Brevet FR2788792A1 — publié le 20000728

PROCEDE DE REALISATION D'UN CABLE D'ATTACHE COMPOSITE, NOTAMMENT POUR PLATE-FORME MARITIME, ET CABLE D'ATTACHE POUVANT ETRE OBTENU PAR UN TEL PROCEDE La présente invention concerne le domaine des ancrages en milieu maritime, notamment de plates-formes offshore, au moyen de câbles. Les plates-formes à lignes tendues (PLT) sont habituellement attachées au moyen de tubes creux en acier ancrés au fond de la mer et fixés à la plate-forme. Ces tubes travaillent en traction pour maintenir la plate- forme en position. Ils sont creux pour limiter leur poids et pour présenter une certaine lO flottabilité. Lorsque la profondeur d'eau sous la plate-forme est relativement importante (typiquement au-delà de 1000 m), la pression exercée sur les parties basses des tubes devient importante, de sorte qu'un renforcement de ces tubes est nécessaire, ce qui entraîne un surcoût important et affecte la flottabilité du système. Certaines études ont envisagé de remplacer les tubes d'acier par des câbles composites à base de fibres de carbone (voir K.S. Kim et al. " Application of Composites in TLP Tethers ", Proceedings of the 7th International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering, Houston, Février 1988, Vol. 3, pages 1-7). Ces câbles ont l'avantage de ne pas être creux, et donc d'être moins affectés par la pression hydrostatique que les tubes métalliques. Ils peuvent être soumis à des efforts de traction importants tout en étant très résistants à la fatigue et à la corrosion. Ils permettent en outre de réaliser des attaches relativement légères et peu encombrantes, dont la mise en place est moins difficile que celle des tubes en acier. Dans l'article " Flexible Tension Members from Composite Materials " (Proceedings of the 6th International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering, Houston, 1987, Vol. 3, pages 7-14), J.M. Walton et al. décrivent un câble composite comprenant des joncs pultrudés regroupés en un faisceau à géométrie hexagonale entouré par une gaine en matière plastique. Pour une application d'un tel câble dans un ancrage de PLT, on est amené soit à multiplier le nombre de câbles, ce qui complique notablement l'installation, soit à réaliser le câble à partir de très nombreux joncs pultrudés, ce qui pose des problèmes de fabrication et de transport du câble et des difficultés pour réaliser l'ancrage. Un but de la présente invention est de proposer une nouvelle technique 2- de réalisation de câbles composites qui soit bien adaptée aux contraintes de I'offshore, et qui puisse être appliquée à d'autres industries. L'invention propose ainsi un procédé de réalisation d'un câble d'attache composite, notamment pour plate-forme maritime, comprenant les étapes suivantes: - former des sous-ensembles en assemblant des brins pultrudés composés de fibres résistantes à la traction noyées dans une résine, et en enrobant les brins assemblés dans une gaine protectrice en matière plastique; - enrouler les sous-ensembles sur des bobines de transport; former le câble d'attache en assemblant des sous-ensembles dévidés depuis les bobines de transport, et en enrobant les sous- ensembles assemblés dans une gaine extérieure en matière plastique. Ce procédé répond de manière adéquate aux contraintes industrielles que pose la réalisation de câbles composites pour l'ancrage des PLT. Les sous-ensembles sont des produits semi-finis dimensionnés afin de permettre leur stockage sur des bobines de dimensions compatibles avec les moyens de transport terrestre (quelques mètres). Ils peuvent être enroulés sur leurs bobines de transport en les torsadant, typiquement à raison d'un tour tous les dix mètres environ. Les sous-ensembles peuvent ainsi être transportés jusqu'à une installation située au bord de la mer, o ils sont assemblés et gainés pour former le câble. Cet assemblage peut être modulé en ce sens que, selon les caractéristiques propres à chaque ligne d'ancrage de PLT, on pourra assembler le nombre requis de sous-ensembles. Un autre caractère modulaire avantageux du câble se rapporte aux moyens utilisés pour l'ancrer au fond de la mer et/ou sur la plate-forme. On peut ainsi ancrer des organes de fixation aux extrémités des sous- ensembles individuels, soit au moment de la fabrication des sous- ensembles, soit au moment de leur assemblage. Si l'ancrage de l'un