Brevet FR2886915A1 — publié le 20061215

La présente invention est relative à un dispositif d'amarrage en mer de navires comportant des moyens de stockage d'hydrocarbures, ce dispositif comprenant une structure fixe solidaire du fond marin, des moyens de connexion du navire à cette structure autorisant une orientation de celuici autour de celle-ci et des moyens de chargement/déchargement d'hydrocarbures montés sur cette structure et ces moyens de connexion. On connaît un dispositif de ce type conçu pour amarrer en mer des naviresusines connus sous les noms de FSO (équipés pour le stockage et le déchargement d'hydrocarbures), de FPSO (équipés en outre de moyens d'extraction d'hydrocarbures de champs sous-marins) ou encore de FSRU (assurant le stockage et la regazéification de gaz naturel). Ce dispositif connu est plus particulièrement conçu pour assurer l'amarrage de tels navires dans des eaux de faibles profondeurs (typiquement de 20 à 50 m de profondeur) là où un ancrage classique par chaînes ne conviendrait pas pour stabiliser des navires de fort tonnage du fait de la faible longueur, et donc du faible poids, de ces chaînes. Ce dispositif connu comprend des bras articulés par des tourillons ou une rotule sur un touret monté sur un roulement d'axe vertical, sur une partie émergée de la structure fixe, ces bras étant lestés à leur autre extrémité par un contrepoids lui- même pendu à une extrémité d'au moins une chaîne dont l'autre extrémité est fixée à la proue du navire. Un tel dispositif est connu sous le nom de "bras semi-rigide" et dans les pays de langue anglaise sous le nom de "soft-yoke" ou de "semi-rigid yoke". Grâce au roulement associé au touret ce dispositif peut tourner autour de la structure fixe. II permet ainsi l'orientation du navire sous l'effet des vents et des courants ou encore sous l'effet de propulseurs spécialisés montés à la poupe du navire. En outre les bras lestés absorbent, par l'effet de rappel du contrepoids, de petits débattements du navire autour de ses axes de roulis et de tangage, ainsi que le cavalement (mouvements en va-et-vient du navire, de faible fréquence, selon son axe longitudinal). Cependant ce dispositif connu à bras lestés est limité en taille et en capacité du fait qu'il exige la présence d'un roulement pour permettre la rotation du touret. Cette disposition est de surcroît complexe et donc de réalisation coûteuse. La présente invention a précisément pour but de fournir un dispositif d'amarrage en mer de navires qui soit à la fois simple, efficace et acceptable du point de vue coût. On atteint ce but de l'invention avec un dispositif d'amarrage en mer du type décrit en préambule de la présente description, comprenant notamment une structure fixe solidaire du fond marin et des moyens de connexion du navire à cette structure, remarquable en ce que ces moyens de connexion sont raccordés à cette structure par une seule liaison à rotule. Comme on le verra plus loin en détail, une telle rotule, convenablement conçue et dimensionnée pour reprendre les efforts d'amarrage développés dans un tel dispositif, permet à elle seule de reprendre divers mouvements du navire, tout en autorisant une rotation de celui-ci autour de la structure fixe. Elle simplifie en outre la structure du dispositif en se substituant à la combinaison touret/roulement/ tourillons ou rotules décrite ci-dessus. Selon d'autres caractéristiques, optionnelles, de la présente invention: les moyens de connexion comprennent un bras, - le bras est constitué d'une paire de longerons entretoisés et disposés selon les côtés égaux d'un triangle isocèle, la liaison à rotule étant établie dans le voisinage de l'intersection desdits côtés, - les extrémités des longerons opposées à celles portant la liaison à rotule sont chacune articulées sur la proue du navire selon un axe parallèle à l'axe de tangage du navire, - en variante, le bras est lesté par un contrepoids suspendu à la proue du navire, - la liaison à rotule est placée sur une partie émergée de la structure fixe, la liaison à rotule comporte des parties mâle et femelle solidaires respectivement de la structure et du bras, - la liaison à rotule est autolubrifiante, - les moyens de chargement/déchargement comprennent au moins une conduite de fluide dont une partie est supportée par le bras pour être raccordée au navire, - une autre partie de la conduite traverse verticalement la liaison à rotule, - la partie de la conduite portée par le bras est constituée d'éléments tubulaires rigides raccordés les uns autres, aux extrémités du bras, par des joints tournants. 