Brevet FR2565272A1 — publié le 19851206

La présente invention concerne le matériel de génie civil, et a notamment pour objet une palte-forme marine conçue, en particulier, pour recevoir des équipements de production et des systèmes de survie dans la valorisation des plateaux continentaux des mers et des océans. Dans la pratique mondiale, à l'heure actuelle, les plates-formes sont principalement construites en acier et en béton armé. Pour les mers gelant l'hiver, le béton armé est plus prometteur, surtout le béton armé précontraint. Il est doué des propriétés nécessaires, telles que la résistance mécanique, l'imperméabilité, la résistance au feu, la longévité, l'endurance, la rigidité, la résistance aux basses températures, à l'usure, etc., le rendant extrêmement efficace pour les constructions marines, ou même, dans certains cas, en faisant le seul matériau pouvant être employé. Dans les constructions immergées, la résistance mécanique du béton s'accroit grâce à l'état de contrainte tri-axiale apparaissant sous l'effet de la pression hydrostatique régnant en profondeur. Dans nombre de cas, les endommagements locaux du béton armé se prêtent facilement aux réparations. Une particularité des plates-formes gravitaires en béton armé pour l'extraction des minéraux utiles en mer est la possibilité de leur remorquage pour leur transfert à un nouveau gisement après épuisement d'un gisement exploité. La mise en oeuvre de structures mobiles dans l'industrialisation permet de valoriser des ressources dont l'efficacité économiaue est minimale. Les plates-formes réalisées sont en béton armé coulé en oeuvre. Sont préfabriqués seulement les éléments de planchers, les pièces des murs de garde et du puits central. On connaît une plate-forme marine en béton armé coulé en oeuvre, comprenant une superstructure de pont avec son équipement, des colonnes (supports) et une embase cellu laire du type en caisson. L'embase de la plate-forme est utilisée pour le stockage tampon du pétrole et le ballastage, afin d'accroître la stabilité de la plate-forme sur le fond. La plate-forme est fabriquée dans un coffrage glissant, d'abord dans une cale sèche ou une fosse, puis dans un chantier maritime. Après achèvement de la construction, la plate-forme est remorquée en flottaison jusqu'au point d'implantation. De telles plates-formes n'ont été conçues et construites que pour des conditions climatiques tempérées. En outre, la fabrication de la structure en béton armé coulé en oeuvre dans un coffrage glissant est un processus qui, dans les conditions dures de l'hiver prolongé de l'Arctique ou de l'Extrême-Orient, s'avère très compliqué, et même, dans certaines conditions, pratiquement irréalisable. On connait aussi une plate-forme marine en béton armé en éléments préfabriqués, comprenant une embase cellulaire, un support et une partie émergée. La plate-forme se compose d'une dalle de fond, de cloisons circulaires et radiales et d'un bordé extérieur. L'inconvénient de cette plate-forme est le grand nombre de types et dimensions des éléments préfabriqués, ainsi que la présence d'un grand nombre de joints de grande étendue avec une forte saturation en armature. La bonne exécution des travaux de coulée du béton dans les joints pour la liaison des éléments se heurte à des difficultés. Ceci peut être la cause d'une réduction de la longévité de la structure et, dans certains cas, peut provoquer des incidents. Le but de l'invention est de supprimer les inconvénients indiqués des plates-formes marines décrites plus haut. On s'est donc proposé de créer une plate-forme marine en béton armé, dans laquelle la conception des principaux éléments serait telle qu'elle permettrait d'accroître la rigidité spatiale, la capacité de charge et la fiabilité vis- -vis de la pression de la glace, ainsi que d'améliorer la technologie de la construction de la structure dans des conditions climatiques rudes. La solution à ce problème consiste en une plate-forme marine en béton armé, comprenant une embase cellulaire, un support et une partie émergée, destinée à recevoir l'équipe- ment nécessaire, plate-forme dans laquelle, d'après l'invention, l'embase et le support sont réalisés en éléments préfab riqués en béton armé, sous la forme de prismes creux mis en place avec des écartements entre leurs faces extérieures et réunis par un système de diaphragmes précontraints verticaux et horizontaux, réalisés par mise en précontrainte d'une armature placée dans les écartements entre les faces des prismes, suivie de son bétonnage. L'une des variantes de réalisation de l'invention prévoit l'emploi de prismes ayant chacun des saillies sur ses faces latérales, l'armature