Le secteur technique de l'invention est le domaine de la fabrication et du montage de système d'isolation à l'extérieur et autour des conduits dans lesquels circulent des effluents chauds dont on veut limiter les déperditions de chaleur.

Cette invention s'applique plus particulièrement aux développements de champs pétroliers en mer profonde, c'est à dire des installations pétrolières installées en pleine mer, dans lesquelles les équipements de surface sont en général situés sur des structures flottantes, les ttes de puits étant au fond de la mer. Les conduites concernées par la présente invention étant soit des liaisons entre ttes de puits, soit la partie reposant sur le fond des liaisons fond surface.

Les développements en mer profonde sont effectués par des profondeurs d'eau atteignant actuellement 1500 m. Les développements futurs sont envisagés par des profondeurs d'eau jusqu'à 3000m et au-delà.

L'application principale de l'invention est l'isolation thermique de conduites ou canalisations immergées, sous-marines ou subaquatiques, et plus particulièrement à grande profondeur au-delà de 300 mètres, et véhiculant des produits pétroliers chauds dont un trop grand refroidissement serait problématique aussi bien en régime de production normale qu'en cas d'arrt de production.

En effet dans ce type d'applications, de nombreux problèmes se posent si la température des produits pétroliers diminue d'une valeur significative importante par rapport à leur température de production qui est en général au-delà de 60 à 80°C alors que la température de 1'eau environnante surtout à grande profondeur peut tre inférieure à 10°C. Si les produits pétroliers se refroidissent par exemple en dessous de 30° à 60°C pour une température initiale de 70 à 80°C on observe en général :

-une forte augmentation de la viscosité qui diminue alors le débit de la conduite, -une précipitation de paraffine dissoute qui augmente alors la viscosité du produit et dont le dépôt peut diminuer le diamètre intérieur utile de la conduite, -la floculation des alphaltènes induisant les mmes problèmes, -la formation soudaine, compacte et massive d'hydrates de gaz qui précipitent à forte pression et faible température, obstruant ainsi brusquement la conduite.

Paraffines et alphaltènes restent accrochés à la paroi et nécessitent alors un nettoyage par raclage de l'intérieur de la conduite ; par contre les hydrates sont encore plus difficile voire mme impossible à enlever.

L'isolation thermique de telles conduites a donc pour fonction de retarder le refroidissement des effluents pétroliers véhiculés non seulement en régime de production établi pour que leur température soit par exemple d'au moins 40°C en arrivant en surface, pour une température de production à l'entrée de la conduite de 70°C à 80°C mais également en cas de diminution ou mme d'arrt de la production afin d'éviter que la température des effluents descendent par exemple en dessous de 30°C afin de limiter les problèmes ci-dessus ou tout au moins de permettre de les rendre réversibles.

Quand, de plus, de telles conduites doivent tre posées de plus à des profondeurs supérieures à 300 mètres la pression ambiante d'au moins 30 bars interdit l'emploi des calorifuges performants que l'on rencontre à terre ou à faible immersion, car ils utilisent tous des gaz dont la conductivité thermique est en effet très faible et dont la convection est bloquée par un matériau solide poreux, cellulaire ou fibreux : la compressivité des gaz ne permet pas cependant à ces calorifuges classiques de supporter des pressions extérieures élevées.

On pourrait également citer la demande de brevet japonaise publiée le 25/10/91 n° JP2176299 qui décrit un dispositif d'isolation pour tube en métal ou en résine synthétique pour la fourniture d'eau chaude dans des bâtiments et dont on veut conserver la température à plus de 50°C après

une heure d'arrt de fourniture en eau chaude, dans une température ambiante de 13°C par exemple : il est décrit pour cela une structure comprenant le tube de circulation de 1'eau chaude, qui est de préférence déformable pour en faciliter la pose, avec une couche de matériau poreux imbibée à 200 % environ de paraffine et le recouvrant, et une autre couche en matière réfractaire couvrant la périphérie de l'ensemble ; l'utilisation de la paraffine permet d'avoir un coefficient d'isolation thermique intéressant bien que plus faible que les calorifuges cités ci-dessus et comportant du gaz, mais la capacité d'accumulation thermique de ce dispositif japonais est renforcée par la présence de la couche réfractaire extérieure permettant de réduire la perte thermique avec l'avantage de pouvoir couper l'ensemble de cette structure en n'importe quel endroit pour en faciliter le montage et sans perte du pouvoir d'accumulation thermique. Une telle solution n'est cependant pas utilisable dans de 1'eau surtout à grande profondeur où il faut pouvoir résister à une pression hydrostatique extérieure importante, tout en assurant un confinement suffisant pour éviter tout risque de pollution et/ou de perte d'efficacité thermique. De plus, elle n'apporte pas les caractéristiques spécifiques décrites et revendiquées dans la présente invention.

