Brevet FR2530697A1 — publié le 19840127

AX 2530697 "PLATE-FORME MARINE OSCILLANTE" L'invention concerne une plate-forme marine, notamment, mais non exclusivement pour installations pétrolières, particulièrement adaptée aux moyennes et aux grandes profondeurs d'eau pour lesquelles les plates- formes classiques simplement posées au fond de la mer (type gravitaire) ou maintenucs su ce fond par des piles insérées dans des jambes tubulaires (type "iacket'") c sont plus utilisables ou conduiraient à des coûts trop élevés. Dans la recherche de nouveaux types de plates-formes adaptées à ces profondeurs, on s'est d'abord orienté vers des Dlates-formes flot- tantes du type semi-submersible dont on a amélioré la capacité de charge de la tête émergée, souvent au prix d'une complication sensible des modes d'ancrage utilisés Cependant, en ce qui concerne la production pétrolière, on a alors généralement préféré utiliser des tgtes de Duits sous-marines beaucoup plus complexes à mettre en oeuvre que des têtes de puits aériennaes classiques. Une autre voie de recherche consiste à étudier des plates-formes oscillantes qui permettraient notamment de conserver les systèmes clas- siques de production pétrolière Un premier concept dans cette voie est celui de tours haubannées faisant appel à un grand nombre de câbles à caractéristiques mécaniques élevées, dont le poids augmente sensiblement les efforts verticaux imposés à la plate-forme, ce qui conduit à l'utili- sation d'un poids total d'acier très élevé Un autre concept est celui de tours articulées à leur extrémité inférieure, la partie supérieure de la tour pouvant notamment comporter une réserve permanente de flottabilité qui soumet la tour à un effort de traction tendant à ramener celle-ci en position verticale Les articulations, qui peuvent être constituées Dar des joints à cardan, des joints sphériques ou des joints matrices à entrecroisement de fibres synthétiques, constituent une partie délicate de l'ensemble de la plate-forme dont la durée de vie peut être limitée et dont le remplacement nécessite une duplication des systèmes d'articu- lation et l'application d'une procédure difficile de déconnexion et levage puis de réinstallation. Ia présente invention propose une plate-forme marine oscillante qui ne comporte pas nécessairement de pièces délicates à longévité incertaine, qui ne nécessite pas de lourds haubannages et qui convien- ne cependant à des profondeurs d'eau importantes. Un objet de l'invention est ainsi une plate-forme marine qui est munie à son extrémité inférieure d'un moyen d'encastrement disposé sur le fond marin et qui comprend une partie supérieure rigide suppor- tant un pont et incluant une réserve de flottabilité, dans laquelle une partie inférieure de la plate-forme comprend une structure qui présente une section plus faible, qui est flexible et qui est munie, à ses extrémités supérieure et inférieure, de portions de transition, supérieure et inférieure, aptes à effectuer une transmission d'efforts respectivement entre ladite partie supérieure et ladite partie infé- rieure et entre ladite partie inférieure et ledit moyen d'encastrement. On entend par structure flexible une structure capable de supporter, en'conditions opératoires, des flexions à faibles rayons de courbure, soit plus précisément à rayons de courbure compris entre 0,2 et 1,5 km. Ainsi, la plate-forme étant soumise à une tension entre la réserve de flottabilité et le moyen d'encastrement et la partie inférieure de la plate-forme étant flexible, les efforts exercés par l'environnement sont absorbés du fait de la flexion de ladite partie inférieure par la poussée d'Archimède qui s'applique sur la réserve de flottabilité. La longueurrelative de ladite partie inférieure est calculée en fonction des données que l'on possède sur l'environnement, une longueur trop petite de cette partie inférieure pouvant nécessiter une multiplication des éléments la constituant afin que chacun pré- sente une inertie suffisamment faible pour en permettre la flexion, tandis qu'une trop grande longueur de cette partie inférieure pourrait conduire à un comportement dynamique complexe et défavorable. La structure flexible constituant ladite partie inférieure de la plateforme s'étend de préférence sur au moins 1/10 de la hauteur totale de la plate-forme et avantageusement sur 1/10 à 5/10 de cette hauteur totale. Selon un autre objet de l'invention, cette structure flexible comprend une pluralité de membrures verticales qui sont réunies les unes aux autres par des membrures horizontales fixées en des noeuds de jonction et situées dans des plans horizontaux répartis le long de la hauteur de la structure. Au moins les membrures horizontales de cette structure flexible sont, de préférence, constituées par des membrures tubulaires. Les portions de transition sont, de manière