<Desc/Clms Page number 1>
Procédé et appareil antiérosion.
La présente invention concerne d'une manière générale des phénomènes de transport par fluide. D'une manière spécifique, l'invention se rapporte à un procédé et un appareil antiérosion servant à empêcher le transport de matière à partir du voisinage de constructions érigées dans un fluide en écoulement.
Le phénomène d'érosion, c'est-à-dire le phénomène d'enlèvement ou d'élimination par un courant
<Desc/Clms Page number 2>
de fluide, est un problème bien connu dans le cas de constructions érigées dans des masses d'eau en mouvement. Les mécanismes d'érosion sont présents autour de toute construction fixée dans le trajet d'un fluide en mouvement et sont associés à celle-ci.
L'érosion est particulièrement importante lorsqu'on essaye de maintenir l'intégrité structurelle de constructions supportées par gravité et enfoncées dans un lit sédimentaire en dessous d'une masse d'eau en mouvement.
L'entraînement par érosion de sédiments à partir d'endroits situés autour de constructions enfoncées dans le lit en dessous d'une masse d'eau en mouvement pose un problème difficile à résoudre.
L'érosion se produit en présence des critères suivants : un fluide en mouvement, une construction relativement fixe et une matière meuble associée à la construction. L'érosion est l'enlèvement progressif de la matière d'endroits situés autour de la construction ou en dessous de celle-ci.
D'une manière spécifique, le processus d'érosion agit sur toute matière associée à un objet disposé dans le trajet d'un fluide en mouvement. L'érosion est un phénomène universel que l'on rencontre ou que l'on subit fréquemment. Par exemple, un individu debout sur une plage qui permet à l'eau de s'écouler autour de ses pieds et le long de ceux-ci et de déloger le sable des endroits situés autour de ses pieds et en dessous de ceux-ci perçoit le phénomène d'érosion.
Du point de vue industriel, l'érosion est un problème critique dans de nombreuses zones off shore dans lesquelles des constructions lourdes et volumineuses, telles que des plates-formes de forage et de production off shore, doivent être supportées par le fond en dessous de l'océan. De même, l'érosion est un
<Desc/Clms Page number 3>
facteur critique dans la conception de colonnes qui supportent des ponts franchissant des fleuves ou d'autres masses d'eau en mouvement. L'érosion réduit de manière critique le support fourni à une construction supportée par gravité.
Il est bien connu de retarder le processus d'érosion en utilisant des sacs de sable pour combler les trous laissés par la matière enlevée. Même le repositionnement de la construction s'est avéré économiquement intéressant pour éviter des problèmes d'érosion excessifs.
Plus récemment, on a utilisé de nombreux procédés différents pour empêcher ou retarder l'érosion. On a utilisé une matière du genre treillis pour couvrir le fond autour d'une construction en dessous de la masse d'eau. Le treillis s'est avéré utile au voisinage immédiat de la construction, mais il a entraîné une érosion excessive d'une région étendue qui l'entoure. D'autres procédés visant à empêcher l'érosion impliquent l'implantation d'une matière plus dense autour de la construction. Les matières utilisées sont, par exemple, du béton et de l'asphalte. Les procédés d'implantation ont suscité des problèmes d'érosion encore plus graves selon la profondeur et la largeur de l'implant.
Il est également de pratique courante dans de nombreuses zones off shore comprenant des constructions importantes qui subissent une érosion significative d'utiliser des plongeurs industriels. Les plongeurs se déplacent le long du fond en dessous de la masse d'eau et utilisent des dispositifs qui refoulent par soufflage les sédiments du fond d'une zone adjacente dans les trous formés par l'érosion autour des constructions.
Tous les dispositifs et les procédés connus ou utilisés actuellement pour empêcher, réduire ou réparer
<Desc/Clms Page number 4>
les dégâts causés par l'érosion s'attaquent aux effets du processus d'érosion. Les dispositifs et les procédés, dont certains sont décrits plus haut, mettent simplement en oeuvre des techniques d'ingénierie qui ont été mises au point pour traiter un problème courant et universel. Aucun des dispositifs ou des procédés décrits ne s'attaque à la cause de l'érosion.
Nombreux et variés sont les facteurs qui peuvent favoriser le phénomène d'érosion. Particulièrement importante est la consistance de la matière dans laquelle la construction est enfoncée. Un fond marin formé d'une matière non cohérente est extrêmement sensible aux forces d'érosion. Un fond situé en dessous d'une masse d'eau et formé en substance de matière vaseuse, de sable ou de gravier, est donc très sensible au processus d'érosion. Le processus d'érosion est favorisé par la présence d'une telle matière non cohérente, car l'érosion exige le dégagement, la mise en suspension et le déplacement des sédiments de fond.
Un autre paramètre critique du processus d'érosion est la vitesse du courant du fluide. Il existe une vitesse de courant critique associée, de manière non exclusive, à la géométrie de la construction et à la matière ou aux sédiments à transporter.
Par conséquent, une vitesse de courant critique requise pour amorcer l'érosion peut être exprimée en fonction des paramètres suivants : la forme géométrique de la construction, la granulométrie et la densité des sédiments à transporter et la forme même de ces sédiments.
L'érosion peut affecter défavorablement la stabilité structurelle d'un objet autour duquel ce phénomène se produit. Par exemple, une colonne enfoncée dans des sédiments non cohérents en dessous d'une masse d'eau en mouvement subit une érosion environnante
<Desc/Clms Page number 5>
significative. A mesure que les sédiments sont enlevés autour de la colonne, la section de la colonne exposée à la force produite par l'eau en écoulement augmente.
Une augmentation de la section rencontrée entraîne une augmentation de la force totale nuisant à la stabilité de la colonne.
