Brevet FR3087187A1 — publié le 20200417

Flotteur semi-submersible notamment d'éolienne offshore comportant une pièce de fixation La présente invention concerne un flotteur semi-submersible notamment d'éolienne offshore. 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. De manière connue en soi, les flotteurs de ce type sont soumis aux contraintes cycliques dues à l'environnement extérieur au système complet, c'est-à-dire au flotteur et à l'éolienne, ainsi que les contraintes générées par l'éolienne elle-même. Ces contraintes sont non seulement très élevées mais présentent aussi un cyclage important. Cela génère une dégradation prématurée des structures par phénomène de fatigue de matériaux. En effet, le processus qui sous l'action de contraintes et déformations cycliques, répétées ou alternées modifie les propriétés locales d'un matériau, peut entrainer la création de microfissures se propageant à chaque répétition du chargement jusqu'à la rupture éventuelle de la pièce. La prise en compte de la fatigue pour les matériaux constituant les flotteurs joue donc un rôle très important du fait de la contribution au cyclage des efforts de l'éolienne ainsi que de la houle et des efforts d'ancrage. Dans les flotteurs du type précité, la fatigue se manifeste notamment au niveau des jonctions des branches en forme de ponton aux colonnes correspondantes. Pour pallier ce problème, il est connu dans le domaine de flotteurs offshore de multiplier les liaisons structurelles entre les colonnes. Cette technique rend toutefois la structure du flotteur extrêmement complexe. La présente invention a pour but de proposer un flotteur semi-submersible notamment d'éolienne offshore présentant une résistance accrue à la fatigue des matériaux, notamment au niveau des jonctions des branches en forme de ponton aux colonnes correspondantes, tout en permettant à ces branches en forme de ponton d'être entièrement submergées. À cet effet, l'invention a pour objet un flotteur semi-submersible notamment d'éolienne offshore, comportant au moins quatre colonnes, dont une colonne centrale et trois colonnes extérieures raccordées à la colonne centrale par des branches en forme de ponton ; chaque colonne définissant un espace interne ; au moins l'une des colonnes, dite 2 colonne à contraintes élevées, étant de forme transversale circulaire et comportant une pièce de fixation à cette colonne de la branche en forme de ponton correspondante ou de chaque branche en forme de ponton ; et la pièce de fixation étant en forme d'anneau, disposée autour de l'espace interne de la colonne à contraintes élevées et faite d'un seul 5 tenant. Suivant d'autres aspects avantageux de l'invention, le flotteur comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - l'espace interne de la colonne à contraintes élevées est délimitée par une paroi 10 cylindrique inférieure en contact avec la branche en forme de ponton correspondante ou chaque branche en forme de ponton, et une paroi cylindrique supérieure s'étendant à partir d'une paroi supérieure de ladite branche en forme de ponton ou de chaque branche en forme de ponton sans être en contact avec ladite branche en forme de ponton ou chaque branche en forme de ponton ; la pièce de fixation raccordant la paroi cylindrique 15 supérieure à la paroi cylindrique inférieure ; - la colonne à contraintes élevées comporte en outre une paroi interne transversale disposée entre une partie de l'espace interne de cette colonne délimitée par la paroi cylindrique supérieure et une partie de l'espace interne de cette colonne délimitée par la paroi cylindrique inférieure ; 20 - la pièce de fixation raccorde la paroi interne transversale à la paroi supérieure de la branche en forme de ponton correspondante ou de chaque branche en forme de ponton ; - dans chaque coupe par un demi-plan radial, la pièce de fixation présente une forme générale d'une croix formée d'un tronçon vertical raccordant la paroi cylindrique 25 supérieure à la paroi cylindrique inférieure, et d'un tronçon horizontal raccordant la paroi interne transversale