Brevet FR2747990A1 — publié le 19971031

La présente invention se rapporte à une installation flottante, formée d'un support et d'un pont, et comportant un amortisseur de pilonnement. Une installation flottante, par exemple une plateforme pétrolière, peut comprendre un support flottant, qui est formé d'une ou plusieurs colonnes flottantes disposées verticalement dans l'eau, et qui soutient, hors de l'eau un pont. Ce type d'installation peut être assemblé en mer sur site, les colonnes de flottaison et le pont étant construits de manière indépendante dans deux chantiers navals différents. Lors de la pose du pont dans ce type d'installation, les colonnes sont remorquées sur site, disposées verticalement dans l'eau, en les lestant, à des positions prédéterminées et avec un premier tirant d'air. Puis, le pont flottant est disposé entre les colonnes avec une partie du pont au-dessus de ces dernières. Ensuite, de l'eau, qui formait une partie du lest de chaque colonne, est progressivement évacuée, augmentant ainsi le tirant d'air des colonnes et soulevant le pont de la surface de la mer. Cependant, cette manière de mettre en place une installation flottante est susceptible de rencontrer des problèmes pendant la période où la surface inférieure du pont se trouve partiellement en dehors de l'eau, ou à une hauteur inférieure à celle de la houle. En effet, avant que le pont ne soit remonté à une hauteur hors de portée de la houle, le passage de la houle sous le pont se traduit par un contact soudain entre l'eau et la surface inférieure du pont. La secousse qui en résulte entraîne une oscillation verticale de l'installation qui, en l'absence d'amortissement, peut s'avérer longue et dangereuse. De plus, lors d d'un pilonnement de l'installation, pendant lequel le pont descend vers la surface de la mer, un contact violent peut se produire entre la surface inférieure du pont et l'eau. Ce contact provoque une décélération rapide du pont. En revanche, les colonnes de flottaison, qui ne sont pas attachées au pont, tendent à continuer leur mouvement vers le bas. Ce mouvement des colonnes peut provoquer leur séparation d'avec le pont. La présente invention a donc pour objet une installation flottante comportant un amortisseur de pilonnement qui permet de réduire voire d'éliminer les effets néfastes de la houle lorsque l'installation est soulevée partiellement en dehors de l'eau. Pour répondre à cet objectif, l'invention propose une installation flottante comprenant au moins un support flottant, et un pont, destiné à être soutenu hors de l'eau par le support flottant, caractérisé en ce que le pont comprend au moins une chambre de flottaison, ouverte à l'eau et comprenant au moins une duse mettant la chambre de flottaison en communication avec l'atmosphère afin d'amortir le pillonnement de l'installation. Les avantages, ainsi que le fonctionnement de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée de manière non-limitative en référence aux dessins annexés sur lesquels la figure unique est une vue schématique en coupe longitudinale d'une installation flottante selon l'invention. Comme représentée sur la figure, une installation flottante qui, dans l'exemple illustré, est une plate-forme pétrolière, comprend un pont 10 soutenu hors de l'eau 11 par des supports flottants 12 dont un seul est représenté. Chaque support flottant 12 comprend une colonne disposée verticalement dans l'eau et munie de moyens (non représentés) permettant de réduire le ballastage de la colonne afin de la faire monter d'une première position, représentée par des pointillés 14, ayant un premier tirant d'air h, à une deuxième position 16 ayant un tirant d'air hl, plus important. Dans cette deuxième position, le pont 10 se trouve hors de la portée de la houle. La figure représente une position intermédiaire dans laquelle le pont 10 se trouve à une hauteur h2, toujours à la portée de la houle. De préférence, l'installation comprend 4 ou 6 colonnes. Le pont 10 est muni d'au moins une chambre de flottaison 18 et, de préférence de plusieurs, dont deux sont