Brevet FR2545516A1 — publié le 19841109

L'invention concerne un dispositif de protection d'un ouvrage en mer et de fragmentation da pack de glace, le dispositif comportant des moyens formant rampes pour soulever et briser la couche de glace. Les mers polaires sont couvertes pendant une période plus ou moins longue de l'année par une couche de glace continue ou discontinue doune épaisseur de 2 a 3 mètres pouvant atteindre par endroit une vingtaine de mètres. Ces accumulations de glace (ou ridges) sont formes par le chevauchement des plaques et se présentent localement sous l'aspect de blocs émergeant de la couche de glace. Ces blocs se prolongent sous l'eau par une partie dont le volume est plus ou moins important. Le pack est soumis aux courants marins et aux vents dominants et dérive à la surface de la mer selon une direction et à une vitesse fonction de ces phénomènes. Toute structure fixée sur le fond marin et émergeant de S'eau, contre laquelle le pack vient buter, est soumise à des forces de pousse ou de pression très importantes. Des modes de construction particuliers doivent entre employés pour assureur le maintien et la sécurité des installations soumises au pack, Selon un exemple d réalisation applicable à des fonds de faible profondeur, on forme une île artificielle par accumulation de roches et de graviers dont les rives présentent une pente ou un glacis sur lequel la couche de glace butte et éventuellement s'élève et se brise sous la poussée du pack. La masse que représente l'île est tellement importante que le pack s'ouvre et la contourne. Une telle construction demande le transport ou le dragage d'un volume énorme de matériau, est extrèmement couteux en temps, les travaux ne pouvant être exécutés que pendant la période où la mer est libre de glaces. Une solution ne nécessitant que des travaux limités est présentée par le brevet des E.U.A 3 831 385. Une plateforme, comportant des pieds mobiles verticalement et des réservoirs ou ballasts disposes dans la zone extérieure circonscrite aux pieds et s'étendant du pont à la base, est amenée sur le site et immergée de manière que la base repose sur le fond sous-marin. La plateforme est fixée par pdnétration des pieds dans le sol et éventuellement par fonçage de pieux. La surface périphérique des réservoirs est hyperbolique et la zone situe de part et d'autre du niveau de l'eau forme une rampe ascendante recevant et soulevant au-dessus du niveau de la mer, la couche de glace qui se déplace contre la structure. Les réservoirs sont remplis d'eau de mer ou d'eau douce additionnée d'antigel. Cette eau est cyclée dans un échangeur de chaleur qui lui communique une température supérieure au point de fusion de la glace et réchauffe la surface de la rampe pour empê- cher la glace de coller à la plateforme et pour réduire les forces de glissement sur la rampe. Cette plateforme présente un progrès par rapport aux îles artificielles mais elle est incontestablement plus fragile et ne peut être utilisée que sur des fonds de faibles profondeurs. En outre il est probable que la rencontre avec des blocs de grandes dimensions pose des problèmes quant à leur fragmentation ou simplement à leur détournement e L'invention vise à fournir un dispositif de protection qui utilise le mme principe de fragmentation par parois inclinées mais dont les éléments de fragmentation sont; disposes g distance de la plateforme à protéger selon des implantations particulières afin de fragmenter la couche de glace du pack en blocs de taille sufffisamment faible pour ne pas présenter un danger lorsqu'ils viennent en contact de la plateforme. Le dispositif, selon l'invention, est remarquable en ce qu'il est constitué d'éléments de fragmentation, indépendants reposant sur le fond marin, émergent à distance de la plateforme selon une implantation de forme déterminée. Les explications et figures données ci-après à titre d'exemple permettront de comprendre comment l'invention peut & re réalisée. La figure 1 représente un dispositif selon l'invention dans lequel les éléments de fragmentation sont disposés selon une première forme