Brevet FR2721681A1 — publié le 19951229

La présente invention concerne la conception et la réalisation de conduites, en se référant en particulier, en tant qu'application p-é~érée, aux conduites telles que les canalisations couramment appelées pipelines, qui sont mises en place en mer, pour servir â véhiculer des fluides constitués notamment de produits pétroliers, sous forme de gaz ou d'hydrocarbures ' guides. Pour constituer de telles conduites, il est usuel d'utiliser des tuyaux qui sont préfabriqués et amenés sur le chantier, sur barge en mer ("off-shore"), et de les y raccorder bout à bout sur place, au fur et à mesure que l'on pose la conduite en pleine mer, en passant de proche en proche d'un tuyau ac suivant. Pour ce faire on a déjà, sinon utilisé industriellement, du moins proposé ou essayé différentes techniques, tant pour la conception des tuyaux et des raccords que pour le montage et le procédé de mise en place. I1 existe toutefois une circonstance que ne semble pas avoir été prise en compte dans toutes ses dimensions. I1 s'agit du poids apparent que doit présenter la conduite intrinsèquement si l'on veut éviter d'avoir à l'enterrer au fond de la mer pour qu'elle ne se déplace pas sous l'effet des vagues et des courants. Mais aussi, on ne peut pas résoudre cette question sans traiter en méme temps les difficultés que l'on rencontre au niveau des raccords, en particulier pour assurer une continuité uniforme dans les propriétés mécaniques et thermiques le long de la conduite terminée, ou en négligeant les besoins liés au milieu marin et aux efforts temporaires à affronter lors du montage et de la pose des tuyaux successifs. A ces exigences de la pratique industrielle, l'invention apporte une solution nouvelle, notamment en ce que le raccord entre deux tuyaux successifs implique un manchon librement coulissant mais collé sur les tuyaux au niveau de la jonction entre deux tuyaux successifs et/ou par le fait que les différents tuyaux sont constitués dans leur partie courante de deux tubes coaxiaux, généralement en acier, entre lesquels est interposé un remplissage grâce auquel ils sont à la fois calorifugés et lestés, et de préférence en outre rendus relativement imperméables à l'eau.Le fluide à véhiculer, constitué par un produit pétrolier en général, dans l'exemple d'application préféré, circule à l'intérieur du tube interne, ou tube transporteur, alors que le tube externe peut être aisément choisi pour jouer le rôle d'un tube protecteur mettant le remplissage intermédiaire à l'abri des agressivités de l'eau de mer et des chocs que la conduite risque fort de devoir subir en cours d'utilisation. Conformément à l'une des caractéristiques de l'invention, le remplissage formé dans l'espace enveloppe annulaire séparant les deux tubes des tuyaux est constitué essentiellement de béton, donc d'un liant au ciment enrobant des cailloux et graviers en tant que matières de charge, le béton constituant une matière de lestage privilégiée. Conformément à une autre caractéristique de l'invention, un matériau de remplissage interposé entre les tubes coaxiaux des tuyaux est essentiellement constitué d'un matériau alvéolaire à pores fermés, tel que du verre expansé ou une mousse de matière plastique équivalente. Dans ce cas, la conduite selon l'invention trouve avantage dans les qualités d'imperméabilité et d'isolation de ce type de matériau. En particulier, le caractère hydrofuge du verre ou des matériaux analogues permet que les légères fuites qui peuvent toujours se produire à travers des fissures minimes des tubes externes, ou surtout à travers les raccords entre tuyaux successifs, ne se propagent pas le long de la canalisation et n'aillent pas jusqu'à attaquer éventuellement les tubes transporteurs de fluide. I1 est toutefois plus avantageux de combiner les deux matériaux préférés, en enveloppant le matériau calorifugeant imperméable qu'est le verre expansé, ou un matériau à pores fermés analogue, d'une couche de lestage formée de béton coulé en usine, le béton pouvant également servir de liant enrobant des blocs distincts de verre expansé et assurant l'homogénéité de l'enveloppe de remplissage dans tout le volume annulaire entre les deux tubes.En particulier, le remplissage peut ainsi être constitué d'une couche enveloppe de