De même, à mesure que les sédiments sont enlevés autour de la colonne, l'aire de contact efficace des sédiments de fond avec la construction diminue. L'aire de contact efficace des sédiments de fond avec la construction est directement proportionnelle à la force requise pour déloger la construction.
A mesure que l'aire de contact efficace diminue, la force qui doit être exercée sur la construction par l'eau entrant en contact avec cette construction diminue également. Cela étant, la stabilité de la construction est réduite, car le support structurel fourni par les sédiments de fond en contact avec la construction a été réduit.
A mesure que le phénomène d'érosion progresse et que les sédiments de fond sont enlevés, une considération supplémentaire a trait au décalage du point d'appui autour duquel la colonne pivote. Le point d'appui pour une construction supportée par gravité et enfoncée dans des sédiments non cohérents se situe normalement à un certain endroit dans les sédiments en dessous de l'interface sédiments-eau. Une faible variation de l'emplacement du point d'appui entraîne une modification des longueurs de bras de levier associées au système et provoque une modification significative des forces de fixation et de délogement de la colonne. Une faible modification des longueurs de bras de levier modifie considérablement les amplitudes relatives des forces.
Ainsi, la force associée au courant favorisant le délogement est très fortement
<Desc/Clms Page number 6>
accrue et la force associée aux sédiments de fond qui maintiennent la colonne fixée sont fortement diminuées.
Par conséquent, le degré et le taux d'érosion sont extrêmement importants en ce qui concerne la stabilité d'une construction quelconque enfoncée dans de la matière en dessous d'une masse d'eau en mouvement.
L'industrie a donc besoin d'un appareil antiérosion qui puisse être associé à une construction enfoncée dans de la matière en dessous d'une masse de fluide en mouvement qui, en même temps, présente une intégrité structurelle accrue, puisse être facilement incorporé dans une nouvelle construction ou être assemblé et installé sur une ancienne construction et soit beaucoup moins onéreux que tous les dispositifs et les procédés connus jusqu'à présent.
Cela étant, l'invention a pour buts de procurer : un appareil et un procédé antiérosion uniques destinés à être mis en oeuvre avec des constructions enfoncées dans le fond en dessous d'une masse d'eau en mouvement ; un appareil et un procédé antiérosion pour manipuler et maîtriser les mécanismes de transport associés au déplacement de matière autour d'une construction dans un fluide en mouvement ; un appareil et un procédé antiérosion pour maîtriser les courants favorisant l'érosion ; des moyens pour empêcher la projection sur la matière sédimentaire supportant une construction, du remous dirigé vers le bas associé à l'impact de l'eau en mouvement sur la construction ;
un appareil et un procédé antiérosion qui réduisent l'importance de la séparation de l'écoulement de fluide associé à une construction, ce qui diminue le sillage en aval de la construction ;
<Desc/Clms Page number 7>
un appareil et un procédé antiérosion pour retarder la séparation de l'écoulement de fluide, ce qui diminue l'importance de la résistance offerte par la construction ; un appareil et un procédé antiérosion pour empêcher l'impact d'un remous dirigé vers le bas associé à un écoulement de fluide et à une construction implantée dans cet écoulement, sur les sédiments de fond afin d'éviter un transfert d'énergie du remous aux sédiments ;
un appareil de protection antiérosion et un procédé pour empêcher, en aval d'une construction érigée dans un fluide en mouvement, la fermeture du sillage par le mécanisme de transport des sédiments de fond.
D'autres buts et avantages de l'invention seront décrits en partie dans la description qui suit et ressortiront en partie de la description ou de la mise en pratique de l'invention.
Suivant l'invention, un procédé et un appareil antiérosion uniques sont prévus pour empêcher, réduire ou réparer les dégâts de l'érosion au voisinage d'une construction qui se dresse à partir du fond en dessous d'une masse d'eau en mouvement. Dans une forme d'exécution de l'invention, un appareil antiérosion est prévu et comprend un ou plusieurs déflecteurs, un dispositif pour maintenir les positions relatives des déflecteurs entre eux et par rapport au fond en dessous de-la masse d'eau, et plusieurs générateurs de turbulence hydrauliques associés activement à la construction.
Il est préférable que l'appareil antiérosion comprenne deux déflecteurs : un déflecteur supérieur et un déflecteur inférieur. Les deux déflecteurs sont, de préférence, des plaques circulaires présentant une
<Desc/Clms Page number 8>
ouverture centrale que la construction traverse. Le déflecteur inférieur attaque le fond en dessous de la masse d'eau et le déflecteur supérieur reste espacé du déflecteur inférieur.
Le déflecteur inférieur comporte, de préférence, un grand nombre de perforations. Les perforations dans le déflecteur inférieur captent des sédiments de fond meubles qui passent au-dessus de la surface du déflecteur inférieur. Les sédiments de fond ainsi captés tombent à travers les perforations et remplissent les vides éventuels en dessous du déflecteur inférieur causés par une érosion précédente.
Il est préférable que le dispositif destiné à maintenir la relation de position des déflecteurs et du fond comprenne une douille présentant une surface interne conformée de manière à entourer la construction, une surface externe, un orifice supérieur et un orifice inférieur. La surface interne de la douille est engagée de façon mobile et de façon amovible avec la construction. Un déflecteur est fixé à chaque extrémité de la douille par des moyens de fixation classiques quelconques.
Plusieurs génératuers de turbulence hydrauliques sont également associés de préférence à la construction. Les générateurs de turbulence hydrauliques comprennent une série de nervures alignées longitudinalement sur la douille.
