Brevet FR3070365A1 — publié le 20190301

Titre de l'invention Barge à systèmes de piles pour l'échouage et l'amortissement des effets de la houle Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des barges utilisées dans l'industrie pétrolière, notamment pour la pose de conduites sous-marines de transport d'hydrocarbures, par exemple de pétrole et de gaz, issus de puits de production sous-marins, ou pour l'installation de câbles ou pour le transport de matériel. L'exploitation de puits sous-marins de production d'hydrocarbures requiert notamment de creuser des tranchées dans le fond marin pour ensuite y déposer des conduites sous-marines pour le transport d'hydrocarbures. Ces opérations sont typiquement réalisées à partir de barges flottantes transportant les conduites et l'ensemble du matériel nécessaire à creuser des tranchées dans le fond marin et à déposer les conduites. Ces opérations de pose nécessitent de devoir ancrer la barge sur un fond marin qui peut être rocheux ou corallien. Généralement, l'atterrage de la barge s'effectue en faisant échouer directement la barge sur le fond marin lors de la marée descendante, la coque de la barge étant à cet effet renforcée ou à double fond pour éviter d'endommager la barge. Par barge échouée, on entend que la coque de celle-ci repose directement sur le fond marin. L'échouage de la barge directement sur un fond marin qui est rocheux ou corallien présente de nombreux inconvénients. En particulier, il nécessite de considérablement renforcer la coque (ou de la munir d'un double fond) sans garantie qu'elle ne soit pas endommagée par le fond marin. Par ailleurs, l'échouage ne permet pas aisément à la barge de conserver sa gîte et son assiette initiale quel que soit le profil du fond marin. On connaît également les barges auto-élévatrices qui sont destinées à être ancrées sur le fond marin. Ces barges viennent en contact avec le fond marin et leur coque est élevée au-dessus de l'eau afin d'éviter de la soumettre à l'effet de la houle et des courants. Avec ce type de barge, l'élévation de la coque peut être réalisée au moyen de piles 2 reprenant l'ensemble du poids de la barge, ce qui nécessite des puissances d'élévation très importantes. Objet et résumé de l'invention 5 La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant une barge qui ne nécessite pas d'être échouée sur un fond marin lors de son atterrage. Conformément à l'invention, ce but est atteint grâce à une barge comprenant une coque reposant sur une pluralité de systèmes à 10 pile pour l'échouage de la barge et l'amortissement des effets de la houle, chaque système à pile comprenant : une pile formant support apte à être descendue hors de la coque et à être remontée à l'intérieur de la coque ; un circuit hydraulique pour descendre la pile hors de la barge 15 afin de la mettre en contact avec le fond marin lors d'un échouage de la barge et pour la remonter à l'intérieur de celle-ci lors d'une mise en flottaison de la barge ; et un circuit pneumatique pour permettre l'amortissement des effets de la houle sur la barge. 20 L'invention est remarquable en ce qu'elle recourt à des systèmes à pile sur lesquelles repose la coque de la barge, ces piles venant seules en contact avec le fond marin lors de l'échouage de la barge (la coque ne vient pas en contact avec le fond marin). De la sorte, l'atterrage de la barge s'effectue sans avoir à échouer la coque directement sur le fond 25 marin, ce qui évite d'avoir à renforcer cette dernière ou à l'équiper d'un double fond. Par ailleurs, les piles de ces systèmes sont équipées de circuits hydrauliques et pneumatiques pour contrôler la sortie des piles lors d'un échouage de la barge, pour amortir le phénomène de pilonnement de la 30 barge pouvant survenir en cas de houle, et pour rétracter les piles dans la coque lors d'une mise en flottaison de la barge. En particulier, lors d'un échouage de la barge, les piles sont commandées pour prendre contact avec le fond marin le plus rapidement possible afin de limiter le temps pendant lequel le pilonnement se produit. De la même manière, lors de la 35 marée montante, il est nécessaire de faire remonter les piles dans la 3 coque de la barge le plus rapidement possible pour limiter l'effet de pilonnement sur la coque. Enfin, on notera que contrairement aux barges auto-élévatrices, les systèmes à pile selon l'invention requièrent peu d'énergie pour 5 fonctionner puisqu'ils n'ont pas pour vocation l'élévation de la barge mais uniquement sa reprise en charge (échouage). En particulier, si le marnage est inférieur au tirant d'eau de la barge lors de son échouage, le poids repris par les systèmes à pile est inférieur au poids de la barge. De préférence, le circuit hydraulique de chaque système à pile 10 comprend un cylindre à l'intérieur duquel coulisse un piston relié à une extrémité de la pile, le piston séparant le volume du cylindre en une chambre inférieure et une chambre supérieure distincte l'une de l'autre, et des moyens de remplissage en eau et de vidange des deux chambres du cylindre pour descendre et remonter la pile. 15 Un tel circuit hydraulique pour le pilotage de la montée et la descente des piles présente l'avantage d'être non polluant (notamment par rapport à un circuit à huile), peu consommateur d'énergie (car fonctionnant par énergie potentielle) et simple de mise en oeuvre (l'eau utilisée peut être prélevée directement en mer). 