On a proposé d'installer dans les régions soudées des cavités soumises au vide de manière telle que ces cavités perdent leur niveau de vide si une fissure adjacente se produit. Mais, outre que, dans certaines réalisations, ces cavités réduisent elles-mêmes dangereusement la résis- tance mécanique de la zone surveillée, on ne peut ainsi surveiller que des zones très limitées et on ne se trouve donc pas à l'abri d'une fissuration voisine échappant à la détection. Un objectif de la présente invention est d'assurer une surveil- lance efficace de l'ensemble des zones dangereuses de la structure d'une plate-forme avec des moyens de réalisation simples. Des études et des essais exécutés en vue de cet objectif ont permis de constater qu'il n'était pas nécessaire de détecter une fissure dès qu'elle s'amorce et qu'il était suffisant de le faire à partir du moment o cette fissure traverse l'épaisseur de la paroi d'un élément tubulaire. Un objet de l'invention consiste ainsi à disposer, sur certains au moins des éléments tubulaires formant la structure d'une plate-forme marine, des capteurs aptes à détecter le passage d'un fluide à travers une paroi d'élément tubulaire. Ce passage n'est pas nécessairement détecté instantanément. Il suffit que le capteur mesure un paramètre progressivement modifié par de tels passages de fluide et évoluant assez rapidement pour que la détec- tion intervienne avant que la fissure ne devienne dangereuse, Le capteur peut notamment être un manomètre mesurant la pression à l'intérieur d'un élément tubulaire. A l'état normal, l'intérieur de l'élément tubulaire peut être laissé à la pression atmosphérique ou soumis au vide, mais on préfère le mettre en surpression par rapport à la pression hydrostatique externe au lieu d'utilisation, de sorte que le passage de fluide provoqué par une éventuelle fissure soit un passage de gaz, généralement d'air, de l'intérieur vers l'extérieur d'un élément tubulaire; en effet, le pas- sage d'un gaz à travers une fissure s'effectue plus facilement que celui de l'eau et le sens du passage, de l'intérieur vers l'extérieur, exclut les risques de colmatage de la fissure par des salissures extérieures, marines ou autres, Le manomètre détecte alors une baisse de pression en cas de fissure. Si, à l'état normal, l'intérieur de l'élément tubulaire est à une pression inférieure à la pression hydrostatique, on peut aussi utiliser comme capteur, au lieu d'un manomètre détectant une augmentation de pression, un hygromètre détectant une entrée d'humidité dans l'élément tubulaire. La surveillance de l'état de la structure de plate-forme peut intervenir de temps en temps: les capteurs, disposés chacun dans un boîtier muni d'un capot protecteur, sont alors lus par des plongeurs qui n'ont pour cela qu'à soulever les capots protecteurs au lieu de procéder,- comme dans l'art antérieur, à un nettoyage et à une observation des divers emplacements sujets à fissures. En variante, les capteurs peuvent ne pas comporter de moyens de lecture directe, mais de simples prises sur lesquelles les plongeurs viennent raccorder des appareils de mesure; par exemple, le plongeur peut se déplacer avec un manomètre qu'il vient successivement raccorder à des valves de prise de pression montées sur les éléments tubulaires. Cette surveillance peut aussi s'effectuer en permanence au moyen de capteurs-émetteurs reliés par câbles à une unité d'acquisition des signaux émis par ces capteurs et/ou au moyen de capteurs-émetteurs auto- nomes comprenant une source d'énergie et un dispositif d'émission de signaux acoustiques et d'une unité d'acquisition des signaux émis par les capteurs, la transmission de l'information acoustique des capteurs vers cette dernière unité d'acquisition s'effectuant à travers l'eau ou à travers le matériau, généralement de l'acier, constituant la structure de plate-forme. Si la transmission de l'information acoustique se fait seulement à travers l'eau, on peut adopter une solution hybride avec capteurs autonomes dans la zone immergée en permanence et capteurs câblés dans la zone de marnage - c'est-à-dire la zone se trouvant tantôt dans l'air, tantôt dans l'eau - ou dans la zone hors d'eau, cette dernière zone comprenant entre autres les structures des ponts de la plate-forme. D'autres objets de l'invention ressortiront de la description d'exemples de réalisation qui vont être donnés, à titre non limitatif, en se référant au dessin joint dans lequel: - la Figure 1 représente en perspective l'ensemble d'une plate- forme munie d'un système de détection des fissures selon l'invention; - la Figure 2 représente en coupe et à grande échelle un capteur monté sur un élément tubulaire; - la Figure 3 représente une vue en coupe d'un noeud de jonction