Système de raccordement de tuyauteries sous-marines en grandes profondeurs

La présente invention concerne un système de raccordement de tuyauteries sous-marines spécialement étudié pour une utilisation à grande profondeur. II existe de nombreux moyens d'assemblage de tubes. On connaît l'assemblage par soudure ou soudo-brasure, par raccords et manchons filetés ou encore par brides mobiles susceptibles d'être fixées par dudgeonnage ou mandrinage aux extrémités des tronçons de tube à raccorder.

La particularité commune aux modes de raccordements ci-dessus énoncés est la nécessité de disposer pour réaliser ces différents types d'assemblage d'un système énergétique susceptible de se présenter sous diverses formes :

- Thermique ou électrique (soudure ou brasure)

- Mécanique afin de provoquer par couple moteur appliqué aux écrous, vis, raccords ou manchons, leur déformation élastique, lesquelles pièces emmagasinent l'énergie potentielle nécessaire au serrage.

Si cette particularité commune aux différents systèmes de jonction ne pose aucun problème pour les chantiers situés à l'air libre et au niveau terrestre, il n'en n'est pas de même pour les installations de tuyauteries dans un milieu où les conditions environnementales extrêmement sévères présentent un obstacle insurmontable à l'intervention humaine directe. Celle-ci ne peut se faire dans les grands fonds marins qu'à partir d'un engin habité, équipé d'outillages limités dans leurs possibilités et à autonomie réduite ou encore au moyen d'un robot sous-marin télécommandé à partir de la surface via un R. O. V. (« Remotly Operated Véhicule » ou véhicule télécommandé) par exemple. En toute logique, nous sommes amenés à observer que les systèmes de raccordement utilisés au niveau aérien, c'est-à-dire du sol, ont été intégralement transposés au niveau sous-marin, alors que nous nous trouvons en présence d'un environnement totalement différent. Les fonds marins constituent un environnement hostile, eu égard à l'intensité des forces pressantes à grande profondeur, mais providentiel si nous utilisons celles-ci à des opérations ponctuelles nécessitant un travail W, travail qui est le produit d'une force F par la longueur de son déplacement L (W=FxL), lequel travail couvre, compte tenu de l'intensité des forces susceptibles d'être mises en œuvre dans le domaine de la mécanique, un vaste champ d'applications possibles : telles que des opérations d'emboutissage ou de perforation de tôles de fortes épaisseurs par exemple, ou de mise sous contraintes

d'éléments assurant l ^' étanchéité telles que les brides et contre brides de raccordement de tuyauteries notamment.

Notons que le travail utilisé lors de ces différentes opérations peut être différé dans le temps par son accumulation dans un système élastique sous forme d'énergie potentielle disponible à tout instant par simple action sur un organe de commande.

Le but de la présente invention est donc de fournir un dispositif et un procédé associé permettant de raccorder au moins deux tuyauteries, dans un milieu marin ou équivalent en grande profondeur, plus aisés à mettre en œuvre que les dispositifs et procédés de l'art antérieur décrits ci-dessus. Ce but est atteint par le fait que le dispositif ou système de raccordement pour raccorder au moins deux extrémités de tuyauteries selon la présente invention, comprend une enveloppe composée d'une structure élastique et d'un manchon traversant de part en part et dans son axe l'enveloppe, ladite enveloppe présente une épaisseur variable et définit un volume étanche, de sorte qu'une pression à l'extérieur du volume étanche supérieure à la pression à l'intérieur du volume étanche entraine une déformation élastique de la structure élastique tendant à diminuer l'épaisseur de l'enveloppe jusqu'à une épaisseur sous contrainte maximale. En outre, ledit système de raccordement raccorde lesdites tuyauteries en étant disposé entre les deux extrémités de chaque tuyauterie et en équilibrant la pression à l'intérieur du volume étanche avec la pression à l'extérieur du volume étanche au moyen d'un organe déclencheur de sorte que l'épaisseur de l'enveloppe est ramenée à une épaisseur de raccordement serré comprise entre l'épaisseur hors contrainte et l'épaisseur sous contrainte maximale. Le serrage de raccordement est réalisé par la force résultant de la déformation élastique de l'enveloppe exercée par l'enveloppe sur les extrémités des tuyauteries. Ceci permet que des forces de serrages importantes soient mises en œuvre entre les extrémités des tuyauteries et le système de raccordement sans apport sensible d'énergie (ou de puissance). La puissance à amener permettant de déclencher ces forces est de l'ordre de quelques watts (ou centaines de watts).

Le manchon est un élément à épaisseur variable destiné à assurer le raccordement et la continuité des volumes intérieurs des tuyauteries à connecter. La structure élastique est la partie extérieure de l ^' enveloppe et délimite, avec le manchon, le volume étanche. La partie intérieure de l'enveloppe est le manchon.

