Brevet FR3163991A1 — publié le 20260102

Patin de serrage à flexibilité maximisée pour dispositif de maintien par friction d’un tube de transport de fluides L’invention concerne un patin de serrage (4) pour dispositif de maintien par friction d’un tube (6) comprenant une enveloppe (8) en acier dans laquelle est formée une cavité (10) munie d’un fond (12) et de deux bords latéraux (14). La cavité est remplie d’un matériau souple (16) en polymère dans lequel sont logées une pluralité de barres de préhension (18a, 18b). Les barres de préhension latérales (18a) ont chacune une forme géométrique différente des autres barres de préhension (18b) et présentent chacune une face latérale (22a) ayant un profil arrondi épousant le profil du bord latéral correspondant de la cavité et qui est en contact glissant avec celui-ci Des moyens (24) sont prévus pour confiner le matériau souple dans la cavité entre les barres de préhension au niveau de leur face de contact respective. Figure pour l’abrégé : Fig. 3. Patin de serrage à flexibilité maximisée pour dispositif de maintien par friction d’un tube de transport de fluides L’invention se rapporte au domaine général du maintien par friction d’un tube utilisé pour le transport de fluides sur le fond marin ou lacustre, notamment dans l’industrie de production d’hydrocarbures sous-marins (pétrole et gaz), mais aussi pour le transport d’autres fluides comme l’eau douce, le C02, l’hydrogène, etc. Un domaine d’application de l’invention concerne le maintien dans une tour de pose d’une conduite destiné au transport sous-marin de fluides. Toutefois l’invention peut également s'appliquer à la pose d'autres tubes utilisés dans cette industrie, tels que des tuyaux flexibles ou des ombilicaux, ou encore des câbles sous-marins utilisés dans les domaines des télécommunications et de la transmission d'énergie. Diverses méthodes sont connues dans l'industrie pétrolière et gazière sous-marine pour installer des conduites rigides et flexibles en mer, comme la pose en S, la pose en J et la pose en bobine. Dans chacune de ces méthodes d’installation, la conduite est suspendue sous forme de caténaire entre le navire de pose et le fond marin, sous la tension de son propre poids. Le poids de la caténaire suspendue entre le navire de pose et le fond marin est supporté par un dispositif de maintien à bord du navire qui applique une force de retenue à la conduite (par exemple un tensioneur vertical ou VLS pour « Vertical Laying System »). Lors de la pose de conduites de grand diamètre en eaux profondes, le dispositif de maintien doit ainsi être dimensionné pour devoir supporter un poids de plusieurs centaines de tonnes. L’une des solutions connues consiste à maintenir la conduite par l’intermédiaire d’une pluralité de pinces disposées les unes au-dessus des autres dans la tour de pose de la conduite, ces pinces supportant chacune une partie de la charge agissant sur la conduite. Dans ces dispositifs de maintien, chaque pince est plus précisément composée de plusieurs patins de serrage uniformément répartis autour de l’axe de la conduite et actionnés par des vérins pour produire une charge radiale sur la conduite à maintenir. Une autre solution consiste à maintenir la conduite par un ou plusieurs tensioneurs constitués de chenilles motorisées garnies de patins de friction et pressées de part et d’autre de la conduite. Il existe différentes architectures de patins de serrage formant ces pinces. On pourra par exemple se référer aux publications WO 2010/061280, US 3,778,094 et GB 1,506,407 qui décrivent des patins de serrage comprenant un boîtier rigide dans lequel est logé un élément déformable et dont la paroi extérieure est de forme concave avec un rayon de courbure sensiblement égal au rayon moyen du tube à maintenir. L'élément déformable se compose d’une pluralité barres de préhension s'étendant selon l’axe longitudinal du tube à maintenir. Cet élément déformable présente ainsi une structure composite qui lui permet de s'adapter aux variations de la section du tube à maintenir. Bien qu’efficaces, il est nécessaire de renforcer la robustesse de ces patins de serrage. En particulier, les niveaux de contrainte autour des barres de préhension les plus proches des bords latéraux du boîtier rigide sont tels que des fissures de fatigue peuvent être observées en service. L’invention a donc pour objet de proposer un patin de serrage pour dispositif de maintien par friction d’un tube qui ne présente pas les inconvénients précités. Ce but est atteint grâce à un patin de