d'éléments tubulaires - et la Figure 4 représente une vue en coupe d'une jonction d'éléments tubulaires comprenant une jambe. La Figure I représente une plate-forme marine I supvDortée sur un fond marin 2 par une structure 3 à éléments tubulaires soudés les uns aux autres de manière étanche. Ces éléments tubulaires sont constitués par quatre jambes dirigées vers le haut dont trois 4, 5, 6 sont visibles sur la figure et un ensemble de pièces de liaison qui s'étendent d'une part dans les faces formées entre les jambes successives, et d'autre part d'une face à une autre dans des plans horizontaux o elles forment des rectangles (elles sont alors désignées sous le vocable d'entretoises horizontales), Les pièces de liaison situées dans une face comprennent des cordes horizontales et des entretoises inclinées. On repérera les pièces de liaison par un nombre à trois chiffres dont le premier chiffre est le chiffre de référence 4, 5, 6 (la jambe qui devrait porter la référence 7 n'étant pas représentée) de la jambe vue, par un observateur debout à l'intérieur de la structure 3, en face de la pièce considérée si celle-ci est une entretoise horizontale ou à droite de la face à laquelle la pièce appartient si la pièce est un élément d'une face, le deuxième chiffre correspond au niveau 0, 1, 2, 3, 4, 5 de la pièce horizontale: corde horizontale ou entretoise-horizontale considérée ou de la corde au-dessus de laquelle s'élève l'entretoise inclinée considé- rée, et dont le troisième chiffre est 0 s'il s'agit d'une corde, I ou 2 s'il s'agit d'une entretoise inclinée dans un sens ou dans l'autre, 3 s'il s'agit d'une entretoise verticale et 4 s'il s'agit d'une entretoise horizontale. On pourrait disposer un capteur sur chaque élément tubulaire, mais il naraît préférable de réunir plusieurs éléments tubulaires en un groupe formant un espace intérieur commun surveillé par un même capteur. Sur la face à laquelle on attribue la référence de la jambe 5, on a prévu, ici, de répartir les éléments tubulaires de la manière suivante - groupe des éléments 500 - 501 - 502 - 503 - 504 avec le capteur 505; - groupe des éléments 510 - 511 - 512 - 514 avec le capteur 515 - groupe des éléments 520 - 521 - 522 - 524 avec le capteur 525; - groupe des éléments 530 - 531 - 532 - 534 avec le capteur 535, - groupe des éléments 540 - 541 - 542 544 - 550 avec le capteur 545. Les autres faces peuvent comporter des groupements analogues. Par exemple, sur la face à laquelle on attribue la référence de la jambe 4, on aura des groupes tels que le groune des éléments 420 - 421 - 422 - 424 avec le canteur 425 et sur la face à laquelle on attribue la réfé- rence de la jambe 6, on aura des groupes tels que le groupe des éléments 630 - 631 - 632 (non visible) - 634 avec le capteur 635. Ce groupement ne constitue évidemment qu'un exemple parmi de nombreuses autres possibilités. - Le niveau de la mer a été figuré en 8. Le capteur 545 se trouve généralement hors d'eau et a été relié par un câble 9 à une unité d'acquisition 10 disposée sur la plate-forme. Les capteurs 505, 515, 525 et 535 sont constamment immergés et ils sont antes à émettre un signal acoustique qui se transmet à travers l'eau à un organe intermédiaire de transmission immergé Il qui transforme les signaux acoustiques reçus en signaux électriques et qui est relié par un câble 12 à l'unité d'acqui- sition 10. Ces capteurs sont ici des capteurs manométriques surveillant le maintien de la pression d'air qui a été établie initialement à l'inté- rieur des éléments tubulaires. Si la structure de plate-forme repose sur un fond de 90 mètres de profondeur, la pression hydrostatique extérieure aux éléments tubulaires est au maximum d'environ 10 bars et on pourra, par exemple, remplir les éléments tubulaires avec de l'air comprimé à bars. Pour éviter l'influence de la température, on peut munir les capteurs d'un système de compensation des variations de température modifiant la valeur de pression mesurée en fonction de la température. On peut aussi mesurer une différence de pression entre la pression à l'intérieur d'un élément tubulaire et la pression dans une chambre auxiliaire incorporée au capteur et mise initialement à la même pression que l'élément tubulaire. La Figure 2 représente un capteur que l'on a supposé destiné à être placé sur un élément tubulaire de structure de plate-forme existan- te; ce capteur comporte un corps 13 muni d'un bouchon 14 se vissant dans la paroi 15 d'un élément tubulaire. Dans le corps 13, on a ménagé un conduit 16 qui est en communication avec l'espace 17 intérieur à l'élément tubulaire et qui est relié à l'extérieur par une valve 18 et un raccord 19 permettant l'introduction d'air comprimé. Un autre conduit interne au corps 13, en