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: - les figures 1 et 2 sont des vues schématiques, en élévation et en plan respectivement, d'un premier mode de réalisation du dispositif suivant l'invention, - la figure 3 est une vue schématique agrandie, en coupe dans le plan de la figure 1, de la liaison à rotule formant partie de ce dispositif, et - les figures 4 et 5 sont des vues schématiques, en élévation et en plan respectivement, d'un deuxième mode de réalisation du dispositif suivant l'invention. On se réfère aux figures 1 et 2 du dessin annexé pour décrire en plus de détail le dispositif d'amarrage suivant l'invention. Sur ces figures, la référence 1 désigne un navire amarré par sa proue à une structure fixe 2 reposant sur un fond marin 3 et débordant de la surface 4 de l'eau. Seule la proue du navire 1 est représentée. C'est ainsi que seules quelques superstructures, référencées 5 et 6 et pouvant être classiquement disposées au voisinage de cette proue, apparaissent sur le pont 7 du navire 1. La structure fixe 2 est une structure gravitaire qui peut comprendre, comme représenté, une embase 2a conçue pour reposer et être fixée sur le fond marin 3 et une colonne 2b débordant verticalement de l'embase 2a jusqu'au-dessus de la surface de l'eau de manière à présenter une partie émergée équipée de manière à pouvoir être raccordée au navire, comme on le verra plus loin. Sur la vue en plan de la figure 2, il apparaît que l'embase 2a et la colonne 2b sont toutes deux cylindriques de révolution et coaxiales, d'axe vertical X. Une telle structure 2, réalisée en métal ou en béton armé par exemple, peut être construite en cale sèche par des techniques de fabrication bien connues dans l'art de la construction d'installations en mer. Elle est alors typiquement associée à, ou comprend, des moyens de ballastage/déballastage permettant de la remorquer sur son site final. Elle est posée ensuite sur le fond marin par ballastage. L'embase est finalement fixée sur ce fond par l'un quelconque des moyens bien connus à cet effet. Ces techniques de fabrication et d'installation de la structure 2 conviennent bien à des eaux de profondeurs moyennes ( typiquement de 20 à 50 m), qui sont justement celles pour lesquelles on a conçu le dispositif d'amarrage suivant l'invention, comme on l'a vu plus haut. Sur les figures 1 et 2 il apparaît encore que la proue du navire 1 et la structure 2 sont raccordées l'une à l'autre par des moyens de connexion constitués par un bras 8. Selon un premier mode réalisation, ce bras est rigide et prend une forme générale triangulaire qui apparaît sur la figure 2. Il est constitué d'une paire de longerons 9a, 9b disposés suivant les côtés égaux d'un triangle isocèle, ces longerons étant reliés par des entretoises parallèles 10a, 10b et 10c orientées perpendiculairement à la bissectrice de l'angle au sommet du triangle. Les extrémités des longerons 9a, 9b qui sont voisines de la base du triangle ainsi défini sont articulées sur la proue du navire 1 en 11 a et 11 b autour d'un axe Y parallèle à l'axe de tangage du navire, au voisinage du niveau du pont 7 de celui-ci. Comme cela apparaît sur la figure 2, le navire 1 et le bras 8 présentent un même plan de symétrie longitudinal de trace P. Suivant une caractéristique importante de la présente invention, à son extrémité opposée à celle qui est articulée sur le navire 1, le bras 8 est raccordé à la partie émergée de la structure 2 par une seule liaison à rotule 12, établie au voisinage de l'intersection des côtés du triangle défini par les longerons 9a, 9b de ce bras. Cette liaison à rotule est représentée en plus de détails à la figure 3. Sur cette figure il apparaît que cette liaison comprend des parties sphériques complémentairesl3a et 13b mâle et femelle respectivement, solidaires de la structure 2 et du bras 8 respectivement. La partie sphérique fixe 13a est montée à la partie supérieure d'un support 14 en forme de jupe de révolution, d'axe vertical confondu avec celui (X) de la structure 1. La base de cette jupe est fixée sur la structure 2 par une couronne de tirants tels que ceux référencés 15a à 15d sur la figure 3. Une telle jupe peut être réalisée en acier moulé. Avantageusement les surfaces en contact des parties mâle 13a et femelle 13b de la rotule 12 sont réalisées en des matériaux assurant l'autolubrification de la liaison, tels que l'acier poli pour une de ces surfaces et le PTFE pour l'autre. La rotule est enveloppée dans un carter de protection 16 constitué de plaques sphériques, les unes solidaires du bras et les autres de la jupe 14. Ces plaques glissent les unes sur les autres quand la partie femelle 13b de la rotule se déplace par rapport à la partie mâle 13a. II apparaît maintenant que le bras 8 de connexion est raccordé d'une part au navire par une liaison 11 a, 11 b à un degré de liberté et, d'autre part, à la structure fixe 2 par une liaison à rotule 13a, 13b qui présente 3 degrés de liberté. Une telle liaison à rotule autorise une rotation du bras 8 et du navire 1 autour de l'axe vertical X de la structure fixe 2, pour des besoins d'orientation du navire par rapport au régime local des vents et des courants, par exemple. Elle tolère aussi les mouvements de roulis et de tangage du navire, transmis par le