En outre par « épaisseur » on entend la distance séparant les deux extrémités libres du manchon, c'est-à-dire la distance qui sépare les deux extrémités qui sont destinées à réaliser la connexion avec les tuyauteries à connecter.

On comprend également que le système de raccordement génère des forces de serrage adaptées aux raccordements de tuyauteries en grande profondeur sous marine. Ces forces de serrages sont généralement importantes. L ^' organe déclencheur commande la mise en œuvre de ces forces. L'organe déclencheur est lui-même piloté par une commande nécessitant un faible apport d'énergie. Ainsi les forces de serrages sont pilotées par des commandes faiblement énergétiques, et une puissance de quelques watts permet de déclencher, ou pas, le raccord effectif des tuyauteries entre elles, ainsi que le serrage du raccord. Avantageusement, le raccordement est effectué entre des contre -brides solidaires de l'extrémité des tuyauteries à raccorder.

De préférence, le système comprend en outre un étrier permettant d'immobiliser les extrémités des tuyauteries à raccorder.

Avantageusement, l'organe déclencheur est une valve permettant de mettre en communication ou en séparation le volume étanche avec l'environnement extérieur. Selon une première variante, le système de raccordement comprend en outre un réservoir constituant une source basse pression, permettant en étant en communication avec le volume étanche d'amener le volume étanche en basse pression afin de desserrer le raccordement et autoriser le démontage du système de raccordement en amenant l'épaisseur de l'enveloppe à l'épaisseur sous contrainte maximale. Préférentiellement, la structure élastique est constituée par au moins deux flasques élastiques de forme tronconique disposés tête-bêche et rendus solidaires à leur grande base par visserie ou soudure, et par le manchon à leur petite base.

Par « grande base » on entend l'extrémité radiale du flasque qui présente le plus grand diamètre, et par « petite base » on entend l'extrémité radiale du flasque qui présente le plus petit diamètre. En outre, par « disposés tête-bêche », on comprend que les grandes bases des flasques sont en appui l'une sur l ^' autre, et que chaque flasque s'étend depuis cette grande base à l'opposé l'une de l'autre, de sorte que les petites bases de chaque flasque sont situées de part et d'autre du plan défini pas la zone de contact des grandes bases. Selon une seconde variante, la structure élastique comprend en outre des ressorts additionnels.

Avantageusement, les extrémités des tuyauteries à raccorder présentent un lamage sur lequel des portées du manchon prennent appui.

Par « portée » du manchon on entend une zone ou relief du manchon destiné à prendre appui sur les extrémités des tuyauteries. Par « lamage » on entend une zone ou relief de

forme complémentaire à une portée, de sorte que le lamage et la portée s'épousent afin de réaliser le raccord entre le manchon du système de raccordement et les tuyauteries. Préférentiellement, rétrier comporte en outre des douilles coulissantes. Selon une troisième variante, le système de raccordement permet de raccorder à l'aide de l'étrier une extrémité de tuyauterie avec le manchon équipé d'un bouchon, pour assurer l'obturation de ladite extrémité de tuyauterie.

L'invention concerne également un procédé de raccordement de tuyauteries sous-marines caractérisé en qu'il utilise conjointement deux pressions l'une «haute pression» environnementale et naturelle, l'autre «basse pression» artificiellement apportée et contenue dans un système, un travail ayant pour origine la pression différentielle sus indiquée est emmagasiné dans une structure élastique de pièces déformables du système, lesquelles sont susceptibles de restituer, si rien ne s'y oppose, sous forme d ^' un travail moteur, la totalité de l'énergie emmagasinée, laquelle restitution, partielle ou totale est télécommandée par un organe déclencheur neutralisant la pression différentielle par équilibrage des pressions interne et externe agissant sur la dite enveloppe.

On comprend donc que le procédé consiste tout d'abord à mettre un volume étanche délimité par une enveloppe (comprenant une structure élastique) à une première pression, par exemple la pression ambiante au niveau de la mer. Ensuite, le procédé consiste à mener l'enveloppe dans un milieu où la pression environnante est supérieure à la première pression, par exemple la pression ambiante dans la mer à deux milles mètres (2000m) de profondeur. Ainsi, la pression interne du volume étanche délimité par l'enveloppe étant inférieure à la pression qu ^' exerce le milieu extérieur sur l'enveloppe, cette dernière se déforme. Bien entendu, pour permettre cette déformation, le volume étanche contient un fluide compressible, par exemple de l'air. Lorsque l'enveloppe est déformée, on amène la pression du volume étanche interne de l'enveloppe à la pression ambiante à l'extérieur de l'enveloppe au moyen d'un organe déclencheur, par exemple une valve mettant en communication le volume étanche et le milieu extérieur. Ainsi les pressions à l'intérieur et à l'extérieur de l'enveloppe tendent à s ^' équilibrer, et en conséquence l'enveloppe tend à reprendre sa forme initiale. Bien évidemment, l'enveloppe est conçue de telle sorte que les déformations subies n ^' entrent pas dans le domaine plastique, afin que les déformations de l'enveloppe soient réversibles.

