Brevet FR2738213A1 — publié le 19970307

La présente invention est relative à un système d'ancrage d'une structure flottant à la surface de l'eau au-dessus d'un fond marin et, plus particulièrement, à une telle structure du type qui comprend au moins deux dispositifs d'ancrage, l'un au moins de ces deux dispositifs comportant au moins deux lignes ancrées chacune sur le fond marin par une extrémité, ces deux lignes étant disposées par rapport à la structure de manière que, sous application d'un effort extérieur à la structure, les charges appliquées aux lignes se composent pour stabiliser la structure contre l'action dudit effort extérieur. On utilise couramment, pour des structures telles que navires ou ouvrages en mer, de tels systèmes d'ancrage composés classiquement d'une pluralité de lignes d'ancrage. Un tel système d'ancrage est représenté schématiquement en plan à la figure 1 du dessin annexé (en traits interrompus). Les lignes d'ancrage sont disposées de manière à reprendre toutes les sollicitations extérieures agissant dans diverses directions sur la structure. En général, certaines lignes sont disposées obliquement, c'est-à-dire avec un angle a par rapport à un plan perpendiculaire à un axe longitudinal de la structure. Pour simplifier les explications qui vont suivre, on se référera à deux lignes d'ancrage disposées dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal de la structure, comme représenté en traits pleins à la figure 1, pour reprendre un effort extérieur agissant dans ce plan. Le système d'ancrage d'une structure flottante allongée 5 représentée à cette figure comprend un dispositif d'ancrage à chacune de ses extrémités 5' et 5". Le dispositif associé à l'extrémité 5" peut être de tout type connu, identique à ou différent de celui associé à l'extrémité 5', par exemple une chaîne ou un câble comme représenté, une articulation, etc... Le dispositif d'ancrage associé à l'extrémité 5' comprend deux lignes 1 et 2 fixées chacune par une extrémité à des points fixes 3, 4 de connexion respectivement, sur une structure flottante 5. A son autre extrémité, chaque ligne 1, 2 est fixée au fond marin par l'intermédiaire d'une ancre 6, 7 respectivement. Entre le point de fixation 3, 4 sur la structure et le fond marin, la ligne suit classiquement le profil d'un segment de chaînette. Les lignes 1 et 2 sont constituées couramment par des chaînes ou des câbles et sont disposées par rapport à l'ouvrage de manière que, sous l'application d'une sollicitation extérieure F.xt due au vent ou à la houle par exemple, aucune d'entre elles ne soit chargée au-delà d'une valeur de consigne prédéterminée, compatible avec sa resistance. Dans certaines circonstances, en eaux peu profondes par exemple, les chaînes ne peuvent pas se développer sur un arc de chaînette de longueur suffisante pour que cette valeur de consigne puisse être respectée. On peut penser alors à diminuer artificiellement la raideur de la partie mouillée des chaînes en leur accrochant des poids morts et/ou des flotteurs, solution parfois coûteuse et aux performances limitées. Une autre solution pour assouplir le mouillage de la structure, et donc réduire les efforts maximaux appliqués aux lignes, consiste à introduire sur chaque ligne 1, 2 un élément élastique tel qu'un câble en nylon (marque déposée) 8, 9 respectivement, installé comme représenté en traits interrompus à la figure 1, entre le point fixe 3, 4 et la chaîne 1, 2 respectivement. Cette solution est efficace mais présente néanmoins l'inconvénient d'être elle aussi coûteuse du fait du coût des deux éléments élastiques nécessaires et du coût de leur installation dans le système d'ancrage et de leur maintenance. La présente invention a donc pour but de réaliser un système d'ancrage qui conserve les avantages de ceux incorporant des éléments élastiques, quant à la réduction des tensions maximales dans les lignes, tout en étant moins coûteux. La présente invention a aussi pour but de réaliser un tel système d'ancrage qui permette de diminuer l'amplitude des déplacements de la partie de la structure ancrée par ces lignes, sans accroître ni la pré-tension ni les tensions maximales des lignes. On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un système d'ancrage d'une structure flottant à la surface de l'eau au-dessus d'un fond marin, comprenant au moins deux dispositifs d'ancrage, l'un au moins de ces dispositifs