Brevet FR2916732A1 — publié le 20081205

La présente invention se rapporte à un système d'amarrage pour un quai flottant, notamment en faible profondeur. Il est particulièrement adapté pour les structures ou quais flottants stockant des hydrocarbures ou du gaz naturel liquéfié (GNL). De telles structures sont notamment du type station de stockage et de déchargement (en anglais Floating Storage and Offloading, en abrégé FSO) ou du type station de stockage, de déchargement et de production (en anglais Floating Production Storage and Offloading, en abrégé FPSO). Le quai a une orientation fixe relativement au fond marin, mais il est important que l'amarrage d'une telle structure permette des mouvements relatifs avec le fond marin. Ces mouvements sont essentiellement dus aux effets des vagues, des courants, des vents et aux interactions avec le navire qui accoste le quai flottant. Ces mouvements doivent rester faibles, c'est-à-dire qu'un tel amarrage doit limiter les plus extrêmes de ces mouvements pour qu'ils soient compatibles avec le déchargement de fluides en continu, généralement par des tuyauteries flexibles ou articulées, et éventuellement une liaison par passerelle pour les personnes. Il est en outre important que le système d'amarrage n'interfère pas avec le navire à quai. Sur les quais flottants de l'état de l'art, on peut utiliser la technique dite "soft-yoke", ou semi-rigide, pour amarrer le quai. Cette technique est utilisée pour des unités de stockage et/ou de production (FSO ou FPSO), amarrées en pleine mer à une structure d'ancrage de type "jacket", autour de laquelle elles peuvent tourner librement. Cette technique est basée sur l'utilisation de bras articulés et lestés, suspendus par une de leurs extrémités à la structure d'ancrage de type "jacket", et par une autre extrémité, au quai flottant. La structure de type "jacket" est du genre pylône, généralement un treillis métallique, rigidement ancré dans le fond marin. La suspension du bras lesté permet d'absorber les petits mouvements relatifs. Cependant, un tel amarrage est complexe et coûteux à mettre en oeuvre, et il nécessite des structures lourdes à mettre en oeuvre. Le but de l'invention est de proposer un système d'amarrage d'un quai flottant qui soit souple, aisé et rapide à mettre en oeuvre et ne risquant pas de d'interférer avec les navires qui viennent s'accoupler au quai. De préférence, un tel système pourra être mis en oeuvre dans une large gamme de sols, particulièrement des sols relativement mous. Selon un premier objet de l'invention, un tel système d'amarrage d'une structure flottante, notamment d'un quai flottant, comprend: - un lest immergé, - des moyens pour suspendre le lest à ladite structure, - des moyens pour ancrer le lest, Et le système est caractérisé en ce que les moyens d'ancrage comprennent des chaînes d'ancrage s'étendant depuis le lest, lesdites chaînes, dans leur position tendues, c'est-à-dire le lest étant dans une position haute maximale, formant avec l'horizontale un angle faible, typiquement inférieur à 20 ,de préférence inférieur à 10 . Ainsi, le lest est maintenu près du fond, et n'interfère pas avec les navires accostés, même en eau peu profonde. Le lest est suspendu, c'est-à-dire que dans une position correspondant à un plan d'eau étal aux plus basses eaux, il ne touche pas le fond. Le lest peut donc avoir des mouvements verticaux autour d'une position moyenne. Dans cette position moyenne, quelle que soit le niveau du plan d'eau, les chaînes d'ancrage doivent donc présenter un certain "mou", de sorte que le lest puisse s'élever au-dessus de la position moyenne. On préfère que dans la position moyenne, les chaînes d'ancrage reposent au fond sur une majorité de leur longueur. Les moyens d'ancrage peuvent en outre comprendre des points d'ancrage sur des pieux enfoncés dans le fond, chaque chaîne d'ancrage s'étendant entre ledit lest et un point d'ancrage d'un pieu respectif. L'utilisation de pieux est particulièrement adaptée à un fond mou, notamment dans un estuaire. La tête du pieu peut avantageusement être sensiblement au niveau du fond et ainsi ne pas présenter de risque d'interférence avec les navires. Le point d'ancrage est alors porté par la tête du pieu. Pour limiter encore les risques d'interférence, les chaînes d'ancrage