Brevet FR2797843A1 — publié le 20010302

L'invention se rapporte à un dispositif d'ancrage pour structures flottantes, en particulier pour plates-formes utilisées pour différents travaux nautiques, tels que par exemple dragage, remblai ou battage de pieux immergés. On connaît déjà, dans l'art antérieur, de nombreuses conceptions de dispositifs d'ancrage pour structures flottantes en vue de leur maintien en bonne position par rapport l'emplacement de travaux, en dépit des effets de la houle notamment. Pour ce maintien en position, diverses solutions ont été envisagées telles que notamment - fixation à demeure par rapport au fond marin, par des structures en béton ou en acier. Une telle méthode est parfois employée pour plates-formes pétrolières dites à embase rigide, adaptées pour les mers profondes. Pour ce premier type d'ancrage, on peut se reporter par exemple au document suivant: EP -A- 0 640 522; - lignes d'amarrage reliées à une tourelle d'amarrage et réparties autour de l'axe de la tourelle de sorte à s'opposer à sa dérive sous l'effet des forces transversales qui s'exercent sur la structure flottante. La structure flottante, montée rotative par rapport à la tourelle, peut ainsi tourner autour de l'axe de cette tourelle. Pour ce deuxième type d'ancrage, on peut se reporter, par exemple, aux documents suivants: WO -A- 99I17983, -A- 99I17982, WO -A- 96l30524, WO -A- 98I34829, EP -A- 0 921 061, FR -A- 771703; - maintien par rapport à un seul ou plusieurs points d'amarrage, par le biais de lignes d'amarrage non nécessairement verticales et nécessairement maintenues en tension. Pour ce troisième type d'ancrage, peut se référer, par exemple, aux documents suivants: EP -A- 0 796 784, WO -A- 98l35874, WO -A- 99I02394, WO -A- 99I10228, US -A- 3 865 064 ; - ancrage funiculaire par des lignes tendues qui s'étendent, plus souvent verticalement, vers une base ancrée sur le fond marin. Cette méthode est employée notamment pour un grand nombre de plates-formes pétrolières dites à pieds tendus (tension leg platform ou TLP), particulièrement adaptées au forage par grand fond, entre 500 m et 2000 m. Pour ce quatrième type d'ancrage, on peut se reporter, par exemple, aux documents suivants : FR -A- 2 755 , FR -A- 2 729 635, FR -A- 2 703 021, FR -A- 2 624 089, EP -A- 0 716 1, JP -A- 60163786, JP -A- 60045494, JP -A- 59128086, EP -A- 0 575 EP -A- 0 441 413, EP -A- 0 360 364, EP-A-0328196,EP-A-0323 ,EP-A-0319419,EP-A-0311398,EP- A- 0 311 397, EP -A- 0 311 396, -A- 0 302 546, WO -A- 95I29839, WO -A- 96140548, WO -A- 96l21797, 97I45318, WO -A- 97l29942, WO -A- 99100293. Les ancrages par tourelles, s'ils sont bien adaptés à certains travaux sous- marins tels que le forage, autorisent une rotation de la structure flottante par rapport à l'axe de la tourelle, mouvement qui n'est pas souhaitable pour certains travaux sous-marins. Les plates-formes à embase rigide posees directement sur le fond de la mer, les barges ou plates-formes semi-submersibles à ancrage caténaire, en particulier pour les mers peu profondes, offrent certes plus de stabilité en position que les ancrages à tourelles par rapport à chantier sous-marin pour les engins qu'elles supportent. Mais elles ne peuvent généralement pas être facilement et rapidement déplacées d'un site d'emploi à un autre tout en étant maintenues en position sensiblement stable sur chaque site d'emploi. II a été proposé, dans l'art antérieur, de remédier à ce défaut en proposant des structures flottantes à ancrage par câbles tendus et pouvant être remorquées. Le document FR -A- 2 248 192 décrit ainsi un appareil de haute mer servant aux opérations sur puits. L'appareil est maintenu en place par au moins deux lignes d'ancrage ou d'amarrage tendues, généralement verticales. Les moyens d'ancrage peuvent être abaissés remplissage de leur compartiment interne, pour être posés sur le fond marin. L'appareil peut être remorqué, les-moyens d'ancrage étant vidés et pouvant supporter eux-mêmes, lors du remorquage. Le document FR -A- 2 698 605 décrit une plate-forme auto-élévatrice sous-marine pouvant être remorquée et comprenant des moyens de tirage par câbles de la plate-forme vers le fond jusqu'à une position immergée où ses jambes sont en appui sur le fond, et des moyens pour régler la position de chaque jambe par rapport au pont de la plate-forme de manière que celui ci soit à une hauteur