comportant au moins deux lignes ancrées chacune sur le fond marin par une extrémité, ces deux lignes étant disposées par rapport à la structure de manière que, sous application d'un effort extérieur à la structure, les charges appliquées aux lignes se composent pour stabiliser la structure contre l'action dudit effort extérieur. Suivant l'invention, ledit dispositif est remarquable en ce qu'il comprend un élément élastique interposé entre la structure, d'une part, et les autres extrémités des deux lignes, d'autre part. Outre qu'elle est économique, l'utilisation suivant l'invention d'un seul élément élastique au lieu de deux permet, comme on le verra plus loin, de réduire l'amplitude des déplacements de la structure ancrée sans accroître les tensions dans les lignes. Suivant un mode de réalisation du système selon l'invention conçu pour stabiliser une structure flottante allongée, l'élément élastique dudit dispositif est disposé suivant l'axe de la structure allongée et les lignes d'ancrage sont renvoyées vers leurs points d'attache sur cet élément, suivant ledit axe, par des poulies montées sur la structure. 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 - la figure 1 est une vue en plan schématique d'un système d'ancrage de la technique antérieure, décrit en préambule de la présente description, - la figure 2 est une vue en plan schématique d'une extrémité d'une structure flottante munie du système d'ancrage suivant la présente invention, et - la figure 3 représente des graphes utiles à l'explication du fonctionnement du système d'ancrage suivant l'invention. On se réfère à la figure 2 du dessin annexé où l'on retrouve divers éléments du système de la figure 1. C'est ainsi que le système représenté à la figure 2 comprend un dispositif d'ancrage d'une extrémité 5' d'une structure flottante allongée 5 dont l'autre extrémité est stabilisée par un autre dispositif d'ancrage (non représenté). Le dispositif d'ancrage représenté comprend des lignes d'ancrage 1', 2' connectées à une structure flottante 5 et à un fond marin par l'intermédiaire d'ancres 6, 7 respectivement. Comme dans le système de la figure 1, les lignes 1', 2' sont couramment constituées par des chaînes. Chaque ligne peut être démultipliée en plusieurs lignes, comme cela est classique. En outre, les lignes 1', 2' peuvent, comme les lignes 1, 2 de la figure 1, se développer dans des plans verticaux inclinés d'un angle a sur un plan perpendiculaire à l'axe de la structure, convenable pour la reprise des sollicitations extérieures. Suivant une caractéristique importante du dispositif d'ancrage selon l'invention, celui-ci comporte un élément élastique allongé unique 10 dont une extrémité est fixée en 11 sur la structure 5 et dont l'autre extrémité 14 est connectée aux deux lignes 1', 2' à la fois, au niveau des extrémités de ces lignes qui sont opposées à celles qui portent les ancres 6, 7. Avantageusement, dans l'application évoquée ci-dessus à titre d'exemple, l'élément élastique allongé 10 est disposé le long de l'axe longitudinal X de la structure allongée 5. Des poulies 12, 13 sont alors montées sur la structure 5 pour renvoyer les lignes 1', 2', qui descendent dans l'eau dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe X, suivant cet axe X vers leur point d'attache à l'extrémité 14 de l'élément 10. Dans la position de repos ou d'équilibre de la structure 5 représentée à la figure 2, l'élément élastique 10 est pré-tendu, suivant l'invention, à une valeur de prétension prédéterminée, comme on le verra dans la suite. Cette pré-tension est établie lors de l'installation des lignes, à l'aide de treuils par exemple. L'élément élastique 10 peut être constitué par divers moyens élastiques connus, à ressort ou autre et notamment par des câbles en fibres synthétiques, en nylon (marque déposée) ou en polypropylène par exemple. On pourrait aussi substituer à un tel câble une barre de torsion métallique ou en matériau composite, classiquement rattachée à la structure 5 et aux lignes 1', 2' par des bras de levier. Au repos, c'est-à-dire en l'absence d'application de forces extérieures, on établit dans l'élément élastique 10 une pré-tension de valeur prédéterminée 2Ho égale à la somme des pré-tensions d'intensité Ho établie dans chacune des lignes 1' et 2'. La valeur 2Ho est choisie en fonction des charges extrêmes prédéterminées des lignes 1', 2' et d'une amplitude extrême de consigne