Brevet FR3087411A1 — publié le 20200424

Flotteur semi-submersible notamment d'éolienne offshore comportant un système d'ancrage La présente invention concerne un flotteur semi-submersible notamment d'éolienne offshore comportant un système d'ancrage. De tels flotteurs sont déjà connus dans l'état de la technique, comme par exemple par le document WO 2014/031009. Ce document décrit un tel flotteur qui comporte au moins quatre colonnes par exemple en acier, dont une colonne centrale, et trois colonnes extérieures, raccordées à la colonne centrale par des branches en forme de ponton en béton et/ou acier. Pour maintenir le flotteur dans sa position, chaque colonne extérieure est ancrée au fond sous-marin en utilisant des moyens d'ancrage prévus à cet effet. Il est donc clair que la partie flottante du flotteur est soumise non seulement à de nombreuses contraintes dues à l'environnement extérieur mais également à celles dues à ses moyens d'ancrage submergés. Parmi de tels moyens d'ancrage, on connait notamment des moyens d'ancrage constitués par exemple d'une chaîne métallique. Ces moyens d'ancrage présentent toutefois un poids considérable ce qui implique, entre autres, de nombreuses difficultés de leur mise en place. On connait également le document FR 11 52014 qui propose des moyens d'ancrage se présentant sous la forme de lignes d'ancrage, chaque ligne d'ancrage comportant au moins une portion élastique. Une telle construction des moyens d'ancrage permet d'amortir les mouvements du flotteur tout en restant relativement légère. Toutefois, ces moyens d'ancrage se trouvent peu adaptés pour des flotteurs semi- submersibles se trouvant à des faibles profondeurs. Ainsi, par exemple, afin d'éviter l'usure prématurée des portions élastiques des moyens d'ancrages précités, il est important qu'elles ne soient pas en contact avec le fond sous-marin. On conçoit alors que cette restriction limite considérablement l'utilisation des flotteurs semi-submersible à des faibles profondeurs. La présente invention a pour but de proposer un flotteur semi-submersible dont les moyens d'ancrage sont adaptés à des faibles profondeurs tout en restant relativement légers et efficaces. À cet effet, l'invention a pour but un flotteur semi-submersible notamment d'éolienne offshore comportant une première colonne extérieure et un premier système d'ancrage pour cette colonne, le flotteur étant configuré pour fonctionner sous des 2 conditions climatiques extérieures normales et sous des conditions climatiques extérieures extrêmes ; le premier système d'ancrage comportant une ancre ancrée au fond sous-marin, un dispositif de fixation à la première colonne extérieure et une ligne d'ancrage s'étendant 5 entre l'ancre et le dispositif de fixation ; la ligne d'ancrage comprenant un premier tronçon comprenant une chaîne formant au moins en partie l'étendue de ce tronçon et un deuxième tronçon comprenant un câble métallique formant au moins en partie l'étendue de ce tronçon ; et les longueurs du premier tronçon et du deuxième tronçon étant telles que lorsque 10 le flotteur fonctionne sous les conditions climatiques extérieures normales, le premier tronçon et le deuxième tronçon s'étendent sensiblement selon le fond sous-marin en étant sensiblement en contact avec celui-ci. Suivant d'autres aspects avantageux de l'invention, le flotteur comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les 15 combinaisons techniquement possibles : - la longueur du premier tronçon est supérieure à la longueur du deuxième tronçon ; - la ligne d'ancrage comprend en outre un troisième tronçon comprenant une chaîne formant au moins en partie l'étendue de ce tronçon ; 20 - le premier tronçon, le deuxième tronçon et le troisième tronçon s'étendant successivement à partir de l'ancre jusqu'au dispositif de fixation du premier système d'ancrage ; - la somme des longueurs du premier tronçon et du deuxième tronçon est supérieure à la longueur du troisième tronçon ; 25 - chaque portion du deuxième tronçon est moins lourde que chaque portion de même longueur du premier tronçon et du troisième tronçon ; - le premier système d'ancrage comporte en outre au moins une autre ancre ancrée au fond sous-marin, au moins un autre dispositif de fixation à la première colonne extérieure et au moins une autre ligne d'ancrage s'étendant entre cette autre