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Procédé de construction d'une structure offshore en béton haute
de plus de 200 m et ~tabilisée par son propre poids sur le fond
L'invention concerne un procédé de construction d'une
structure offshore en béton haute de plus de 200 m et stabilisée
par 30n propre poids sur le fond. Une telle structure est destlnée
à supporter une plate-~orme de travail "off shore" au-dessus de
l'eau, par exemple à 20 m au-dessus du niveau moyen de la mer, en
s'appuyant sur le fond, par exemple à 200 m ou 350 m de profon-
deur On peut notamment disposer sur cette plate-forme des dispo-
sitifs de forage et/ou d'exploitation d'un gisement pétrolifèresous-marin. La plate-forme peut par exemple avoir en plan la
forme d'un triangle équilatéral ou d'un carré de 150 m environ de
côté. La structure de support la soutient alors par 3 ou 4 colon-
nes creuses disposées aux sommetg du triangle ou du carré. Ces
colonnes sont généralement réunies à leur base par une embase
constituée de compartiments étanches et reposant ~ur le fond.
La construction d~une telle structure en béton est évidem-
ment très différente de celle d'une gtructure métalllque, dont
les éléments sont beaucoup plus légers. Elle oomporte de manière
connue les opérations suivantes : préfabrication sur un site
abrité, mise en flottaison, remorquage ~usqu'au site définitif en
position verticale, et immersion définitive pour mettre l'embase
en appui sur le fond marin. Le~ opérations de mise en flottaison
et d'lmmersion sont réalisées par de~ remplissages et des
vidages, ("ballastages" et "déballastage~") des compartiments de
l'embase et des colonnes, à l'aide de pompes et de vannes permet-
tant l'lntroduction de l'eau de mer ou d'air sous pression.
Jusqu'à présent les structures offshore en béton de grandes
dimensions sont construites verticalement et maintenues dans
cette po~ition tant pendant le transport (structure flottante
remorquée) que durant les opérations d'immersion provisoire et
définitive.
Après mise en appui définitif de la structure, la plate-
forme de travail est posée et as~emblée sur les sommets des colon-
nes au-de~sus de l'eau.
Le procédé de construction connu qui vlent d'être décrit
nécessite, pour la construction de gtructure du type poids,
c'est-à-dire stabilisée par son propre poids, des chantiers de
pré~abrlcation d'autant pluq ~rands et des engins de levage
d'autant plus puissants et coûteux que la profondeur du fond
marin sur lequel la structure doit être appuyée est plu grande.
Il était admiq par les spéclalistes qu'il n'était pas économi-
quement acceptable de dépa~ser des fonds de 200 mètres envlron.
Les grandes profondeurs aménent en e~et à des poids et
dimensions très grands pour la structure de support :
- masse déplaoée de 1'ordre de 400 000 tonnes à 500 000 tonnes
pour une structure destin~e à une profondeur d'eau de l'ordre
de 350 mètres,
- diamètre extérieur des colonnes supérleur à 25 2ètres à l'étage
inférieur.
On peut citer à ce su~et "l'article de Jacques BOSIO
dans "Pétrole Informations" du 12 avril 1979, et en particulier
sa figure 3.
La présente invention a pour but de permettre de construire
plus facllement une structure de support rigide pour plate-~orme
de travail à l~air libre en appui ~ur des ~onds de 200 à
600 nètres environ, et de permettre son transport avec un tirant
d'eau beaucoup plU9 raible que ces ronds.
Elle a pour obJet un procédé de construction d'une struc-
ture o~shore en béton haute de plus de 200 m et stabilisée par
son propre poids sur le fond, ce procédé comportant 1e9 étapes
suiva~tes :
- préfabrication, sur un site de préfabrication abrité en bord de
mer, d'un ensemble flottant constitué par une embase à compar-
timents surmontée de colonnes creu~es,
- transport de cet ensemble flottant ~usqu'à un site d'a~semblage
au large~ les colonnes etant dis~osées verticalement,
- et immersion de cet er4se~ble sur un ~ite définitif par remplis-
3~ sage progressi~ de compartiments et des colonnes par l'eau, de
:
: ~ '
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manlère à faire reposer l'embase sur le fond,
ce proc~dé étant caractéri~é par le fait que
- l'étape de prérabrlcatlon comporte la construction d'une
succe~lon d~engembleg pour constltuer chacun un étage de la
structure de support, avec au molns un étage lnrérleur et un
éta8e supérleur, chaque étage comportant une embase horlzon-
tale polygonale à compartiment~ surmontée de colonnes oreuses
vertlcales de même hauteur di3posées aux ~ommets du polygone de
l'embase,
- ce procédé comportant cn outre,
une étape de mlse en flottai30n de chacun de ces étages sur le
site de préfabrlcation,
- ladite étape de tran~port ~usqu'à un site d'assemblage étant
appliquée à chacun de oes étages,
- une étape de ba~cltlement de chaque étage par remplissage
progressir des compartiments de l'embase, de manière à faire
flotter deux colonnes à la surrace de l'eau,
- une ~tape d'assemblage rigide des eta~es avec ~1se en alignement
h~rizontal des color~ s correspondantes des étages successiis,
l'embase d'un étage étant assemblée au sommet des colonnes de
l'étage immédiatement lnférieur,
- une étape de transport du site d'assemblage au site définitif
étant appliquée à la structure ain-ql a~semblée et dlsposée hori-
zontalement,
- une étape de basculement de la structure assemblée pour la
mettre en posltlon vertlcale avant ladite étape d'immersion.