des déplacements autorisés de la partie de la structure 5 à laquelle les lignes 1', 2' sont connectées, par rapport à une position de repos de cette partie. Si l'on compare le système selon l'invention à celui de la figure 1, quand les éléments 8 et 9 sont pré-tendus chacun à la valeur Ho, comme les lignes attenantes, il apparaît que l'élément élastique 10, supposé identique à chacun des éléments 8, 9 du système de la figure 1, prend une élongation supérieure à celle de chacun de ces éléments 8, 9. Le point de fixation 11 de l'élément 10 sur la structure 5 doit alors être reculé par rapport à celui d'un élément pré-tendu à la valeur H,. Pour des raisons de simplification, dans l'application évoquée ci-dessus à titre d'exemple, l'axe X de la structure flottante est orientée sensiblement perpendiculairement à la résultante des sollicitations extérieures Fext et aux lignes d'ancrage 1' et 2'. Dans ces conditions, on peut écrire le système d'équations suivant H = H1 + H2 (1) Fext = H1 - H2 (2) où H, H1, H2 sont les tensions dans l'élément 10 et dans les lignes 1', 2', respectivement. On notera que les équations 1 et 2 énoncent l'équilibre des efforts appliqués à l'ensemble constitué par les lignes 1', 2' et l'élément élastique 10, d'une part, et à la structure 5, d'autre part. L'effort extérieur F.xt établit un nouvel équilibre de la structure tel que la ligne 1' au vent est soumise à un effort horizontal H1 alors que la ligne 2' sous le vent reprend un effort résiduel H2, leur différence (H1 - H2) étant égale à l'effort extérieur Fext. L'élément élastique 10 est soumis à un effort H tel que H = H1 + H2. On notera que l'effort H1 augmente alors que l'effort H2 diminue (ou réciproquement), leur somme H restant sensiblement constante (en fait légèrement croissante) pour des déplacements faibles de la structure autour de sa position d'équilibre. Au fur et à mesure de l'augmentation lente de cet effort H dans l'élément élastique 10, celui-ci subit un allongement AL. Cet allongement, dû à l'effort extérieur appliqué, tend à décharger la ligne 2' sous le vent plus fortement que si elle n'était pas couplée au même élément élastique que la ligne 1' au vent, comme c'est le cas des lignes 1, 2 du système classique de la figure 1. Grâce à l'invention, il y a donc augmentation de la reprise de l'effort extérieur (Fext = H1 - H2), pour un déplacement donné, par rapport à celle observée avec le système classique. Les graphes de la figure 3 rapportent les variations des efforts horizontaux H1(1), H2(2) et H,(1'), H2(2') dans les lignes 1, 2 et 1', 2' du système classique de la figure 1 et du système selon l'invention de la figure 2, respectivement, en fonction du déplacement horizontal Ak qui en résulte pour l'extrémité de la structure 5 à laquelle les lignes sont raccordées. Ainsi, pour une valeur donnée de Ak, la différence d'ordonnées entre les points des graphes correspondant à chaque paire de lignes détermine la force extérieure Fext = H1 - H2 génératrice de ces efforts "horizontaux", c'est-à-dire des composantes horizontales des efforts dans les lignes. A titre d'exemple, on a tracé les graphes de la figure 3 en tenant compte de la raideur des éléments élastiques utilisés, de la déformation des lignes en chaînette et d'une pré-tension Ho dans les lignes de 1 MN, pour un système d'ancrage établi dans 50 mètres de profondeur d'eau. Les graphes de la figure 3 montrent que la reprise de l'effort extérieur, pour un déplacement Ak donné, visualisée par la différences d'ordonnées entre les efforts horizontaux H, et H2 dans la ligne au vent et dans la ligne sous le vent, est plus importante dans le système selon l'invention que dans le système de la figure 1, soit Hl(l') - H2(2') > H1(1) - H2(2). Corrélativement, il en découle que, pour un même effort extérieur Fext appliqué à la structure, le déplacement Ak de la structure est moindre avec le système d'ancrage selon l'invention qu'avec celui de la figure 1, en conformité avec l'objectif recherché. Ceci est visualisé à la figure 3 dans la partie de la figure où les graphes H2(2) et H2(2') sont sensiblement confondus, mais cette réduction du déplacement Ak est manifeste dans toute la plage de variation du déplacement Ak. On observe, pour les modes de réalisation spécifiques comparés et pour un effort extérieur F ext = 6 750 kN étudié dans l'exemple précité, une réduction du déplacement de 17,4 m à 15 m quand on