Suivant une autre forme d'exécution de l'invention, il est prévu un procédé pour empêcher, réduire ou réparer les dégâts de l'érosion au voisinage d'une construction qui se dresse verticalement à partir d'un fond en dessous d'une masse d'eau en mouvement, ce
EMI8.1
procédé comprenant une série d'opérations. En premier édé comprena e lieu, à un endroit situé près de la construction et audessus du fond, un remous dirigé vers le bas et causé
<Desc/Clms Page number 9>
par l'impact de l'eau sur la construction est dévié de manière à dissocier la structure d'écoulement du remous. En second lieu, à un endroit situé près de la construction et près du fond, le remous dirigé vers le bas et causé par l'impact de l'eau sur la construction est dévié afin d'éviter un impact de ce remous sur le fond.
En troisième lieu, des sédiments meubles du fond sont captés pour remplir les vides formés par une érosion précédente au voisinage de la construction. Et en quatrième lieu, l'eau qui passe près de la construction est hydrauliquement contrariée pour retarder la séparation de l'écoulement de l'eau, ce qui réduit l'importance de la force exercée sur la construction ainsi que les dimensions du sillage en aval de la construction et améliore ainsi les caractéristiques antiérosion de l'appareil.
Suivant encore une autre forme d'exécution de l'invention, un kit de montage est prévu et comprend un ensemble d'éléments propres à être assemblés en un appareil antiérosion pour empêcher, réduire ou réparer les dégâts de l'érosion au voisinage d'une construction se dressant verticalement à partir du fond en dessous d'une masse d'eau. Les éléments du kit de montage comprennent, à titre de pièces coopérantes : un déflecteur supérieur, un déflecteur inférieur, une douille engagée de façon mobile et amovible avec la construction, des moyens pour fixer les déflecteurs à la douille et plusieurs générateurs de turbulence hydrauliques associés à la douille.
Les déflecteurs supérieur et inférieur sont, de préférence, des plaques circulaires percées d'une ouverture centrale que la construction traverse. La plaque inférieure est posée sur le fond en dessous de la masse d'eau et la plaque supérieure est maintenue à une certaine distance de la plaque inférieure par la
<Desc/Clms Page number 10>
douille. Les déflecteurs sont fixés à la douille par des moyens de fixation classiques quelconques.
Les divers générateurs de turbulence hydrauliques comprennent essentiellement une série de nervures qui s'étendent longitudinalement le long de la surface externe de la douille. Les générateurs de turbulence hydrauliques introduisent de la turbulence dans l'eau qui s'écoule près de la douille. La turbulence retarde la séparation de l'écoulement de l'eau, ce qui diminue la résistance offerte par la construction et réduit les dimensions du sillage formé en aval de la construction, favorisant ainsi les caractéristiques antiérosion de l'appareil.
Les dessins annexés qui font partie du présent
EMI10.1
mémoire, illustrent une forme d'exécution préférée e de l'invention et servent, en même temps que la description générale de l'invention qui précède et la description détaillée de la forme d'exécution préférée donnée ci-après, à expliquer les principes de l'invention.
Dans les dessins annexés : la Fig. l est une vue en perspective d'une construction off shore classique illustrant les effets de l'érosion générale et de l'érosion locale ; la Fig. 2 est une vue de côté d'un élément de support vertical qui se dresse à partir d'un endroit situé en dessous du fond d'une masse d'eau et illustre les caractéristiques d'écoulement dans un plan parallèle à l'axe longitudinal de l'élément ; la Fig. 3 est une vue du dessus d'un élément de support vertical partant du fond d'une masse d'eau et illustre les caractéristiques d'écoulement dans le plan perpendiculaire à l'axe longitudinal de cet élément ;
la Fig. 4 est une projection axonométrique d'une vue de côté illustrant les effets des tourbillons
<Desc/Clms Page number 11>
de remous dirigés vers le bas et des tourbillons de remous dirigés vers le haut au voisinage de l'élément de support ; la Fig. 5 est une vue en coupe transversale illustrant en perspective une forme d'exécution préférée de l'appareil antiérosion conforme à l'invention ; la Fig. 6 est une vue en plan de l'appareil antiérosion suivant le plan de coupe 6-6 de la Fig. 5. la Fig. 7A est une vue en perspective d'une forme d'exécution préférée de l'appareil antiérosion conforme à l'invention illustrant les sections mobiles du déflecteur supérieur ; la Fig. 7B est une vue de détail en partie en coupe d'une section mobile du déflecteur supérieur ;
la Fig. 7C est une vue en coupe suivant la ligne 7C-7C de la Fig. 7A illustrant une vue en plan de la douille ; la Fig. SA est une vue en perspective d'une forme d'exécution d'un appareil antiérosion moulé conforme à l'invention ; la Fig. SB est une vue en coupe suivant la ligne 8B-8B de la Fig. 8A illustrant la jonction des moitiés de l'appareil antiérosion moulé, et la Fig. 8C est une vue en élévation de l'appareil antiérosion moulé représenté sur la Fig. 8A.
La description générale qui précède et la description détaillée qui suit illustrent simplement l'invention et des modes, avantages et particularités supplémentaires de l'invention apparaîtront clairement aux yeux des spécialistes à la lecture de la description détaillée suivante.
On se référera à présent en détail à une forme d'exécution actuellement préférée de l'invention qui est illustrée aux dessins annexés.
La Fig. l est une vue en perspective d'une
<Desc/Clms Page number 12>
construction off shore classique 2. La construction off shore 2 comporte plusieurs éléments de support 4. Les éléments de support 4 s'étendent verticalement dans le fond 20 en dessous d'une masse d'eau 60. La construction off shore 2 est une construction supportée par gravité et fixée par les éléments de support 4 qui sont enfoncés dans le sol meuble du fond 20.
