Brevet FR2611647A1 — publié le 19880909

La présente invention concerne un procédé d'installation d'une structure notamment du type flottante telle qu'une colonne off-shore, dont au moins la partie inférieure constitue un élément de forme allongée relativement fine, sur le fond marin, avantageusement en grande profondeur, à l'aide d'une embase formant contrepoids à laquelle la structure flottante est reliée par son extrémité inférieure, par l'intermédiaire d'un joint universel, et un agencement pour la mise en oeuvre de ce procédé. Il est connu de remorquer à cette fin la structure de colonne off-shore, avec l'embase fixée à sa partie inférieure, au site d'installation en maintenant cette structure à l'état flottant dans une position sensiblement horizontale, et de faire basculer cette structure ensuite dans une position verticale. Puis on fait descendre la structure jusqu'à ce que l'embase repose sur le fond marin afin de pouvoir procéder par la suite à l'ancrage de l'embase sur celui-ci. Ce procédé connu a pour inconvénient majeur que le mouvement de basculement peut générer des efforts mécaniques importants si l'élément de la structure flottante qui porte à son extrémité l'embase est relativement fin et si l'embase présente un poids important par rapport à cet élément. La présente invention a pour objectif de pallier à ces inconvénients majeurs du procédé connu. Pour atteindre ce but, le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que, pendant le transport au site d'installation, on solidarise l'embase de l'élément de la structure flottante qui est maintenue horizontale, près de son extrémité éloignée de celle formant pied de la structure, désolidarise l'embase de cet élément, après le basculement de ce dernier de sa position horizontale dans une position verticale, et permet à l'embase de descendre le long de l'élément jusqu'à ladite extrémité inférieure pour la connecter avantageusement automatiquement à celle-ci. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, dans le cas d'une structure de colonne multi-articulée, comprenant un corps de colonne articulé à l'embase par un élément formant tige d'un diamètre relativement faible, on fixe l'embase à l'extrémité supérieure de la tige pendant le transport, ou prés de l'extrémité inférieure du corps de colonne articulée de corps de colonne étant maintenu dans une position horizontale ou verticale selon que le transport se fait à faible tirant d'eau ou dans l'eau profonde. L'agencement pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est caractérisé en ce que l'embase est réalisée sous forme d'un dispositif susceptible d'entourer l'élément de la structure flottante le long duquel elle doit descendre après le basculement de l'élément dans sa position verticale, l'élément comprend des moyens formant un chemin de coulissement de l'embase, et que cette dernière et ledit chemin, respectivement au niveau de ses extrémités supérieure et inférieure comportent des moyens de fixation amovible de l'embase sur cet élément, dans sa position de transport, avantageusement susceptible d'etre commandé à distance, et des moyens de connexion avantageusement automatique de l'embase à l'extrémité inférieure dudit élément. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, notamment pour une structure de colonne off-shore dans laquelle une partie haute de colonne est articulée à l'embase par un élément inférieur de forme allongée en forme d'une tige, l'élément inférieur de cette dernière porte à son extrémité inférieure une butée de limitation du mouvement de coulissement de l'embase, qui est conformée essentiellement en rotule dont la surface convexe est orientée vers l'embase, tandis que la partie de cette dernière qui entoure la tige est conformée en coussinet partiellement sphérique concave destiné à prendre appui sur la rotule, pour former une articulation sphérique, des moyens étant prévus pour empêcher une rotation de l'embase autour de l'axe de la tige. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, les moyens de connexion sont réalisés sous forme d'un joint de cardan annulaire, tandis que l'extrémité de la tige est conformée en butée de fin de course de l'embase. Selon encore une autre caractéristique avantageuse de l'invention, les moyens de connexion constituent un joint de cardan à croisillon porté par l'extrémité inférieure de l'élément allongé de la structure de colonne off-shore, tandis que l'embase comprend une structure annulaire prenant appui sur une des deux paires de tourillons, par des surfaces de coussinet appropriées. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaltront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels - les figures 1 et 2 montrent deux modes de transport par remorquage d'une structure de colonne off-shore multi-articulée au site d'installation - les figures 3 et 4 illustrent les différentes étapes du procédé d'installation d'une structure de colonne off-shore multi-articulée, selon la présente invention - la figure 5 montre un agencement pour la mise en oeuvre du procédé représenté aux figures 3 et 4 - la figure 6 est une vue en coupe, avec arrachement partiel, selon la ligne VI-VI de la figure 8 d'un premier mode de réalisation d'un dispositif de connexion de l'embase à l'extrémité inférieure d'une structure de colonne off-shore, selon la présente invention - la figure 7 est une demi-vue de-~dessus, partielle, avec arrrachement, à la plus grande échelle, de l'ensemble représenté à la figure 5 , selon la flèche VII de la figure 5 - la figure 8 est une vue latérale de l'ensemble, avec arrrachement partiel représenté à la figure 6, en direction de la flèche VIII de la figure 6. - la figure 9 est une vue latérale d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif de connexion de l'embase à l'extrémité inférieure d'une structure de colonne off-shore, selon la présente invention - la figure 10 est une demi-vue de dessus de l'ensemble représenté à la figure 9 - la figure 11 est une vue latérale d'un troisième mode de réalisation d'un dispositif de connexion d'une embase à l'extrémité inférieure d'une structure de colonne off-shore, selon la présente invention ; et - la figure 12 est une vue en coupe selon la ligne XII-XII de la figure 11. En se réfèrant aux figures 1 à 4, on décrira ci-après tout d'abord le procédé de l'invention dans son application à une structure de colonne multi-articulée, permettant l'amarrage ou l'ancrage en mer, de corps flottants, notamment utilisable pour amarrer des navires sur des sites d'exploitation de fond marin. La structure de colonne off-shore représentée comprend un élément supérieur 1 qui pourra porter une plate-forme et un élément inférieur 2 par exemple en forme d'une tige. Cette structure sera retenue en place par une embase gravitaire 3 ancrée au fond marin comme le montre par exemple la figure 4. A cette fin l'élément inférieur 2 en forme de tige est articulé par son extrémité supérieure à l'extrémité inférieure de l'élément supérieur 1 et par son extrémité inférieure à l'embase 3. Pour l'installation d'une telle structure de colonne à son site off-shore, on la remorque par exemple à l'aide de deux remorqueurs représentés en 4 à l'état flottant au site d'installation. La figure 1 montre le remorquage à faible tirant d'eau. Dans ce cas, l'élément supérieur flotte à la surface de l'eau en position sensiblement horizontale. L'élément inférieur en forme de tige 2 est sensiblement aligné avec l'élément 1 et est retenu à son extrémité inférieure libre, relativement près de la surface de l'eau, par un flotteur 5. La figure 2 illustre le remorquage de la colonne, en configuration "cassée" adaptée au transport dans l'eau profonde. L'élément supérieur 1 s'étend sensiblement verticalement tandis que l'élément inférieur 2 est maintenu en une position approximativement horizontale par un flotteur 6. On constate que la structure de colonne porte elle-même l'embase gravitaire 3. Celle-ci est fixée sur l'élément inférieure en forme de tige 2 au niveau de son extrémité supérieure articulée à l'élément de colonne supérieure 1. Arrivé au site d'installation ou au cours du remorquage, l'élément inférieur 2 de la colonne est amené à basculer de 90 sous l'effet de son propre poids pour passer de sa position horizontale à une position verticale (figure 3). Après cette opération de basculement, l'élément d'ancrage lourd, c'est-à-dire l'embase 3 est désolidarisée de sa position de transport à l'extrémité supérieure de la tige et descend sous l'effet de son poids, de manière contrôlée le long de l'élément inférieur fin en forme de tige 2. Une fois arrivé à l'extrémité inférieure de la tige 2, l'embase 3 est connectée automatiquement à cette extrémité, par le simple effet de son poids et les forces ascensionnelles engendrées par la colonne.Lorsque la connexion est