La présente invention concerne une plate-forme marine, -% pouvant être de ^' stinée aux forages pétroliers, ou plus généra- r-r _jf lement à tout forage en vue de rechercher du charbon ou des minerais, ou encore à capter l'énergie de la houle, des cou- 5 rants ou des vents. D'autres usages de l'invention sont égale¬ ment envisageables.

La présente invention concerne également, de façon plu précise, une plate-forme de forage.

La présente invention concerne également un procédé 10 de mise en place de la plate-forme sur le site d'utilisation.

On connaît différents types de plates-formes marines, parmi lesquels on choisit en fonction de la profondeur de l'ea à l'emplacement du forage.

Au-delà de 300 mètres de profondeur, les plates-formes 15 fixes reposant sur des piles rigides sont abandonnées au profi ^• de structures flottantes.

On connaît en particulier une plate-forme comprenant un flotteur immergé portant les installations de travail au moyen de jambes traversant la surface de l'eau. ^* Le flotteur est di- 20 mensionné de façon à conserver sa flottabilité même si le char gement en installations ou autres est maximal. Il est relié,par une série de câbles tendus, à des caissons massifs reposant a fond de la mer.

Le flotteur est immergé à une profondeur suffisantepour 25 que la houle ne puisse jamais le découvrir, de sorte que la plate-forme présente une certaine insensibilité au mauvais temps. Pour tenter de maintenir la plate-forme en une position sensi¬ blementfixe malgré les efforts latéraux tels que vents et cou¬ rants, certains des câbles sont disposés obliquement entre la 30 plate-forme et les caissons. Cette plate-forme connue présente certains inconvénients

En effet, l'insensibilité au mauvais temps est très imparfaite car la houle immerge de façon variable les jambages supportant les installations émergées. La variation de la poussée d'Archi- 35 mède qui en résulte entraîne du fait de l'élasticité des câbles

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qui est non négligeable sur des longueurs voisines de 500 ou 1.000 m, un mouvement de pilonnement de la plate¬ forme qui est extrêmement néfaste quelle que soit l'utili¬ sation prévue pour cette plate-forme. C'est ainsi que dans le cas de forages pétroliers, ce pilonnement fait fluctuer considérablement l'effort de coupe sur l'outil de forage et peut causer sa rupture.

En outre, cette plate-forme est inévitablement sensible aux efforts latéraux. En effet, l'élasticité des câbles obliques ne permet pas d'éviter totalement la dérive. Le flotteur a en outre la possibilité de s'incliner, ce qui lui permet de dériver encore bien plus que ne le laisserait prévoir la simple élasticité des câbles. On comprend donc que dans la plate-forme connue, on ^' doit admettre une certaine sensibilité au mauvais •temps ainsi qu'une certaine sensibilité aux efforts latéraux. Ces sensibilités sont difficiles à évaluer à la construction, et de toute façon, ont des valeurs redhibitoires pour certaines applications.

On notera également que les nombreux câbles nécessaires dans la réalisation connue ont une masse considérable. Cette masse est portée par le flotteur, au détriment de la charge utile que ce dernier peut recevoir sous forme d'installations notamment.

Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients en réalisant une plate-forme marine qui permette de régler facilement, à la construction, la sensibilité à la houle et aux efforts latéraux, et de donner à ces sensibilités des valeurs acceptables pour la quasi totalité des applications.

L'invention vise ainsi une plate-forme marine comprenant un corps de densité inférieure à l'unité, ce corps portant un chargement et étant relié à des moyens

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tç _g d'ancrage au fond de l'eau par des moyens de liaison

«_. sous tension de façon qu'il se trouve en service immergé sensiblement en totalité. Le corps est dimensionné de façon que la structure supérieure, comprenant ledit 5 corps et son chargement, ait une flottabilité positive même lorsque le chargement atteint sa masse maximale prévue.