serrage pour dispositif de maintien par friction d’un tube utilisé dans pour le transport de fluides sur le fond marin ou lacustre, comprenant une enveloppe en acier dans laquelle est formée une cavité munie d’un fond et de deux bords latéraux opposés qui sont destinés à s’étendre selon un axe longitudinal du tube, la cavité étant remplie d’un matériau souple en polymère dans lequel sont logées une pluralité de barres de préhension réparties entre les deux bords latéraux de la cavité, s’étendant selon l’axe longitudinal du tube et présentant chacune une face de contact qui est destinée à venir en contact avec une surface extérieure du tube, et dans lequel, conformément à l’invention : les barres de préhension latérales qui sont les plus proches des deux bords latéraux de la cavité ont chacune une forme géométrique différente des autres barres de préhension et présentent chacune une face latérale en regard d’un bord latéral de la cavité qui présente un profil arrondi épousant le profil du bord latéral correspondant de la cavité et qui est en contact glissant avec celui-ci afin de confiner latéralement le matériau souple dans la cavité, et le patin comprend en outre des moyens pour confiner le matériau souple dans la cavité entre les barres de préhension au niveau de leur face de contact respective. Le patin de serrage selon l’invention est remarquable notamment du fait que les barres de préhension latérales qui sont les plus proches des deux bords latéraux de la cavité ont chacune une forme géométrique différente des autres barres de préhension. Comme les barres de préhension latérales ont le plus grand déplacement par rapport à la position neutre pour atteindre le plus petit et le plus grand diamètre de la gamme de tuyaux, le fait de réaliser un contact glissant entre le bord latéral de ces barres et la cavité permet d’éviter un problème de taux de cisaillement très élevé dans la couche de polymère entre ces deux surfaces en contact. Selon un mode de réalisation, le patin comprend des bouchons semi-rigides en polymère disposés entre les barres de préhension au niveau de leur face de contact respective afin de confiner le matériau souple dans la cavité entre les barres de préhension. Selon un autre mode de réalisation, le patin comprend des bandes d’acier laminé noyées dans le matériau souple entre les barres de préhension au niveau de leur face de contact respective afin de confiner le matériau souple dans la cavité entre les barres de préhension. Selon encore un autre mode de réalisation, les barres de préhension sont en contact entre elles au niveau de leur face de contact respective afin de confiner le matériau souple dans la cavité entre les barres de préhension. Selon encore un autre mode de réalisation, le patin comprend des soufflets métalliques flexibles soudés entre les barres de préhension au niveau de leur face de contact respective afin de confiner le matériau souple dans la cavité entre les barres de préhension. Selon encore un autre mode de réalisation, le matériau souple est confiné dans la cavité par un matériau en polymère plus rigide qui enveloppe complètement le matériau souple. De préférence, les barres de préhension centrales situées entre les barres de préhension latérales présentent chacune une partie noyée dans le matériau souple qui est arrondie de façon à atténuer les fortes concentrations de contrainte dans le matériau souple à l’interface avec l’enveloppe. De préférence également, les barres de préhension présentent, au niveau de leurs faces latérales en regard, au moins une encoche d’ancrage dans le matériau souple. Ces encoches d’ancrage permettent d’améliorer l’ancrage des barres de préhension dans le matériau souple. Les bords latéraux de la cavité peuvent être recouverts d’une couche de polymère thermoplastique présentant un faible coefficient de frottement. Le patin peut comprendre en outre un vérin ayant une tige destinée à être disposée selon une direction radiale au tube et à l’extrémité de laquelle est montée l’enveloppe. De préférence encore, la face de contact des barres de préhension qui est destinée à venir en contact avec la surface extérieure du tube présente des stries, des moletages ou des usinages afin d’améliorer la tenue de la surface glissante de la conduite. L’invention a également pour objet un dispositif de maintien par friction d’un tube, comprenant deux patins de serrage tels que définis précédemment qui sont disposés en regard l’un de l’autre par rapport à l’axe du tube. L’invention a encore pour objet un dispositif de