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Z~ 3
La présente invention concerne un dispositif d'amarrage d'une ins-
tallation flottante à une installation marine ayant une position sensiblement
fixe par rapport au fDnd de l'eau.
L'installation flottante peut 8tre un navire et l'installation
marine une bouée d'amarrage située à une certaine distance des côtes. L'ins-
tallation marine peut également être une bouée de chargement et/ou de déchar-
gement de la cargaison d'unnavire,une installation à partir de laquelle sont
effectuées ou contr81ées des opérations telles que le forage du sol marin,
la récupératinn de produits pétroliers, etc... ou encore une bouée, un coffre
flottant, un réservoir, etc...
ûn connaît déjà des systèmes d'amarrage d'un navire sur une struc-
ture telle qu'un coffre flottant ou sur une colonne oscillante, utilisant des
bras tournants. ne tels systèmes sont par exemple décrits dans le brevet
français 1 ~û3 ~93 et dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique 3 354 ~79 et
3 9û3 212. Dans ces systèmes, la structure d'amarrage est coiffée par un bras
rigide solidaire du navire et prolongeant celui-ci au-del~ de l'étrave au
niveau de laquelle il est articulé en tangage. Afin de permettre la rotation
du bras et du navire autour de l'axe vertical de la structure, la liaison
entre le bras et la structure d'amarrage est réalisée à l'aide d'un pivot, à
roulement à billes ou à rouleaux, appelé table tournante ou couronne d'orien-
tatlon.
De tels dispositifs présentent maints incon~énients du point de vue
de l'endurance, de la fiabilité et du rendement constructif.
D'une part, très sensibles à la corrosion marine, les couronnes
d'orientation qui sont conçues, romme tout roulement à boilles, pour tourner
vite en faisant travail~er successivement et de facon similaire tous leurs
éléments constitutifs, sont, par ailleurs, mal adaptées à résoudre le problème
de la rotation lente et peu fréquente où des efforts alternés imposés par la
houle sont appliqués le plus souvent sans rotation sensible. Les vents dDmi~
3û nants maintenant statistiquement le navire, donc le bras et la table tournante,
dans une orientation privilégiée, la même zone de la couronne et les mAemes
billes sont constamment sollicitées, ce mode de fonctionnement impose un tel
surdimensionnement de CBS organes que cela crée actuellement des problèmes de
réalisation pour dPs installations de grandes dimensions~
Par ailleurs, un tel dispositif conduit à introduire
de façon concentree, par l'intermediaire de la couronne d'o-
rien-tation, des efforts d'encastrement generalement enormes,
au niveau du centre de la plate-forme superieure de la structure
d'amarrage, ce qui necessite d'-importants renforts pour repartir
ces efforts dans l'ensemble de la structure.
L'objet principal de l'invention est de realiser un
nouveau dispositif tournant, permettant l'amarra~e permanent
d'un navire sur une installation assujettie à un point fixe du
fond de l'eau, de façon plus fiable, plus endurante, et d'un
rendement constructif plus eleve que les dispositifs actuelle-
ment connus et pouvant être mis en oeuvre quelles que soient les
dimensions des installations.
Cet objet de l'invention est realise dans un disposi-
tif pour amarrer une installation flottante à une installation
marine assu~ettie à un point fixe du fond de l'eau et dont une
portion au moins de la surface exte.rieure a une Eorme sensible
ment cylindrique d'axe vertical, ce dlsposi-tif comportant un
~ras de liaison rigide qui pendant l'utilisation du dispositif
est articule autour d'un axe horizontal de l'installation
flottante. Ce dispositif est caracterise en ce que ce bras
de liaison porte des moyens de roulement et en ce que des moyens
de solidarisation maintiennent ces moyens de roulement en contact
avec la portion cylindrique de la surface exterieure de l'ins-
tallation marine en permettant une rotation relative du bras et
de l'installation marine autour de l'axe vertical de cette
derniere.