à la paroi supérieure de la branche en forme de ponton correspondante ou de chaque branche en forme de ponton ; - l'intersection du tronçon vertical et du tronçon horizontal forme quatre angles arrondis ; 30 - la pièce de fixation est fabriquée par laminage circulaire ; - la colonne centrale est une colonne à contraintes élevées ; - chaque colonne extérieure est une colonne à contraintes élevées ; - chaque branche en forme de ponton comprend au moins une extrémité de jonction épousant partiellement la forme de la colonne correspondante ; 35 - chaque branche en forme de ponton comprend une extrémité de jonction épousant la forme de la colonne centrale jusqu'à venir en contact à l'extérieur de la 3 colonne centrale avec l'extrémité de jonction de chaque branche en forme de ponton voisinant avec cette branche en forme de ponton à proximité de la colonne centrale ; - les extrémités de jonction de chaque couple des branches en forme de ponton voisinant l'une avec l'autre à proximité de la colonne centrale, forment une paroi latérale 5 commune s'étendant à l'extérieur de la colonne centrale entre des parois latérales de ces branches en forme de ponton ; - la paroi latérale commune a une forme arrondie ; et - les branches en forme de ponton sont les seuls points de fixation des colonnes extérieures correspondantes à la colonne centrale. 10 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 référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un flotteur semi-submersible selon l'invention ; 15 - la figure 2 est une vue schématique partielle en perspective d'une jonction entre une colonne centrale et deux branches en forme de ponton faisant partie du flotteur semi-submersible de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue de côté de la colonne centrale et de l'une des branches en forme de ponton de la figure 2 ; 20 - la figure 4 est une vue agrandie du détail IV de la figure 3. 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 flotteur de celle-ci est désigné par la référence 2. 25 Ainsi et comme cela a été indiqué dans le document antérieur mentionné précédemment, un tel flotteur 2 comporte au moins quatre colonnes par exemple en acier, dont une colonne centrale désignée par la référence 3 et trois colonnes extérieures désignées par les références 4, 5 et 6. Ces colonnes 3 à 6 sont destinées à être partiellement submergées au-dessous 30 d'une surface de flottaison SF également visible sur la figure 1 Les colonnes extérieures 4 à 6 sont raccordées à la colonne centrale 3 par des branches en forme de ponton 7 à 9. Ces branches en forme de ponton sont destinées à être submergées entièrement. Chaque colonne 3 à 6 est par exemple de forme cylindrique à section transversale 35 circulaire. Ainsi, chaque colonne 3 à 6 définit un espace interne délimité par une paroi cylindrique. Cet espace interne est par exemple divisé en plusieurs compartiments dont 4 au moins certains servent par exemple de ballasts ou pour la maintenance de l'éolienne, comme cela est connu soi. Chaque paroi cylindrique est formée par exemple d'une pluralité de tôles selon des méthodes d'assemblage connues en soi. 5 La paroi cylindrique de la colonne centrale 3 est visible en coupe sur la figure 2 sur laquelle elle est désignée par la référence 10. Par ailleurs, comme cela est également visible sur la figure 2, la paroi cylindrique 10 de la colonne centrale 3 est composée d'une paroi cylindrique inférieure 11 et d'une paroi cylindrique supérieure 12. Ces parois inférieure 11 et supérieure 12 sont raccordées 10 entre elles par une pièce de fixation circulaire 15 expliquée en détail par la suite. La paroi cylindrique inférieure 11 est adjacente aux branches en forme de ponton 7 à 9. La paroi cylindrique supérieure 12 s'étend vers l'éolienne 1 à partir de ces branches sans former de points de contact avec elles. Par ailleurs, avantageusement, la colonne centrale 3 comprend en outre une paroi 15 horizontale interne transversale 17 présentant un pont et disposée entre une partie de l'espace interne de cette colonne délimitée par la paroi cylindrique supérieure 12 et une partie de l'espace interne de cette colonne délimitée par la paroi cylindrique inférieure 11. Chaque branche en forme de ponton 7 à 9 présente une section polygonale, par exemple rectangulaire ou carrée. 