maintien par friction d’un tube, comprenant au moins trois patins de serrage tels que définis précédemment, lesdits patins étant espacés angulairement les uns des autres de manière régulière. FIG. 1 à FIG. 1 La FIG. 1 , la FIG. 1 , et la FIG. 1 représentent différentes configurations d’un dispositif de maintien conforme à l’invention. FIG. 2 La FIG. 2 représente est une vue en perspective d’un patin de serrage du dispositif de maintien selon l’invention. FIG. 3 La FIG. 3 est une vue en coupe transversale partielle d’un patin de serrage selon un premier mode de réalisation de l’invention. FIG. 4 La FIG. 4 est une vue en coupe transversale partielle d’un patin de serrage selon une variante de réalisation du premier mode de réalisation de l’invention. FIG. 5 La FIG. 5 est une vue en coupe transversale partielle d’un patin de serrage selon un deuxième mode de réalisation de l’invention. FIG. 6 La FIG. 6 est une vue en coupe transversale partielle d’un patin de serrage selon un troisième mode de réalisation de l’invention. FIG. 7 La FIG. 7 est une vue en coupe transversale partielle d’un patin de serrage selon un quatrième mode de réalisation de l’invention. FIG. 8 La FIG. 8 est une vue en coupe transversale partielle d’un patin de serrage selon un cinquième mode de réalisation de l’invention. L’invention concerne le maintien par friction d’un tube utilisé pour le transport de fluides sur le fond marin ou lacustre, notamment dans l’industrie de production d’hydrocarbures sous-marins. En particulier, elle concerne le maintien dans une tour de pose d’une conduite destiné au transport sous-marin de fluides telle que celles représentées sur les figures 1A à 1C, mais aussi la maintien d’une conduite par un ou plusieurs tensioneurs constitués de chenilles motorisées garnies de patins de friction et pressées de part et d’autre de la conduite. Les figures 1A à 1C montrent différentes configurations possibles d’un dispositif de maintien d’une conduite dans une tour de pose. Le dispositif de maintien 2a de la FIG. 1 comprend ainsi six patins de serrage 4 qui sont espacés angulairement les uns des autres de manière régulière autour d’un axe X-X d’une conduite 6a ayant un diamètre Da. Le dispositif de maintien 2b de la FIG. 1 comprend également six patins de serrage 4 qui sont espacés angulairement les uns des autres de manière régulière autour d’un axe X-X d’une conduite 6b ayant un diamètre Db (inférieur au diamètre Da de la conduite 6a de la FIG. 1 ). Enfin, le dispositif de maintien 2c de la FIG. 1 comprend trois patins de serrage 4 qui sont espacés angulairement les uns des autres de manière régulière autour d’un axe X-X d’une conduite 6c ayant un diamètre Dc (inférieur aux diamètres Da et Db des conduites des figures 1A et 1B). Bien entendu, il est possible d’imaginer que le dispositif de maintien selon l’invention comprenne alternativement quatre ou huit patins de serrage. De même, le dispositif de serrage pourrait comprendre plusieurs séries d’au moins trois patins de serrage qui sont décalées les unes par rapport aux autres le long de l’axe de la conduite. Selon l’invention, comme représenté sur les figures 2 et 3, chaque patin de serrage comprend une enveloppe 8 en acier dans laquelle est formée une cavité 10. La cavité 10 est munie d’un fond 12 et de deux bords latéraux 14 opposés qui sont destinés à s’étendre selon un axe longitudinal X-X de la conduite. Cette cavité 10 est remplie d’un matériau souple en polymère 16, par exemple en polyuréthane. De préférence, il s’agira d’un polyuréthane ayant une dureté d’environ 40 à 70 Shore A. A l’intérieur de ce matériau souple 16 est logée une pluralité de barres de préhension 18a, 18b qui s’étendent selon l’axe longitudinal X-X de la conduite et qui sont réparties entre les deux bords latéraux 14 de la cavité 10. Plus précisément, le patin de serrage comprend deux barres de préhension latérales 18a (à savoir celles qui sont les plus proches des deux bords latéraux 14 de la cavité 10), et plusieurs barres de préhension centrales 18b situées entre ces deux barres de préhension latérales 18a. Les barres de préhension centrales 18b du patin de serrage présentent chacune une partie (majoritaire) qui est noyée dans le matériau souple 16, et une partie émergée qui est sensiblement plane pour venir en contact avec une surface extérieure de la conduite 6. La partie noyée des barres de préhension centrales est collée au matériau souple 16. De façon avantageuse, la face de contact des barres de préhension 18a, 18b qui est destinée à venir en