Brevet FR2670459A1 — publié le 19920619

La présente invention concerne une plate-forme semi-submersible utilisable par exemple pour la production en mer. Ce type de structure est habituellement constitué d'éléments allongés à axe vertical (ou colonnes) en partie immergés, et d'éléments allongés totalement immergés, à axe horizontal, appelés pontons. Ces éléments, qui sont en nombre variable, peuvent être agencés entre eux de différentes façons pour former L'ossature d'une plate-forme semi-submersible. Les structures ainsi formées supportent généralement un pont sur lequel est arrimé un équipement spécifique à la fonction à laquelle est destinée la plate-forme. De telles structures sont par exemple divulguées par les documents US-A-4.112.864, US-A-3.949.693 ou encore US-A-3.967.572. Pour obtenir le maintien de ce type de plate-forme au-dessus d'un point précis fixe au fond de l'eau, plusieurs systèmes de positionnement sont utilisés. Des câbles souples peuvent relier des points d'ancrage au fond de liteau et des points de la plate-forme. Il existe aussi des systèmes dits "de positionnement dynamique" constitués de propulseurs fixés à la plate-forme et destinés à ramener celle-ci vers sa position d'origine dès qu'une dérive est constatée. Dans le cas de production de pétrole, une ou plusieurs conduites flexibles ou "riser" relient les puits à la plate-forme et assurent la fonction de production proprement dite. En outre, les structures semi-submersibles doivent affronter des états de mer extrèmement difficiles. En mer du Nord par exemple, des dénivellations de "crête à creux" de l'ordre de 30 mètres sont à envisager. De telles structures sont donc très sollicitées et doivent en particulier présenter une résistance structurelle élevée. Le dimensionnement des différents éléments constituant ces installations est donc particulièrement délicat et doit obéir à un certain nombre de critères statiques et dynamiques. Un critère d'ordre statique concerne par exemple la contrainte de stabilité hydrostatique qui conditionne principalement la section et l'espacement des colonnes. Les colonnes ainsi dimensionnées sont généralement de section importante. Les critères dynamiques, liés notamment aux périodes de houles, impliquent que les périodes propres de la structure en roulis, tangage et pilonnement soient situées bien au-delà desdites périodes de houle. Un autre critère dynamique est relatif à la période d'équilibrage, c'est-à-dire la période à laquelle on obtient une annulation complète des efforts verticaux agissant sur les colonnes et les pontons. En choississant de façon appropriée les dimensions des colonnes et des pontons, on obtient une période d'équilibrage donnée qui devra être une limite supérieure des périodes de houle rencontrées habituellement dans une zone géographique. Par exemple, en mer du Nord, le dimensionnement des plates-formes semi-submersibles doit être tel que leur période d'équilibrage se situe entre 18 et 20 secondes. Pour satisfaire ces critères, les pontons des platesformes semi-submersibles doivent être volumineux et représentent habituellement de 70 à 80 % du volume total immergé. Les plates-formes semi-submersibles réalisées jusqu'à présent en fonction notamment des critères énoncés ci-dessus, sont donc d'assez grandes dimensions d'ou des problèmes de délais, de coûts qui peuvent s'avérer génants dans certains cas. La présente invention a pour but de remédier en particulier à ces problèmes d'encombrement, en proposant une structure semi-submersible de dimensions réduites par rapport aux structures classiques, et qui bien entendu satisfasse tout autant les critères de dimensionnement énoncés plus haut. La présente invention concerne une plate-forme semisubmersible du type défini en tête de la description et dont, conformément à l'invention, certains au moins des pontons présentent des parois poreuses. La porosité est notamment réalisée par un grand nombre d'ouvertures dans les parois ; les ouvertures peuvent être des perforations de toute forme, des fentes... Le taux de porosité, c'est-à-dire le rapport de la surface des ouvertures à la surface totale des parois de chaque ponton, est de préférence compris entre 10 et 30 %. La présente invention trouvera une application particulière en tant que plate-forme ou "support" de production. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux à la lecture de la description qui va suivre, faite de manière illustrative et non limitative, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue de dessus d'un modèle utilisé pour montrer les particularités d'un ponton poreux, - la figure 2 est une vue de face du modèle de la figure 1, - la figure 3 montre Les courbes des fonctions de transfert en pilonnement obtenues pour le modèle représenté sur les figures 1 et 2, - la figure 4 montre les courbes des fonctions de transfert en pilon nement relatif obtenues pour le modèle donné par les figures 1 et 2, - la figure 5 est une vue de dessus d'un mode de réalisation de l'invention, et - les figures 6 et 7 montrent chacune en perspective une géométrie d'un ponton poreux selon L'invention. Les figures 1 et 2 montrent un modèle utilisé pour mettre en évidence certaines particularités physiques d'une structure pourvue d'un élément poreux. Le modèle pris ici comme exemple, est cependant tout à fait représentatif d'une structure réelle de plate-forme semi-submersible en ce qui concerne en particulier son comportement hydrodynamique. Le modèle, presque totalement immergé, est constitué d'un premier cylindre 1 d'axe horizontal Y, poreux, c 'est-à-dire percé de trous, fentes ou autres petites ouvertures. Un second cylindre 2 d'axe vertical Z est raccordé au premier, substantiellement en son milieu. Le diamètre du second cylindre 2 est quelque peu supérieur à celui du premier. Une étude a été faite, à partir de ce modèle, sur le mouvement de translation verticale appelé "pilonnement", dû à l'action de la houle. Le mouvement de translation horizontale, dans la direction de propagation de la houle, et appelé "cavalement", a également été étudié. La réponse d'une structure flottante, notamment vis-à-vis du pilonnement, est en effet très