20 Les branches en forme de ponton 7 à 9 sont par exemple sensiblement analogues entre elles. Ainsi, par la suite, seule la branche en forme de ponton 8 sera expliquée en détail en référence notamment à la figure 2 sur laquelle elle est illustrée en coupe suivant un plan vertical. En référence à cette figure 2, la branche en forme de ponton 8 comprend une 25 paroi supérieure 21 et une paroi inférieure 22 disposées en regard et deux parois latérales 23, 24 disposées également en regard. La paroi supérieure 21 est disposée par exemple au même niveau que la paroi interne transversale 17 de la colonne centrale 3. Les parois 21 à 24 présentent par exemple une pluralité de tôles assemblées/soudées ensemble pour assurer l'étanchéité d'un espace interne de la 30 branche en forme de ponton 8. Comme cela est connu en soi, cet espace interne est divisé par exemple en une pluralité de compartiments dont au moins certains servent de ballasts. La branche en forme de ponton 8 définit une extrémité de jonction pour chaque colonne 3, 5 à laquelle elle est adjacente. 35 L'extrémité de jonction à la colonne centrale 3 est visible sur la figure 2 sur laquelle elle est désignée par la référence 27. 5 Cette extrémité de jonction 27 est composée des extrémités des parois 21 à 24 dont la forme est adaptée pour épouser partiellement la forme de la colonne centrale 3. Ainsi, cette extrémité de jonction 27 s'étend jusqu'à venir en contact à l'extérieur de la colonne centrale 3 avec une extrémité de jonction de la branche en forme de ponton 9 5 d'un côté, et une extrémité de jonction de la branche en forme de ponton 7 de l'autre. Autrement dit, à proximité de la colonne centrale 3, l'extrémité de jonction 27 de la branche en forme de ponton 8 s'évase pour épouser partiellement la forme de la colonne centrale 3 jusqu'à former avec les deux autres extrémités de jonction une ceinture circulaire autour de la colonne centrale 3. 10 Les extrémités de jonction de l'ensemble des branches en forme de ponton 7 à 9 sont donc raccordées directement entre elles à l'extérieur de la colonne centrale 3. Par ailleurs, les extrémités de jonction de chaque couple des branches en forme de ponton 7 à 9 voisinant l'une avec l'autre à proximité de la colonne centrale 3, forment une paroi latérale commune s'étendant à l'extérieur de la colonne centrale 3 entre les 15 parois latérales de ces branches en forme de ponton. Ainsi, dans l'exemple de la figure 2, la paroi latérale 23 de la branche en forme de ponton 8 et une paroi latérale 29 de la branche en forme de ponton 9 forment une paroi latérale commune 30. Cette paroi latérale commune 30 présente une surface continue, lisse et 20 dépourvue de point d'inflexion comme de point de cassure géométrique. Ainsi, à proximité de la colonne centrale 3, cette paroi commune a une forme concave et arrondie. Bien entendu, une même paroi latérale commune est formée entre les branches en forme de ponton 8 et 7 et entre les branches en forme de ponton 7 et 9. Par ailleurs, il est clair que les extrémités de jonction des branches en forme de 25 ponton à proximité des colonnes extérieures 4 à 6 peuvent être analogues aux extrémités de jonction adjacentes à la colonne centrale 3. En particulier, dans ce cas, chacune des extrémités peut épouser partiellement la colonne extérieure 4 à 6, c'est-à-dire sans faire de tour complet autour de cette colonne. La pièce de fixation 15 sera désormais expliquée en détail en référence à la figure 30 3 présentant une vue de côté notamment de la branche en forme de ponton 8 et de la colonne centrale 3, et à la figure 4 présentant une vue agrandie de cette pièce 15. Ainsi, comme dit précédemment, cette pièce de fixation 15 permet de raccorder chaque branche en forme de ponton 6 à 8 à la colonne centrale 3 en raccordant la paroi supérieure 21 de la branche correspondante à la paroi interne transversale 17 et la paroi 35 cylindrique supérieure 12 à la paroi cylindrique inférieure 11 de la colonne centrale 3. 