Brevet FR3090567A1 — publié le 20200626

Description Titre de l'invention : Plateforme navale de support d'une éolienne et installation navale associée [0001] La présente invention concerne une plateforme navale de support d'une éolienne de production d'énergie électrique en mer, comprenant une colonne principale de support de ladite éolienne, et deux colonnes secondaires: chaque colonne comportant au moins une coque présentant une surface extérieure délimitant un volume extérieur ; la colonne principale étant reliée aux deux colonnes secondaires. [0002] Les plateformes navales de support (l'éolienne de type semi-submersible sont connues par l'homme du métier. [0003] Dans unc installation navale comprenant unc telle plateforme, les coques des colonnes reçoivent une quantité de ballast choisie pour déplacer le centre de gravité de l'installation à la verticale de son centre de flottaison, afin d'assurer la position horizontale en mer de l'installation. [0004] Ces plateformes présentent l'avantage d'être particulièrement stables. [0005] Cependant, elles ne donnent pas entière satisfaction et leur stabilité peut encore être améliorée. [0006] Un objet de l'invention est donc de fournir une plateforme navale de support d'une éolienne peu chère à fabriquer tout en présentant une bonne stabilité en mer. [0007] A cet effet, l'invention a pour objet une plateforme navale du type précité dans laquelle le volume extérieur délimité par la coque de la colonne principale est supérieur aux volumes extérieurs respectifs délimités par une surface extérieure de la coque de chaque colonne secondaire [0008] La plateforme navale selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des carac- téristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes combinaisons techniquement possibles : [0009] - le volume extérieur délimité par la coque de la colonne principale est supérieur d'au moins 20%, de préférence d'au moins 50% aux volumes extérieurs respectifs délimités par la coque de chaque colonne secondaire ; [0010] - pour chaque colonne une section transversale de la coque de la colonne présente un contour extérieur définissant une aire, l'aire définie par le contour extérieur de la section transversale de la coque de la colonne principale étant supérieure à l'aire définie par le contour extérieur de la section transversale de la coque d'au moins une colonne secondaire ; [0011] - une section transversale de la coque de la colonne principale présente une forme géométrique différente d'une section transversale de la coque d'au moins une colonne 2 secondaire ; [0012] - la section transversale de la coque de la colonne principale n'est pas homothétique à la section transversale de la coque de chaque colonne secondaire ; [0013] - une section transversale de chaque coque des colonnes présente une forme géo- métrique respectivement choisie dans le groupe consistant en : un cercle, un ovale, une forme oblongue, un rectangle, un parallélogramme présentant des sommets arrondis, un parallélogramme présentant des angles vifs ; [0014] - chaque colonne s'étend respectivement suivant un axe une section transversale de la coque de chaque colonne étant sensiblement constante le long dudit axe de la colonne ; [0015] - la coque de la colonne principale présente une hauteur supérieure à la hauteur de la coque de chaque colonne secondaire ; [0016] - en vue de dessus, la colonne principale est excentrée par rapport à un centre géo- métrique présenté par la plateforme ; [0017] - chaque colonne secondaire est respectivement reliée à la colonne principale par l'intermédiaire d'un bras de connexion, les bras de connexion définissant entre eux un angle compris entre 50° et 75° ; [0018] - la coque d'au moins une colonne secondaire présente une section transversale de forme rectangulaire, la forme rectangulaire présentant un axe de plus grande dimension, [0019] l'axe de plus grande dimension présentant un angle de décalage avec une droite de référence, la droite de référence étant définie comme passant par le centre géométrique de la section transversale de la