Brevet FR2551721A2 — publié le 19850315

FR 2551721 A2 19850315 FR 8314640 A 19830914 1 2551721 La présente invention concerne généralement et a essentiellement pour objet des perfectionnements à l'invention décrite dans le brevet principal et, plus particulièrement mais non exclusivement, certains modes de réalisation 5 spécifiques de celle-ci ainsi que les diverses applications et utilisations résultant de leur mise en oeuvre et les ensembles, agencements, appareils, équipements et installations qui en sont pourvus. Le brevet principal se rapporte à un système d'amarrage, en mer,d'un corps flottant de grandes dimensions, tel qu'un bateau-citerne ou navire pétrolier ou une grosse unité flottante tel qu'une plate-forme semisubmersible,un réservoir flottant ou une usine flottante etc, destinés par exemple respectivement au chargement et au déchargement, 15 à l'emmagasinage ou stockage et à la conservation et/ou au traitement de produits minéraux extraits du fond sous-marin, tels que pétrole, gaz naturel, etc Un tel système d'amarrage, qui est notamment du type exposé dans au moins l'une des revendications du brevet principal, comprend un 20 dispositif d'ancrage fixe permanent sur fond marin, une structure ou poutre de liaison rigide, sensiblement en forme de chape ou d'étrier constituant un joug indéformable constamment immergé entièrement et de préférence au moins approximativement triangulaire, dont la longueur du côté 25 de base correspond au moins à la largeur ou dimension horizontale transversale du corps flottant et qui est articulé, d'une part,au dispositif d'ancrage par son extrémité de sommet opposée à son côté de base, en particulier au moyen d'une articulation triaxiale formant notamment joint 30 universel ou de Cardan, et, d'autre part, par les deux extrémités opposées de son côté de base, respectivement à l'extrémité inférieure de deux éléments de traction, tels que chaînes ou liens souples ou flexiblesanalogues, barres articulées ou organes équivalents, reliés par leur extrémité supérieure 35 au corps flottant respectivement de chaque côté de celuici ainsi qu'un contrepoids de lestage fixé au joug notamment au niveau de sa liaison aux éléments de traction 2 2551721 et destiné à créer une force de rappel élastique appliquée au corps flottant. Dans ce système et en mer libre, les phénomènes dynamiques naturels, tels que l'effet de la houle, des courants marins, du vent etc,exercent une poussée horizontale sur le corps flottant tel que navire ne dépassant généralement pas 1000 t (soit 10 000 k 4) Par contre, dans l'océan glacialarctique ou antarctique, la glace de mer peut exercer une force de poussée pouvant atteindre 10 5 000 t (soit 50 000 k 1) Or, si le système d'amarrage articulé précité est conçu pour pouvoir équilibrer un effort de poussée horizontale de 5 000 t (ou 50 000 ko), il nécessite un contrepoids très lourd afin que, sous cette force de poussée, le système d'amarrage articulé ne prenne 15 jamais une configuration alignée en ligne droite mais conserve toujours une configuration en ligne brisée, même sous des forces de poussée maximales, pour éviter des efforts ou contraintes excessifs en particulier à l'emplacement de la liaison articulée avec le dispositif d'ancrage. 20 Un tel système,conçu pour équilibrer des forces de poussée pouvant atteindre 5000 tou 50 000 k N présente alors l'inconvénient de ne pas pouvoir être utilisé pour l'amarrage en mer libre, c'est-à-dire dépourvu de glaces de mer, car en raison de la force de rappel élastique très 25 grande ainsi exercée par ce contrepoids très lourd, les efforts dynamiques sur le système d'amarrage articulé et notamment sur sa liaison articulée au dispositif d'ancrage deviendraient également excessifs. La présente invention de perfectionnement a principalement pour but de supprimer cet inconvénient en créant un système d'amarrage polyvalent, c'est-à-dire utilisable aussi bien en mer libre qu'en mer à glaces (océan glacialarctique ou antarctique) Ce problème technique est résolu conformément à l'invention par un 35 système d'amarrage qui est caractérisé en ce que le contrepoids précité est à masse arbitrairement variable par réglage sélectif. 