Brevet FR2726302A1 — publié le 19960503

l La présente invention est relative à un procédé de construction et d'installation d'une structure de plate- forme marine gravitaire et, plus particulièrement, à un tel procédé relatif à une structure constituée d'au moins une colonne de support d'un pont et d'une embase solidaire de la colonne et conçue pour reposer sur un fond marin. Suivant un procédé connu de réalisation d'une telle structure, on construit la base ou l'embase de la structure en cale sèche, la structure présentant un axe orienté verticalement, comme dans sa position finale sur le site o elle est appelée à être installée. Une fois l'embase construite, la cale sèche est mise en eau et des moyens de flottabilité internes ou externes à l'embase assurent la flottaison de celle-ci. On tire l'embase hors de la cale par remorquage et la construction de la structure se poursuit en eaux profondes de manière à permettre à ladite structure de s'enfoncer progressivement dans l'eau au fur et à mesure de son alourdissement, tout en continuant à flotter. Une fois la construction terminée, la structure est équipée d'un pont et elle est remorquée sur son site final d'installation. Un ballastage adéquat de l'embase assure enfin la descente de celle-ci sur le fond marin sur lequel elle doit reposer. Un ballastage définitif effectué avec de l'eau de mer ou avec des matériaux solides assure la stabilité de la structure sur le fond marin. Du fait du faible tirant d'eau de la cale sèche, ce procédé connu conduit souvent à surdimensionner l'embase de manière à assurer sa flottabilité dans ces conditions, par rapport aux dimensions qu'on pourrait lui donner pour assurer sa seule fonction finale de support du pont et de stabilité de la structure en eaux profondes. En outre ce procédé exige que l'on dispose, à proximité de la cale sèche, d'un site en eaux profondes, bien abrité, pour que l'on puisse terminer la construction de la structure. Cette dernière contrainte peut être supprimée en construisant entièrement la structure, base et colonne, en position verticale, en cale sèche. Mais alors le surdimensionnement de l'embase qu'il faut prévoir pour pouvoir faire flotter l'ensemble dans la cale sèche, forcément à faible tirant d'eau, lors de la sortie de cet ensemble, devient prohibitif en coût de matériaux et de main-d'oeuvre. Alternativement, pour échapper aux exigences de tirant d'eau, on peut avoir recours à l'approfondissement de la cale sèche. Cette solution conduit cependant généralement à des coûts excessifs. On a aussi construit une structure de chargement en mer de tanker dite "colonne de chargement articulée MAUREEN" (voir la revue britannique OFFSHORE ENGINEER, pages 76-77, août 1982) pour laquelle les éléments de la colonne et de sa base ont été assemblés en cale sèche de manière que la colonne achevée repose horizontalement sur le fond de la cale. Après mise en eau de la cale, la colonne et la base sont remorquées séparément hors de la cale sèche, la colonne flottant horizontalement, et ensuite assemblées hors de la cale par une articulation à la cardan. La colonne est ensuite redressée par ballastage jusqu'à ce qu'elle occupe une position verticale perpendiculaire à sa base, ce qui est rendu possible par l'articulation, puis elle est équipée d'un pont et de ses équipements, remorquée sur son site final et descendue par gravité sur le fond marin qui doit recevoir sa base. Lorsqu'une structure de plate-forme doit accueillir des tubes conducteurs pour permettre l'installation de têtes de puits en surface, la structure décrite ci-dessus n'est pas envisageable car il faudrait que ceux-ci passent autour de l'articulation, ce qui en compliquerait singulièrement la constitution. En outre, ce concept est caractérisé par des efforts de torsion importants au niveau de l'articulation aussi bien en position de montage de la colonne à l'horizontale avec l'embase, qu'en phase opérationnelle sur le site final. Enfin l'assemblage de la colonne et de l'embase hors de la cale sèche complique et renchérit ce procédé de construction. La présente invention a pour but de fournir un procédé économique de construction et d'installation d'une structure de plate-forme marine du type gravitaire, supprimant le surdimensionnement de l'embase de ladite structure induit par les phases temporaires de construction et la nécessité de disposer d'un site de construction en eaux profondes bien abrité, et non grevé des inconvénients des structures articulées. On atteint ce but de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaitront à la lecture de la