Brevet FR2770484A1 — publié le 19990507

La présente invention est relative à un dispositif de mouillage pour navire d'exploitation de champs pétroliers en mer et, plus particulièrement, à un tel dispositif du type comprenant des lignes de mouillage raccordées à un touret généralement cylindrique d'axe vertical monté à rotation autour de cet axe dans un puits ménagé dans la coque du navire, ledit touret étant maintenu dans ledit puits par des premier et deuxième moyens de palier espacés l'un de l'autre suivant l'axe du touret. On connaît des navires de ce type dits "F.P.S.O" (de l'anglais Floating, Production, Storage and Offloading Vessel), conçus pour remplacer les plates-formes fixes classiquement utilisées pour l'exploitation de champs pétroliers en mer. Le touret qui équipe un tel navire a pour but de permettre au navire de tourner autour de l'axe du touret, de manière à s'aligner avec le courant ou vent dominant, sans que cette rotation ne dérange les lignes de mouillage du navire qui sont connectées au touret, ou les lignes de transfert de produits pétroliers, ou "risers", qui passent à travers le touret pour décharger sur le navire la production de puits sous-marins. Le touret est monté à rotation dans le puits de la coque du navire qui le reçoit, par l'intermédiaire d'au moins un palier à roulements installé au niveau du pont du navire. En l'absence d'un deuxième palier, le palier installé sur le pont doit pouvoir supporter seul, outre le poids du touret, des moments fléchissants très importants dus aux efforts appliqués par les lignes de mouillage, ce qui implique un dimensionnement en rapport du touret et des roulements du palier, ainsi que des renforts du pont du navire, constitué le plus souvent par un tanker classique converti en navire FPSO. Pour réduire le coût de ce dimensionnement, on connaît de la demande internationale de brevet WO 96/27522 la solution suivant laquelle on dispose un deuxième palier, lisse, au-dessous du niveau du premier. Un jeu est prévu entre les parties du deuxième palier qui sont solidaires du touret et celles qui sont solidaires de la coque du navire, respectivement. Quand un moment fléchissant excédant une valeur prédéterminée s'exerce sur le touret, la mise en butée de ces parties du palier lisse permet de limiter la déflexion du touret. Par contre, l'existence d'un jeu dans le palier autorise l'occurrence de chocs répétés entre lesdites parties du palier, susceptibles de détériorer le touret et le puits qui le contient, par exemple en cas de forte houle induisant des efforts importants. Il ressort de ce qui précède que le deuxième palier évoqué ci-dessus n'est pas un palier au plein sens du terme, établissant une liaison permanente entre le touret et la coque du navire. On connaît aussi des navires à touret dans lesquels le touret et supporté et guidé par deux véritables paliers situés l'un au-dessus, l'autre en dessous, de la ligne de flottaison du navire. De tels paliers permettent de réduire les dimensions du touret et les renforcements nécessaires de la coque du navire. Par contre, il faut prendre des dispositions coûteuses pour assurer la nécessaire concentricité des deux paliers. En outre, la présence d'un palier en dessous de la ligne de flottaison pose les problèmes qui résultent de l'immersion de ce palier. Lorsque ce palier est formé de roulements mécaniques, il est nécessaire d'isoler ceux-ci de l'eau de mer par des dispositifs d'étanchéité et/ou de pressurisation qui permettent leur fonctionnement, ainsi que leur accessibilité par le personnel d'entretien. On connaît aussi une solution qui consiste à installer le palier inférieur au niveau de la fibre neutre de la coque du navire, considérée comme une poutre soumise à des efforts de flexion, de manière à minimiser l'influence des déformations de la coque qui sont susceptibles d'être transmises au touret par le palier. Mais il faut alors renforcer considérablement la coque au niveau de la fibre neutre, pour supporter le palier, alors qu'à ce niveau, situé sensiblement à mi-coque, la structure du tanker d'origine n'est pas prévue pour supporter des efforts importants. On connaît encore de US-A-5 515 804 un navire à touret monté sur deux paliers situés de part et d'autre de la ligne de flottaison. Ce touret peut être installé aussi bien sur des montures extérieures à la coque du navire que dans un puits formé dans cette coque. Le palier inférieur comporte des roulements limitant les mouvements radiaux du touret. Le palier supérieur est supporté au-dessus du pont par des bras élastiques qui autorisent certains mouvements radiaux du touret à ce niveau, provoqués par des charges fortes ou extrêmes transmises au touret. Le palier inférieur, étant étroitement lié à la coque et au touret, est susceptible de transmettre