prédéterminée par rapport au fond, quatre jambes coulissant verticalement dans des manchons aménagés dans le pont. On connaît par ailleurs des barges auto-élévatrices comportant une multiplicité de pieds lesquels une structure flottante peut être soutenue et soulevée. On peut reporter, par exemple, au document WO -A- 92l08849. L'invention vise à fournir une barge mobile dite à jambes tendues, c'est à dire comprenant des lests suspendus à des câbles ou des chaînes d'ancre, cette barge pouvant être obtenue de manière complètement réversible à partir d'une plate-forme auto-élévatrice, et ne nécessitant pas de mouillage par lignes d'ancres. Cette barge doit notamment pouvoir rester à un niveau sensiblement invariable malgré marnage, la houle ou les variations de charge liées au fonctionnement d'engins tels que grue portés par ladite barge. Cette barge doit également être adaptée aux travaux nautiques, de maritimes ou fluviaux, à faible profondeur, de l'ordre de quelques dizaines mètres à 150 m par exemple, y compris pour des zones où le fond marin est a faible portance et en forte pente. Cette barge doit être économique et simple en conception et utilisation. Pour atteindre les objectifs ci-dessus, l'invention concerne selon un premier aspect une barge pour travaux nautiques comprenant un pont apte à recevoir des engins d'exécution de travaux tels que grue, cette barge comportant des lests, des moyens de liaison reliant le pont à chaque lest, au moins trois des dits lests étant posés sur le soi lorsque la barge est en état actif, ladite barge étant telle que, en combinaison # lorsque la barge est en état actif - lests ne sont pas fixés rigidement sur le sol ; - moyens de liaison sont maintenus en tension ; - barge est maintenue en position sensiblement constante par rapport au , les effets de houle, de vagues, de mouvements charge sur la barge et effets de courant étant absorbés par les moyens de liaison ; # la barge peut passer d'un état actif, à un état inactif dans lequel elle est libre de ses mouvements, les lests étant alors suspendus au-dessus du sol. Un état actif de la barge correspond en particulier à son emploi l'aplomb d'un chantier donné. Un état inactif de la barge correspond par exemple à son convoyage ou à son déplacement entre deux chantiers. Dans une réalisation particulière, les moyens de levage des moyens de liaison de la barge sont au moins en partie analogues à ceux employés pour le levage des jambes d'une plate-forme auto-élévatrice. Ladite barge peut ainsi être obtenue par transformation réversible la structure d'une plate-forme auto-élévatrice conventionnelle. L'invention se rapporte selon un deuxième aspect à l'application d'une barge telle que présentée ci-dessus pour la réalisation de travaux nautique tels que dragage de fondations, mise en place d'inclusions, remblai, battage de pieux, mise en place de tapis de ballast, pour des profondeurs de quelques dizaines de mètres. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront cours de la description suivante de modes de réalisation, description qui etre faite en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est un schéma de principe du fonctionnement de l'ancrage de la barge à jambes tendues selon l'invention ; - la figure 2 est une vue de face d'une barge pouvant être obtenue transformation réversible d'une plate-forme auto-élévatrice selon un mode réalisation ; - figure 3 est une vue de côté de la barge de la figure 2 ; - figure 4 est une vue de détail du dispositif de levage des jambes d'une plate-forme auto-élévatrice avant sa transformation réversible en barge à jambes tendues ; - la figure 5 est une vue de détail du dispositif de levage des chaînes de la barge à jambes tendues, dispositif pouvant être obtenu par transformation réversible du dispositif de levage des jambes de la plate-forme auto-élévatrice tel que représenté en figure 4. On se rapporte tout d'abord à la figure 1. La signification des symboles employés en figure 1 est la suivante # : poussée d'Archimède ; # : poids de la barge 1 , y compris d'éventuelles charges mobiles ; # , R2 : réactions du sol 2 vis à vis des lests 3 ; # , T2 : tension des moyens de liaison 4 reliant la barge 1 aux lests 3 ; # : différence entre niveau de l'eau à marée haute 5a et niveau initial 5b. Afin de simplification - seuls deux lests 3 sont représentés en figure 1. II est