Pendant la phase d'équilibrage des pressions interne et externe, le procédé consiste à limiter ou brider le retour à la forme initiale de l'enveloppe, par exemple en la positionnant entre deux extrémités libres mais sensiblement immobiles de deux tuyauteries. Ainsi,

lorsque l'enveloppe tend à reprendre sa forme initiale, elle prend appui sur les extrémités libres des tuyauteries et réalise ainsi le raccord des deux tuyauteries. Par la suite, lorsque l ^' équilibre des pressions entre le volume intérieur de l'enveloppe et le milieu extérieur est effectif, l'enveloppe exerce un effort de serrage qui serre (verrouille) le raccord entre les tuyauteries et l ^' enveloppe. Cet effort de serrage est proportionnel à la déformation élastique dans laquelle est bridée l'enveloppe. En d'autre terme, lorsque l'enveloppe est bridées, au plus cette dernière est déformée, au plus l'effort de serrage est important. L ^' idée générale de cette nouvelle technologie est de substituer au raccordement et au serrage par système hélicoïde, représenté par exemple par un ensemble constitué d'une vis et d'un écrou, un système utilisant conjointement la pression hydrostatique environnementale et la propriété élastique d'éléments réalisés à partir de certains matériaux ayant la propriété d'emmagasiner lors de leur déformation une énergie potentielle. Energie potentielle dénommée dans la théorie statique des ressorts, potentiel élastique ou potentiel interne du-dit élément ; celui-ci pouvant être métallique (un acier par exemple) ou un polymère naturel ou synthétique (élastomère) ou bien encore composite (fibres de verre, de carbone ou d'aramide) avec association pouvant être combinée de ces différents matériaux au moyen d'une matrice de liaison ou d'un assemblage type sandwich. La technique utilisée pour la mise en œuvre du système objet de l'invention fait donc appel à des éléments matériels utilisant pour certains le couple « élasticité-raideur » susceptible d'absorber et de restituer un travail -éléments matériels composant un ensemble dénommé dans la présente description sous le vocable «enveloppe (B) » pour d'autres leurs propriétés réfractaires à la déformation d'éléments matériels composant un ensemble dénommé sous le vocable «étrier (A) » lequel oppose des forces de réaction aux forces d'action développées par l'enveloppe (B) dans certaines conditions explicitées au paragraphe «fonctionnement du système».

On connaît l ^' hydrostatique ou statique des fluides et donc l'existence des forces pressantes exercées par ceux-ci. Leur mise en évidence n'est donc pas nécessaire. Si. comme nous le notions précédemment, ces forces créent un obstacle sérieux aux interventions en eaux profondes, elles représentent aussi des caractéristiques énergétiques potentielles considérables et intéressantes. L'utilisation conjointe de cette propriété avec celle des ressorts constituent les deux éléments fondamentaux utilisés dans la présente invention. Dans le domaine énergétique, les théories de base se ressemblent. Par exemple, pour obtenir un travail en thermodynamique, une source froide et une source chaude sont nécessaires. De même dans le domaine des fluides, en hydraulique, par exemple deux

milieux à pression d'intensités différentes peuvent générer un travail moteur. On conçoit dès lors que, si l'on soumet la surface extérieure d'une enveloppe fermée, rigide mais élastique à une pression supérieure à celle d'un fluide compressible agissant sur ses parois, une force tendant à l'écrasement de la dite enveloppe se manifeste modifiant ainsi les caractéristiques dimensionnelles de celle-ci. Ce travail de déformation correspond à l'énergie potentielle accumulée par sa structure et susceptible d'être restituée en tout ou en partie lorsque l'action de la dite force est neutralisée.

Il convient de noter que, lorsque l'enveloppe est immergée au sein d'un liquide, cette force modifie toutes les dimensions de son ossature par compression, traction ou flexion. Ces types de déformation ont dans la conception de l'enveloppe une influence parfaitement contrôlée par des opérations d'usinage. Par exemple, visant à rendre prépondérante l'action due à la compression et à son contrôle par diminution des épaisseurs de la structure de l'enveloppe dans certaines zones en améliorant sa flexibilité ou au contraire par augmentation de l'épaisseur en privilégiant la raideur. Cette raideur limitant la déformation est susceptible d'être confortée par des éléments de sécurité devenant jointifs lorsque la diminution de l'épaisseur de l'enveloppe atteint sa valeur optimum.