qui relient les pieux et le lest, seront avantageusement fixées dans une partie basse du lest. Le lest est avantageusement suspendu à l'aide d'une chaîne de suspension. Bien sûr, la chaîne de suspension, comme les autres chaînes, peut comprendre plusieurs chaînes, pour répondre à des questions de stabilité ou de poids du lest. Cette chaîne de suspension s'étend avantageusement depuis le lest vers le haut, jusqu'à un point de suspension. Ce point de suspension est avantageusement partie d'une structure support, par exemple une poutraison, ladite structure s'étendant de préférence longitudinalement depuis une extrémité longitudinale du quai flottant, de sorte que le point de suspension est déporté longitudinalement relativement à la coque du quai. Ainsi, aucune emprise transversale du système d'amarrage ne vient gêner l'accostage d'un navire. Les chaînes d'ancrage comprennent avantageusement au moins trois chaînes d'ancrage s'étendant radialement depuis le lest, de sorte que deux chaînes successives ne forment jamais entre elle un angle supérieur à 180 . Ainsi, le lest est maintenu horizontalement entre trois points d'ancrage au moins, et ses déplacements horizontaux sont limités par le mou des chaînes d'ancrage, et fonction du niveau du plan d'eau. De préférence, on dispose typiquement six chaînes en étoile autour du lest. Pour éviter tout risque d'interférence, on peut disposer les pieux de sorte qu'ils échappent à la projection verticale d'un navire amarré audit quai flottant, c'est-à-dire qu'aucun pieu et aucune chaîne n'est couverte par une ombre verticalement projetée d'un navire accosté au quai flottant. De préférence, on disposera les têtes de pieux de sorte qu'elles sont en deçà d'un plan vertical d'accostage des navires. La zone de la structure support formant le point de suspension du lest comprend avantageusement des moyens d'amarrage, par exemple un bollard ou des crocs à largage rapide, pour la poupe ou la proue d'un navire accouplé au quai flottant. Ceci est d'autant plus intéressant que la structure support permet un déport longitudinal du point de suspension, donc des moyens d'amarrage. On peut ainsi amarrer au quai un navire plus long que le quai lui-même, tout en procurant une disposition adaptée des moyens d'amarrage. Le terme de chaîne doit s'entendre comme couvrant des moyens souples de liaison, notamment un ou plusieurs câbles. Un quai flottant selon l'invention comprend des moyens d'amarrage selon l'invention. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description ci-après, relative à des exemples non limitatifs. Aux dessins annexés : - la figure 1 est une vue en plan d'un navire et d'un quai flottant selon l'invention, accouplés entre eux ; - la figure 2 est une coupe transversale du navire et du quai de la figure 1, selon les repères II-II de la figure 1, à une échelle plus grande ; et, la figure 3 est une vue longitudinale partielle en élévation, selon le repère III de la figure 1, d'une extrémité longitudinale du quai flottant de la figure 1, à une échelle encore augmentée. Aux figures 1 et 2, on peut voir un quai flottant 1. Ce quai flottant est amarré près de la côte, en faible profondeur d'eau D5. Le quai flottant 1 a une coque 100 de forme sensiblement parallélépipédique, s'étendant, vu en plan, entre deux bords longitudinaux et deux bords latéraux 11. Dans l'exemple illustré, un navire 2 est accouplé avec le quai 1, le long d'un bord longitudinal 3 du quai 1. Le bord longitudinal 3 est équipé de parbattages 4 prévus pour amortir les mouvements et les chocs entre le navire 2 et le quai 1. Les parbattages définissent selon leur ligne de contact avec la coque du navire 2, un plan d'accostage P4 vertical. Le quai flottant est du type FPSO, et plus particulièrement du type FSRU, c'est-à-dire une Unité Flottante de Stockage et de Regazéification (en anglais : Floating Storage Regasification Unit, FSRU). Ainsi, le quai comprend une citerne 6, intérieure à la coque 100 du quai flottant, prévue pour le stockage de gaz liquide et une usine de regazéification. Le quai est relié à la terre ferme par une tuyauterie 8,9, qui, dans l'exemple illustré, est portée par un pylône intermédiaire 7. Le pylône est ancré dans le fond marin 5 Entre le quai et le pylône, la tuyauterie 8 est souple ou