ancre et cet 30 autre dispositif de fixation, cette autre ligne d'ancrage étant analogue à ladite ligne d'ancrage du premier système d'ancrage ; - le flotteur comporte en outre une deuxième colonne extérieure, un deuxième système d'ancrage pour cette deuxième colonne extérieure, une troisième colonne extérieure et un troisième système d'ancrage pour cette troisième colonne extérieure ; 35 - chacun du deuxième système d'ancrage et du troisième système d'ancrage comprend une ancre ancrée au fond sous-marin, un dispositif de fixation à la colonne 3 extérieure correspondante et une ligne d'ancrage s'étendant entre l'ancre et le dispositif de fixation correspondants selon au moins une chaîne ; - la première colonne extérieure est positionnée dans une zone à contraintes élevées en comparaison avec les zones de positionnement de la deuxième colonne 5 extérieure et de la troisième colonne extérieure ; - le flotteur comporte en outre une colonne centrale raccordée à chacun des colonnes extérieures par des branches en forme de ponton. Ces caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en 10 référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un flotteur semi-submersible selon l'invention, le flotteur comportant notamment un premier système d'ancrage, un deuxième système d'ancrage et un troisième système d'ancrage ; - la figure 2 est une vue schématique de dessus de la disposition de différents 15 systèmes d'ancrage de la figure 1 ; et - la figure 3 est une vue schématique du premier système d'ancrage de la figure 1. On a en effet illustré sur la figure 1, un flotteur semi-submersible notamment d'éolienne offshore. Cette éolienne offshore est désignée par la référence 1 sur cette figure, et le 20 flotteur de celle-ci est désigné par la référence 2. Le flotteur 2 est adapté pour fonctionner sous des conditions climatiques extérieures normales et sous des conditions climatiques extérieures extrêmes. Les conditions climatiques extérieures normales et extrêmes sont définies notamment en fonction de la zone géographique dans laquelle le flotteur 2 est positionné, 25 lors par exemple de la conception du flotteur 2. En particulier, ces conditions climatiques extérieures sont définies par exemple par la vitesse du vent, la hauteur des vagues et/ou la vitesse du courant à proximité du flotteur 2. Ainsi, les conditions climatiques extérieures sont considérées comme normales 30 lorsque par exemple la vitesse du vent, la hauteur des vagues et/ou la vitesse du courant à proximité du flotteur 2 ne dépassent pas des seuils prédéterminés. En pratique, ces seuils sont choisis en fonction des conditions climatiques habituelles de la zone géographique dans laquelle le flotteur 2 est positionné. À titre d'exemple, le seuil relatif à la vitesse du vent est égal à 35 m/s, le seuil 35 relatif à la hauteur des vagues est égal à 8 m et le seuil relatif à la vitesse du courant est égal à 0,3 m/s. 4 Par conséquent, les conditions climatiques extérieures sont considérées comme extrêmes lorsque la vitesse du vent, la hauteur des vagues et/ou la vitesse du courant à proximité du flotteur 2 dépassent les seuils précités. En pratique, les conditions climatiques extérieures extrêmes correspondent à des 5 tempêtes. D'autres paramètres définissant les conditions climatiques extérieures extrêmes peuvent être également pris en compte. Parmi ces paramètres, on peut par exemple citer la périodicité des vagues avec un seuil pour considérer les conditions comme extrêmes égal par exemple à 15,5 s. 10 Le flotteur 2 est par exemple disposé sur une faible profondeur égale par exemple à 60 m. En particulier, par faible profondeur, on comprend une profondeur comprise entre 10 m et 100 m, avantageusement entre 20 m et 80 m. En référence à la figure 1, le flotteur 2 comporte au moins quatre colonnes par exemple en acier, dont une colonne centrale désignée par la référence 3 et trois colonnes 15 extérieures, à savoir première colonne extérieure, deuxième colonne extérieure et troisième colonne extérieure. Ces colonnes extérieures sont désignées sur la figure 1 respectivement par les références 4, 5 et 6. Ces colonnes 3 à 6 sont destinées à être partiellement submergées au-dessous d'une surface de flottaison SF également visible sur la figure 1. 