Brevet FR3135098A1 — publié le 20231103

La présente invention concerne un système pour le maintien temporaire, au cours des opérations de battage, d’un pieu de fondation (E) destiné à recevoir le mat d’une éolienne off-shore. Le système de maintien temporaire (1) comprend un manchon (2) destiné à ceinturer un tronçon dudit pieu de fondation (E) et un châssis porteur (3) comprenant un module d’interface (31). Le module d’interface (31) et une section primaire (2a) dudit manchon (2) sont assemblés par le biais de moyens paliers (5) destinés à conférer un degré de liberté en rotation audit manchon (2) par rapport audit module d’interface (31), selon un axe de rotation (R) s’étendant coaxialement audit axe longitudinal (21’). Et ledit système de maintien temporaire (1) comprend des moyens de manœuvre en rotation (9), adaptés à manœuvrer en rotation ledit manchon (2) selon ledit axe de rotation (R). Figure pour l’abrégé : 4 Système de maintien temporaire, pour le maintien temporaire, au cours des opérations de battage, d’un pieu de fondation destiné à recevoir le mat d’une éolienne off-shore Domaine technique de l'invention La présente invention concerne le domaine technique des équipements pour la pose des éoliennes off-shore et en particulier des pieux de fondation. Elle concerne en particulier les systèmes pour le maintien temporaire, au cours des opérations de battage, d’un pieu de fondation destiné à recevoir le mat d’une éolienne off-shore. Etat de la technique Les éoliennes sont des dispositifs qui transforment l'énergie cinétique du vent en énergie électrique. Elles sont constituées d'un mât (ou tour) portant une nacelle dans laquelle est destiné à tourner un rotor portant des pâles. Au sein de la nacelle, un générateur transforme l'énergie cinétique du rotor en énergie électrique. A titre indicatif, les éoliennes de 8 MW ont un mat qui peut atteindre 140 mètres de haut, avec un rotor de 164 mètres de diamètre. Il est même envisagé des projets de grandes éoliennes dont la puissance serait comprise entre 10 et 15 MW, avec en corollaire des dimensions encore accrues. Une implantation précise de la fondation de ces éoliennes constitue un point majeur, ce d'autant plus dans le cas d'éoliennes en mer. Ces fondations reprennent en effet l’ensemble des charges associées aux poids des équipements (éoliennes) et aux forces s’y appliquant (vent, courant etc.). Certaines fondations se présentent sous la forme d’un pieu de fondation, dit encore « monopieu ». L’ancrage dans le sol d’un tel pieu de fondation est alors avantageusement obtenu par des opérations de battage. Pour cela, le pieu de fondation est positionné au-dessus de son point d’ancrage puis battu dans le sol marin à l’aide d’un équipement de battage (par exemple un marteau hydraulique) jusqu’à la profondeur adaptée. La mise en œuvre de ces opérations de battage peut être délicate. Il convient en effet de maintenir l’ensemble pieu de fondation / équipement de battage à la verticale du point d’ancrage tout au long du battage. A cet effet, l’engin de pose est généralement équipé d’un système de maintien temporaire pour le maintien temporaire, au cours des opérations de battage, du pieu de fondation destiné à recevoir le mat d’une éolienne off-shore. Un tel système de maintien temporaire comprend pour cela : - un manchon destiné à ceinturer un tronçon du pieu de fondation, et - un châssis porteur, formant une interface entre ce manchon et l’engin flottant. Le manchon est avantageusement manœuvrable entre deux configurations, à savoir une configuration fermée pour délimiter un conduit traversant, et une configuration ouverte pour libérer une ouverture latérale adaptée au passage du pieu de fondation. Mais, en pratique, du fait de ses dimensions, la manœuvre du pieu de fondation au travers de l’ouverture latérale, depuis l’espace de stockage sur l’engin, est souvent délicate. Il est alors généralement envisagé de mettre en œuvre des manchons présentant une ouverture latérale ajustable. Mais, à cet effet, la structure des manchons est souvent relativement complexe. En outre, l’engin de pose est avantageusement équipé de moyens de positionnement dynamique ou « DP » (système contrôlé par ordinateur qui permet à un navire de maintenir sa position en utilisant ses propres moyens de propulsion). Or, ce positionnement