description qui va suivre, avec un procédé de construction et d'installation d'une structure de plate-forme marine gravitaire en béton armé ou précontraint, constitué d'au moins une colonne de support d'un pont et d'une embase solidaire de la colonne et conçue pour reposer sur un fond marin, ce procédé étant remarquable en ce qu'on construit la structure à sec sur une surface sensiblement horizontale et parallèle à l'axe de la colonne en construction, on met ensuite la structure en eaux peu profondes de manière qu'elle flotte en maintenant ledit axe dans une position sensiblement horizontale, on redresse la structure en eaux profondes de manière que l'axe de la colonne vienne occuper une position sensiblement verticale, on remorque la structure sur le site d'exploitation et on ballaste la structure pour qu'elle vienne reposer sur un fond marin, dans cette même position. Comme on le verra plus loin, on peut alors mettre la structure dans des eaux peu profondes sans être obligé pour cela de surdimensionner son embase, comme c'est le cas lorsqu'on construit une telle structure en position verticale. La structure en béton étant en outre entièrement construite à sec, il n'est plus nécessaire de disposer d'un site abrité en eaux profondes pour l'achever. L'embase étant solidaire de la colonne et formant bloc avec elle, la structure est également libre des inconvénients de la structure articulée décrite ci-dessus. Suivant un premier mode de réalisation de l'invention, on construit la structure à quai, on charge ensuite ladite structure sur une barge ballastable et on met en eau la structure en dégageant la barge de la structure, par ballastage ou par lancement comme pour les structures métalliques. Suivant un autre mode de réalisation de l'invention, on construit la structure en cale sèche. Pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, l'invention fournit une structure de plate-forme gravitaire constituée d'au moins une colonne de support d'un pont et d'une embase solidaire de la colonne, cette structure étant remarquable en ce que la colonne et l'embase sont situées d'un même côté d'un plan tangent commun sensiblement parallèle à l'axe de la colonne. Grâce à cette géométrie, il devient possible de construire ou d'assembler la structure suivant l'invention sur une surface horizontale coïncidant sensiblement avec ledit plan tangent, sur un quai ou dans une cale sèche. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel: - les figures 1A à 1H illustrent schématiquement un premier mode d'exécution du procédé selon l'invention, - les figures 2A à 2C sont trois vues en coupe d'un mode de réalisation de la structure de plate-forme suivant l'invention, - la figure 3 représente un détail d'une variante de ladite structure, - les figures 4A à 4C illustrent une variante du procédé de construction et d'installation suivant l'invention, - les figures 5A et 5B représentent un autre mode de réalisation de la structure suivant l'invention, et - les figures 6A et 6B représentent encore un autre mode de réalisation de la structure suivant l'invention. On se réfère aux figures 1A à 1H du dessin annexé, qui illustrent schématiquement les étapes successives du procédé suivant l'invention, visant à l'installation d'une structure de plate-forme gravitaire 1 sur un site prédéterminé d'un fond marin 2 (voir figure 1H), de manière que la tête de la structure porte un pont 3 au-dessus de la surface 4 de l'eau. Le pont est apte à recevoir toute sorte d'équipements d'exploitation d'un champ de production d'hydrocarbures "offshore", tels que têtes de puits, équipements de production, quartiers d'habitation ou postes de chargement de tanker, par exemple. La structure 1 est représentée en plus de détail aux figures 2A, 2B et 2C qui sont des coupes de cette structure suivant les traits de coupe A, B et C, respectivement. Sur ces vues il apparaît que la structure, suivant l'exemple de réalisation représenté, comprend une colonne 5 cylindrique de révolution, portée par une embase 6 conçue pour reposer sur le fond marin 2 et formant avec la colonne un ensemble monobloc. L'embase 6 comprend des compartiments de ballastage 7, à 7,0 propres à recevoir des matériaux pondéreux tels que sable, gravier, minerais de fer, etc... Certains de ces compartiments peuvent, comme il est bien connu, être fermés et pourvus de moyens d'étanchéité de manière à les transformer temporairement en flotteurs pour le remorquage de la structure sur son site final d'installation. La colonne 5 est creuse et peut, elle aussi, être obturée pour constituer un flotteur, avant de