béton, autour d'une enveloppe de plus faible diamètre formée de blocs de béton expansé, eux-mêmes noyés dans un liant au ciment enrobant le tout et chargé de manière différente, notamment avec des charges de granulométrie plus faible Suivant l'invention, le tube transporteur interne se prolonge en continu à chacune des extrémités longitudinales du tuyau correspondant, par un tronçon de jonction où il est nu, au-delà de la partie courante du tuyau équipée du remplissage intermédiaire et du tube protecteur externe.A ce niveau, un dispositif de raccordement entre deux tuyaux successifs conforme à l'invention implique, outre les tronçons de jonction de deux tuyaux présentés alignés bout à bout, sa propre enveloppe de remplissage ainsi qu'un manchon d'accouplement destiné à recouvrir ensemble du raccord. Celui-ci s'étend sur une zone de jonction dont la longueur couvre non seulement celle des tronçons de jonction des tubes internes, mais aussi de part et d'autre, un tronçon d'extrémité des tubes externes correspondant aux parties courantes des tuyaux. I1 est à avantageusement à libre coulissement sur les tubes externes des deux tuyaux, au moins sur leurs tronçons d'extrémité intervenant dans la zone de jonction. Conformément à l'invention, une continuité des propriétés mécaniques et thermiques de la canalisation dans son ensemble est assurée en sélectionnant pour les éléments constitutifs du raccord sensiblement les mêmes matériaux ou des matériaux équivalents à ceux qui sont utilisés dans la partie courante des tuyaux. Ainsi, le manchon d'accouplement est de préférence de forme annulaire cylindrique et réalisé en acier, sous une épaisseur de paroi équivalente à celle des tubes externes de tuyaux. Dans ce cadre et conformément à une variante de réalisation préférée de l'invention, un anneau de remplissage à insérer sur place, dans la zone des deux tronçons de jonction des tubes internes soudés bout à bout, est constitué d'éléments rigides préfabriqués, d'isolation thermique et/ou de lestage, réalisés avantageusement soit en verre expansé ou en matière plastique analogue à pores fermés, soit en ciment, soit encore en une combinaison de ces deux matériaux. I1 semble que pour la commodité de mise en oeuvre du procédé objet de l'invention, il soit particulièrement avantageux de réaliser un tel anneau de remplissage à partir de douelles ou coquilles rigides, notamment de deux éléments semi-annulaires couvrant chacun la moitié de la circonférence des tubes internes, qui sont destinés à être assemblés sur place, notamment par l'intermédiaire d'un liant compatible. D'autre part, il est souhaitable dans le cadre de l'invention que le manchon soit, au moins sur sa face intérieure, à surface sensiblement continue et lisse, c'est-à-dire dépourvue de corrugations interférant avec la surface extérieure des tubes protecteurs. Ceci n'empêche pas que, sans faire obstacle à une capacité de libre coulissement sur les tuyaux, sa surface intérieure comporte des corrugations ou autre forme d'aspérités facilitant les effets de placage et l'adhérence d'un remplissage ayant une fonction de liant comme il sera vu plus loin. I1 présente avantageusement un diamètre intérieur supérieur au diamètre extérieur des tubes protecteurs externes, de sorte à ménager entre les deux un jeu par exemple compris entre 5 et 30 mm, et de préférence entre 10 et 15 mm. I1 en résulte qu'il est aisé de faire coulisser le manchon sur les tuyaux pour l'amener en position appropriée pendant les opérations de raccordement, et ce quel que soit le désalignement éventuel entre les tubes externes, entraîné souvent par des défauts de fabrication et/ou par des écarts au montage lors de la soudure des tubes internes, et quelles que soient les tolérances d'ovalisation des tubes externes et du manchon d'accouplement. Conformément à une autre caractéristique de l'invention, dans la concrétisation de laquelle intervient le jeu avantageusement prévu entre le diamètre extérieur des tubes protecteurs externes et le diamètre intérieur du manchon d'accouplement, les éléments constitutifs des tuyaux et du raccord servent à la mise en oeuvre d'un procédé suivant l'invention qui, lors du montage sur site en mer, comporte une étape permettant de rendre chaque zone de raccordement entre tuyaux successifs au mieux