d'implantation. La figure 1A représente le même dispositif mais avec les éléments de fragmentation disposés en quinconce échelonnés sur deux couronnes. La figure 2 représente une mtme forme dtimplantation que dans la figure 1 mais réalisée avec des éléments de fragmentation présentant une autre forme de réalisation0 La figure 3 représente une deuxième forme d'implantation du dispositif selon l'invention. La figure 4 est une troisième forme d'implantation du dispositif. La figure 5 est une vue en perspective d'une première forme de réalisation d'un élément du dispositif. La figure 6 est une vue en perspective d'une première variante de la forme de réalisation de l'élément de fragmentation selon la figure 5. La figure 7 est une vue en coupe longitudinale d'un élément selon la figure 5. La figure 8 est une vue en coupe selon VIII-VIII de l'élément de la figure 7. La figure 9 est une vue en coupe selon un plan diamétral d'une deuxième forme de réalisation d'un élément du dispositif de la figure 2. La figure 10 est une vue en coupe selon X=X de la figure 9. La figure 11 est une vue de dessus d'une troisième forme de réalisation d'un élément de fragmentation. La figure 12 est une vue de dessus d'une quatrième forme de réalisation. La figure 15 est une vue en coupe longitudinale d'un élément de fragmentation semblable à celui des figures 7 et 8 mais avec sommet mobile. La figure 14 est une vue selon XIV-XIV de la figure 13. La figure 15 est une vue en coupe axiale d'un élément de fragmentation semblable à celui des figures 9 et 10 mais avec un sommet mobile. Le dispositif de protection d'une plateforme et de fragmentation du pack selon l'invention est constitué d'éléments de fragmentation indépendants reposant sur le fond marin, émergent à distance autour de la plateforme selon différentes formes d'implantation. Cette implantation est fonction des conditions de ddplaoement du pack soumis aux courants marins et aux vents dominants et tient compte de la situation de la plateforme.Plusieurs cas peuvent se présenter -la plateforme est en pleine mer et le pack dérive selon les vents et les courants dans des directions variables l'implantation des éléments de fragmentation 1 est faite selon les figures 1/et 2, les éléments étant distribués régulièrement selon une circonférence centrée sur la plateforme 2 ;; -la plateforme est en pleine mer, le pack avance dans une direction approximativement invariable, l'implantation est réalisée selon une forme en V (Fig 3), la bissectrice de l'angle du V étant parallèle à la direction de déplacement du pack, l'ouverture du V étant dirigée dans le mme sens que le déplacement et approximativement aplomb de la plateforme, ou selon un alignement (Fig 4) perpendi culaire à la direction de déplacement du pack. Ces implantations peuvent être utilisées en tout ou en partie dans des cas antres que ceux précédemment cités. en particulier lorsque la plateforme se trouve à faible distance d'une protection naturelle, telle qu'une île, une côte ou dans une baie, celle-ci remplaçant une partie des éléments. Les éléments de fragmentation 1 sont constitués de volumes creux de béton et/ou d'acier réalisés en un ou plusieurs éléments dont certains peuvent être mobiles. Les éléments de fragmentation sont munis de moyens de ballastage permettant éventuellement leur remorquage à flot sur le site d'installation et leur pose sur le fond marin dans de bonnes conditions de stabilité. Ces moyens, classiques, ne seront pas décrits. D'une manière générale, les éléments de fragmentation présentent selon une coupe par un plan vertical parallèle à la direction de déplacement du pack une forme triangulaire reposant généralement directement ou indirectement par son plus grand cStd sur le fond marins Ces éléments de fragmentation créent un changement de direotion dans le mouvement du "flux de glace". Le changement de direction casse obligatoirement la glace puisquiil occasionne un hiatus ou discontinuité dans ce qu'on peut appeler le t'débit de glace crestaà- dire le nombre de tonnes ou m3 de glace par mètre de largeur du "front de glace" et par seconde. En effet