contact avec la surface extérieure de la conduite 6 présente des stries, des moletages ou des usinages afin d’améliorer la tenue de la surface glissante de la conduite. Selon l’invention, les barres de préhension latérales 18a ont chacune une forme géométrique différente des autres barres de préhension centrales 18b. En outre, elles possèdent chacune une face latérale 22a en regard d’un bord latéral 14 de la cavité 10 qui présente un profil arrondi épousant le profil du bord latéral correspondant de la cavité et qui est en contact glissant avec celui-ci. Par ailleurs, toujours selon l’invention, il est prévu des moyens pour confiner le matériau souple 16 dans la cavité 10 entre les barres de préhension 18a, 18b au niveau de leur face de contact respective. Comme les barres de préhension latérales 18a ont le plus grand déplacement par rapport à la position neutre pour atteindre le plus petit et le plus grand diamètre de la gamme de conduites à maintenir, la meilleure façon pour atténuer le taux de cisaillement dans la partie latérale du lit de matériau souple est de réaliser un contact glissant entre la face latérale des barres de préhension latérales et la cavité. De plus, comme le polymère souple du matériau souple remplissant la cavité est fortement comprimé lors de la compression radiale du patin, il est nécessaire de le confiner entre l'enveloppe du patin et les barres de préhension. A cet effet, dans le premier mode de réalisation représenté sur la FIG. 3 , le patin 4-1 comprend en outre des bouchons 24 semi-rigides en polymère qui sont disposés entre les barres de préhension adjacentes18a, 18b au niveau de leur face de contact respective afin de confiner le matériau souple dans la cavité entre les barres de préhension. Par exemple, lorsque le matériau souple 16 est un polyuréthane ayant une dureté d’environ 40 Shore A, les bouchons 24 pourront être réalisés en polyuréthane ayant une dureté d’environ 90 Shore A. Dans la variante de réalisation de ce premier mode de réalisation qui est représentée sur la FIG. 4 , les faces en regard des barres de préhension 18a, 18b du patin 4-2 qui reçoivent les bouchons 24 présentent des rainures 24a permettant d’améliorer l’ancrage des bouchons. Dans le deuxième de réalisation représenté sur la FIG. 5 , le patin4-3 comprend des bandes d’acier laminé 26 qui sont noyées dans le matériau souple 16 entre les barres de préhension 18a, 18b au niveau de leur face de contact respective afin de confiner le matériau souple dans la cavité entre les barres de préhension. Dans le troisième de réalisation représenté sur la FIG. 6 , les barres de préhension 18a, 18b du patin 4-4 sont en contact entre elles au niveau de leur face de contact respective afin de confiner le matériau souple 16 dans la cavité entre les barres de préhension. Dans le quatrième de réalisation représenté sur la FIG. 7 , le patin 4-5 comprend des soufflets 28 métalliques flexibles qui sont soudés entre les barres de préhension 18a, 18b au niveau de leur face de contact respective afin de confiner le matériau souple dans la cavité entre les barres de préhension. Dans le cinquième de réalisation représenté sur la FIG. 8 , le matériau souple 16 du patin 4-6 est confiné dans la cavité par un matériau en polymère 30 plus rigide qui enveloppe complètement le matériau souple 16. Par exemple, si le matériau souple 16 est un polyuréthane ayant une dureté d’environ 40 Shore A, le matériau plus rigide 30 pourra être un polyuréthane ayant une dureté d’environ 90 Shore A. Comme représenté sur la FIG. 8 , les bords latéraux de la cavité 10 peuvent être recouverts d’une couche 32 de polymère thermoplastique à faible coefficient de frottement, par exemple de Téflon ® . De préférence, la partie noyée des barres de préhension centrales 18b présente un profil en coupe transversale 20 qui est arrondi afin d’atténuer le taux de cisaillement du matériau souple. De préférence également, les barres de préhension centrales 18b présentent au niveau de chacune de leurs deux faces latérales 34 au moins une encoche d’ancrage 36 dans le matériau souple. De façon avantageuse, ces encoches d’ancrage 36 présentent un profil arrondi. De même, les deux barres de préhension latérales 18a présentent chacune au niveau de leur face latérale 38 opposée à la face latérale 22a au moins une encoche d’ancrage 40 dans le matériau souple. De façon avantageuse, ces encoches d’ancrage 40 présentent également un profil arrondi. Selon une autre disposition avantageuse représentée sur la FIG. 1 , certains au moins des patins de