cohérente avec les parties courantes de ces tuyaux et intimement liée solidairement avec elles. Cette étape consiste à injecter sous pression un liant liquide, mais à durcissement rapide, dans tout espace ou interstice restant libre au niveau de la jonction entre deux tubes successifs. L'injection est avantageusement effectuée à travers la paroi du manchon d'accouplement. Suivant des modes de réalisation préférés de l'invention, un tel liant, capable de durcir autrement que par évaporation de diluant uniquement, peut être de nature minérale, ne qui sera le cas des liants hydrauliques de la famille du ciment, ou de nature principalement organique comme le sont les compositions à base de résines et colles durcissant par polymérisation, que ce soit par l'effet de radicaux libres, par celui de promoteurs ou réticulants, ou par tout autre processus. En exemples de résines organiques particulièrement avantageuses, on peut citer les résines époxydes accompagnées d'un durcisseur complémentaire et le cas échéant d'un réticulant, les colles à base de résine de polyester, les résines de polyuréthannes et les résines élastomères polymérisables.Etant entendu qu'une telle liste de liants n'est pas limitative, on doit comprendre également que de tels liants peuvent être utilisés dans le cadre de l'invention dans toutes combinaisons dans lesquelles ils sont techniquement compatibles, l'intérêt de telles combinaisons étant, suivant les cas, de réduire les coûts, d'améliorer le pouvoir d'adhérence vis-à-vis de l'acier, du verre, ou du matériau alvéolaire choisi, de diminuer le temps nécessaire au durcissement, d'améliorer la qualité du collage par contact et la résistance aux contraintes de friction qui se font jour quand, comme il est usuel la conduite en cours de pose est soumise à des efforts de traction dans le sens longitudinal. On décrira maintenant plus en détail une forme de réalisation particulière de l'invention qui en fera mieux comprendre les caractéristiques essentielles et les avantages, étant entendu toutefois que cette forme de réalisation est choisie à titre d'exemple et qu'elle n'est nullement limitative. Sa description est illustrée par les dessins annexés, dans lesquels - La figure 1 représente en coupe longitudinale un tuyau préfabriqué conformément à l'invention. - La figure 2 représente deux tuyaux en bout à bout au cours des opérations de raccordement sur site. - La figure 3 représente, toujours en coupe longitudinale, les deux mêmes tuyaux une fois raccordés. - La figure 4 représente une vue schématique en section droite transversale du même ensemble au niveau de la jonction entre les deux tuyaux. - La figure 5 représente une vue en section analogue à la figure 4, mais cette fois à travers la partie médiane ou courante d'un tuyau. Pour des raisons de clarté, on désignera souvent ciaprès les mêmes éléments par les mêmes chiffres de référence et la représentation des dessins est schématique, sans toujours respecter nécessairement la même échelle dans les dimensions. Conformément à l'invention dans le mode de réalisation particulier décrit et illustré par les figures, une canalisation pour produits pétroliers, soit notamment pour des hydrocarbures gazeux ou liquides, est montée sur site sur une barge en pleine mer, à partir de séries de tuyaux tous identiques entre eux, par raccordement en bout à bout de tuyaux successifs qui sont rajoutés de proche en proche à la canalisation en cours de mise en place au fond de la mer. L'ensemble étant du type à double paroi et enveloppe intermédiaire en matériaux d'isolation thermique et lestage, chaque tuyau est préfabriqué en usine et constitué comme il ressort de la figure 1. Entre deux tubes coaxiaux cylindriques en acier, à savoir un tube transporteur interne 10 et un tube protecteur externe 20, on voit qu'en pratique, l'enveloppe 15 de remplissage de l'espace annulaire intermédiaire est formée en des matériaux de remplissage de deux types différents dans le cas particulier considéré. En effet, au cours de la fabrication en usine, on a disposé sur le tube interne 10, tout autour de celui-ci, des blocs 22 en matériau alvéolaire hydrofuge, plus particulièrement ici en verre expansé, et l'on a ensuite coulé du béton, en tant que matière de remplissage à liant hydraulique de ciment, dans