Du reste, il a été plutôt développé d'autres types d'isolation thermique spécifiques et compatibles avec de fortes immersions et que l'on peut regrouper en trois familles, à savoir : -les revtements extérieurs en plastique massif tel qu'en polyuréthanne, polyéthylène, polypropylène... mais dont la conductivité thermique est assez moyenne puisque de l'ordre de 0,2 à 0,3 Watt/mètre/degré Celsius, ce qui peut tre suffisant en fonctionnement continu de production mais insuffisant pour préserver une température minimum pendant un temps donné en cas d'arrt de production, -les revtements en matériaux syntactiques constitués de billes creuses contenant un gaz et résistantes à la pression extérieure et noyées dans des liants variés tels que béton, époxy, élastomère, polypropylène etc... : les plus performants sont les matériaux syntactiques à base de liant époxy et de microsphères de verre creuses de conductibilité assez faible et

intéressante puisque de l'ordre de 0,10 à 0,15 watt/mètre/degré Celsius mais le prix de ces revtements est très élevé, -les « pipe en pipe » dans lesquels un premier tube intérieur véhiculant les effluents est disposé concentriquement dans un deuxième tube résistant à la pression hydrostatique extérieure ; l'espace annulaire compris entre les deux tubes peut tre, soit rempli de calorifuge à très faible conductivité thermique (0,02 Watt/mètre/degré Celsius) et qui pour ne pas s'écraser doit tre laissé à pression atmosphérique, soit mis sous vide : une telle solution nécessite des cloisons disposées longitudinalement et parfaitement étanches, à intervalles réguliers, pour des questions de sécurité, et complique la construction et la mise en place de tels ensembles qui sont de plus très coûteux.

Une autre technique consiste à préfabriquer des coquilles en mousse syntactique et à les assembler autour de la conduite ou encore à réaliser un enrobage continu de mousse syntactique autour de ladite conduite. Nous rappelons à ce sujet que la mousse syntactique est constituée de microsphères creuses contenant un gaz et liées par une résine en général du type époxy.

Ces technologies d'isolation pour les grands fonds utilisent des produits de très hautes performances extrmement coûteux et difficiles à mettre en oeuvre sur une échelle importante.

Dans le cas de l'installation de conduites uniques ou de faisceaux de conduites (appelées"bundles"), on préfère en général préfabriquer les dites conduites à terre en longueurs unitaires de 500 à 1000 m que l'on tire ensuite depuis le large à l'aide d'un remorqueur. Dans le cas de conduites de plusieurs kilomètres, on tire la première longueur que l'on raboute à la suivante, le remorqueur maintenant l'ensemble en traction pendant la phase de raboutage, laquelle peut durer plusieurs heures. Lorsque l'intégralité de la conduite ou du faisceau de conduites a été mise à 1'eau, 1'ensemble est remorqué, frottant en général sur le fond, vers le site, où il est alors mis en place.

L'isolation de la ou des conduites ou du"bundle"est alors protégée par une enveloppe extérieure qui a une double fonction :-d'une part

d'éviter les endommagements qui pourraient se produire lors du remorquage, lequel peut dans certains cas se faire sur des distances de plusieurs centaines de kilomètres ce qui nécessite d'utiliser des matériaux assez résistant tels qu'en acier, en composé thermoplastique ou thermodurcissable ou encore en matériau composite ;-d'autre part de créer un confinement autour du système d'isolation.

Ce confinement est nécessaire dans le cas de revtements extérieurs isolant constitués de coquilles de mousse syntactique assemblées autour des conduites, car les interstices existant entre les diverses coquilles, ainsi que 1'espace entre les coquilles et 1'enveloppe externe sont remplis d'un produit quasiment incompressible, lequel est en général de 1'eau douce ou de 1'eau de mer passive, ou encore tout autre produit compatible avec les composants internes.

En effet, par des fonds de 2000 m, la pression hydrostatique est de l'ordre de 200 bars, soit 20 Méga Pascals, ce qui implique que 1'ensemble des conduites et de son système isolant doit tre capable de résister non seulement à ces pressions sans dégradation lors des pressurisations et dépressurisations de la conduite dans laquelle circule le fluide chaud, mais encore aux cycles de température lesquels engendreront des variations de volume des différents composants ainsi que des fluides interstitiels, et donc de pression positives ou négatives pouvant conduire si'l'enveloppe externe est étanche à sa destruction partielle ou totale soit par dépassement des contraintes admissibles, soit par implosion de cette enveloppe externe (variations de pression interne négatives).

Si ladite enveloppe externe n'est pas étanche, l'ensemble sera alors en équipression par rapport à la pression extérieure, mais il en résultera alors des échanges de fluides entre l'intérieur du"bundle"et le milieu extérieur.

Dans le cas d'un remplissage des interstices du"bundle"à 1'eau douce, à 1'eau de mer passive, ou encore tout autre produit compatible avec les composants internes comme indiqué ci-dessus, du fait que l'on cherche alors à éviter les échanges de fluide avec le milieu extérieur, on est amené à disposer des poches constituées d'une membrane souple de type élastomère permettant de contenir les variations de volume en maintenant les

variations de pression à un niveau raisonnable mais ces poches compliquent alors l'assemblage du dispositif isolant et ne permettent pas de répartir les contraintes d'une manière uniforme.