Les chantiers en eau profonde peuvent être situés à plusieurs niveaux, en conséquence les enveloppes (B) déformables sont réglées lors de leur fabrication d'une part en fonction de la pression hydrostatique correspondant à la profondeur d'immersion, d'autre part en fonction de l'intensité du serrage désiré au niveau des plans de joint des brides par dimensionnement approprié de la surface impliquée dans la déformation. En outre, l'adaptation de l'enveloppe (B) à une fin déterminée est directement liée : a) Au choix de la (ou des) matière(s) composant sa structure (flexibilité, raideur, module d ^' élasticité, limites élastiques) b) Aux épaisseurs de la structure composant les parois de l'enveloppe (B) incluant des zones de moindre résistance comme indiqué précédemment ou encore des surépaisseurs privilégiant la raideur des dites zones.

Par souci d'économie et de simplification de fabrication, un type de structure déterminé d'une enveloppe prévue pour un niveau d'immersion donné pourra être adapté à un niveau d'immersion supérieur et ce au moyen de charges additionnelles réglables, lesquelles charges additionnelles étant par exemple constituées de ressorts type rondelles coniques susceptibles d ^' être montées en colonnes ou en paquets (ces deux procédés d'association pouvant être combinés l'un avec l'autre lors du montage en atelier). Pour résumer :

Comme remarqué précédemment, nous disposons :

• d ^' un milieu source de haute énergie représenté par : la pression hydrostatique environnementale

• d'un milieu source de basse énergie représenté par le volume interne de l'enveloppe (B) sous faible pression d'air (de l'ordre de la pression atmosphérique),

• d'un système apte à accumuler ou restituer l ^' énergie en utilisant les propriétés des ressorts, il nous est donc possible d'obtenir un travail moteur ou résistant en utilisant alternativement les deux sources indiquées et ce par leur séparation ou leur mise en communication au moyen d'une valve dite d'équilibrage.

Cet ensemble de moyens judicieusement combinés constitue la base de fonctionnement du système de raccordement de tuyauteries sous-marines, objet de l'invention.

L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui suit de différents modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs. Cette description fait référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure IA représente une vue en coupe partielle d'un premier mode de réalisation de l'invention à une épaisseur ej, la figure IB représente deux demi-coupes à une épaisseur e ₂ et e ₃ , et la figure IC représente une coupe selon le plan F de la figure IB, la figure 2 représente une demi-coupe d'un second mode de réalisation de l'invention, la figure 3 A représente une vue de face partiellement en coupe d'un troisième mode de réalisation de l'invention, la figure 3B représente une vue partiellement en coupe selon le plan IIIB de la figure 3A, la figure 4A représente une vue de face partiellement en coupe d'un quatrième mode de réalisation de l ^' invention, la figure 4B représente une vue en coupe rabattue selon le plan FF de la figure 4A. les figures 5A, 5B et 5C représentent trois phases d'un procédé de mise en œuvre d'un cinquième mode de réalisation de l ^' invention, la figure 5D représente une coupe selon le plan VD de la figure 5C, la figure 6 représente une coupe partielle d'un cinquième mode de réalisation de l'invention,

Ia figure 7A représente une vue de face partielle d'un sixième mode de réalisation de l ^' invention, la figure 7B représente deux demi-coupes (à des épaisseurs différentes) du mode de réalisation de la figure 7A selon le plan VIIB, les figures 8A et 8B représentent deux phases (respectivement valve fermée et valve ouverte) d'un procédé de mise en œuvre de l'invention, les figures 9A, 9B (valve fermée) et 9C (valve ouverte) représentent trois phases d'une variante du procédé de mise en œuvre de l'invention, la figure 10 représente un diagramme charge/déformation, et la figure 1 1 représente par un diagramme l'évolution des charges en fonction de la hauteur d'eau.

Fig. IA, fig. IB et fig. IC

Le système objet de l'invention comprend :

• d'une part, une enveloppe (B) rigide et fermée constituée de deux flasques élastiques de forme tronconique (1) et (2) disposés «tête-bêche» et rendus solidaires à leur grande base par visserie ou soudure (5), à leur petite base par un manchon (8). Le dit manchon traverse de part en part et dans son axe la dite enveloppe (B) ; il possède en son centre une (ou plusieurs) partie(s) annulaire(s) pliante(s) préalablement formée(s) en soufflet (9) alors qu'à ses extrémités sont dressées par usinage et perpendiculairement à l'axe XZ les parties circulaires (16) et (18). On comprend donc que l'enveloppe (B), comprenant le manchon (8) et les flasques (1) et (2), présente une symétrie de révolution par rapport à l'axe XZ, les flasques (1) et (2) et le manchon (8) étant montés coaxialement. Les flasques (1) et (2) correspondent à la structure élastique de l'invention, c'est-à-dire la partie que génère l'effort de serrage par déformation élastique. Lorsque l'enveloppe (B) est au repos, la distance entre les deux extrémités du manchon (8) est maximale et égale à eι (épaisseur hors contrainte). Le manchon (8) dugeonné ou mandriné à la petite base des troncs de cônes (36) détermine un volume de forme annulaire (10) étanche mais susceptible d ^' être mis en communication avec l'environnement extérieur à l'enveloppe par ouverture de la valve ( 15) laquelle est fixée à la grande base des flasques réunis solidarisés comme indiqué par vissage positionnant l ^' axe de la valve (15) perpendiculairement par rapport à l'axe XZ. On comprend donc que le volume de forme annulaire est délimité d'une part par le manchon (8) et d'autre part par les flasques (1) et (2). En outre, on comprend également que le manchon (8) est élastiquement déformable, ce dernier est donc apte à

emmagasiner de l ^' énergie par déformation élastique, et donc à participer à l ^' effort de serrage.