recevoir de l'eau ou autres matériaux de ballastage sur le site final. Les conducteurs ou "risers" éventuels équipant la structure passent de préférence dans la colonne, à l'abri de la houle, entre le fond marin et le pont 3 installé hors d'eau sur la tête 9 de la colonne, comme on l'expliquera plus loin. Des contreforts 10,, 10, 103,,... raidissent l'ancrage de la colonne 5 sur l'embase 6. La structure est conçue pour être réalisée en béton armé et/ou précontraint. Après ballastage, elle repose par gravité sur le fond marin. Suivant une caractéristique de la structure selon l'invention, la colonne 5 et son embase 6 sont situées d'un même côté d'un plan tangent commun P (voir figure 2B), sensiblement parallèle à l'axe X de la colonne. La structure présente ainsi une absence de symétrie axiale qui autorise sa fabrication par le procédé suivant l'invention, comme on l'explique ci-dessous en liaison avec les figures lA à 1H. Suivant un premier mode d'exécution du procédé selon l'invention, la structure 1 est constituée ou assemblée sur un quai 11 (voir figure 1A) présentant une surface sensiblement horizontale. Cette construction s'opère alors commodément à partir du plan P alors sensiblement confondu avec la surface du quai, par des techniques classiques dans l'art de la construction en béton armé et/ou précontraint d'ouvrages à installer en mer. La colonne peut elle-même être réalisée par assemblage de tronçons de colonnes coulés verticalement puis assemblés horizontalement. La structure terminée est ensuite chargée sur une barge 12 (figure lB) en eaux peu profondes, immédiatement adjacentes au quai 11. Un tel chargement est possible pour des structures de dimensions moyennes, d'une hauteur totale de 120 mètres par exemple et d'un poids total de 15.000 tonnes environ (munies ultérieurement d'un pont de 2000 tonnes environ) destinées à des champs marginaux ou satellites que l'on souhaite équiper de plates-formes constituées de manière économique. A cet égard, il faut remarquer qu'une construction verticale classique de cette structure, dans une cale sèche, obligerait à limiter la hauteur de la structure construite à sec à 30 mètres environ, pour que l'on puisse assurer la flottabilité en eaux peu profondes de cette structure, à proximité de la cale sèche. Il est alors nécessaire de remorquer la partie de la structure ainsi construite dans un site abrité en eaux plus profondes pour terminer la construction, ce qui rend les coûts excessifs. L'autre solution classique consiste à surdimensionner largement l'embase pour diminuer le tirant d'eau de la partie construite en cale sèche, solution également très coûteuse en matériaux et en main-d'oeuvre. Apres le chargement de la structure sur la barge 12, un remorqueur 13 tire l'ensemble en eaux profondes (figure 1C). Après avoir assuré la flottabilité à l'horizontale de la plate-forme en garantissant l'étanchéité de la colonne ou d'une partie de la colonne et, éventuellement, de certains compartiments de l'embase prévus à cet effet, la barge est dégagée de la structure par un ballastage approprié ou tout autre moyen de lancement (figure 1D). La mise en eau de certains compartiments de ballastage de la structure permet ensuite un redressement progressif de celle-ci (figure lE) jusqu'à une position sensiblement verticale (figure 1F). On assure la flottabilité de la plate-forme dans cette position verticale éventuellement à l'aide de flotteurs ou de contre- poids supplémentaires (non représentés) et on dépose le pont 3 sur la tête de colonne 9 à l'aide d'une ou plusieurs grues de chargement 14 portées par exemple par un ponton 15. On assure alors la connexion structurelle entre le pont 3 et la tête de colonne 9. On remorque ensuite la structure (figure 1G) jusqu'au site final (figure 1H). Sur ce site on fait descendre lentement l'ensemble vers le fond marin par une commande appropriée de la mise en eau progressive de la colonne 5. L'embase de la structure vient alors reposer sur le fond. Eventuellement, comme représenté à la figure 2A, cette embase peut être équipée de bêches longues 16,, 162... etc prévues pour s'enfoncer dans un fond marin meuble pour assurer la stabilité latérale de la structure, comme on l'enseigne dans le brevet français FR-A-2 492 429. Un ballastage adéquat des compartiments 7, de l'embase avec un assure la stabilité de la structure sur le fond marin. On a ainsi installé en eaux profondes, de 100 mètres ou plus par exemple, une structure complète de plate-forme gravitaire présentant un pont hors d'eau propre à recevoir les équipements prévus. Grâce au procédé de