Brevet FR3126716A1 — publié le 20230310

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 recevoir un tronçon dudit pieu de fondation (E) et un châssis porteur (3) destinée à être solidarisée avec un engin flottant (F). lequel châssis porteur (3) comprend des moyens glissières (32) et des moyens de manœuvre (33), destinés à générer des déplacements dudit manchon (2) selon lesdits deux degrés de liberté en translation (L1, L2). Les moyens glissières (32) comprennent au moins un élément roulant consistant en un roulement à rouleaux cylindriques. Figure pour l’abrégé : 1 Système 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 pieu 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 avantageusement équipé d’un moyen 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 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 compenser les mouvements relatifs de l’engin de pose et pour optimiser le maintien temporaire des pieux de fondation dans une position précise, tout au long 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 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, dit encore « pile gripper », comprend : - un manchon délimitant un conduit traversant, destiné à recevoir un tronçon dudit pieu de fondation et définissant un axe longitudinal, et - un châssis porteur, qui porte ledit manchon et qui comprend une embase destinée à être solidarisée avec un engin flottant. Le châssis porteur comprend : - des moyens glissières, définissant deux degrés de liberté en translation entre ledit manchon et ladite embase, lesdits degrés de liberté en translation s’étendant dans deux plans parallèles, perpendiculairement l’un par rapport à l’autre et perpendiculairement audit axe longitudinal dudit manchon, et - des moyens de manœuvre, destinés à générer des déplacements dudit manchon par rapport à ladite embase selon lesdits deux degrés de liberté en translation. Les moyens glissières comprennent deux modules glissières superposés qui définissent chacun l’un desdits degrés de liberté en translation. Les modules glissières comprennent chacun : - au moins un rail comportant au moins un chemin de roulement qui est orienté parallèlement audit degré de liberté en translation associé, et - au moins un élément roulant destiné à circuler le long dudit au moins un chemin de roulement. Et Ledit au moins un élément roulant consiste en un roulement à rouleaux cylindriques. La solution technique selon l’invention confère des mouvements au manchon selon deux degrés de liberté en translation (avantageusement X-Y). Elle permet encore : - une rigidité élevée pour assurer une grande précision à toutes les étapes du procédé de pose du pieu de fondation, - une utilisation réduite des mouvements en cascade pour optimiser la précision, - une réduction des temps de cycle par un positionnement précis des pieux de fondation, - optimiser l'encombrement sur l’engin flottant, - viser des solutions à sécurité intrinsèque, - faible consommation d'énergie par la réduction de la friction grâce aux roulements à rouleaux cylindrique. En outre, la mise en œuvre de roulements à rouleaux cylindriques autorise des mouvements à vitesse élevée selon les deux degrés de liberté en translation. 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 : - le roulement à rouleaux cylindriques comprend un bloc support équipé des rouleaux cylindriques qui sont reliés par des maillons pour former au moins une chaîne de rouleaux cylindriques ; de préférence, la chaîne de rouleaux cylindriques forme une chaîne de rouleaux cylindriques recirculant au sein dudit bloc support, laquelle chaîne de rouleaux cylindriques recirculant comporte un brin actif, coopérant avec un chemin de roulement, et un brin inactif, retour ; de préférence, un roulement à rouleaux cylindriques comprend au moins deux chaînes de rouleaux cylindriques, juxtaposés latéralement, coopérant avec un même chemin de roulement ; - ledit au moins un rail comporte au moins deux chemins de roulement, à savoir au moins un chemin de roulement supérieure, coopérant avec un roulement à rouleaux cylindriques sus-jacent, au moins un chemin de roulement inférieure, coopérant avec un roulement à rouleaux cylindriques sous-jacent, et éventuellement au moins un chemin de roulement latéral, coopérant avec un roulement à rouleaux cylindriques latéral, de préférence un chemin de roulement latéral intérieur et/ou un chemin de roulement latéral extérieur ; - un premier module glissière, inférieur et définissant avantageusement un degré de liberté en translation latéral gauche / droite, comporte au moins un rail formant embase, et au moins un élément roulant solidarisé avec au moins un rail d’un second module glissière, supérieur ; ledit second module glissière, supérieur et définissant avantageusement un degré de liberté en translation frontal avant / arrière, comporte au moins un rail solidarisé avec ledit au moins un élément roulant du premier module glissière, et au moins un élément roulant équipant une interface portant ledit manchon en porte-à-faux ; - le manchon comporte au moins deux portions qui sont mobiles en rotation l’une par rapport à l’autre, autour d’un axe de rotation parallèle à l’axe longitudinal, pour