entendu toutefois que plus de deux lests peuvent être prévus ; - le sol 2 est considéré comme sensiblement horizontal. L'homme du métier comprendra toutefois que le raisonnement ci dessous effectué en référence à la figure 1 peut être transposé au cas d'un sol non horizontal. Le plan de travail de base 6 défini par la barge 1 est à distance sensiblement constante par rapport au soi 2 tant en situation générale (à gauche sur la figure 1), que lors d'une marée montante (milieu de la figure 1), que lors du déplacement d'une charge sur la barge (à droite sur la figure 1). Lorsque marée est montante ou que le niveau de l'eau varie pour toute autre raison, valeurs PA et T1, T2 augmentent, tandis que les valeurs R1, R2 diminuent. Lors du deplacement d'une charge, par exemple de gauche à droite (figure , à droite) tension des moyens de liaison 4 et les valeurs des réactions , R2 sur lests 3 varient en conséquence, les lests 3 restant posés au sol et la tension moyens de liaison 4 ne s'annulant pas. Pour obtenir de telles caractéristiques de stabilité de la barge 1, les conditions générales suivantes sont appliquées. Le poids dans l'eau des lests 3 est déterminé par la condition suivante Plest ≥ ETmin + Psmin + aPA # ETmin étant la somme des tensions minimum des moyens de liaison 4 tels que des chaînes ou équivalent, tensions mesurées au fond ; # Psmin étant le poids total minimum à transférer au sol pour compenser les poussées latérales exercées sur la barge -par exemple sous l'effet courants ou du vent- et pour compenser également les variations éventuelles dénivellation du sol 2 ; # étant la variation de la poussée d'Archimède sous l'effet des marées ou de houle. L'effet vagues et des mouvements de la charge sur la barge 1 se traduit par des variations de tension sur les moyens de liaison 4. Dans mode de réalisation, les variations de niveau d'eau peuvent être accommodées, dans une certaine gamme de variation, par la déformation élastique des moyens de liaison 4, sans que la tension de ces moyens de liaison ne s'annule. Cette gamme de variation de niveau d'eau peut correspondre aux valeurs des coefficients de marée prévus lors de la durée chantier. En variante, la longueur des moyens de liaison 4 peut être modifiée de sorte à les maintenir dans une gamme de tension nulle mais inférieure à une valeur seuil, permettant d'éviter tout risque de détérioration de ces moyens de liaison, ou de réduction excessive des réactions du sol R1,R2. Selon un autre mode de réalisation, l'effet des marées est au moins en partie compensé par un ballastage de la barge, sorte à atténuer voire réduire à zéro la déformation élastique des moyens liaison induite par ces marées pour une barge non ballastée. L'effet du courant est compensé par l'effort de rappel des moyens de liaison 4. Le poids des lests 3 est déterminé notamment sorte à éviter une dérive de la barge sous l'effet des courants rencontrés dans zone du chantier considéré. On se rapporte maintenant aux figures 2 et 3. Le pont 7 de la barge 1 comporte quatre pieds tendus 8 formés par des moyens de liaison 4 entre les lests 3 et le pont 7. Le pont 7 présente une surface supérieure de travail 6 sur laquelle peuvent être placés des engins de travaux. Dans la réalisation représentée - un engin de levage de type Manitowoc Ringer d'une capacité de 180 T à 40 m et de 75 m de flèche est monté sur barge 1 ; - les lests 3 sont posés sur le sol 2 à 65 sous le niveau de l'eau 5 ; - largeur de la barge, mesurée suivant la direction horizontale D1 de la figure est de l'ordre de 40 m ; - longueur de la barge 1, mesurée suivant la direction horizontale D2 de la figure 3, est de l'ordre de 55 m ; - chaque lest 3 présente un poids immergé de 750 T - moyens de liaison 4 sont des chaînes de 168 mm, d'une charge à rupture l'ordre de 2360 T ; - distance, mesurée suivant la direction D1, entre deux chaînes avant est sensiblement égale à la distance mesurée suivant cette direction D1, entre les deux chaînes arrières et est de l'ordre de 27 m ; - de même, la distance mesurée suivant la direction D2 entre les deux chaînes latérales droites est sensiblement égale à la distance mesurée suivant cette direction D2 entre les deux chaînes latérales gauche et est de l'ordre de 35 m. L'engin de levage représenté en figures 2 et 3 est employé pour la mise en place d'inclusions 9 à l'aide d'un marteau de