La partie interne de chaque flasque tronconique comporte par usinage et en surépaisseur un bossage de forme circulaire (13) ayant pour centre l'axe X, Z. Les dits bossages parfaitement symétriques se font vis à vis à l'intérieur du volume annulaire

(10). Ils deviennent jointifs lorsque l'aplatissement de l'enveloppe (B) est à sa valeur maximum (e ₂ ). En d'autres termes, les bossages (13) sont en butée l'un contre l'autre, lorsque l'enveloppe (B) est soumise à un différentiel de pression tel que l'enveloppe

(B) présente une déformation maximale, c'est-à-dire une déformation selon l'axe XZ telle que la distance entre les deux extrémités du manchon est minimale et égale à β ₂

(épaisseur sous contrainte maximale).

• D'autre part, le système comprend un étrier mécano-soudé (A) constitué par une ossature en forme de «U» peu déformable dans laquelle viennent se placer les deux contre-brides (30) solidaires de l'extrémité des tubes à raccorder. Ces contre-brides sont préalablement imbriquées dans les fraisages annulaires (27). Cet étrier (A) est apte à bloquer les tuyauteries au niveau de leur contre-bride (30) dans le sens de leur éloignement réciproque selon la direction XZ. Cet étrier sert à reprendre des efforts de serrage générés par l'enveloppe (B). En d'autres termes, lorsque l'enveloppe (B) et les tuyauteries sont connectées, l'étrier (A) bloque l'enveloppe (B) par l'intermédiaire des contre-brides (30) de telle sorte que l'enveloppe (B) génère un effort de serrage résultant de sa déformation élastique.

FONCTIONNEMENT DU SYSTEME DE RACCORDEMENT OBJET

DE L'INVENTION

Les figures IA, IB et IC (premier mode de réalisation) représentent :

• D ^' une part, à la partie supérieure de la planche en élévation et demi-coupe, l'enveloppe libérée de toute contrainte. La pression à l'intérieur du volume annulaire ( 10) est identique à celle agissant sur la surface extérieure de l ^' enveloppe, la valve (15) étant fermée. Dans ces conditions, l'épaisseur de l'enveloppe (B) est à sa valeur maximun, correspondant à la position non immergée (eθ

• D'autre part, la figure IB représente en coupe l'enveloppe (B) soumise à la pression hydrostatique (épaisseur sous contrainte max e ₂ ), tandis que la figure IA fait apparaître

l ^' épaisseur hors contrainte e _t , la valeur de Ia déformation maximale étant égale à (C] - e ₂ ).

• Soumise à la pression hydrostatique, le volume annulaire (10) étant isolé du milieu extérieur à l ^' aide de la valve ( 15), la dite enveloppe (B) d'épaisseur (ei) devient d'épaisseur (e ₂ ) ce qui permet son introduction dans l ^' espace libre déterminé par les surfaces des contre-brides (30) se faisant vis-à-vis. L'enveloppe (B) aplatie progressivement au cours de sa descente par la force développée par la pression hydrostatique atteint à ce stade sa déformation maximum, laquelle est limitée par les bossages annulaires (13) devenus jointifs et agissant en dispositif de sécurité. La force déterminant cette variation d'épaisseur correspondant à son aplatissement a pour valeur la pression hydrostatique au centimètre carré (cm ² ) multipliée par la surface correspondant au diamètre extérieur de l ^' enveloppe (0 ₂ ) de laquelle est retranchée la surface correspondant au diamètre intérieur de l'enveloppe (0i). La valeur de cette surface différentielle étant d'importance vitale dans la conception de l'enveloppe et son adaptation à la pression en service du fluide transporté et plus précisément le réglage du potentiel élastique, c'est-à-dire du travail emmagasiné par l'enveloppe (B) considéré comme un véritable système de ressorts. L'enveloppe (B) étant positionnée comme indiqué précédemment et à axe confondu avec l'axe XZ (c'est-à-dire l'enveloppe (B) étant positionnée coaxialement aux tuyauteries), le serrage du raccordement peut dès lors être commandé par ouverture de la valve (15) équilibrant les pressions interne et externe de la dite enveloppe ; laquelle enveloppe, dans son expansion, vient encastrer avec force les portées circulaires (16) et (18) dans les lamages des contre-brides (30). Lesquelles contre- brides immobilisées dans les logements circulaires (27) portés par l'étrier (A) opposent une force réactive correspondant à l'intensité du serrage. Dans cette position, le manchon (8) de l'enveloppe (B) présente une distance entre ses extrémités (dite distance intermédiaire) égale à e _? (épaisseur de raccordement serré), cette épaisseur β3 étant inférieure à l'épaisseur maximale ej (enveloppe (B) au repos) et supérieure ou égale à l'épaisseur minimale 6 ₃ (enveloppe (B) déformée au maximum), c'est-à-dire : e ₂ < e ₃ <ei. Nous noterons que le fonctionnement du système peut être comparé dans sa théorie élastique aux rondelles coniques type Belleville où la relation entre la charge P et la flèche δ est différente des autres types de ressort. Ces rondelles admettent en effet une charge constante pour une grande variation de flèche et ce, notamment, dans une zone de fonctionnement particulièrement intéressante, c'est-à-dire proche de la charge maximum