précontrainte placée dans les écartements entre les prismes étant tendue sur ces saillies. Dans une autre variante de réalisation de l'invention, les prismes montés suivant le perimètre du fond de l'embase de la plate-forme ont chacun une face ouverte, orientée vers le sol. Dans encore une autre variante de réalisation de l'invention, l'embase cellulaire, le support et la partie émergée sont constitués par les prismes mentionnés, pré -assemblés en gros modules tridimensionnels. Une telle réalisation de la structure permet, dans son ensemble, de lui conférer la rigidité spatiale voulue, la capacité de charge nécessiare et la fiabilité prescrite, ainsi que de réduire les délais de construction. L'invention consiste essentiellement en ce que l'embase cellulaire et le support sont réalisés en éléments préfabriqués en béton armé, sous la forme de prismes creux, par exemple triangulaires, ce qui permet d'accroître la rigidité spatiale de la structure, vu que le prisme est lui même géométriquement indéformable. La fiabilité de la structure lui est conférée grâce au fait que chaque prisme a une étanchéité suffisante, que la destruction d'un ou plusieurs prismes n'entraîne pas une situation d'avarie, et que l'assemblage des éléments préfabriqués est simplifié. En outre, la rigidité spatiale et la capacité de charge de la plate-forme lui sont conférées par la présence du système de diaphragmes précontraints verticaux et horizontaux, qui réunissent les éléments préfabriqués et encaissent les efforts dus aux sollicitation et actions extérieures. Les diaphragmes sont réalisés en mettant en précontrainte les armatures horizontales et verticales placées dans les écartements entre les faces des prismes, puis en les bétonnant. L'effort de tension des armatures est transmis aux saillies spécialement prévues sur les faces latérales des prismes. On obtient ainsi un ouvrage se trouvant dans un état de précontrainte tri-axiale. Les essais en laboratoire d'un module de plate-forme réalisé conformément à l'invention ont montré sa haute efficacité. Les prismes peuvent être préfabriqués dans n'importe quelle usine existante de constructions en béton armé, et, pratiquement, à une distance quelconque du site oû sera implantée la plate-forme, ce qui supprime la nécessité d'étudier et de fabriquer un équipement sépcial compliqué et simplifie la construction des bases de production. Le montage de la plate-forme avec des éléments préfabriqués tridimensionnels permet de diminuer notablement l'influence des facteurs climatiques sur l'exécution des travaux et de réduire les délais de construction. La construction d'une plate-forme en gros modules pré-assemblés permet de réduire les délais de remorquage de la plate-forme de la cale au gisement et d'accroitre considérablement la sécurité de ce processus dans les condi tions de champs de glaces flottantes. En outre, l'utilisation de gros modules pré-assemblés permet de diminuer le tirant d'eau des structures à remorquer, ce qui donne la possibilité de fabriquer et d'implanter la plate-forme à des profondeurs relativement faibles (15 à 20 mètres). L'application de l'invention permet de réduire de 25 à 30% les délais de construction de la plate-forme et les dépenses de main-d'oeuvre pour son montage, d'utiliser les usines existantes de préfabrication de structures en béton armé et d'élever la qualité de tout l'ouvrage. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels - les figures 1, 7a, lb représentent schématiquement différentes variantes de construction d'une plate-forme marine en béton armé, constituée de prismes triangulaires creux; - la figure 2 représente une vue en coupe suivant II-II de la figure 1; - la figure 3 représente schématiquement une variante de montage des prismes triangulaires dans l'embase de la plate-forme;; - la figure 4 représente une vue fragmentaire illustrant le montage des prismes dans l'embase de la plate-forme, avec dispositifon de l'armature précontrainte dans les écartements entre les prismes - les figures 5, 5a représentent des variantes de fractionnement de la plate-forme en gros modules; - la figure 6 représente une variante de fractionnement de la plate-forme en trois gros modules rhombiques; - la figure 7 représente une vue en coupe suivant VII VII de la figure 6; - la figure 8 représente schématiquement le remorquage d'un module rhombique. La plate-forme décrite se compose d'une embase A, d'un ou de plusieurs supports B et d'une partie émergée C. La plate-forme marine en béton armé (figures 1, la, lb, 2) conforme à l'invention est constituée par des éléments préfabriqués en béton armé, sous la forme de prisme creux, par exemple