Suivant l'invention, la plate-forme marine est caractérisée en ce que les moyens de liaison présentent 10 une déformabilité propre autorisant à la structure supé¬ rieure une dérive sous l' effort latéral telle que ces moyens de liaison viennent sensiblement en alignement avec la résultante des efforts subis par la structure supérieure. 15 Au cours de la construction de la plate-forme, on définit la dérive maximale -que l'on considère comme acceptable pour la plate-forme par rapport à la verticale issue des moyens d'ancrage. On calcule la proportion entre cette dérive et la profondeur de l'eau à l'emplace- .20 ment où la plate-forme doit être installée. On choisit ensuite l'effort vertical ascendant appliqué à la structure supérieure de sorte que la proportion entre les efforts latéraux prévus de la part des courants, des vents, etc., et ledit effort vertical soit égale à la proportion 25 précitée entre la dérive maximale admissible et la profon¬ deur de l' eau.

Certes, augmenter l'effort vertical revient à augmenter le volume du flotteur donc à augmenter les ^ efforts latéraux dus aux courants. Cependant, la poussée .

30 d'Archimède augmente comme le volume du flotteur tandis que les efforts hydrodynamiques n'augmentent que propor¬ tionnellement à son maître couple qui est une surface. Une solution peut donc être trouvée à chaque problème.

On notera que l'invention procède d'une démarche

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contraire à celle de l'état de la technique. Selon l'invention, on recherche une position d'équilibre natu¬ rel du corps sous l'effet des efforts latéraux, et on règle la tension des moyens de liaison pour que cet équilibre soit compatible avec l'utilisation prévue. Selon l'état de la technique, on multiplie les câbles et on varie leurs orientations pour empêcher le flotteur de prendre la position d'équilibre qui est recherchée selon l'invention. Ainsi, dans la plate-forme connue, il suffit que les câbles soient tendus, mais la valeur de la tension ne joue pas de rôle, et en pratique on choisit bien entendu une valeur réduite.

Au contraire, selon l'invention, on est amené dans la plupart des cas à choisir une valeur de tension très élevée, de façon par exemple que les efforts aéro- ou hydrodynamiques restent faibles par rapport à cette tension.

Ainsi, les variations de poussée d'Archimède qu'engendre la houle sur la structure supérieure sont très faibles par rapport à la tension sur les moyens de liaison, et le pilonnement qui en résulte est négligea¬ ble.

Selon un autre aspect de l' invention, la plate-forme marine destinée aux forages pétroliers ou miniers, comprenant des installations notamment pour faire descendre une tige de forage vers le fond de l'eau, un corps de densité inférieure à 1 portant ces installations et dimensionné de façon à avoir une flottabilité positive même avec le chargement maximal prévu, ce corps étant relié à des moyens d'ancrage au fond de l'eau par des moyens de liaison sous tension de façon qu'il se trouve en service immergé sensiblement en totalité, est caractéri¬ sée en ce que les moyens de liaison comprennent un tube é anche à l'eau, à l'intérieur duquel est guidée la

v tige de forage.

Dans cet aspect, l'invention enseigne une réalisation qui permet de bénéficier des avantages du premier objet de l'invention, et qui est en outre particu- 5 lièrement avantageuse dans le cadre des techniques de forage.

En effet, compte tenu des efforts mis en jeu, le tube de liaison étanche à l'eau se comporte comme une attache souple même si une liaison du type 10 encastrement le relie aux moyens d'ancrage. Sa flexibili¬ té est suffisante pour cela. En outre, le tube est particulièrement avantageux dans son rôle de guidage de la tige de forage. Si par exemple l'outil de forage doit être changé, il n'existe plus de problème pour 15 retrouver le forage.

