EP0266335A1

EP0266335A1 - Réservoir de stockage de fluide sous pression

Info

Publication number: EP0266335A1
Application number: EP87870154A
Authority: EP
Inventors: Jean-Claude Duvieusart; Maximilien Le Begge
Original assignee: CFE CIE FRANCOIS ENTREP; D'entreprises Cfe Sa Cie; FORAKY SA
Current assignee: D'entreprises Cfe Sa Cie; FORAKY SA
Priority date: 1986-10-30
Filing date: 1987-10-30
Publication date: 1988-05-04
Anticipated expiration: 2007-10-30
Also published as: FR2606061A1; US4869033A; DE3767282D1; JPS63243600A; JPH0512231B2; SU1669399A3; FR2606061B1; GR3001712T3; EP0266335B1; ATE59875T1; ES2020306B3

Abstract

L'invention concerne un réservoir (1) de stockage de fluide sous pression pouvant être enterré à faible profondeur. L'invention comprend une virole (2) formant la paroi latérale du réservoir, et deux parois circulaires horizontales disposées dans cette virole formant respectivement la paroi inférieure (4) et la paroi supérieure (9) du réservoir (1). Des tirants (8) sont disposés entre la paroi supérieure (9) et la paroi inférieure (4), ces tirants (8) étant aptes à reprendre les sollicitations engendrées par la pression du fluide stocké sur les dites parois inférieure (4) et supérieure (9), des moyens d'étanchéisation (10) aptes à rendre le réservoir étanche au fluide stocké garnissant l'intérieur du réservoir (1). Le réservoir (1) selon l'invention permet le stockage dans d'excellentes conditions de discrétion et de sécurité. L'invention s'applique plus particulièrement au stockage de fluides combustibles sous pression.