préférentielle, constituées par un ensemble de membrures divergentes,divergeant à partir de la structure flexible. La structure flexible se termine avantageusement par des mem- brures horizontales extrêmes disposées dans des plans horizontaux extrêmes et liées dans ces plans aux membrures verticales en des noeuds de jonction extrêmes et chaque portion de transition comporte avanta- geusement plusieurs ensembles de membrures divergentes, les membrures divergentes d'un de ces ensembles partant d'un desdits noeuds de jonction extrêmes. Les membrures divergentes de la portion de transition infé- rieure sont, de préférence, partiellement noyées dans une embase en béton rigidement fixée sur le fond marin et formant ledit moyen d'encastrement. On va décrire, à titre non limitatif, un exemple de réali- sation de l'invention en se référant au dessin joint dans lequel: la fig 1 est une vue en élévation et perspective d'une plate-forme marine avec structure flexible; la fig 2 est une vue en élévation et perspective, à plus grande échelle, d'une portion supérieure de la plate-forme; la fig 3 est une vue en élévation et perspective, à plus grande échelle, d'une structure flexible plus étroite que sur la fig I et des éléments de transition inférieur et supérieur, avec le moyen d'encastrement et le bas de la partie supérieure de la plate-forme; et, la fig 4 est une vue en élévation et perspective de la structure flexible et d'une variante du moyen d'encastrement. Sur la fig 1, on a représenté une plate-forme comprenant un pont I en béton porté par une partie supérieure 2 rigide liée à une partie inférieure 3 flexible, La partie supérieure 2, que l'on voit mieux sur la fig 2, est, sur sa plus grande longueur, constituée par un treillis métallique, en forme générale -de polydre' à génératrices verticales et faces horizon- tales polygonales convexes, ici hexagonales, formé d'un assemblage de membrures verticales 4 et de membrures horizontales 5 ainsi que d'entretoises inclinées 6 rigidifiant le treillis métallique Au sommet de la partie supérieure 2 on a inséré à l'intérieur du treillis métallique une réserve de flottabilité 7, constituée, de préférence, de manière connue, par une pluralité de flotteurs tels que des caissons en acier ou en béton, de manière à accroître la sécurité Au-dessus de cette réserve de flottabilité 7, une portion 8, de raccordement au pont 1, est constituée aussi stun treillis métallique rigide, mais dont la forme générale est avantageusement celle d'un tronc de pyramide surmonté d'un polyèdre à section plus étroite que celle du treillis métallique situé au- dessous du tronc de pyramide Les membrures 4 et 5 et les entretoises 6 peuvent être des éléments tubulaires métalliques ou des poutres métalliques en I. La partie inférieure 3, que-l'on voit mieux sur la figure 3, a aussi la forme générale d'un polyèdre à génératrices verticales et faces horizontales polygonales convexes, ici hexagonales, mais ce polyèdre est formé par une pluralité de membrures ou jambes verticales 9, ici au nombre dé six, reliées les unes aux autres, de place en place, par un groupe de membrures ou cordes horizontales 10, ici au nombre de six= par groupe Les liaisons sont effectuées par exemple par soudure en des noeuds de jonction 11 La partie inférieure 3 ne comporte pas d'entre'- toises de manière à présenter une certaine flexibilité Les membrures 9 et 10 sont constituées par des éléments tubulaires en acier La section de la partie inférieure 3 est nettement moindre que celle de la partie supérieure 2. La partie inférieure 3 est reliée à la partie supérieure 2 par une portion de transition constituée par un ensemble de membrures divergentes 12 qui relient, par l'intermédiaire de soudures par exemple, les noeuds de jonction Il du groupe supérieur 13 de membrures horizon- tales 10 dans lequel se termine la partie inférieure 3, aux noeuds de jonction inférieurs 14 des membrures 4 et 5-et des-entretoises 6 de la partie supérieure 2. La partie inférieure 3 se termine en bas par un groupe infé- rieur 15 de membrures horizontales 10- Elle est reliée à une embase de béton 16 de section plus large, ayant ici une forme hexagonale, par une portion de transition constituée par un ensemble de membrures divergen- tes 17 partant des noeuds de jonction Il du groupe inférieur 15, auxquels elles sont liées par exemple par soudure, et se terminant dans la masse de béton de l'embase 16. L'embase 16 elle-meme peut reposer sur le fond marin 18 simplement par son poids, et c'est le type d'embase que représente la fig 4, ou être fixée dans le fond marin 18 par des piles de fonda- tion 19, comme le représentent les fig I et 3. Sur la droite des fig 1,2 et 3, on a représenté un faisceau de conducteurs 20 attaché, de place en place, le long de la plate- forme par des membrures 21 enserrant ce faisceau et