bras 8. L'articulation 11 a, 11 b du bras sur le navire participe aussi à la reprise des mouvements de tangage et permet d'adapter la liaison entre le navire 1 et la structure fixe 2 aux variations du tirant d'eau du navire et aux marées. La construction du dispositif suivant l'invention est rendue particulièrement économique par le fait que la rotule permet de concentrer dans un même mécanisme plusieurs des degrés de liberté nécessaires à l'amarrage du navire. On remarquera que ce dispositif doit pouvoir reprendre des efforts transversaux (par rapport à l'axe vertical X de la liaison à rotule) très importants, d'autant qu'il supprime les mouvements de cavalement du navire selon son axe longitudinal. L'épaisseur de la jupe 14, notamment, doit donc être calculée en conséquence. On sait aujourd'hui réaliser des liaisons à rotule capables de reprendre des efforts transversaux de 100. 000 kN ou plus. Une telle rotule est incorporée à la digue semi-flottante installée en 2002 à l'entrée du port de la Condamine, en Principauté de Monaco. Pour plus de détails concernant cette rotule, on pourra se référer à l'article intitulé "Une digue géante, deux premières technologiques" publié dans le n 842, novembre 2002, de la revue française "Industries et technologies" publiée par le groupe Usine Nouvelle. La suppression des mouvements de cavalement du navire par un dispositif à bras rigide peut n'être pas souhaitable dans certaines conditions d'environnement sévères, du fait des fortes charges que le dispositif doit alors supporter. On pourra alors choisir un deuxième mode de réalisation de l'invention, plus souple, représenté aux figures 4 et 5. Sur ces figures des références numériques, éventuellement affectées d'un "prime", identiques à des références utilisées sur les figures 1 et 2, repèrent des éléments ou organes identiques ou analogues. A l'examen des figures 4 et 5 il apparaît que le deuxième mode réalisation de l'invention se distingue du premier essentiellement par le remplacement du bras rigide 8 par un bras semi-rigide ( 8', 25,27a,27b) du type décrit en préambule de la présente description. Ce bras semi- rigide comprend un bras 8' sensiblement conforme au bras 8 du premier mode de réalisation du dispositif suivant l'invention. Le bras 8' est lesté par un contrepoids 25 suspendu à une console 26 débordant de la proue du navire 1 sur lequel elle est fixée. Le contrepoids 25 est solidaire des extrémités 9a,9b du bras 8' qui sont opposées à celles fixées à la liaison à rotule 12. Il est aussi suspendu par des chaînes ou des barres 27a, 27b à des points de fixation 28a, 28b respectivement, ménagés sur la console 26. Comme on l'a vu en préambule de la présente description, un tel bras "semi-rigide" permet l'absorption des mouvements de cavalement du navire par l'effet de rappel du contrepoids. On réduit ainsi les efforts supportés par la liaison à rotule 12. Le mode de réalisation des figures 4 et 5 bénéficie par ailleurs des avantages apportés par cette liaison à rotule au mode de réalisation des figures 1 et 2. Le dispositif d'amarrage suivant l'invention étant essentiellement, bien que non exclusivement, destiné à permettre le chargement/déchargement en mer de navires tels que décrits en préambule de la présente description, celui-ci comprend des moyens prévus pour assurer le transfert d'hydrocarbures liquides ou gazeux entre au moins une conduite montée sur le navire et au moins une conduite montée sur la structure fixe et courant, par exemple, jusqu'au rivage. A titre d'exemple illustratif et non limitatif, le navire peut comporter des moyens de regazéification de gaz naturel liquide ou de gaz propane liquide stockés à l'état liquide sur le navire. Le gaz ainsi régénéré doit être transféré, par des conduites appropriées, du navire sur la structure fixe et, de là, vers le rivage pour y être raccordé à un réseau terrestre de distribution du gaz pour des usages domestiques ou industriels. A cet effet, une conduite (non représentée au dessin) peut courir sur le fond marin entre la structure fixe et le rivage. Cette conduite est raccordée à une conduite 17 (voir figures 1 et 3) remontant verticalement dans la structure fixe 2 pour se connecter à d'autres conduites 18a, 18b, 19a, 19b, 20a, 20b courant sur le bras 8 pour rejoindre les sources ou réservoirs d'hydrocarbures à décharger, installés sur le navire. Ces conduites peuvent ainsi constituées deux lignes de déchargement (18a, 19a,20a) et (18b,19b,20b) du navire, les parties centrales 19a,19b étant rectilignes et parallèles l'une à l'autre. D'autres configurations de lignes de déchargement sont évidemment possibles. Avantageusement, la conduite 17 est rigide et traverse verticalement la liaison à rotule 12, entre deux vannes 23 et 24, optionnelles. Le bras 8 du premier mode de réalisation du dispositif suivant l'invention supprimant tout cavalement du navire, les conduites 18a à 20b peuvent alors elles