Le problème posé est donc de pouvoir réaliser une isolation d'au moins une conduite sous marine destinée à tre posée sur le fond en particulier à grande profondeur, dont le revtement isolant puisse résister non seulement à la pression hydrostatique mais également à tous les efforts liés à son poids propre, et induits lors de la pose au cours de laquelle la conduite subit des frottements et est exposée à des risques de poinçonnage ; ledit revtement isolant doit permettre de maintenir par exemple un effluent chaud tel qu'un produit pétrolier produit à, par exemple 60°C au niveau du fond à une température au-dessus de, par exemple 40°C quand il arrive en surface après un parcours de plusieurs kilomètres dans 1'eau, et de plus maintenir une température à plus de, par exemple 30°C mme après plusieurs heures d'arrt de production, et cela avec un coût de fabrication qui soit inférieur à celui des matériaux syntactiques actuels tout en offrant diverses possibilités de mise en oeuvre, et cela sans risque de pollution pour l'environnement.

Une solution au problème posé est un dispositif d'isolation d'au moins une conduite sous marine (qui peut tre en effet seule ou assemblée avec d'autres conduites, constituant alors ce que l'on appelle des « bundles » ou des « faisceaux »), destinée à tre posée sur le fond à grande profondeur, comportant un revtement isolant entourant celle-ci et une enveloppe de protection ; selon l'invention ledit revtement isolant comprend un matériau quasi incompressible à changement de phase liquide- solide à une température de fusion To supérieure à celle T2 du milieu environnant la conduite en opération et inférieure à celle Ti des effluents circulant dans la conduite, laquelle enveloppe de protection est résistante (tel qu'à l'abrasion, aux frottements, à la corrosion et aux impacts mécaniques) et déformable (notamment pour suivre les variations de volume du matériau à changement de phase sous 1'effet de la pression hydrostatique et/ou lors des variations de températures), assure un

confinement autour dudit revtement isolant, notamment un confinement autour et contre dudit revtement isolant.

De préférence, ledit revtement isolant comprend une matrice absorbante entourant la conduite, de préférence au plus près de la surface extérieure de ladite conduite, ladite matrice étant imprégnée dudit matériau quasi-incompressible.

Ledit revtement isolant peut entourer directement la conduite, ou indirectement. Dans ce dernier cas ledit revtement isolant peut entrourer une conduite elle-mme déjà isolée, notamment par de la mousse syntactique.

L'enveloppe de protection, s'appuyant sur le matériau solidifié et rigide au moins à sa périphérie, est apte a supporter le poids de la conduite et les frottements lors de la pose de celle ci depuis la surface.

Plus particulièrement, 1'enveloppe de protection est déformable pour suivre les variations de volume du revtement isolant sous 1'effet de la pression hydrostatique et lors des variations de température.

Cette enveloppe peut présenter au moins un évent perméable au gaz de manière à éviter les éventuelles accumulations de gaz tel que l'hydrogène ayant pu diffuser à travers la paroi de la conduite interne, lequel hydrogène peut tre engendré par les effluents qui y circulent.

L'objectif de la présente invention est également atteint par un procédé d'isolation utilisant un revtement isolant entourant au moins une conduite sous-marine et une enveloppe de protection, tel que : -on entoure ladite conduite, de préférence directement, avec un revtement isolant comprenant un matériau quasi incompressible et à changement de phase liquide-solide à une température de fusion To donnée, ledit matériau incompressible étant de préférence imprégné dans une matrice absorbante, et on confine l'ensemble dans 1'enveloppe de protection qui doit tre résistante et déformable, -on fait circuler dans ladite conduite des effluents chauds à une température Ti supérieure à la température de fusion To du matériau alors que la température T2 ambiante extérieure est inférieure à To, le matériau à changement de phase étant alors liquéfiée, de préférence dans

une partie de la matrice d'imprégnation depuis la conduite jusqu'à une limite d'équilibre d'échange thermique entre la conduite et l'enveloppe, au-delà de cette limite le matériau étant solide, -quand on arrte la circulation des effluents dans la conduite on maintient la température de ces effluents est maintenue au-dessus d'une température T3 donnée pendant une durée prédéterminée grâce au transfert calorifique apporté par la chaleur latente de solidification du matériau dont la partie liquide se solidifie progressivement en se refroidissant.

Le résultat est un nouveau dispositif et procédé d'isolation d'au moins une conduite sous-marine destinée à tre posée sur le fond en particulier à grandes profondeurs, évitant les inconvénients cités précédemment dans les dispositifs actuels et répondant au problème posé.

En effet, 1'enveloppe de protection extérieure n'a pas besoin d'tre résistante à la pression hydrostatique puisqu'elle s'appuie sur un matériau quasi incompressible.

De tels matériaux sont choisis pour tre également à changement de phase liquide/solide à une température de fusion To supérieure à celle T2 du milieu environnant la conduite en opération afin que sa partie extérieure soit toujours solide, et donc d'une part assez résistante pour absorber les efforts transmis par 1'enveloppe de protection extérieure, d'autre part apportant une meilleure inertie thermique. Ladite température de fusion To doit tre également choisie pour tre inférieure à celle de l'effluent circulant dans la conduite, de telle façon que la partie de ce matériau entourant la conduite soit liquéfiée grâce à l'apport calorifique des effluents en régime de production normale. En revanche, en cas de ralentissement de la production ou mme en cas d'arrt, de celle-ci, ledit matériau à changement de phase restitue ses calories aux effluents contenus dans la conduite, grâce par exemple à une enthalpie de fusion supérieure à 50 kilojoule/kilogramme, ce qui retarde d'autant plus le refroidissement desdits effluents et permet d'atteindre les objectifs recherchés.