construction à l'horizontale suivant l'invention, qui permet un transport de la structure complète sur des fonds de faibles profondeurs, on fournit une structure de construction économique du fait qu'elle peut être construite entièrement "à sec" et que l'embase 6 est dimensionnée en fonction de sa seule fonction finale de fondation et non en fonction de la nécessité de faire flotter une structure lourde à faible tirant d'eau. L'embase peut avoir alors des dimensions plus réduites, ce qui est avantageux aussi bien du point de vue du coût des matériaux utilisés que des coûts de main- d'oeuvre. On a représenté à la figure 3 une partie d'une variante de la structure représentée à la figure 2A. Dans cette variante, la colonne 5' en béton présente une hauteur telle que celle-ci est entièrement submergée sur son site final. Elle est alors prolongée jusqu'au-dessus de la surface 4 de l'eau par un support en treillis métallique 5'' de hauteur propre à supporter le pont 3 hors d'eau. Ce support peut être assemblé à la colonne à l'horizontale, pendant la construction à quai, ou sur site à l'aide de grues flottantes. Un tel support diminue fortement les sollicitations de la structure dues à la houle. On a représenté aux figures 4A à 4C une variante du procédé illustré aux figures 1A à 1H. Au lieu de construire la structure à quai, celle-ci est construite, toujours à l'horizontale, en cale sèche (figure 4A). Une fois la construction terminée, la cale est mise en eau (figure 4B) après que l'on ait assuré la flottabilité à l'horizontale de la structure. La structure est ensuite remorquée hors de la cale (figure 4C). Le procédé d'installation se poursuit ensuite comme illustré aux figures 1E à 1H. Une telle construction en cale sèche permet de faire l'économie de la barge 12 utilisée dans le procédé illustré aux figures 1A à 1H dans le cas ou l'utilisation d'une telle cale sèche devient plus économique que l'utilisation de la barge. Dans ce qui précède, le pont est installé alors que la structure flotte en position verticale. En variante, on pourrait évidemment prévoir cette installation une fois la structure mise en place par gravité sur le fond marin. La colonne de la structure pourrait n'être pas cylindrique de révolution et avoir une section carrée ou polygonale. Elle pourrait aussi avoir une section circulaire de diamètre variable, de manière à présenter une allure tronconique. La section de colonne respectera aussi les conditions fonctionnelles d'utilisation telles que le diamètre ou les dimensions intérieures minimum, pour permettre d'aménager le passage des tubes conducteurs par exemple. On a représenté aux figures 5A et 5B des vues en coupe d'un autre mode de réalisation de la structure suivant l'invention, prises suivant les traits de coupe A et B respectivement. La structure comprend deux colonnes 5, et 52 solidaires d'une même embase 6' définissant des compartiments de ballastage 7', à 7',. La cohésion de la structure peut être renforcée par des compartiments 8, et 82 formant une entretoise intermédiaire pour les colonnes. Une telle structure à deux colonnes permet l'installation, par exemple, d'un pont rectangulaire allongé, ou bien l'utilisation des colonnes pour deux fonctions différentes, par exemple le forage et l'aménagement des services. Quand les circonstances l'exigent (par exemple une profondeur accrue ou des conditions de fondation particulières), la présente invention permet aussi de mettre en place sur un fond marin des structures à embase symétrique, malgré l'asymétrie des structures des figures 2A, 2B et 5A, 5B. On a représenté aux figures 6A, 6B une structure de plate-forme suivant l'invention présentant cette caractéristique. Sur la vue en élévation de la figure 6A et sur la vue en plan de la figure 6B, il apparaît que la structure comprend une structure 1 telle que celle des figures 2A, 2B, représentée en pointillé, associée à un élément complémentaire d'embase 6'' représenté en trait plein, constitué de compartiments de ballastage 7"1' à 7"'6 et de contreforts 10' symétriques des éléments correspondant de l'embase 6 de la structure 1. L'élément complémentaire 6'' est fabriqué au sec en même temps que la structure. Il est mis à l'eau après que sa flottabilité ait été assurée par tout moyen connu ou après avoir été fixé à des pontons de support flottants. Il est assemblé à la structure 1 alors que celle-ci flotte en position horizontale. L'élément complémentaire est treuillé en position d'assemblage et cet assemblage est rendu permanent à l'aide de câbles de précontrainte. L'ensemble est ensuite redressé et