donc de la déformation maxi (voir diagramme figure 10 planche 7/8). Cette particularité a par conséquence une valeur d'expansion permettant, sans perte significative d'énergie, une imbrication importante des portées circulaires (16) et (18) dans les contre-brides (30).

La figure 2 (second mode de réalisation), identique quant à son principe de fonctionnement au premier mode de réalisation (figures IA, IB et IC), diffère en ce que l'enveloppe (B) est constituée par quatre flasques tronconiques (1) (2) (3) et (4) assemblés «tête-bêche» deux à deux et rendus solidaires d'une part à leur grande base par la visserie (5) appuyant les joints annulaires (6) ; d'autre part, à leur petite base par un manchon (8) hydro ou thermo-formé avant montage venant s'appliquer sur les bases arrondies des flasques tronconiques (1) et (4). L'étanchéité avec l'extérieur des volumes annulaires (10) étant confortée par les deux drapages plastiques annulaires (12) prenant appui d'une part pour l'un, sur le manchon (8) et la petite base du flasque tronconique (1) et d'autre part, pour l'autre, sur la petite base du flasque tronconique (4) et l'écrou de serrage (17). Le serrage du dit écrou tend simultanément à l'élongation du manchon (8) et au blocage des bases des flasques tronconiques sur celui-ci assurant une légère contrainte de l'ensemble ainsi monté. Les deux volumes annulaires (10) sont mis en communication par exemple par le canal (16) ou encore par un fraisage longitudinal usiné dans le manchon (8) (non représenté). Nous retrouvons comme indiqué sur les figures IA et IB les bossages annulaires (13) limitant la déformation lorsqu'ils sont jointifs. Ces bossages reçoivent dans cette position les soufflets (9) qui viennent y prendre appui.

Sur l'axe XY et sur un cercle concentrique à l'axe longitudinal du manchon (8) sont disposées des charges additionnelles (14) se présentant comme nous l'avons indiqué sous forme de ressorts du type rondelle conique, lesquelles rondelles coniques traversées et immobilisées à leur petite base par les axes (37) sur lesquels coulissent les douilles (38) sont réparties symétriquement sur un cercle concentrique à l'axe ZZ' et ce, suivant un écart angulaire d'une valeur déterminée lors du montage en atelier. L'ensemble des charges additionnelles amovibles et réglables permet au système objet de l'invention l'adaptation aisée d'une structure de base de l'enveloppe (B) à différentes hauteurs d'eau, donc susceptible de faire face à différents chantiers et profondeurs.

Le flasque tronconique (1) comprend latéralement vissée la valve d'équilibrage (15) isolant les volumes annulaires (10) de l'environnement extérieur (position fermée) ou au contraire permettant la communication entre ces deux milieux (position ouverte). Cet organe permettant ou interdisant l'équilibrage des volumes annulaires (10) avec la pression

environnementale pouvant être du type à pointeau, ou du type hydrovalve électrique à commande ultra-sonique de faible puissance et télécommandée à partir d'un R. O. V. ou encore par un navire situé au niveau zéro.

Les principaux avantages de la variante ci-dessus décrite du système de raccordement réside d'une part dans l'augmentation de la valeur de la flèche qui est multipliée par deux pour une même charge, d'autre part dans la possibilité d'augmentation de la dite charge à la valeur voulue au moyen des ressorts du type rondelle conique (14). Dans ce mode de réalisation, la structure élastique correspond aux quatre flasques (1) (2) (3) et (4) combinés avec les charges additionnelles (14). Bien entendu, il est également possible de monter ces ressorts ou charges additionnelles (14) sur le premier mode de réalisation (figures IA et

I B).