de prismes triangulaires 1, 2, qui sont réunis entre eux par un système de diaphragmes horizontaux 3 et verticaux 4, sous la forme de plaques coulées en oeuvre. Dans le cas d'une plate-forme destinée à l t implantation à de grandes profondeurs, cette plate-forme est constituée par deux types de prismes 1, 2 (figures la, lb). Suivant le périmètre sont disposés des prismes 1 dont la face extérieure est cylindrique. A l'intérieur de la section on place des prismes 2 à faces planes. L'une des variantes de réalisation d'une plate-forme pour faible profondeur prévoit la constitution de l'embase A et du support B à partir de prismes d'un seul type 2 (figure 1). Les éléments préfabriqués du support B peuvent être renforcés par imprégnation avec un polymère 5. La partie émergée C de la plate-forme est réalisée soit avec des prismes 2 en béton léger, soit avec des structures métalliques. Différents schémas de dispositifon des prismes dans l'embase de la plate-forme sont possibles (figures 1, la, lob). La plaque inférieure de l'embase (plaque de fond) est assemblée sur un chantier de montage ou dans une cale sèche, de la façon suivante. D'abord on met en place les prismes 2 face ouverte en bas (figure 3). Les prismes sont mis en place de telle façon qu'entre leurs faces extérieures il reste des écartements 6 (figure 4) dans lesquels on dispose une armature verticale 7 et une armature horizontale 8 à mettre en précontrainte et sans précontrainte. Ensuite on met l'armature en précontrainte sur des saillies spéciales 9 se trouvant sur les faces latérales des prismes 1, 2 (figure 4), et on coule du béton dans les écartements. On obtient ainsi des diaphragmes verticaux monolithes.Ceci fait, on met en place l'armature horizontale de travail aux faces supérieures des prismes, on met en précontrainte une partie de l'armature horizontale et les attentes del'armature verticale sur les saillies des prismes, et on coule le béton pour constituer la plaquediaphragme horizontale 3 (figure 1). La face supérieure des prismes est utilisée en tant que plan de coffrage. En définitive, tous les éléments se trouvent réunis dans une structure en nids d'abeilles unique par le système de diaphragmes verticaux et horizontaux coulés en oeuvre, avec précontrainte triaxiale. Suivant une variante de réalisation, on place suivant le périmètre de toutes les faces des prismes des pièces encastrées, lesquelles sont soudées à l'aide de couvrejoint. Une fois le bétonnage achevé, la plaque de fond est transférée en flottaison à un plan d'eau protégé. La flottaison propre de la plaque est assurée par les vides des prismes. La plaque ainsi réalisée prévient l'affouillement du sol de l'assise, grâce au fait que les nervures situées en dessous pénètrent dans le sol à la mise en place au point fixé. Sur le plan d'eau protégé, on passe à la deuxième étape de réalisation de l'embase de la plate-forme. On met en place sur la plaque de fond des prismes préfabriqués, dans l'ordré décrit plus haut. L'armature verticale qui est placée entre les faces latérales des prismes est jonctionnée aux attentes de l'armature du fond. Le nombre d'étages de prismes dépend de la profondeur à laquelle doit être implantée la plate-forme. Les travaux de montage de l'embase s'achèvent par la réalisation de la plaque supérieure 3 (figure 1), coulée en oeuvre. L'embase obtenue se présente sous la forme d'une structure en nids d'abeilles en précontrainte tri-axiale. Le montage des supports (ou du gros module préassemblé de supports) s'effectue dans le même ordre que celui décrit plus haut. Dans la zone ou le niveau de la mer est variable et où sont appliquées les charges de la glace, les supports peuvent être renforcés par une fourrure cylindrique extérieure en béton armé coulé en oeuvre, protégée par des tôles ou par des éléments en béton armé imprégnés de polymère 5 (figure 1). La partie en nids d'abeilles de l'embase est utilisée pour le ballastage et pour le stockage du pétrole et du gaz. L'espace intérieur du support sert à la disposition de l'équipement et à la réalisation du processus technologique. A cet effet, tous les prismes sont raccordés entre eux par un système de conduites et d'ouvertures pratiquées dans les parois des prismes. La partie émergée de la plate-forme renferme l'équipement technologique, les locaux d'habitation et les systèmes de survie. Si les plates-formes sont construites sur des plans d'eau de faible profondeur, le pré-assemblage des gros modules s'effectue en tout endroit favorable, sur chantier ou en cale sèche. Ensuite les modules sont remorqués en flottaison ou transportés sur des véhicules flottants jusqu'au site d'implantation