au touret des déformations de la coque du navire, dans l'hypothèse où le touret est installé dans un puits de cette coque. Il faut évidemment éviter que ces déformations ne provoquent une ovalisation des parties coopérantes du touret et du puits de la coque, et donc un endommagement des zones de contact. Ceci exige un surdimensionnement coûteux du touret et de la structure de la coque autour du puits ainsi que l'obtention de très bonnes concentricités et circularités des parties coopérantes du touret, des roulements et du puits. Les bras élastiques supportant le palier supérieur doivent être capables d'absorber les charges extrêmes que peut subir le touret. Là encore, un surdimensionnement coûteux de ces bras est à prévoir. La présente invention a pour but de réaliser un dispositif de mouillage pour navire à touret du type décrit en préambule de la présente description, qui ne présente pas les inconvénients des dispositifs décrits ci-dessus, et qui, en particulier, n'exige pas les surdimensionnements évoqués ci-dessus tout en limitant l'occurrence de chocs répétés entre le touret et la structure de la coque du navire, et en assurant la résistance de ceux-ci aux chocs extrêmes. La présente invention a aussi pour but de réaliser un tel dispositif à prix contenu et à coût de maintenance réduit. On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un dispositif de mouillage du type décrit en préambule de la présente description, remarquable en ce qu'au moins un desdits moyens de palier du touret de ce dispositif comprend a) des moyens d'appui en contact avec la périphérie du touret et formant palier pour celui-ci, b) des moyens pour supporter élastiquement lesdits moyens d'appui, et c) des moyens de butée solidaires du navire, disposés autour et à distance du touret pour en limiter les déplacements horizontaux sous des efforts appliqués au touret surpassant les valeurs de ces efforts pour lesquels lesdits moyens de support élastiques et lesdits moyens d'appui sont dimensionnés. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, lesdits moyens d'appui prennent la forme d'une couronne sensiblement coaxiale au touret et supportée dans son plan par lesdits moyens de support élastiques. Comme on le verra plus loin, cette couronne assure à la fois un centrage efficace du touret dans son puits et un découplage de celui-ci par rapport au puits. On réduit ainsi l'occurrence de chocs répétés entre le touret et le navire et on évite que des déformations de la coque de ce navire ne se transmettent au touret. Suivant un mode de réalisation du dispositif selon l'invention, les moyens de support de la couronne sont constitués par une pluralité de colonnettes flexibles d'axes parallèles à celui du touret et distribuées circulairement autour de cet axe, chaque colonnette étant ancrée par une extrémité dans la coque du navire et supportant ladite couronne par son autre extrémité. 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 schématique, en élévation et en coupe axiale, d'un mode de réalisation du dispositif de mouillage de navire à touret suivant l'invention, - la figure 2 est une vue en élévation et en coupe axiale d'une variante du détail A de la figure 1, - la figure 3 est une vue en élévation et en coupe axiale d'une variante du détail B de la figure 1, - la figure 4 est une vue en élévation et en coupe axiale d'une partie du dispositif de la figure 1, - la figure 5 est une vue analogue à celle représentée à la figure 4, d'un autre mode de réalisation de la partie du dispositif représentée à cette figure, et - les figures 6 et 7 sont des variantes des modes de réalisation représentés aux figures 4 et 5, respectivement. On se réfère à la figure 1 du dessin annexé où l'on a représenté une partie d'un navire FPSO comportant classiquement un puits 1 et un touret 2 monté à rotation dans le puits, ce touret 2 constituant une partie du dispositif, suivant l'invention, de mouillage de ce navire. Le touret 2 est lui-même équipé classiquement, à son extrémité inférieure, d'une table d'ancrage 3, à laquelle sont fixées des extrémités de lignes de mouillage 41,42, etc..., qui se développent en caténaire jusqu'au fond marin où elles sont ancrées. Des lignes de transfert 51,52,etc... de produits pétroliers remontent de puits sous-marins jusqu'au-dessus du pont 6 du navire, à travers la table d'ancrage 3 et le touret 2, qui prend par exemple la forme d'un cylindre creux, d'axe vertical X. En partie supérieure du touret, au-dessus du pont 6, on trouve classiquement un treuil 7 pour régler la tension de lignes de mouillage 41, 42, etc..., un joint tournant 8 pour distribuer les produits pétroliers arrivant par les lignes 51,52,etc.... des lignes de service et des circuits annexes 91,92, etc... On trouve encore sur le pont 6, à