Les caracteristiques et avantages de l'invention
seront mieux compris à la lecture de la description qui s.uit
de plusieurs exemples de realisation et en se referant aux
dessins annexes, dans lesquels:
-- 2 --
z9~
- la.figure 1 est une vue en.elevation d'un exemple
de realisation de l'invention,
- la.figure 2 est une vue de dessus de cet exemple
de realisation,
- la.figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III
de la figure 2,
- la figure 4 représente un second mode de realisation
du bras de liaison,
- la figure 4A est une vue en coupe selon la ligne IV
de la figure 4,
- la figure 5 illustre un troisieme mode de realisa~
tion du bras de liaison,
- la figure 5A est une vue en coupe selon la ligne V
de la figure 5,
- les figures 6A et 6B illustrent un autre mode de
realisation et
. - la figure 7 schématise une variante de réalisation de
l'invention.
Sur les figures 1, 2.et 3.on a représente un premier
.exemple de réalisation du dispositif d'amarrage selon l'inven-
~ :: . tion ou une instaLlation flottante 1, telle qu'un navire, est
." . amar~ée à poste fixe autour d'une installation marine 2, telle
- ` . - qu'une bouee flottante cylindrique, assujettie au fond de l'~eau
par des lignes d'ancrage funiculaire 3, 3a, 3b, 3c... par
l'intermediaire des chaumards 4, 4a, 4b, 4c..., le niveau de
. . . l'eau étant schématisé par.la ligne 5.
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Le dispositif cornporte un bras de liaison rigide 6 ayant,par exemple,
une structure tubulaire trianguléeO Ce bras prolonge le navire 1 au-delà
de la proue7. ~ est articulé, au niveau de sa fixation sur l'étrave du navire
renforcée par les ferrures 3, selon un axe horizontal 12 perpendiculaire au
plan de symétrie longitudinal du bateau,par l'intermédiaire des paliers 9.
A l'extrémité opposée à l'articufl~altlion 9, le bras 6
supporte à un premier niveau deux poulies/10 et 10a et quatre roues 11, 11a,
11b, 11c munies de bandages pneumatiques De meme, à un second niveau, deux
poulies 10b et lDc et quatre roues 11d, 11e, 11f, 11g munies de bandages pneu- -
matiques sont fixées au bras 6. Les axes de rotation tels que 13 et 14(fig. 3),des
poulies et des roues sont rnaintenus parallèles à l'axe vertical 15 de la bouée ~-
cylindrique 2 lorsque les bandes de roulement de ces roues sont en contact avec
la paroi extérieure cylindrique 16 de la bouée. Chacun des arbres, tel& que
17 et 1a, supportant les paliers de roulement, par exemple 19, l9a des roues
et 20, 20a des poulies,relie deux noeuds de convergence~ par exr3mple 21 et 22,
des tubes dè la structure triangulaire du bras de liaison 6.
Les huit roues 11 à 119 sont maintenues en contact avec la paroi 16
de la bouée 2 ~ llaide de deux sangles ou courroies souples en forme de boucle
fermée qui ceinturent,chacune à leur niveau,à la fois les poulies folles rt
2D la paroi de la bouér-~. La sangle supérieure 23 est tendue par les poulies 10 et
10a~ la sangle inférieure 24 par 12s poulies lDb et 10c.
~ ':
Les tubes formant la s-tructure triangulée du bras 6 ainsi que les
roues et les poulies supportées par celle-ci, seront avantageusement réalis-3s ~ -
comme des enceintes closes et étanches à l'eau. De préférence, l'ensemble forrnépar le bras 6~ les roues 11 à 119 et les poulies 10 à 10c présente une flotta~
bilitÉ positive pour que cet ensemble flotte sans peser au niveau du contact
des roues sur la paroi de la bouée~ De façon avantageuse les surfaces
en contact des sangles, de la bouée et des poulies d'une part, des roues et de
la bouée d'autre part~ présenteront des profils complémentaires permettant
de maintenir un positionnement précis de ces organes entre eux Par exemple,
et comme représenté en 25 sur la figure 3, ces profils pourront avoir la forme
d'ondulations horizontales, mais il est également pcssible de disposer ces
ondulations verticalement ou suivant une direction inclinée sur l'axe vartical.