20 Par ailleurs, selon un exemple de réalisation, le flotteur 2 est orienté de telle sorte que la première colonne extérieure 4 est soumise à des contraintes extérieures plus importantes que les autres colonnes extérieures 5, 6. Ainsi, par exemple, la première colonne extérieure 4 est orientée face aux vents habituels et/ou à la direction des vagues dans la zone géographique correspondante. La 25 première colonne extérieure 4 constitue ainsi le premier point de contact de tels vents et/ou de telles vagues. Les colonnes extérieures 4 à 6 sont raccordées à la colonne centrale 3 par des branches en forme de ponton 7 à 9, connues en soi. Ces branches en forme de ponton sont destinées à être submergées entièrement. 30 Comme cela est également visible sur la figure 1, chaque colonne extérieure 4 à 6 est associée un système d'ancrage. En particulier, la première colonne extérieure 4 est associée à un premier système d'ancrage 14, la deuxième colonne extérieure 5 est associée à un deuxième système d'ancrage 15 et la troisième colonne extérieure 6 est associée à un troisième système d'ancrage 16. 35 Le deuxième système d'ancrage 15 et le troisième système d'ancrage 16 sont par exemple sensiblement analogues entre eux. 5 En particulier, chacun de ces système 15, 16 comprend une ancre ancrée au fond sous-marin, un dispositif de fixation à la colonne extérieure 5, 6 correspondante et une ligne d'ancrage s'étendant entre l'ancre et le dispositif de fixation. Chaque ligne d'ancrage est par exemple constituée d'une ou de plusieurs chaînes 5 métalliques raccordée(s) à l'ancre et au dispositif de fixation avec des moyens connus en soi. Contrairement aux deuxième et troisième systèmes d'ancrage 15, 16, le premier système d'ancrage 14 comprend trois ancres, trois dispositifs de fixation à la première colonne extérieure 4 et trois lignes d'ancrage, chaque ligne d'ancrage s'étendant entre 10 l'une des ancres et l'un des dispositifs de fixation. La disposition des différentes lignes d'ancrage est illustrée plus en détail sur la figure 2. En particulier, sur cette figure 2, l'axe X désigne la direction opposée à la direction des vents habituels et/ou à la direction des vagues dans la zone géographique 15 correspondante. Ainsi, la branche en forme de ponton 7 raccordant la première colonne extérieure 4 à la colonne centrale 3 est orientée selon cet axe X. Les lignes d'ancrage du deuxième système d'ancrage 15 et du troisième système d'ancrage 16 sont par exemple disposées symétriquement par rapport à l'axe X et constituent avec cet axe un angle sensiblement égal à 120°. 20 L'une des lignes d'ancrage du premier système d'ancrage 14 est disposée par exemple le long de l'axe X et les deux autres lignes d'ancrage de ce premier système d'ancrage 14 sont par exemple disposées de manière symétrique par rapport à cet axe X en formant par exemple un angle sensiblement égal à 15° avec celui-ci. Ainsi, dans les notations de la figure 2, chaque angle a est sensiblement égal à 25 15°, chaque angle(. est sensiblement égal à 105° et l'angle y est sensiblement égal à 120°. Bien entendu, d'autres exemples de disposition de ces lignes d'ancrage sont également possibles. Les lignes d'ancrage du premier système d'ancrage 14 sont par exemple 30 sensiblement analogues entres elles. Ainsi, par la suite, seule une de ces lignes, par exemple celle s'étendant selon l'axe X sera expliquée en détail en référence à la figure 3, sur laquelle elle est désignée par la référence 24. En particulier, sur cette figure 3, l'ancre associée à la ligne d'ancrage 24 est 35 désignée par la référence 25 et le dispositif de fixation associé à cette ligne d'ancrage 24 est désigné par la référence 26. 6 La ligne d'ancrage 24 comprend successivement à partir de l'ancre 25 jusqu'au dispositif de fixation 26 un premier tronçon 31, un deuxième tronçon 32 et un troisième tronçon 33. Ces tronçons sont raccordés par des dispositifs de raccordement connus en soi. 5 Chacun du premier tronçon 31 et du troisième tronçon 33 est constitué d'une ou plusieurs chaînes, par exemple métalliques. Notamment, dans le cas d'une seule chaîne, cette chaîne forme l'étendue du tronçon correspondant. Dans le cas de plusieurs chaînes, elles sont par exemple disposées de manière 10 successive et/ou de manière parallèle. Lorsque les chaines sont disposées de manière successive, elles sont raccordées entre elles par des dispositifs de raccordement connus en soi pour former l'étendue du tronçon correspondant. Lorsque les chaines sont disposées de manière parallèle, au moins l'une d'entre elles forme l'étendue du tronçon correspondant. 