la glace montant la pente de lélément de fragmentation a une composante de vitesse horizontale identique à celle du front de glace mais étant donné qu'elle parcourt en même temps un certain trajet vertical elle devra avoir une vitesse résultante plus grande que celle du front de glace ce qui a pour effet de l'éloigner dudit front et donc de la casser Ou bien, la glace a sur sa trajectoire une vitesse constante et sa section constante ne peut entre à la foi perpendiculaire à l'horizontale et à la nouvelle direction. Selon la forme de réalisation représentée figure 5 et adoptée par exemple pour des éléments de fragmentation implantés circonférentiellement(Fig1,1A)ou perpendiculairement (Fig 4) cXux-ci se présentent sous la forme d'un volume prismatique ou d'un coin. Selon une variante de cette forme représentée figure 6 et adoptée par exemple dans le cas d'une implantation en V (Fig 3) les arases 3 et 5 situées dans le plan de base sont concourantes, ainsi que l'arête sommitale 4. IB en résulte qu'au moins la face 6 déterminée par les arêtes 4 et 5 présente par rapport à la face 7 de l'élément prismatique de la figure 5 un devers qui facilite l'évacuation de la glace à l'extérieur de la zone protégée de la plateforme comme indiqué par les flèches 40. Les éléments de fragmentation selon l'exemple de la figure 3 ont des formes symétriques par rapport à la bissectrice de l'angle du V. Selon l'exemple de la figure 2, une implantation identique à celle de la figure i a été réalisée avec des éléments de fragmentation de forme conique dont des formes de réalisations ont été représentées figures 9,10 et 15 et qui seront ultérieurement décrites. Les éléments prismatiques ou en coin, représentés en coupe figures 7 et 8, sont des eléments monoblocs étanches réalisés au moins partiellement en béton. Ils comportent une base rectangulaire 8 destinée à reposer sur le sol marin 9. Les bords longitudinaux de la base supportent les parois verticales 10,11 qui ferment le volume déterminé par les faces inclinées 12,13, élevées sur les bords transversaux. La partie sommitale 14 comportant l'arête est réalisée sous forme dun prisme plein constituant une partie intégrante des parois. Le volume intérieur de l'élément est divisé par des cloisons longitudinales 15 et transversales 16,17 comportant vers leur sommet des ouvertures 18 permettant lors de la pose sur le site d'égaliser les hauteurs d'eau de ballastage dans les divers compartiments. Ces cloisons participent également à la rigidité de l'ensemble et au maintien- mécanique de la partie sommitale 14. Il faut noter ici que le pack est formé à partir de l'eau de mer. La teneur en sel de l'eau de mer n'est pas homogène et varie- avec la profondeur. En surface et près de la surface la salinité diminue soit par ségrégation due aux densités et changements de température, soit surtout par chute de neige ou condensation de brouillard qui amènent de l'eau douce, voir m8me par apport d'eau des rivières proches pendant les époques de dégel à terrez. La mer risque de regeler autour des blocs fragmentés avant que ceux-ci dérivant ne dépassent la structure centrale. Pour éviter cela, la face aval 12 (de l'élément de fragmentation, figure 7) est équipée de conduites 45 aboutissant à l'extérieur là oW le pack est déjà fragmenté. Ces conduites sont reliées à une installation de pompage (non représentée) qui peut être placée par exemple sur la plateforme centrale. Ladite installation permettant d'arroser au jet les blocs avec une saumure de chlorure de7caItidm. Cette saumure vas se mélanger à l'eau de surface évitant ainsi qu'elle ne gèle entre les blocs. Les éléments de fragmentation en forme de prisme ou de coin ayant ou non une face en dévers présentent selon les exemples de réalisation des angles à la base differents d'oeil résulte qugune des faces a une pente moindre. Cette pente correspond à un angle compris approximativement entre 15 et 250. L'élément de fragmentation est disposé par rapport à la direction de déplacement du pack de manière que la face de plus faible pente (donc la plus longue) reçoive le pack 20. La hauteur de