3 2 2551721 Cette disposition présente l'avantage que l'on peut modifier, à volonté, la masse du contrepoids de lestage, de façon à le rendre suffisamment lourd pour accomplir sa fonction en mer glaciaire ou à réduire son poids de façon que le système articulé puisse fonctionner correctement en mer libre. Selon une autre caractéristique de l'invention, le contrepoids précité se compose d'une partie à masse fixe ou constante et d'une partie formant réservoir ou o 10 flotteur sélectivement ballastable Il est ainsi possible de faire varier à volonté la masse du contrepoids soit en remplissant le réservoir ou flotteur ballastable au moins partiellement d'eau pour l'alourdir ou bien en vidangeant au moins partiellement ledit réservoir ou flotteur pour 15 alléger le contrepoids Ce contrepoids peut par exemple consister en une combinaison ou association d'un contrepoids de masse fixe ou constante avec un récipient de capacité suffisante pour former réservoir ou flotteur ballastable. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, les éléments de traction précités sont reliés au corps flottant précité en dessous de la ligne de flottaison c'est-à-dire à la carène de celui-ci, à une profondeur suffisante sous l'eau pour que leursemplacements de liaison respectifs au corps flottant soient toujours situés sous la couche de glace de mer éventuelle Cette disposition présente l'avantage d'éviter tout blocage accidentel du système d'amarrage par la glace de mer éventuellement environnnante. Suivant encore une autre caractéristique de l'invention, chacun des deux éléments de traction précités sert de support auxtuyauteriesde passage d'eau de ballast o est constitué par une conduite tubulaire de passage d'eau de ballast débouchant à sa partie extrême inférieure dans le flotteur ballastable précité et communiquant à sa partie extrême supérieure avec des moyens d'amenée ou de remplissage 4 2551721 et d'enlèvement ou de vidange d'eau de ballast Ces éléments de traction peuvent aussi servir à supporter les conduites tubulaires ou canalisations de transfert de fluides liquides et/ou gazeux entre engin flottant amarré et canali5 sations sur fond marin. Pour des profondeurs locales relativement faibles c'est-à-dire par exemple inférieures à 150 m, le joug précité est avantageusement relié directement au dispositif d'ancrage se trouvant sur le fond marin Par contre pour des 10 profondeurs locales relativement plus grandes, par exemple supérieures à environ 150 m, cette liaison directe n'est plus possible Pour éliminer cet inconvénient et indépendamment de la présence ou de l'absence d'une possibilité de réglage de la masse du contrepoids précité, l'invention propose un 1 5 dispositif d'amarrage du genre mentionné précédemment et qui se compose d'une embase reposant ou fixée sur le fond marin et d'une colonne oscillante constamment immergée entièrement, articulée par son extrémité inférieure à ladite embase, de préférence par une articulation triaxiale ou sphérique for20 mant par exemple joint universel ou de Cardan, et pourvue d'un flotteur stabilisateur à sa partie extrême supérieure, le joug précité étant articulé au sommet de ladite colonne. Dans le cas ou cette variante d'exécution doit être utilisée uniquement en mer libre, le contrepoids peut être à masse 25 fixe ou constante, c'est-à-dire sans réservoir ballastable et les éléments de traction peuvent être constitués par exemple par des chaînes reliées à leurs extrémités supérieures au corps ou engin flottant en des emplacements respectifs situés au-dessus de la ligne de flottaison de celui-ci. Selon une autre caractéristique de cette variante d'exécution dans le cas ou celle-ci doit être utilisée indifféremment en mer libre et en mer glaciaire (océan glacial arctique ou antarctique), le contrepoids de lestage peut être réalisé conformément au mode de réalisation décrit 35 ci-dessus pour les systèmes d'amarrage pour profondeurs locales relativement faibles, c'est-à-dire notamment avec un réservoir sélectivement ballastable. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, 2551721 caractéristiques, avantages et détails de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description explicative qui va suivre en se reportant aux dessins schématiques annexes donnés uniquement'à titre d'exemples 5 non limitatifs illustrant plusieurs modes de réalisation spécifiques actuellement préférés de l'invention, et dans lesquels: la figure 1 représente une vue de côté, en élévation, d'un système d'amarrage polyvalent, conforme à 10 l'invention, d'un engin flottant tel qu'un navire en mer relativement peu profonde; la figure 2 représente une vue de face avant selon la flèche II du système représenté sur la figure 1; la figure 3 est une vue de dessus du système 15 précité; la figure 4 est une vue latérale en élévation d'une variante du système d'amarrage conforme à l'invention, utilisable en mer relativement profonde; et la figure 5 est une vue de face avant selon la 20 flèche V du système selon la figure 4. Selon l'exemple de réalisation représenté sur les figures 1 à 3 des dessins, le système d'amarrage articulé polyvalent en mer relativement peu profonde, par exemple d'une profondeur locale ne dépassant pas 150 m, comprend 25 un dispositif d'ancrage 101 constitué par une embase reposant et maintenue sur le fond marin 102 par son propre poids suffisamment lourd ou fixée au fond marin par exemple par des pieux foncés dans le sol Le joug triangulaire précité 103 est articulé par le sommet 104 de 30 sa structure triangulaire au dispositif d'ancrage 101 par l'intermédiaire d'une articulation triaxiale ou sphérique formant par exemple joint universel ou de Cardan permettant un débattement angulaire à trois degrés de liberté respectivement autour de trois axes concourantcentrés à 6 2551721 l'articulation, de façon à permettre un mouvement de rotation de lacet autour de l'axe vertical passant par l'articulation, un mouvement de rotation de tangage autour d'un axe horizontal perpendiculaire à l'axe de symétrie de la forme triangulaire du joug et un mouvement de rotation de roulis autour d'un axe horizontal coincidant avec l'axe de symétrie de la forme triangulaire du joug, ce jbug étant avantageusement en forme de triangle isocèle à deux côtés latéraux 103 a et 103 b égaux et à base 103 c. Coaxialement à l'articulation 105 est prévu au moins un joint tournant ou pivotant de tuyauterie 106 pour chaque conduite 107 de chargement ou de déchargement d'unnavire citerne à amarrer, laquelle n'est pas représentée plus en détail dans les dessins. Les trois côtés ou membrures du joug 103 sont avantageusement constitués chacun par une poutre en treillis. Le contrepoids à masse sélectivement variable 108 est disposé sensiblement aux deux sommets de base du joug 103 et supporté par exemple respectivement par les deux côtés latéraux 103 a et 103 b de celui-ci sensiblement vers leur extrémité Ce contrepoids comprend avantageusement une enveloppe par exemple cylindrique ou tronconique (voir figure 2) subdivisée en deux compartiments, à savoir: un compartiment 108 a rempli d'une masse solide fixe ou 25 constante et un compartiment 108 b juxtaposé ou accole au premier et formant réservoir ou flotteur ballastable. Le corps ou engin flottant à amarrer est constitué ici par exemple par un navire-citerne brise-glace 109 dont la partie de préférence avant est reliée, de chaque 30 côté,au joug 103 notamment respectivement sensiblement aux extrémités transversales opposées de sa base 103 c (c'est-à-dire à l'extrémité de ses brasou côtés latéraux 103 a, 103 b) par deux éléments de traction ou de suspension articulés respectivement par leur extrémité inférieure 35 111 au joug 103 et par leur extrémité supérieure 112 au navire 109 notamment en un emplacement situé en dessous 7 2551721 de la ligne de flottaison 113 du navire donc à la carène de sa coque à une profondeur suffisante pour se trouver toujours en dessous de la couche de glace de mer éventuelle susceptible d'entourer le navire L'extrémité libre du joug 103 est ainsi en quelque sorte suspendue au navire 109 par les éléments de traction ou tirants 110. La longueur de la base 103 c du joug 103 est de préférence supérieure à la largeur ou dimension transversale du navire 109 à l'emplacement de raccordement 112 des 10 éléments de traction 110 sur celui-ci, de sorte que ces éléments de traction sont inclinés sur le plan vertical médian longitudinal 114 du navire passant par le joint d'articulation 105 sur le dispositif d'ancrage et constituant ainsi sensiblement un plan de symétrie de l'ensemble 15 du système (voir figure 2). Les éléments de traction 110 sont situés normalement dans un même plan vertical transversal passantpar la base 103 c du joug