des ces organes vient à céder lorsque le câble est en service, seul un sous- ensemble sera affecté par la rupture. La méthode procure ainsi une certaine tolérance aux défauts. En variante, les sous-ensembles du câble peuvent être réunis en différents groupes, et c'est chacun des ces groupes qui reçoit un organe de fixation avant l'installation du câble en mer. -3- On peut envisager de faire flotter le câble et de le remorquer jusqu'au site de la plate-forme. Mais de préférence, le câble d'attache pourra être enroulé sur une autre bobine de transport de dimensions importantes permettant le transport sur cargo. Le diamètre d'une telle bobine peut être de plusieurs dizaines de mètres, le câble étant torsadé lors de son enroulement selon une torsade qui en général ne créé que des contraintes élastiques dans les matériaux, typiquement à raison d'un tour tous les quinze mètres environ. Le sous-ensemble constitue un produit semi-fini utilisable sur de io nombreux chantiers, ce qui permet de réduire son coût de fabrication. D'autre part, le fait d'amener le câble complet jusqu'à la plate-forme simplifie largement les opérations d'installation sur le site maritime, ce qui contribue également à rendre la technique économiquement attractive, surtout pour les profondeurs relativement importantes. Un autre avantage de la constitution du câble en sous-ensembles est d'assurer une faible rigidité d'ensemble à la flexion, les sous- ensembles pouvant glisser les uns le long des autres. La structure du câble permet de réduire les micro-mouvements entre les brins pultrudés lors de sollicitations en fatigue. Ces micro-mouvements n'ont lieu que dans les sous-ensembles alors que dans le cas d'un câble constitué seulement de brins pultrudés, tous ces brins frottent entre eux. Enfin, la gaine protectrice du sous-ensemble assure une double protection en cas de perte d'étanchéité de la gaine extérieure du câble. Un autre aspect de la présente invention se rapporte à un câble d'attache composite, notamment pour plate-forme maritime, comprenant une gaine extérieure en matière plastique et des sous-ensembles disposés en un faisceau contenu dans la gaine extérieure, chaque sous-ensemble comprenant, dans une gaine protectrice en matière plastique, une juxtaposition de brins pultrudés composés de fibres résistantes à la traction noyées dans une résine. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'exemples de réalisation non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective montrant la structure d'un câble d'attache selon l'invention; - la figure 2 est une vue en perspective détaillant la structure d'un sous- -1 -4- ensemble du câble; et - la figure 3 est un schéma d'une installation d'assemblage du câble. Les brins élémentaires, à partir desquels est constitué le câble composite 4 représenté sur la figure 1, sont des joncs pultrudés 5. Ces joncs 5 sont composés de fibres unidirectionnelles noyées dans une matrice de résine. Les fibres unidirectionnelles sont de préférence en carbone. Elles peuvent être des fibres à haute résistance (HR) ou des fibres à haut module (HM). Etant donné que l'ancrage des PLT est principalement dimensionné par la raideur des lignes, on utilisera de préférence des joncs à o10 base de fibres HM. La résine enrobant les mèches de fibres de carbone dans les joncs pultrudés peut être un polymère thermodurcissable ou thermoplastique. On a avantage à utiliser un jonc pultrudé 5 de diamètre relativement important. Avec les technologies actuelles de pultrusion, des joncs de diamètre 6 mm sont appropriés. Les joncs pultrudés 5 sont assemblés en sous-ensembles 6. Dans l'exemple représenté sur les figures 1 et 2, cet assemblage est à géométrie hexagonale, et est constitué de dix-neuf joncs. Le nombre dix-neuf semble être un bon compromis pour réaliser un câble selon l'invention, mais on pourrait également considérer des agencements hexagonaux de sept ou trente-sept joncs. Une gaine 7 en polyéthylène haute densité (PEHD) entoure les joncs du sous-ensemble 6. Cette gaine, déposée par extrusion sur les joncs regroupés, a par exemple une épaisseur de 2 mm. Elle assure la protection mécanique du sous-ensemble lors de ses manipulations. De plus, une substance souple réversible 8 est injectée dans les intervalles entre les joncs, et dans les intervalles entre les joncs 5 et la gaine 7. Cette substance 8 