Brevet FR2652104A1 — publié le 19910322

La présente invention est relative à une structure gravitaire de plate-forme marine et, plus particulièrement, à une telle structure conçue pour être installée dans des eaux infestées icebergs et résister alors à des collisions avec ces derniers. On connaît de la demande de brevet français No. 2.615.217 déposée au nom de la demanderesse, une telle structure de plate-forme qui comporte un caisson monolithique en béton supporté par une dalle inférieure reposant sur le fond marin, ce 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, le caisson comprenant encore une dalle supérieure supportant directement ou indirectement le pont de la plate-forme et entre les deux dalles, un double mur périphérique formé de deux murs concentriques reliés entre eux par des cloisons verticales formant une structure en treillis de prismes triangulaires, le mur concentrique extérieur portant les éléments de défense. Lors du choc d'un iceberg, les éléments de défense en forme de dents fragmentent la surface de l'iceberg, dissipent l'énergie de impact et transmettent les efforts résultant du choc aux éléments structurels du double mur périphérique. Une telle plate-forme résiste bien à des chocs radiaux. Un iceberg peut cependant aborder la plate-forme obliquement et engendrer des efforts normaux à certaines faces des éléments de défense qui débordent du mur extérieur du caisson. Ces faces supportent alors des efforts non centripètes qui induisent une torsion globale importante de la plate-forme ainsi que des contraintes locales considérables en particulier dans les éléments de défense et leurs supports. Lorsque le cahier des charges impose que la plate-forme puisse résister à des efforts de glace appliqués sur des éléments de la surface extérieure du caisson et disposés de la manière la plus défavorable pour satisfaire à cette condition, on est conduit à prévoir pour les éléments de défense des épaisseurs de béton et des ferraillages prohibitifs, voire impossible à mettre en place. La présente invention a donc pour but de réaliser une structure gravitaire de plate-forme marine pour eaux infestées d'icebergs conçue de manière à éviter, ou du moins à limiter considérablement, la génération d'efforts non centripètes appliqués à la plate-forme lors d'un choc avec un iceberg progressant non radialement par rapport à cette plate-forme. La présente invention a aussi pour but de réaliser une telle plate-forme qui soit de construction simple et économiquement viable. On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront dans la suite de la présente description, avec une structure de plate-forme marine résistant aux chocs d'icebergs, ladite structure comprenant un caisson monolithique en béton constitué d'une dalle supérieure et d'une dalle inférieure prévue pour reposer sur un fond marin, de deux murs périphériques, extérieur et intérieur, respectivement, cylindriques et concentriques, prévus pour encaisser les chocs d'icebergs, ces deux murs étant disposés sensiblement verticalement entre ces dalles et liés rigidement avec celles-ci, des cloisons verticales étant disposées entre les deux murs de manière à relier ceux-ci suivant une structure en treillis de prismes.Suivant la présente invention le mur extérieur présente une paroi externe sensiblement lisse et dépourvue d'aspérités permettant un glissement de l'iceberg sur le caisson pour détourner une partie de son énergie cinétique et répartir son impact sur une surface importante et comprend ,dans son épaisseurS des moyens de renforcement propres à assurer la résistance de la structure à des chocs d'icebergs tant radiaux qu' obliques. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, les moyens de renforcement comprennent des épaississements locaux, par exemple sous forme de goussets, pour accroître la résistance du système de support du mur extérieur sur les cloisons verticales. Les moyens de renforcement peuvent aussi comprendre des moyens de précontrainte du mur extérieur. Suivant une autre caractéristique de la présente invention, si un compartimentage du volume interne du caisson est nécessaire, on prévoit des volumes cylindriques creux interposés entre le mur intérieur et des compartiments intérieurs au caisson, sur toute la hauteur de celui-ci, ces volumes creux présentant une section horizontale généralement courbe de manière à donner de la souplesse à ces volumes vis-à-vis d'efforts développés sur le double mur extérieur par des chocs dvicebergs, pour s'opposer à la transmission de ces efforts aux cloisons des compartiments intérieurs. Suivant encore une autre caractéristique de la présente invention, la structure comprend des voiles de raidissement d'autres cloisons délimitant des compartiments propres à contenir des fluides à stocker à l'intérieur du caisson. Ces voiles sont disposés de manière à permettre la vidange complète d'un ou plusieurs compartiments destinés au stockage des fluides. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et du dessin annexé, dans lequel - la figure 1 est une vue perspective, avec arrachement partiel, d'une structure de plate-forme suivant l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe transversale prise au niveau du caisson de la plate-forme de la figure 1 et, - la figure 3 est un agrandissement de la partie encerclée sur la figure 2, qui fait apparaître le détail de la constitution de l'enceinte du caisson de la plate forme suivant l'invention. La figure 1 représente une structure de plate-forme d'exploitation pétrolière 1 du type de celle décrite à la demande de brevet français précitée et modifiée suivant la présente invention, comme on le verra plus loin en détail. La structure repose sur un fond marin et comprend un pont 2 sur lequel sont disposés les installations techniques et les quartiers d'habitation. La plate-forme devant être utilisée dans des régions froides, arctiques par exemple, les installations sont couvertes et conditionnées. La structure comprend un caisson 3 du fond duquel s 'élèvent un ou plusieurs compartiments prenant la forme de colonnes 4 supportant le pont 2, au-dessus d'une dalle 16 fermant la partie supérieure du caisson. Le caisson 3 est monolithique, de forme générale cylindrique. Il comporte une dalle inférieure 5 reposant sur un fond marin et de laquelle s'élève, dans une zone proche de sa périphérie, un double mur formé de deux murs concentriques 6, 7, raidi par la dalle supérieure 16. Les deux murs concentriques 6, 7 sont reliés entre eux par des cloisons verticales 8 formant une structure en treillis de prismes. Ce double mur constitue une ceinture de défense contre les chocs d'icebergs. Selon la forme de réalisation représentée, les murs concentriques 6, 7 prennent la forme de polygones réguliers et les sommets d'un des polygones sont décalés angulairement d'un demi-côté par rapport aux sommets de l'autre polygone. Les cloisons 8 relient les sommets d'un polygone aux sommets voisins de l'autre 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, en treillis de prismes triangulaires. Suivant une caractéristique importante de la structure de plate-forme selon 1 invention, la paroi externe du mur extérieur 7 est sensiblement lisse et donc dépourvue d'aspérités ou de protubérances. Cette paroi peut être cylindrique de révolution ou, comme dans le mode de réalisation représenté, prismatique avec un grand nombre de faces de manière à être voisine du cylindre de révolution circonscrit à ce mur. La structure suivant 1 r invention se distingue nettement à cet égard de celle de la demande de brevet précitée qui comprend un caisson dont le mur extérieur est muni d'éléments de défense saillants en forme de dents pointues ou arrondies (voir les figures 2 et 4 de ce document).Dans la structure suivant l'invention, l'absence d'élément de défense saillants permet qu'un iceberg abordant le caisson de biais, c'està-dire suivant une direction non radiale, ne développe pas sur ce caisson les efforts tangentiels qui résultent, comme dans la structure de la demande de brevet précitée, de l'impact de l'iceberg sur des parties de la surface des éléments de défense engendrant des efforts non centripètes. De tels impacts appliqués sur les surfaces en saillie sont alors pleinement encaissés par ces parties d'éléments de défense. Dans la structure selon l'invention on bénéficie par contre d'un glissement de l'iceberg sur le caisson pour détourner une partie de son énergie cinétique. Par ailleurs l'énergie cinétique résiduelle à encaisser se répartira sur une surface plus importante. Comme on l'a vu plus haut, le renforcement des éléments de défense et du caisson pour les rendre résistants à de tels impacts d'iceberg "de biais", dans les cas les plus défavorables prévus par les cahiers des charges1 conduit à des quantités prohibitives en matériaux nécessaires voire à des impossibilités de réalisation. Suivant une caractéristique essentielle de la structure de plate-forme selon l'invention, le mur extérieur 7 du double mur du caisson 3 présente, outre une paroi externe sensiblement lisse et dépourvue d'aspérités, des moyens de renforcement prévus dans son épaisseur pour assurer la résistance mécanique de la structure à des chocs d'icebergs tant radiaux qu'obliques. Comme représenté à la figure 3, ces moyens de renforcement comprennent des goussets 13 qui accroissent la résistance du système de support du mur extérieur 7 sur les cloisons 8. Ces moyens de renforcement peuvent comprendre en outre des moyens de précontrainte constitués par des câbles de précontrainte tel celui repéré 14 à la figure 3. Chaque câble est tendu dans un passage prévu dans une section horizontale du mur extérieur. Comme représenté à la figure 3, ce passage est de préférence ondulé dans une telle section de manière à comprimer le mur là où les moments induits par un choc d'iceberg pourraient créer des tractions dans le béton du mur, ctest-à-dire au voisinage de la paroi externe du mur, au droit des cloisons 8 et au voisinage de la paroi interne du mur, entre deux cloisons. Les goussets, associés éventuellement aux moyens de précontrainte décrits ci-dessus, améliorent aussi la tenue aux efforts tranchants et permettent