l'espace laissé libre entre les blocs eux-mêmes et entre les blocs et les tubes. Par là, on a formé deux enveloppes concentriques, la première 16 autour du tube interne étant constituée par les blocs de verre expansé enrobés de béton et la seconde étant une couche continue de béton 23 contre la surface intérieure du tube externe. Comme il apparait de la figure 1, le tube externe 20 est plus court que le tube interne 10. Il s'étend sur l'essentiel de la longueur du tube interne dans toute sa partie médiane, constituant la partie courante du tuyau, mais il laisse aux deux extrémités opposées du tube interne 10 deux tronçons de jonction 26 et 27 où le tube interne dépasse du tube externe et où il est dépourvu de toute enveloppe. Le remplissage intermédiaire constitué des matériaux 22 et 23 s'arrête aux extrémités du tube externe 20, des banches appropriées étant disposées à ces extrémités de manière temporaire lors du coulage du béton. Par ailleurs, il est utile de prévoir des espaceurs 24 et 25, qui subsistent dans le tuyau fini, alors qu'ils sont destinés à maintenir les blocs 22 en place contre le tube interne 10 et/ou à maintenir ce dernier centré dans l'axe du tube externe 20 pendant le coulage et le durcissement du béton. Les blocs 22 sont préférentiellement en verre expansé dans le cas particulier décrit. Ce matériau a pour avantage d'être imperméable à l'eau, ce qui fait qu'il garde ses propriétés isolantes en cas de fuites d'eau de mer susceptibles de se produire à travers des fissures interstitielles des tubes 20 ou au niveau des raccords formés à l'aide des manchons 3, au long des annees d'utilisation de la conduite immergée en mer. La légèreté de ce matériau fait qu'il se combine avantageusement, conformément à l'invention, avec du béton qui sert à la fois à noyer le tout et à lester les tuyaux. Le poids est un atout important pour les pipelines, car dans bon nombre d'applications, il évitera d'avoir à enterrer la conduite au fond de la mer pour assurer sa stabilité.Quant au tube d'enveloppe externe 20, il protège le matériau de remplissage, et plus particulièrement le béton, des agressivités de l'eau de mer et des chocs avec les rochers, ancres et articles divers qui peuvent venir heurter la conduite. On peut observer de la figure 1 et de la figure 5 que les blocs 22 sont chacun de forme parallélépipédique, qu'ils sont disposés bout à bout le long du tube interne 10, et que dans le cas particulier illustré par la figure 5, ils présentent chacun une section sensiblement carrée. Il pourra toutefois être utile, en variante, de leur donner une forme trapézoïdale, éventuellement limitée par deux arcs de cercles, à pans coupés ou non, pour mieux remplir un espace annulaire autour du tube 10. Le dimensionnement peut impliquer par exemple, pour des tuyaux aux longueurs courantes de 12, ou plutôt 24 mètres, des diamètres intérieurs de 150 mm, pour les tubes internes, de 300 à 400 mm pour les tubes externes, avec des tubes internes dépassant longitudinalement de 100 mm les tubes externes à chaque extrémité, compte tenu des besoins d'accessibilité pour l'opération de soudure, la couche de béton autour de l'isolant présentant une épaisseur comprise entre 10 et 100 mm, notamment d'environ 20 à 30 millimètres. On remarquera que l'épaisseur de paroi des tubes externes peut être relativement réduite, compte tenu du fait que sa résistance aux chocs et au flambage est renforcée par la couche de béton 23. Si l'on se réfère maintenant à la figure 2, on y voit deux tuyaux Il et 12 en cours de raccordement bout à bout. Le tuyau 11 termine la conduite déjà mise en place et l'on vient y raccorder le tuyau suivant 12. Au préalable, on a engage par l'extrémité libre du tuyau 11 un manchon d'accouplement 3. Ce manchon est de forme annulaire cylindrique, avec un diamètre interne laissant subsister autour des tubes externes 20 et 30 respectivement des tuyaux 11 et 12, un jeu de libre coulissement, suffisant pour être capable d'absorber leurs déformations éventuelles, et notamment les effets des tolérances d'alignement et du rétreint lors des opérations de soudage. Sa surface interne, comme d'ailleurs la surface externe des tubes, est soit véritablement lisse, soit de préférence rugueuse pour améliorer l'efficacité du liant par adhérence et