coque de la colonne principale et comme étant perpendiculaire à une droite passant par les centres géométriques des sections transversales des coques des colonnes secondaires, [0020] l'angle de décalage étant compris entre 0° et 90° ; [0021] - chaque coque des colonnes secondaires délimite intérieurement des réservoirs de stockage de ballast ; [0022] - le volume extérieur délimité par la coque de chacune des colonnes est au moins supérieur à 1500 na' ; et [0023] - la colonne principale s'étend jusqu'à une surface supérieure d'implantation de l'éolienne. [0024] L'invention concerne aussi une installation navale de production d'énergie électrique en mer, comprenant une éolienne et une plateforme navale de support de cette éolienne, la plateforme navale étant telle que définie ci-dessus, la colonne principale s'étendant jusqu'à une surface supérieure d'implantation de l'éolienne sur laquelle est implantée l'éolienne. [0025] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : 3 [0026] [fig.1] La Figure 1 est une vue schématique de côté d'une installation navale selon l' invention ; [0027] [fig.2] la Figure 2 est une vue schématique en perspective de la plateforme navale de l'installation de la figure 1 ; et, [0028] [fig.3] la Figure 3 est une vue de dessus schématique en coupe de l'installation navale de la figure 1. [0029] La figure 1 illustre une installation navale 10 de production d'énergie électrique en nier selon l'invention. [0030] L'installation comprend une éolienne 12 et une plateforme navale 14 de support de cette éolienne 12. [0031] L'éolienne 12 comprend typiquement un niât de support 16 fixé à la plateforme 14, une nacelle 18 disposée au sommet du mât 16, et un rotor 20 comportant des pales 22 et fixé sur un arbre tournant dans des paliers installés dans la nacelle 18. [0032] Une telle éolienne 12 est connue de l'homme du métier et ne sera pas décrite plus en détail par la suite. [0033] La plateforme navale 14 est flottante. En particulier, elle est de type semi-sub- mersible. [0034] La plateforme navale 14 est par exemple destinée à être disposée dans une zone où le fond marin présente une profondeur supérieure à 50 m. [0035] La plateforme navale 14 comprend une colonne principale 24 de support de ladite éolienne 12, et deux colonnes secondaires 26. [0036] La plateforme navale 14 est reliée au fond marin par un système d'amarrage non re- présenté. [0037] Le système d'amarrage comprend par exemple au moins trois lignes d'ancrage reliant chaque colonne à une ancre disposée sur le fond marin. [0038] La plateforme navale 14 est dans cet exemple dépourvue d'autres colonnes distinctes des colonnes principale et secondaires 24, 26. [0039] Chaque colonne 24, 26 s'étend respectivement suivant un axe Al, A2, A3, qualifié par la suite d'axe d'extension. [0040] Les axes d'extension Al, A2, A3 sont par exemple parallèles entre eux. [0041] Chaque axe d'extension AI, A2, A3 s'étend en particulier sensiblement paral- lèlement à l'axe suivant lequel s'étend le mât 16 de l'éolienne 12. [0042] L'axe d'extension Al, A2, A3 de chaque colonne 24, 26 est sensiblement vertical, mais son inclinaison par rapport à l'horizontal varie en fonction des conditions météorologiques comme la houle de la mer ou le vent. [0043] Chaque colonne 24, 26 s'étend en particulier suivant son axe d'extension Al, A2, A3 entre une surface inférieure et une surface supérieure, les surfaces supérieure et inférieure étant sensiblement perpendiculaires à l'axe d'extension Al, A2, A3. [0044] Comme illustré sur les figures 2 et 3, chaque colonne 24, 26 comprend au moins une coque 28A, 28B, 28C, et, de préférence, une jupe 30 solidaire de la coque 28A, 28B, 28C et disposée en dessous de la coque 28A, 28B, 28C. [0045] De préférence, la jupe 30 s'étend sensiblement radialemcnt par rapport à l'axe d'extension, et fait saillie par rapport à la coque 28A, 28B, 28C. [0046] Des raidisseurs non représentés joignent par exemple la surface extérieure de chaque coque 28A, 28B, 28C avec la jupe 30 disposée en dessous de la coque. [0047] Au moins une partie d'une surface