empêchant son déplacement horizontal. Pour fixer les idées on peut préciser que pour une hauteur d'eau de 500 m entre le niveau supérieur de l'eau 22 et le fond marin 18, la partie inférieure flexible 3 avec les portions de transition 12, 17 pourrait, par exemple, s'étendre sur 150 à 200 m environ, la partie supérieure rigide 2 ayant sa réserve de flottabilité comprise dans une zone située entre 30 m et 100 m en dessous du niveau supérieur de l'eau 22 L'inclinaison maximale de la plate-forme en conditions centenaires serait de 50 Les membrures verticales 9 pourraient avoir un diamètre de l'ordre de 5 m et les membrures horizontales 10 pourraient avoir un diamètre de l'ordre de 2,5 m Bien entendu, l'invention s'appliquant à des plates- formes utilisées dans des conditions très diverses, les longueurs relatives-de la partie supérieure rigide et de la partie inférieure flexible peuvent varier dans de grandes proportions, la partie supérieure rigide pouvant notamment 6 tre réduite, dans certains cas, à une zone très courte en dessous du pont De même, la portion de transition 12 pourrait être allongée et comprendre tout un réseau de membrures Les dimensions des membrures de la partie inférieure 3 peuvent évidemment être très différentes selon les cas d'application On pourrait, en outre, prévoir une articulation dans la partie supérieure rigide ou au bas de celle-ci, cette articulation se trouvant, de préférence, à un niveau facilement accessible par des plongeurs pour en faciliter la surveillance et l'entretien De plus, si l'invention permet généra- lement de s'affranchir complètement de l'utilisation de haubans, il peut être avantageux, dans certains cas particuliers, de disposer néanmoins certains haubans pour réduire les oscillations de la plate-forme. La réserve de flottabilité pourrait comprendre des flotteurs en acier installés à l'extérieur du treillis de la partie rigide 2, ce treillis pourrait être remplacé par un corps de colonne creux unique, le sommet de la partie rigide 2 pourrait être constitué en béton, et de nombreuses autres variantes et modifications pourraient être appor- tées à la mise en oeuvre de l'invention sans sortir du cadre de celle-ci. 50697 REVENDICATIONS 1 Plate-forme marine oscillante munie à son extrémité inférieure d'un moyen d'encastrement disposé sur le fond marin et comprenant une partie supérieure rigide qui supporte un pont et qui inclut une réserve de flottabilité, caractérisée en ce qu'une partie inférieure ( 3) de la plate-forme comprend une structure qui présente une section plus faible, qui est flexible et qui est munie, à ses extrémités supérieure et inférieure,de portions de transition ( 12, 17) supérieure et inférieure aptes à effectuer une transmission d'efforts respectivement entre ladite partie supérieure ( 2) et ladite partie inférieure ( 3) et entre ladite partie inférieure ( 3) et ledit moyen d'encastrement ( 16). 2 Plate-forme selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite partie inférieure ( 3) de la plate-forme s'étend sur au moins 1/10 de la hauteur totale de la plate-forme. 3 Plate-forme selon la revendication 2,, caractérisée en ce que ladite partie inférieure ( 3) de la plate-forme s'étend sur moins de la moitié de la hauteur totale de la plate-forme. 4 Plate-forme selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite partie inférieure ( 3) comprend une pluralité de membrures verticales ( 9) qui sont réunies les unes aux autres par des membrures horizontales ( 10) fixées en des noeuds de jonction ( 11) et situées dans des plans horizontaux répartis le long de la hauteur de cette partie inférieure ( 3). Plate-forme selon la revendication 4, caractérisée en ce que les membrures horizontales ( 10) de ladite partie inférieure ( 3) sont constituées par des membrures tubulaires. 6 Plate-forme selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que lesdites portions de transition ( 12, 17) sont constituées par un ensemble de membrures divergentes, divergeant à partir de la structure flexible de ladite partie inférieure ( 3). 7 Plate-forme selon la revendication 6, caractérisée en ce que la structure flexible de ladite partie inférieure ( 3) se termine par des membrures horizontales extrêmes disposées dans des plans horizontaux extrêmes ( 13, 15) et liéesdans ces plans aux membrures verticales en des noeuds de jonction extrêmes et en ce que chaque portion de transition ( 12, 17) comporte plusieurs ensembles de membrures divergentes, les membrures divergentes d'un de ces ensembles partant d'un desdits noeuds de jonction extrîmes. 8 Plate-forme selon la revendicaiton 6 ou 7, caractéris 4 e en ce que les membrures divergentes ( 17) de la portion de transition inférieure sont partiellement noyées dans une embase en béton rigidement fixée sur le fond marin ( 18) et formant ledit moyen d'encastrement ( 16)