Brevet FR2545437A1 — publié le 19841109

La présente invention concerne un dispositif d'amar- rage pour ancrer des navires de mer, tels que des navires ou pétroiers de stockage ou de production de produits pétroliers. Elle concerne plus précisément un dispositif immergé d'amarrage à un point comprenant un socle fixé au fond marin, une colonne s'étendant du socle vers le haut jusqu'à un niveau qui est encore sous la surface de l'eau, un moyen de liaison articulée entre le socle et l'extrémité inférieure de la colonne pour faciliter l'articulation et la rotation de la colonne par rapport au socle, une flèche immergée possédant une première et une seconde extrémité, la première extrémité étant articulée sur la partie supérieure de la colonne et la seconde étant agencée pour être attachée à la coque d'un navire, de même qu'une rallonge de colonne télescopique qui est rétractable dans l'extrémité supérieure de la colonne et exten- sible au-dessus de la surface de l'eau, ce qui permet d'accéder à l'intérieur de la colonne. Différents types de systèmes d'amarrage ont été conçus pour faciliter le chargement et le déchargemement de gros navires de mer, tels que des pétroliers géants de plus de 200 000 t, dont le tirant d'eau est si fort que les ports naturels sont fré- quemment incapables de les recevoir et dont la taille considérable a pour conséquence que les forces d'amarrage atteignent des niveaux extrêmement élevés Par conséquent, comme une alternative à la construction de nouveaux ports "naturels" pour d'aussi gros navires, entraînant des coûts élevés de construction et d'entretien, on peut amarrer de tels navires en mer dans des eaux relativement profondes et on peut transférer la cargaison liquide des pétroliers vers et depuis les navires amarrés à travers des pipelines sous-marins reliant les navires aux installations c 8 tières. Pour qu'une telle façon de procéder soit possible, les différents types de systèmes d'amarrage ont été conçus pour pouvoir fonctionner convenablement sous différentes conditions d'environnement et en tenant compte de différents risques en surface, tels que glace, mer agitée et trafic maritime Parmi ces systèmes d'amarrage, certains ont été conçus en particulier pour éviter les risques spécifiques aux eaux arctiques, tels qu'icebergs et glace de banquise ou côtière, qui peuvent causer des dommages importants ou même détruire les parties du système d'amarrage qui émergent de l'eau. Les principaux problèmes de l'amarrage de navires dans les eaux arctiques peuvent généralement être vaincus en cons- truisant le système d'amarrage de manière qu'il soit submersible pour éviter les risques en surface Les systèmes d'amarrage de ce type comportent des parties qui émergent de l'eau pendant des périodes limitées seulement. Ces systèmes d'amarrage comprennent les systèmes à un point d'amarrage dits "à tour pivotante" Le système de ce type décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 3 614 869 comprend une colonne qui constitue un support pour des conduites de production ou d'écoulement et pour des colonnes montantes et qui est reliée par un joint à rotule à un socle qui est ancré à ou fixé sur le fond de mer, l'extrémité supérieure de la colonne supportant une tour pivotante qui émerge de l'eau et à laquelle on peut attacher un navire, ce qui permet au navire de tourner autour de l'amarrage suivant les différentes conditions de surface, de temps et de direc- tion du vent notamment Des tuyaux flexibles et des pipelines entre la tour et le navire facilitent le chargement et le déchargement de la cargaison liquide du navire Ce type de structure d'amarrage, bien que son fonctionnement soit généralement satisfaisant dans des eaux relativement calmes, est difficilement exploitable dans les eaux arctiques démontées, o la glace peut endommager ou m 8 me détruire la tour émergée d'un tel système d'amarrage. D'autres systèmes à un point d'amarrage comportant une partie émergée sont décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique N O 3 980 037 et N O 4 254 521 Chacun de ces systèmes comporte l'extrémité inférieure d'une colonne articulée sur un socle fixé au fond de mer et une extrémité supérieure d'une tour avec un prolongement qui émerge de l'eau et sert de support pour un bras ou une flèche pour attacher un navire à l'amarrage. Les systèmes d'amarrage de ces brevets sont conçus en premier lieu pour 8 tre utilisés en des eaux relativement calmes et dans des eaux sans risques en surface tels que les importantes quantités de glace couramment rencontrées dans les eaux arctiques et qui peuvent endommager ou même détruire la structure émergée du système d'amarrage. réa J 2545437 Pour éviter ce danger d'endommagement, on a conçu des systèmes submersibles d'amarrage de pétrolieis, qui sont destinés à être utilisés sans qu'une partie quelconque de leur structure émerge de l'eau. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n' 3 664 388 décrit un système submersible d'amarrage de pétroliers, qui comporte une cloche relevable et abaissable dans un réservoir installé dans le fond marin et qui communique par des canalisations avec un pétrolier qui est attaché à la cloche par un câble d'ancrage adéquat En présence d'importantes formations de glace dans l'eau, la cloche peut être abaissée et être immergée complètement dans l'eau, ce qui permet à la glace de passer au- dessus sans endommager la structure d'amarrage Cependant, ce dispositif d'amarrage demande un système de commande hydraulique relativement compliqué pour la cloche et, en plus, ne permet pas une articulation universelle de la cloche, c'est-à-dire le mouvement de la cloche dans tous les sens par rapport au fond marin, afin de limiter autant que possible l'appli- cation d'importantes forces latérales à la cloche En outre, ce dispositif d'amarrage à cloche submersible est de structure relati- vement compliquée et encombrante, demande un important système de distribution et de commande hydraulique pour le fonctionnement et ne permet pas l'accès à l'intérieur sans faire appel à des plongeurs. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 3 722 223 décrit une installation submersible à un point d'amarrage dans laquelle une colonne, s'étendant d'un point d'ancrage à un socle fixé au fond marin, peut être relevée audessus de l'eau pour permettre l'attache à un pétroier ou un autre navire, ou peut être couchée sur le fond marin en étant complètement immergée Cette installation, bien qu'elle assure la protection de la bouée d'amar- rage contre des heurts accidentels par des navires passants, ou contre les endommagements par la glace en surface, émerge normalement de l'eau pendant le fonctionnement et n'est donc pas conçue pour un emploi prolongé sous la surface d'eaux arctiques De plus, la structure de cette installation est également assez complexe et ne permet pas un accès à l'intérieur sans faire appel à des plongeurs. De façon semblable, le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 3 899 990 décrit un système d'amarrage avec une colonne submersible qui est ancrée par une articulation à un socle fixé au fond marin et qui peut être relevéeau-dessus de la surface de l'eau pour permettre l'attache à un navire en surface A ce moment, le système est relevé et émerge de l'eau; sous conditions de fonctionnement normales, le système n'est pas accessible sans l'utilisation de plongeurs. L'invention apporte un dispositif d'amarrage immergé à un point d'amarrage, dans lequel une colonne généralement verti- cale, conçue pour loger un certain nombre de colonnes (conduites) montantes et un tunnel d'accès, est reliéeà un socle fixé au fond marin par l'intermédiaire d'une articulation sphérique qui permet l'articulation et la rotation de la colonne par rapport au socle. L'extrémité supérieure de la colonne, qui est située sous la surface de l'eau, est équipée d'un joint universel qui facilitera le mou- vement d'un navire autour de l'amarrage suivant la direction du vent et qui est fixé à ce joint par l'intermédiaire d'une flèche complè- tement immergée et par laquelle passent des câbles, des tuyaux flexibles et/ou des conduites rigides et d'autres liaisons menant à la partie inférieure ou immergée de la coque du navire, permettant ainsi à la glace ou à d'autres causes possibles de risques de passer librement au-dessus du dispositif d'amarrage, ce qui rend ce dernier capable de servir pendant des périodes prolongées dans des régions arctiques ou à d'autres endroits o d'importantes quantités de glace de banquise ou côtière-sont présentes Dans la mesure o l'extrémité supérieure de la-colonne est munie du joint universel, lequel permet également les mouvements de tangage et de roulis du navire amarré, de même que les mouvements de montée sur les vagues et de lacet, comme ceux qui sont produits par gros temps en surface, et puisque l'articulation sphérique à l'extrémité inférieure de la colonne permet des mouvements d'articulation et de rotation de la colonne par rapport au socle, il n'est plus nécessaire de prévoir un joint tournant ou une plate-forme tournante à l'extrémité supérieure de la colonne. Selon l'invention, l'extrémité supérieure de la colonne contient une rallonge extensible et rétractable qui, à son extrémité supérieure, présente une ouverture d'aération et d'accès pour l'entretien, permettant d'accéder à l'intérieur du système d'amarrage, sans faire appel à un plongeur, lorsque la rallonge de la colonne est en position étendue, o elle émerge de l'eau, des conditions à peu près atmosphériques régnant à l'intérieur de la colonne et de l'articulation sphérique Pendant l'emploi du dispo- sitif d'amarrage, la rallonge en haut est normalement rétractée dans la colonne, sous la surface de l'eau, pour éviter qu'une partie quelconque du dispositif soit endommagée par la glace ou d'autres objets flottant à la surface de l'eau. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention" l'articulation sphérique entre l'extrémité inférieure de la colonne et le socle fixé au fond marin contient une chambre atmosphérique qui est accessible à travers la colonne et cette articulation est conçue pour être soumise principalement à des efforts de traction et non pas aux efforts de compression auxquels une telle articula- tion est normalement soumise, ceci afin d'améliorer le fonctionnement de cette articulation. Le socle peut contenir également un raccord tournant multiple sur lequel sont branchées des conduites d'écoulement menant à et venant de puits sous-marins, ou d'une plate-forme ou d'un navire de production, ce raccord étant relié aux conduites montantes dans la colonne par des tuyaux flexibles afin de permettre la rotation de la colonne pendant que les conduites d'écoulement restent raccordées en permanence aux conduites montantes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que de la figure unique du dessin annexé, qui est une élévation latérale schématique d'un dispositif d'amarrage selon l'invention. Le dispositif immergé d'amarrage à un point représenté, désigné dans son ensemble par 10, comporte un socle 12 adéquat qui est solidement fixé ou ancré au fond marin Ce socle supporte, par l'intermédiaire d'une articulation 16, une colonne creuse 14 qui est généralement verticale et qui peut être construite, de façon bien connue dans l'art, d'acier ou de béton Dans l'exemple repré- senté, l'articulation 16 est une articulation sphérique constituée de portées hydrostatiques segmentées en polytétrafluoréthylène, ce qui facilite le remplacement de différents éléments de cette arti- culation pendant que le dispositif d'amarrage reste en service. La construction de l'articulation en polytétrafluoréthylène, ou en utilisant ce matériau pour revêtir au moins les surfaces de portée, permet en outre le fonctionnement sans dommages de l'articulation en cas de défaut d'huile de lubrification Normalement, l'articula- tion sphérique 16 est alimentée par un double système de graissage qui crée une pression suffisante, agissant dans le sens de la traction sur les segments hydrostatiques de l'articulation, pour éviter le contact des surfaces de portée La prévision d'une arti- culation sphérique comme élément de liaison entre l'extrémité inférieure de la colonne 14 et le socle 12 permet à la colonne de s'incliner et de tourner par rapport au socle, ce qui supprime le besoin d'un joint tournant au sommet de la colonne. A partir du socle 12 s'étendent, à travers la colonne 14, plusieurs conduites montantes 18 et un tunnel d'accès 20 les extrémités inférieures des conduites montantes sont reliées par un tuyau flexible 22 à un raccord multiple 24, ce qui permet à la colonne 14 de tourner par rapport aux conduites d'écoulement 26 posées sur le fond marin et établissant la liaison avec des puits sous-marins ou des plates-formes ou des navires de production. A l'extrémité supérieure de la colonne 14, située à bonne distance sous la surface de l'eau, à environ 9 à 12 m ( 30 à 40 pieds) sous la surface par exemple, peut être montée une flèche 30 qui est complètement immergée en service et est conçue pour s'étendre à peu près horizontalement vers un pétrolier ou autre navire T muni d'un organe d'attache 32 pour fixer la flèche 30 à la coque du navire Des tuyaux flexibles et des conduites rigides 34 s'étendant le long de la flèche 30 peuvent être branchés en 36 sur l'intérieur du navire T par l'intermédiaire de raccords de coque adéquats, leurs autres extrémités pouvant être reliées par des tuyaux flexibles ou un raccord tournant 38 aux conduites montantes 18, de manière à permettre l'écoulement de la cargaison liquide dans un sens ou dans l'autre entre les conduites posées sur le fond marin et le pétrolier T. Si désiré, la flèche 30 peut être munie d'au moins un flotteur 40 au cas o la colonne 14 ne possède pas une flotta- bilité suffisante pour rester en position à peu près verticale Le joint universel 42 à l'extrémité supérieure de la colonne 14 peut être disposé au point de liaison avec la flèche 30, de façon à permettre les mouvements de tangage et de roulis du pétrolier T, de même que les mouvements de montée sur les vagues