20 Dans cette configuration, les moyens de remplissage en eau et de vidange des deux chambres du cylindre peuvent comprendre un réservoir d'eau relié à chaque chambre du cylindre et des pompes interposées entre le réservoir d'eau et chaque chambre du cylindre. De façon avantageuse, les moyens de remplissage en eau et de 25 vidange des deux chambres du cylindre comprennent en outre un capteur de pression à l'intérieur des deux chambres du cylindre et un capteur de mesure du débit d'eau généré par les pompes afin de contrôler la vitesse de remplissage des chambres du cylindre. De préférence également, le circuit pneumatique de chaque 30 système à pile comprend une membrane étanche et déformable qui est positionnée dans la chambre supérieure du cylindre pour délimiter à l'intérieur et au-dessus de celle-ci une chambre d'amortissement pneumatique, des moyens d'injection dans la chambre d'amortissement pneumatique du cylindre d'un gaz compressible, et des moyens de 35 contrôle de la pression de gaz à l'intérieur de la chambre d'amortissement pneumatique du cylindre. 4 Un tel circuit pneumatique permet à la membrane déformable de jouer le rôle de ressort pour amortir le pilonnement dû aux effets de la houle. En contrôlant la pression du gaz à l'intérieur de la chambre d'amortissement pneumatique du cylindre, il est possible d'ajuster la 5 raideur de ce système d'amortissement. Dans ce cas, les moyens d'injection de gaz compressible sont avantageusement reliés à la chambre inférieure du cylindre afin de fournir un effort supplémentaire lors de la remontée de la pile et d'effectuer une vidange totale de l'eau hors de la chambre inférieure en cas d'opération 10 de maintenance. De préférence encore, chaque système à pile comprend son propre système de commande des circuits hydraulique et pneumatique. En effet, les fonds marins n'étant pas nécessairement plats, il est possible ainsi d'assurer la prise en compte des différences de niveau en ajustant 15 individuellement chaque système à pile pour permettre à la barge de conserver sa gîte et son assiette initiale. En particulier, les systèmes à pile peuvent être contrôlés non seulement en fonction des fonds marins mais aussi de la répartition du poids sur la barge. La barge comprend de préférence au moins quatre systèmes à 20 pile répartis aux quatre coins de la barge. L'invention a également pour objet un procédé de pilotage d'une barge pour la pose de conduites sous-marines de transport d'hydrocarbures tel que défini précédemment, dans lequel, lors d'un échouage de la barge, les circuits hydraulique et pneumatique de chaque 25 système à pile sont activés pour descendre la pile hors de la coque de la barge et amortir les effets de la houle, et, lors d'une mise en flottaison de la barge, le circuit hydraulique de chaque système à pile est activé pour remonter la pile à l'intérieur de la coque de la barge. 30 Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : 5 - les figures 1 et 2 représentent dans deux positions différentes un système à pile selon l'invention pour l'échouage de la barge et l'amortissement des effets de la houle ; et - la figure 3 représente un exemple de barge selon l'invention 5 équipée d'une pluralité de systèmes à pile. Description détaillée de l'invention L'invention s'applique à toute barge flottante utilisée notamment dans l'industrie pétrolière pour la pose de conduites ou flexibles sous- 10 marines de transport d'hydrocarbures et/ou pour creuser des tranchées dans le fond marin afin d'y déposer des conduites sous-marines. Selon l'invention, une telle barge 2 comprend une coque 4 qui repose sur une pluralité de systèmes à pile 6 pour l'échouage de la barge et l'amortissement des effets de la houle. 