En général, de grandes constructions compliquées telles que la construction off shore 2 subissent deux types d'érosion. Les deux types d'érosion sont l'érosion générale et l'érosion locale. L'érosion générale et l'érosion locale sont illustrées sur la Fig. l par les chiffres de référence 22 et 24, respectivement. L'érosion générale 22 traduit l'élimination des sédiments 20 du fond dans tout le voisinage de la construction off shore 2. L'érosion locale 24 traduit l'élimination des sédiments 20 du fond au voisinage de chaque élément de support 4.
La Fig. l illustre les principes généraux de l'érosion. L'érosion peut être mieux comprise si l'on examine ce que le courant qui s'approche"voit". Le courant qui s'approche réagit avec les objets qui l'attaquent en produisant en effet spécifique basé sur la dimension de la construction et sur l'énergie associée au courant.
En général, un courant qui s'approche d'un objet tel que la construction off shore 2 réagit à grande échelle et à petite échelle. Les effets du courant attaquant la construction off shore 2 produisent donc des effets associés à la construction principale 2 et aux éléments de support 4 de moindre importance. Les caractéristiques du courant réagissant avec la construction off shore 2, dans sa totalité, produisent l'érosion générale 22. Les effets du courant réagissant avec chaque élément de support individuel 4
<Desc/Clms Page number 13>
produisent l'érosion locale 24.
Dans chaque cas, qu'il s'agisse de l'érosion générale 22 ou de l'érosion locale 24, le courant ou l'écoulement de l'eau au voisinage de la construction off shore 2, d'une manière générale, et des éléments de support 4, d'une manière spécifique, entraîne une augmentation des vitesses d'écoulement autour de la construction par suite de la réduction de la section d'écoulement provoquée par la présence des constructions respectives.
La Fig. 2 illustre les caractéristiques d'écoulement de base associées au processus d'érosion.
Un élément 4 de la construction est enfoncé dans le sol meuble du fond 20 en dessous d'une masse d'eau 60. Un courant d'amont 62 attaque la section exposée de l'élément 4. Le courant d'amont 62 présente une courbe de vitesse 63. Selon la courbe de vitesse 63, la vitesse diminue à mesure que la profondeur augmente. La présence physique de l'élément 4 de la construction réduit le volume d'écoulement disponible dans lequel le courant d'amont 62 doit passer. Le volume restreint par lequel le courant d'amont 62 doit passer provoque une modification des caractéristiques d'écoulement.
La diminution du volume disponible force le courant d'amont 62 à accélérer en passant autour de l'élément 4 de la construction. La vitesse latérale 64 accrue est une caractéristique principale de l'obstruction du courant d'amont 62.
D'une manière plus significative, comme le montre la Fig. 2, lorsque le courant d'amont 62 attaque l'élément 4 de la construction, un remous dirigé vers le bas 66 est créé vers le bas le long de la surface antérieure de l'élément 4 de la construction. Le remous 66 dirigé vers le bas est provoqué principalement par la courbe de vitesse 63. La courbe de vitesse 63 exprime la relation inverse entre la profondeur et la
<Desc/Clms Page number 14>
vitesse, c'est-à-dire en général que la vitesse diminue à mesure que la profondeur augmente. La relation de la vitesse et de la profondeur, exprimée par la courbe de vitesse 63, a trait à la partie de la masse d'eau 60 où des forces de friction dues au mouvement du courant d'amont 62 par rapport au fond 20 sont de première importance.
La courbe de vitesse 63 peut être exprimée par une fonction exponentielle et crée un gradient de pression le long du côté amont 6 de l'élément 4 de la construction. La pression à un endroit quelconque le long du côté amont 6 est directement proportionnelle à la vitesse en n'importe quel endroit de la courbe de vitesse 63. La pression augmente donc de manière exponentielle et la vitesse diminue de manière exponentielle le long du côté amont 6 en fonction de la profondeur. Les gradients de pression et de vitesse créent un trajet vers le bas de moindre résistance le long du côté amont 6 de l'élément 4 de la construction. Les gradients de pression et de vitesse créent et favorisent, en outre, les remous 66 dirigés vers le bas. Les remous 66 dirigés vers le bas sont la cause principale du creux 24 dû à l'érosion.
Lorsque le courant passe autour de l'élément 4 de la construction, provoquant la vitesse latérale accrue 64, un remous dirigé vers le haut 68 est créé vers le haut le long du côté aval 8 de l'élément 4 de la construction. L'énergie associée au remous 68 dirigé vers le haut est largement inférieure à celle associée au remous 66 dirigé vers le bas. De plus, lorsque le courant passe autour de l'élément 4 de la construction et en regard de celui-ci, un tourbillon 70 se forme.
Comme le montre la Fig. 2, le remous 66 dirigé vers le bas est la cause principale du creux d'érosion 24. Toute l'énergie associée au remous 66 dirigé vers
<Desc/Clms Page number 15>
le bas agit essentiellement sur les sédiments meubles du fond 20. La dissipation complète de l'énergie par le remous 66 dirigé vers le bas déloge des quantités de sédiments meubles significatives du fond 20 et les maintient en suspension. Par conséquent, au moins initialement, le creux d'érosion 24 est relativement plus grand et plus profond du côté amont 6 de l'élément 4 que du côté aval 8.
La Fig. 3 illustre des caractéristiques du courant lorsqu'il contourne l'élément 4 de la construction et qu'il passe en regard de celui-ci. La Fig. 3 illustre les caractéristiques d'écoulement et de pression dans le plan perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'élément 4. Le courant d'amont 62 se rapproche de l'élément 4 et l'attaque. Les lignes de courant 73 illustrent le trajet suivi par le courant lorsqu'il s'approche de l'élément 4 de la construction, qu'il l'attaque, qu'il le contourne et qu'il s'en sépare.