accomplie, on fait descendre, par ballastage approprié, l'ensemble formé par la colonne 1, 2 et l'embase 3, jusqu'à ce que cette dernière prenne appui sur le fond marin. Ensuite la colonne est déballastée de façon qu'elle devienne flottante et tire sur l'embase retenue sur le sol marin par son propre poids ou par des piles d'ancrage appropriées. Le procédé selon l'invention est particu fièrement avantageux pour l'installation d'une structure de colonne dans des eaux profondes de par exemple 600 m. En se reportant aux figures 5 à 12 on décrira ci-après l'agencement qui permet la mise en oeuvre du procédé qui vient d'être décrit. Pour assurer la fixation de l'embase 3 au niveau de l'extrémité supérieure de la tige de colonne 2, cette dernière et l'embase comportent des moyens de fixation amovible, c'est-à-dire de verrouillage et de deverrouillage à commande à distance, par exemple par voie hydraulique, depuis la surface d'eau. Sur la figure 5 on a schématiquement représenté en 8 des tiges de verrouillage hydraulique. Mais tout autre moyen de fixation amovible approprié peut être prévu. Comme le montrent les figures, notamment la figure 7, l'embase 3 est conformée de façon à entourer l'élément inférieur fin 2. Pour assurer un effet de guidage de l'embase pendant son mouvement descendant le long de l'élément fin formant tige 2, cette dernière comporte sur sa surface cylindrique extérieure des nervures axiales de guidage 9, qui s'engagent dans des rainures 10 pratiquées dans l'embase. La surface interne de contact des rainures peut être recouverte, comme la surface externe des nervures 9, d'un revêtement d'anti friction 11. Pour le contrôle du mouvement descendant de coulissement de l'embase 3, l'agencement selon l'invention comprend avantageusement quatre treuils linéaires 12 disposés autour de l'élément supérieur de colonne 1, au-dessus du niveau d'eau. Les câbles, qui sont indiqués en 13 passent sur des galets de guidage 14 situés à l'extrémité inférieure de l'élément de colonne 1.(figure 5). On constate encore que l'embase 3 comporte des flotteurs 15. On décrira ci-après plusieurs modes de réalisation des moyens de connexion de l'embase à l'extrémité inférieure de l'élément inférieur 2 en forme de tige 2 de la colonne. Sur les figures 5 et 6, cette connexion est formée par une articulation sphérique. A cette fin l'extrémité inférieure de la tige 2 porte un organe de butée 16 conformé en rotule sphérique dont la surface convexe est orientée vers l'embase 3. Cette dernière est pourvue dans sa zone centrale d'une partie conformée en coussinet 17, dont la surface concave est complémentaire à la surface convexe de la rotule 16. Dans sa position de fin de course de coulissement, le coussinet prend appui sur la rotule 16.Pour empêcher tout mouvement rotatif du coussinet 17 sur la rotule 16, autour de l'axe de la tige 2, l'organe de butée comporte, à la périphérie de la rotule, un bras excentrique 19 destiné à s'engager dans un évidement 20 pratiqué dans l'embase, à la périphérie du coussinet 17, et qui présente une longueur relativement faible dans la direction circonférentielle de l'embase, pour que cette dernière soit rendue solidaire en rotation de la butée 16 à l'extrémité de l'élément inférieur 2 de la colonne. Les figures 9 et 10 montrent un deuxième mode de réalisation du dispositif de connexion selon l'invention, à savoir un joint de cardan annulaire'. L'élément inférieur en forme de tige 2 de la colonne porte à son extrémité libre une butée mâle 24 en forme d'un épaulement annulaire faisant radialement saillie vers l'extérieur, tandis que l'embase porte l'ensemble du cardan annulaire 25, cet ensemble comprend un organe formant butée femelle annulaire 26, conformé pour prendre appui sur la butée mâle 24. Cette butée 26 porte sur sa surface périphérique sensiblement cylindrique deux tourillons 27 qui forment la première paire de tourillons du joint de cardan. L'anneau de cardan 28 est monté pivotant sur les tourillons 27. L'anneau 28 porte la deuxième paire de tourillons 29 qui sont logés dans des structures de support 30 solidaires du corps 31 de l'embase.Il est encore à noter que pour faciliter le mouvement de coulissement de l'embase le long de l'élément inférieur de colonne 2, on prévoit sur la surface interne cylindrique de la butée femelle 26 des galets de guidage représentés schématiquement en 32, qui sont au contact de roulement avec la surface