A l'alde des rlgures schématlques ci-~ointes, on va décrlre
ci-après, à tltre non llmitatir, comment l~invention peut être
mise en oeuvre. Il doit être compris que les éléments décrits et
représentés peuvent, saDs sortir du cadre de l'invention, être
remplacés par d'autres élément~ assurant les mêmes ronctions
techniques. Lor~qu'un même élément est représenté sur plusisurs
~igures il y est désigné par le m8me signe de référence.
La figure 1 représente une VU9 d'une structure construite
selon l'invention en coupe verticale selon la ligne I-I de la
i~'7'7~
figure 2.
La flgure 2 représente une vue de la même structure en coupe
horizontale selon une llgne II-II de la figure 1.
La figure 3 représente une vue d'un bras d'une embase en
coupe par un plan vertical III-III de la figure 2.
Les figure~ 4, 5, 6, 7a, 7b, 7c, 8, 9, 10a, 10b, 10c, 10d,
10e, 10f, 10g, 10h, 10i, 11, 12 et 13 représentent les étapes
successives d'un mode de réali3ation du procédé selon l'iDven-
tion.
La structure décrlte permet de supporter une plate-rorme de
travail o~f shore P à 20 mètres au-dessus de l'eau par un fond de
300 mètres. Elle comporte 3 étages (D1, D2, D3) con~titué chaoun
d'une embase E en forme de triangle équilatéral horizontal
surmonté de troig colonneg verticales KA, KB, KC aux troi~
sommets du triangle. Les lettres de référence des divers éléments
de chaque étage seront affectée ci-aprèg d~un chiffre dégignant
cet étage, l'embase E1 étant par exemple celle de l'étage in~é-
rieur et reposant sur le fond alors que les colonnes KA3, KB3 et
KC3 supportent la plate-~orme P. Chaque embase est elle-même
constituée par trois blocs VA, VB, VC disposés aux sommets du
triangle et réunis par trois bras WA, WB, WC. Le diamètre des
colonnes varie par exemple de 20 mètres au bas de la structure à
11 mètres au sommet, avec une épaisseur de paroi de 0,70 mètre.
Tous ceg éléments sont ~ormés de compartiments étanches
réalisés en béton armé et précontraint, et munis de vannes pour
permettre l'introduction et la sortie d'eau ou d'air sous
pression. Seuls sont représentés certains des oâbles de précon-
trainte longitudinaux d'un ensemble de colonnes superposées KA.
Ces câbles sont d'une part des câbles de précontrainte
d'étage tels que SA1, SA2 et SA3 s'étendant chacun entre deux
têtes d'ancrage 3ur presque toute la hauteur d'un étage, et
d'autre part deg câble9 de liaison tels que TA12 et TA23
s'étendant longitudinalement d'un étage à l'autre en dépassant
des deux côtés les extrémités des câbles d'étage de manière à
réaliser une précontrainte continue sur toute la hauteur de la
structure. Il est bien clair que la ré~istance de chaque étage et
la liaison entre étages succe9sifs sont assurés par beaucoup
d'autres câbles non représenté~, dispogég dang leg parois, et
répartls angulairement tout autour de l'axe de chaque colonne.
Le prooédé selon l'invention comporte les opérations
connues suivantes :
- préfabrication, sur un ~ite de préfabrication abrité en bord de
mer, d'un ensemble flottant constitué par une embase à compar-
t~ments surmontée de colonnes crew es,
- transport de cet ensemble flottant ~usqu'à un site d'assemblage
les colonnes étant dispo~ées verticalement,
- et immersion de cet ensemble sur un site définitif par remplis-
sage progressif des compartiments et des colonnes par l'eau, de
manière à faire reposer l'embase sur le fond.
L'étape de transport est représentée sur la figure 11, la
structure étant remorquée par un navire (2). Celle d~immer~ion
est reprégentée sur la figure 13, qui montre la di3position défi-
nitive.
Selon la présente invention l'étape de préfabrication
comporte la construction séparée des trois étages (D1, D2, D3) de
la structure de support.
Cette étape de préfabrication se décompose elle-même de la
façon suivante, pour chacun des étages, qui peuvent être cons-
truits dans des chantiers di3tincts ou successivement sur un même
chantier : _
- construction de l'embase, par exemple E1, horizontalement en
souille c'est-à-dire dans un bassin 4 séparé de la mer par une
porte 6 (figure 4),
- et construction de~ colonnes sur l'embase, (figure 5).