l'élément est telle que lar8te (ou la pointe) supérieure se trouve au voisinage de la surface de l'eau. En effet du pont de vue fonctionnel, il n'est pas indispensable que l'arsste soit émergeante; il suffit que le niveau oW elle se trouve soit plus haut que la face inférieure du pack pour qu'elle puisse opérer un changement de direction verticale ou latérale Le mode d'action des éléments de fragmentation, tels que représentés aux figures 7 et 8,est le suivant : la plaque de glace 20 est poussée sur la surface 13. Son ascension sous la pression du pack, le long de la pente crée des tensions de flexion qui fracturent la plaque ên blocs. Lorsque ceux-ci parvienneet au sommet sur 1'arête 19 ils basculent dans l'eau en aval. Comme le pack est formé d'eau douce ou au moins d'eau de salinité inférieure à celle de l'eau de mer, les blocs, séparés par le l'eau de mer dont la température de congélation est plus basse que celle de la glace ne se ressouderont pas et auront le temps entre évacués par le courant au travers des éléments de fragmentation disposés en aval de la plateS.orme. Les éléments de fragmentation de forme prismatique ou en coin avec dévers tels que représentés figure 6 et implantés en V selon la figure 3 ont sur la glace un mode d'action semblable à celui précédemment décrit, tbute- fois par suite de l'inclinaison transversale ou devers de la face de l'élément les forces de relèvement de la glace dont les composantes sont situées dans le plan vertical longitudinal de l'élément de fragmentation, donneront naissance à des forces de torsion dont les composantes seront situées dans le plan transversale La couche de glace sera fragmentée en blocs qui préférentiellement s'évacueront par le bord longitudinal le plus bas de la surface. Un mode d'aetion semblable et symétrique est obtenu avec des éléments de fragmentation ayant deux faces en dévers. Les figures 9 et 10 montrent une autre forme de réalisation de l'élément de fragmentation susceptible de convenir pour une implantation circonférentielle, la surface sur laquelle vient se fragmenter la couche de glace présentant au moins une surface de dévers. La forme représentée est un c8ne d'axe perpendiculaire à sa base. D'autres formes semblables (?ig i1 et 12) telles que la pyramide ou le tronc de pyramide d'sexe perpendiculaire ou incliné par rapport à la base disposées sur le fond marin de manière qu'une arête ou une face présente une partie inclinée du fond vers la surface peuvent avantageusement constituer des éléments de fragmentation du dispositif de protection deun ouvrage marine L'élément conique représenté sur les figures g et 10 comporte un fflt central 21 sur lequel sont formées des cloisons radiales 22.Les compartiments définis entre les cloisons sont munis de moyens connus permettant leur ballastage en eau de mer et la pose sur le site après remorquage à flot. Le sommet 23 du cone est massif et est maintenu par le fflt 21 et les cloisons radiales 22. Tians l'exemple représenté, la surface conique se raccorde directement à la base 24. Il est possible selon la qualité du sol et la poussée de la glace de raccorder la surface conique à une surface cylindrique (comme représenté en traits interrompus 42 sur la figure 9) dont la hauteur par rapport a' la base est inférieure au niveau le plus bas de la couche de glace continue0 Lorsque le pack est tres épais ou comporte des blocs de très grande épaisseur ("ridges"), on a prévu sur les éléments une partie sommitale mobile, La figure 13 montre un élément prismatique du genre représente par les figures 7 et 8 dans lequel la partie sommitale 25 est prévue comme une pièce indépendante mobile autour d'un axe 26 fixe sur la partie de base de l'élément de fragmentation. L'élément est donc constitué deune partie de base inférieure, réalisée sous la forme d'un isme tronqué fermé par une cloison 27 parallèle à la base, et d'une partie sommitale d'un caisson métallique dont le fond 28 s'appuie sur la cloison 27 de la partie de base par l'intermédiaire d'un vérin plat 29 et de butoirs 30. Le vérin plat est formé de deux anneaux rectangulaires à coins