proximité du touret 2 par exemple, un escalier d'accès 10 et une grue 11 de manutention de pièces et d'appareils équipant le touret. Le dispositif de mouillage constitué par le touret 2 est monté à rotation dans le puits 1 autour de l'axe X par des premier et deuxième moyens de palier 12 et 13, respectivement. Dans le mode de réalisation du dispositif représenté à la figure 1, le premier moyen de palier 12 prend la forme classique d'un palier à roulements 14 monté sur une structure de support 15 de ce roulement sur le pont. Un tel palier à roulement est bien connu et peut prendre la forme, par exemple, de celui représenté à la figure 13 du brevet des USA nO 5 515 804 précité, comprenant deux ensembles de galets reprenant des charges orientées suivant l'axe du touret et un ensemble de galets reprenant les charges radiales appliquées au touret. Pour reprendre ces dernières charges, le deuxième palier 13 du dispositif de mouillage comprend, suivant la présente invention, des moyens d'appui constitués par exemple, comme représenté à la figure 1, par une couronne 16 montée concentriquement au touret 2 par l'intermédiaire de moyens de support élastiques 171, 172, etc... ancrés par une extrémité sur la structure de la coque du navire. La couronne 16 peut être réalisée dans un matériau métallique propre à lui donner la rigidité voulue. A titre d'exemple illustratif et non limitatif, les moyens de support 17i (i de 1 à n) de la couronne 16 peuvent être constitués par une pluralité de colonnettes 171,172, etc... d'axes parallèles à celui (X) du touret, distribuées angulairement et régulièrement autour de celui-ci dans un espace 18 réservé dans le fond de la coque du navire. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 1, la couronne 16 est montée au niveau de la table d'ancrage 3 du touret 2 et présente un diamètre intérieur égal, à un jeu de quelques millimètres près, au diamètre extérieur de ladite table d'ancrage. Celle-ci est équipée, en regard de son contact avec la couronne 16, d'une structure annulaire d'appui 19 dont la surface de contact 20 avec la couronne est garnie d'un matériau antifriction capable de supporter de fortes charges sans écrasement. La surface de contact 20 du côté de la couronne 16 est aussi garnie d'un matériau à faible friction tel qu'un acier inoxydable, un bronze ou une résine organique. L'espace 18 formé dans la coque du navire présente une paroi périphérique annulaire 21 concentrique au puits 1, qui entoure la couronne 16. En absence de charges radiales appliquées au touret, la couronne 16 centre le touret 2 dans le puits 1 de manière que le jeu séparant la paroi 21 de la périphérie de la couronne 16 soit sensiblement constant, et prédéterminé à une valeur de l'ordre de quelques centimètres par exemple. On comprend que le montage élastique de la couronne 16 sur les colonnettes 17l,172,etc... assure un rappel élastique de cette couronne quand celle-ci se déplace dans son plan, perpendiculairement à l'axe X du touret, sous l'action d'efforts radiaux transmis au touret 2, jusqu'à venir éventuellement en contact avec la paroi annulaire 21 qui constitue ainsi des moyens de butée pour la couronne 16. Les colonnettes 171,172,etc... présentent une raideur en flexion, vis-à-vis des charges radiales, calculées à partir des considérations qui vont suivre. L'un des buts de la présente invention est d'éviter que le touret soit soumis à des chocs répétés contre le puits sous l'action de houles de forte amplitude induisant des efforts importants, de manière à diminuer l'occurrence de ces chocs répétés qui peuvent, à la longue, fatiguer et la structure du touret et celle du navire, et endommager les surfaces de contact. La raideur des colonnettes est alors calculée pour que la raideur globale de l'ensemble formé la couronne 16 et ses colonnettes de support assure le rappel élastique de la couronne 16 et du touret 2 jusqu'à une charge radiale d'intensité maximale choisie, pour éviter alors des chocs de la couronne 16 contre la paroi périphérique 21 de l'espace 18. L'intensité de la charge maximale est choisie pour que soit supprimée ainsi l'occurrence des chocs, dans la plupart des situations rencontrées par le navire. C'est seulement dans le cas de charges radiales extrêmes, dépassant ladite charge maximale, que la couronne 16 peut venir en contact avec la paroi 21, après franchissement du jeu qui les sépare. Ce jeu constitue ainsi, avec la raideur de l'ensemble colonnette/couronne, l'un des paramètres essentiels du calcul du dispositif suivant la présente invention. Dans le cas de telles charges extrêmes, les chocs ne sont pas évitées mais leur intensité est diminuée par le fait qu'une partie de l'énergie encaissée est absorbée par les colonnettes de support de la couronne. En outre, les chocs