Brevet FR2613815A1 — publié le 19881014

La présente invention concerne un tube en acier, notarrment pour la constitution d'une ligne d'ancrage d'une p7ate-forrme de production en mer du type à lignes tendues, ainsi qu'un procédé de manutention et de mise en place d'un tel tube. Ce type de plate-forme, qui permet le forage ou la production en mer profonde, est une plate-forme flottante arrimée au fond de la mer au moyen de lignes ancrées à des embases ou des lests disposés au fond de la mer; les lignes d'ancrage, qui sont généralement constituées d'un faisceau de tubes ou de câbles en acier, sont munies à chacune de leurs extrémités d'un connecteur souple ou articulé, ce qui leur permet de toujours travailler en tension, avec des couples de flexion très faibles malgré les efforts subis par la plate-forme flottante et transmis à ces lignes. Un tel type de plate-forme à lignes tendues, ainsi que son procédé de mise en place, sont notamment décrits dans le FR-A-2 554 780. Le fait que les lignes d'ancrage soient en permanence en traction induit une fatigue importante du métal, en particulier en raison des amplitudes importantes des mouvements de la plate-forme flottante, qui conduisent à de longues périodes propres et à un risque de résonance avec les houles excitatrices. Il est donc nécessaire de prévoir un coefficient de sécurité élevé pour le dimensionnement des tubes ou câbles en acier, et de multiplier le nombre de ceux-ci pour constituer chaque ligne d'ancrage. L'invention propose un moyen de pallier cette difficulté, en permettant à l'acier de ne plus travailler en traction mais toujours en compression, d'o un très bon comportement à la fatigue. A cet effet, selon l'invention, le tube en acier est précontraint longitudinalement. Très avantageusement, le tube est précontraint par des câbles tendus le long du tube, à l'intérieur ou à l'extérieur de celui-ci, et qui sont bloqués transversalement par rapport au tube, ces câbles étant constitués de fibres et ayant une résistance à la rupture supérieure à celui de l'acier. Les câbles sont notamment en fibres de verre, de carbone ou d'autres matières minérales. En effet, les fibres minérales telles que les fibres de verre et les fibres de carbone présentent une résistance. à la rupture en traction très supérieure à celle d'un acier ordinaire, généralement de l'ordre de 3 000 MPa, soit sept fois environ la résistance d'un acier. De telles fibres ne pourraient cependant *être envisagées seules pour l'ancrage de plates-formes à lignes tendues, compte tenu de l'importance des variations d'allongement sous l'effet de la houle; en effet, leur module d'élasticité est généralement inférieur, et en tout état de cause jamais supérieur, à celui de l'acier. Le principe de l'invention permet donc de combiner les avantages respectifs des fibres minérales et des aciers, en profitant de la très grande résistance à la rupture en traction des fibres pour précontraindre l'acier, qui pourra alors être sollicité à un taux de contrainte beaucoup plus faible que celui des fibres, d'o une diminution notable des allongements des lignes d'ancrage. Dans un premier mode de réalisation, les câbles sont bloqués par une résine d'enrobage des fibres. Dans un second mode de réalisation, les câbles sont bloqués par des centreurs mécaniques. Dans le cas o il doit être immergé, le tube forme un volume hermétiquement clos, et le diamètre extérieur du tube d'acier est de préférence choisi de façon que le poids apparent du tube dans l'eau soit sensiblement nul. Dans un mode de réalisation préféré, le tube est constitué de tronçons qui ne sont maintenus assemblés bout à bout que par ladite précontrainte. Ainsi, les fibres constituent un moyen d'assemblage du tube, lorsque celui-ci est formé de tronçons disposés bout à bout, et évitent le recours à des moyens d'assemblage mécaniques ou par soudure, toujours difficile à mettre en oeuvre dans un environnement marin. L'invention concerne également un procédé de manutention et de mise en place d'un tel tube constitué de tronçons maintenus et assemblés par précontrainte, ce procédé étant appliqué & la constitution d'une ligne d'ancrage d'une plate-forme de production en mer à lignes tendues. Selon l'invention, ce procédé est caractérisé par les étapes consistant à: - préassembler, à terre, les tronçons de tube reliés entre eux par les câbles non tendus ainsi que les éléments connecteurs inférieur et supérieur, puis enrouler cet ensemble sur un tambour de manutention de contour polygonal de côte sensiblement égal à la longueur d'un tronçon de tube, - dérouler l'ensemble dans le puits d'ancrage de la' plate-forme, appliquer une tension aux câbles, de manière a précontraindre le tube, relier l'élément connecteur inférieur à une embase placée au fond de la mer, - mettre le tube en tension par des méthodes classiques de tensionnement et relier l'élément connecteur supérieur à la plate-forme. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-dessous, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une coupe longitudinale, selon la ligne I-I de la figure 2, d'un premier mode de réalisation d'un tube selon l'invention,- - la figure 2 est une coupe transversale de ce même tube, selon la ligne II-II de la figure 1, - la figure 3 est une coupe longitudinale, selon la ligne III-III de la figure 4, d'un second mode de réalisation d'un tube selon l'invention, - la figure 4 est une coupe transversale de ce même tube, selon la ligne IV-IV de la figure 3, et - la figure 5 montre l'ensemble formé par le tube et ses deux connecteurs inférieur et supérieur reliant la plate-forme flottante à la fondation préparée au fond de la mer. Dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, le tube est constitué d'éléments de faible diamètre et de forte épaisseur. Les extrémités des éléments tubulaires 10 en acier son: munies d'embrèvements 11,12 usinés pour permettre un auto-centrage, un bon contact et un bon alignement. En outre, si une étanchéité parfaite sous forte pression hydrostatique est exigée, une colle ou une résine appropriées, ou encore un joint métallique peuvent être prévus. Ces différents éléments sont maintenus en position et précontraints au moyen de câbles de précontrainte 20 constitués de fibres minérales enrobées de résine. Pour que ces câbles de précontrainte soient rigoureusement positionnés et maintenus pour éviter tout mouvement transversal relatif des fibres et de l'acier et assurer une précontrainte axiale, ils sont placés de façon jointive (cf. figure 2) et maintenus dans cette position au moyen d'un tube concentrique central 30, non précontraint, en acier ou en matériau synthétique. Le faisceau de câbles jointifs peut en outre être éventuellement noyé dans une résine d'enrobage appropriée. Dans le mode de réalisation des figures 3 et 4, on prévoit au contraire un tube à éléments de grand diamètre et de faible épaisseur. Les éléments 10 en acier sont assemblés de la même manière que dans le mode de réalisation précédent; seules leurs dimensions ont été modifiées. En revanche, en raison du volume intérieur du tube beaucoup plus important, les câbles de précontrainte 20 ne sont plus jointifs, mais maintenus en position au moyen d'un dispositif de guidage constitué, pour chaque tronçon de tube,- de deux disques 40 perforés en 41 pour laisser passer et maintenir en place les câbles de précontrainte 20. Ces deux disques 40 sont reliés ensemble et maintenus par un tube central 42, non précontraint, en acier ou en matériau synthétique, auquel ils sont solidarisés. Ce dispositif de guidage (disque 40 et tube central 42) coulisse avec un faible jeu à l'intérieur de l'élément tubulaire 10 en acier, un intervalle étant prévu en 43 entre les dispositifs de guidage successifs, de manière à pouvoir absorber sans transmission de contrainte les différentes sollicitations que subira le tube. Enfin, des perforations 44 sont prévues pour assurer 'a mise en communication des volumes situés entre deux disqaueS successifs, de manière par exemple à permettre la vida.ae de l'ensemble du volume intérieur du tube. La figure 5 illustre une application d'un tel tube à une plate-forme de production en mer à lignes tendues. En effet, les tubes de l'invention peuvent être très avantageusement utilisés toutes les fois o les problèmes 0 d'allongement important, de période propre longue ou de fatigue du métal sont critiques lorsque des systèmes conventionnels en acier sont utilisés. Tel est tout particulièrement le cas des lignes d'ancrage de plates-formes de production en mer du type à lignes tendues. Dans ce cas, on utilise de préférence le tube correspondant au mode de réalisation des figures 3 et 4. En effet, le diamètre des éléments en acier peut alors être choisi de telle façon que le poids apparent du tube en acier précontraint dans l'eau soit pratiquement nul après vidange de l'eau contenue à l'intérieur des éléments. Sur la figure 5, le tube 10 est muni en partie inférieure d'un connecteur 50 terminé par un embout hémisphérique 51 venant se loger dans un organe 100 solidaire de la fondation d'ancrage. La liaison entre le connecteur inférieur 50 et cet élément forme une rotule permettant la transmission des efforts de tension de la ligne à la fondation, et qui doit n'induire que des couples de flexion très faibles. Ceci est réalisé au moyen de blocs 101 en néoprène lamifié, ou de portages hémisphériques en bronze graphite. Les câbles de précontrainte en fibres sont noyés dans de la résine 52 à l'intérieur de l'élément 50. Enfin, il est prévu un tube de drainage 53 avec clapet de non-retour au sommet