Les vitesses relatives sont illustrées par les lignes de courant 73 sur la Fig. 3. A mesure que le courant d'amont 62 se rapproche de l'élément 4 de la construction, la vitesse transversale est constante. La vitesse transversale constante est indiquée par l'espacement égal des lignes de courant 73 avant que le courant soit influencé par l'élément 4 de la construction. A mesure que le courant s'approche de l'élément 4, les lignes de courant intérieures 74 se rapprochent de manière asymptotique de l'élément 4. D'une manière analogue, les lignes de courant intérieures 74 et les lignes de courant intermédiaires 76 se rapprochent de plus en plus, de même que les lignes de courant intermédiaires 76 et les lignes de courant extérieures 78.
Le rétrécissement de la distance entre les lignes de courant 73 indique une augmentation de la vitesse lorsque le courant contourne l'élément 4 de la cons-
<Desc/Clms Page number 16>
truction.
Une réduction drastique de la vitesse longitudinale se produit au niveau du côté d'amont 6 de l'élément 4 de la construction. La réduction de la vitesse longitudinale est illustrée sur la Fig. 3 par le large intervalle 80 séparant les lignes de courant intérieures 74. La réduction de la vitesse longitudinale illustrée par l'intervalle 80 n'indique pas que la vitesse est nulle au niveau de l'interface. En théorie, la vitesse d'un fluide en mouvement diminue de manière exponentielle à partir d'une valeur maximum jusqu'à zéro au niveau de l'interface de la structure fluide. Les lignes de courant 73 ne sont pas destinées à une telle analyse à petite échelle. Les lignes de courant 73 sont prévues pour illustrer et expliquer les conséquences de l'impact du courant d'amont 62 sur l'élément 4 de la construction.
La diminution de la vitesse du courant au côté amont 6 de l'élément 4 est le résultat de cet impact. Par conséquent, au côté amont 6 de l'élément 4 de la construction, le courant peut être à une vitesse nulle et même à une vitesse négative par rapport au courant d'amont 62.
La Fig. 3 illustre les différences de pression associées au courant qui contourne l'élément 4 de la construction. Dans le courant d'amont 62, la pression est indiquée par , c'est-à-dire que P=f. A mesure que le courant s'approche de l'élément 4 de la construction, la pression augmente. A un endroit proche du côté amont 6 de l'élément 4 de la construction ou adjacent à celui-ci, la pression atteint une valeur maximum (P > O). A mesure que le courant progresse autour de l'élément 4 de la construction et près de celui-ci, la pression diminue jusqu'à une valeur inférieure à la pression d'amont initiale (P < ( ). La pression minimum
<Desc/Clms Page number 17>
associée au courant se situe du côté aval 8 de l'élément 4.
A mesure que le courant poursuit son chemin vers l'aval en regard de l'élément 4, la pression revient à la valeur d'amont non perturbée initiale (P=).
La Fig. 4 illustre la formation du tourbillon de remous 67 dirigé vers le bas. Le remous 66 dirigé vers le bas attaque le fond 20 pour produire le tourbillon de remous 67 dirigé vers le bas qui contribue à former le creux d'érosion 24. Le tourbillon de remous 67 dirigé vers le bas paraît être formé par le courant d'amont 62 qui attaque l'élément 4 de la construction pour former le remous 66 dirigé vers le bas. Le remous 66 dirigé vers le bas attaque le fond 20 à la base de l'élément 4 pour produire l'effet roulant associé au tourbillon 67. Les tourbillons détachés 70 (Fig. 2) sont des sections du tourbillon 67 du remous vers le bas qui se sont séparées et qui passent à côté de l'élément 4 de la construction.
Les Fig. 2,3 et 4 décrivent les caractéristiques du courant autour de l'élément 4 de la construction. Comme décrit plus haut (voir Fig. 3), l'eau est soumise à une pression élevée du côté amont 6 de l'élément 4. Le courant tend à se stabiliser, l'eau roulant le long des côtés de l'élément 4 de la construction pour créer la vitesse latérale 64 accrue.
Cependant, la diminution de pression associée à la vitesse latérale accrue 64 n'est pas entièrement suffisante pour abaisser la haute pression du côté amont 6 de l'élément 4. Le remous 66 dirigé vers le bas est donc amené à progresser vers le bas du côté amont 6. Le remous 66 dirigé vers le bas descend le long du côté amont 6 de l'élément 4 de la construction avec une vitesse et une énergie pouvant être exprimées en fonction des particularités suivantes : la vitesse du
<Desc/Clms Page number 18>
courant d'amont 62, la géométrie de l'élément 4 de la construction, la courbe de vitesse 63 et la différence de pression le long du côté amont 6 de l'élément 4 entre les parties supérieure et inférieure du courant d'amont 62.
Le tourbillon de remous 67 dirigé vers le bas attaque les sédiments meubles du fond 20 délogeant les sédiments attaqués et créant le creux d'érosion 24 du côté amont 6 de l'élément 4. Les sédiments meubles du fond 20 recevant suffisamment d'énergie du tourbillon de remous 67 dirigé vers le bas sont dégagés du fond 20 et transportés autour de l'élément 4 de la construction par la vitesse latérale accrue 64 et les tourbillons détachés 70. Le transport des sédiments en suspension 30 est assisté par le tourbillon de remous 69 dirigé vers le haut associé au remous 68 dirigé vers le haut.
Les tourbillons détachés 70 exercent donc un effet de levage qui tend à améliorer le transport des sédiments en suspension 30.