Description

L'invention concerne un réservoir de stockage de fluide sous pression pouvant être enterré à faible profondeur.
Le réservoir de stockage selon l'invention s'applique plus particulièrement à l'entreposage de gaz combustible par grandes quantités.
La mise en service de bateaux transporteurs de gaz liquéfié a remis à l'avant-plan la nécessité de disposer de réservoirs de stockage de volumes importants pour des fluides combustibles sous pression. De tels réservoirs peuvent à la fois servir de réserves de stockage près de terminaux gaziers et de tampons permettant d'atténuer les irrégularités de la demande du réseau.
La forme sous laquelle le fluide est stocké conditionne dans une large mesure la technologie des réservoirs de stockage.
On distingue du point de vue technologique les réservoirs de stockage à faible pression et les réservoirs de stockage à haute pression.
Les gazomètres participent de la technique à basse pression. Ils sont constitués d'un dôme soutenu par des anneaux concentriques pouvant coulisser verticalement les uns par rapport aux autres; l'ensemble, de volume variable, étant soutenu par la pression interne du gaz. De tels réservoirs, souvent soutenus de surcroît par une structure métallique externe, sont inesthétiques et, de par leurs dimensions, constituent des cibles facilement repérables pour des personnes malintentionnées.
Dans des réservoirs de stockage cryogéniques, le gaz est maintenu sous forme liquide à très basse température, ce qui permet de le stocker sous des pressions proches de la pression atmosphérique.
Ces réservoirs cryogéniques sont munis d'une double enveloppe, une enveloppe externe protégeant le réservoir contre les agents extérieurs et une seconde enveloppe capable de contenir le gaz liquéfié et résistant aux très basses températures (de l'ordre de -40°C à -160°C) régnant dans l'enceinte. Entre ces deux enveloppes est disposé un isolant destiné à limiter les déperditions thermiques au travers de l'enceinte. Les pertes de froid au travers de l'enveloppe sont généralement compensées par une évaporation contrôlée du fluide contenu dans le réservoir. Le coût de réalisation de ces réservoirs, de même que leur coût de gestion, est élevé.
Pour les réservoirs de stockage à forte pression, on a généralement recours à la forme sphérique, la sphère constituant en effet la forme techniquement optimale.
L'enveloppe sphérique et son armature extérieure sont cependant, de par leurs dimensions, mises en évidence dans un paysage. Ces réservoirs sphériques constituent donc, tout comme les gazomètres, une gêne visuelle importante et des cibles de choix pour des actions malveillantes. Par ailleurs, ces réservoirs sont soumis à l'action directe des agents atmosphériques tels que le rayonnement solaire qui peut y engendrer des contraintes thermiques et mécaniques excessives.
Une autre manière de résister à la pression importante engendrée par le fluide stocké est de placer le réservoir dans un milieu exerçant lui-même une contre-pression sur les parois.
Cette solution s'applique, par exemple, en creusant des cavités profondes dans l'argile. Ce matériau est étanche au gaz et le poids des terres et la pression de la nappe phréatique développent la contre-pression assurant la stabilité du réservoir.
Dans d'autres types de sols, la contre-pression peut être exercée par la nappe phréatique seule; dans ce cas, la paroi du réservoir souterrain est doublée d'une enveloppe étanche.
Les réservoirs de stockage souterrains en profondeur présentent, sur les autres types de réservoirs cités, l'avantage de la discrétion et s'intègrent harmonieusement dans l'environnement.
Leur désavantage tient surtout au coût élevé du creusement. Par aill eurs, le sous-sol ne se prête pas toujours à l'installation de réservoirs de stockage de ce type.
On a donc cherché à réaliser un type de réservoir de stockage aussi discret, hors de vue et hors de portée d'une action malveillante qu'un réservoir enterré à grande profondeur, avec toutefois des coûts d'exploitation identiques à ceux d'un réservoir sphérique de surface.
Le but de l'invention est de pouvoir stocker des fluides combustibles sous pression dans d'excellentes conditions de fiabilité.
Un autre but de l'invention est de réaliser ce stockage dans de bonnes conditions économiques.
Un autre but encore de l'invention est un réservoir de stockage de forme discrète, pouvant être recouvert d'un talus ou enterré à faible profondeur.
La présente invention a pour objet un réservoir de stockage de fluide sous pression, qui comprend:
une virole formant la paroi latérale du réservoir,
une paroi inférieure de forme circulaire disposée dans la partie inférieure de la virole,
une paroi supérieure de forme circulaire disposée dans la partie supérieure de la virole,
des tirants disposés verticalement entre la paroi inférieure et la paroi supérieure du réservoir, les extrémités de ces tirants étant solidarisées respectivement avec les parois inférieure et supérieure, les dits tirants étant aptes à reprendre les efforts produits sur les parois inférieure et supérieure par la pression du fluide stocké,
des moyens d'étanchéisation aptes à rendre le dit réservoir étanche au fluide stocké.