coincement. Il est préférentiellement d'une épaisseur égale ou légèrement supérieure à celle du tube externe. La figure 2 représente les deux tuyaux 1l et 12 au moment où leurs tubes internes respectifs 10 et 31 ont déjà été soudés ensemble dans l'alignement l'un de l'autre en 4, en bout de leurs tronçons de jonction respectifs 26 et 32. Dans l'espace libre entourant ces tronçons de jonction entre les extrémités des tubes externes respectifs 20 et 30, on vient interposer un anneau de remplissage dont on a admis ici qu'il est constitué de deux demi-coquilles 5 et 6. Ces demi-coquilles étant fabriquées par avance, sont de préférence constituées de béton durci. Toutefois, pour améliorer la continuité des propriétés de la conduite d'un tuyau à l'autre, on peut avantageusement prévoir de noyer dans le béton des blocs en même matière que les blocs de verre expansé 23. Dans d'autres cas, on pourra réaliser un anneau analogue constitué seulement de douelles ou blocs en verre expansé de forme et dimensions appropriées. L'étape suivante consiste à ramener le manchon 3 partiellement sur l'extrémité du tuyau 12, de sorte qu'il recouvre l'ensemble de la zone de jonction par sa partie mediane. La longueur du manchon 3 est avantageusement choisie, de sorte qu'il s'étende alors symétriquement sur les tronçons d'extrémité 33 et 34 des tubes externes 20 et 30. Sa longueur est choisie comprise entre 2 et 4 fois leur diamètre. Elle est par exemple de l'ordre de 3 à 3,5 mètres pour un diamètre de tuyau de 400 mm environ. Puis, par des orifices d'injection 7, 8 et 9 percés à cet effet à travers la paroi du manchon 3, on introduit sous pression un liant durcissable 18 venant remplir tous les intervalles et interstices restant libres autour de l'anneau de remplissage (éventuellement à l'intérieur de celui-ci quand il est formé de blocs non noyés), entre les deux demi-coquilles 5 et 6, entre celles-ci et les tronçons de jonction 26, 32 des tubes internes 10, 31, et entre les tubes externes 20, 30 (plus précisément leurs tronçons d'extrémité 33 et 34) et le manchon 3 lui-même. Des figures 2 et 3 on peut observer que pour des raisons de commodité, lors de l'injection le manchon 3 est oriente circulairement de sorte que les trous d'injection se situent en partie basse sur des tuyaux disposés horizontalement pendant les operations de raccordement. Le liant durcissable peut entre du béton léger peu chargé et fluide, si sa composition assure un durcissement rapide. Toutefois, de préférence, il s'agit d'un liant durcissant par polymérisation et choisi pour presenter un bon pouvoir d'adhérence sur l'acier constitutif des tubes, par exemple à base de résine de polyester. Sous la pression d'injection, un tel liant pénètre dans le jeu librement coulissant laissé entre les tubes externes 20-30 et le manchon 3 en s'écoulant depuis la partie médiane vers les extrémités du manchon. Pour éviter qu'il déborde vers l'extérieur, des joints gonflables sont disposés à ses extrémités et retirés une fois le durcissement du liant effectué. Il est à noter toutefois qu'il n'est pas toujours indispensable que le liant parvienne jusqu aux extrémités du manchon. De la sorte, l'invention permet d'assurer l'inertie souhaitable au cours de la pose et lors de l'utilisation de la conduite, de manière homogène tout au long de celle-ci. Au moment du raccordement, les tubes internes soudés ensemble suffisent à supporter l'essentiel des efforts de traction, tandis que l'épaisseur du jeu qui sépare le manchon d'accouplement des tubes externes peut être adaptée afin de permettre au liant remplissant ce jeu, une fois durci, de venir ensuite parfaire les qualités globales de la conduite en cours d'utilisation, par sa résistance en friction et en flexion. Naturellement, et comme il résulte déjà amplement de ce qui précède, l'invention n'est pas limite aux modes particuliers de réalisation qui ont été décrits à titre d'exemples préférés, dont elle englobe toutes les variantes restant dans le cadre des revendications du brevet. R E E N DI CAT IONS 1/ Procédé de construction de conduites telles que des canalisations de produits pétroliers à monter en pleine mer, suivant lequel on raccorde de proche en proche des tuyaux préfabriqués, caractérisé en ce que lesdits tuyaux (1) sont constitués chacun de deux