~Z~;~6C~ ~
Le fonctionnement du système ainsi décrit est facile à comprendreO
Les pneumatiques des rDues 11 à 11g étant degonflés, on approche le
bras 6 de la houée 2 jusquià ce que les roues entrent en contact avec la sur
face extérieure 16 de la bouée. Les sangles ou ceintures 23 et 24 sont mises
en place. Le gonflage des pneumatiques des roue5 11 à 11g met en tension lzs
sangles 23 et 2~ par l'intermédiaire des poulies 10 à 10co Le bras de liaison 6est ainsi rendu solidaire en tangage et en roulis des mouvements de la bouée.
En revanche, le bras 6 peut pivoter autour de l'axe vertical da la bouée. Ce
pivotement est permis d'une part par les roues 11 à 119 qui en tournant sur
elles-mêmes vont cheminer sur la surface latérale 16 de la bouée et par les
sangles 23 et 24 qui s1écartent au fur at à meSLIre du pivotement du bras 6, en
- laissant le passage aux poulies folles 10 à 10c qui roulent le long de la face interne des sangles en tournant sur elles-mêmes.
Lorsque sous les effets conjugués du vent, du courant et des vagues?
le navire l subit une tra~Lnée longitudinale, celle-ci produit un effort cle
traction qui, transmis par le bras 6 aux paliers des poulies 10 à 10c,
tend les deux sangles 23 at 24 retenues par la bouée ancree 2
sur la paroi latérale de laquelle elles S'appLIient sur une grande surface
Lorsque, sous l'effet des mouvements orbitaux de la houle, la navire 1
est animé d'un mouvement`de cavalement, la tendance au déplacement de celui-ci
Pn direction de la bouée 2 est stoppée par appui des roues 11 à 119 sur la
paroi latérale 16 de ladite bouée, avec compression des pneumatiques.
Lorsque la direction du vent, du courant ou des vagues change, le
navire 1 pivote comme une girouette autour de l'axe de la bouee, comme
décrit ci-dessus, et~ prend une nouvelle position.
Lorsque sous lteffet d'une houle dirigée selon l'axe longitudinal du
navire, celui-ci, ainsi que la bouée, sont animés de mouvements de pilonnement
et de tangage créant des dénivellations importantesde l'un par rapport à ltautre,
l'ensemble du bras 6 et de la bouée 2 oscille autour de l'axe 12 et de l'articu-
lation 9.Le moment ds l'encastrament ainsi raalisé du bras 6 sur la bouée 2 ast,selon son orientation, repris par tension de la sangle supérieure 23 combinée
à un appui, avec compression oes pneumatiques, des roues inférieures 11ù, lle,
11f et 119 sur la parii~ infér eure oe la paroi 16 de la bouae 2, ou par tension
~LZ~:~6~
do la sangle inférieure 24 combin~e à un appui, avec compression des pneumati-
ques~ des roues sup~rieures 11, 11a, 11b, 11c sur la partie supérieure de la
paroi 16 de cette m~me bouée. Dans ce cas, lleffnrt tranchant, au niveau de la
liaison bras-bouée est transmis par adhérence des pneumatiques sur la poroi de
la bouée ou par cisaillement-mutuel des bGurrelets que présente leur surface
Dndulée ou annelée25.
Lorsque le navire change de cap pour se mettre dans le lit du vent,
la houle transversale le soumet à un mouvement de roulis. Un moment de torsion
est alors introduit dans le bras 6 par les paliers 9. Ce momsnt de torsion est
- 10 transmis à la bouée 2 par adhérence des pneumatiques des roues 11 à 11g ou par
cisaillement mutuel des bourrelets de leur surface ondulée 2S.
.
Le couple de torsion et l'effort tranchant dû aux moments de tangage,
peuvent etre transmis de facon plus positive en adoptant llun des modes de
réalisation illustrés par les figures 4, 4A, 5 et 5A.
.