Suivant une forme de réalisation avantageuse, la virole comporte à la partie inférieure de sa face interne une nervure en encorbellement sur laquelle la paroi inférieure prend appui par sa partie périphérique, un joint étanche à l'eau étant interposé entre cette partie périphérique et la dite nervure. Dans ce cas, la paroi inférieure est avantageusement reliée à la dite nervure au moyen d'ancrages articulés aptes à permettre de faibles mouvements relatifs entre la virole et la paroi inférieure.
De manière analogue, la virole comporte avantageusement, à la partie supérieure de sa face interne, une nervure en encorbellement contre laquelle la paroi supérieure prend appui par la partie périphérique de sa face supérieure, un joint étanche à l'eau étant interposé entre cette partie périphérique et la dite nervure.
Suivant une forme d'exécution particulière, l'extrémité inférieure de la virole est biseautée du côté de sa face interne et présente, du côté de sa face externe, un ressaut en saillie par rapport à la surface externe de la virole pour permettre la mise en place par havage.
La virole et les parois inférieure et supé rieure peuvent être réalisées en béton ou en acier.
Suivant une forme de réalisation, la virole et les parois inférieure et supérieure sont faites de béton armé et/ou de béton précontraint. On peut notamment réaliser la virole en béton précontraint, tandis que les parois inférieure et supérieure sont faites en béton armé.
Lorsque la virole et les parois inférieure et supérieure sont faites de béton, il est généralement avantageux ou même nécessaire que la surface interne du réservoir soit revêtue d'un doublage en un matériau étanche au fluide stocké et compatible avec ce fluide.
Ce doublage peut notamment être réalisé en métal et dans ce cas il comprend un soufflet de dilatation dans la zone de rencontre de la virole et de la paroi supérieure.
Ce doublage étanche peut également être réalisé en un matériau choisi parmi les plastomères et les élastomères.
On comprendra que le matériau utilisé pour la réalisation du doublage est choisi en fonction du type de fluide à stocker dans le réservoir.
Lorsque la virole et les parois inférieure et supérieure sont réalisées en acier, l'étanchéité du réservoir peut être assurée par un doublage étanche dans la zone de re ncontre de la virole et de la paroi inférieure et dans la zone de rencontre de la virole et de la paroi supérieure.
Les tirants qui sont disposés verticalement entre la paroi inférieure et la paroi supérieure, peuvent notamment consister en des poutrelles d'acier (telles que des poutrelles en H) dont les extrémités sont munies de semelles d'ancrage. Des tirants de ce type peuvent être utilisés aussi bien lorsque les parois du réservoir sont réalisées en acier que lors qu'elles sont faites de béton. Dans ce dernier cas, les semelles d'ancrage des tirants sont noyées dans le béton qui forme les parois inférieure et supérieure.
Toutefois, lorsque les parois du réservoir sont faites de béton, les tirants peuvent également consister en des colonnes en béton précontraint.
Les avantages du réservoir selon l'invention tiennent en ce que le gaz peut être stocké dans des conditions de discrétion et de sécurité semblables à celles d'un réservoir de stockage à grande profondeur, pour un coût de réalisation notablement moindre.
Le réservoir selon l'invention peut être réalisé indépendamment de la qualité, de l'homogénéité et des caractéristiques mécaniques du sol. Outre les avantages mentionnés ci-dessus, on notera que le réservoir de stockage selon l'invention peut être réalisé sur place, à l'aide de techniques de construction simples et éprouvées et dans des conditions économiques.
Un autre avantage de l'invention est que, comme réservoir souterrain, il bénéficie d'une excellente isothermie, indépendante dans une large mesure des facteurs climatiques extérieurs.
Un autre avantage tient en ce que le réservoir peut être entièrement construit au niveau du sol et descendu en place par havage; selon un autre mode de réalisation, le réservoir est monté in situ après havage de la virole formant la paroi latérale. Le volume des fouilles est donc réduit à un strict minimum et l'emprise au sol est ainsi limitée.
Le réservoir peut également être réalisé selon des méthodes classiques telles que la fouille ouverte entre talus ou à l'abri d'un rideau de palplanches.
Le réservoir selon l'invention permet également un gain de place important. Une fois l'instal lation achevée, la surface du terrain sous lequel il gît peut être affectée à tout usage. Même l'érection d'un bâtiment peut être envisagée, la pression engendrée sur le sol par un tel bâtiment étant incapable d'affecter le réservoir.
Le réservoir selon l'invention est enfin insensible aux travaux de rabattement ultérieurs de la nappe phréatique, ce qui n'est pas le cas pour les réservoirs profondément enterrés.
Le réservoir selon l'invention, malgré sa grande capacité, s'intègre donc avec discrétion dans le paysage et met le fluide stocké à l'abri de la malveillance et des accidents d'origine externe, des impacts, des explosions.
D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description d'une forme de réalisation particulière, référence étant faite aux figures annexées, dans lesquelles :