Comme le montre la Fig. 4, les sédiments en suspension 30 sont transportés autour de l'élément 4. Une partie des sédiments en suspension 30 entre en collision avec les sédiments non perturbés 32. L'interaction entre les grains causée par l'impact des sédiments en suspension 30 contre les sédiments non perturbés 32 contribue à accroître la quantité de sédiments en suspension 30. Par conséquent, le creux d'érosion 24 s'agrandit davantage.
En général, le creux d'érosion 24 s'approfondit davantage du côté amont 6 de l'élément 4 de la construction. Le segment plus profond du creux d'érosion 24 situé du côté amont 6 est formé par les conditions d'énergie supérieures qui existent du côté amont 6. Les caractéristiques associées au courant d'amont 62 se retrouvent à une certaine distance en aval de
<Desc/Clms Page number 19>
l'élément 4 de la construction. Le tourbillon de remous 69 dirigé vers le haut et les tourbillons détachés 70 contribuent à la formation du sillage en aval de l'élément 4. Lorsque l'énergie du tourbillon de remous 69 dirigé vers le haut et des tourbillons détachés 70 est dissipée, les sédiments en suspension 30 se séparent de l'eau 60 pour former la barre de sédiments 26 (Fig. 2).
En général, la barre de sédiments 26 est formée parallèlement au courant d'amont 62 et est contenue dans le sillage d'aval.
Une forme d'exécution préférée de l'appareil antiérosion conforme à l'invention est illustrée sur la Fig. 5. L'appareil antiérosion 100 est d'une conception, d'une construction et d'une mise en oeuvre simples. L'appareil 100 comprend essentiellement deux déflecteurs horizontaux, un déflecteur supérieur 110 et un déflecteur inférieur 120 séparés par une douille cylindrique 130 et supportés par celle-ci. La douille s'ajuste autour de l'élément 4 de la construction.
L'ajustage de la douille 130 autour de l'élément 4 de la construction peut être lâche pour permettre à l'élément 4 de se déplacer.
Le déflecteur supérieur 110 a pour effet principal d'empêcher le remous 66 dirigé vers le bas d'attaquer les sédiments meubles du fond 20. De plus, le déflecteur supérieur 110 force le tourbillon de remous 67 dirigé vers le bas qui se développe à attaquer sa surface supérieure et à être balayé de celleci.
Le déflecteur inférieur 120 est placé en contact avec les sédiments meubles du fond 20. Le déflecteur inférieur 120 empêche la vitesse latérale accrue 64 de déloger et de transporter les sédiments du fond 20. De plus, le déflecteur inférieur 120 contribue aussi à empêcher le tourbillon de remous 67 dirigé vers
<Desc/Clms Page number 20>
le bas d'attaquer les sédiments meubles du fond 20.
La douille 130 fournit un moyen servant à séparer le déflecteur supérieur 110 du déflecteur inférieur 120. La douille 130 fournit également un moyen de fixation de plusieurs nervures 140.
Les nervures 140 constituent une partie extrêmement utile de l'invention. Elles sont fixées à la douille 130 et coïncident avec l'axe longitudinal de l'élément 4 de la construction. Les nervures 140 sont fixées directement à la douille 130. D'une manière spécifique, les nervures 140 se comportent comme des générateurs de turbulence hydrauliques. Le courant d'eau est amené de force dans un état turbulent lorsqu'il passe en regard des nervures 140 et qu'il est sollicité par celles-ci. Les nervures 140 se comportent en substance comme les fossettes d'une balle de golf et provoquent une séparation du courant plus tardive que dans le cas d'une surface lisse.
N'importe quel autre dispositif pouvant agir hydrauliquement sur le courant près de la douille 130 serait acceptable, par exemple une chicane, un prolongement abrupt de la surface, des rugosités sur la surface, etc..
Les nervures 140 réduisent la résistance offerte par l'appareil antiérosion 100 et par l'élément 4 de la construction ainsi que les dimensions et l'intensité du sillage en aval de l'élément 4. Cela étant, près du fond 20, le tourbillon de remous 67 dirigé vers le bas et les tourbillons détachés 70 sont beaucoup moins intenses et ne peuvent en substance pas contribuer à l'érosion. Le courant résultant est constitué par les tourbillons roulants 72. Les tourbillons 72 sont amorcés après que le courant ait attaqué la douille 130 de l'appareil antiérosion 100.
Le courant est sollicité par les nervures 140 qui induisent de la turbulence et provoquent un passage
<Desc/Clms Page number 21>
global plus doux et moins décelable du courant autour de l'élément 4 de la construction.
Comme le montrent les Fig. 5,6, 7A, 8A et 8B, le déflecteur inférieur 120 comporte une série de perforations 122. Les perforations 122 sont destinées à capter les sédiments en suspension 30 lorsqu'ils passent au-dessus du déflecteur inférieur 120 et en dessous du déflecteur supérieur 110. Comme le courant contournant l'élément 4 de la construction est retardé dans sa séparation par suite des nervures 140, la capture des sédiments en suspension 30 dans les perforations 120 est importante.
Cela étant, les sédiments en suspension 30 captés par les perforations 122 du déflecteur inférieur 120 contribuent à réparer tout creux d'érosion existant 24 qui pourrait être présent avant l'utilisation de l'appareil antiérosion 100. De plus, la formation de la barre de sédiments d'aval 26 (Fig. 2) est nettement réduite par la structure résultante du courant.
L'appareil antiérosion 100 est conçu pour "briser"les courants qui provoquent de l'érosion. De plus, tous les sédiments éventuellement maintenus en suspension de manière indépendante par le courant d'amont 62 sont évacués soit par les tourbillons roulants 72, soit par les tourbillons détachés 70. Le dispositif est donc un dispositif à auto-nettoyage.