s'effectuent dans la partie du dispositif qui n'est pas équipée de surface fragile de glissement. Il apparaît ainsi que le palier à couronne 16 du dispositif suivant l'invention supprime la plupart des situations génératrices de chocs répétés du touret 2 contre le puits 1 du navire et atténue l'intensité des chocs résiduels. Il découple mécaniquement la base du touret de la coque du navire, ce qui évite que des déformations de celle-ci ne soient transmises au touret. Il n'est donc plus nécessaire de renforcer la coque au niveau du palier à cause de ces déformations, ce qui est économique. I1 apparaît aussi que le palier à couronne du dispositif suivant 1 invention est de structure et d'entretien simples et n'exige en particulier aucun moyen d'étanchéité, le seul lubrifiant utilisé étant l'eau de mer. La couronne peut être fabriquée de manière économique en atelier, avec la précision requise, avant d'être simplement montée sur le navire, un tanker reconverti par exemple, comme on l'a vu plus haut. De manière économique encore, le palier suivant l'invention évite d'avoir à surdimensionner un palier unique installé au niveau du pont du navire. On se réfère maintenant aux figures 2 à 5 du dessin annexé où des références numériques identiques à celles utilisées sur la figure 1 repèrent des éléments ou organes identiques ou analogues. On a représenté à la figure 2 une variante du dispositif de la figure 1, qui s'en distingue par l'agencement du deuxième moyen de palier 13 (détail A de la figure 1) . Dans cette variante, il apparaît que la table d'ancrage 3 du touret 2 se situe à un niveau inférieur à celui de la paroi périphérique 21 de l'espace 18 formé en fond de coque du navire. La couronne 16 porte alors sur le fût du touret 2 et non plus sur la périphérie de la table d'ancrage 3. C'est toujours la paroi 21 de l'espace 18 qui sert de butée à la couronne 16, sous charges extrêmes. La figure 3 représente une autre variante du dispositif de la figure 1, qui s'en distingue par la structure des premiers moyens de palier 12 (détail B de la figure 1). Le moyen de palier classique à roulements du dispositif de la figure 1 est remplacé par un palier à couronne 16' équivalente à la couronne 16 de la figure 1. Comme cette couronne 16, la couronne 16' est montée sur des colonnettes 17'1,17'2, etc... parallèles à l'axe du touret 2 et ancrées par une extrémité sur le fond d'un espace 18' s'ouvrant sur le pont 6 et délimité latéralement par une paroi périphérique 21' entourant circulairement la couronne 16' avec un jeu constant prédéterminé, tout comme la couronne 16 du palier inférieur. Un palier à roulements 14' est interposé entre la couronne 16' et le touret pour jouer le rôle du palier à roulements 14 du dispositif de la figure 1. Le touret du dispositif de la figure 1 est alors supporté, aussi bien au-dessus qu'au-dessous de la ligne de flottaison du navire, par des paliers 16 et 16' suivant 1 invention, à rappel élastique, qui assurent un support radial élastique du touret dans son puits, aussi bien en partie haute qu'en partie basse. Cette solution est avantageuse dans le cas de navires souples dont les déformations de la coque pourraient induire des efforts importants au niveau supérieur et au niveau inférieur du touret. Bien entendu, en variante, le palier inférieur 13 du touret de la figure 3 pourrait être du type de celui de la figure 2, plutôt que de celui représenté à la figure 1. De même, on pourrait combiner un palier supérieur souple avec un palier inférieur rigide classique. On a représenté à la figure 4, en coupe axiale partielle, un premier mode de réalisation du ou des paliers à couronne suspendue formant partie des dispositifs représentés aux figures 1 à 3. On retrouve à la figure 4 la couronne 16 et une des colonnettes 17i de support de cette couronne. L'ancrage 23i de la colonnette 17i est fixé dans la structure 24 de la coque du navire, ou dans des renforts de cette coque montés autour du puits 1. L'autre extrémité 24i de la colonnette 17i pénètre dans un perçage de la couronne 16, d'axe parallèle à celui de cette couronne, pour supporter la couronne 16 par l'intermédiaire d'une rotule 25i. On a représenté à la figure 5 une variante du mode de réalisation de la figure 4, qui s'en distingue en ce que les extrémités rotulées 25'i et ancrées 23'i de la colonnette 17i sont inversées par rapport à celles de la colonnette de la figure 4. La liaison rotulée de la colonnette 17i permet de libérer la rotation et les moments à l'une ou l'autre des extrémités de colonnette, choisie en fonction du dessin de l'ensemble du dispositif. Il est clair que les efforts radiaux peuvent être transmis aussi bien au niveau du fût du touret 2, comme à la figure 2, qu'au niveau de la table d'ancrage 3, comme à la figure 1. Dans