6 La pièce de fixation 15 se présente ainsi sous la forme d'un anneau de diamètre sensiblement égal au diamètre de la colonne centrale 3 et disposé autour de l'espace interne de la colonne centrale 3. Dans chaque coupe par un plan demi-radial, cette pièce de fixation 15 présente 5 une forme de croix visible sur la figure 4. Cette croix définit alors un tronçon horizontal raccordant la paroi interne transversale 17 à la paroi supérieure 21 et un tronçon vertical raccordant la paroi cylindrique supérieure 12 à la paroi cylindrique inférieure 11 de la colonne centrale 3. Le tronçon horizontal est sensiblement perpendiculaire au tronçon vertical. Leur 10 intersection forme quatre angles qui sont avantageusement arrondis comme cela est visible sur la figure 4. La pièce de fixation 15 est fabriquée d'un seul tenant par exemple en métal. Autrement dit, cette pièce est dépourvue notamment de points de soudure et de tout autre type de points d'assemblage. 15 À titre d'exemple, cette pièce est fabriquée par laminage circulaire selon des techniques connues en soi. Bien entendu, d'autres modes de réalisation de la présente invention sont possibles. Il est possible par exemple de disposer une pièce de fixation analogue à celle 20 décrite précédemment dans une partie inférieure de la colonne centrale en complément de la pièce de fixation 15. En outre, il est possible de placer une pièce de fixation analogue dans chaque colonne extérieure 4 à 6 au même niveau que la pièce de fixation 15 et/ou dans la partie inférieure de cette colonne. Dans ce cas, cette pièce de fixation raccordera la branche de 25 ponton correspondante avec une paroi interne transversale de cette colonne et les deux parties de la paroi cylindrique de cette colonne. Il est également possible qu'au moins l'une des colonnes 3 à 6 soit dépourvue de paroi transversale interne (pont) au niveau de la disposition de la pièce de fixation. Dans ce cas, cette pièce présente une forme transversale différente, par exemple celle d'un 30 « T » couché. De manière générale, dans les revendications qui suivent, chaque colonne disposant d'une telle pièce de fixation est appelée colonne à contraintes élevées. D'autres modes de réalisation sont également envisageables. On conçoit alors que l'invention présente un certain nombre d'avantages. 35 Tout d'abord, une forme évasée des extrémités de jonction des branches de ponton notamment à proximité de la colonne centrale permet de créer un épanouissement 7 des bordés de pontons directement vers les autres pontons. Cela permet alors de répartir les efforts d'équilibre transitant dans la partie basse du flotteur. De plus, une continuité de la colonne centrale via ses parois cylindriques permet de reprendre les efforts descendant de l'éolienne pour les répartir de la façon plus homogène possible dans la partie basse du 5 flotteur. Une telle structure des branches de ponton permet en outre d'éviter la traversée de la paroi cylindrique de la colonne correspondante par les parois latérales de ces branches. Une telle traversée, proposée généralement par l'état de la technique, nécessite des points de soudure d'angles et multiples ce qui affaiblit la structure. 10 De plus, une pièce de fixation d'un seul tenant entre les pontons et au moins une colonne permet de résister à de fortes sollicitations mécaniques cycliques ce qui se traduit par une bonne tenue en fatigue. De plus, REVENDICATIONS1.- Flotteur semi-submersible (2) notamment d'éolienne offshore (1), comportant au moins quatre colonnes (3,...,6), dont une colonne centrale (3) et trois colonnes extérieures (4,...,6) raccordées à la colonne centrale (3) par des branches en forme de ponton (7,...,9) ; chaque colonne (3,...,6) définissant un espace interne ; au moins l'une des colonnes (3,...,6), dite colonne à contraintes élevées, étant de forme transversale circulaire et comportant une pièce de fixation (15) à cette colonne de la branche en forme de ponton correspondante (7,...,9) ou de chaque branche en forme de ponton (7,...,9) ; la pièce de fixation (15) étant en forme d'anneau, disposée autour de l'espace interne de la colonne à contraintes élevées (3,...,6) et faite d'un seul tenant. 