communication avec l'espace 17 et relié à l'extérieur par un raccord 21 permet de purger l'eau qui est entrée dans l'élément tubulaire pendant le montage du capteur. Le raccord 21 est -fermé par un bouchon non représenté, après la purge. Dans une plate- forme nouvelle, l'installation des capteurs se fait de préférence avant immersion, et la purge 20-21 est inutile. Le conduit 16 est relié par un petit conduit 22 à la fois à une chambre auxiliaire 23, par l'intermédiaire d'un robinet 24, et à un manomètre 25, celui-ci étant d'autre part relié par un conduit 26 direc- tement à la chambre 23. Lors de l'établissement de la pression dans l'espace 17, le robinet 24 est ouvert et il s'établit la même pression dans la chambre 23 que dans l'espace 17. Ensuite, le robinet 24 est fermé; la chambre 23 se trouve ainsi isolée du conduit 22 et le mano- mètre 25 est soumis à la différence de pression existant entre l'espace 17 et la chambre auxiliaire 23, différence qui reste nulle tant qu'aucune fuite d'air ne se produit dans la paroi 15 de l'élément tubu- laire. L'appareil représenté est à lecture directe par un plongeur qui n'a qu'à soulever un simple capot protecteur amovible 27 pour effectuer la lecture. On pourrait aussi prévoir, à la place du manomètre 25, un appareil émetteur de signaux acoustiques, muni d'une source d'énergie propre telle qu'un accumulateur électrique, le dépassement d'un seuil de pression différentielle déclenchant, par un système piézo-électrique classique, un signal acoustique. Les capteurs 505, 515, 525, 535, 425, 635 sont de ce dernier type. Dans le capteur 545, le manomètre 25 est remplacé par un appareil émetteur de signaux électriques. Les capteurs peuvent être non seulement émetteurs mais aussi récepteurs et être interrogés par l'unité d'acquisition 10. Un codage des capteurs à émission et réception acoustiques, notamment d'après la fréquence acous- tique, permet d'adresser les messages émis par l'unité d'acquisition 10 et transmis par l'organe intermédiaire Il et d'identifier la position du capteur qui a émis un signal. Dans le cas d'une installation existante, on placera généralement un capteur sur chaque élément tubulaire, bien qu'on puisse aussi relier l'intérieur de plusieurs éléments tubulaires par un petit conduit et réduire ainsi le nombre de capteurs utilisés. Dans le cas d'une installation nouvelle, on préférera, comme on l'a prévu, dans l'exemple de la Figure 1, réunir les espaces internes de plusieurs éléments tubulaires. La Figure 3 montre comment on peut, lors de la construction de la structure de plate-forme, établir des communications entre plusieurs éléments tubulaires. on a choisi comme exemple le noeud o se réunissent la corde 500, l'entretoise verticale 503 et les entretoises horizontales 504 et 604. L'intérieur de la pièce 604 ne communique pas avec l'inté- rieur de la corde 500. Par contre, on a pratiqué un trou 28 dans la portion de paroi de la corde 500 qui se trouve entourée par la jonction de l'entretoise 503 avec la corde 500 et un trou 29 dans la portion de la paroi de la corde 500 qui se trouve entourée par la jonction de la pièce 504 avec la corde 500. On peut effectuer de telles communications à tous les noeuds o on le désire, quel que soit le nombre d'éléments tubulaires s'y joignant. Une communication analogue peut être établie entre une pièce de liaison et une jambe si la jambe est remplie d'air comprimé. Si l'on ne désire pas ou ne peut pas remplir la jambe d'air comprimé, il est avan- tageux d'établir un passage de communication entre au moins deux éléments tubulaires dits éléments reçus se rejoignant -sur un élément récepteur tel qu'une jambe, au moyen d'une contre-plaque qui est placée en face de la jonction de ces éléments tubulaires à la jambe, à l'intérieur de la jambe, et qui s'applique autour de cette zone contre la paroi de jambe de manière étanche. La Figure 4 représente une telle réalisation à la jonction de la corde 500 et de l'entretoise 501 avec la jambe 5. Une contre-plaque 30 évidée est soudée à l'intérieur de la jambe 5 de manière étanche le long d'une ligne 31 entourant l'ensemble de la zone de jonction de la corde 500 et de l'entretoise 501 avec la jambe 5. L'espace 32 compris entre la contre-plaque 31 et la paroi de jambe 5 assure la double fonction de créer un passage de communication entre l'intérieur de la corde 500 et l'intérieur de l'élément 501, par l'inter- médiaire des trous 33 et 34 ménagés dans les portions de la paroi de jambe 5 entourées par des jonctions, et d'étendre la zone de surveil- lance à la paroi de la jambe au voisinage des connexions de celle-ci avec les pièces de liaison. Cette réalisation peut s'appliquer à d'autres éléments tubulaires récepteurs que les jambes. La