Dans le cas representé sur les figur~s 4 et 4A an utilise des roues
profilées26a, 26b~ 26c et 26d ayant la forme de roues de wagonnet qui coopèrent
avec des rails 27a et 27b solidaires de la bouée 2,
Sur les axes de rotation 2B des roues ~6a, 26b et cles roues 26c et
26d sont montées les poulies 10 et 1Oa sur lesquelles passe la courxoie 23~ Des
poulies auxiliaires 29 et 30 portées par le bras 6 assurent une longueur de
contact suffisante entre la courroie 23 et les poulies 10 et 1Da. Un vérin
hydraulique ou mécanique 31, solidaire du bras 6, permet de régler la tension -
de la courroie 23 par déplacement dlune poulie 32 fixée à l~extrémité d~ la
tige mobile 33 du vérin.
Les figures 5 et 5A représentent un autre mode de réalisation du bras
de liaison o permettant l'amarrage du navire 1 sur une colonne flottante 2
assujettie au fond de la mer à llaide des lignes d~ancrage 36, 36a, etc... par
ltintermédiairs des chaumards 37 et de points dlancrage tels que 38 fichPs dans -;~
le sol sous-marin 39. Dans ce cas, le bras 6 est composé de deux éléments dis~ ;
tincts 6a et 6b articulés entre eux selon un axe 40 parallèle à l'axe dtarti
culation 12. Le premier élément 6a a la forme d~un cadre qui supporte les
poulies 10, 1Qa de mise en tensior des sangles 23 et 24, et les rouDs 11, 11a...Le second elément 6b est une poutre balancier articulée autour de llaxe 12 sur
le navire 1. Las ruues 10~ 10a~ 10b .,0~ ainsi que les courroies 23 et 24
~1~9~
cylindriques 3~a et 3~b
prennent appui sur la surface lat~rale dPs collerettes / rapportées sur la
colonne 2 dans le but de ménager des bandes de rDulement plates en
forme de couronne. ~es rDues ~1, 41a, ~1b, ~1c, dont les axes sont disposés
radialement par rapport à la colonne 2 prennent 2ppUi sur les flancs plats
en forme de couronne 33 et 35 des collerettes cylindriquss 34a et 3~b rapportéesautour de la colonne 2
Les avantages d'un tel dispositif dlamarrage résultent de la nature
et de l'arransement des divers cunstituants qui concourent à l'obtention d'un
rendement constructif élevé Les efforts provenant du bras de liaison sont
ou colonne 2
introduits sur la bouée / de facon diffuse sur une grande surface, avec des
faibles pressions d'appui sur une structure de forme cylindrique bien adaptée
à recevoir,sans renforts excessifs,des effor-ts de compression. Ces efforts
transmis par les sangles et les roues à deux niveaux très écartés l'un de
llautre permettent la reprise du moment d'encastrement du bra5 ri9ide sur la
houée. Ces efforts de réaction aux appui5 sont dlautant plus faibles que le
bras de levier est grand. De plus, les propriétés élastiques et plastiques des
sangles et roues à pneumatiques permettent d'écrêter les efforts engendres par
certains impacts brutaux dns aux actions dynamiques alternées de la houle.
Z
Par ailleurs, les colonnes cylindrique~qui ne comportent aucun organe
mécanique, peuvent etre réalisées de facon économique entièrement chaudronnées~
sans tolérances précises, ni usinages et les liaisons par sangles e~ pneum3-
~tiqùes sont~ contrairement à des mécanismes à rouiements à billes, rigoure-lse-ment insensibles à la corrosion marine.
Si besoin est, en cas d'apparition de conditions météo océanologiques
extremes d'une telle ampleur que l'installation dans sa totalité ne puisse les
affronter sans dommagPs, il est possible de désamarrer rapidement le navire,
afin de préserver l'intégrité de llancrage de la bDuée/et par là-même d'éviter
la détérioration des installations et liaisons sous-marines. Il suffit,pour
obtenir cette séparation rapide entre bouée et navire,de sectiunner les sangles
de retenue,par exemple à l'endroit DU la bande qui constitue chacune d'elles
est~comme représenté à la figure 2, refermée sur elle-meme à l'aide de ferrures
51 et 51a boulonnées entre elles~ qui viennent pincer ses extrémités, en
détruisant, par commande à distance, cet assemblase à l'aide de boulons explo-
sifs 52
Les figures 6A et 6B rsprésentent une variante de réalisation de
l'invention.