arrondis 31,32, fixés respectivement sur la cloison 27 et sur le fond 28 pénétrant au moins partiellement l'un dans l'autre. L'étancheité entre les deux corps est assurée par une membrane 33. La cloison 27 est traversée par des tuyaux d'alimentation 34 du vérin qui amènent de l'eau de mer sous pression ,lesdits tuyaux comportant des clapets antiretour 44. La cloison comporte également des conduits de vidange rapide 35 débouchant en 43 sur la face aval de l'élément. Ces conduits portent des moyens de vidange rapide 37, par exemple, des vannes de forte section à passage direct et à ouverture rapide. Le mode de fonctionnement des éléments de fragmentation à sommet mobile est le suivant : la partie sommitale 25 est dans la position basse représentée sur la figure 13 en trait continu, ses faces étant dans le prolongement des faces correspondantes de la partie de base, le vérin plat 29 étant en position basse et la partie sommitale 25 reposant sur les butoirs 30 La plaque de glace 36 glisse sur la surface en pente et par suite de sa grande d.paisseur est poussée en porte à faux au delà de l'arête sommitale.On introduit dans le vérin de l'eau sous pression ce qui a pour conséquence de soulever la partie sommitale en la faisant tourner autour des axes-26 pour l5amener dans la position repré- sentée en traits interrompuso On évacue brutalement lXeau du vérin par les conduits 35 de manière que la partie sommitale descende brusquement sur ses butoirs 30. La plaque de glace tombe sous l'effet de son poids et vient se briser sur l'artteO Le temps séparant deux cycles de soulèvement et de fragmentation de la glace est fonction de la vitesse d'avancée du pack et peut entre réglé en fonction de cette vitesse et de la dimension admissible des blocs fragmentés, la prise en route du mécanisme pouvant être déclenchée automatiquement par exemple par un dispositif de mesure aux ultrasons(non représenté) ou par un tout autre système placé sur la face inclinée 13 qui détecte l'arrivée de pack dont l'épaisseur est plus grande qu'à l'ordinaire. Afin d'éviter le gel de l'eau remplissant le vérin, il peut être nécessaire de la saturer en sel. L'eau évacuée du vérin est soit recyclée, soit rejetée à la mer (comme montré sur la figure 13). Comme déjà dit l'eau rejetée augmente localement le degré de salinité de l'eau de mer et coopérant avec la saumure débitée éventuellement nar les tubes 45 (voir figures 7 et 9) contribue à réduire les risques de soudage des blocs entre eux lors de leur dérive dans le plan d'eau entourant la plateforme. L'espace 48 compris entre le vérIn plat et l'extérieur est toujours plein d'eau. Pour éviter que cette eau ne gèle, il est prévu de rendre cet espace étanche à l'aide par exemple d'un soufflet 46 étanche et de le mettre en communication avec l'extérieur par le conduit 47 connecté aux conduits de vidange rapide à la sortie du moyen de vidange rapide 37. La figure 15 montre un système comparable à celui des figures 13,14 mais prévu pour un élément de fragmentation conique à sommet mobile. La partie sommitale ou sommet 38 est susceptible de se déplacer verticalement sous l'action d'un vérin plat hydraulique de forme circulaire en tout point semblable à celui précédemment décrit. Les conduits d'évacuation de l'eau sont disposés autour de la circonférence de la partie de base 39 de l'élément. les organes semblables à ceux de exemple précédent portent les mêmes références et assurent le mimes fonctions en vue dtobtenir l'élévation du sommet 38 jusqu'à la position représentée en traits interrompus. Cette élévation entrante l'élévation et la fracturation éventuelle en amont de la plaque de glace qui se trouve ainsi séparée du pack. Le sommet 38 est brusquement ram@né à sa position basse par vidange rapide du vérin et tombe sur les butoirs 30. Le bloc de glace en porte à faux tombe sous l'effet de son poids et se détache de la plaque poussée le long de la génératrice du cone. Dans cette forme de réalisation ainsi que dans celle représentée figure 12, la génératrice du cone ou l'arête du prisme participe à la fracturation du pack dans le sens longitudinal