L'étape suivante du procédé e~t l'introduction d'eau dans
le bassin avec mise en flottaison de l'embase (une embase haute de
20 mètres peut par exemple nécessiter une hauteur d'eau de 12 à 15
mètres) (figure 5).
Le procédé comporte ensuite une étape de remorquage de
chaque étage flottant jusqu'à un site d'assemblage de plus grande
11'~'7~5t~
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profondeur à proximité du baggin de con9truction (figure 6),
- une étape de basculement de chaque étage par remplissage
progressif des compartiments de l'embase, de manière à faire
flotter deux colonnes à la 3urface de l'eau,
- et une étape d'assemblage des étages avec mise en allgnement
horizontal des colonnes correspondantes de3 étages succes~ifs,
l'embase d'un étage étant assemblée au sommet des colonnes de
l'étage immédiatement inférieur,
Le basculement est représenté sur la figure 7 et la mise en
alignement sur la figure 8.
Il doit être compris que les opérations de basculement, de
même que les opérations de rotation et ~mmersion décrites plus
loin sont réalisées en introduisant et en évacuant de l'eau dans
ou hors des compartiments aux époques convenables, grâce à des
pompes à eau ou à air connectées aux varnes des caissons.
L'étape d'assemblage comporte en outre
- une étape de préas~emblage par assemblage d'éléments métal-
liques (8) prévus à cet effet sur les zones à assembler (voir
figure 9),
- et une étape d'assemblage définitif de la structure par mise en
place, mise en tension et scellement au mortier de c~bles de
précontrainte de liaison, certains de ces cables (TA121 TA23)
étant longitudinaux et s'étendant de part et d'autre de la
surfaoe de ~onction entre deux étages successifs, au-dela des
extrémités des câbles longitudinaux de précontrainte
d'étage (SA1, SA2, SA3) de manière à réaliser une précontrainte
continue sur toute la hauteur de la structure.
Il est souvert difficile de réaliser certaines liaisons
définitives entre étages par des câbles tels que TA12 et TA23,
ceci en raison de l'immersion des zones de liaison, qui gène
d'autant plus le travail des ouvriers que la profondeur d'immer-
sion est plus grande, et qui augmente les ri~ques de corrosion
ultérieure des câbles. C'est pourquoi, de préférence, l'étape
d'assemblage définitif de la structure comporte elle-même
plusieurs étapes consécutives d'assemblage dé~initif partiel,
11'~'7~i5
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chacune de ce~ étapes d~assemblage partiel réalisant un
assemblage définitif au moins partiel d'au moins un ensemble (KA)
de colonnes (KA1, KA2, KA3) alignées horizontaiement au-dessus de
l'eau ou au voisinage de la surface de manière à réaliser l'assem-
blage danq de bonnes conditions. Cette étape d'assemblage défi-
nitif comporte alors en outre, entre chaque étape d' s~emblage
partiel et la suivante, au moins une étape de rotation de la
structure flottante par remplissage progressif de certain9 des
compartiments ou colonnes. Les rotations se font autour d'axes
parallèles aux colonnes.
Ces étapes de rotation de la structure et d'assemblage partiels
de~ ensembles de colonnes alignées sont continuées ~usqu'à
assemblage de tous ces ense~bles de colonnes.
Le basculement représenté sur la figure 7 a été réalisé de
manière à faciliter le préassemblage. A partir de la position
ainsi obtenue, et oonformément aux figures 10a à 10g, les
rotations sont réalisée~ de manière à faire émerger succes-
sivement chaque ensemble de colonne tel que KA pour y réaliser
commodément les assemblages définitifs partiels, d'abord sur les
ensembles K~ et KC (figure 10c), pUi9 sur l'ensemble KA
(figure 10g).
Une rotation supplémentaire (figure 1Oh) aboutit à la
position représentée sur la figure 10i, afin de permettre le
transport avec un faible tirant d'eau.
La structure est remorquée vers son site définitif
(figure 11) seulement après durcissement du mortier de scellement
des câbles de liaison tels que TA12 et TA23.
Le procédé comporte ensuite une étape de basculement de la
structure as~emblée pour la mettre en position verticale (voir
fig.12) On procéde ensuite à l'immersion. Lors de ces étapes de
basculement et d'immersion, chaque compartiment des embases est
mis en communication directe avec la mer après son immersion
complète pour équilibrer le9 pressions.
L'assiette définitive de la structure sur le fond marin
(figure 13) est obtenue par remplissage en eau des compartiments
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et de~ colonnes ; la gtructure pourra alors recevoir la plate-
forme de travail hors d'eau P supportant les équipements de
production. Afin d'assurer une assise parfaite sur le fond on
inJecte avantageugement un couli~ de ciment entre la face
inférieure de l'embase inférieure (E1) et le fond marin.
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