Les figures 3A et 3B (troisième mode de réalisation) présentent une forme d'enveloppe légèrement différente de la forme biconique représentée par la figure IA et dans laquelle est pratiquée une rainure (7) à la périphérie du volume annulaire (10) et orientant la déformation de la dite enveloppe, la fibre neutre étant située sur l'axe UU'. Sur la figure 3 A apparaissent le positionnement des charges additionnelles (14) disposées sur un cercle concentrique à l'axe des tronçons de tuyauterie à raccorder, les bossages circulaires (13), enfin, les fraisages circulaires (27) imbriquant les contre-brides (30) dans l'étrier (A).

Les figures 4A et 4B (quatrième mode de réalisation) présentent une autre variante permettant par le système objet de l'invention de raccorder simultanément plusieurs tuyauteries de diamètre 01, 02. 03 et 04. Nous retrouvons les flasques tronconiques (1) et (2) rendus solidaires à leur grande base par visserie ou soudure (5) et à leur petite base par le manchon (8) solidarisé par soudure à une plaque de plus forte épaisseur (20) peu déformable entraînée lors de la déformation des flasques (1) et (2) sous l'effet de la pression hydrostatique à un mouvement de translation réduisant l'épaisseur de l'enveloppe, ou permettant son expansion lors de l'équilibrage des pressions. L'espace annulaire (10) a les mêmes fonctions que dans les précédentes descriptions (valve d'équilibrage non représentée). Les fraisages annulaires (27) imbriquent les contre-brides (30) dans rétrier (A).

Les figures 5 A, 5B, 5C et 5D représentent les phases de montage « en lame de guillotine » de l'enveloppe (B) dans l'étrier (A), c'est-à-dire le montage de l'enveloppe (B) entre deux

extrémités de tuyauteries bridées par Tétrier (A) (l'enveloppe B étant celle d'un cinquième mode de réalisation décrit ultérieurement en référence à la figure 6). Les phases 1 (figure 5A) et 2 (figure 5B) imagent la descente de l'enveloppe (B) soumise à son arrivée au fond à la pression hydrostatique maximum modifiant son épaisseur à la valeur (6 ₂ ) et permettant l'introduction de la dite enveloppe dans l'espace séparant les deux contre-brides (30) se faisant vis-à-vis (phase 2).

La phase 3 (figures 5C et 5D) correspond à l'expansion élastique de l'enveloppe et au serrage du système de raccordement par ouverture de la valve (15) laquelle assure l'équilibrage des pressions interne et externe de l'enveloppe (B). Notons, dans les phases 1 et 2, la position effacée des douilles coulissantes (21) et (22) et le recouvrement qu'elles assurent après serrage en phase 3 (variante explicitée sur la figure 6).

La figure 6 (cinquième mode de réalisation) présente le système objet de l'invention assurant le raccordement de deux tronçons de tuyauteries positionnés dans l'étrier (A). La rigidité du raccordement est ainsi confortée par la douille coulissante (21) venant recouvrir l'extrémité du manchon (8) et la douille coulissante (22) venant recouvrir et immobiliser l'écrou (17). Solidaire de l'étrier (A) par soudure, un réservoir (24) résistant aux plus fortes pressions hydrostatiques constitue la source d'énergie basse pression nécessaire au démontage du système de raccordement objet de l'invention. Desserrage et démontage assurant le retour aux conditions initiales de pression avant serrage par la mise en communication du réservoir (24) avec les volumes annulaires (10) lorsque la valve (23) est ouverte. Le désaccouplement de l'étrier (A) de l'enveloppe (B) ne devenant possible qu'après coulissement des douilles (21) et (22) pour leur retour en position initiale avant recouvrement.

Ce dispositif de démontage intégrant à l'ensemble «étrier-enveloppe» la source basse pression limite avantageusement l'action (d'un R. O. V. par exemple) à la jonction par tuyauterie des valves (23) et (15) positionnées de manière à isoler les volumes annulaires (10) de la pression environnementale et à soumettre les dits volumes annulaires à la source basse pression du dit réservoir (24).

La capacité du réservoir (24) sera au minimum égale à la totalité des volumes représentés par le ou les volumes annulaires (10) et celui de la tuyauterie de raccordement.

L' adoption de ce système est avantageuse pour la jonction de tuyauteries sous-marines admettant des tronçons de grande longueur autorisée par le faible poids spécifique des dits tronçons (prochaine utilisation de risers flexibles). Notons que le réservoir (24) conforte la rigidité de l ^' étrier (A) avec lequel il forme un ensemble monobloc.

Les figures 7A et 7B (sixième mode de réalisation) présentent une variante fonctionnant suivant les mêmes principes que le système objet de l'invention et spécialement étudiée pour l'obturation des extrémités des tronçons de tuyauteries sous-marines lors des opérations de démontage, lorsque celles-ci sont remplies (après abandon d'un champ pétrolier par exemple) de produits polluants tels que des hydrocarbures liquides.