par rapport à sa direction de déplacement de manière active lorsque le sommet de l'élément est mobile, de manière passive lorsque le sommet est fixe. Dans le dispositif selon l'invention, les éléments de fragmentation sont implantés de manière qu'ils soient séparés les uns des autres dupe distane comprise approximativement entre une fois et une fois et demi leur largeur. Cette distance permet dans les d.onditions envisagées de fragmenter la couche de glace en blocs ne présentant pas de dangers pour la plateforme. RnVENDIC ATI ONS 1. Dispositif de protection d'un ouvrage en mer et de fragmentation du pack de glace, le dispositif comportant des moyens formant rampes pour soulever et briser la couche de glace caractérisé en ce qutil est constitué d'éléments de fragmentation (1) indépendants reposant sur le fond marin, émergent à distance de la plateforme (2) selon une implantation de forme déterminée. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractéri. sé en ce que l'implantation est en forme de cercle centré sur la plateforme. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'implantation est en forme de V, la bissectrice de l'angle du V étant parallèle à la direction de déplacement du pack, l'ouverture du V étant dirigée dans le même sens que le déplacement. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que limplantation est en forme d'alignement perpendiculaire à la direction de déplacement du pack. 5. Dispositif selon ltune des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une partie des éléments de fragmentation présentent, selon une coupe par un plan vertical parallèle à la direction de déplacement du pack, une forme triangulaire reposant directement ou indirectement par son plus grand côté sur le fond marin. 6; Dispositif selon la revendication 5s caractérisé en ce que lSélément de fragmentation est un volume prismatique au moins partiellement creux, la face de plus faible pente (6,7,13) étant dirigée dans le sens de déplacement du pack et en amont du sommet émergent (19). 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément de fragmentation est un volume conique au moins partiellement creux. 8. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'au moins une face de plus faible pente présente un dévers, 9. Dispositif selon la revendication 6, caracté- risé en ce que des éléments de fragmentation comportent une partie sommitale (25) indépendante posée sur une partie de base (27) par l'intermédiaire d'un vérin plat hydraulique (29) et de butoirs (30), ladite partie sommitale étant mobile autour d'un axe (26) parallèle à l'un des bords transversaux supérieurs de la partie de base, des conduits de vidange rapides (35) prévus entre le vérin et au moins une des faces de la partie de base, des moyens de vidange rapide (37) disposés dans les conduits de vidange rapide, ledit vérin étant susceptible de lever la partie sommitale par rotation autour de l'axe, les moyens de vidange rapide faisant retomber la partie sommitale sur les butoirs. 10. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que des éléments de fragmentation comportent une partie sommitale (38) indépendante posée sur une partie de base (39) par lintermédiaire deun vérin plat hydraulique (29) et de butoirs (30), des conduits de vidange rapides (35) prévus entre le vérin et la eirconfé- rence de la partie de base des moyens de vidange rapide (37) disposés dans les conduits de vidange rapide, ledit vérin étant susceptible de déplacer verticalement la partie sommitale, les moyens de vidange rapide du vérin faisant retomber la partie sommitale sur les butoirs. 11. Dispositif selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que la partie sommitale (25,)8) est formée d'un caisson métallique fermée 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le vérin plat est formé de deux anneaux concentriques (31,32) fixés respectivement sur le fond (28) du caisson et sur une cloison (27) formant le haut de la partie de base, s'emboîtant au moins partiellement ltun dans l'autre, et d'une membrane (33) d'étancheité disposée entre les deux bords des anneaux.