Brevet FR2615217A1 — publié le 19881118

L'invention concerne une structure gravitaire de plate-forme marine pour zone arctique, ladite structure comportant un caisson monolithique en béton fermé par une dalle supérieure et par une dalle inférieure reposant sur le fond marin, ledit caisson présentant à sa périphé- rie une configuration de dents verticales capables de résister aux icebergs venant s'y heurter et d'absorber l'nérgie des chocs. L'exploitation des gisements pétroliers dans les mers arctiques ou dans les zones de dérive des icebergs est rendue très problématique par suite des risques de collisions avec des très gros icebergs. On connaît des plates-formes susceptibles de ré- sister au pack de glace par fragmentation de celui-ci sur des parties inclinées prévus sur une hauteur corres- pondant à l'épaisseur de la couche de glace comme décrit dans le brevet FR-A-2.562.112. De telles plates-formes sont toutefois peu adaptées à résister aux chocs d'icebergs dont la partie immergée, qui est très importante, peut venir heurter le pied de la plate-forme avec pour moindre conséquence un glissement de celle-ci sur le fond marin. Afin d'éviter de tels accidents, on prévoie à distance de la plate-forme des défenses qui ont pour fonc- tion de modifier la course des icebergs et de les éloigner de la zone protégée. Cette solution est très coûteuse et exige une surveillance constante de la zone pour éventuellement détruire les plus gros icebergs avant leur contact avec les défenses. Le brevet US-A-4.422.804 a apporté une solution relativement simple pour des plates-formes devant résister à l'impact de gros icebergs. La plate-forme consiste en une structure en béton, monolithique, massive, présentant un réseau de comparti- ments cylindriques ou prismatiques, s'étendant verticale- ment & partir d'une dalle de fondation reposant sur le sol marin et fermés par une dalle de couverture. Cette struc- ture dépasse généralement de la surface de l'eau et porte, par l'intermédiaire de colonnes, le pont. La périphérie de la structure présente des dents pointues ou arrondies, s'étendant verticalement, et qui constituent une partie' renforcée des compartiments extérieurs formant ainsi la structure capable de résister aux impacts des icebergs et éventuellement de les fraqmenter. Les compartiments ont des parois épaisses et occu- pent la totalité de la structure. Les parois raidissent l'ensemble de la structure et participent à la reprise des efforts. En outre les fortes épaisseurs de béton sont sou- mises à des contraintes importantes dues à la température du pétrole stocké dans les compartiments et nécessitent des armatures de précontrainte conséquentes. L'invention procède du dispositif ci-dessus décrit mais reprend les efforts extérieurs par un dispositif dif- férent, ne fait pas participer les parois internes à la reprise et à la diffusion des efforts et réduit par consé- quent le poids élevé de la structure et améliore sa stabi- lité marine, elle pallie également les effets de la tempé- rature élevée du pétrole stocké sur les matériaux formant matériaux formant les parois des réservoirs. Elle procure un gain appréciable sur les volumes des matériaux de structure et des dispositifs de précontrainte. La structure, selon l'invention, est remarquable en ce qu'elle est constituée à sa périphérie d'un double mur formé de deux murs concentriques reliés entre eux par des cloisons verticales formant une structur en treillis de prismes triangulaires, le mur concentrique extérieur portant les éléments de défense. Les explications et figures données ci-après & titre d'exemples permettront de comprendre comment l'invention peut être réalisée. - 3 - La figure 1 est une vue en. perspective par-tielle- ment arrachée d'une structure selon 'un premier exemple de réalisation de l'invention. La figure 2 est une vue en coupe horizontale de la structure selon la figure 1. La figure 3 est une vue en perspective partielle- ment arrachée d'une structure selon un deuxième exemple de réalisation de l'invention. La figure 4 est une vue en coupe horizontale de la structure selon la figure 3. La figure 5 est une vue en coupe verticale selon V-V des figures 2 et 4. La figure 1 représente une plate-forme d'exploita- tion pétrolière comportant une structure support 1, con- forme