15 Le nombre de systèmes à pile équipant une barge dépend notamment du dimensionnement de la barge. Il conviendra néanmoins de positionner au moins un système à pile aux quatre coins de la coque (ce qui donne un minimum de quatre systèmes à pile pour la barge). Comme représenté sur les figures 1 et 2, chaque système à pile 20 6 comprend une pile (ou pied) 8 formant support, cette pile étant apte à être descendue hors de la coque 4 de la barge (cas de la figure 1) et à être remontée à l'intérieur de la coque (cas de la figure 2). La pile 8 est descendue hors de la coque lors d'un échouage de la barge afin de venir se mettre en contact avec le fond marin 10 (aucun 25 contact n'est réalisé entre la coque et le fond marin). A l'inverse, la pile est remontée à l'intérieur de la coque lors d'une mise en flottaison de la barge. Pour permettre de descendre et de remonter la pile, chaque système de pile comprend un circuit hydraulique. Plus précisément, ce 30 circuit hydraulique comprend un cylindre 12 formé dans la coque 4 de la barge et destiné à recevoir un piston 14 solidaire d'une extrémité supérieure de la pile 8 (la pile forme la tige d'un vérin). Le piston 14 sépare le volume interne du cylindre 12 en deux chambres distinctes l'une de l'autre, à savoir une chambre inférieure 16 et 35 une chambre supérieure 18. 6 Le circuit hydraulique comprend également des moyens de remplissage en eau et de vidange des deux chambres 16, 18 du cylindre afin de descendre et remonter la pile. Plus précisément, les chambres inférieure 16 et supérieure 18 5 du cylindre sont reliées chacune à un réservoir d'eau 20. En particulier, la chambre supérieure 18 est reliée au réservoir d'eau par une première conduite 22 sur laquelle est positionnée une pompe 24 de déploiement de la pile. Quant à la chambre inférieure 16, elle est connectée au réservoir d'eau par une deuxième conduite 26. Par ailleurs, cette chambre inférieure 10 16 est rendue étanche à l'environnement extérieur grâce à un presse- étoupe 29 disposé autour de la pile 8. Par ailleurs, la chambre supérieure 18 du cylindre est connectée à la deuxième conduite 26 par une troisième conduite 28 sur laquelle est positionnée une pompe 30 de rétraction de la pile. Quant à la chambre 15 inférieure 16 du cylindre, elle est connectée à la première conduite 22 par une quatrième conduite 32. Le fonctionnement de ce circuit hydraulique est le suivant. Pour descendre la pile 8 hors de la coque, il est nécessaire à la fois de remplir en eau la chambre supérieure 18 du cylindre et de vider d'eau la chambre 20 inférieure 16. A cet effet, la pompe 24 de déploiement de la pile est activée pour injecter de l'eau dans cette chambre supérieure 18 à la fois depuis le réservoir d'eau 20 (via la première conduite 22) et depuis la chambre inférieure (via la quatrième conduite 32). Pour remonter la pile 8 dans la coque, il est nécessaire à la fois 25 de remplir en eau la chambre inférieure 16 du cylindre et de vider d'eau la chambre supérieure 18. A cet effet, la pompe 30 de rétraction de la pile est activée pour injecter de l'eau dans cette chambre inférieure depuis la chambre supérieure (via les deuxième et troisième conduites 26, 28). On notera que l'activation des pompes de déploiement de la pile 30 24 et de rétraction de la pile 30 est commandée depuis un poste de pilotage de la barge. En particulier, lors de l'échouage de la barge sur le fond marin, il conviendra d'activer la pompe de déploiement de la pile pour permettre de remplir le plus rapidement possible la chambre supérieure du cylindre et descendre ainsi la pile correspondante sans 35 délai. De la sorte, la prise de contact avec le fond marin s'effectue très 7 rapidement afin de limiter le temps pendant lequel le pilonnement dû aux effets de la houle se produit. On notera également que la vitesse de remplissage en eau de la chambre supérieure 18 du cylindre pourra avantageusement être 5 contrôlée par contrôle de la différence de pression entre les chambres inférieure et supérieure du cylindre et par contrôle du débit d'eau traversant les pompes 24, 30. A cet effet, le circuit hydraulique est équipé d'un capteur de contrôle de pression 34, 36 à l'intérieur des chambres inférieure et supérieure du cylindre, respectivement. De même, les 10 pompes 24, 30 sont chacune équipées d'un capteur de débit d'eau (pouvant être des vannes plus ou moins fermées ou des équipements pilotés et contrôlés à distance). Chaque système à pile 6 comprend en outre un circuit pneumatique pour permettre l'amortissement des effets de la houle sur la 15 barge. A cet effet, une membrane étanche et deformable 38 est positionnée dans la chambre supérieure 18 du cylindre 12 pour délimiter à l'intérieur et au-dessus de celle-ci une chambre d'amortissement pneumatique 40. Cette chambre d'amortissement pneumatique est reliée 20 à une source d'injection de gaz compressible 42, par exemple de l'azote, par l'intermédiaire d'une conduite de gaz 46. De plus, le circuit pneumatique de chaque système à pile comprend un capteur de pression 44 à l'intérieur de la chambre d'amortissement pneumatique du cylindre. 