dynamique peut être insuffisant pour compenser le mouvement relatif du navire, notamment en en lacet, par rapport à la position de pose recherchée et par rapport au pieu de fondation en cours de battage. La pose d’un parc éolienne nécessite alors une solution efficace pour optimiser le maintien temporaire des pieux de fondation au cours des opérations de battage. Présentation de l'invention Afin de remédier à l’inconvénient précité de l’état de la technique, la présente invention propose un système de maintien temporaire, pour le maintien temporaire, au cours des opérations de battage, d’un pieu de fondation destiné à recevoir le mat d’une éolienne off-shore. Le système de maintien temporaire comprend : - un manchon délimitant un conduit traversant, destiné à ceinturer un tronçon dudit pieu de fondation et définissant un axe longitudinal, avantageusement un axe longitudinal vertical, et - un châssis porteur comprenant un module d’interface qui porte ledit manchon, et une embase qui est destinée à être solidarisée avec un engin flottant. Le manchon comprend : - une section primaire, assemblée avec ledit module d’interface, et - au moins une section secondaire, portée par ladite section primaire et manœuvrable en rotation entre deux configurations : une configuration fermée pour délimiter ledit conduit traversant, et une configuration ouverte pour libérer une ouverture latérale adaptée au passage dudit pieu de fondation. Et selon l’invention, ledit module d’interface et ladite section primaire sont assemblés par le biais de moyens paliers destinés à conférer un degré de liberté en rotation audit manchon par rapport audit module d’interface, selon un axe de rotation s’étendant coaxialement audit axe longitudinal. Et ledit système de maintien temporaire comprend des moyens de manœuvre en rotation, adaptés à manœuvrer en rotation ledit manchon selon ledit axe de rotation. Un tel système de maintien temporaire offre ainsi, par une structure optimisée, une orientation efficace de l’ouverture latérale du manchon. Cette structure facilite la manœuvre du pieu de fondation au travers de l’ouverture latérale, depuis l’espace de stockage sur l’engin. De plus, elle offre avantageusement une composante supplémentaire dans le positionnement dynamique, pour compenser le mouvement relatif du navire, notamment en lacet, par rapport à la position de pose recherchée et par rapport au pieu de fondation en cours de battage. Elle permet également de manœuvrer en rotation le pieu de fondation, de sorte à lui conférer une bonne orientation avant le contact avec le sol marin. D’autres caractéristiques non limitatives et avantageuses du produit conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes : - la section primaire s’étend sur un secteur angulaire allant de 150° à 250° autour dudit axe longitudinal ; les moyens paliers sont agencés pour autoriser une manœuvre en rotation dudit manchon sur un secteur angulaire d’au moins 90° de part et d’autre d’un axe médian passant par ledit axe longitudinal ; le module d’interface s’étend avantageusement sur un secteur angulaire allant de 20° à 50° de part et d’autre d’un axe médian passant par l’axe longitudinal. - les moyens paliers comprennent au moins un palier radial, de préférence vertical, destiné à recevoir les efforts radiaux s’étendent radialement par rapport audit axe de rotation, et au moins un palier axial, de préférence horizontal, destiné à recevoir les efforts axiaux s’étendant parallèlement audit axe de rotation ; de préférence, les moyens paliers comprennent au moins deux paliers radiaux : au moins un premier palier radial agencé pour recevoir les efforts axiaux centrifuges, et au moins un second palier radial agencé pour recevoir les efforts axiaux centripètes ; de préférence encore, ledit au moins un palier axial est interposé entre lesdits au moins deux paliers radiaux ; - les moyens de manœuvre en rotation comprennent au moins un couple pignon / crémaillère : au moins un organe moteur équipé d’un pignon, avantageusement porté par le module d’interface, et au moins une crémaillère, en arc de cercle, avantageusement portée par la section primaire du manchon ; de préférence, les moyens de manœuvre en rotation comprennent au moins deux couples pignon / crémaillère, de préférence de part et d’autre de la section primaire du