à un premier exemple de réalisation de l'invention, reposant sur le sol marin et supportant un pont 2 sur lequel sont disposées les installations techniques et les quartiers d'habitation. La plate-forme devant être utilisée dans les régions arctiques, les installations sont couvertes et conditionnées. La structure support 1 est constituée d'un caisson 3 duquel s'élève une ou plusieurs colonnes 4 supportant le pont 2. Le caisson 3 est une structure monolithique, de forme générale cylindrique, comportant une dalle inférieu- re 5 reposant sur le sol marin, sur laquelle s'élève, dans une zone proche de sa périphérie, un double mur formé de deux murs concentriques 6, 7 raidi par une dalle supérieu- re 16. Les deux murs concentriques 6, 3 sont reliés entre eux par des cloisons verticales 8 formant une structure en treillis de prismes triangulaires dont éventuellement le côté formé par le mur extérieur ou intérieur est curvili- gne. Selon la forme de réalisation représentée, les murs concentriques sont polygonaux. et les sommets d'un des polygones est décalé, par rapport aux sommets de l'autre polygone, d'un demi côté. Les cloisons 8 relient le sommet d'un polygone aux sommets voisins de l'autre -4- polygone. Ces particularités ressortent clairement de la figure 2 qui est une coupe transversale de la figure 1. Ainsi le mur 6 formant le polygone intérieur a ses sommets 9, 10... décalés d'un demi côté par rapport aux: sommets 11, 12 du mur 7 formant le polygone extérieur. Chacun des sommets 9, 10... du polygone intérieur est relié aux sommets 11,12 voisins du polygone extérieur par des cloisons 8 formant un entretoisement. Selon une forme de réalisation non représentée, les murs concentriques 6, 7 ne sont pas semblables et com- portent un nombre de côtés différent. Les cloisons verti- cales 8 sont disposées dans des plans passant par l'axe vertical de la structure ou parallèles à celui-ci. Le mur extérieur 7 porte, centré sur chaque côté du polygone, des éléments de défense 13, saillants vers l'extérieur, et qui s'appuient par leurs extrémités sur deux sommets successifs du polygone ou du prisme partiel- lement curviligne correspondant. Comme connus du brevet US- A-4.422.804, ces éléments peuvent affecter la forme de dents arrondies, pas nécessairement circulaires, ou ai- gues. Le volume intérieur du caisson limité par le mur intérieur est partagé, selon la destination de la plate- forme, par des cloisons 14, formant des réservoirs desti- nés & recevoir, par exemple, du pétrole brut ou des liqui- des divers et/ou des volumes pouvant être utilisés pour la mise en place du lest. Ce volume loge également la ou les colonnes creuses 4 montant depuis la dalle inférieure 5 jusqu'à une dalle supérieure 16, puis s'élevant, dans l'exemple représenté, au-dessus de cette dernière pour supporter le pont. Ces colonnes contiennent des équipements divers, ou matériaux en rapport avec l'usage de la structure. Les cloisons 14, qui délimitent les compartiments intérieurs, ne participent pas nécessairement à la résis- tance de la structure qui est essentiellement due au dou- ble mur périphérique en treillis et aux dalles inférieure et supérieure. Pour éviter leur participation à la trans- -5- mission des efforts, les cloisons 14 peuvent comporter à leurs extrémités des joints souples. La structure est réa- lisée de manière connue, en béton armé et précontraint, ou totalement ou partiellement en béton léger, éventuelle- ment à haute résistance. Le lest est placé dans les compartiments ou les réservoirs prévus, y compris dans les compartiments du double mur extérieur et dans les éléments de défense, et peut être constitué d'eau de mer, de sable, pierres, mine- rai pondéreux ou tout autre produit pulvérulent. Afin d'augmenter le poids de la plate-forme mais également pour renforcer ou raidir tout ou partie des murs concentriques, il est possible de remplir les volumes prismatiques formés entre les murs et les cloisons ainsi que les éléments de défense 13 par un matériau qui se solidifie, comme par exemple du béton. Comme connu, les éléments de défense 13 sont des- tinés à subir le contact direct des icebergs. La forme de ces éléments n'est pas essentielle, par contre, la qua- lité de leur appui est très importante car les efforts qu'ils subissent doivent transiter