de cet élément 50, communiquant avec le volume intérieur du tube précontraint 10. A son extrémité supérieure, le tube est muni d'un caisson de précontrainte 60 relié à la plate-forme flottante 200. Ce caisson de précontrainte comprend un élément 61 en acier moulé formant le fond du caisson et la pièce mâle de la rctule d'ancrage à la plateforme; cette pièce vient prendre appul sur une couronne 201 en acier moulé par l'intermédiaire de blocs 202 en néoprène lamifié ou de portages hémisphériques en bronze graphité de manière à minimiser la transmission des couples de flexion, comme dans le cas du connecteur inférieur. Des écarteurs 62 permettent de faire diverger les câbles de précontrainte en sortie du tube en acier et les diriger vers une couronne d'ancrage 63, à laquelle ils sont fixés de manière classique au moyen de clavettes coniques et d'injection de résine. La tension de service des câbles de précontrainte est surveillée en permanence par des systèmes de contrôle, de manière à en suivre le comportement. Le caisson 60 est fermé par un couvercle étanche 64 muni d'un piquage 65 auquel un flexible sera connecté pour la vidange du tube 10 au moyen d'une chasse à l'air ou à l'azote, l'eau étant alors refoulée par le tube de drainage et le clapet de non-retour 53 du connecteur inférieur. Ce dispositif de vidange pourrait même rester connecté en permanence pour vidange de fuites éventuelles en service, ou mise en pression du tube pour vérification de son étanchéité. Le caisson 60 comporte enfin un ensemble d'oreilles 66 permettant l'accrochage des dispositifs 67 de manutention et de mise en tension du tube. Le caisson de précontrainte est installé à l'intérieur d'un puits 203 élargi au droit du caisson pour en permettre le débattement. Ce puits peut être mis sous pression d'air lors des phases d'installation et de maintenance pour que le caisson de précontrainte et le dispositif de supportage soient hors d'eau. La couronne 201 de la rotule prend appui au fond de ce puits par l'intermédiaire d'un système de cales 204 réglables; le diamètre de l'ouverture 205 du fond de puits doit être suffisante pour permettre le passage du connecteur inférieur 50, des anodes et des flotteurs éventuels. La plate-forme peut comporter, pour chaque pied, une ligne d'ancrage formée de sept à huit tubes ainsi réalisés et mis en place. REVENDICATIONS 1. Tube en acier, caractérisé en ce qu'il est précontrain: longitudinalement. 2. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'i est précontraint par des câbles (20) tendus le long du tube, à l'intérieur ou à l'extérieur de celui-ci, et qui sont bloqués transversalement par rapport au tube, ces câbles étar.n constitués de fibres et ayant une résistance à la rupture supérieure à celui de l'acier. 3. Tube selon la revendication 2, caractérisé en ce que les câbles (20) sont en fibres de verre, de carbone ou d'autres matières minérales. 4. Tube selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les câbles sont bloqués par une résine d'enrobage des fibres. 5. Tube selon-la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les câbles sont bloqués par des centreurs mécaniques (40). 6. Tube selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le tube forme un volume hermétiquement clos, et le diamètre extérieur du tube d'acier est choisi de façon que le poids apparent du tube dans l'eau soit sensiblement nul. 7. Tube selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé er. ce qu'il est constitué de tronçons (10) qui ne sont maintenus assemblés bout à bout que par ladite précontrainte. 8. Procédé de manutention et de mise en place d'un tube selon la revendication 7, notamment pour la constitution d'une ligne d'ancrage d'une plate-forme de production en mer à lignes tendues, caractérisé par les étapes consistant à: - préassembler, à terre, les tronçons (10) de tube reliés entre eux par les câbles (20) non tendus ainsi que les éléments connecteurs inférieur (50) et supérieur (60), puis 8 2613815 enrouler cet ensemble sur un tambour de manutention de contour polygonal de côté sensiblement égal à la longueur d'un tronçon de tube, - dérouler l'ensemble dans le puits d'ancrage de la plate-forme, - appliquer une tension aux câbles, de manière à précontraindre le tube, - relier l'élément connecteur inférieur (50) à une embase (10) placée au fond de la mer, - mettre le tube en tension par des méthodes classiques de tensionnement et relier l'élément connecteur supérieur (60) à la plate-forme (200). 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que, après mise sous tension de la ligne d'ancrage, on vidange le volume intérieur du tube. 10. Plate-forme de production en mer du type à lignes tendues, caractérisée en ce que les lignes comprennent des tubes selon l'une des revendications 1 à 7.