La Fig. 6 est une vue en plan suivant la ligne 6-6 de la Fig. 5 d'une forme d'exécution préférée de l'appareil antiérosion 100 dont le déflecteur supérieur 110 est divisé en des sections mobiles 112. L'élément 4 de la construction est représenté au centre de la Fig. 6 et l'appareil antiérosion 100 peut être fixé ou placé sans serrage autour de cet élément. Le déflecteur inférieur 120 dont le rayon est supérieur à celui du déflecteur supérieur 110 est représenté comme faisant
<Desc/Clms Page number 22>
saillie en dessous du déflecteur supérieur 110. Les perforations 122 sont visibles dans la partie du déflecteur inférieur 120 qui s'étend au-delà du déflecteur supérieur 110. Le déflecteur supérieur 110 comporte six sections mobiles 112.
Les sections mobiles 112 sont supportées par les supports 146 qui sont des prolongements horizontaux des nervures 140.
La Fig. 7A est une vue en perspective d'une forme d'exécution préférée de l'appareil antiérosion 100 illustrant une section mobile 112 du déflecteur supérieur 110. Chaque section mobile 112 du déflecteur supérieur 110 est fixée de façon mobile à la douille 130 par des moyens de fixation classiques quelconques 150.
La Fig. 7A est une vue de la fixation du déflecteur inférieur 120 à la douille 130. Le déflecteur inférieur 120 est fixé à la douille 130 à l'aide des nervures 140. De plus, la Fig. 7A est une bonne vue en perspective des perforations 122 du déflecteur inférieur 120.
La Fig. 7B est une vue en partie en coupe détaillée d'une section mobile 112 du déflecteur supérieur 110. La section mobile 112 est fixée à la douille 130 par le moyen de fixation 150. Le moyen de fixation 150 comprend essentiellement deux charnons 154 et 156 et un axe 152. Les charnons 156 font partie intégrante de la section mobile 112 ou y sont fixés à demeure. Les charnons 154 sont fixés à la douille 130. Les charnons 154 s'ajustent à l'intérieur des charnons 156. Le système à charnons comprend des charnons 154 et 156 qui reçoivent l'axe 152 afin de fixer la section 112 de manière mobile à la douille 130. La section mobile 112 est maintenue horizontale par le support 146. Le support 146 est le prolongement horizontal d'une nervure 140.
La nervure 140 est fixée à la
<Desc/Clms Page number 23>
douille 130 par un boulon 142 qui traverse un trou 144 prévu dans la nervure 140.
La Fig. 7C est une vue en coupe transversale suivant la ligne 7C-7C de la Fig. 7A et est une vue en plan de la douille 130 et du système utilisé pour fixer la douille 130 à l'élément 4 de la construction. La douille 130 est représentée avec les nervures 140 et les supports 146 qui y sont attachés. La douille 130 peut être facilement démontée pour permettre l'installation de l'appareil antiérosion 100 sur un élément 4 d'une construction déjà érigée. La douille 130 et le déflecteur inférieur 120 sont fixés l'un à l'autre par les nervures 140 et les supports 146, comme le montre la Fig. 7A.
Les nervures 140 et les supports 146 relient la douille 130 au déflecteur inférieur 120 pour assurer un alignement entre la séparation 124 (Fig. 7A) dans le déflecteur inférieur 120 et la séparation 134 dans la douille 130, ainsi qu'entre la séparation 126 (Fig. 7A) du déflecteur inférieur 120 et la séparation 136 dans la douille 130. Les séparations 124 et 126, 134 et 136 assurent que l'appareil puisse être séparé
EMI23.1
physiquement en deux moitiés 101 et 102, respectit vement. Les moitiés 101 et 102 de l'appareil sont fixées l'une à l'autre à l'aide d'évidements 132 dans la douille 130 et de boulons 138.
L'appareil antiérosion 100 peut être immergé sous la forme de deux moitiés 101 et 102. Des plongeurs professionnels peuvent alors juxtaposer à la main les deux moitiés 101 et 102 de l'appareil et, à l'aide des boulons 138, les assembler en un appareil antiérosion 100 complet.
On comprendra que lorsqu'une construction est initialement construite, il serait extrêmement aisé d'inclure dans la fabrication de cette construction le protecteur antiérosion 100 conforme à l'invention.
<Desc/Clms Page number 24>
L'utilisation de l'invention avec des constructions nouvellement implantées améliore fortement l'efficacité de l'appareil antiérosion.
La Fig. 8A est une vue en perspective d'un appareil antiérosion 200 moulé en fibres de verre.
L'appareil 200 moulé en fibres de verre comporte une première moitié moulée 201 et une seconde moitié moulée 202. La première moitié moulée 201 comporte un déflecteur supérieur 211 et un déflecteur inférieur 221 reliés par une douille 231. La seconde moitié moulée 202 comporte un déflecteur supérieur 212 et un déflecteur inférieur 222 reliés par une douille 232. La douille 231 et la douille 232 comportent des nervures 240 moulées longitudinalement sur leurs surfaces externes.
La Fig. 8B est une vue en coupe transversale suivant la ligne 8B-8B de la Fig. 8A. La Fig. 8B illustre la jonction de la première moitié moulée 201 et de la seconde moitié moulée 202. Les nervures segmentées 241 et 242 sont réunies par des boulons en fibres de verre 238 et par des écrous en fibres de verre 239. De même, les nervures segmentées 243 et 244 sont réunies par des boulons en fibres de verre 238 et par des écrous en fibres de verre 239.
La Fig. 8C est une vue en élévation de l'appareil 200 moulé en fibres de verre. La Fig. 8C illustre la présence, dans les nervures segmentées 242 et 244, de trous 236 qui reçoivent les boulons en fibres de verre 238. L'utilisation d'un appareil entièrement en fibres de verre élimine les problèmes de corrosion et fournit une matière extrêmement durable et efficace.