installé sur site comme illustré aux figures 1E à 1H. Il apparaît maintenant que la présente invention permet de construire et d'installer en mer des structures de plates-formes gravitaires de manière particulièrement économique. De telles structures sont particulièrement, mais non exclusivement, destinées à l'exploitation de champs d'hydrocarbures marginaux ou satellites. Elles s'associent également au concept de plates-formes inhabitées. REVENDICATIONS 1. Procédé de construction et d'installation d'une structure de plateforme marine gravitaire (1) en béton armé, constituée d'au moins une colonne (5;51,52) de support d'un pont et d'une embase (6;6') solidaire de la colonne et conçue pour reposer sur un fond marin, caractérisé en ce que: - on construit la structure (1) à sec sur une surface sensiblement horizontale et parallèle à l'axe (X) de la colonne (5;51, 52) en construction, - on met ensuite la structure en eaux peu profondes de manière qu'elle flotte en maintenant ledit axe dans une position sensiblement horizontale, - on redresse la structure en eaux profondes de manière que l'axe de la colonne vienne occuper une position sensiblement verticale, - on remorque la structure (1) sur le site d'exploitation, et on ballaste la structure pour qu'elle vienne reposer sur un fond marin (2), dans cette même position. 2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que, préalablement au remorquage de la structure sur le site d'installation, on installe un pont (3) sur la colonne (5;51,52) 3. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on installe un pont (3) sur la colonne (5;51,52) après la mise en place de la structure (1) sur le fond marin (2). 4. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on construit la structure (1) à quai, on charge ensuite ladite structure sur une barge ballastable (12) et on met en eau la structure (1) en dégageant la barge (12) de la structure (1). 5. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on construit la structure (1) en cale sèche. 6. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on construit à sec un élément complémentaire (6'') de l'embase (6) et en ce qu'on assemble cet élément (6'') au reste de l'embase, après la mise en eau de la structure (1) et de cet élément (6''). 7. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'on construit à sec une structure (1) présentant une colonne (5') de hauteur telle que cette colonne est entièrement immergée sur le site final d'installation, et en ce qu'on monte un support (5'') en treillis sur ladite colonne (5') pour supporter le pont (3) hors d'eau. 8. Structure de plate-forme gravitaire conçue pour la mise en oeuvre du procédé conforme à la revendication 1, constituée d'au moins une colonne de support (5;51,52) d'un pont (3) et d'une embase (6;6') solidaire de la colonne, caractérisée en ce que la colonne et l'embase sont situées d'un même côté d'un plan tangent commun (P) sensiblement parallèle à l'axe (X) de la colonne. 9. Structure conforme à la revendication 8, caractérisée en ce que l'embase (6') supporte au moins deux colonnes (51,52). 10. Structure conforme à l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisée en ce que la section de la colonne varie suivant l'axe (X) de cette colonne. 11. Structure conforme à l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisée en ce que la colonne est de forme cylindrique. 12. Structure conforme à l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisée en ce que la colonne est de forme tronconique. 13. Structure conforme à l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisée en ce que la section de la colonne est polygonale. 14. Structure conforme à l'une quelconque des revendications 8 à 13, caractérisée en ce qu'un élément complémentaire d'embase (6'') est prévu pour être assemblé à l'embase (6) construite avec la colonne, suivant le plan tangent (P) à la colonne et à l'embase. 15. Structure conforme à l'une quelconque des revendications 8 à 14, caractérisée en ce que la colonne (5') est dimensionnée pour être entièrement immergée en position finale, la partie supérieure de la colonne étant alors conçue pour recevoir un support (5'') en treillis métallique qui supporte lui-même un pont (3), hors d'eau. 16. Structure conforme à l'une quelconque des revendications 8 à 15, caractérisée en ce que l'embase (6) est munie de bêches longues (16,) pour son ancrage dans le fond marin (2). 17. Structure conforme à l'une quelconque des revendications 8 à 16, caractérisée en ce que au moins une partie de celle-ci est réalisée en béton armé précontraint.