utilise le système d'ancrage selon l'invention. Cet avantage n'est pas atténué par un comportement moins favorable du système sous effort extrême, comme on va le voir maintenant. Lorsque le système d'ancrage est soumis à un effort extrême Fyt la ligne 2' sous le vent est pratiquement complètement déchargée, l'élément élastique 10 ne reprenant alors, pratiquement, que l'effort horizontal H1(l') dans la ligne au vent 1'. Ainsi, pour des efforts extrêmes, le système se comporte comme si seule la ligne 1' au vent était connectée à l'élément élastique 10. Celui-ci n'est pas alors plus chargé que dans le cas de l'ancrage à lignes séparées de la figure 1. Les déplacements associés de la structure flottante diminuent cependant sensiblement, du fait de la pré-tension (2Ho) initiale plus forte de l'élément élastique 10. I1 apparaît maintenant que l'invention permet bien d'atteindre les objectifs annoncés. On notera en particulier que le coût du système d'ancrage suivant l'invention est sensiblement réduit par rapport à celui du système de la technique antérieure représenté à la figure 1 puisqu'un seul élément élastique est utilisé au lieu de deux. Le coût d'installation et de maintenance d'un tel système est aussi sensiblement réduit. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'est donné qu'à titre d'exemple. Ainsi, on pourrait concevoir des systèmes d'ancrage reprenant les principes explicités ci-dessus, dans lesquels un même élément élastique serait connecté à plus de deux lignes d'ancrage, sans sortir du cadre de la présente invention. De même, chaque ligne d'ancrage peut être démultipliée en plusieurs lignes. Aussi, l'élément élastique pourrait être disposé sur la structure dans d'autres positions que la position axiale illustrée à la figure 2, moyennant une disposition adéquate des poulies de renvoi des lignes. I1 est clair en outre que l'invention peut s'appliquer à de nombreux corps flottants tels que des navires ou ouvrages portuaires ancrés à leurs extrémités par plusieurs paires de lignes telles que la paire (1', 2'). REVENDICATIONS 1. Système d'ancrage d'une structure (5) flottant à la surface de l'eau au-dessus d'un fond marin, comprenant au moins deux dispositifs d'ancrage, l'un au moins de ces dispositifs comportant au moins deux lignes (1', 2') ancrées chacune sur le fond marin par une extrémité, ces deux lignes étant disposées par rapport à la structure (5) de manière que, sous application d'un effort extérieur à l'ouvrage, les charges appliquées aux lignes se composent pour stabiliser la structure (5) contre l'action dudit effort extérieur, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend un élément élastique (10) interposé entre la structure (5), d'une part, et les autres extrémités des deux lignes (1', 2') d'autre part. 2. Système conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que ledit l'élément élastique (10) est de forme allongée. 3. Système conforme à l'une quelconque des revendications 1 et 2, conçu pour stabiliser une structure flottante (5) allongée, caractérisé en ce que l'élément élastique (10) dudit dispositif est disposé suivant l'axe longitudinal (X) de la structure allongée (5) et en ce que les lignes d'ancrage (1', 2') sont renvoyées vers leur point d'attache sur cet élément, suivant ledit axe, par des poulies (12, 13) montées sur la structure (5). 4. Système conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que, entre lesdites poulies (12, 13) et les ancres (6, 7), les lignes d'ancrage (1', 2') sont disposées dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe (X) de la structure allongée (5). 5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs paires de lignes d'ancrage telles que les lignes (1', 2'). 6. Système conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque ligne d'ancrage (1', 2') est démultipliée en plusieurs lignes. 7. Système conforme à l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'élément élastique (10) est disposé sur la structure (5) dans une position quelconque par rapport à l'axe longitudinal (X) de la structure (5). 8. Structure conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que l'autre dispositif d'ancrage est constitué par une articulation. 9. Structure conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que l'élément élastique (10) est constitué par un organe du groupe formé par : un câble en fibres synthétiques, une barre de torsion.