extérieure de chaque coque 28A, 28B, 28C est en contact avec l'eau entourant la plateforme navale 14. [0048] En outre, comme illustré à la figure 1, par nier calme, le plan d'eau 32 coupe les coques 28A, 28B, 28C. [0049] En particulier, une fois l'installation 10 installée en mer, et par nier calme, au moins 10 m de la hauteur de la coque 28A de la colonne principale 24 est au-dessus du niveau de la mer. [0050] La surface extérieure de chaque coque 28A, 28B, 28C délimite un volume qui sera désigné sous le ternie de « volume extérieur » par la suite. [0051] Le volume extérieur délimité par la coque 28A, 28B, 28C de chacune des colonnes 24, 26 est au moins supérieur à 1500 [0052] Chaque coque 28A, 28B, 28C présente une surface intérieure qui délimite aussi un volume intérieur. [0053] Chaque coque 28A, 28B, 28C présente une épaisseur par exemple comprise entre 10 mm et 30 mm. [0054] Chaque coque 28A, 28B, 28C est par exemple réalisée en acier. [0055] La colonne principale 24 s'étend en particulier jusqu'à une surface supérieure d'implantation 34 de l'éolienne 12 sur laquelle l'éolienne 12 est implantée et fixée. [0056] Cette surface supérieure d'implantation 34 correspond ici à une surface supérieure de la coque 28A de la colonne principale 24. [0057] La coque 28A de la colonne principale 24 comprend par exemple intérieurement une structure de renfort de soutien de l'éolienne 12. [0058] La colonne principale 24 est ici excentrée par rapport à la plateforme 14. En par- ticulier, comme illustré sur la figure 3, en vue de dessus, elle présente un centre géo- métrique décalé par rapport au centre géométrique global de la plateforme 14. [0059] Par « centre géométrique », on entend en particulier un isobarycentre. [0060] Etant donné qu'elle est excentrée, l'éolienne 12 est implantée plus facilement sur la colonne principale 24 par une grue, lors de l'assemblage de l'installation navale 10. [0061] Les colonnes secondaires 26 sont aussi ici excentrées et latéralement décalées par rapport à la colonne principale 24. [0062] La colonne principale 24 est reliée aux deux colonnes secondaires 26. [0063] En particulier, comme illustré sur la figure 2, chaque colonne secondaire 26 est res- pectivement reliée à la colonne principale 24 par l'intermédiaire d'un bras de connexion 36, les bras de connexion 36 définissant entre eux un angle al compris entre 50° et 75°. [0064] Les bras de connexion 36 sont par exemple de même longueur. [0065] De plus, les colonnes secondaires 26 sont reliées l'une à l'autre par un autre bras de connexion 38, à l'écart de la colonne principale 24. Cet autre bras 38 est désigné par la suite sous le terme de « bras secondaire ». [0066] Chaque bras 36, 38 est fixé à la surface extérieure des coques 28A, 28B, 28C. [0067] Chaque bras 36, 38 s'étend par exemple sensiblement perpendiculairement aux axes d'extension des colonnes 24, 26. [0068] Dans l'exemple de la figure 1, chaque bras 36, 38 comprend une poutre supérieure 40A, une poutre inférieure 40B, et de préférence des raidisseurs 40C joignant les deux poutres 40A, 40B. En variante, chaque bras 36, 38 ne comprend qu'une seule poutre. [0069] Pour des raisons de clarté, les raidisseurs joignant les deux poutres 40A, 40B n'ont pas été représentés sur la figure 2 et les bras 36, 38 n'ont pas été représentés sur la figure 3. [0070] Les colonnes secondaires 26 sont destinées à assurer la stabilité de l'installation 10 tout en maintenant le centre géométrique le plus près possible du centre de gravité. [0071] Pour cela, chaque coque 28B, 28C des colonnes secondaires 26 délimite inté- rieurement des réservoirs de stockage de ballast non représentés. [0072] Une fois l'installation 10 disposée en mer, les réservoirs stockent du ballast, par exemple solide et/ou liquide, afin d'assurer cette fonction. [0073] Le volume intérieur de la coque 28A, 28B, 28C de chaque colonne 24, 26 reçoit par exemple aussi des équipements de surveillance et de maintenance de la plateforme navale 14. [0074] Dans un exemple de réalisation, les coques 28B, 28C des colonnes secondaires 26 présentent des dimensions sensiblement identiques. [0075] En outre, pour assurer que, par mer calme, le centre de flottaison de l'installation 10 soit disposé de manière à être aligné verticalement avec son centre de gravité, les colonnes secondaires 26 sont de plus petit volume extérieur en comparaison de la colonne principale 24. [0076] En particulier, le volume extérieur délimité par la coque 28A de la colonne principale 24 est supérieur aux volumes extérieurs respectifs délimités par la coque 28B, 28C de chaque colonne secondaire 26, comme illustré sur les figures 1 à 3. 