De plus, la partie solide extérieure dudit matériau à changement de phase limite les risques de pollution de ce matériau dans le milieu

environnant puisqu'en cas de déchirure de 1'enveloppe de protection extérieure, la solidité de cette partie du matériau maintient son intégrité.

Ledit matériau quasi-incompressible est choisi pour sa faible conductivité thermique, notamment inférieure à 0,3 watt/mètre/degré Celsius.

Ledit matériau incompressible est choisi notamment parmi les matériaux constitués d'au moins 90 % de composés chimiques choisis parmi les alcanes, notamment comprenant une chaîne hydrocarbonée d'au moins 10 atomes de carbone, ou encore les sels hydratés ou pas, les glycols, les bitumes, les goudrons, les cires, et autres corps gras solides à température ambiante, tels que le suif, la margarine ou les alcools gras et acides gras.

De préférence, le matériau incompressible est constitué de paraffine comprenant une chaîne hydrocarbonée d'au moins 14 atomes de carbone.

Les matériaux à changement de phase décrits précédemment présentent généralement une variation volumique importante lors de leur changement d'état, pouvant atteindre 20 % dans le cas des paraffines.

L'enveloppe extérieure de protection doit pouvoir s'accommoder sans dommage de ces variations de volume.

Un autre objectif de la présente invention est donc aussi de réaliser une enveloppe de protection du système d'isolation permettant, d'une part d'assurer l'intégrité d'un faisceau de conduites et de son système d'isolation lors de son remorquage et de son installation sur site et, d'autre part de s'affranchir des contraintes engendrées par la dilatation différentielle des divers composants lors des variations de température, associées aux contraintes dues à la pression du fond de la mer.

Cet objectif est atteint par un dispositif d'isolation thermique d'au moins une conduite sous marine comportant un revtement isolant entourant celle ci et une enveloppe de protection tel que suivant la présente invention, le périmètre extérieur de la section transversale de ladite enveloppe de protection est une courbe fermée dont le rapport du carré de la longueur sur la surface qu'elle délimite est au moins égal à 13 ; 1'enveloppe de protection, qui entoure et assure le confinement du revtement isolant, épouse la forme extérieure de celui ci, et sa section

transversale qui n'est donc pas circulaire-comme il est d'usage de le faire jusqu'à ce jour-est un ovale, un polygone tel qu'un rectangle, ou encore une combinaison des deux.

Dans le cas où le dispositif comporte au moins deux conduites disposées suivant un mme plan, la section transversale de ladite enveloppe est de forme allongée dans la mme direction que ce plan.

Lors des variations de volume interne, 1'enveloppe aura tendance à se déformer vers une forme circulaire, laquelle constitue mathématiquement la forme présentant, à périmètre constant, la section la plus importante.

Dans le cas d'une enveloppe étanche à profil circulaire, une augmentation de volume engendre des contraintes dans la paroi, lesquelles sont liées à l'augmentation de pression résultante de cette augmentation de volume.

Par contre dans le cas d'un profil rectangulaire une augmentation de volume engendrera principalement des flexions des parois planes, la migration des fluides interstitiels se regroupant dans ces zones de déformation. Les efforts engendrés dans la paroi seront principalement des efforts de flexion dans l'épaisseur de la paroi, les fléchissements les plus importants se produisant sur les grands côtés, dans la mesure où 1'enveloppe présente une épaisseur constante sur son pourtour et sur toute sa longueur.

A titre d'exemple, un cercle de diamètre 1 m possède une section approchée de 0,785 m2 pour un périmètre approché de 3,1416 m : un carré de mme périmètre présentant une section approchée de 0,617 m2, cette forme offre une capacité d'expansion de 21,5% lorsque l'on passe, à périmètre constant, d'une forme carrée à une forme circulaire ; cette forme carrée correspond à une valeur du rapport du carré de la longueur de son périmètre extérieur de la courbe fermée de la section transversale de 1'enveloppe de protection sur la surface que délimite ledit périmètre, égal à 16.

De mme, une forme rectangulaire aplatie dont le rapport ci dessus est alors supérieur à 16 présentera, à périmètre constant, une plus grande capacité théorique d'expansion ; ainsi, un rectangle de 1,2 m de grand côté

et de 0,3708 m de petit côté qui a le mme périmètre de 3,1416 m, mais une section de seulement 0,44496 m2, présente une capacité théorique d'expansion de 43,3%.

Il apparaît ainsi que plus on aplatit la forme de la section transversal du revtement isolant, meilleure est la capacité de son enveloppe à absorber les expansions dues à la dilatation des composants sous 1'effet de la température.

Il ne faut cependant pas perdre de vue que l'on ne dispose pas de l'intégralité de la capacité théorique d'expansion car la déformation par flexion de la paroi tendra vers la forme d'un cercle très imparfait. Ainsi la capacité effective d'expansion n'est qu'une portion de ladite capacité théorique d'expansion et peut alors correspondre à 30% ou 50% selon la qualité du matériau constituant l'enveloppe, laquelle enveloppe peut tre en acier, en composé thermoplastique ou thermodurcissable ou encore en matériau composite.

Ainsi, pour d'importantes variations de volumes, on utilisera avantageusement des profils dont le périmètre de la section transversal de ladite enveloppe extérieure comporte des contre courbures concaves dont la concavité est tournée vers l'extérieur de ladite enveloppe.