25 Un tel circuit pneumatique permet de jouer le rôle d'amortisseur en emmagasinant l'énergie mécanique de choc dû aux effets de la houle sous forme de pression pneumatique. En effet, en cas de houle, la pression à l'intérieur de la chambre supérieure 18 du cylindre augmente et cette surpression est transmise à la membrane deformable 38. La 30 compressibilité du gaz remplissant cette chambre permet ainsi à celle-ci de jouer le rôle de ressort. On notera qu'en contrôlant la pression dans la chambre d'amortissement pneumatique grâce au capteur de pression 44, il est possible d'ajuster la raideur de cette fonction d'amortissement. 35 On notera également que la source d'injection de gaz compressible 42 est également reliée à la chambre inférieure 16 (par une 8 autre conduite de gaz 48), d'une part pour fournir un effort supplémentaire par adjonction de gaz dans cette chambre inférieure en cas de résistance de la pile 8 à rentrer, et d'autre part pour effectuer une vidange totale de l'eau dans cette chambre inférieure dans le cadre d'une 5 opération de maintenance. La figure 3 représente un exemple de mise en oeuvre d'une pluralité de systèmes à pile 6 équipant une barge 2 selon l'invention. Dans cet exemple, le fond marin 10 sur lequel la barge s'échoue n'est pas parfaitement plat. Afin de tenir compte des différences de niveau 10 du fond marin et permettre à la barge de conserver sa gîte et son assiette initiale, les systèmes à pile 6 sont ajustés individuellement. A cet effet, REVENDICATIONS1. Barge (2) comprenant une coque (4) reposant sur une pluralité de systèmes à pile (6) pour l'échouage de la barge et 5 l'amortissement des effets de la houle, chaque système à pile comprenant : une pile (8) formant support apte à être descendue hors de la coque et à être remontée à l'intérieur de la coque ; un circuit hydraulique pour descendre la pile hors de la barge 10 afin de la mettre en contact avec le fond marin (10) lors d'un échouage de la barge et pour la remonter à l'intérieur de celle-ci lors d'une mise en flottaison de la barge ; et un circuit pneumatique pour permettre l'amortissement des effets de la houle sur la barge. 15 2. Barge selon la revendication 1, dans laquelle le circuit hydraulique de chaque système à pile comprend : un cylindre (12) à l'intérieur duquel coulisse un piston (14) relié à une extrémité de la pile (8), le piston séparant le volume du cylindre en 20 une chambre inférieure (16) et une chambre supérieure (18) distincte l'une de l'autre ; et des moyens de remplissage en eau et de vidange des deux chambres du cylindre pour descendre et remonter la pile. 25 3. Barge selon la revendication 2, dans laquelle les moyens de remplissage en eau et de vidange des deux chambres du cylindre comprennent un réservoir d'eau (20) relié à chaque chambre du cylindre et des pompes (24, 30) interposées entre le réservoir d'eau et chaque chambre du cylindre. 30 4. Barge selon la revendication 3, dans laquelle les moyens de remplissage en eau et de vidange des deux chambres du cylindre comprennent en outre un capteur de pression (34, 36) à l'intérieur des deux chambres du cylindre et un capteur de mesure du débit d'eau généré 35 par les pompes afin de contrôler la vitesse de remplissage des chambres du cylindre. 10 5. Barge selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans laquelle le circuit pneumatique de chaque système à pile comprend : une membrane (38) étanche et déformable qui est positionnée dans la chambre supérieure (18) du cylindre (12) pour délimiter à l'intérieur et au-dessus de celle-ci une chambre d'amortissement pneumatique (40) ; des moyens d'injection (42) dans la chambre d'amortissement pneumatique du cylindre d'un gaz compressible ; et des moyens de contrôle (44) de la pression de gaz à l'intérieur de la chambre d'amortissement pneumatique du cylindre. 6. Barge selon la revendication 5, dans lequel les moyens d'injection de gaz compressible (42) sont reliés à la chambre inférieure (16) du cylindre (12). 7. Barge selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle chaque système à pile comprend son propre système de commande des circuits hydraulique et pneumatique. 8. Barge selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant au moins quatre systèmes à pile répartis aux quatre coins de la barge. 9. Barge selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle la coque est dépourvue d'un double fond. 10. Procédé de pilotage d'une barge selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel : lors d'un échouage de la barge, les circuits hydraulique et pneumatique de chaque système à pile sont activés pour descendre la pile hors de la coque de la barge et amortir les effets de la houle ; et lors d'une mise en flottaison de la barge, le circuit hydraulique de chaque système à pile est activé pour remonter la pile à l'intérieur de la 35 coque de la barge.