représentées. La surface utile des chambres de flottaison 18 peut être égale , ou inférieure à la surface de carène du pont 10. Chaque chambre de flottaison 18 est avantageusement formée d'une jupe 20 en acier disposée sur la surface inférieure 22 du pont 10. Ainsi, chaque chambre est ouverte à l'eau 11 sur son côté inférieur. Le pont est muni de cages d'appui 26, dont une seule est représentée, chacune étant destinée à recevoir l'extrémité supérieure d'une colonne 12. Selon l'invention, chaque chambre de flottaison 18 est munie d'au moins une duse 28 qui ouvre la chambre à l'atmosphère de manière permanente. Lorsque le pont 10 se trouve à une hauteur intermédiaire h2, le passage de la houle sous le pont comprime l'air se trouvant dans chaque chambre de flottaison 18 et le chasse à travers la duse 28 associée. Le diamètre de chaque duse 28 est choisi afin de ralentir sensiblement l'écoulement d'air de la chambre de flottaison 18 vers l'atmosphère, ou dans le sens inverse. Lors d'un passage de la houle, l'air dans les chambres 18 est comprimé, ce qui a pour effet d'exercer une force verticale, dans le sens de la flèche 30, sur le pont 10. Cependant, l'effet de cette poussée verticale est limité puisque l'air comprimé peut s'échapper des chambres 18 par les duses 28. Ainsi, le mouvement vertical imparti au pont est également limité. Lorsque la houle redescend, le volume de l'air dans les chambres 18 augmente, réduisant la pression de l'air en-dessous de la pression atmosphérique. Ceci a pour effet d'aspirer de l'air, de l'extérieur, par les duses 18. Cependant, comme l'entrée d'air est ralentie par les duses, la dépression dans les chambres 18 est maintenue au moins pendant la descente de la houle. Cette dépression a pour résultat d'exercer une force sur le pont 10 en sens inverse de la flèche 30. Comme le pilonnement de l'installation est décalé par rapport à la période de la houle, la force provoquée par la dépression dans les chambres 18, s'applique sur le pont lorsque celui-ci est toujours en mouvement vertical dans le sens de la flèche 30. L'effet de cette force est, donc, de ralentir et de limiter le déplacement vertical de l'installation, amortissant ainsi son pilonnement. Lors d'un pilonnement de l'installation, pendant lequel le pont descend vers la surface de la mer, un contact violent peut se produire entre la surface inférieure du pont 10 et l'eau. Cependant, la présence des duses 28 dans les chambres 18 permet à l'air de sortir progressivement des chambres, réduisant ainsi l'effet du contact violent sur le pont, dont le mouvement vers le bas est amorti. Cet amortissement du mouvement du pont évite la possibilité d'une séparation entre le pont 10 et l'une ou plusieurs des colonnes de flottaison 12. L'opération de pose du pont 10 sur le support flottant formé par des colonnes 12 afin de monter l'installation flottante sera maintenant décrite. Le pont flottant 10 et les colonnes 12 sont fabriqués séparément puis sont remorqués sur le site où sera installée la plate-forme. Le pont flottant 10 comprend une barge. Les colonnes 12 de flottaison sont remorquées vides, disposées horizontalement sur une barge, puis sont mises à l'eau sur le site. Elles sont ensuite lestées avec de l'eau de mer afin qu'elles prennent une position verticale. Chaque colonne est chargée de ballast à partir d'un minéralier et ensuite une quantité additionnelle d'eau de mer est introduite dans la colonne afin qu'elle ait un tirant d'air, h, d'environ 5 m. Une fois que les colonnes 12 sont lestées, le pont 10 est disposé à sa place entre les colonnes afin que les extrémités supérieures se trouvent chacune adjacente à la cage d'appui 26 associée. L'eau dans chaque colonne 12 qui formait le lest additionnel est évacuée, augmentant le tirant d'air des colonnes d'une hauteur h de 5 m à une ahuteur hl de 10 m, et soulevant ainsi le pont 10 de la surface de la mer. L'opération de remontée du pont 10 hors de l'eau est lente, pouvant durer jusqu'à 3 heures. Aussi, pendant une durée assez longue, le pont se trouve à une hauteur intermédiaire h2 à la