articulée, au-delà du pylône en direction de la terre ferme, la tuyauterie 9 est rigide. Le quai 1 comprend, s'étendant à chacune de ses extrémités longitudinales des structures porteuses 10. Dans l'exemple illustré, chaque structure porteuse 10 a ici la forme d'une poutraison en forme de potence, en porte-à-faux, et réalisée en un treillis de poutres métalliques. Chaque structure porteuse 10 s'étend depuis un bord transversal 11 respectif de la coque du quai. Un lest 12 est suspendu à une extrémité distale 13 de la structure porteuse 10 (voir figure 3) par une chaîne 14, cette extrémité distale formant donc un point de suspension pour le lest. Ainsi suspendu, le lest est maintenu proche mais à distance du fond 5. Tel qu'illustré à la figure 3 : - le point de suspension 13 est déporté longitudinalement d'une distance D13 d'environ 40 mètres par rapport au bord transversal 11 du quai flottant 1 ; la surface 15 de l'eau à l'aplomb du point de suspension 13 est à une distance verticale D5 d'environ 16 mètres du fond marin 5 ; la hauteur H12 du lest est d'environ 6 mètres ; et, la face inférieure 120 du lest 12 est maintenue à une hauteur H120 d'environ 2 mètres au-dessus du fond 5, ce qui correspond environ à la distance H1 entre le dessous 101 de la coque du quai 1. Le lest 12 est ancré dans le fond 5 à l'aide de six chaînes d'ancrage 16 et de six pieux 17. Les six chaînes et les six pieux sont disposés symétriquement de part et d'autre d'un plan P1 vertical, médian pour la coque 100, et passant par les extrémités 13 des structures porteuses 10. Les pieux sont enfoncés dans le fond marin 5, à une distance d'environ 40 mètres de l'aplomb du point de suspension 13. La tête 170 de chaque pieu est affleurante avec le fond marin. Une chaîne d'ancrage 16 respective relie la tête d'un pieu respectif avec le lest, au voisinage de sa face inférieure 120. De chaque côté du plan médian P1, une première chaîne s'étend perpendiculairement au plan P1, et deux autres forment avec la première, et de part et d'autre de la première, un angle A16 d'environ 45 . Dans la position moyenne du lest 12 entre ses chaînes 14,16, tel qu'illustrée aux figures, chaque chaîne d'ancrage 16 a du mou, c'est-à-dire qu'elle n'est généralement pas tendue entre la tête de pieu 170 respective et le lest 12. Ainsi, comme illustré à la figure 3, chaque chaîne repose sur le fond 5 sur 80 à 90% de sa longueur la plus proche du pieu 17, puis s'élève en direction du lest. Dans l'exemple illustré, la hauteur H120 représente environ 5 à 7% de la longueur des chaînes d'ancrage 16. Ainsi relié à la structure porteuse 10 et au pieux 17, suspendu au-dessus du fond 5, le lest 12 peut avoir des mouvements verticaux ou horizontaux, même lorsque l'une ou plusieurs de ses chaînes d'ancrage 16 sont tendues. Ces mouvements sont toutefois limités par les forces de rappel dues à l'écartement du lest par rapport à sa position neutre et par le mou des chaînes d'ancrage. En outre, même dans une position où une chaîne serait tendue au dessus du fond marin, et où le lest serait écarté de sa position neutre, le dispositif ne présenterait pas de risque d'interférence avec un quelconque navire accouplé au quai 1, d'autant que même le pieu le plus proche du navire est sensiblement dans le plan d'accostage P4. La longueur L1 de la coque du quai flottant 1 est L1, ici L1 est environ égale 175 mètres. Le navire qui y est accouplé mesure environ 290 mètres hors tout. Grâce aux structures de support 10, la distance entre les points de suspension 13 est d'environ 255m. Ainsi, les points de suspension comprenant des bollards ou de crocs à largage rapide 19, ils procurent des points d'amarrage 19 adaptés à des navires notablement plus longs que le quai. Il est ainsi, possible d'avoir un quai de dimension, de poids et de coût plus réduits. En outre, le déport longitudinal des lests augmente la stabilité longitudinale du quai, sans en augmenter notablement le poids. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, même si la description a été faite pour une structure en mer, cette structure peut être lacustre ou fluviale. En conséquence, le fond peut être un fond marin, lacustre ou fluvial. Les chaînes peuvent être remplacées par des câbles. Particulièrement la chaîne de suspension peut encore être remplacée par une barre de liaison, articulée en son point de suspension par un cardan ou une rotule. Une telle barre peut être aménagée en sa partie inférieure pour former ou contenir un lest. Les longueurs des chaînes peuvent ne pas être égales entre elles. En outre, le mou des chaînes peut être prévu pour que les amplitudes des mouvements horizontaux du lest, et donc du quai, soient différents selon les directions. Les longueurs et distances peuvent varier, notamment en fonction de l'environnement dans lequel est amarré le quai flottant, mais aussi en fonction de sa capacité, de ses dimensions, et des dimensions des navires prévus pour y accoster. La description fait état d'un seul lest pour chaque dispositif. Bien entendu, cela n'exclut pas qu'il puisse y avoir plusieurs lests. Chaque lest peu avoir ses propres moyens de suspension. En outre, chaque lest peut être relié à un pieu respectif. Ainsi, les moyens de suspension ne sont plus nécessairement strictement verticaux, mais légèrement inclinés en direction de chaque pieu. Les pieux peuvent être remplacés par d'autres types d'ancrage, tels que des ancres à succion, ou des ancres classiques, suivant le type de sol rencontré sur le site de l'ancrage. En outre, ces moyens d'ancrages peuvent être adaptés à d'autres structures flottantes prévues pour être amarrées, particulièrement en eaux peu profondes, et pour lesquelles on souhaite une grande stabilité. REVENDICATIONS 1. Système d'amarrage (10,12-17) d'une structure flottante (1) à un fond (5) comprenant: - un lest immergé (12), - des moyens (13,14) pour suspendre le lest à ladite structure, - des moyens (16,17) pour ancrer le lest, caractérisé en ce que les moyens d'ancrage comprennent des chaînes (16) s'étendant depuis le lest, chaque chaîne, dans une position tendue, formant avec l'horizontale un angle inférieur à 20 . 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque chaîne, dans sa position tendue, forme avec l'horizontale un angle inférieur à 10 . 3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque chaîne repose sur le fond (5) par une majorité de sa longueur, de préférence 80 à 90 pour cent de sa longueur. 4. Système selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens d'ancrage comprennent des pieux (17), chaque chaîne (16) s'étendant entre ledit lest (12) et un pieu respectif. 25 5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que Les pieux sont disposés en deçà d'un plan d'accostage (P4). 6. Système selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque chaîne d'ancrage (16) s'étend depuis une partie basse (120) du 30 lest (12). 7. Système selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens de suspension du lest comprennent une chaîne de suspension (14) ou un bras articulé s'étendant depuis le lest vers le haut.20 8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que la structure flottante comprend une structure support (10), le lest étant suspendu à un point de suspension (13) de ladite structure support (10), ladite structure s'étendant longitudinalement depuis une extrémité longitudinale (11) de la structure flottante (1), de sorte que le point de suspension (13) est déporté longitudinalement (D13) relativement à ladite extrémité (11) de ladite structure (1). 9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que le point de suspension (13) comprend des moyens d'amarrage (19) pour un navire (2). 10. Système selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les moyens d'ancrage comprennent au moins 3 chaînes d'ancrage (16) s'étendant radialement depuis le lest (12), de sorte que deux chaînes successives ne forment jamais entre elle un angle (A16) supérieur à 180 11. Système selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend au moins six chaînes (16) disposées en étoile autour du lest (12). 12. Structure flottante caractérisée en ce qu'elle comprend un système d'ancrage selon l'une des revendications 1 à 11. 13. Structure flottante selon la revendication 12, caractérisée en ce qu'elle comprend à chacune de deux de ses extrémités opposées (11), un système d'ancrage selon l'une des revendications 1 à 11. 14. Structure flottante selon la revendication 12 ou 13, caractérisée en ce qu'elle est un quai flottant, notamment un quai choisi parmi les type FSO, FPSO ou FSRU.