Brevet FR2494322A1 — publié le 19820521

L'invention concerne un dispositif brise-glace pour plateformes marines et une plateforme équipée d'un tel dispositif, la plateforme étant du type à embase poids ou du type "jacket" à colonnes multiples fixées au sol par des piles battues. La recherche et l'exploitation des gisements pétroliers dans les mers situées près ou au-delà du 70ème parallèle nord posent, en hiver, des problèmes très déli- cats. En effet, si en été, la mer devient libre ou à peu près avec des résidus nombreux de plques de glace erran- tes, il se forme avec la venue de l'hiver une rive de glace qui se développe dans des directions relativement peu variables. C'est ainsi qu'à la latitude de la mer de Beaufort, la glace se présente comme une plaque quasi continue ou "pack" avançant sur la mer. L'épaisseur de cette plaque est de 3 à 9 m environ, toutefois en certains endroits des falaises de l'ordre de 30 mètres au maximum se forment par poussée de deux plaques de glace l'une contre l'autre. Le mouvement de ces plaques indéfinies sous-entend en effet des mouvements relatifs qui dé- veloppent de très grandes pressions et créent des reliefs formés par l'éclatement et la superposition de matière en excès. Pour un point fixe, l'ensemble défile constam- ment avec le temps mais toutefois avec des arrêts et des reprises et des changements de sens et de direction. Les solutions actuellement envisagées pour ins- taller des opérations pétrolières sur une zone fixe font appel à deux procédés: - le premier consiste à créer une zone protégée par un remblai assez haut et de pente telle que la glace du "pack" soit soulevée par l'abord de la pente et se brise en morceaux qui défilent plus ou moins devant l'obs- tacle qu'on leur a opposé; - le second fait appel à des plateformes coniques à embase poids, qui par un mécanisme analogue à celui précédemment décrit brise la plaque de glace qui monte sur le glacis qu'on lui oppose. La difficulté de ces procédés vient d'abord de la faible durée d'accès libre aux chantiers considé- rés. Il faut que les travaux, dragages ou autres, soient faits pendant la période d'ouverture des glaces, ou que des brise-glace manoeuvrent constamment autour du chan- tier pour qu'il ne soit pas perturbé par l'arrivée et le déplacement des glaces. Malgré la faible profondeur d'eau (10 à 50 mètres) des zones intéressées, les solutions énoncées nécessitent des travaux de terrassement assez énormes et par conséquent très onéreux. L'invention a pour but de proposer un disposi- tif pouvant être monté sur une plateforme permettant d'obtenir une fragmentation de la plaque de glace sans arriver pour cela à des constructions énormes et chères. Lie dispositif est conçu comme une alternance d'obstacles qui tendent pour les usà faire monter la pla- que de glace, tandis que les obstacles immédiatement voi- sins tendent à la faire plonger sous le niveau de l'eau. On obtient ainsi un traitement par cisaillement plus lo- calisé et plus intense que par la montée sur un cône ou un glacis et la réaction verticale créée sur les obsta- cles inférieurs est annulée en tout ou partie par celle qui se produit sur les obstacles supérieurs. Les obstacles sont disposés de façon telle que l'évacuation et le défilement des morceaux de glace se produisent de façon continue. les explications et figures données ci-après à titre d'exemple permettront de comprendre comment l'in- vention peut être réalisée. La figure 1 montre une vue schématique d'une plateforme équipée d'un dispositif brise-glace selon une forme de réalisation de l'invention. La figure 2 est une vue en coupe selon II-II de la figure 1. Les figures 3 et 4 montrent, vu de côté en coupe et de face en coupe partielle, la fragmentation d'une plaque de glace sur des obstacles fixes. La figure 5 montre une forme de réalisation des obstacles permettant l'évacuation de la glace brisée. Les figures 6 et 7 montrent, vu de côté en coupe et de face en coupe partielle, la fragmentation d'une plaque de glace entre deux obstacles fixes supérieurs et un obstacle mobile inférieur. La figure 8 est une vue