Dans le cas de profil de forme ovale, une variation de pression interne impliquera une combinaison de contraintes de flexion et de contraintes de traction pure, car la courbure variable de l'ovale se comporte alors comme une voûte architecturale avec cependant la différence que dans le cas de notre enveloppe, les contraintes sont des contraintes de traction et non des contraintes de compression. Ainsi, une forme ovale ou approchée d'une ovale sera envisageable pour de faibles capacités d'expansion et il conviendra de considérer alors des ovales avec un rapport de longueur du <BR> <BR> grand axe pmx sur celle du petit axe pmin aussi élevé que possible par exemple au moins 2/1 ou 3/1.

On sélectionnera alors la forme de 1'enveloppe en fonction de 1'expansion globale recherchée du volume du revtement isolant, sous 1'effet de variations de température. Ainsi, pour un système d'isolation utilisant principalement des matériaux sujets à expansion, une forme

rectangulaire, une forme polygonale ou encore une forme ovale permettent une expansion par flexion de la paroi tout en induisant un minimum de contraintes de traction dans 1'enveloppe extérieure.

Pour un fluide présentant une grande expansion sous 1'effet de variations de température, tel que du gazole, des produits de la famille des alcanes (paraffines), ou encore des matériaux à changement de phase, on aplatira avantageusement le rectangle pour créer la réserve d'expansion nécessaire. On peut encore augmenter cette réserve d'expansion en créant les contre-courbures précédemment mentionnées.

On pourrait citer d'autres avantages à la présente invention mais ceux cités ci-dessus en montrent déjà suffisamment pour en prouver la nouveauté et l'intért. La description des figures ci-après concerne des exemples de réalisation de l'invention mais n'a aucun caractère limitatif : d'autres réalisations sont possibles dans le cadre de la portée et de l'étendue de cette invention, en particulier en choisissant un matériau à changement de phase liquide/solide spécifique aux applications souhaités en terme de profondeur d'immersion, de température du milieu environnant, de température des effluents...

Le figure 1 est une vue en coupe d'un dispositif d'isolation suivant la présente invention représenté ici avec trois conduites rassemblées en faisceau ou « bundle » mais qui peut tre adapté à une seule conduite ou à un nombre supérieur de conduites réunies.

Les figures 2A et 2B représentent des détails des phases du procédé de montage et de fabrication du dispositif d'isolation selon l'invention tel que représenté sur la figure 3E.

Les figures 3A à 3E et 4A à 4C représentent différentes phases d'un exemple de procédé d'isolation suivant la présente invention.

Les figures 5A et 5B représentent des coupes d'un dispositif selon l'invention spécifique au raccordement entre deux tronçons de conduite.

La figure 6 est une vue en coupe d'un faisceau de deux conduites ou "bundle"dont le revtement isolant et 1'enveloppe de protection sont de forme circulaire et constituent l'art antérieur connu.

La figure 7 est une vue en coupe d'une enveloppe de faisceau de conduites selon l'invention, de section carrée, La figure 8 est une vue en coupe d'une enveloppe de section polygonale.

La figure 9 est une vue en coupe d'une enveloppe de section rectangulaire aplatie à la température ambiante et en position d'expansion maximale due à la température.

La figure 10 est une vue en coupe d'une enveloppe de section ovale de rapport 3/1. la figure 11 est une vue en coupe d'une enveloppe de section ovale de rapport 2/1.

La figure 12 est une vue en coupe d'une enveloppe de section rectangulaire aplatie avec les extrémités arrondies.

La figure 13 est une vue en coupe d'une enveloppe de section courbe présentant des points d'inflexion, donc des contre courbures.

La figure 14 est une vue en coupe d'un faisceau constitué d'une multiplicité de conduites, de câbles de puissance et de contrôle, disposés à plat suivant la présente invention, isolés par un revtement isolant et protégés par une enveloppe de protection de section sensiblement rectangulaire et aplatie, et comportant une plaque d'usure inférieure.

La figure 15 est une vue en coupe d'un"bundle"selon l'invention de section sensiblement rectangulaire et aplatie, fabriqué à partir de plaques métalliques et présentant un couvercle soudé.

La figure 16 est une vue en coupe d'une variante du"bundle" précédent dans laquelle le couvercle peut tre soit soudé, soit assemblé mécaniquement.

La figure 17 est une vue en coupe d'une variante du bundle précédent dans laquelle le couvercle est remplacé par un produit souple et résistant coulé en place.

Exemple 1 : Revtement isolant à base de paraffine.