Selon un autre objet de l'invention, le procédé pour mettre en place une plate-forme du genre ci-dessus est caractérisé par les étapes suivantes: on fait flotter librement le corps à l'empla- 20 cernent où l'on désire installer la plate-forme; on dévide depuis le corps une attache destinée à faire ultérieurement partie des moyens de liaison, jusqu'à ce que l'extrémité libre de cette attache atteigne le fond de l'eau; 25 . on amarre l'attache au fond de l'eau; et on tire sur l'attache depuis le corps, de façon à enfoncer celui-ci dans l'eau jusqu'à la profon¬ deur voulue.

D'autres particularités et avantages de l'in- 30 vention résulteront encore de la description ci-après.

Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs: la figure 1 est une vue schématique en élévation latérale d'une plate-forme conforme à l'invention;

la figure 2 est une vue en élévation laté¬ rale et coupe axiale de la plate-forme en cours de mise en place; la figure 3 est une vue schématique en élévation latérale et coupe axiale d'une plate-forme de forage conforme à l' invention;

- la figure 4 est une vue en coupe axiale des moyens d' ancrage; les figures 5 et 6 sont des vues montrant deux étapes de la mise en place de la plate-forme de la figure 3; la figure 7 est une vue partielle en éléva¬ tion latérale et coupe axiale, d'une variante de réalisation ; la figure 8 est une vue en élévation latéra- le d'une plate-forme portant une éolienne; et la figure 9 est une vue en coupe selon la ligne IX-IX de la figure 8.

La plate-forme représentée schématiquement à la figure 1 peut être appliquée à différents usages tels que forage ou encore captage de l'énergie de la houle, des vents ou des courants.

Elle comprend un corps 1, de densité inférieure à 1, constitué d'une sphère creuse étanche à l'eau, immergée de façon que les creux de la houle ne puissent la découvrir, même si la houle a son amplitude maximale prévisible, compte-tenu du site.

Le corps 1 porte un chargement essentiellement constitué d'installations dont la nature est liée à l'utilisation prévue pour la plate-forme. Le chargement comprend également un plateau

6 destiné à permettre aux navires d'accoster ou aux hélicoptères de se poser. Le plateau 6 est supporté par le corps 1 au moyen d'un jambage 7 qui traverse la surface de l'eau 8.

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Le corps 1 est relié à des moyens 9 d'ancrage au fond de l'eau 11 par des moyens de liaison 12.

Même lorsque le chargement supporté par le corps 1 est maximal, l'ensemble constitué par le corps 1 et son chargement (comprenant notamment les installations le plateau 6, le jambage 7 _» etc.) a une flottabilité positive, c'est-à-dire qu'il tend à remonter vers la surface. Ce sont les moyens de liaison 12, qui par leur tension empêchent cette remontée du corps 1. Conformément à l'invention, les moyens de liaison 12 présentent une déformabilité propre autorisant à la plate-forme une dérive sous l'effort latéral telle que ces moyens de liaison viennent en alignement avec la résultante des efforts appliqués à l'ensemble supérieur qui comprend le corps 1 et son chargement.

Ces particularités sont explicitées ci-après en référence à la figure 2, dans laquelle la sphère 1 est soumise, par exemple de la part des courants marins, à un effort latéral L. D'autre part, la sphère 1 subit une poussée verticale ascendante P égale à la différence entre la poussée d'Archimède subie par la structure supérieure et son poids.

La profondeur de l'eau est _h à l'emplacement de la plate-forme et, sous l'effet de l'effort L, le flotteur 1 subit une dérive _d.

Selon l'invention, les moyens de liaison 12 sont tels que L/P = d/h.

Dans l'exemple représenté à la figure 1, les moyens de liaison 12 sont une attache souple unique, telle qu'un câble, et la condition énoncée revient à dire que la résultante R des efforts P et L est sensible¬ ment alignée avec le câble 12.

Dans la représentation simplifiée de la figure 1,

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on a volontairement exagéré l'angle d'inclinaison du câble 12 par rapport à la verticale.