6 [0077] Avantageusement, le volume extérieur délimité par la coque 28A de la colonne principale 24 est supérieur d'au moins 20%, de préférence d'au moins 50%, aux volumes extérieurs respectifs délimités par la coque 28B, 28C de chaque colonne secondaire 26. [0078] Comme illustré sur les figures 1 et 2, la coque 28A de la colonne principale 24 présente une hauteur HI supérieure à la hauteur H2, H3 de chaque coque 28B, 28C des colonnes secondaires 26. [0079] Chaque hauteur est ici en particulier prise selon l'axe d'extension respectif de la colonne 24, 26. [0080] En particulier, la coque 28A de la colonne principale 24 présente une hauteur Hl su- périeure d'au moins 20%, de préférence d'au moins 40%, à la hauteur H2, H3 de la coque 28B, 28C de chaque colonne secondaire 26. [0081] Chaque coque 28A, 28B, 28C des colonnes 24, 26 présente une section transversale, prise perpendiculaire à l'axe d'extension de la colonne, sensiblement constante selon l'axe d'extension de la colonne. [0082] Plus précisément, pour chaque colonne 24, 26, la section transversale de la coque 28A, 28B, 28C de la colonne présente un contour extérieur 42A, 42B, 42C définissant une aire sensiblement constante selon l'axe d'extension. [0083] Comme illustré sur les figures 2 et 3, l'aire définie par le contour extérieur 42A de la section transversale de la coque 28A de la colonne principale 24 est supérieure à l'aire définie par le contour extérieur 42B, 42C de la section transversale de la coque 28B, 28C d'au moins une, ici de chaque, colonne secondaire 26. [0084] En particulier, l'aire définie par le contour extérieur 42A de la section transversale de la coque 28A de la colonne principale 24 est supérieure d'au moins 20%, de préférence d'au moins 50%, à l'aire définie par le contour extérieur 42B, 42C de la section transversale de la coque 28B, 28C d'au moins une, et ici de chaque, colonne secondaire 26. [0085] Dans l'exemple de la figure 3, la section transversale de la coque 28A de la colonne principale 24 est homothétique à la section transversale de la coque 28B, 28C de chaque colonne secondaire 26. [0086] La section transversale de chaque coque 28A, 28B, 28C présente par exemple ici une forme géométrique rectangulaire présentant des sommets arrondis. [0087] Par « une section transversale présente une forme géométrique », on entend ici la forme géométrique du contour extérieur de cette section transversale. [0088] L'homme du métier comprendra que la section transversale des coques peut présenter des irrégularités. Ainsi, par « la section présente une forme prédéterminée », on entend que la forme exacte du contour de ladite section ne s'écarte pas de la forme prédéterminée de plus de 10 % de la dimension maximale de la forme prédéterminée. 7 [0089] En particulier, les colonnes 24, 26 peuvent présenter extérieurement des structures annexes rapportées sur les coques 28A, 28B, 28C. De telles structures annexes sont par exemple des échelles latérales permettant l'amarrage de bateaux et l'accès à la plateforme ou des garde-fous aux sommets des coques. [0090] L'homme du métier comprendra que ces structures annexes ne modifient pas sen- siblement les propriétés de flottabilité de chaque colonne. [0091] Comme illustré sur la figure 3, pour chaque colonne 24, 26, la forme géométrique rectangulaire présente un axe de plus grande dimension, référencé 44A, 44B, 44C respectivement, passant par le centre géométrique respectif de chaque section. [0092] Pour chaque colonne secondaire 26, ledit axe de plus