d'optimiser l'utilisation des matériaux suivant la pratique connue dans l'art. Des goussets convenablement dimensionnés peuvent aussi renforcer les jonctions des cloisons 8 dans le mur intérieur 6, avec ou sans utilisation de moyens de précontrainte associés. Tous ces moyens de renforcement s'ajoutent éventuellement à celui qui consiste, naturellement, à accroître de manière convenable l'épaisseur des cloisons 8 et des murs 6, 7. Ils permettent cependant de limiter considérablement cet accroissement en autorisant ainsi des économies appréciables en matériaux par rapport à la solution présentée dans la demande de brevet précitée. On remarquera que la structure de plate-forme suivant l r invention retient l'agencement en treillis de prismes de ces cloisons 8, déjà exploité dans la plateforme de la demande de brevet précitée, car ce treillis est particulièrement bien adapté à la reprise des efforts considérables développés lors des chocs avec des icebergs, à travers un maillage continu d'éléments travaillant alternativement en traction ou en compression. Cette structure en treillis de prismes est particulièrement avantageuse si on la compare à une structure à cloisons radiales dans le double mur, structure dans laquelle seules les cloisons travaillent principalement en traction/compression, les deux murs, extérieur et intérieur, travaillant principalement en flexion, ce qui exige des quantités supérieures de béton, d'acier et une précontrainte importante. Comme représenté à la figure 2, la plate-forme suivant l'invention comporte, à l'intérieur de l'enceinte de défense constituée par le double mur 6, 7, outre les compartiments constituant les colonnes 4 de support du pont 2, des compartiments cylindriques 17 à 25 s'étendant verticalement entre les deux dalles du caisson. Ces compartiments sont destinés à recevoir par exemple du pétrole brut, d'autres fluides d'exploitation, ou le lest de la plate-forme, tel que : eau de mer, sable, minerais pondéreux, etc...Suivant une caractéristique avantageuse de la structure selon l'invention, les parois de ces compartiments sont pratiquement dissociées de la reprise des efforts résultant des chocs d'icebergs puisque leur liaisons avec la ceinture ne s'effectuent qu'à travers les dalles de caisson ou par les enveloppes des volumes 26 à 29 de la plate-forme suivant l'invention (voir figure 2), intercalés chacun par exemple entre le mur 6 et une colonne 4. Suivant une autre caractéristique de l'invention, chacun de ces volumes 26 à 29 est creux, cylindrique à génératrice verticale et présente une section transversale horizontale en forme de voile courbe. A titre d'exemple seulement, on a représenté à la figure 2 les sections de ces volumes qui prennent la forme de celle d'un tube circulaire souple partiellement écrasé suivant un diamètre. Ces volumes présentent une souplesse notable vis-à-vis d'efforts transversaux. Ainsi lors d'un choc d'iceberg encaissé par le double mur 6, 7, seulement une faible partie de l'énergie du choc est transmise au volume qui l'absorbe élastiquement et évite la transmission à la colonne 4 adjacente et aux autres compartiments. Ceux-ci sont ainsi efficacement protégés de toute détérioration par le découplage du double mur et de la colonne, établi par le volume élastique intercalé entre ceux-ci. Ainsi, la présence de ces volumes élastiques 26 à 29 constituant des diaphragmes verticaux en béton de forme courbe appropriée raccordant le double mur (6, 7) de protection et les compartiments intérieurs de la plateforme, assure une continuité structurelle tout en ménageant une souplesse mécanique permettant un découplage quasi-total (sauf au niveau des dalles du caisson) et la reprise des efforts d'icebergs par la ceinture extérieure seule. Bien entendu la section des volumes 26 à 29 pourrait prendre d'autres formes appropriées, une forme circulaire par exemple. On remarquera encore sur la figure 2 une autre caractéristique avantageuse de la structure de plate-forme suivant l r invention, à savoir la présence de voiles plans 30 à 33 constituant à la fois des parties de parois de compartimentage pour les compartiments 19 à 21 et des éléments raidisseurs pour l'ensemble des compartiments. Les compartiments 17, 18, 19, 20 étant disposés à l'intérieur (en section transversale) d'un carré circonscrit aux quatre colonnes 4, tangentiellement à ces colonnes et à un compartiment central 21, les voiles 30 à 33 définissant ce compartiment central 21 rectangulaire tandis que les prolongements de ces voiles, au-delà du compartiment 21, tangentent les colonnes 4 et les compartiments 17, 18, 19 et 20. Chacun des voiles 32, 33 s'étend d'un point de tangence d'une paire compartiment/colonne au point de tangence d'une paire symétrique de la précédente par rapport à un plan 34 de symétrie diamétral du caisson de la plate-forme. Les voiles 30, 31 sont raccordés au-delà de leurs points de tangence aux colonnes 4, par des voiles demi-circulaires 35, 36.Cette configuration de voiles plans et courbes, convenablement conjugués permet d'assurer le raidissement et la résistance mécanique des