Comme indiqué précédemment, le dispositif d'isolation d'au moins une conduite sous-marine 1 destinée à tre posée sur le fond 8 de la mer à grande profondeur, comporte d'une manière connue un revtement isolant

entourant celle ci et une enveloppe de protection 3. Suivant la présente invention tel que représenté sur les figures jointes, ledit revtement isolant est composé d'un matériau quasi incompressible 4 à changement de phase liquide-solide à une température de fusion To supérieur à celle T2 du milieu environnant la conduite en opération et inférieure à celle Ti des effluents 6 circulant dans la conduite 1 ; lequel matériau 4 a une conductivité thermique assez faible de préférence inférieure à 0,3 watt/mètre/degré Celsius en phase solide et une enthalpie de fusion de préférence supérieure à 50 kilojoules/kilogramme : il est par exemple constitué d'au moins 90 % de composés chimiques de la famille des alcanes qui sont des hydrocarbures saturés de formule générale Cn H2n+2 tels que par exemple des paraffines ou des cires ; lesdits composés chimiques pouvant tre aussi des sels hydratés ou non, des glycols, des bitumes, des goudrons, des alcools gras ; la température de fusion dudit matériau doit donc tre comprise entre les températures Ti des effluents 6 chauds circulant dans la conduite 1 et T2 du milieu environnant 5 la conduite en opération, soit en fait en général une température de fusion comprise entre 20 et 80°C. On utilise par exemple comme paraffine du tetracosane de formule C24 Hso présentant une température To de 50,9°C.

Le revtement isolant selon l'invention est constitué d'une matrice 2 absorbante entourant la conduite 1 au plus près de sa surface extérieure et imprégnée dudit matériau incompressible 4 ; ladite enveloppe de protection 3 est résistante et déformable et assure un confinement contre et autour dudit revtement isolant : cette enveloppe de protection 3, s'appuyant sur le matériau 4 solidifié et rigide au moins en périphérie, est apte à supporter le poids de la conduite 1 et les frottements lors de la pose de celle-ci depuis la surface.

Ladite enveloppe de protection 3 est déformable pour compenser au moins les variations de volume du revtement isolant qu'elle confine, d'une part sous 1'effet de la pression hydrostatique et d'autre part lors des variations de volume du matériau 4 lors de son changement de phase, afin de préserver son intégrité et donc sa capacité de confinement ; cette enveloppe de protection 3 peut tre pour cela en matériau thermo plastique

tel qu'en polyéthylène ou en matériau thermodurcissable, ou mme métallique de section non cylindrique. Sous l'action de la pression extérieure hydrostatique, cette enveloppe de protection 3, formant un tube extérieur se déforme et vient prendre appui sur la partie solidifiée du matériau 4 qui est de nature quasiment incompressible : ainsi la déformation de cette enveloppe de protection 3 reste faible et les contraintes qui en résultent seront-elles aussi faibles ; en conséquence l'épaisseur de ladite enveloppe peut également tre faible.

Ladite matrice 2 peut tre constituée d'un matériau léger cellulaire ou fibreux tel que de la mousse à cellules ouvertes, notamment de la mousse de polyuréthane, de la fibre de verre ou de roche, du tissus, du feutre, du papier etc... : en fait la nature du matériau constituant ladite matrice doit tre suffisamment absorbante pour tre compatible avec l'imprégnation par ledit matériau 4 à changement de phase afin de s'opposer à la convection naturelle de la partie liquéfiée 41 dudit matériau ; cette matrice peut tre éventuellement hétérogène pour tre compatible avec le gradient de température de l'imprégnation et elle peut n'occuper qu'une partie du volume de l'espace annulaire délimité par ladite enveloppe de protection 3 et ladite conduite 1 dans la mesure où la partie extérieure 42 dudit matériau à changement de phase reste toujours solide et n'est donc pas sujet à des mouvements de convection thermique : en ce cas la limite 19 entre les deux parties liquide 41 et solide 42 est toujours comprise dans la matrice 2.

On utilise par exemple une matrice absorbante constituée par de la moquette aiguilletée.

Suivant 1'exemple d'un procédé de réalisation d'un dispositif selon l'invention tel que représenté sur les figures 3A à 4C : -on fixe, tel que par soudage 161 d'une manière continue, un obturateur 72 à une extrémité de la paroi extérieure de conduite 1 à isoler (figure 3), -on monte sur cette partie de conduite 1 des éléments de la matrice 2 absorbante qui entoure celle-ci complètement et uniformément et on enfile autour de ces éléments de matrice 2 1'enveloppe extérieure de protection 3 que l'on solidarise, tel que par soudage d'une manière

continue, à son extrémité à l'obturateur 72 (figures 3B et 3C) ; suivant un mode préférentiel de réalisation on intercale également entre des éléments de matrice 2 absorbante, des entretoises 9 régulièrement espacées le long de la conduite 1 sur laquelle elles s'appuient et aptes à centrer et supporter 1'enveloppe de protection 3, -on positionne à l'autre extrémité de 1'enveloppe de protection 3 un deuxième obturateur 71 que l'on fixe sur cette enveloppe et sur la conduite 1 tel que pas soudage 162 d'une manière continue (figure 3D), -dans le cas où on a intercalé des entretoises 9 entre les éléments de matrice 2, lorsque l'ensemble des éléments de 1'enveloppe de protection 3 ont été ainsi mis en place et fixés pour constituer ainsi 1'enveloppe de confinement, on met en place des sangles 17 de maintien à l'aplomb desdites entretoises 9 (figure 4B), -on remplit complètement, par exemple par une extrémité grâce à des orifices 14 réalisés dans un des obturateurs 7, l'espace annulaire compris entre la conduite 1 et 1'enveloppe 3 avec ledit matériau 4 à changement de phase liquéfié et surchauffé au-dessus de sa température de fusion To, et ce jusqu'à ce que les éléments de matrice 2 en soient complètement imprégnés. Pour cela, on peut incliner ladite conduite afin de remplir ledit matériau 4 à changement de phase par la partie inférieure de l'espace annulaire tel que représenté sur la figure 4A, ce qui permet de chasser l'air par des évents 15 disposés dans l'obturateur opposé 7 à celui permettant le remplissage (il peut tre effectué également le vide avant ledit remplissage) ; -dans le cas où des entretoises 9 et des sangles 17 de maintien ont été préalablement disposées, on remplit l'espace annulaire avec ledit matériau liquéfié 4 sous pression pour déformer 1'enveloppe extérieure 3 entre lesdites sangles 17 ; la déformée recherchée correspondant à l'augmentation de volume, ou survolume, engendrée par la dilatation thermique du matériau 4 liquide à la température de remplissage, comme représenté sur la figure 4B, et par rapport à son volume à l'état solide -on refroidit l'ensemble, et après refroidissement et solidification du matériau 4, celui ci reprend sensiblement son volume initial : si le