Une différence avec les variantes précédentes réside dans le fait que l'étrier (A) est solidarisé avec l'enveloppe (B) au moyen du manchon (8) déformable fileté en (43). L'ensemble monobloc ainsi conçu vient coiffer et emprisonner en fin de descente la contre-bride (30) comme imagé par la vue en coupe (partie supérieure) de l'enveloppe et de l'étrier positionné avant serrage ; et après serrage par la vue en coupe (partie inférieure) représentant l'étanchéité assurée par la portée (16) laquelle vient en appui sur le lamage circulaire de la contre-bride (30).

Les figures 7A et 7B font apparaître un anneau de levage (33), un bouchon vissé (34) permettant par dévissage la vidange du tronçon de tuyauterie lorsque le dit tronçon parvient au niveau zéro alors que l'autre extrémité, (non représentée) pourvue du même ensemble permet l'injection d'un produit tensioactif ou d'une vapeur d'eau sous pression par le raccord fileté (35) pour la fluidification du reliquat du produit contenu dans la tuyauterie et sa récupération. L'autre différence réside dans l'organe d'équilibrage (15) dénommé valve dans toutes les autres descriptions est remplacée par un tube sécable (39) susceptible d'équilibrer le volume annulaire (10) avec la pression hydrostatique environnementale par rotation d'un quart de tour du levier (31) imprimant la torsion puis assurant la rupture du tube sécable (39) immobilisé à une extrémité par filetage dans la paroi du flasque tronconique (2) et obturé à l'autre extrémité. Afin d'éviter le fonctionnement intempestif de la commande d'équilibrage de pression de l'enveloppe (B) avec la pression environnementale au cours des manutentions et de la descente sur site, une pièce en forme de fourchette (32) plombée assure l'immobilisation du levier (31).

En fin d'opération de vidange du tronçon de tuyauterie, les contre-brides (30) sont libérées de l'emprise des étriers (A) par dévissage des vis d'assemblage (37).

Les figures 8A (valve fermée) et 8B (valve ouverte) représentent le montage sur site du système de raccordement objet de l'invention. Le positionnement de l'enveloppe (B) dans Tétrier (A) se fait «en lame de guillotine» - processus identique à celui décrit sur les figures 5A, 5B. 5C et 5D.

Les figures 9A et 9B (valve fermée) et 9C (valve ouverte) représentent une variante de montage du système de raccordement objet de l'invention. Cette variante consiste à rendre solidaire avant leur descente et par soudure (S) de l'étrier (A) avec l'extrémité (45) du tube à raccorder et à assurer la dépose de l'ensemble sur le fond alors que l'enveloppe (B) elle- même solidarisée avant sa descente avec l'autre extrémité du tube à raccorder par la soudure (Si) est descendue et imbriquée dans le fraisage annulaire (27). La dite enveloppe se trouve dans la position correspondant au serrage du système de raccordement objet de l'invention.

La figure 11 représente par un diagramme l'évolution des charges en fonction des surfaces différentielles adoptées. Dans l'exemple suivant, le système de raccordement objet de l'invention est adapté à une tuyauterie de diamètre nominal (0) égal à 8 pouces, ou 203,2 mm (1 pouce = 25.4 millimètre). En abscisses les charges en tonnes, en ordonnées les hauteurs d'eau correspondant au niveau du chantier sous-marin.

L'exemple N ⁰ I (hauteur d'eau de 2000m et un coefficient K = 02 / 01 = 600 / 350 = 1,714) correspond à une contrainte au niveau du plan de joint de 373 tonnes. L'exemple N°2 (même hauteur d'eau et un coefficient K = 02 / 01 = 650 / 350 = 1 ,857) correspond à une contrainte au niveau du plan de joint de 471 tonnes. La puissance nous permettant de déclencher ces forces par une télé-commande est de quelques watts (W).

Notations (définitions) voir Fig, IA et IB

ei épaisseur de l'enveloppe hors contrainte

& ₂ épaisseur de l'enveloppe sous contrainte maximale t% épaisseur de l'enveloppe, système de raccordement serré

0 ₁ diamètre de la surface ne participant pas à la déformation de l'enveloppe

0 ₂ diamètre de l'anneau participant à la déformation de l'enveloppe. S02 - S0i surface différentielle impliquée dans la déformation

Charges en fonction de la surface différentielle impliquée

Exemple 1 : tuyauterie 0 nominal 8 pouces - hauteur d'eau 2000 mètres 0 ₂ = 600 mm S = 2826 cm ² surface différentielle : 2826 - 961 = 1865 cm ² 0, = 350 mm S = 961 cm ²

Charge totale à 2000 mètres : 200 x 1.865 = 373.000 kg

Surface du joint 66 cm" - pression sur le joint : 373.000: 66 = [5.651 kg/cm ^~

Exemple 2 : tuyauterie 0 nominal 8 pouces surface différentielle :3316 - 961 = [2355 cm ^'

Charge totale à 2000 mètres : 200 x 2.355 = 471.000 KG Surface du joint 66 cm ² - pression sur le joint : 471.000: 66 = [7.136 kg/cm ^"