manchon. Selon un mode de réalisation préféré, les moyens paliers comprennent au moins un palier comprenant un roulement à contact qui comporte des éléments roulants, et un chemin de roulement, lisse, centré sur ledit axe de rotation. D’autres caractéristiques non limitatives et avantageuses de ce mode de réalisation préféré conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes : - ledit au moins un palier radial comprend un roulement à contact radial qui comporte des éléments roulants, et un chemin de roulement en arc de cercle, lisse, coaxial et parallèle audit axe de rotation, et ledit au moins un palier axial comprend un roulement à contact axial qui comporte des éléments roulants, et un chemin de roulement en arc de cercle, lisse, coaxial et perpendiculaire audit axe de rotation ; - les éléments roulants consistent en des rouleaux cylindriques, répartis sur au moins une rangée ; de préférence, les rouleaux cylindriques sont reliés pour former au moins une chaîne de rouleaux cylindriques ; - ledit au moins un palier comporte plusieurs modules de roulement comportant chacun au moins une chaîne de rouleaux cylindriques ; et au sein de chaque module de roulement, la chaîne de rouleaux cylindriques forme une chaîne de rouleaux cylindriques recirculant qui comporte un brin actif coopérant avec le chemin de roulement, et un brin retour ; les modules de roulement sont répartis sur une partie de la circonférence de l’axe de rotation ; - les éléments roulants sont portés par le module d’interface, et le chemin de roulement est porté par la section primaire du manchon. La présente invention concerne également l’engin flottant, comportant : - un système de maintien temporaire selon l’invention et - un système de battage dudit pieu de fondation maintenu dans ledit système de maintien temporaire. La présente invention concerne également le procédé pour le maintien temporaire, au cours des opérations de battage, d’un pieu de fondation destiné à recevoir le mat d’une éolienne off-shore par la mise en œuvre d’un système de maintien temporaire selon l’invention. Le procédé de maintien comprend une étape de mise en place dudit pieu de fondation au sein du conduit traversant dudit manchon. Cette étape de mise en place comprend : - une opération de manœuvre en rotation de ladite au moins une section secondaire dans ladite configuration ouverte, et - une opération de manœuvre en rotation dudit manchon par rapport au module d’interface, tenant compte de l’orientation souhaitée pour ladite ouverture latérale et avantageusement pour corriger les éventuels mouvements de lacet de l’engin flottant. Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. Système de maintien temporaire, pour le maintien temporaire, au cours des opérations de battage, d’un pieu de fondation (E) destiné à recevoir le mat d’une éolienne off-shore, lequel système de maintien temporaire (1) comprend : - un manchon (2) délimitant un conduit traversant (21), destiné à ceinturer un tronçon dudit pieu de fondation (E) et définissant un axe longitudinal (21’), avantageusement un axe longitudinal (21’) vertical, et - un châssis porteur (3) comprenant un module d’interface (31) qui porte ledit manchon (2), et une embase (32) qui est destinée à être solidarisée avec un engin flottant, lequel manchon (2) comprend : - une section primaire (2a), assemblée avec ledit module d’interface (31), et - au moins une section secondaire (2b), portée par ladite section primaire (2a) et manœuvrable en rotation entre deux configurations : une configuration fermée pour délimiter ledit conduit traversant (21), et une configuration ouverte pour libérer une ouverture latérale (2c) adaptée au passage dudit pieu de fondation (E), caractérisé en ce que ledit module d’interface (31) et ladite section primaire (2a) sont assemblés par le biais de moyens paliers (5) destinés à conférer un degré de liberté en rotation audit manchon (2) par rapport audit module d’interface (31), selon un axe de rotation (R) s’étendant coaxialement audit axe longitudinal (21’), et en ce que ledit système de maintien temporaire (1) comprend des moyens de manœuvre en rotation (9), adaptés à manœuvrer en rotation ledit manchon (2) selon ledit axe de rotation (R). Système de maintien temporaire, selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section primaire (2a) s’étend sur un secteur angulaire allant de 150° à 250° autour dudit axe longitudinal (21’), en ce que les moyens paliers (5) sont agencés pour autoriser une manœuvre en rotation dudit manchon (2) sur un secteur angulaire d’au moins 90° de part et d’autre d’un axe médian (M) passant par ledit axe longitudinal (21’). Système de maintien temporaire, selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens paliers (5) comprennent : - au moins un palier radial (6), de préférence vertical, destiné à recevoir les efforts radiaux s’étendent radialement par rapport audit axe de rotation (R), et - au moins un palier axial (7), de préférence horizontal, destiné à recevoir les efforts axiaux s’étendant parallèlement audit axe de rotation (R). Système de maintien temporaire, selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens paliers (5) comprennent au moins deux paliers radiaux (6) : - au moins un premier palier radial (61) agencé pour recevoir les efforts axiaux centrifuges, et - au moins un second palier radial (62) agencé pour recevoir les efforts axiaux centripètes. Système de maintien temporaire, selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens paliers (5) comprennent au moins un palier (6, 7) comprenant un roulement à contact qui comporte : - des éléments roulants (51), et - un chemin de roulement (52), lisse, centré sur ledit axe de rotation (R). Système de maintien temporaire, selon la revendication 5, en combinaison avec l’une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit au moins un palier radial (6) comprend un roulement à contact radial qui comporte : - des éléments roulants (51), et - un chemin de roulement (52) en arc de cercle, lisse, coaxial et parallèle audit axe de rotation (R), et en ce ledit au moins un palier axial (7) comprend un roulement à contact axial qui comporte : - des éléments roulants (51), et - un chemin de roulement (52) en arc de cercle, lisse, coaxial et perpendiculaire audit axe de rotation (R). Système de maintien temporaire, selon l’une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que les éléments roulants (51) consistent en des rouleaux cylindriques (51), répartis sur au moins une rangée. Système de maintien temporaire, selon la revendication 7, caractérisé en ce que les rouleaux cylindriques (51) sont reliés pour former au moins une chaîne (54) de rouleaux cylindriques (51). Système de maintien temporaire, selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit au moins un palier (6, 7) comporte plusieurs modules de roulement (55) comportant chacun au moins une chaîne (54) de rouleaux cylindriques (51), en ce que, au sein de chaque module de roulement (55), la chaîne (54) de rouleaux cylindriques (51) forme une chaîne (54) de rouleaux cylindriques (51) recirculant qui comporte : - un brin actif (541) coopérant avec le chemin de roulement (52), et - un brin retour (542), lesquels modules de roulement (55) sont répartis sur une partie de la circonférence de l’axe de rotation (R). Système de maintien temporaire, selon l’une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que les éléments roulants (51) sont portés par le module d’interface (31), et en ce que le chemin de roulement (52) est porté par la section primaire (2a) du manchon (2). Engin flottant, comportant : - un système de maintien temporaire (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10 et - un système de battage dudit pieu de fondation E maintenu dans ledit système de maintien temporaire (1). Procédé pour le maintien temporaire, au cours des opérations de battage, d’un pieu de fondation (E) destiné à recevoir le mat d’une éolienne off-shore par la mise en œuvre d’un système de maintien temporaire (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, lequel procédé de maintien comprend une étape de mise en place dudit pieu de fondation (E) au sein du conduit traversant (21) dudit manchon (2), laquelle étape de mise en place comprend : - une opération de manœuvre en rotation de ladite au moins une section secondaire (2b) dans ladite configuration ouverte, et - une opération de manœuvre en rotation dudit manchon (2) par rapport au module d’interface (31), tenant compte de l’orientation souhaitée pour ladite ouverture latérale (2c) et avantageusement pour corriger les éventuels mouvements de lacet de l’engin flottant.