2.- Flotteur (2) selon la revendication 1, dans lequel l'espace interne de la colonne à contraintes élevées (3,...,6) est délimitée par une paroi cylindrique inférieure (11) en contact avec la branche en forme de ponton correspondante (7,...,9) ou chaque branche en forme de ponton (7,...,9), et une paroi cylindrique supérieure (12) s'étendant à partir d'une paroi supérieure (21) de ladite branche en forme de ponton (7,...,9) ou de chaque branche en forme de ponton (7,...,9) sans être en contact avec ladite branche en forme de ponton (7,...,9) ou chaque branche en forme de ponton (7,...,9) ; la pièce de fixation (15) raccordant la paroi cylindrique supérieure (12) à la paroi cylindrique inférieure (11). 3.- Flotteur (2) selon la revendication 2, dans lequel la colonne à contraintes élevées (3,...,6) comporte en outre une paroi interne transversale (17) disposée entre une partie de l'espace interne de cette colonne délimitée par la paroi cylindrique supérieure (12) et une partie de l'espace interne de cette colonne délimitée par la paroi cylindrique inférieure (11). 4.- Flotteur (2) selon la revendication 3, dans lequel la pièce de fixation (15) raccorde la paroi interne transversale (17) à la paroi supérieure (21) de la branche en forme de ponton correspondante (7,...,9) ou de chaque branche en forme de ponton (7,...,9). 9 5.- Flotteur (2) selon la revendication 4, dans lequel dans chaque coupe par un demi-plan radial, la pièce de fixation (15) présente une forme générale d'une croix formée d'un tronçon vertical raccordant la paroi cylindrique supérieure (12) à la paroi cylindrique inférieure (11), et d'un tronçon horizontal raccordant la paroi interne transversale (17) à la 5 paroi supérieure (21) de la branche en forme de ponton correspondante (7,...,9) ou de chaque branche en forme de ponton (7,...,9). 6.- Flotteur (2) selon la revendication 5, dans lequel l'intersection du tronçon vertical et du tronçon horizontal forme quatre angles arrondis. 10 7.- Flotteur (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pièce de fixation (15) est fabriquée par laminage circulaire. 8.- Flotteur (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans 15 lequel la colonne centrale (3) est une colonne à contraintes élevées. 9.- Flotteur (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque colonne extérieure (4,...,6) est une colonne à contraintes élevées. 20 10.- Flotteur (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque branche en forme de ponton (7,...,9) comprend au moins une extrémité de jonction (27) épousant partiellement la forme de la colonne correspondante (3,...,6). 11.- Flotteur (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans 25 lequel chaque branche en forme de ponton (7,...,9) comprend une extrémité de jonction (27) épousant la forme de la colonne centrale (3) jusqu'à venir en contact à l'extérieur de la colonne centrale (3) avec l'extrémité de jonction (27) de chaque branche en forme de ponton (7,...,9) voisinant avec cette branche en forme de ponton à proximité de la colonne centrale (3). 30 12.- Flotteur (2) selon la revendication 11, dans lequel les extrémités de jonction (27) de chaque couple des branches en forme de ponton (7,...,9) voisinant l'une avec l'autre à proximité de la colonne centrale (3), forment une paroi latérale commune (30) s'étendant à l'extérieur de la colonne centrale (3) entre des parois latérales de ces 35 branches en forme de ponton. 10 13.- Flotteur (2) selon la revendication 12, dans lequel la paroi latérale commune (30) a une forme arrondie. 14.- Flotteur (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans 5 lequel les branches en forme de ponton (7,...,9) sont les seuls points de fixation des colonnes extérieures correspondantes (4 6) à la colonne centrale (3).