Selon ce mode de réalisation, on empêche les glissements relatifs
des ceintures 23, 24 et de la bouée 2 dans la direction parallèle à l'axe de
cette dernière en placant les ceintures dans des gorges ménagées sur la
bouée 2. Ces gorges sont, par exemple, délimitées par la paroi verticale de
la bouée et des flasques 61 solidaires oe la bouée. De plus, les efforts
tranchants au niveau de la liaison bras-bouée sont transmis par l'intermédiaire
des ceintures. En effet, CDmme on peut le voir sur la figure 6b pour chaque
ceinture~ la surface extérieure 62 opposée à celle qui est en contact avec la
paroi cylindrique de la bouée 2 a un profil concave. Cette surface extérieure
constitue la bande de roulement pour les moyens de roulement dont les roues telles
équipées
que 11b sont/ de pneumatiques ayant une surface extérieure convexe sensible-
ment complémentaire de la surface extérieure 62 des ceintures. Pour assurer
un roulement correct des moyens de roulement sur les ceintures, chaque ensemble
de roues est porte par un support 6~ articulé autour d'un axe 63 disposé radia-
lement par rapport à la bouée 2 dans un plan parallèle à l'axe 12.
Des modifications pourront 8tre apportées sans pour autant sortir
du cadre de la présente invention. Par exemple, on a représenté sur les figures
l'ancrage d'un navire à une bouée de surface, mais il n'est pas exclu de mettre
en oeuvre tout autre type d'installation marine tel que tour, etc... pourvu
que ces installations présentent sur une portion au moins de leur longueur une
surface extérieure cylindrique.
Le nombre de roues et de poulies pourra être différent de celui
représenté sur les figures. Par exemple, romme le montre schématiquement la
figure 7, on pourra utiliser pour chaque sangle ou ceinture 60 une seule
poulie 10 associée à deux roues 11, ces trois éléments tournants étant dis-
posés au sommet d'un triangle.
:::
De plus, le nombre de sangles peut varier et sera déterminé par le
technicien en fonction des efforts qui devront 8tre supportés par le dispo-
sitif pourvu que les sangles maintiennent en contact les roues et leurs
chemins de roulement sur l'installation marine 2.
Il est égalernent possible de remplacer la bouée Flottante par une
bouée immergée à plus ou moins grande profondeur, le bras 6 ayant une forme
correspondante et étant oallasté convenablement.
:
9~
Les sangles ou courroies pourront être réalisées de façon connue en
soi. Par exemple, elles pourront être constituées d'un matériau plas-
tique, armé par des couches de fils, bandes ou torons, ou par des nappes
de fils tressés. Ces armatures supportant les eFForts mécaniques appliqués
aux courroies pourront etre métalliques ou réalisées à partir de fibres de
verre ou fibres plastiques commercialisées sous le nom de KEVLAR, etc...
Les ceintures pourront également être constituées par des câbles ou
des chalnes.
Toutes les installations décrites ci~dessus ne sont que des exemp]es
d~ réalisation de l~invention. Ces diverses solutions technologiques adoptées
peuvent etre combinées entre elles de diverses façons pour résoudre un pro-
blème dlensemble posé pa~ une application particulière à un cas donné.
Le dispositif tournant dlamarragr~ d'un navire sur une bouée cylin^-
drique s~applique particulièrelnent à la réalisation d~installations rJe pro-
duction temporaire de pétrole à partir d'un g:isement sous-marin où la bouée
ancrée supporte les conduites flexibles de liaison 63 r~ntre les tetes de ~ui-tssous-marines et la surface et où le navire est un navire rsservoir équipé
d'installations de traitement de la production.
A cet effet, comme représenté aux figures 1 et 2 la structure tubu~
laire du bras supporte les tuyauteries rigides de trans~ert de fluide 53, 54
etc. . prolongées à leurs extrémités par des tuyauteries flexibles 55, 56,
57 etc... de liaison avec les circuits du navire e-t de la bouée.
Elle peut aussi être équipée avantageusement par des passerelles 5
d'accès du personnel dlentretien entre navire et bouée, et par une grue 59 de
déchargement de matériel sur la bouée.