remplissage a été effectué sous pression comme indiqué précédemment 1'enveloppe extérieure sera alors sensiblement droite comme indiqué sur la figure 4C, ce qui permettra éventuellement d'enlever lesdites sangles 17 ; Les corps des obturateurs 7 sont fermés, et ceux des entretoises 9 sont de préférence ajourées pour permettre le remplissage du matériau à changement de phase ; ces obturateurs et entretoises sont réalisés en matière préférentiellement peu conductrice de la chaleur, non métallique.

Comme indiqué sur les figures 2A et 2B, lesdits obturateurs peuvent également comporter une bague intérieure 10 de la mme matière de celle de la conduite 1 et une bague extérieure 11 de la mme matière que celle du tube extérieur 3 : ces deux bagues éventuelles sont fixées sur le corps de l'obturateur de manière rigide et étanche ; celle fixée sur la conduite 1 peut comporter une collerette 10 d'aide à la manutention.

Les entretoises 9 sont nécessaires dans le cas où la tenue mécanique de la partie rigide 22 du matériau à changement de phase ne serait pas suffisante pour supporter la ou les conduites 1 ; de plus de telles entretoises 9 assurent le centrage du ou des faisceaux de conduite dans le tube enveloppe extérieure 3.

Dans le cas d'une conduite assemblée sur site par soudage ou vissage de tronçons élémentaires préalablement isolés les zones de jonction sont alors dépourvues d'isolation et doivent tre traitées sur site : on peut ainsi compléter cette isolation dans cette zone en disposant plusieurs blocs d'imprégnation préfabriqués 12 s'ajustant les uns aux autres, autour de la jonction entre tronçons le tout étant immobilisé par surmoulage par une résine thermoplastique ou thermodurcissable 13 tel que représenté sur les figures 5A et 5B.

Exemple 2 : faisceau plat d'au moins deux conduites côte à côte.

La figure 6 est une vue en coupe d'un dispositif d'isolation thermique de deux conduites sous-marines 1 comportant un revtement isolant 2 entourant celles ci et une enveloppe de protection 3 confinant 1'ensemble.

Ledit revtement isolant 2 est composé comme à 1'exemple 1 et le périmètre 24 de la section transversal de l'ensemble est un cercle ; un fluide quasiment incompressible assure le remplissage intégral de 1'enveloppe 3 en

comblant tous les interstices qui pourraient exister entre lesdites demi coquilles et ladite enveloppe 3 ; celle ci pour ne pas subir des contraintes importantes essentiellement dues aux variations de température, comme explique précédemment, comporte alors un canal continu 23 sur toute sa longueur et contre sa paroi intérieure pour faciliter les mouvements du fluide quasi incompressible et maintenir l'ensemble en équipression : 1'enveloppe 3 possède également soit à ses extrémités soit en de multiples points répartis sur sa longueur des orifices mettant ledit fluide en contact avec l'extérieur soit directement soit indirectement par l'intermédiaire de membrane souple pour éviter le mélange entre 1'eau de mer et ledit fluide quasi incompressible.

La figure 7 est une section transversale du dispositif d'isolation thermique du"bundle"selon l'invention dans lequel le périmètre 24 externe de la section transversale est de forme carrée et protège une isolation d'un revtement isolant 2 composé de paraffine comme décrit à 1'exemple 1, de préférence imprégnée dans une matrice absorbante.

La figure 8 est une section d'une variante du dispositif de la figure 7 dans laquelle 1'enveloppe 3 est octogonale.

La figure 9 est une section d'une variante du dispositif de la figure 7 dans laquelle 1'enveloppe 3 est rectangulaire et de forme aplatie. Sous 1'effet des variations de température, 1'expansion du revtement isolant 2 est contenue dans la déformation de 1'enveloppe 3 qui prend la forme du profil de la courbe 37.

La figure 10 est une section d'une variante de la figure 7 dans laquelle 1'enveloppe 3 est de forme ovale dont le rapport de longueur du grand axe celle du sur petit axe est égal à 3/1.

La figure 11 est une section d'une variante de la figure 7 dans laquelle 1'enveloppe 3 est un ovale dont le rapport du grand axe sur le petit axe est égal à 2/1.

La figure 12 est une section d'une variante de la figure 7 dans laquelle 1'enveloppe 3 est de forme rectangulaire aplatie dont les petits cotés 28 sont bombés ou arrondis.