partielle en perspec- tive d'un autre exemple de réalisation des obstacles. La figure 9 est une vue en coupe partielle d'un fût de plateforme portant un dispositif dont les deux couronnes d'obstacles sont fixées à une cage concentri- que, mobile en rotation. La figure 10 est une vue en coupe partielle d'un fût de plateforme portant un dispositif dont les deux couronnes d'obstacles sont fixées sur flotteur an- nulaire concentrique. La figure Il est une vue en coupe partielle d'un fût de plateforme portant un dispositif dont une des couronnes est fixe et l'autre portée par un flotteur annulaire concentrique. La figure 12 est une vue schématique montrant l'entraînement en rotation par des vérins-cliquets. La figure 1 représente une plateforme marine du type à embase poids et à colonne centrale unique. Le radier 1, posé sur le sol sous-marin, porte à sa périphé- rie un mur perforé anti-affouillement 2 et en son centre la colonne ou fût 3 dont la partie inférieure est entou- rée par des réservoirs de stockage 4. Le pont 5, centré et fixé sur le fût, porte les installations de recherche et/ou d'exploitation 6. Des obstacles 7, 8 sont disposés sur le fût selon deux couronnes; une couronne inférieure au moins partiellement immergée et une couronne supé- rieure 80 émergée. Ces obstacles sont disposés en alter- nance: les obstacles d'une couronne étant entre les obstacles de l'autre couronne. Selon l'exemple de réalisa- tion représenté figure 1, les obstacles ont une forme approximative de pyramide tronquée. Les obstacles 7 de la couronne inférieure 70 présentent une face plane 11 inclinée de bas en haut et d'avant en arrière, tandis que les obstacles 8 de la couronne supérieure 80 ont une face plane 12 inclinée de haut en bas et d'avant en ar- rière (figure 3). l'angle entre les deux faces est de l'ordre de 50 à 600. La position des couronnes sur le fût est fixée, en tenant compte des niveaux inférieur et supérieur de la glace et de la hauteur des marées, de manière que la couche de glace soit cisaillée par un grou- pe dt au moins trois obstacles. La figure 4 montre, selon IV de la figure 3, le mode d'action des obstacles: la plaque de glace 9 est d'abord soulevée par l'obstacle in- férieur 7 et est brisée dans la direction perpendiculaire à son mouvement (flèche 10) tandis que les obstacles 8 de la couronne supérieure produisent avec ceux,7,de la couronne inférieure sa fragmentation dans le sens du mou- vement 10. les blocs de glace sont évacués par des moyens constitués, par exemple, par des rainures hélicoïdales (non représentées) prévues sur la surface du fat ou par la forme dissymétrique des obstacles (figure 5) dont les faces en contact avec laglace sont arrondies, les blocs étant mis en mouvement sous l'action des forces de pres- sion exercée par le "pack". Selon la réalisation de la figure 3, les obsta- cles sont formés par des blocs de béton préfabriqués qui sont fixés sur le Lut par des moyens en soi connus fai- sant appel aux techniques d'ancrage avec précontrainte. Selon d'autres formes de réalisation, les obstacles peu- vent être réalisés en voiles de béton précontraints avec cloisons de renfort ou être constitués de coques d'acier renforcées par des membrures selon des techniques clas- siques dans la fabrication des coques de navires brise- glace. Afin de concentrer les efforts de cisaillement, les obstacles présentent à la place des surfaces planes 11, 12 ou approximativement planes telles que montrées figure 4, une forme prismatique (figure 7) dont les arê- tes 13 viennent en contact de la plaque de glace à dis- loquer. Selon la forme de réalisation représentée en coupe sur la figure 6, ces obstacles de la couronne infé- rieure sont constitués de caissons étanches mobiles dans des plans radiaux de l'ouvrage à protéger. La section de l'obstacle par un plan radial présente une forme de triangle approximativement rectangle, qui est maintenu par des moyens d'articulation constitués par un axe 16 disposé sur le bord supérieur 15 proche de la paroi et susceptible de pivoter dans des chapes non représentées fixées à la paroi du fet, le