15 Il est par ailleurs clair que le premier tronçon s'étend à partir de l'ancre 25 et que le troisième tronçon 33 s'étend jusqu'au dispositif de fixation 26 à la première colonne extérieure 4. Selon l'invention, le deuxième tronçon 32 s'étendant alors entre le premier tronçon 31 et le troisième tronçon 33, s'étend selon au moins un câble métallique, par exemple en 20 acier. Chaque portion de ce ou de ces câble(s) métallique(s) est moins lourde que chaque portion de même longueur de la ou des chaîne(s) constituant le premier et le troisième tronçons 31, 33. Notamment, dans le cas d'un seul câble, ce câble forme l'étendue du tronçon correspondant. 25 Dans le cas de plusieurs câbles, ils sont par exemple disposés de manière successive et/ou de manière parallèle. Lorsque les câbles sont disposés de manière successive, ils sont raccordés entre eux par des dispositifs de raccordement connus en soi pour former l'étendue du deuxième tronçon. Lorsque les câbles sont disposés de manière parallèle, au moins l'un d'entre eux forme l'étendue du tronçon correspondant. 30 En outre, les longueurs de ces différents tronçons 31 à 33 sont telles que lorsque le flotteur 1 fonctionne sous les conditions climatiques extérieures normales, le premier tronçon 31 et le deuxième tronçon 32 s'étendent sensiblement selon le fond sous-marin en étant sensiblement en contact avec celui-ci. Cela signifie en particulier que lorsque le flotteur 1 fonctionne sous les conditions 35 climatiques extérieures normales, le premier tronçon 31 et le deuxième tronçon 32 sont posés au fond sous-marin. 7 Par ailleurs, il est clair qu'en fonction de la raideur de la ou des chaîne(s) et du ou des câble(s) constituant les tronçons 31, 32 et du relief du fond sous-marin, il est possible que certaines parties de ces tronçons ne s'étendent pas exactement selon le fond sous-marin et ne soient pas en contact avec celui-ci. C'est donc en ce sens qu'on utilise le 5 terme « sensiblement » ci-dessus. Il est clair en outre que lorsque le flotteur 1 fonctionne sous les conditions climatiques extérieures normales, l'extrémité du troisième tronçon 33 en contact avec le deuxième tronçon 32 est également posé sensiblement sur le fond sous-marin. Selon un exemple de réalisation, la longueur du premier tronçon 31 est supérieure 10 à la longueur du deuxième tronçon 32. Par ailleurs, la somme des longueurs du premier tronçon 31 et du deuxième tronçon 32 est supérieure à la longueur du troisième tronçon 33. À titre d'exemple, dans le cas où la longueur du premier tronçon 31 constitue entre 35% et 45% de la longueur totale de la ligne d'ancrage 24 et la longueur du troisième 15 tronçon 33 constitue entre 35% et 45% de la longueur totale de la ligne d'ancrage 24, la longueur du deuxième tronçon 32 constitue entre 10% et 30% de la longueur totale de la ligne d'ancrage 24. Bien entendu, d'autres proportions des longueurs de ces différents tronçons sont également possibles. 20 Il également possible d'appliquer la même structure de la ligne d'ancrage 24 à au moins l'une des lignes d'ancrage du deuxième système d'ancrage 15 et du troisième système d'ancrage 16. Inversement, il est possible d'appliquer la structure de la ligne d'ancrage par exemple du deuxième système d'ancrage 15 à l'une des lignes d'ancrage du premier système d'ancrage 14. Tout cela ainsi que le nombre des lignes d'ancrage 25 dans chaque système d'ancrage varie en fonction des contraintes exercées sur la colonne extérieure correspondante. On conçoit alors que l'invention présente un certain nombre d'avantages. Toute d'abord, la structure particulière de la ligne d'ancrage 24 décrite précédemment s'avère particulièrement efficace lorsque le flotteur est disposé à une 30 faible profondeur. En effet, lorsque le flotteur 2 fonctionne sous les conditions climatiques extrêmes, la ligne d'ancrage 24 se soulève suffisamment du fond sous-marin et le deuxième tronçon ayant un poids unitaire inférieur à celui des autres tronçons donne au système d'ancrage la souplesse nécessaire pour absorber les pics de tension. 