Brevet FR2605656A1 — publié le 19880429

l L'invention concerne une plate-forme marine oscillante à base rigide et à pieux flexibles, composée d'une partie fixe rigide et d'une partie oscillante associée, pour nappes d'eau profondes et à forts courantso La réalisation de plates-formes dans des profondeurs d'eau supérieures à 300 mètres a nécessité l'étude de nouvelles structures pour supporter les équipements de forage-production La plupart de ces études sont axées sur des structures souples comme les tours flexibles, articulées ou haubanées. Lorsque les efforts d'origine statique ou quasi statique, tels que le vent, le courant, la dérive de houle etc, deviennent très importants, les structures citées nécessitent des quantités de matériaux très importantes et qui peuvent même devenir prohibitives. Ainsi, par exemple, lorsque le courant augmente sur toute la profondeur d'eau, le moment de renversement induit au niveau du sol augmente en conséquence, et il est alors nécessaire d'augmenter le couple de rappel des structures articulées ou d'augmenter la raideur des tours flexibleso Dans le cas des tours articulées, on peut augmenter le couple de rappel en augmentant la dimension des flotteurs. Toutefois, l'augmentation de dimension des flotteurs augmente également l'effort de courant induit, ce qui nécessite une augmentation supplémentaire desdits flotteurs. En itérant le calcul, on parvient à converger vers une solution qui est mathé- matiquement possible mais qui nécessite des quantités d'acier telles que la faisabilité technique d'une telle solution peut 4tre remise en question. Dans le cas des tours haubanées, telles que décrites dans le brevet US-A4 417 831, on peut combattre l'action du courant par une augmentation très importante de la raideur des haubanso Cependant, cette augmentation globale de la raideur du système tour-hau- bans, sans augmentation de la masse du système, produit une diminution de la période propre de la structure qui se trouve ainsi dans la zone des périodes de houleo Il faudra alors augmenter l'inertie de la structure pour allonger sa période propre. L'augmentation des dimensions des haubans et de l'inertie de la structure majore là aussi de façon très importante, les quantités d'acier mises en oeuvre dans la structure Dans le cas des tours flexibles, telles que décrites dans le brevet FR-A- 2 552 461, on combat l'action du courant par une augmentation de la raideur de la tour. Ce faisant, on réduit d'autant la période propre de la structure qui se retrouve alors dans la zone des périodes de houleo Pour allonger cette période propre, il est alors nécessaire d'augmenter les dimen- sions du stabilisateur prévu à la partie haute de ces tourso Les efforts dynamiques induits dans la partie flexible risquent alors d'être augmentés ce qui nécessite un renforcement de la raideur de la touro Lorsque le calcul converge vers une solution, ce qui n'est pas toujours le cas, on parvient à des quantités de matériaux telles que les faisabilités techniques et économiques sont remises en question* L'invention permet de réduire de façon considérable les inconvénients résultant des efforts statiques et quasi statiques. Elle se base pour cela sur le raisonnement suivant: s'il n'y avait pas de houle, donc pas d'excitation dynamique, on utiliserait une structure fixe, par exemple du type "jacket" en treillis métallique, qui reste la meilleure solution pour résister aux efforts statiques. Toutefois cette structure à grande profondeur a ses périodes propres dans la zone des périodes de houle, d'o il résulte des amplifications dynamiques importantes. En installant une structure souple au-dessus d'une structure fixe, on bénéficie des avantages conjugés des structures sans en avoir les inconvénients. La partie souple installée dans la zone supérieure permet de filtrer, grâce à son comportement dynamique, les efforts de houle tandis que la partie fixe située dans la zone inférieure permet de résister efficacement aux efforts statiques, En outre, le fait d'installer deux structures l'une au-dessus de l'autre, permet de réduire sensiblement les périodes propres de flexion par rapport à une structure continue. La plate-forme marine, selon l'inven- tion, est remarquable en ce que la tour est constituée d'une structure fixe rigide ancrée dans le sol sous-marin et d'une structure oscillante supportée par la structure fixe et articulée à ladite structure fixe par un système composé de pieux flexibles et de guides de cisaillement, ladite structure oscillante étant munie d'un flotteuro Les explications et figures données ci-après à titre d'exemple permettront de comprendre comment l'invention peut être réalisées La figure 1 est une vue en élévation d'une plate-forme conforme à l'inventiono Les figures 2 et 3 sont des vues en coupe respectivement selon II Il et III III de la figure La figure 4 est une vue agrandie du détail IV de la figure 1o La figure 5 est une vue agrandie du détail V de la figure 1o La figure 6 est une vue agrandie et en coupe longitudinale du détail VI de la figure 1. La plate-forme marine, conforme à l'invention, telle que représentée figure 1, se présente sous la forme d'une tour 1 supportant un pont 2 sur lequel sont installés les équipements de forage et d'exploitation. La tour est constituée de deux parties: une partie inférieure formée d'une structure fixe rigide 3 par exemple du type "jacket" en treillis métallique, ancrée dans le sol sous-marin, et une partie supérieure formée d'une structure oscillante 4 en treillis métal- lique, supportée par la structure inférieure, et arti- culée par un système de pieux flexibles 5 et de guides de cisaillement 9o La structure fixe inférieure transmet au sol les réactions de la structure oscillante 4 ainsi que les efforts de courant qui lui sont directement appliquéso