En pratique, on peut rendre cet angle aussi petit que l'on veut en augmentant la poussée P, c' est- à-dire en augmentant la différence entre la poussée d'Archimède sur le corps 1 d'une part et le poids du corps 1 et de son chargement d'autre part.

De préférence, à cet effet, la masse d'eau déplacée par le corps 1 est au moins environ le double de la masse du corps 1 et de son chargement maximal prévu.

De préférence également, on donne à la poussée P une valeur telle que le rapport d/h soit égal au plus à 5%, dans le cas d'un effort latéral L sensiblement maximal.

Bien entendu, les valeurs choisies dépendent de l'application envisagée et des sujétions, qu* elle implique.

D'autre part, les conséquences pratiques sur la construction qui résultent du choix du rapport d/h dépendent de l'effort maximal L prévu, et celui- ci dépend généralement du lieu où la plate- forme doit être installée.

A titre d'exemple, un corps 1 constitué par une sphère de 10 mètres de diamètre a un volume de 525 m . , Si sa paroi a 0,02 m d'épaisseur, son poids est de 49 ton¬ nes environ. En respectant la condition précitée selon laquelle le poids d' eau déplacé est le double du poids de l'ensemble flottant, ce flotteur peut supporter un chargement de 210 tonnes environ. Si comme on peut raisonnablement l'envisager, une telle sphère subit de la part des courants une force latérale L de 3 tonnes, le rapport L/P = d/h est égal à 3/ (525- (210+49 ) ) = 1,13%.

On va maintenant décrire, en référence à

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la figure 2, un procédé d'installation de la plate-forme sur le site d'utilisation. Les étapes du procédé sont les suivantes:

On prépare un ancrage 9 au fond de l'eau 11 et on fait flotter librement sur le site le corps 1 muni d'une cheminée destinée à servir ultérieurement de jambage 7. La cheminée 7 est surmontée d'un treuil 10 sur lequel le câble 12 est enroulé.

On dévide le câble 12 qui entre dans le corps 1 par la cheminée 7, et ressort du corps 1 par un orifice 15 muni de moyens d'étanchéité évitant toute entrée d'eau dans le corps 1.

Quand le câble atteint le fond de l'eau 11, on le fixe à l'ancrage 9, par exemple à -l'aide de personnel se rendant sur les lieux au moyen d'un véhicule sous-marin.

On réenroule le câble 12 à l'aide du treuil 10 de façon à faire descendre le corps 1 jusqu'à la profondeur voulue. C'est l'étape représentée à la figure 2.

Dès lors, le câble 12 constitue l'attache définitive du corps 1 à l'ancrage 9-

Dans l'exemple des figures 3 et 4, qui concer¬ ne une plate-forme marine destinée au forage pétrolier, les éléments analogues à ceux de la figure 1 ne sont pas décrits à nouveau. Les moyens de liaison 9 compren¬ nent ici un tube unique 13 fixé rigidement aux moyens d'ancrage 9 et à la sphère 1. Malgré cette fixation rigide, le tube 13 se comporte comme une attache souple permettant d'assurer que la condition L/P ≈- d/h est remplie.

Le tube 13 est étanche à l'eau et on a fait en sorte à la construction qu'il ne contienne pas d'eau. En outre, on a choisi un tube en acier dont

l'épaisseur _e satisfait avec le diamètre D de ce tube la relation e = D/31,2. Ainsi, compte tenu de la densité de l'acier égale à 7,8, on vérifie que le poids du tube plongé dans l'eau est équilibré par la poussée d'Archimede, autrement dit que le poids apparent du tube est nul. Le diamètre D est choisi en fonction des contraintes subies par le tube, notamment en traction sous l'effet des efforts tels que P, et en compression radiale sous l'effet de la pression de l'eau. Les moyens d'ancrage 9 qui sont représentés en détail à la figure , comprennent un pieu tubulaire 14, anche à l'eau, scellé par un ciment ou une résine 16 dans un puits 17 creusé verticalement au fond de l'eau. Ce type d'ancrage est décrit en détail dans la demande de brevet français n° 78 19 897 aux noms des Demandeurs.