La figure 14 est une section d'une variante de la figure 7 dans laquelle le périmètre 24 de la section transversale de 1'enveloppe 3 comporte des points d'inflexion, donc des contre-courbures 5 concaves augmentant la capacité d'expansion.

La figure 14 est une section d'un dispositif d'isolation thermique selon l'invention dont 1'enveloppe 3 contient deux conduites-11 de <BR> <BR> production d'effluents pétroliers, une conduite centrale d'injection d'eau 12 ainsi que deux conduites de réchauffage de 1'ensemble, la conduite 13 servant par exemple à envoyer un fluide chaud depuis le support de surface, <BR> la conduite 14 servant au retour ; une liaison entre les conduites 13 et 14 existant à la seconde extrémité immergée du faisceau de conduites. Ces conduites 1 sont entourées d'un revtement isolant rempli d'un fluide quasi- incompressible tel que de la paraffine comme décrit à 1'exemple 1. Le faisceau de conduites ou"bundle"est équipé sur ses côtés de goulottes 29 pouvant recevoir des ombilicaux 20, lesdites goulottes étant représentées simple sur la gauche et double sur la droite de la figure 14.

Le dispositif d'isolation thermique selon l'invention comporte à sa partie inférieure une semelle ou plaque d'usure 11 disposée sur une partie du périmètre 24 externe de la section transversal de 1'enveloppe de protection 3, et de préférence au moins suivant un des grands cotés de ladite section transversale permettant alors d'éviter tout endommagement de 1'enveloppe 3 de confinement lors de l'opération de remorquage et d'installation sur le site : l'ensemble reposant sur le fond de la mer 22, seule la plaque d'usure 21 frotte contre celui ci.

Ladite semelle ou plaque d'usure 21 peut tre réalisée en matériau thermoplastique de densité 1 donc ne modifiant pas la flottabilité de 1'ensemble lors du remorquage ni mme durant la vie du faisceau de conduites sur le site.

La figure 15 est une section d'un"bundle"dont 1'enveloppe 3 de protection comporte une partie inférieure 31 en forme de"U"ouvert vers le haut en position opérationnelle, dans lequel sont disposées lesdites conduites 1, le revtement isolant 2 et le fluide incompressible 4, ladite partie inférieure 31 étant fermée par un couvercle 34 assemblé sur celle ci

pour constituer 1'ensemble de 1'enveloppe de protection 3 ; celle ci est représentée de forme sensiblement rectangulaire et réalisée par exemple à partir d'une tôle métallique formée et équipée d'un couvercle 34 assemblé par soudage en (251,252) sur ladite enveloppe. Le"bundle"contient des conduites 1 et des lignes de réchauffage électriques 26, l'ensemble étant contenu dans un revtement 2 supporté par des cales 27, disposées dans la partie inférieure de 1'enveloppe 3 ; ledit revtement 2 étant constitué, soit d'une matrice absorbante imprégnée de paraffine, soit de mousse syntactique ou de tout autre produit d'isolation résistant à la pression ; 1'espace compris entre 1'enveloppe 3 et le revtement isolant 2 étant rempli de fluide quasiment incompressible 4, tel que de la paraffine, assurant le remplissage intégral du volume interne de 1'enveloppe 3 laquelle dans ce mode de réalisation n'épouse donc pas la forme du revtement isolant 2.

La figure 16 est une variante de la figure 15 dans laquelle 1'enveloppe 3 et le couvercle 34 présentent un recouvrement en forme de lèvre 28 située à l'extérieur de la section principale du"bundle"ce qui permet d'effectuer un assemblage, -soit, comme représenté sur la partie gauche de la figure, par boulonnage ou rivetage à travers des trous 29 régulièrement espacés, associé à la mise en place d'un joint élastomère 301 ou encore par simple collage entre les tôles, -soit encore par soudage continu à la molette dans la zone 302 comme représenté sur la partie droite de la figure ; ledit soudage à la molette étant connu de l'homme de l'art dans le domaine de la chaudronnerie, ne sera pas décrit ici.

Ainsi, dans le cas d'assemblage mécanique, de collage ou de la combinaison des deux, 1'enveloppe 3 peut tre réalisée en tous matériaux tels que des métaux, des thermoplastiques, des thermodurcissables ou encore des matériaux composites.

La figure 17 est une variante de la figure 15 dans laquelle le couvercle est remplacé par une couche 31 de matériau souple tel que thermoplastique, thermodurcissable ou réticulable, par exemple en élastomère, lequel matériau ferme l'ouverture supérieure de la partie

inférieure 31 en forme de"U"de 1'enveloppe 3 et est coulé en place après installation complète de tous les composants du"bundle", un revtement isolant 2 comprenant un fluide quasiment incompressible 4, ledit revtement isolant 2 étant entouré de fluide incompressible de remplissage 4 dont le niveau sera alors ajusté de manière à laisser suffisamment de place pour assurer à la couche 31 une épaisseur suffisante, par exemple 1 cm, permettant ainsi une adhérence suffisante à la paroi de 1'enveloppe 3. La surface de contact est représentée sur la partie droite de la figure sous la forme d'un angle droit 32, sur la partie gauche un formage 33 en S de la tôle 3 augmente les surfaces de contact ainsi que les zones soumises à cisaillement, lequel cisaillement est en général préférable à l'arrachement dans les collages.