harmonieusement dans le double mur qui les soutient. Il peut être nécessaire, pour permettre une meil- leure répartition des efforts, d'augmenter la rigidité du caisson et par conséquent de prévoir, entre les dalles inférieure et supérieure, des dalles intermédiaires. Ces dalles, comme les dalles inférieure et supérieure, compor- tent éventuellement des renforts se présentant sous forme de surépaisseurs ou de poutres de raidissage. Les figures 3 et 4 représentent un deuxième exemple de réalisation d'un caisson selon l'invention, dans lequel les murs concentriques 6, 7 sont circulaires et les élé- ments de défense 15 affectent une section triangulaire. Les sommets des bases des triangles se confondent avec les zones de jonction des cloisons 8 et du mur 7. La figure 5 est une vue en coupe selon V-V des figures 2 et 4. -6- Par suite de la réalisation du pourtour du caisson sous la forme d'un double mur entretoise formant une structure annulaire en treillis, les efforts auxquels sont soumis les éléments de défense lors d'un choc avec un iceberg sont uniformément répartis dans la structure et permettent ainsi un allègement considérable du caisson par rapport à la réalisation décrite dans le brevet US-A- 4.422.804. Selon un exemple de réalisation concernant une plate-forme destinée à être implantée dans 80 mètres de profondeur d'eau et de dimensions semblables à celle de la plate-forme selon l'art antérieur, le gain en poids pour le béton et l'acier de structure est de l'ordre de à 15 % et celui des cables de précontrainte de 15 à 25 %. Cette diminution de masse structurale présente de nombreux avantages. La réduction du volume de béton constituant les parois des réservoirs, parois qui ser- vaient dans le dispositif antérieur & répartir les efforts subis par les éléments de défense, diminue les effets dus à la température élevée du pétrole stocké sur les maté- riaux et en particulier sur les armatures de précontrainte. La diminution du poids du caisson améliore la stabilité marine et permet une augmentation sensible du poids en tête lors du remorquage. Cette capacité supérieu- re de charge en tête permet l'installation des équipements supplémentaires sur le pont, dans les conditions favora- bles existant sur le chantier de construction de la plate- forme, et par conséquent la réduction des coûts associés à l'installation et la connexion de ces mêmes équipements en mer. Un autre avantage consiste à pouvoir disposer les colonnes 4 et les cloisons intérieures 14 de manière com- plètement indépendante de la configuration du double mur extérieur. La disposition de ce double mur et de ses dé- fenses, ne dépendant plus du réseau de parois intérieures, peut être optimisée en fonction des chocs d'icebergs; il est par exemple facile de diminuer ou d'augmenter le nom- bre de défenses, ou changer leurs dimensions. -7- REVENDICATIONS 1. Structure gravitaire de plate-forme marine pour zone arctique, ladite structure comportant un caisson monolithique en béton supportée par une dalle inférieure reposant sur le fond marin, ledit caisson présentant une configuration de dents verticales formant des éléments de défense capables de résister aux chocs d'icebergs et d'absorber l'énergie transmise, et une dalle supérieure supportant directement ou indirectement le pont, caracté- risée en ce qu'elle est constituée à sa périphérie d'un double mur formé de deux murs concentriques (6, 7) reliés entre eux par des cloisons verticales (8) formant une structure en treillis de prismes triangulaires, le mur concentrique extérieur (7) portant les éléments de défense (13, 15). 2. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux murs concentriques (6, 7) forment des prismes à base polygonale. 3. Structure selon la revendication 1, caractéri- sée en ce que les deux murs concentriques (6, 7) forment des cylindres. 4. Structure selon la revendication 1, caractéri- sée en ce que les éléments de défense (13, 15) s'appuient par leurs extrémités sur la zone de jonction des. cloisons (8) et du mur (7). 5. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que le caisson (3) comporte au moins une dalle intermédiaire parallèle aux dalles inférieure et supérieu- 6. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est exécutée totalement ou partiellement en béton léger.