côté 22 étant normalement parallèle à la paroi 17 ou reposant contre celle-ci. Dans cet exemple, l'obstacle est métallique et réalisé selon la technique des coques de navires brise-glace, sa face inclinée 14 se présente sous forme prismatique avec une arête centrale 13 (figure 7). Des moyens de contrôle de la flottabilité, re- présentés schématiquement, permettent le ballastage des obstacles en eau de mer et comprennent un tube de purge et de chasse 18 et une vanne de ballastage 19 commandée à distance par le tube 21. Il est entendu que les moyens de ballastage et notamment les tubes 18 et 21 peuvent être disposés d'une autre manière et par exemple être raccordés près ou dans l'axe 16 de maintien. Le mode d'ac- tion des obstacles mobiles est le suivant: dans la po- sition montrée sur la figure 6, l'obstacle 71 est rempli d'eau de manière à ce que sa partie 22 repose contre la paroi 17 du fut et qu'il présente sa partie inclinée à la plaque de glace; lorsque la plaque a glissé contre la surface ou l'arête inclinée et est venue en contact de la surface inclinée ou de l'ar&te des obstacles 81 de la couronne supérieure 80, l'eau est chassée du volume intérieur de l'obstacle 71 et la poussée d'Archimède l'en- traîne en rotation vers le haut (flèche 20) en appliquant à la plaque de glace 9 coincée entre les obstacles supé- rieurs 81, 82 (figure 7) une force de cisaillement suf- fisante pour provoquer sa fracturation. La valeur de cette force est aisément contrôlée par le volume de l'obstacle, celui-ci étant dimensionné en fonction des conditions de glace de la région exploitée. Selon une autre forme de réalisation, les obstacles peuvent se présenter sous forme de trièdres (figure 8) réalisés en tubes d'acier, disposés selon deux couronnes et dont une des arêtes de chacun des trièdres est dans un plan radial et dirigée vers le milieu de la couronne. La disposition des trièdres est semblable à celles des obstacles des autres réalisations, une des arêtes du trièdre jouant le même rôle que les arêtes 13 des obstacles 71 et 81 de la variante représentée figure 7. Lt évacuation des blocs de glace brisée est obte- nue de manière passive par les forces de poussée du "pack". Comme il a été précédemment décrit, les blocs sont déviés par des rainures prévues sur le fût ou par la forme dis- symétrique des obstacles dont les faces latérales 83, 84 situées d'un même côté sont inclinées sur le plan ra- dial et d'avant en arrière. Toutefois, cette méthode peut dans certains cas, notamment de glace épaisse, présenter des inconvénients dûs à Jalenteur de l'évacuation. Afin d'obtenir une évacuation rapide et contrôlée, on fait tourner les couronnes d'obstacles autour de l'ouvrage à protéger de manière à amener relativement rapidement les blocs en aval de l'ouvrage par rapport au sens de dépla- cement du "pack". Selon une première forme de réalisation (figure 9), les deux couronnes d'obstacles sont montées sur une cage 23 qui tourne sur une ceinture 24 fixée autour de l'ouvrage à protéger et en particulier sur la paroi 25 du fût. La cage est montée sur des galets 26 qui roulent sur la partie latérale de la ceinture 24 et transmettent au fût les efforts de pression dûs à la poussée de la glace. Des galets 27 coopérant avec les bords de la cein- ture empêchent les mouvements longitudinaux de la cage et supportent le poids de la plaque de glace engagée sur les surfaces ou arêtes inclinées des obstacles de la cou- ronne inférieure 70. Selon une deuxième forme de réalisation (figure ) les deux couronnes d'obstacles sont fixées sur un flotteur annulaire 28, coaxial au fût de l'ouvrage à pro- téger, équipé de rouleaux ou de galets 29 qui roulent à la surface du fût 30. De préférence, on prévoit à la sur- face du fût et sur la hauteur probable de déplacement du flotteur des chemins de roulement 31. Le dispositif ci-dessus décrit peut Ctre uti- lisé selon deux méthodes qui vont être ci-après décrites. La première méthode consiste à régler la flot- taison du flotteur portant les deux couronnes de manière que les extrémités des obstacles inférieurs soient un peu au-dessous