définir deux configurations : une configuration ouverte, définissant un passage radial autorisant le passage d’un pieu de fondation, et une configuration fermée, délimitant le conduit traversant ; - le manchon comporte des segments d’appui, destinés à prendre appui sur ledit tronçon de pieu de fondation, lesquels segments d’appui sont répartis sur la circonférence dudit axe longitudinal et comprennent chacun une tête d’appui ; ladite tête d’appui comporte avantageusement des premiers rouleaux orientés perpendiculairement à l’axe longitudinal, avantageusement libre en rotation, pour maintenir un contact lors d’un déplacement relatif en translation du pieu de fondation par rapport au manchon, et éventuellement des seconds rouleaux orientés parallèlement à l’axe longitudinal, avantageusement motorisés, pour piloter un déplacement relatif en rotation entre le pieu de fondation et ledit manchon ; de préférence, les premiers rouleaux et/ou les seconds rouleaux coopèrent avec des moyens de manœuvre entre une position escamotée / une position déployée ; également de préférence, un segment d’appui comporte des moyens de manœuvre en translation de sa tête d’appui, selon un axe de translation radial par rapport à l’axe longitudinal du manchon, et/ou des moyens de manœuvre en rotation de sa tête d’appui, selon une trajectoire en arc de cercle dont le centre correspond à l’axe longitudinal du manchon ; - le système de maintien comporte des moyens de manœuvre en hauteur dudit manchon par rapport à ladite embase, selon un degré de liberté en translation parallèle à l’axe longitudinal dudit manchon ; - le manchon est équipé de moyens de réduction du bruit de battage, par exemple une barrière sonore sous-marine sous la forme d’un rideaux de bulles, lequel manchon et lesquels moyens de réduction du bruit de battage coopèrent par le biais de moyens de manœuvre en rotation relative, par exemple un couple rails / chariots motorisés ; - les moyens de manœuvre consistent en des moteurs électriques, lesquels moteurs électriques sont de préférence associés à des moyens de stockage d’énergie électrique de sorte à stocker l’énergie électrique et de sorte à restituer l’énergie électrique dans une phase de manœuvre, ladite énergie électrique étant générée par la source d’alimentation électrique de l’engin flottant équipé et/ou par lesdits moteurs électriques dans une phase de freinage ; - ledit système de maintien temporaire comporte des moyens de collecte de la position relative entre ledit manchon et ledit engin flottant ; et lesdits moyens de manœuvre sont associés à des moyens de pilotage adaptés à piloter lesdits moyens de manœuvre tenant compte de ladite position relative entre ledit manchon et ledit engin flottant afin de piloter ledit manchon selon lesdits deux degrés de liberté en translation, de préférence pour garder une géolocalisation, voire une verticalité. La présente invention concerne encore un 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. 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 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 recevoir un tronçon dudit pieu de fondation (E) et définissant un axe longitudinal (21’), et - un châssis porteur (3), qui porte ledit manchon (2) et qui comprend une embase (31) destinée à être solidarisée avec un engin flottant (F), lequel châssis porteur (3) comprend : - des moyens glissières (32), définissant deux degrés de liberté en translation (L1, L2) entre ledit manchon (2) et ladite embase (31), lesdits degrés de liberté en translation (L1, L2) s’étendant dans deux plans parallèles, perpendiculairement l’un par rapport à l’autre et perpendiculairement audit axe longitudinal (21’) dudit manchon (2), et - des moyens de manœuvre (33), destinés à générer des déplacements dudit manchon (2) par rapport à ladite embase (31) selon lesdits deux degrés de liberté en translation (L1, L2), lesquels moyens glissières (32) comprennent deux modules glissières (32a, 32b) superposés qui définissent chacun l’un desdits degrés de liberté en translation (L1, L2), lesquels modules glissières (32a, 32b) comprennent chacun : - au moins un rail (321) comportant au moins un chemin de roulement (3211) qui est orienté parallèlement audit degré de liberté en translation (L1, L2) associé, et - au moins un élément roulant (322) destiné à circuler le long dudit au moins un chemin de roulement (3211), lequel au moins un élément roulant (322) consiste en un roulement à rouleaux cylindriques (322). Système de maintien temporaire, selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit roulement à rouleaux cylindriques (322) comprend un bloc support (3221) équipé des rouleaux cylindriques (3222) qui sont reliés par des maillons (3223) pour former au moins une chaîne de rouleaux cylindriques (3224). Système de maintien temporaire, selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite chaîne de rouleaux cylindriques (3224) forme une chaîne de rouleaux cylindriques (3224) recirculant au sein dudit bloc support (3221), laquelle chaîne de rouleaux cylindriques (3224) recirculant comporte : - un brin actif (3224a), coopérant avec un chemin de roulement (3211), et - un brin inactif (3224b), retour. Système de maintien temporaire, selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit au moins un rail (321) comporte au moins deux chemins de roulement (3211), à savoir : - au moins un chemin de roulement (3211a) supérieure, coopérant avec un roulement à rouleaux cylindriques (322a) sus-jacent, - au moins un chemin de roulement (3211b) inférieure, coopérant avec un roulement à rouleaux cylindriques (322b) sous-jacent et éventuellement - au moins un chemin de roulement (3211c) latéral, coopérant avec un roulement à rouleaux cylindriques (322c) latéral. Système de maintien temporaire, selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que : - un premier module glissière (32a), inférieur et définissant avantageusement un degré de liberté en translation (L1) latéral gauche / droite, comporte : -- au moins un rail (321) formant embase (31), et -- au moins un élément roulant (322) solidarisé avec au moins un rail (321) d’un second module glissière (32b), supérieur, et - ledit second module glissière (32b), supérieur et définissant avantageusement un degré de liberté en translation (L2) frontal avant / arrière, comporte : -- au moins un rail (321) solidarisé avec ledit au moins un élément roulant (322) du premier module glissière (32a), et -- au moins un élément roulant (322) équipant une interface (35) portant ledit manchon (2) en porte-à-faux. Système de maintien temporaire, selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le manchon (2) comporte au moins deux portions (22) qui sont mobiles en rotation l’une par rapport à l’autre, autour d’un axe de rotation (22’) parallèle à l’axe longitudinal (21’) du conduit traversant (21), pour définir deux configurations : - une configuration ouverte, définissant un passage radial (23) autorisant le passage d’un pieu de fondation (E), et - une configuration fermée, délimitant le conduit traversant (21). Système de maintien temporaire, selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le manchon (2) comporte des segments d’appui (25), destinés à prendre appui sur ledit tronçon de pieu de fondation (E), lesquels segments d’appui (25) sont répartis sur la circonférence dudit axe longitudinal (21’) et comprennent chacun une tête d’appui (251). Système de maintien temporaire, selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite tête d’appui (251) comporte : - des premiers rouleaux (252) orientés perpendiculairement à l’axe longitudinal (21’) du conduit traversant (21), avantageusement libre en rotation, pour maintenir un contact lors d’un déplacement relatif en translation du pieu de fondation (E) par rapport au manchon (2), et éventuellement - des seconds rouleaux (253) orientés parallèlement à l’axe longitudinal (21’) du conduit traversant (21), avantageusement motorisés, pour piloter un déplacement relatif en rotation entre le pieu de fondation (E) et ledit manchon (2). Système de maintien temporaire, selon l’une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce qu’un segment d’appui (25) comporte : - des moyens de manœuvre (255) en translation de sa tête d’appui (251), selon un axe de translation radial (255’) par rapport à l’axe longitudinal (21’) du conduit traversant (21), et/ou - des moyens de manœuvre (256) en rotation de sa tête d’appui (251), selon une trajectoire en arc de cercle (256’) dont le centre correspond à l’axe longitudinal (21’) du conduit traversant (21). Système de maintien temporaire, selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le manchon (2) est équipé de moyens de réduction du bruit de battage (6), par exemple une barrière sonore sous-marine sous la forme d’un rideaux de bulles, lequel manchon (2) et lesquels moyens de réduction du bruit de battage (6) coopèrent par le biais de moyens de manœuvre (7) en rotation relative. Système de maintien temporaire, selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les moyens de manœuvre (33) consistent en des moteurs électriques, lesquels moteurs électriques (33) sont de préférence associés à des moyens de stockage d’énergie électrique de sorte à stocker l’énergie électrique générée par la source d’alimentation électrique de l’engin flottant (F) équipé et/ou par lesdits moteurs électriques (33) dans une phase de freinage, et de sorte à restituer l’énergie électrique dans une phase de manœuvre. Système de maintien temporaire, selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que ledit système de maintien temporaire (1) comporte des moyens de collecte (8) de la position relative entre ledit manchon (2) et ledit engin flottant (F), et en ce que lesdits moyens de manœuvre (33) sont associés à des moyens de pilotage (9) adaptés à piloter lesdits moyens de manœuvre (33) tenant compte de ladite position relative entre ledit manchon (2) et ledit engin flottant (F) afin de piloter ledit manchon (2) selon lesdits deux degrés de liberté en translation (L1, L2), de préférence pour garder une géolocalisation, voire une verticalité. Engin flottant (F), comportant : - un système de maintien temporaire (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, et - un système de battage dudit pieu de fondation (E) maintenu dans ledit système de maintien temporaire (1).