serrage 4 du dispositif de maintien peuvent comprendre en outre un vérin 42 dont la tige 44 est alignée avec une direction radiale Z-Z à la conduite 6a et à l’extrémité de laquelle est montée l’enveloppe 8 du patin de serrage. Patin de serrage (4-1 à 4-6) pour dispositif de maintien par friction (2a-2c) d’un tube (6a-6c) utilisé pour le transport de fluides sur le fond marin ou lacustre, comprenant une enveloppe (8) en acier dans laquelle est formée une cavité (10) munie d’un fond (12) et de deux bords latéraux (14) opposés qui sont destinés à s’étendre selon un axe longitudinal (X-X) du tube, la cavité étant remplie d’un matériau souple (16) en polymère dans lequel sont logées une pluralité de barres de préhension (18a, 18b) réparties entre les deux bords latéraux de la cavité, s’étendant selon l’axe longitudinal du tube et présentant chacune une face de contact qui est destinée à venir en contact avec une surface extérieure du tube, caractérisé en ce que : les barres de préhension latérales (18a) qui sont les plus proches des deux bords latéraux (14) de la cavité ont chacune une forme géométrique différente des autres barres de préhension (18b) et présentent chacune une face latérale (22a) en regard d’un bord latéral (14) de la cavité qui présente un profil arrondi épousant le profil du bord latéral correspondant de la cavité et qui est en contact glissant avec celui-ci afin de confiner latéralement le matériau souple dans la cavité, et le patin comprend en outre des moyens pour confiner le matériau souple (16) dans la cavité (10) entre les barres de préhension au niveau de leur face de contact respective. Patin (4-1 ; 4-2) selon la revendication 1, comprenant des bouchons (24) semi-rigides en polymère disposés entre les barres de préhension (18a, 18b) au niveau de leur face de contact respective afin de confiner le matériau souple (16) dans la cavité (10) entre les barres de préhension. Patin (4-3) selon la revendication 1, comprenant des bandes d’acier laminé (26) noyées dans le matériau souple(16) entre les barres de préhension (18a, 18b) au niveau de leur face de contact respective afin de confiner le matériau souple dans la cavité entre les barres de préhension. Patin (4-4) selon la revendication 1, les barres de préhension (18a, 18b) sont en contact entre elles au niveau de leur face de contact respective afin de confiner le matériau souple dans la cavité entre les barres de préhension. Patin (4-5) selon la revendication 1, comprenant des soufflets (28) métalliques flexibles soudés entre les barres de préhension (18a, 18b) au niveau de leur face de contact respective afin de confiner le matériau souple dans la cavité entre les barres de préhension. Patin (4-6) selon la revendication 1, dans lequel le matériau souple (16) est confiné dans la cavité (10) par un matériau en polymère (30) plus rigide qui enveloppe complètement le matériau souple. Patin selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les barres de préhension centrales (18b) situées entre les barres de préhension latérales (18a) présentent chacune une partie noyée dans le matériau souple (16) qui est arrondie. Patin selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel les barres de préhension (18a, 18b) présentent, au niveau de leurs faces latérales en regard, au moins une encoche d’ancrage (36, 40) dans le matériau souple. Patin selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel les bords latéraux (14) de la cavité (10) sont recouverts d’une couche (32) de polymère thermoplastique. Patin selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant en outre un vérin (42) ayant une tige (44) destinée à être disposée selon une direction radiale (Z-Z) au tube et à l’extrémité de laquelle est montée l’enveloppe (8). Patin selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel la face de contact des barres de préhension (18a, 18b) qui est destinée à venir en contact avec la surface extérieure du tube présente des stries, des moletages ou des usinages afin d’améliorer la tenue de la surface glissante de la conduite. Dispositif de maintien par friction d’un tube, comprenant deux patins de serrage (4) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10 qui sont disposés en regard l’un de l’autre par rapport à l’axe longitudinal (X-X) du tube. Dispositif de maintien par friction d’un tube, comprenant trois, quatre, six ou huit patins de serrage (4) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, lesdits patins étant espacés angulairement les uns des autres de manière régulière.