grande dimension 44B, 44C présente un angle de décalage a2, a3 compris entre 0° et 90° avec une droite de référence référencée 46 sur la figure 3 et définie ci-après. [0093] Cette droite de référence 46 est définie comme passant par le centre géométrique de la section transversale de la coque 28A de la colonne principale 24 et comme étant perpendiculaire à une droite 48 passant par les centres géométriques des sections transversales des coques 28B, 28C des colonnes secondaires 26. [0094] Les angles de décalage a2, a3 respectifs sont ici égaux. En variante, ils sont différents. [0095] Dans l'exemple de la figure 3, la droite de référence 46 correspond à l'axe de plus petite dimension de la coque 28A de la colonne principale 24. [0096] De plus, l'axe de plus grande dimension 44A de la section transversale de la coque 28A de la colonne principale 24 est par exemple parallèle au bras de connexion secondaire 38. [0097] Lors de la conception de la plateforme navale 14, les formes géométriques et les di- mensions de la section transversale de chaque coque 28A, 28B, 28C, les hauteurs Hl, H2, H3 de chaque coque, la longueur des bras de connexions 36, l'angle al entre les bras de connexion 36, et les angles de décalages a2, a3 définis ci-dessus sont optimisés pour assurer une stabilité optimale de l'installation 10. [0098] Cette optimisation est par exemple mise en oeuvre par un algorithme génétique. [0099] En variante, la coque 28A de la colonne principale 24 présente une hauteur HI su- périeure à la hauteur H2, H3 de chaque coque 28B, 28C des colonnes secondaires 26, sans que la section transversale de la coque 28A de la colonne principale 24 soit différente de celle des colonnes secondaires 26. [0100] Dans une autre variante, l'aire définie par le contour extérieur 42A de la section transversale de la coque 28A de la colonne principale 24 est supérieure à l'aire définie par le contour extérieur 42B, 42C de la section transversale de la coque 28B, 28C de chaque colonne secondaire 26, sans que la hauteur H1 de la coque 28A de la colonne principale 24 soit supérieure à la hauteur H2, H3 de chaque coque 28B, 28C des 8 colonnes secondaires 26. [0101] En variante, la forme géométrique de la section transversale de chaque coque 28A, 28B, 28C des colonnes est respectivement choisie dans le groupe consistant en : un cercle, un ovale, une forme oblongue, un parallélogramme présentant des sommets arrondis ou présentant des angles vifs, et un rectangle présentant des sommets arrondis ou présentant des angles vifs. [0102] Dans une autre variante, la section transversale de la coque 28A de la colonne principale 24 n'est pas homothétique à celle de chaque colonne secondaire 26. [0103] Par exemple, la section transversale de la coque 28A, 28B, 28C de chaque colonne 24, 26 peut respectivement présenter une forme géométrique rectangulaire, sans que la section transversale de la coque 28A de la colonne principale 24 soit homothétique à celle des colonnes secondaires 26. [0104] Dans encore une autre variante, la forme géométrique de la section transversale de la coque 28A de la colonne principale 24 est différente de celle de la coque 28B, 28C d'au moins l'une des colonnes secondaires 26. Ces formes géométriques différentes sont alors aussi choisies par exemple dans le groupe ci-dessus. [0105] En variante, non représentée, l'axe de plus grande dimension de la section transversale de la coque 28B, 28C d'au moins une colonne secondaire 26 est parallèle à ladite droite de référence définie ci-dessus. [0106] Grâce aux caractéristiques précédemment décrites, en particulier grâce au volume extérieur de la coque 28A de la colonne principale 24 supérieur à celui des colonnes secondaires 26, le centre de flottaison peut être choisi aussi proche que l'on veut de la colonne principale 24. La stabilité de l'installation 10 en mer en est donc améliorée. [0107] En outre, il est possible de réduire la masse de l'ensemble, notamment la masse de ballast ajoutée, pour les mêmes performances de stabilité. 9 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6]