battage, une zone de stockage de ces inclusions étant visible en figure 3, à l'arrière de la flèche de l'engin. Ces inclusions peuvent être, par exemple, des tubes métalliques de deux mètres de diamètre et de 25 à 30 mètres de longueur, à mettre en place dans le terrain sous la fondation des piles. II est entendu que les dimensions et type d'engin de travaux mentionnés ci-dessus ne sont donnés qu'à titre d'exemple de réalisation. D'autres engins de travaux, tels que dragage, remblai, battage de pieux peuvent être envisagés. A titre d'exemple, la barge peut être utilisée pour la mise en place d'un tapis de ballast une surface de l'ordre de 120 m de diamètre, nivelé à 5 centimètres près à profondeur de l'ordre de 65 m La barge 1 peut comporter trois, quatre ou plus de quatre lests. Lorsque la barge comporte plus de quatre lests, certains de ces lests peuvent ne pas reposer sur le sol 2 lorsque la barge est en usage sur chantier lorsque le dimensionnement des lests 3 posés au sol, effectué la manière générale exposée auparavant, assure une stabilité suffisante pour barge. jambes tendues 8 sont avantageusement réalisées a l'aide de chaînes ou câbles toronnés en acier. D'autres matériaux peuvent être envisagés par l'homme du métier, en tenant compte des efforts à accommoder. lests 3 peuvent être réalisées en béton par exemple en béton lourd ou en beton à base de ciment de qualité prise de mer pour éviter la dégradation par sulfates contenus dans l'eau de mer, les masses présentant de préférence des angles arrondis. Dans un mode particulier de mise en ceuvre, les lests comportent au moins un compartiment permettant, par l'entrée ou la sortie d'eau, de faire varier leur poids. On se rapporte maintenant aux figures 4 et 5. En figure 4 est représentée une vue de détail d'une jambe de plate-forme auto-élévatrice. La jambe 10 est clavetée, de manière connue en soi, un bloc mobile de clavetage 11 relié à un bloc fixe de clavetage 12 par des verins 13. En figure 5 est représentée un dispositif de levage de chaîne obtenu par modification réversible de la structure représentée en figure 4. Le système de levage des chaînes -dites jambes tendues - est verrouillé sur une fausse jambe mobile 14 munie d'un bloqueur de chaîne 15, une fausse jambe fixe 16, placée dans l'alignement et en dessous la fausse jambe mobile 14 étant également munie d'un bloqueur de chaîne 1 inférieur. La traction principale sur la chaîne 8 est exercée selon direction verticale parallèle à la direction des fausses jambes 14,16 par action vérins 13 sur la fausse jambe 14 et le bloqueur de chaîne 15. La direction F est la direction d'enroulement de l'excédent de chaîne après déviation sur le tambour 18. Lors de cette traction, le bloqueur de chaîne supérieur 15 la fausse jambe mobile 14 est verrouillé, le bloqueur de chaîne inférieur 17 la fausse jambe fixe 16 etant déverrouillé, la fausse jambe mobile étant soulevée à l'aide des vérins 1 Le mode de fonctionnement du système de levage, pour la barge 1, est donc tel que la structure générale du système de levage des jambes d'une plate-forme auto-élévatrice peut être modifiée de manière réversible, sorte à permettre la transformation de cette plate-forme en barge remorquable a jambes tendues. Un dispositif de guidage 19 des chaînes et un équipement de stockage des chaînes non représenté, complètent le système de levage. On décrit maintenant le procédé de mise en place et de déplacement de la barge chantier à un autre. Les lests 3 étant au-dessus du sol 2 tel qu'un fond marin exemple, la barge est remorquée par tout moyen adapté jusqu'au droit d'un premier chantier. Lors de ce remorquage, les compartiments internes éventuels à la barge sont de préférence déballastés de sorte à donner à la barge flottabilité adaptée à son remorquage. Lorsque la barge est sensiblement au droit du premier chantier, moyens moteurs sont actionnés de sorte à permettre la descente des lests jusqu'au fond 2. Ainsi a été dit plus haut, lorsque les lests reposent sur le sol 2, certain niveau tension est maintenu dans les moyens de liaison tels que des chaînes. Le cas échéant, les lests peuvent présenter une face d'appui au sol pourvue de saillies d'un revêtement augmentant le frottement des lests sur le sol et facilitant le maintien en position de la barge contre vents et courants. Le cas échéant, un dé ballastage au moins partiel