aussi être constituées de tubes ou tuyauteries rigides. Les conduites d'extrémité 18a, 18b et 20a, 20b doivent alors être munies de joints tournants tels que celui représenté en 21 à la figure 3, pour s'adapter aux rotations du bras 8 dans un plan vertical. Un raccordement à joint tournant (22a, 22b) comportant une partie fixe 22a et une partie tournante 22b autorise la connexion de la conduite verticale 17 aux sections 18a et 18b des conduites en tubes rigides courant sur le bras 8. Ce joint tournant (22a, 22b) autorise une rotation du navire, et donc du bras 8 et des conduites qu'il porte, autour de l'axe vertical X de la liaison à rotule. Le premier mode de réalisation du dispositif suivant l'invention rend ainsi possible l'utilisation de conduites constituées d'éléments tubulaires rigides, avantageuses en termes de coût de fabrication et d'entretien par rapport aux conduites souples, plus classiques. De telles conduites souples 19'a, 19'b ( voir figures 4 et 5) sont prévues dans le deuxième mode de réalisation de l'invention équipé d'un bras semi-rigide (voir figure 4). Diverses stratégies de mise en place du dispositif entre le navire et la structure fixe sont possibles. A titre d'exemple seulement, dans le cas du mode de réalisation des figures 1 et 2, on peut approcher le navire de la structure fixe, équipée de la rotule et du bras, et relever ce bras pour le connecter au navire. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté, qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. C'est ainsi que l'invention s'applique à l'amarrage en mer de navires, aussi bien pour le chargement que pour le déchargement de ceux-ci en hydrocarbures liquides ou gazeux. De même, des moyens élastiques pourraient être installés, par exemple au niveau des paliers des articulations 11a, 11b du bras 8 du premier mode de réalisation de l'invention, pour donner une souplesse limitée à la liaison établie entre le navire et la structure fixe. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'amarrage en mer de navires comportant des moyens de stockage d'hydrocarbures, ledit dispositif comprenant une structure fixe (2) solidaire du fond marin (3), des moyens de connexion (8; 8',25, 27a, 27b) du navire à ladite structure (2) autorisant une orientation de celuici autour de celle-ci et des moyens (17, 18a à 20b; 19'a,19'b) de chargement/déchargement desdits hydrocarbures montés sur ladite structure (2) et sur lesdits moyens de connexion (8), dispositif caractérisé en ce que lesdits moyens de connexion (8; 8',25, 27a,27b) sont raccordés à ladite structure (2) par une seule liaison à rotule (12). 2. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de connexion (8; 8',25, 27a,27b) comprennent un bras (8; 8'). 3. Dispositif conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que ledit bras (8; 8') est constitué d'une paire de longerons (9a,9b) entretoisés et disposés selon les côtés égaux d'un triangle isocèle, ladite liaison à rotule (12) étant établie dans le voisinage de l'intersection desdits côtés. 4. Dispositif conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que les extrémités desdits longerons (9a, 9b) opposées à celles portant ladite liaison à rotule (12) sont chacune articulées sur la proue du navire (1) selon un axe (Y) parallèle à l'axe de tangage dudit navire (1). 5. Dispositif conforme à la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit bras (8') est lesté par un contrepoids (25) suspendu à la proue du navire (1). 6. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite liaison à rotule (12) est placée sur une partie émergée de ladite structure fixe (2). 7. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que ladite liaison à rotule (12) comporte des parties mâle (13a) et femelle (13b) solidaires respectivement de ladite structure (2) et dudit bras (8). 8. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite liaison à rotule (12) est autolubrifiante. 9. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que lesdits moyens de chargement/déchargement (17, 18a à 20b; 19'a,19'b) comprennent au moins une conduite de fluide (17,18a à 20b) dont une partie (18a à 20b; 19'a,19'b) est supportée par ledit bras (8; 8') pour être raccordée audit navire (1). 10. Dispositif conforme à la revendication 9, caractérisé en ce qu'une autre partie (17) de ladite conduite traverse verticalement ladite liaison à rotule (12). 11. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que ladite partie (18a à 20b) de ladite conduite portée par ledit bras (8) est constituée d'éléments tubulaires rigides raccordés les uns autres, aux extrémités dudit bras (8), par des joints tournants (21). 12. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 3, 4 et 6 à 11, caractérisé en ce que des moyens élastiques sont montés sur ledit bras (8) pour donner une souplesse limitée au dispositif vis-à-vis d'efforts orientés suivant l'axe longitudinal dudit navire.