du niveau de la glace et celles des obsta- cles supérieurs un peu au-dessus. La plaque de glace s'en- gageant sur les obstacles inférieurs enfonce le flotteur. Le cisaillement se produit dans une première phase uni- quement par la poussée de la plaque entre les obstacles décalés comme montré dans les figures 4 et 7. La plaque, qui reposait sur les obstacles inférieurs, se trouve al- légée, et le flotteur revient à. sa position d'équilibre en cassant la glace de bas en haut. La seconde méthode fait appel à uni flotteur muni de moyens de contrôle de la flottabilité. On ballaste le flotteur portecouronnes de manière que les obstacles inférieurs passent sous la couche de glace puis on l'allège de manière qu'il remonte en cassant la glace de bas en haut. Puis on l'alourdit de manière que les obstacles supérieurs cassent la glace de haut en bas. En faisant exécuter au flotteur des mou- vements de montée et de descente, il est possible de créer autour de l'ouvrage à protéger une zone libre de glace. Selon une forme de réalisation combinant une couronne fixe d'obstacles et un flotteur porte-obstacles, on obtient le dispositif de la figure 11. La couronne supérieure 80 d'obstacles est fixée sur'la paroi du fut à protéger et la couronne inférieure 70 d'obstacles est - portée par un flotteur concentrique annulaire 32 compar- timenté. Le flotteur comporte des moyens permettant de modifier sa flottabilité. L'allègement du caisson produit sa remontée et, par conséquent, la fragmentation de la glace entre les obstacles mobiles et les obstacles fixes de manière semblable à l'exemple de réalisation représen- té figure 6. - L'évacuation de la glace fragmentée est obte- nue dans les dispositifs des figures 9 et 10 par mise en rotation des couronnes d'obstacles et en particulier de la cage 23 ou du flotteur 28. Cette rotation est obte- nue comme représenté schématiquement figure 12 à l'aide d'une couronne dentée 34 prévue sur la partie mobile en-. tramnée en rotation par des moyens d'actionnement compor- tant des cliquets 35 mus par des vérins 36 fixés sur la paroi. La rotation des couronnes est commandée dans un sens ou dans l'autre selon la répartition dissymétrique de la glace brisée. Un dispositif semblable peut être utilisé pour faire déplacer la couronne montée sur le flotteur 32 (fi- gure 11) après que les obstacles inférieurs aient été désengagés des obstacles supérieurs par ballastage du flotteur. La rotation peut être obtenue aussi sans aucun artifice particulier puisque la poussée horizontale du "pack" ne sera jamais vigoureusement centrée par rapport au plan vertical de symétrie de la couronne. La rotation des dispositifs des figures 9, 10 et 11 peut encore être obtenue par un procédé passif con- sistant à disposer à la partie inférieure du support de couronne inférieure 23, 28, 32 des panneaux 37 percés d'une multiplicité de trous 38 tronconiques orientés de la petite base vers la grande base dans le sens du cou- rant. Celui-ci créera une force suffisante pour faire tourner la couronne dans le sens voulu. Un tel dispositif est décrit par exemple dans le brevet français n0 2 289 761. Le changement de sens de rotation s'obtiendra par retour- nement des panneaux montés sur des dispositifs d'orien- tation 39 solidaires de la partie inférieure du support de couronne inférieure; Dans le cas de plateformes à embase poids à plusieurs colonnes, chaque colonne peut recevoir le dis- positif brise-glace à couronnes fixes ou mobiles et à obstacles fixes ou mobiles. On peut aussi prévoir une ceinture entourant deux ou plusieurs colonnes de l'ouvrage s'appuyant ou non sur ces colonnes et portant le dispo- sitif brise-glace. Dans le cas de plateformes du type "jacket" dans lesquelles les colonnes sont maintenues sur le sol sous-marin par des piles battues, les colonnes sont ins- crites dans une ceinture circulaire qui porte le dispo- sitif brise-glace. Cette ceinture s'appuie sur les colon- nes qui sont entretoisées de manière à supporter et à ré- partir les efforts. 