des compartiments internes de la barge est réalisé de sorte à augmenter la tension moyenne moyens de liaison. Par le dimensionnement des lests présenté ci-dessus, la barge peut être maintenue à un niveau sensiblement constant dans des conditions d'utilisation prédéterminées, le dimensionnement des lests tenant compte par exemple du marnage, de la houle ou les variations de charge liées au déplacement des engins qu'elles supporte, pour le chantier considéré. La possibilité de transformer une plate-forme auto-élévatrice en barge à jambes tendues telle que présentée ci-dessus est avantageuse à plus titre - les plates-formes auto-élévatrices conventionnellement utilisées en travaux maritimes ne sont pas conçues pour des chantiers nautiques à des profondeurs de quelques dizaines de mètres ; - l'utilisation d'une plate-forme élévatrice hors d'eau conduit, dans le cas où le sol est à faible portance à la réalisation de patins larges qui, de plus, doivent être articulés lorsque le sol est en forte pente. Dans de tels types de sites de travaux, l'emploi des plates-formes élévatrice hors d'eau devient très complexe et onéreux, le poids exercé par les jambes des plates-formes risquant par ailleurs d'entraîner un glissement de terrain. REVENDICATIONS 1. Barge pour travaux nautiques comprenant un pont (7) apte à recevoir des engins d'exécution travaux tels que grue, cette barge (1) comportant des lests (3), des moyens liaison (4) reliant le pont (7) à chaque lest (3), au moins trois des dits lests (3) etant posés sur le sol (2) lorsque la barge (1) est en état actif, caractérisée en ce combinaison, # lorsque la barge est en état actif - les lests ne sont pas fixés rigidement sur le sol (2) ; - les moyens liaison (4) sont maintenus en tension ; - la barge ) est maintenue en position sensiblement constante par rapport au sol (2), effets de houle, de vagues, de mouvements de charge sur la barge (1) et effets de courant étant absorbés par les moyens de liaison (4); # la barge (1 peut passer d'un état actif à un état inactif dans lequel elle est libre de ses mouvements, les lests (3) étant alors suspendus au-dessus du sol (2). 2. Barge selon la revendication 1, caractérisée en ce que le poids dans l'eau des lests (3) est déterminé par la condition suivante Plest ≥ ETmin + Psmin + oPA # ETmin étant la somme des tensions minimum des moyens de liaison (4), tensions mesurées au fond ; # Psmin étant le poids total minimum à transférer au sol pour compenser les poussées latérales exercées sur la barge, par exemple sous l'effet des courants ou du vent, pour compenser également les variations éventuelles de dénivellation du sol ; # OPA étant variation de la poussée d'Archimède sous l'effet des marées. 3. Barge selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comporte des ballasts internes. 4. Barge selon la revendication caractérisée en ce que les ballasts internes sont aptes à compenser l'effet marées lorsque la barge (1) est en situation active, ces marées n'entraînant ce fait aucune variation de tension des moyens de liaison (4). 5. Barge selon l'une quelconque revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les moyens de liaison (4) entre lests (3) et le pont (7) sont choisis parmi le groupe comprenant les chaînes, câbles tressés, les câbles torsadés en acier ou tout autre matériau équivalent. 6. Barge selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'au moins un des lests (3) comporte au moins un compartiment permettant, par l'entrée ou la sortie d'eau, de faire varier son poids. 7. Barge selon l'une quelconque revendications précédentes, caractérisée en ce que le système de levage moyens de liaison est verrouillé sur une fausse jambe mobile (14) munie bloqueur (15), une fausse jambe fixe (16) placée dans l'alignement et en dessous de la fausse jambe mobile (14) étant également munie d'un bloqueur (1 8. Barge selon la revendication caractérisé en ce que les moyens de levage des moyens de liaison (4) sont moins en partie analogues à ceux employés pour le levage des jambes d'une plate-forme auto-élévatrice. 9. Application d'une barge selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, pour la réalisation de travaux nautique tels que dragage de fondations, mise en place d'inclusions (9), remblai, battage de pieux, mise en place de tapis de ballast, pour des profondeurs de quelques dizaines de mètres.