Cette structure est classique et présente une section polygonale qui dans le cas particulier de l'exemple est un carré. Elle est ancrée par l'inter- médiaire de pieux 6 enfoncés dans le sol et liés rigi- dement à sa partie inférieure aux guides 7 solidaires des pieds 8 de la structure (figure 5)o La structure oscillante 4 est du type à pieux flexibles 5 et est reliée à la structure fixe par des guides de cisaillement 9 qui seront ultérieurement décritso Des pieux flexibles sont disposés à la périphérie de la structure, et selon la forme de réalisation représentée, sont groupés aux angles de la structure et sont liés rigidement à la tour oscillante dans la partie supérieureo Les pieux sont guides de manière connue dans des fourreaux 10 le long de la structure oscillante, puis le long de la structure fixe, sur laquelle ils sont ancrés rigidement à sa partie basse (figures 2, 3 et 6) afin que les variations de longueurs imposées aux pieux par les oscillations de la tour supérieure soient distribuées sur une longueur des pieux suiffisante. La figure 6 montre l'ancrage d'un pieux flexible dans un manchon 11 fixé à l'extrémité inférieure de la structure fixe, La solidarisation du pieux dans le manchon peut être réalisée de manière connue par injection de ciment ou soudureo Selon d'autres formes de réalisation, les pieux flexibles sont fixés à un niveau supérieur sur la structure fixe ou encore sont enfoncés dans le sol sous-marin. Les pieux flexibles 5, disposés à la périphérie de la structure souple, assurent la stabilité de la structure oscillante en créant un couple de rappel égal au produit des raideurs axiales des pieux par le carré de la distance au centre géométrique du plan de rotation. Les pieux flexibles assurent en outre la transmission à la partie inférieure de tous les efforts verticaux induits dans la structure. Les guides de cisaillement 9 situés à la partie inférieure de la structure oscillante, permettent de transmettre les efforts tranchants et les moments de torsion, crées dans ladite structure à la structure fixe 3 inférieure0 Les guides de cisaillement sont prévus de manière à permettre un glissement relatif des broches 91 situées à l'extrémité supérieure de la structure inférieure 3, dans le manchon 92 de la structure supé- rieure tout en empêchant les déplacements horizontaux La raideur des pieux flexibles 5 est prévue de façon que l'angle solide total fait par la structure oscillante produise dans ces pieux des contraintes axiales acceptables. Il peut être nécessaire de réduire la contrainte axiale dans les pieux à l'aide d'un flotteur 12. Cet élément aura une forme qui permettra d'une part de réduire le poids apparent et d'autre part d'augmenter la période propre d'oscillationo Dans certains cas, la fonction de flottabilité n'étant pas nécessaire, cet élément gardera seulement sa fonction d'augmentation de la période propre d'oscillation. Le flotteur est situé sous le niveau moyen de l'eau et son extrémité supérieure se trouve dans une zone comprise entre environ 1/30 et 1/10 de la hauteur d'eau et dans l'exemple représenté à environ m sous la surface. Dans le même exemple d'application, la hauteur de la structure fixe est supérieure à la demi- hauteur d'eau et par conséquent à la structure oscillante, la limite entre les structures inférieure et supérieure étant prévue dans une zone située à partir du niveau de l'eau, entre 30 et 60 % de la hauteur d'eauo Une plate-forme selon l'invention, prévue dans l'exemple choisi pour une profondeur d'eau de 600 mètres, devant subir des courants de 2 m/s en surface et 1 m/s au fond, présente, par rapport à une plate-forme oscillante classique, un gain de poids de l'ordre de 37.000 tonnes d'acier structurelo Ce gain représente de 40 à 50 % de la quantité d'acier mise en oeuvre o Selon des exemples de réalisation non représentés, la structure fixe et/ou la structure oscillante sont constituées d'un fat métallique ou d'une structure en béton multicellulaireo REVENDICATIONS 1. Plate-forme marine oscillante à base rigide pour nappes d'eau profondes et à forts courants, comportant un pont supporté par une tour ancrée dans le sol marin, caractérisée en ce que la tour (1) est constituée d'une structure fixe (3) rigide ancrée dans le sol sous-marin et d'une structure oscillante (4) supportée par la structure fixe (3) et articulée à ladite structure fixe par un système composé de pieux flexibles (5), ancrés dans la partie intérieure de la structure fixe, et de guides de cisaillement (9), ladite structure oscillante étant munie d'un flotteur (12)o 2. Plate-forme selon la revendication 1, caractérisée en ce que les pieux flexibles (5) sont disposés à la périphérie de la structure oscillante (4). 3. Plate-forme selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'extrémité inférieure des pieux flexibles est fixée à un niveau quelconque de la structure fixe (3), ou enfoncée dans le solo 4. Plateforme selon la revendication 1, caractérisée en ce que le flotteur (12) est placé au-dessous du niveau de l'eau et dont l'extrémité supérieure est placée dans une zone comprise entre environ 1/30 et 1/10 de la hauteur d'eauo 5. Plate-forme selon la revendication 1, caractérisée en ce que la limite entre la structure fixe et la structure oscillante est située dans une zone comprise, à partir du niveau de l'eau, entre 30 et 60 % de la hauteur d'eauo 6. Plate-forme selon les revendications 1 et 4, caractérisée en ce que le flotteur (12) est réduit à un élément dont la fonction principale est d'augmenter la période propre d'oscillation. 7. Plate-forme selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins une des structures est du type "jacket" en treillis métalliqueo 8. Plateforme selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins une des structures est en béton alvéolaire.