en l'absence de toute sollicitation exercée par la mer sur le navire, de sorte que la base 103 c du joug est alors sensiblement horizontale Si des glaces de mer (non représentées) tendent à repousser le navire 109 de façon à l'éloigner radialement de l'axe vertical du dispositif d'ancrage 105, le système articulé,composé du joug 103 et des éléments de traction 110, prend alors la 25 configuration présentant en vue de profil la forme d'une ligne brisée tracée sur la figure 1 en ligne discontinue en traits interrompus 115, le point de liaison 112 venant alors en 112 ' et le joug 103 basculant autour de son axe d'articulation horizontal perpendiculaire au plan de la figure 1 de façon à pivoter vers le haut Le contrepoids exerce alors une force de rappel sur le navire, tendant à le ramener dans sa position d'équilibre stable représentée sur la figure 1 Grâce à l'articulation triaxiale 105, le navire peut exécuter librement des mouvements respective35 ment de tangage, de roulis, de lacet et d'évitage. 2 s 2551721 Dans l'océan glacial comportant des glaces de mer, chaque réservoir ballastable 108 b sera rempli au moins partiellement d'eau de ballast pour alourdir le contrepoids 108 de façon appropriée tandis que, si ce système doit 5 être utilisé en mer libre dépourvue de glaces de mer, le réservoir de ballastage 108 b sera vidé au moins partiellement de son eau de ballast de façon à alléger le contrepoids 108 d'une façon appropriée correspondante. Chaque élément de traction 110 peut servir à sup10 porter la tuyauterie de remplissage et de vidange du réservoir ballastable 108 b correspondant ou bien forme lui-même cette tuyauterie en étant par exemple constitué par une conduite tubulaire de diamètre approprié. La variante d'exécution selon les figures 4 et 5 15 représente un système d'amarrage en mer relativement profonde, c'est-à-dire d'une profondeur locale excédant par exemple 150 m Dans cette variante, l'extrémité 104 du joug 103 est articulée, par une articulation triaxiale ou sphérique telle qu'un joint universel ou de Cardan 116, au 20 sommet d'une colonne oscillante 117 constamment immergée entièrement à une profondeur suffisante pour se trouver toujours en dessous de la couche de glace de mer pouvant éventuellement entourer le navire 109 sans gêner le passage de navires au-dessus de cette colonne 25 (dont le sommet doit donc se trouver suffisamment loin en dessous de la quille du navire). La colonne 117 comporte généralement un flotteur stabilisateur 118 à sa partie supérieure qui exerce une force de rappel constante sur la colonne, tendant à la redresser à la verticale A son extrémité inférieure, la colonne 117 est articulée à l'embase 101 par l'intermédiaire d'une articulation formant de préférence joint universel ou de Cardan 119 Une telle colonne oscillante articulée est bien connueen soi et ne sera donc pas décrite davantage 35 ici. 9 2551721 En mer libre dépourvue de glaces, le navire 109 peut être relié au joug 103 par des éléments de traction formant par exemple liens flexibles ou souples tels que des chaînes articulées par leur extrémité supérieure à l'avant du navire 109 en des emplacements situés audessus de la ligne de flottaison 113 du navire. Par contre dans l'océan glacial arctique ou antarctique pouvant comporter des glaces de mer, la structure, constituée par le joug 103 et les éléments de traction 120, 10 sera constituée comme cela a été décrit en corrélation avec le mode de réalisation selon les figures 1 à 3, les éléments de traction étant alors articulés à la carène sous la ligne de flottaison 113 du navire En cas de système d'amarrage polyvalent,le contrepoids 108 sera 1 ' 15 masse sélectivement réglable et présentera une structure analogue à celle décrite en corrélation avec le mode de réalisation représenté sur les figures 1 à 3. Dans tous les cas, le joug sera toujour entièrement immergé à une profondeur suffisante pour être toujours 20 complètement situé en dessous de la couche de glace de mer éventuelle et à ne pas offrir d'obstacle gênant au passage du navire au-dessus de lui. Le système d'amarrage précité est conçu de façon à produire un découplage des mouvements à haute fréquence 25 du navire dans la direction respectivement longitudinale et transversale en fonction de la position relative du joug 103 Le contrepoids est ajusté de façon à rendre optimalesdes charges minimales de pointe ainsi que la fatigue minimale des tuyauteries souples ou flexibles de 30 liaison Un grand avantage de ce système est qu'il permet de réaliser une force de rappel sensiblement linéaire, même en eau peu profonde. Bien entendu,l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'a titre d'exemple En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs diverses combinaisons. 