tubes coaxiaux (10,20) entre lesquels est placée, en partie courante du tuyau, une enveloppe de remplissage (15) en matériau isolant et/ou en matériau de lestage, à l'exception de tronçons de jonction (26,32) des tubes internes prevus à chacune de deux extrémités longitudinales opposées du tuyau où le tube interne (10) dépasse en longueur du tube externe (20), en ce que l'on soude bout à bout les tubes internes d'un tuyau déjà en place (11) et d'un tuyau à raccorder (12), après avoir engagé sur le tuyau déjà en place un manchon d'accouplement (3) présentant un jeu de libre coulissement sur les tubes externes desdits tuyaux, on intercale des éléments (5,6) en matériau d'isolation et/ou de lestage entre les extrémités en vis-à-vis des tubes externes pour former un anneau de remplissage (36) entourant lesdits tronçons de jonction, on fait ensuite coulisser ledit manchon (3) jusqu'à l'amener en recouvrement de tronçons d'extrémité (33,34) des tubes externes de part et d'autre dudit anneau, puis l'on injecte sous pression à travers la paroi du manchon un liant durcissable (18) propre à remplir les espaces restant vides dans la zone de jonction et à coller le manchon sur les tronçons d'extrémité des tubes externes. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise comme matériaux de remplissage des blocs de verre expansé et/ou de mousse de matière plastique à pores fermés, entourés et enrobés de béton et/ou d'un liant durcissable. 3/ Tuyaux à raccorder pour former une conduite par mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisés en ce qu'ils sont constitués en partie courante de deux tubes coaxiaux (10,20), généralement en acier, entre lesquels est interposée une enveloppe de remplissage (15) grâce à laquelle ils sont à la fois calorifugés et lestés, et de préférence en outre rendus imperméables à l'eau, et en ce que le tube transporteur interne (10) se prolonge en continu à chacune des extrémités longitudinales du tuyau correspondant, par un tronçon de jonction (26, 32) où il est nu, au-delà de la partie courante du tuyau équipée du remplissage intermédiaire(15) et du tube protecteur externe. 4/ Tuyaux suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'enveloppe de remplissage séparant les deux tubes des tuyaux est constituée essentiellement de béton et/ou de blocs de verre expansé ou autre matériau alvéolaire à pores fermés enrobés dans du béton. 5/ Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, pour le raccordement entre deux tuyaux successifs d'une conduite, chacun constitué d'un tube interne transporteur de fluide (10), d'un tube externe protecteur (20) et d'une enveloppe intermédiaire de remplissage ((15) interposée entre eux, caractérisé en ce qu'il comporte un manchon d'accouplement destiné à recouvrir l'ensemble du raccord, en impliquant, outre des tronçons de jonction des tubes internes (10,31) de deux tuyaux présentés alignés bout à bout en sa partie médiane, et de part et d'autre, un tronçon d'extrémité (33,34) des tubes externes desdits tuyaux, ainsi qu'un anneau de remplissage pour occuper un-espace annulaire autour desdites zones de jonction. 6/ Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit manchon (3) est de forme cylindrique et en ce qu'il présente une face interne continue et lisse. 7/ Dispositif suivant La revendication 5 ou 6, caracterise en ce que @edit anneau est constitué au moins en partie d'éléments rigides en béton qui sont noyés dans un liant durcissable lors cu raccordement desdits tuyaux l'un à l'autre. 8/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à - caractérisé en ce que ledit anneau est constitué au moins en partie d'éléments rigides en matériau alvéolaire im@erméable à @@eau qui sont noyés dans un liant durcissable lors du raccordement desdits tuyaux l'un à l'autre. 9/ Dispositif selon @ une quelconque des revendications 5 à 3, caractérisé en ce que ledit anneau est constitué au moins en partie d'éléments rigides en verre expansé ou matière plastique à pores fermés à assembler et en ce que esdits éléments son noyés dans un liant durcissable lors du raccordement desdits tuyaux l'un à l'autre 10/ Dispositif selon 1 une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que ledit manchon (3) est à jeu libremen. coulissant sur les tubes externes desdits tuyaux.