deuxième fonction qui vient d'être définie peut aussi être assurée seule, l'espace 32 n'étant en communication qu'avec l'intérieur d'un des élé- ments tubulaires reçus 500 ou 501. On se rendra compte que l'on peut apporter de très nombreuses variantes et modifications aux réalisations qui viennent d'être décrites sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Plate-forme marine dont la structure est constituée d'1un treillis d'éléments tubulaires raccordés les uns aux autres de manière étanche, caractérisée en ce que certains au moins (500, 510, 520, 530, 550, 420, 630...) de ces éléments tubulaires sont munis de capteurs (505, 515, 525; 535, 545, 425, 635...) aptes à détecter le passage d'un fluide à travers une paroi d'élément tubulaire. 2 - Plate-forme selon la revendication 1, caractérisée en ce que les capteurs (505, 515, 525, 535, 545, 425, 635...) sont aptes à détecter une variation de pression à l'intérieur des éléments tubulaires. 3 - Plate-forme selon la revendication 2, caractérisée en ce que les élé- ments tubulaires (500, 510, 520, 530, 550, 420, 630...) munis de capteurs sont initialement remplis d'un gaz sous pression. 4 - Plate-forme selon la revendication 2 et 3, caractérisée en ce que les capteurs (505, 515, 525, 535, 545, 425, 635...) comportent un organe de mesure de pression différentielle (25) soumis d'une part (22) à la pression interne aux éléments tubulaires, d'autre part (26) à la pres- sion interne à une chambre auxiliaire (23) disDosée dans le capteur et mise initialement à la même pression que celle des éléments tubulaires. - Plate-forme selon la revendication 1, caractérisée en ce que les capteurs (505, 515, 525, 535, 545, 425, 635...) sont aptes à détecter une variation d'humidité à l'intérieur des éléments tubulaires. 6 - Plate-forme selon la revendication 1, caractérisée en ce que certains au moins (545...) des capteurs comportent des moyens d'émission de signaux électriques et sont reliés Dar câble (9) à une unité d'acqui- sition de signaux (10). 7 - Plate-forme selon la revendication 1, caractérisée en ce que certains au moins (505, 515, 525, 535, 425, 635...) des capteurs comportent une source d'énergie autonome et des moyens d'émission de signaux acoustiques, tandis qu'une unité d'acquisition de signaux (10) est apte à recevoir ces signaux, la structure (3) de la plate-forme (1) assurant la transmission de ceux-ci. 8 - Plate-forme selon la revendication 1, caractérisée en ce que certains au moins (505, 515, 525, 535, 425, 635...) des capteurs constamment immergés comportent une source d'énergie autonome et des moyens d'émission de signaux acoustiques, tandis qu'une unité d'acquisition de signaux (10) disposée sur la plate-forme (1) est apte à recevoir les signaux émis par un organe intermédiaire de transmission immergé (11) qui est lui-même apte à recevoir les signaux acoustiques émis par les capteurs et transmis à travers l'eau. 9 - Plate-forme selon la revendication 1, caractérisée en ce que les élé- ments tubulaires forment au moins un groupe d'éléments tubulaires (500, 501, 502, 503, 504) communiquant entre eux et munis d'un capteur (505) commun à tous les éléments du groupe. - Plate-forme selon la revendication 9, caractérisée en ce que les éléments tubulaires (500, 501, 502, 503, 504) d'un groupe communiquent entre eux par des trous (28, 29, 33, 34...) ménagés dans des portions de paroi d'éléments tubulaires (500; 5) entourées-par une ligne de jonction avec un élément tubulaire (503, 504; 500, 501). Il - Plate-forme selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'une contre-plaque (30) est fixée à l'intérieur d'un élément tubulaire récepteur (5) auquel est raccordé dans une zone de jonction au moins un élément tubulaire reçu (500, 501), en face de cette zone de jonc- tion de ces éléments tubulaires (5, 500, 501), et s'applique de manière étanche (31) contre la paroi de l'élément tubulaire récepteur (5) pour former autour de cette zone entre la paroi de l'élément récepteur (5) et la contre-plaque (30) un espace (32), mis en commu- nication (33) avec au moins un élément tubulaire reçu (500), ce qui permet d'étendre la zone de surveillance à la portion de paroi de l'élément tubulaire récepteur (5) située dans ladite zone de jonction. 12 - Plate-forme selon la revendication 11, avec au moins deux éléments tubulaires reçus (500, 501), caractérisée en ce que des trous (33, 34) ménagés dans les portions de paroi de l'élément tubulaire récep- teur (5) entourées par les lignes de jonction d'au moins deux élé- ments tubulaires reçus (500, 501) avec l'élément tubulaire récepteur (5) établissent une communication entre l'intérieur de ces derniers éléments tubulaires reçus (500, 501) par l'intermédiaire dudit espace (32).