8 Lorsque le flotteur 2 fonctionne ensuite sous les conditions climatiques normales, la ligne d'ancrage 24 prend à nouveau sa position initiale dans laquelle le deuxième tronçon est sensiblement posé sur le fond sous-marin. Ainsi, contrairement aux portions élastiques des systèmes d'ancrage selon l'état 5 de la technique, une fois posé au fond, le câble métallique ne subit pas d'usure prématurée. Finalement, selon l'invention, il est possible de disposer les systèmes d'ancrage en fonction de l'orientation du flotteur par rapport aux vents et courants. D'autres modes de réalisation de l'invention REVENDICATIONS1.- Flotteur (2) semi-submersible notamment d'éolienne offshore (1) comportant une première colonne extérieure (4) et un premier système d'ancrage (14) pour cette colonne (4), le flotteur (2) étant configuré pour fonctionner sous des conditions climatiques extérieures normales et sous des conditions climatiques extérieures extrêmes ; le premier système d'ancrage (14) comportant une ancre ancrée au fond sous- marin, un dispositif de fixation à la première colonne extérieure (4) et une ligne d'ancrage (24) s'étendant entre l'ancre et le dispositif de fixation ; le flotteur (2) étant caractérisé en ce que la ligne d'ancrage (24) comprend un premier tronçon (31) comprenant une chaîne formant au moins en partie l'étendue de ce tronçon (31) et un deuxième tronçon (32) comprenant un câble métallique formant au moins en partie l'étendue de ce tronçon (32) ; et en ce que les longueurs du premier tronçon (31) et du deuxième tronçon (32) sont telles que lorsque le flotteur (2) fonctionne sous les conditions climatiques extérieures normales, le premier tronçon (31) et le deuxième tronçon (32) s'étendent sensiblement selon le fond sous-marin en étant sensiblement en contact avec celui-ci. 2.- Flotteur (2) selon la revendication 1, dans lequel la longueur du premier tronçon (31) est supérieure à la longueur du deuxième tronçon (32). 3.- Flotteur (2) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la ligne d'ancrage (24) comprend en outre un troisième tronçon (33) comprenant une chaîne formant au moins en partie l'étendue de ce tronçon (33) ; le premier tronçon (31), le deuxième tronçon (32) et le troisième tronçon (33) s'étendant successivement à partir de l'ancre jusqu'au dispositif de fixation du premier système d'ancrage (14). 4.- Flotteur (2) selon la revendication 3, dans lequel la somme des longueurs du premier tronçon (31) et du deuxième tronçon (32) est supérieure à la longueur du troisième tronçon (33). 5.- Flotteur (2) selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, dans lequel chaque portion du deuxième tronçon (32) est moins lourde que chaque portion de même longueur du premier tronçon (31) et du troisième tronçon (33). 10 6.- Flotteur (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier système d'ancrage (14) comporte en outre au moins une autre ancre ancrée au fond sous-marin, au moins un autre dispositif de fixation à la première colonne extérieure (4) et au moins une autre ligne d'ancrage s'étendant entre cette autre ancre et 5 cet autre dispositif de fixation, cette autre ligne d'ancrage étant analogue à ladite ligne d'ancrage (24) du premier système d'ancrage (14). 7.- Flotteur (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant en outre une deuxième colonne extérieure (5), un deuxième système 10 d'ancrage (15) pour cette deuxième colonne extérieure (5), une troisième colonne extérieure (6) et un troisième système d'ancrage (16) pour cette troisième colonne extérieure (6). 8.- Flotteur (2) selon la revendication 7, dans lequel chacun du deuxième système 15 d'ancrage (15) et du troisième système d'ancrage (16) comprend une ancre ancrée au fond sous-marin, un dispositif de fixation à la colonne extérieure correspondante et une ligne d'ancrage s'étendant entre l'ancre et le dispositif de fixation correspondants selon au moins une chaîne. 20 9.- Flotteur (2) selon la revendication 7 ou 8, dans lequel la première colonne extérieure (4) est positionnée dans une zone à contraintes élevées en comparaison avec les zones de positionnement de la deuxième colonne extérieure (5) et de la troisième colonne extérieure (6). 25 10.- Flotteur (2) selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, comportant en outre une colonne centrale (3) raccordée à chacun des colonnes extérieures (4, 5, 6) par des branches en forme de ponton (7, 8, 9).