un cas comme dans l'autre, la surface intérieure de la couronne 16 qui porte sur le touret est garnie de préférence d'un matériau antifriction 26, propre à abaisser le coefficient de frottement de ce matériau sur la surface métallique du touret. Bien entendu, ce matériau pourrait être disposé sur le touret plutôt que sur la surface intérieure de la couronne 16. De nombreux matériaux convenables sont disponibles dans le commerce, en particulier les matériaux composites stratifiés à base de résine phénolique et de fibres organiques vendus par la société anglaise RAILKO Ltd sous le nom Tribotech 2000. Sous des efforts extrêmes, la couronne 16 vient en butée contre une surface annulaire extérieure 21 soudée sur la coque du navire, qui joue le rôle de la surface annulaire périphérique de la chambre 18 ou 18' dans les modes de réalisation des figures 1 à 3. On a représenté aux figures 6 et 7 des variantes des dispositifs représentés aux figures 4 et 5 respectivement, qui se distinguent de ces dernières uniquement en ce que la mise en butée sous efforts extrêmes s'opère entre une surface annulaire 21 solidaire de la coque du navire et le touret 2, plutôt qu'avec la couronne 16. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. C'est ainsi que la présente invention s'étend à des dispositifs de mouillage dans lesquels la ou les couronnes formant palier suspendu sont supportées par des moyens élastiques autres que des colonnettes tels que, par exemple, des blocs ou anneaux en matériaux élastomères, éventuellement frettés. Elle s'étend aussi à des dispositifs comprenant des moyens d'appui équivalents à la couronne décrite ci-dessous tels que, par exemple, une distribution annulaire d'organes d'appui ou de galets individuels montés chacun sur un organe de support élastique. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mouillage pour navire d'exploitation de champs pétroliers en mer, du type comprenant des lignes de mouillage (41,42, ...) raccordées à un touret 2 généralement cylindrique d'axe vertical (X) monté à rotation autour de cet axe dans un puits (1) ménagé dans la coque du navire, ledit touret (2) étant maintenu dans ledit puits (1) par des premier (12) et deuxième (13) moyens de palier espacés l'un de l'autre suivant l'axe (X) du touret, caractérisé en ce qu'au moins un desdits moyens de palier comprend a) des moyens d'appui (16) en contact avec la périphérie du touret (2) et formant palier pour celui-ci, b) des moyens (17i) pour supporter élastiquement lesdits moyens d'appui, et c) des moyens de butée (21) solidaires du navire, disposés autour et à distance du touret (2) pour en limiter les déplacements horizontaux sous des efforts appliqués au touret (2) surpassant les valeurs de ces efforts pour lesquels lesdits moyens de support élastiques (17t) et lesdits moyens d'appui (16) sont dimensionnés. 2. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'appui sont constitués par une couronne (16) sensiblement coaxiale au touret et supportée dans son plan par lesdits moyens de support élastiques. 3. Dispositif conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de support sont constitués par une pluralité de colonnettes flexibles (171) d'axes parallèles à celui (X) du touret (2) et distribuées circulairement autour de cet axe chaque colonnette (17i) étant ancrée par une extrémité (23i) dans la coque du navire et supportant ladite couronne (16) par son autre extrémité (24i). 4. Dispositif conforme à la revendication 3, caractérisé en ce qu'une des extrémités de chaque colonnette est munie d'une liaison rotulée (25t;25'i). 5. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de butée (21) sont agencés au niveau de ladite couronne (16) pour en limiter les déplacements horizontaux. 6. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de butée (21) sont agencés de manière à coopérer avec la surface extérieure du touret (2), pour limiter l'amplitude de ses déplacements horizontaux. 7. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que la surface formant palier de ladite couronne (16) est recouverte d'un matériau (26) à faible coefficient de frottement. 8. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que la surface du touret (2) en contact avec ladite couronne (16) est recouverte d'un matériau à faible coefficient de frottement. 9. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit au moins un moyen de palier (13) est situé sous la ligne de flottaison du navire. 10. Dispositif conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits moyens de butée (21) sont agencés de manière à coopérer avec la périphérie d'une table d'ancrage (3) formant partie du touret. 11. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit au moins un moyen de palier est agencé au niveau du pont (6) du navire.