2551721 R E V E N D I C A T I 0 N S REVENDICATIONS 1 Système d'amarrage en mer d'un gros corps flottant ( 109) selon l'une des revendications du brevet principal, comprenant un dispositif d'ancrage fixe permanent ( 101) sur fond marin ( 102), un joug rigide ou indéformable ( 103) constamment immergé entièrement, de préférence au moins approximativement triangulaire, dont la longueur de base ( 103 c) correspond au moins à la largeur ou dimension horizontale transversale du corps flottant ( 109), et articulé, d'une part, au dispositif d'ancrage par son 10 extrémité de sommet ( 104) opposée à sa base ( 103 c) notamment au moyen d'un joint triaxial et, d'autre part, par les deux extrémités opposées ( 103 c), respectivement à l'extrémité inférieure ( 111) de deux éléments de traction ( 110) reliés par leur extrémité supérieure ( 112) au corps 15 flottant ( 109) respectivement de chaque côté de celui-ci, ainsi qu'un contrepoids de lestage ( 108) fixé au joug ( 103) notamment au niveau de sa liaison aux éléments de tracton ( 110), caractérisé en ce que ce contrepoids ( 108) est à masse arbitraitement variable par réglage sélectif. 20 2 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le contrepoids précité ( 108) se compose d'une partie à masse fixe ou constante ( 108 a) et d'une partie formant réservoir ou flotteur sélectivement ballastable ( 108 b). 3 Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les éléments de traction précités ( 110)sont reliés au corps flottant précité ( 109) en dessous de la ligne de flottaison ( 113) ou à la carène de celui-ci à une profondeur suffisante sous l'eau pour que leurs emplace30 ments de liaison ( 112) au corps flottant ( 109) soient toujours situés sous la couche de glace de mer éventuelle. 4 Système selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que chacun des deux éléments de traction précités ( 110) sert de support aux tuyauteries de passage d'eau de 11 2551721 ballast ou est constitué par une conduite tubulaire de passage d'eau de ballast débouchant à sa partie extrême inférieure ( 111) dans le réservoir ballastable précité ( 108 b) et communiquant à sa partie extrême supérieure ( 112) avec des moyens d'amenée et d'enlèvement d'eau de ballast. Système d'amarrage en mer d'un gros corps flottant ( 109), selon l'une des revendications du brevet principal, comprenant un dispositif d'ancrage fixe permanent ( 101) sur 10 fond marin ( 102), un joug rigide ou indéformable ( 103) constamment immergéentièrement, de préférence au moins approximativement triangulaire, dont la longueur de base ( 103 c) correspond au moins à la largeur ou dimension horizontale transversale du corps flottant ( 109) et articulé, 15 d'une part, au dispositif d'ancrage ( 101) par son extrémité de sommet ( 104) opposée à sa base ( 103 c), notamment au moyen d'un joint triaxial et, d'autre part, par les deux extrémités opposées de sa base ( 103 c), respectivement à l'extrémité inférieure ( 111) de deux éléments de traction 20 ( 110) reliés par leur extrémité supérieure ( 112) au corps flottant ( 109) respectivement de chaque côté de celui-ci, ainsi qu'un contrepoids de lestage( 108) fixé au joug ( 103) notamment au niveau de sa liaison aux éléments de traction ( 110), caractérisé en ce que ledit dispositif d'ancrage se 25 compose d'une embase ( 101) reposant ou fixée sur le fond marin ( 102) et d'une colonne oscillante ( 117) constamment immergée entièrement, articulée par son extrémité inférieure ( 119) à ladite embase ( 101), de préférence par un joint universel ou de Cardan et pourvu d'un flotteur ( 118) à sa 30 partie extrême supérieure, ledit joug ( 103) étant articulé au sommet ( 116) de ladite colonne ( 117). 6 Système selon la revendication 5, caractérisé par un contrepoids de lestage ( 108) et des éléments de traction ( 110) selon l'une des revendications 1 à 4.