peut par exemple être une cire pétrolière ou tout autre polymère souple. Elle sert principalement à bloquer les joncs 5 les uns par rapport aux autres pour éviter les déplacements indésirables sous l'effet de la pression hydrostatique au fond de la mer, et lors des manipulations du sous-ensemble 6 et du câble 4. Le sous-ensemble 6 est torsadé avec un pas de dix mètres, afin d'assurer le stockage et le transport des sous-ensembles 6 sur des bobines de taille moyenne (par exemple diamètre intérieur de 2,50 m, diamètre extérieur de 5,50 m et largeur axiale de 2,00 m). Cette légère torsion des joncs uniformise les efforts dus à la courbure du sous- ensemble sur sa bobine de -- -Ti- -5- transport. Les sous-ensembles 6 sont utilisés pour constituer le câble 4, dont la capacité en raideur est déterminée par le nombre de sous-ensembles choisi. La forme générale hexagonale des sous-ensembles 6, due à lI'agencement hexagonal de ses brins constitutifs, facilite leur juxtaposition en nombre quelconque et selon diverses géométries. Dans le cas particulier représenté sur la figure 1, le câble 4 comporte trente-sept sousensembles 6 juxtaposés dans un agencement hexagonal. L'assemblage des sous-ensembles est également entouré par une lo gaine en PEHD 9. L'épaisseur de cette gaine 9 (par exemple 15 mm) est prévue pour protéger efficacement le câble en environnement marin. Les intervalles entre les sous-ensembles 6, et entre les sous- ensembles 6 et la gaine 9, sont comblés par un lubrifiant incompressible visqueux 10 pouvant par exemple être une cire pétrolière. Pour le transport du câble 4 jusqu'à la plate-forme, on peut le faire flotter sur la mer et le remorquer. De façon plus commode, on peut prévoir de l'enrouler sur une bobine de transport dont les dimensions, dépendant de la section et de la longueur du câble, sont relativement importantes (par exemple de l'ordre de 20 m de diamètre). De telles bobines sont utilisées dans le transport maritime. Dans ce cas, les sous-ensembles assemblés 6 sont torsadés avec un pas de l'ordre de m pour faciliter l'enroulement. Lorsque l'extrémité inférieure du câble 4 est descendue au fond de l'eau sous la plate-forme, la torsion appliquée pour le stockage sur la bobine se défait spontanément. D'autre part, si au moment de dévider les sous-ensembles 6 pour assembler le câble, on a pris soin de supprimer la torsion qu'ils présentaient sur leurs bobines de transport, alors pratiquement aucune torsion ne se retrouve dans les joncs 5 et dans les fibres de carbone, de sorte qu'elles se trouvent dans une configuration optimale pour reprendre des efforts de traction. La figure 3 montre schématiquement un atelier de fabrication du câble composite, installé dans une usine située au bord de la mer. Les sous-ensembles 6 sont dévidés depuis leurs bobines de transport 12, montées sur des supports à mouvement orbital réglé de manière à annuler la torsion appliquée au moment o ils ont été enroulés sur les bobines 12. Ce mouvement orbital consiste en une rotation suivant l'axe de la bobine 12 pour -6- dévider le sous-ensemble, combinée à une rotation suivant l'axe d'extraction du sous-ensemble pour supprimer la torsion. Les sous-ensembles 6 passent dans une première série de galets orienteurs 13 avant de parvenir au dispositif 14 qui injecte le lubrifiant 10. L'assemblage est ensuite pressé dans une seconde série de galets 15, puis fourni à une extrudeuse 16 qui dépose la gaine en PEHD 9. En aval de l'extrudeuse 16 se trouve un moteur 17 qui tracte le câble 4, et une troisième série de galets orienteurs 18 précédant le support à mouvement orbital de la bobine 19 de transport du câble. Cette bobine 19 pivote autour de son axe pour enrouler le câble 4, et comporte également une composante de pivotement transversale à son axe afin de torsader entre eux les sous-ensembles 6 du câble. Le schéma de principe de l'atelier de fabrication des sous-ensembles 6 est très semblable à celui de la figure 3 (sauf que les joncs 5 ne sont pas dévidés depuis des bobines à mouvement orbital). Mais bien entendu, ses dimensions sont très inférieures à celles de l'atelier d'assemblage du câble 4. Cet atelier de fabrication des sous-ensembles 6 peut par exemple être installé dans l'usine de pultrusion. Les systèmes d'ancrage du câble 4 sur la plate-forme et au fond de la mer peuvent être en partie montés sur le câble