portée de la houle. Cependant, selon l'invention, l'opération de remonter le pont 10 en déballastant progressivement les colonnes 12, peut s'effectuer sans que le passage de la houle n'entraîne d'oscillation longue et indésirable de l'installation flottante. Le choix de la surface utile des chambres 18 permet de contrôler la période propre de l'installation, qui correspond à un système masse-ressort dans lequel le ressort est constitué par la force d'Archimède, en fonction des caractéristiques de la mer dans laquelle se trouve l'installation. La profondeur des jupes 20, formant les chambres de flottaison 18, peut varier d'une chambre à l'autre afin que certaines chambres s'étendent plus profondément dans l'eau. De cette façon, certaines chambres de flottaison 18 restent immergées dans l'eau, même quand le pont 10 a été élevé à sa hauteur définitive au-dessus de l'eau. De cette manière, la surface de carène du pont 10 se réduit par étapes lorsque celui-ci est monté par le déballastage des colonnes 12, limitant ainsi la vitesse et l'amplitude du pilonnement de l'installation, tout en conservant son amortissement. Une fois que le pont 10 a atteint sa hauteur définitive, les chambres de flottaison 18 peuvet être démontées. On peut également remonter le pont 10, en déballastant les colonnes 12, en deux étapes: Lors d'une première étape, une remontée lente de l'installation est effectuée jusqu'à un niveau où la surface inférieure 22 du pont 10 se trouve hors de portée des crètes de la houle. Les duses 28 permettent au niveau de l'eau dans les chambres de flottaison 18 de suivre lentement le niveau moyen de la mer. Lors de la deuxième phase de la remontée de l'installation, des orifices (non représentés), de diamètre plus important que celui des duses 28, sont ouverts afin de mettre l'intérieur des chambres 18 en communication libre avec l'atmosphère. L'ouverture des chambres 18 a pour résultat que le passage de la houle n'a plus d'effet sur le pont 10. L'installation, étant en équilibre statique à la fin de la première étape, elle reste en équilibre après l'ouverture des chambres à l'atmosphère. Pour compléter la description précédente, on donne, ci-après, à titre non limitatif, un exemple de dimensionnement d'une installation selon l'invention. Le pont 10 de l'installation mesure 100m. de long sur 60m. de large, soit une surface de 6000m2. Pour une houle régulière d'amplitude crète à creux de lm.60 et d'une période de 11 secondes, la vitesse maximum y de déplacement vertical est donnée par l'expression. 2H y max = 0,8 x sin 1l t 2H et y'max = 0,8 x 11-0,46m/s Le volume d'air déplacé par la houle est donc égal à 6000m2 x 0,46 m/s = 2740 m3/s Si on prend comme hypothèse que la pression p à ce débit est la moitié de la pression maximum qui est de 80 cm. d'eau p = 0,4 m. d'eau = 0,4 x 9,81 = 3,92 KN/m2 La vitesse d'écoulement de l'air se trouve à partir de l'expression : où p est donné en N et la densité # est donnée en kg/m3 Ensuite la section totale exprimée en m2 des jets d'air nécessaires est donnée par l'expression : 2740 = 35 m2 78 Si le coefficient de constriction est le même que pour l'eau, soit 0,62, la surface totale des duses 28 doit être de 35 soit 57 m2.Ceci correspond à une duse de 1-i 0,62 disposée tous les 5 à 6 m. autour des 320m. de périmètre du pont. REVENDICATIONS 1) Installation flottante comprenant au moins un support flottant (12), et un pont (10), destiné à être soutenu hors de l'eau par le support flottant (12), caractérisé en ce que le pont comprend au moins une chambre de flottaison (18), ouverte à l'eau et comprenant au moins une duse 28 mettant la chambre de flottaison (18) en communication avec l'atmosphère afin d'amortir le pillonnement de l'installation. 2 - Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que chaque chambre de flottaison (18) est formée d'une jupe (20) disposée sur une surface inférieure (22) du pont (10). 3 - Installation selon la revendication 1 2 caractérisée en ce que le support flottant (12) comprend au moins une colonne de flottaison (12) d'une plate-forme pétrolière.