périphérique de l'élément 2. Ce joint de cardan ne nécessite pas de bras anti-rotation pour empêcher une rotation de l'embase 3 autour de l'élément formant tige 2 si la surface de connexion représentée en 33 entre les butées mâle et femelle est suffisante pour assurer une solidarisation en rotation par friction entre ces deux organes. Ce joint de cardan peut être réalisé d'une façon quelque peu différente. La butée 24 pourrait être conformée de façon à former la première paire de tourillons 27. L'anneau du joint 28 serait alors pourvu de coussinets qui prendraient appui sur ces tourillons lorsque l'embase atteint sa position de fin de course. Le restant de la structure représenté aux figures 9 et 10 pourrait rester inchangé. Dans le troisième mode de réalisation du dispositif de connexion, représenté aux figures 11 et 12, l'élément inférieur 2 de la structure de colonne porte à son extrémité une noix de cardan 35 formée par un croisillon de deux paires d'axes. La première paire d'axes 36 est logée via des coussinets dans une fourchette de cardan 37 solidaire de l'extrémité inférieure de l'élément de colonne 2, la deuxième paire 37 d'axes coopère avec des coussinets 39 faisant partie de l'embase 3. En 40 on a représenté schématiquement des flotteurs, qui sont montés latéralement sur l'élément inférieur 2 de la colonne et permettent de reprendre le poids d'articulation si nécessaire. Dans ce mode de réalisation, l'embase 3 peut être équipée de flotteurs 15, comme cela est représenté à la figure 5 représentant le premier mode de réalisation du dispositif de connexion selon l'invention. Il est évident que de nombreuses modifications peuvent être apportées notamment à l'agencement pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Ainsi, dans le cas où l'élément de colonne à laquelle est articulé le dispositif qui assure l'ancrage de la structure de colonne au fond marin présente un diamètre relativement important, ce dispositif d'ancrage pourrait être formé par un contrepoids conformé de façon à pouvoir coulisser à l'intérieur de l'élément de colonne, entre une position de transport en haut de cet élément et sa position de connexion à l'extrémité inférieure de celui-ci. De façon générale, le principe qui vient d'être décrit, est applicable à toutes les structures de colonne off-shore qui implique le basculement de la structure d'une. position de transport horizontale dans sa position de fonctionnement vertical Bien entendu de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'invention telle qu'elle vient d'être décrite, en se référant aux figures, sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, l'embase peut être fixée à l'extrémité inférieure du corps de colonne c'est-à-dire au-dessus de la tige. Tout autre type de joint universel approprié peut être utilisé. REVENDICATIONS 1. - Procédé d'installation d'une structure flottante telle qu'une colonne en mer, dont notamment au moins la partie inférieure constitue un élément de forme allongée, le cas échéant, relativement fin, sur le fond marin, avantageusement en grande profondeur, à l'aide d'un organe d'ancrage au fond marin, tel qu'une embase, à laquelle la structure flottante est reliée par son extrémité inférieure, par l'intermédiaire d'un joint universel, selon lequel on amène, notamment par remorquage, la structure de colonne avec l'embase fixée à celle-ci au site d'installation en maintenant cette structure à l'état flottant de façon qu'au moins la partie inférieure de celle-ci s'étende sensiblement horizontalement , fait basculer cette partie horizontale dans une position verticale et prévoit l'ancrage de l'embase au sol marin, caractérisé en ce que, pendant l'acheminement de la structure de la colonne (1,2) au site d'installation, on solidarise l'embase (3) de la partie de la structure flottante (2) qui est maintenu horizontal, près de l'extrémité éloignée de celle formant pied de la structure, désolidarise l'embase (3) de cet élément (2), après le basculement de cette dernière de sa position horizontale d'acheminement dans une position verticale, et permet à l'embase (3) de descendre le long de l'élément (2) jusqu'à ladite extrémité inférieure pour la connecter avantageusement automatiquement à celle-ci. 2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'embase (3) est connectée automatiquement à l'extrémité inférieure de l'élément de colonne (2), par le simple fait de son poids et les forces ascensionnelles engendrées par la colonne 3. - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'après la connection de l'embase (3) à l'extrémité inférieure la structure de colonne, en fait descendre, par ballastage approprié, l'ensemble formé par la colonne (1,2) et l'embase (3), jusqu'à ce que cette dernière prenne appui sur le fond marin et déballaste la colonne (1,2) de façon qu'elle devienne flottante et tire sur l'embase (3) ancrée au fond marin. 4. - Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, dans le cas d'une structure de colonne multi-articulées comprenant un élément supérieur formant avantageusement un corps de colonne, articulé à l'embase (3) par un élément (2) formant tige d'un diamètre relativement faible, on fixe l'embase (3) près de l'extrémité supérieure de l'élément (2) formant tige pendant le transport ou près de l'extrémité inférieure du corps de colonne (l),le corps de colonne (1) étant maintenu dans une position horizontale ou verticale selon que le transport se fait à faible tirant d'eau ou dans des eaux profondes. 5. - Agencement pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'organe d'ancrage est formé par une embase (3) réalisé sous forme d'un dispositif susceptible d'entourer l'élément de structure flottante (2), le long duquel elle doit descendre après le basculement de l'élément (2) dans sa position verticale, l'élément (2) comprend des moyens formant un chemin de coulissement de l'embase (3), et que cette dernière et ledit chemin, respectivement au niveau de ses extrémités supérieure et inférieure, comportent des moyens de fixation amovible (8) de l'embase (3) à cet élément (2), dans sa position de transport, avantageusement susceptibles d'être commandé à distance, et des moyens de connexion avantageusement automatique (16,17; 24,25; 35-37) de l'embase (3) à l'extrémité inférieure de l'élément (2). 6. - Agencement selon la revendication 5, notamment pour une structure de colonne en mer, dans laquelle une partie haute de colonne (1) est articulée à l'embase (3) par un élément inférieur (2), de forme allongée, avantageusement en forme de tige, l'élément inférieur (2) porte à son extrémité inférieue une butée (16;24;38) de limitation du mouvement du coulissement de l'embase (3). 7. - Agencement selon la revendication 6, caractérisé en ce que la butée (16) précitée est conformée essentiellement en rotule dont la surface convexe est orientée vers l'embase (3), tandis que la partie de cette dernière, qui entoure l'élément inférieur de colonne (2) est conformé en coussinet sphérique (17) concave destiné à prendre appui sur la rotule (16), pour former une articulation sphérique, des moyens (19, 20) étant prévu pour empêcher une rotation de l'embase (3) autour de l'axe de l'élément inférieur (2). 8. - Agencement selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens anti-rotation comprennent un bras exentrique (19) solidaire de la butée (16) et destiné à s'engager dans un évidement (20) approprié pratiqué dans l'embase (3), à la périphérie du coussinet (17). 9. - Agencement selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que les moyens de connexion sont réalisés sous forme d'un joint de cardan annulaire, associé à l'embase (3), tandis que l'extrémité de l'élément inférieur de colonne (2) est conformé en butée (24) de fin de course de l'embase (3), sur laquelle cette dernière prend appui. 10. - Agencement selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'ensemble de cardan annulaire (25), incorporé à l'embase (3), comprend un organe formant butée femelle annulaire (26), conformée pour prendre appui sur la butée mâle (24) précitée et que la butée femelle (26) porte sur sa surface périphérique deux tourillons (27) qui forment la première paire de tourillons du joint de cardan, sur lesquelles est monté pivotant l'anneau de cardan (28) portant la deuxième paire de tourillons (29) s'engageant dans des structures de support (30) solidaires du corps (31) de l'embase. 11. - Agencement selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisées en ce que les moyens de connexion constituent un joint de cardan à croisillon (35) porté par l'extrémité inférieur de l'élément allongé (2) de la structure de colonne, tandis que l'embase (3) comprend une structure avantageusement annulaire prenant appui sur une des deux paires de tourillons, par des surfaces (39) de coussinet approprié.