La présente invention se prête parfaitement, dans une autre forme d'exécution, à une mise en oeuvre à partir d'un ensemble d'éléments, par exemple d'un kit de montage. On peut assembler ce kit pour former
<Desc/Clms Page number 25>
l'appareil antiérosion conforme à l'invention. Les éléments peuvent être assemblés à la surface de l'eau, sous eau ou à terre et peuvent être expédiés, dans ce cas, sur le lieu d'utilisation. Lorsqu'on assemble l'appareil antiérosion conforme à l'invention à la surface de l'eau, on peut associer les éléments à la construction de telle sorte que l'appareil puisse glisser vers le bas autour d'un élément de cette construction jusqu'à entrer en contact avec le fond en dessous de la masse d'eau.
De même, on peut associer à la construction, un appareil assemblé à terre et expédié sur le lieu d'utilisation, de telle sorte qu'il puisse glisser vers, le bas autour d'un élément de cette construction. Le fait d'assembler l'appareil anti- érosion sous eau élimine les difficultés suscitées par une mer démontée. Des plongeurs peuvent être utilisés pour assembler les divers éléments à mesure qu'ils sont descendus à partir d'un navire de surface.
Un ensemble d'éléments propre à être assemblé pour former un appareil antiérosion peut comprendre à titre de pièces coopérantes : un ou plusieurs déflecteurs placés au voisinage de la construction, un ou plusieurs éléments pour maintenir la relation de position entre chaque déflecteur et le fond en dessous de la masse d'eau et un dispositif pour induire un écoulement turbulent au voisinage de la construction.
Les déflecteurs peuvent comprendre des plaques dans l'ensemble circulaires. Cependant, tout moyen de déflexion serait acceptable. Par exemple, un déflecteur pourrait comprendre un dispositif destiné à débiter des bulles d'air pour entraver l'écoulement vers le bas près d'une construction. De même, un dispositif destiné à créer des courants d'eau perpendiculaires à l'axe longitudinal de la construction pourrait être utilisé.
N'importe quel dispositif ou procédé servant à faire
<Desc/Clms Page number 26>
dévier le courant vers le bas près de la construction peut être utilisé pour mettre l'invention en pratique.
La relation de position des déflecteurs peut être maintenue par une douille. Cependant, on peut utiliser n'importe quel moyen ou dispositif structurel pour séparer convenablement les déflecteurs. Le dispositif le plus intéressant est basé sur le type de déflecteur utilisé. La douille peut être un élément physique ou peut simplement impliquer le décalage d'un déflecteur par rapport à l'autre.
Un dispositif pour induire un courant turbulent au voisinage de la construction est qualifié, d'une manière générale, de générateur de turbulence hydraulique. Un générateur de turbulence hydraulique comprend tout dispositif qui amorce un écoulement turbulent au voisinage de la construction. Un tel dispositif peut comprendre des nervures longitudinalement espacées, une surface rugueuse le long de la construction ou plusieurs saillies associées et disposées au hasard sur la surface de la construction. Le dispositif servant à induire un écoulement turbulent peut être directement associé à la construction ou peut être associé à un élément en prise avec la construction.
L'invention est extrêmement pratique, à titre de forme d'exécution supplémentaire, lorsqu'elle est utilisée comme un procédé pour empêcher l'érosion. Ce procédé consiste à faire dévier un remous dirigé vers le bas causé par l'impact de l'eau sur une construction, à capter des sédiments meubles du fond pour remplir des vides créés dans le fond par une érosion précédente au voisinage de la construction et à induire le courant turbulent de l'eau passant près de la construction pour retarder la séparation du courant d'eau, ce qui réduit la résistance offerte par la
<Desc/Clms Page number 27>
construction ainsi que le poids en aval de la construction.
La déviation du remous dirigé vers le bas s'effectue, de préférence, en deux endroits. En premier lieu, la déviation du remous dirigé vers le bas est effectuée près de la construction et au-dessus du fond sous la masse d'eau. La première déviation peut être assurée par un dispositif quelconque destiné à empêcher l'écoulement vers le bas de l'eau près de la construction. En deuxième lieu, le remous dirigé vers le bas est dévié à un endroit situé près de la construction et près du fond. La distance entre la première déviation et la seconde déviation est déterminée, par l'importance du remous dirigé vers le bas provoqué par l'impact de l'eau sur la construction.
Les sédiments meubles du fond sont captés à l'aide de vides en dessous d'une plaque encerclant la construction et en contact avec le fond en dessous de la masse d'eau. La plaque peut être le second dispositif déflecteur ou peut être associée au second dispositif déflecteur. La plaque destinée à capter des sédiments meubles du fond comporte un grand nombre de perforations destinées à accepter les sédiments meubles lorsqu'ils tombent à travers les perforations par gravité. La plaque permet de réparer l'érosion précédente au voisinage de la construction.
Un écoulement turbulent peut être induit près de la construction par tout dispositif qui se comporte comme un générateur de turbulence hydraulique. Un générateur de turbulence hydraulique peut comprendre n'importe quelle saillie ou creux dans la surface ou associé à la surface pour perturber les caractéristiques d'écoulement laminaires du fluide. Cela étant, tout dispositif qui perturbe les caractéristiques d'écoulement laminaires du fluide peut être facilement
<Desc/Clms Page number 28>
utilisé dans le procédé conforme à l'invention.
Bien entendu, l'invention n'est en aucune manière limitée aux détails d'éxécution décrits plus haut auxquels de nombreux changements et modifications peuvent être apportés sans sortir de son cadre.