lors de sa fabrication. On peut notamment prévoir d'ancrer un organe de fixation à chaque extrémité de chaque sous-ensemble 6 du câble, ou encore de regrouper ces sous-ensembles 6 en plusieurs groupes, chacun de ces groupes recevant un organe de fixation à ses deux extrémités. L'ancrage de ces organes de fixation sur les sous-ensembles peut être réalisé de façon connue en soi par collage. Les organes de fixation du côté destiné à être situé au fond de la mer sont agencés pour être simplement fixés, par exemple par boulonnage, sur des massifs d'ancrage réalisés aux endroits appropriés. Du côté de la plate-forme, ces organes peuvent comporter des moyens de réglage de tension, par exemple de type vis-écrou. -7- REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I O N S 1. Procédé de réalisation d'un câble d'attache composite (4) notamment pour plate-forme maritime, comprenant les étapes suivantes: - former des sous-ensembles (6) en assemblant des brins pultrudés (5) composés de fibres résistantes à la traction noyées dans une résine, et en enrobant les brins assemblés dans une gaine protectrice en matière plastique (7); enrouler les sous-ensembles sur des bobines de transport (12); - former le câble d'attache en assemblant des sous- ensembles dévidés o10 depuis les bobines de transport, et en enrobant les sous-ensembles assemblés dans une gaine extérieure en matière plastique (9). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les sous- ensembles (6) sont enroulés sur leurs bobines de transport (12) en les torsadant. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel les sous- ensembles (6) sont torsadés à raison d'un tour tous les 10 mètres environ. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'assemblage des brins pultrudés (5) dans les sous-ensembles (6) est à géométrie hexagonale. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel chaque sous- ensemble (6) comporte dix-neuf brins pultrudés (5). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications I à 5, dans lequel la formation de chaque sous-ensemble (6) comporte l'injection d'une substance souple (8) comblant les intervalles entre les brins pultrudés (5) et la gaine protectrice (7) du sous-ensemble. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel on enroule le câble d'attache (4), en le torsadant, sur une autre bobine de transport (19), de dimensions sensiblement plus grandes que celles des bobines de transport (12) des sous-ensembles (6). 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel le câble d'attache (4) est torsadé à raison d'un tour tous les 15 mètres environ. -8- 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la formation du câble d'attache (4) comporte l'injection d'un lubrifiant incompressible (10) comblant les intervalles entre les sousensembles (6) et la gaine extérieure (7) du câble. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel on ancre des organes de fixation respectifs aux extrémités des sous- ensembles individuels (6) ou des sous-ensembles réunis en groupes. 11. Câble d'attache composite, notamment pour plate-forme maritime, comprenant une gaine extérieure en matière plastique (9) et des sous- ensembles (6) disposés en un faisceau contenu dans la gaine extérieure, chaque sous-ensemble comprenant, dans une gaine protectrice en matière plastique (7), une juxtaposition de brins pultrudés (5) composés de fibres résistantes à la traction noyées dans une résine. 12. Câble d'attache selon la revendication 11, dans lequel l'assemblage des brins pultrudés (5) dans les sous-ensembles (6) est à géométrie hexagonale. 13. Câble d'attache selon la revendication 12, dans lequel chaque sous- ensemble (6) comporte dix-neuf brins pultrudés (5). 14. Câble d'attache selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, dans lequel une substance souple (8) comble les intervalles entre les brins pultrudés (5) et la gaine protectrice (7) de chaque sous-ensemble (6). 15. Câble d'attache selon l'une quelconque des revendications 1 1 à 14, dans lequel un lubrifiant incompressible (10) comble les intervalles entre les sous-ensembles (6) et la gaine extérieure (9). 16. Câble d'attache selon l'une quelconque des revendications 11 à 15, dans lequel des organes de fixation sont respectivement ancrés aux extrémités des sous-ensembles individuels (6) ou des sous-ensembles réunis en groupes. -- T