1 0 REVENDICATIONS 1. Dispositif brise-glace pour plateformes marines ou ouvrages placés dans des mers susceptibles de geler, caractérisé en ce qu'il est constitué de deux couronnes d'obstacles:une couronne inférieure (70) et une couronne supérieure (80) entourant l'ouvrage à pro- téger (3), les obstacles (7) de la couronne inférieure présentant une partie inclinée (11) de bas en haut et d'avant en arrière, la partie avant se trouvant au-dessous du niveau inférieur de la couche de glace (9) pour les marées les plus basses, les obstacles (8) de la couronne supérieure disposés entre ceux de la couronne inférieure présentent une partie inclinée (12) de haut en bas et d'avant en arrière, la partie avant se trouvant au-dessus du niveau supérieur de la couche de glace (9) pour les marées les plus hautes. 2. Dispositif brise-glace selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce qu'au moins une des couron- nes est formée d'obstacles mobiles (71) dans un plan ver- tical. 3. Dispositif brise-glace selon la revendi- cation 2, caractérisé en ce que les obstacles mobiles (71) sont constitués de caissons étanches munis de moyens d'articulation (16) sur leur bord supérieur (15) proche de l'ouvrage à protéger (17) permettant leur rotation autour desdits moyens et des moyens de contrôle de la flottabilité (18, 19, 21). 4. Dispositif brise-glace selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce qu'au moins une couronne d'obstacles est mobile dans la direction verticale. 5. Dispositif brise-glace selon la revendi- cation 4, caractérisé en ce que la couronne d'obstacles est montée sur un flotteur annulaire (28) entourant l'ou- vrage à protéger. 6. Dispositif brise-glace selon la revendi- cation 4 ou 5, caractérisé en ce que le flotteur annulaire est muni de moyens de contrôle de la flottabilité. 1 1 7. Dispositif brise-glace selon l'une quel- conque des revendications 1, 4 à 6, caractérisé en ce qu'au moins une couronne d'obstacles est montée mobile en rotation autour de l'ouvrage à protéger. 8. Dispositif brise-glace selon la revendi- cation 7, caractérisé en ce qu'au moins une couronne d'obstacles est montée sur une cage (23) se déplaçant librement le long d'une ceinture (24) fixée à l'ouvrage à protéger (25). 9. Dispositif brise-glace selon la revendi- cation 7, caractérisé en ce qu'au moins une couronne d'obstacles est montée sur une couronne dentée (34) en- tra née en rotation par des moyens d'actionnement fixes (35, 36). 10. Dispositif brise-glace selon l'une quel- conque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les obstacles ont une forme de pyramide tronquée. 11. Dispositif brise-glace selon la revendi- cation 10, caractérisé en ce que les obstacles vus de face ont une forme dissymétrique, les faces latérales (83, 84) situées d'un même c8té sont inclinées sur le plan radial et d'avant en arrière. 12. Dispositif brise-glace selon l'une quel- conque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les obstacles d'au moins une couronne présentent sur leur face inclinée une arête (13). 13. Dispositif brise-glace selon l'une quel- conque des revendications 1, 2, 4 à 9, caractérisé en ce que les obstacles sont formés de trièdres en tubes dont une arête est dans le plan radial de l'ouvrage à protéger. 14. Dispositif brise-glace selon l'une quel- conque des revendications 1 à 8 et 10 à 13, caractérisé en ce qu'au moins la couronne inférieure (70) d'obstacles porte à sa partie inférieure des panneaux (37) perforés de trous coniques (38) dirigés dans le sens du courant pour entraîner le ou les couronnes en rotation. 15. Dispositif brise-glace selon la revendi- cation 14, caractérisé en ce que des moyens d'orientation (39) sont prévus entre les panneaux perforés (37) et la partie inférieure des supports (23, 28, 32) de couronne inférieure. 16. Plateforme marine comportant un dispositif brise-glace tel que décrit dans les revendications pré- cédentes, caractérisée en ce que chaque colonne est munie d'un dispositif brise-glace. 17. Plateforme marine comportant un dispositif brise-glace tel que décrit dans les revendications 1 à , caractérisée en ce que les colonnes sont inscrites dans le support de couronnes d'obstacles.