Le tube 13 _» dont le diamètre est inférieur au diamètre interne du pieu tubulaire 14 s'étend jusqu'au fond du puits 17 _» coaxialement à ce dernier. Un scellement en béton 18 est interposé entre le tube 13 et le pieu 14. Le scellement 18 est prolongé vers le haut par une corolle 19 destinée à limiter le rayon de courbure en flexion du tube 13- Vue en section droite, la face 21 de la corolle 19 qui fait face au tube 13 est tangente au tube 13 au niveau de l'embouchure du puits 17, puis s'éloigne du tube 13 selon un arc de cercle. Le rayon de cet arc de cercle 21 est le rayon maximal que l'on admet pour la courbure du tube 13- La hauteur de la corolle 19 est telle que l'angle au sommet de l'arc de cercle 21 est au moins égal à l'angle d'inclinaison maximal admis pour le tube 13, cet angle étant défini par le rapport d/h.

La paroi du tube 13 est surépaissie depuis le fond du puits 17 jusqu'au sommet de la corolle 19 car

c'est dans cette zone que le tube 13 travaille en flexion, comme on le verra plus loin.

Comme le montrent les figures 3 et , la tige de forage 22 servant à l'exploration pétrolière, est montée dans un tube 23 de guidage qui à son tour est installé dans le tube 13. Le forage 24 est réalisé à partir du fond du puits 17. Le tube 23 sert à gainer la paroi du forage 24 et à évacuer vers le haut les matières résultant du travail de forage. De préférence, un dispositif obturateur de sécurité 26 (figure 3) est installé dans les moyens d'ancrage 9 pour prévenir l'éven¬ tuel jaillissement brutal du pétrole ou du gaz.

Les installations de forage, schématisées à la figure 3 sous la forme d'un derrick 27 sont installées dans le corps 1 qui est une sphère creuse. La plate¬ forme 6 permet aux navires d'accoster et/ou aux hélicoptères de se poser.

On va maintenant décrire le fonctionnement de la plate-forme. Seul le jambage 7 traverse la surface de l'eau 8, et comme il ne porte que le plateau 6 et non pas la totalité des installations, le jambage 7 est relativement mince. En conséquence, l'influence de la houle sur le volume d' eau déplacé par la plate-forme est très réduite et engendre des variations de poussée P très faibles qui sont tout à fait négligeables si on les rapporte à la valeur de la poussée P. La houle est donc sans influence sur la plate-forme.

Compte-tenu de la longueur du tube 13 _» ce dernier se comporte comme un câble, c'est-à-dire que sous l'effet de la résultante R il tend à s'aligner avec cette résultante dès sa sortie des moyens d'ancrage 9. Grâce à la corolle 19, la contrainte effective dans le tube 13 est limitée par le rayon de courbure de la

face 21. Ainsi, toute courbure du tube 13 a lieu en appui contre une partie ou, dans les cas extrêmes, la totalité de la hauteur de la face 21. Au-dessus, le tube est tendu de façon rectiligne sous l'effet de la résultante R.

Quand on doit extraire entièrement la tige de forage 22 pour changer l'outil de forage (non représen¬ té) qui se trouve à son extrémité inférieure, il n'y a ensuite aucun problème pour retrouver le forage 24 puisqu'il suffit de réengager la tige de forage 22 dans le tube de guidage 23.

Les figures 5 et 6 montrent deux étapes du procédé de mise en place sur le site de la plate-forme des figures 3 e 4. Ce procédé comprend les étapes suivantes:

On scelle le pieu 14 dans le puits 17 et on laisse flotter librement le flotteur 1 sur le site.