et de lacet Comme la colonne 14 peut tourner à son extrémité inférieure par rapport au socle 12, il n'est pas nécessaire de prévoir un joint tournant au sommet de la colonne. Afin qu'il soit possible de pénétrer à l'intérieur du dispositif d'amarrage 10 autrement qu'en plongeur, la colonne 14 est équipée en haut d'une rallonge rétractable et extensible 44 qui sert à la fois de conduit d'aération et de passage d'accès Cette rallonge sera normalement rétractée dans la colonne 14 pendant l'utilisation du dispositif d'amarrage, de sorte qu'aucune partie de celui-ci n'émergera de la surface de l'eau ou se trouvera à proximité de la surface, ce qui élimine tout risque d'endommagement du dispositif par des éléments en surface. Lorsqu'on désire pénétrer dans le dispositif d'amar- rage 10, pour des opérations d'entretien par exemple, la rallonge 44 est étendue, éventuellement au moyen d'une commande hydraulique (non représentée) prévue dans le dispositif d'amarrage, de sorte que l'extrémité supérieure de la rallonge émerge de l'eau Cette extré- mité supérieure peut être pourvue d'un panneau adéquat permettant l'accès dans le dispositif, l'entretien de l'articulation sphérique 16 pouvant s'effectuer au travers de la chambre atmosphérique prévue dans cette articulation. Pour les cas o l'on désire pénétrer dans le dispo- sitif d'amarrage 10 alors que la rallonge 44 en haut de la colonne est inutilisable, on peut munir la colonne 14 d'un accès de plongeur 46 formant en même temps sas d'aérage, qui communique avec le tunnel d'accès dans la colonne. L'énergie nécessaire pour les pompes de graissage, l'éclairage, les systèmes de ventilation et d'autres équipements du dispositif d'amarrage peut être amenée par une "corde ombilicale" partant du navire T De plus, des bagues collectrices-et d'autres dispositifs peuvent être combinés avec le raccord tournant multiple, selon des techniques bien connues. Il ressort clairement de ce qui précède que le dispo- sitif selon l'invention est adapté, de manière simple, pour laisser passer la glace au-dessus de lui pendant le fonctionnement normal, ce qui permet son emploi dans des régions arctiques et à d'autres endroits o de la glace de banquise ou côtière est présente Du fait que la flèche d'amarrage 30 qui est complètement immergée - est attachée à une partie basse de la coque ou à une autre partie inférieure immergée du navire T, ou desprolongements de celui-ci, les conduites rigides, les liaisons flexibles, la colonne 14 et la flèche 30 sont toutes situées à bonne profondeur sous l'eau et leur exposition à des contacts néfastes avec de la glace flottant sur l'eau ou avec d'autres objets présentant des dangers en surface est clairement évitée. REVENDICATIONS 1 Dispositif immergé d'amarrage à un point, possédant un socle fixé au fond marin, une colonne sensiblement verticale ou une structure semblable, une articulation entre le socle et l'extré- mité inférieure de la colonne et des moyens d'amarrage à l'extré- mité supérieure de la colonne, caractérisé en ce que la colonne ( 14) s'étend vers le haut, à partir du socle ( 12), jusqu'à un niveau qui est encore sous la surface de l'eau, que l'articulation ( 16) entre le socle et l'extrémité inférieure de la colonne permet l'inclinaison et la rotation de la colonne ( 14) par rapport au socle ( 12), qu'une flèche ( 30) est articulée par une extrémité sur le haut de la colonne ( 14) et est agencée à son autre extrémité pour être attachée à la coque d'un navire(T)et que la partie supé- rieure de la colonne ( 14) contient une rallonge télescopique ( 44) qui est rétractable dans la colonne et qui est extensible au-dessus de la surface de l'eau pour permettre l'accès à l'intérieur de la colonne ( 14). 2 Dispositif selon la revendication 1, dont l'articula- tion entre le socle ( 12) et la colonne ( 14) est une articulation sphérique ( 16). 3 Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dont la flèche ( 30) contient un tuyau flexible reliant une conduite montante dans la colonne ( 14) à une conduite communiquant avec une entrée immergée ( 36) de la coque du navire (T). 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant à l'intérieur du socle ( 12) un raccord tournant multiple, sur lequel sont branchées des conduites de production et d'écoulement posées sur le fond marin, afin de permettre la rotation de la colonne ( 14) par rapport au socle ( 12). Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un flotteur ( 40) sur la flèche ( 30) pour maintenir la flèche et la colonne avec elle à une position prédéterminée sous la surface de l'eau. 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un sas d'aérage ( 46) dans la partie supérieure de la colonne ( 14).