compartiments 17 à 21 de manière que ceux-ci puissent être vidangés ou remplis indépendamment les uns des autres ou des compartiments 22 à 25 sans qu'une pression hydrostatique différentielle appliquée sur une paroi séparant deux compartiments adjacents ne créé un risque de rupture de cette paroi. La structure de plate-forme suivant l'invention permet d'obtenir de nombreux avantages dont celui, fondamental, qui consiste en une réduction notable, voire une suppression, des efforts tangentiels que l'on observe sur les structures de plate-forme à éléments de défense débordant vers l'extérieur de la paroi externe de l'enceinte de protection, en cas de collision avec un iceberg à progression non radiale. Il en résulte un gain de matériaux de l'ordre de 10 % par rapport à une solution du type de celle décrite dans la demande de brevet précitée, et une simplification considérable de la technique de construction par coffrage glissant du mur extérieur du caisson dans la mesure où le ferraillage et la précontrainte se trouvent notablement simplifiés du fait d'une surface extérieure sans protubérances difficiles à renforcer. Les noeuds de jonction du mur extérieur 7 avec les cloisons 8 ne présentent plus que quatre branches contre six dans la solution précitée. Au gain direct sur les quantités de matériaux, il convient d'ajouter un gain indirect lié au fait que la structure est flottante pendant les phases de construction et que le gain direct en matériaux permet, à flottabilité identique, d'améliorer la stabilité marine par remplacement de la masse des matériaux ainsi gagnés par du ballast solide disposé au fond des compartiments. Ce surcroît de stabilité marine peut permettre soit une augmentation de la charge embarquée sur le pont, soit une diminution du diamètre général de l'ouvrage, d'où une nouvelle réduction des quantités de matériaux. La présente invention permet aussi d'améliorer et de simplifier les traversées de l'enceinte périphérique par les tubes et conduites pétrolières, le nombre des voiles à traverser étant considérablement réduit. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Ainsi, bien que, dans ce mode de réalisation, un volume creux (26 à 29) soit intercalé entre une colonne 4 et le mur 6, ce volume pourrait aussi être installé entre ce mur et l'un des compartiments 17 à 20, sans que l'on sorte du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Structure gravitaire de plate-forme marine résistant aux impacts d'icebergs, ladite structure comprenant un caisson monolithique (3) en béton constitué d'une dalle supérieure (16) et d'une dalle inférieure (5) prévue pour reposer sur un fond marin, de deux murs périphériques (6, 7) intérieur et extérieur, respectivement, cylindriques et concentriques, prévus pour encaisser les chocs d'icebergs, ces deux murs (6, 7) étant disposés sensiblement verticalement entre les dalleS (5, 16) et liés rigidement avec celles-ci, des cloisons verticales (8) étant disposées entre les deux murs de manière à relier ceux-ci suivant une structure en treillis de prismes, caractérisée en ce que le mur extérieur (7) présente une paroi externe sensiblement lisse et dépourvue d'aspérités permettant un glissement de l'iceberg sur le caisson pour détourner une partie de son énergie cinétique et répartir son impact sur une surface importante et comprend dans son épaisseur des moyens de renforcement (13, 14) propres à assurer la résistance de la structure à des chocs d'icebergs tant radiaux qu'obliques. 2. Structure conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de renforcement comprennent des épaississements locaux (13) pour accroître la résistance du système de support du mur extérieur (7) sur les cloisons verticales (8). 3. Structure conforme à l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les moyens de renforcement comprennent des moyens de précontrainte (14) du mur extérieur (7). 4. Structure conforme à la revendication 3, caractérisée en ce que lesdits moyens de précontrainte comprennent des câbles (14) tendus dans des passages sensiblement horizontaux prévus dans l'épaisseur du mur extérieur (7), chaque passage se rapprochant de la paroi externe du mur au droit des cloisons (8) et de la paroi interne de ce mur, entre deux cloisons. 5. Structure conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend des volumes cylindriques creux (26 à 29) interposés entre le mur intérieur (6) et des compartiments (4 ; 17 à 20) intérieurs au caisson, sur toute la hauteur de celui-ci, ces volumes présentant une section horizontale généralement courbe de manière à donner de la souplesse à ces volumes vis-à-vis d'efforts développés sur le double mur périphérique par des chocs d'icebergs, pour s'opposer à la transmission de ces efforts aux cloisons des compartiments intérieurs. 6. Structure conforme à la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comprend des voiles de raidissement (30 à 33) des compartiments intérieurs au caisson. 7. Structure conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les prismes de la structure en treillis sont des prismes triangulaires.