significative pour son dimensionnement et l'évaluation de ses performances. Par ailleurs, avec un ponton poreux selon l'invention, des pertes de charge proportionnelles au carré de la vitesse relative de l'écoulement qui le traverse, sont créées, d'où un effet amortisseur très important qui limite considérablement les phénomènes de résonnance. La figure 3 illustre particulièrement bien le phénomène d'amortissement engendré par les pontons poreux. En effet, la courbe 30 en traits pleins représente la fonction de transfert en pilonnement d'un ponton étanche. On remarque nettement une résonnance, pour des périodes de houle d'environ 16 ou 17 secondes. Cette résonnance est avantageusement limitée, voire supprimée si l'on considère des pontons poreux dont le comportement est représenté par les courbes en pointillé 31 à 33 de la figure 3. Ces trois courbes correspondent à la réponse de pontons ayant respectivement des porosités de 10, 20 et 30 %. Une porosité de 30 % supprime totalement le phénomène de résonnance. Il ressort de ce qui précède qu'au plan hydrodynamique, le taux de porosité des pontons est un paramètre prépondérant. La forme des petites ouvertures par contre ne semble pas significative, de même que la forme de la section des pontons. A l'inverse des plates-formes semi-submersibles traditionnelles-et de façon avantageuse, la section des pontons poreux selon l'invention peut être inférieure à celle des colonnes. Par ailleurs, par rapport à une structure classique, c'est-à-dire pourvue de pontons à parois pleines, le coût de fabrication des pontons poreux eux-mêmes, peut être notablement réduit car les pontons poreux n'ont plus à résister à la pression hydrostatique. Les différences de pression qui s'appliquent sur les plaques perforées sont en effet bien inférieures à la pression hydrostatique. En outre, les pontons poreux qui perdent leur fonction de flottabilité, continuent cependant de participer à la raideur structurelle de l'ensemble, tout en jouant un rôle non négligeable d'amortisseur. L'amortissement apporté par les pontons poreux permet en effet de limiter, voire d'éliminer, les fréquences de résonnance de la structure en pilonnement, c'est-à-dire au niveau des mouvements de translation verticale comme il ressort de la figure 3. De plus, cet amortissement agit sur les mouvements horizontaux de la structure. L'amortissement créé par les pontons poreux tend en effet à faire disparaitre les oscillations basse fréquence dans le plan horizontal. Cette caractéristique permet donc d'associer un ancrage moins coûteux aux plates-formes selon L'invention. Par ailleurs, des études ont révélé que, comme le montre la figure 4, le pilonnement relatif, c'est-à-dire la translation verticale relative de la structure flottante par rapport à la surface libre, notamment aux fortes périodes de houle (périodes supérieures à 12 ou 13 secondes), diminue très nettement en remplaçant des pontons à parois pleines (courbe 40), par des pontons de porosité respectivement égale à 10, 20 et 30 % (courbes 41, 42, 43). Cette caractéristique permet de diminuer la hauteur du pont, c'est-à-dire la distance entre la plate-forme émergée et le niveau d'eau. Le gain en hauteur ainsi obtenu est de l'ordre de 50 % ou plus. Les plates-formes pourvues de pontons poreux sont donc de dimensions réduites par rapport aux plates-formes classiques - au niveau de la section des pontons, et - au niveau de la hauteur du pont. De plus, une plate-forme selon l'invention permet des gains substantiels au niveau de L'ancrage, plus spécifiquement au niveau du dimensionnement des lignes d'ancrage et des colonnes de transfert ou risers flexibles. Un exemple de réalisation d'une plate-forme semisubmersible selon L'invention est donné par la figure 5. Selon ce mode de réalisation, quatre colonnes 3 sont disposées aux quatre coins d'un carré dont chaque côté est formé par un ponton poreux 4 totalement immergé. Tout type de plaque ou d'élément support peut être supporté, hors de l'eau, par cette structure de base. Il est également envisageable, sans sortir du cadre de l'invention, de concevoir une structure pourvue à la fois de pontons poreux et de pontons étanches. L'ancrage de telles structures peut être réalisé de n'importe quelle manière connue en soi. Par ailleurs, comme il a déjà été dit, la section des pontons poreux peut être carrée, comme représenté sur la figure 7, ou encore circulaire comme montré par la figure 8. D'autres types de sections sont envisageables, l'exemple le plus facilement réalisable étant cependant celui des sections les plus couramment utilisées de façon classique, à savoir la section d'un rectangle à angles biseautés. De façon préférentielle, mais non limitative, la présente invention sera plus particulièrement utilisée, dans le domaine offshore, pour des petits supports de production avec risers flexibles. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir de la description qui vient d'être donnée à titre illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. - Plate-forme semi-submersible constituée notamment de colonnes semi-immergées et d'éléments allongés, ou pontons, d'axe sensiblement horizontal, totalement immergés, caractérisée en ce que certains au moins desdits pontons présentent des parois poreuses, la porosité étant réalisée par un grand nombre de petites ouvertures dans lesdites parois. 2. - Plate-forme semi-submersible selon la revendication 1, caractérisée en ce que le taux de porosité, c'est-à-dire le rapport de la surface totale des ouvertures à la surface totale des parois est au plus égal à 30 %. 3. - Plate-forme semi-submersible selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit taux de porosité est compris entre 10 et 30 %. 4. - Plate-forme semi-submersible selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les petites ouvertures sont des fentes. 5. - Utilisation de la plate-forme semi-submersible selon l'une quelconque des revendications précédentes, pour réaliser une unité offshore de support de production. 6. - Plate-forme selon L'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend quatre colonnes et quatre pontons, dont deux au moins sont poreux.