On construit le tube 13 par éléments 28 à l'intérieur de la sphère 1, et on le fait sortir de la sphère 1 vers le bas, par un orifice 29 ménagé à la base de la sphère 1. C'est l'étape représentée à la figure 5. Une technique pour dévider un tube depuis une enceinte étanche sans risquer l'intrusion d'eau dans l'enceinte est décrite dans la demande de brevet français n° 78 19 467 du 29 juin 1978 aux noms des Deman¬ deurs.

Quand le tube 13 atteint le fond du puits 17 _» on réalise le scellement en béton 18 entre le tube 13 et le pieu 14. A cet effet, du personnel se rend auprès de l'ancrage 9 à l'aide d'un véhicule progressant sur le fond marin 11.

- On installe des vérins 31 dans la sphère 1, entre la sphère (1) et l'extrémité du tube 13, et à

l'aide de ces vérins, on enfonce la sphère 1 dans l'eau jusqu'à la profondeur voulue. C'est l'étape représentée à la figure 6.

Dans l'exemple représenté à la figure , 5 le corps 1 est de forme horizontale oblongue et peut pivoter autour du tube 13 grâce à un pivot étanche 32. Le derrick 27 est monté sur un épaulement 33 du tube 13.

Ce mode de réalisation permet au flotteur de s'orienter de lui-même dans sa direction de moindre 10 résistance aux courants marins.

Dans l'exemple représenté aux figures 8 et 9, la plate-forme est destinée à supporter une éolienne 35. Pour lui assurer la grande stabilité nécessai- - re, la plate-forme comprend trois corps cylindriques 15 1a, de densité intérieure à 1, disposés selon un schéma de triangle equilateral (figure 9).

Chaque corps 1a est relié à un ancrage respectif 9, par exemple du genre à pieu creux tel que 14 enfoncé dans un puits tel que 17, par des moyens de liaison 20 9 comprenant chaque fois une tige 34 articulée à l'ancra¬ ge 9 correspondant par un joint universel 36 faisant office de rotule.

Les ancrages 9 sont disposés selon le même schéma que les corps la, de sorte que les tiges 34, qui 25 sont de même longueur, sont parallèles entre elles.

Un châssis 37, qui repose sur les trois corps 1a par l'intermédiaire de trois pieds 38 qui traversent la surface de l'eau 8, porte l'éolienne 35. Pour renfor¬ cer la rigidité de la structure supérieure, les corps 30 1a sont reliés entre eux par trois entretoises 39 qui matérialisent le schéma en triangle equilateral de l'ensem¬ ble.

La plate-forme obéit aux conditions générales posées selon l'invention et explicitées en référence à

- SS ^L E Ct

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la figure 1.

La poussée P est égale à la différence entre le poids de l'eau déplacée par la structure supérieure et le poids total de la structure supérieure comprenant l' olienne 35., le plateau 37, les trois jambes 38 et les trois corps 1a_.

Les barres 34 sont fixées rigidement aux corps là.* En cas d' effort latéral sur la structure supé¬ rieure, elles peuvent subir un moment fléchissant très important. Pour limiter ce moment, des corolles 41, de conception analogue à la corolle 19 de la figure 4, mais dirigées vers le bas, entourent les tiges 3 à leur jonction avec les corps 1_a_.

On a pu constater que l'invention, malgré la simplification surprenante qu'elle apporte relativement à l'état de la technique des plate-formes flottantes, se prête avantageusement à de très nombreuses applications .

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés et de nombreux aménage- ments peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.

C'est ainsi par exemple que tout le système d'amarrage par tube 13, pieu 14, scellement 18 et corolle 19 est parfaitement applicable à une plate-forme qui ne soit pas destinée au forage.

D'autre part, dans le procédé de mise en place décrit en référence à la figure 2, on peut prévoir que la cheminée est prolongée jusqu'au bas de la sphère 1, auquel cas il suffit d ^r une étancheité statique entre la cheminée 7 et l'orifice 15, l'eau pouvant sans inconvénient pénétrer dans la cheminée 7*

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