de la plate-forme, où ils sont assemblés en un ouvrage unique qui est implanté au point fixé. Si les plates-formes sont construites pour de grandes profondeurs, le montage et la coulée de la plaque de fond peuvent, de même que dans le cas précédent, être exécutés sur chantier, en cale sèche ou dans une fosse. Ensuite, la plaque de fond est transférée à un plan d'eau de profondeur suffisante, où s'effectue le montage complet de la plate-forme. Ceci fait, la plate-forme est re morquée en flottaison jusqu'au point fixé pour son implantation. Le montage de la plate-forme en gros modules A, B, C (figure 5, 5a) s'effectue dans l'ordre suivant. On choisit à proximité du point d'implantation un plan d'eau de grande profondeur. Puis, par ballastage, on immerge à la profondeur correspondante le module d'embase A de la plate-forme. Ceci fait on amène au-dessus de lui, en flottaison, le module de support B, et, également par ballastage, en l'immergeant progressivement-, on le monte dans l'ouverture correspondante du module d'embase A. D'une manière analogue, on monte la partie émergée C de la plate-forme (figure 5). Ensuite on fait remonter la plateforme à la surface de la mer jusqu'au tirant d'eau prescrit, par rejet du ballast. Puis on remorque la plateforme au point fixé pour l'implantation. Une des variantes de réalisation de la plate-forme en gros modules pre-assemblés prévoit le fractionnement de la plate-forme dans le plan, au stade de construction, en modules rhombiques D, E, F (figure 6). Chacun de ces modules se compose d'une embase-caisson et d'un support (figures 6, 7, 8). Le schéma de disposition des prismes dans l'embase rhombique des modules peut être varié. La figure 6 montre trois variantes différentes de disposition des prismes. Par exemple, dans le module D (figure 6), les prismes sont disposés suivant le périmètre du losange et constituent les bords de l'embase du module. L'espace entre le support B et les pirsmes de bords reste libre et est recouvert par une dalle en béton. Dans le module E, pour auamenter la rigidité, une rangée supplémentaire de prismes est disposée entre le support B et les prismes de bords suivant la diagonale courte du losange. Dans le module F, les prismes sont disposés sur toute la surface de l'embase. La variante de disposition des prismes illustrée à titre d'exemple par le module D peut s'avérer avantageuse pour les faibles profondeurs, quand la pression hydrostatique est relativement faible. Pour les fortes pressions hydrostatiques, la variante de module F est préférable. La construction des modules constitutifs s'effectue dans l'ordre décrit plus haut. Ensuite ces modules sont remorqués en flottaison (figure 8) jusqu'au point d'implantation de la plate-forme, où ils sont assemblés entre eux suivant les lignes 10 (figure 6) pour constituer un ouvrage unique. La plate-forme de conception conforme à l'invention a une grande rigidité spatiale et peut encaisser de fortes charges produites par les glaces, les vagues, les vents, les phénomènes sismiques et autres, grâce à la présence d'un système de diaphragmes précontraints verticaux et horizontaux. En outre, la plate-forme en prismes préfabriqués permet la réalisation de la construction dans les conditions arctiques rudes en toutes saisons. REVENDICATIONS 1. Plate-forme marine en béton armé, comprenant une embase cellulaire (A), un support (B), et une partie émergée (C) destinée à recevoir l'équipement necessaire, caractérisée en ce que l'embase (A) et le support (B) sont réalisés en éléments préfabriqués en béton armé sous forme de prismes creux (1, 2) mis en place avec des écartements (6) entre leurs faces extérieures et réunis par un système de diaphragmes précontraints verticaux (4) et horizontaux (5) réalisés par mise en précontrainte d'une armature (7, 8) placée dans les écartements (6) entre les faces des prismes (1, 2), suivie de son bétonnage. 2. Plate-forme marine en béton armé selon la revendication 1, caractérisée en ce que les prismes (1, 2) comportent sur leurs faces latérales des saillies (9) sur lesquelles est tendue l'armature précontrainte (7, 8) placée dans les écartements (6) entre les prismes (1, 2). 3. Plate-forme marine en béton armé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les prismes (2) montés suivant le périmètre du fond de l'embase (A) de la plate-forme ont chacun une face ouverte orientée vers le sol. 4. Plate-forme marine en béton armé selon l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisée en ce que l'embase (A), le support (B) et la partie émergée (C) sont constitués par des prismes (1, 2) pré-assemblés en gros modules tridimensionnels A, B, C ou D, E, F.