la Fig. 1 est une vue en coupe suivant un plan vertical passant par l'axe d'un réservoir selon l'invention;
la Fig. 2 est une vue en coupe suivant un plan horizontal II-II d'un réservoir selon l'invention;
la Fig. 3 est une vue latérale en coupe avec arrachement partiel d'un tirant métallique;
la Fig. 4 est une vue en coupe suivant un plan horizontal IV-IV d'un tirant métallique;
la Fig. 5 est une vue latérale en coupe d'un détail de réalisation du doublage intérieur d'un réservoir en béton armé selon l'invention, et
les Fig. 6 à 10 sont des vues en coupe schématiques de différents stades de construction par havage d'un réservoir.

La Fig. 1 est une vue en coupe suivant un plan vertical passant par l'axe d'un réservoir enterré en béton armé selon l'invention.
La paroi lat érale du réservoir 1 est constituée par une virole 2 en béton armé précontraint.
L'assise du réservoir 1 est assurée par une couche de béton de ballast 3 qui répartit la pression sur le sol et leste la structure.
La paroi inférieure 4 en béton armé est coulée sur ce béton de ballast 3. A sa périphérie, cette paroi inférieure 4 repose sur une nervure en encorbellement 5 faisant le tour de la virole 2. Un ancrage articulé 6 solidarise la virole 2 et la paroi inférieure 4.
Un double joint d'étanchéité 7 assure une barrière efficace contre l'infiltration d'eau.
Des tirants 8, dont le nombre est fonction des dimensions du réservoir, sont décrits plus en détail à la Fig. 3. Ces tirants 8 joignent la paroi inférieure 4 à la paroi supérieure 9. L'extrémité inférieure de ces tirants 8 est noyée dans la paroi inférieure 4; l'extrémité supérieure de ces tirants 8 est noyée dans la paroi supérieure 9.
Un doublage 10 étanche au fluide stocké garnit la face interne du réservoir 1, comme on peut le voir plus en détail à la Fig. 5.
La périphérie de la paroi supérieure 9 s'insère sous une nervure en encorbellement 11 faisant le tour de la virole 2. Le double joint d'étanchéité 7 empêche toute infiltration d'eau entre la nervure 11 et la paroi supérieure 9.
Une chape d'étanchéité 12 recouvre la partie supérieure du réservoir 1, c'est-à-dire la face externe de la paroi supérieure 9, la nervure 11 et la frange supérieure de la virole 2. Le réservoir 1 est recouvert par un remblai 13.
Un puits d'accès 14 est accolé à la paroi latérale de la virole 2 et permet d'accéder au volume intérieur du réservoir 1. Le réservoir 1 est raccordé au réseau de distribution par des moyens de connexion d'une technique bien connue, non représentés.
La Fig. 2 est une vue en coupe du réservoir suivant un plan horizontal au niveau de la ligne II-II de la Fig. 1.
Chacune des petites croix représente un tirant 8, la disposition de ces tirants 8 étant donnée purement à titre d'exemple.
Une série de tirants 8 sont disposés à l'aplomb des nervures 5 et 11, les autres tirants étant répartis régulièrement sur l'ensemble des parois 4 et 9 de façon à reprendre les sollicitations de façon homogène.
La Fig. 3 est une vue latérale d'un tirant 8 du réservoir 1 selon l'invention. Le tirant 8 représenté est constitué par une poutrelle d'acier en H, 15; à l'extrémité de cette poutrelle 15, disposée perpendiculairement à celle-ci, est fixée une semelle d'ancrage 16. Deux pièces rapportées trapézoïdales 17, disposées d'équerre respectivement avec la semelle 16 et avec la section médiane de la poutrelle 15, renforcent la liaison entre la poutrelle 15 et sa semelle 16.
L'extrémité de la poutrelle 15 avec sa semelle 16 est noyée dans le béton de la paroi inférieure 4. Une seconde semelle 18 est fixée sur la poutrelle 15 à hauteur de la face supérieure de la paroi 4. Deux pièces rapportées 19 maintiennent cette semelle 18 d'équerre par rapport aux tirants 8. Les plaques 20 formant le doublage étanche 10 du réservoir 1 sont fixées, en l'occurrence par soudage, à cette deuxième semelle 18 de façon à réaliser une enveloppe continue. L'extrémité supérieure du tirant 8 est ancrée dans la paroi supérieure 9 de façon identique.
La Fig. 4 est une vue en coupe, suivant la ligne IV-IV de la Fig. 3, d'un tirant métallique 8 du réservoir 1, sur laquelle on voit la forme de la semelle d'ancrage 16 et le profil en H de la poutrelle 15.
La Fig. 5 est une vue en coupe d'un détail de réalisation du revêtement intérieur d'un réservoir 1 en béton armé selon l'invention. Le bord des plaques de doublage 20 de la face interne de la virole 2 et des plaques de doublage 20 de la face inférieure de la paroi supérieure 9 est fixé à des plats 21 fixés par des daguets 22 à ces parois. Ces plats 21 constituent des lignes de maintien pour le doublage 10. A l'angle formé entre la vir ole 2 et la paroi supérieure 9, un soufflet de dilatation 23 relie ces deux lignes de maintien, assurant à la fois la continuité du doublage 10 et une possibilité de mouvement relatif du doublage 10 par rapport à chacune des parois (2 et 9).
Un patin 24 est disposé entre le doublage 10 et la surface de la virole 2. Ce patin 24 abaisse le coefficient de friction du doublage 10 par rapport à la surface de virole 2 et évite l'usure due aux mouvements relatifs de ces deux parties.
Les Fig. 6 à 10 sont des vues schématiques, en coupe, d'une méthode de réalisation du réservoir 1 selon l'invention.
La Fig. 6 montre le premier stade de construction de la virole 2 constituant la paroi latérale. L'aire de construction est dégagée et égalisée par une préfouille avec rabattement 25.
La partie inférieure de la virole 2 est construite sur site par coffrage et est soumise à la précontrainte.
L'extrémité inférieure de la virole 2 est biseautée du côté de sa face interne de façon à former un taillant 26 facilitant la mise en place par havage de la structure.
L'extrémité inférieure de la virole 2 présente également du côté de sa face externe un ressaut en saillie 27 par rapport à la surface externe du reste de la virole 2. Par rapport à ce ressaut en saillie 27, le reste de la surface externe de la virole 2 présente ainsi une réduction de diamètre destinée à ménager entre la face externe de la virole 2 et le sol un intervalle annulaire 28. Lors du havage, un fluide tel que de la bentonite est pompé dans cet intervalle 28 de façon à réduire les frottements entre la face externe et le sol et limiter ainsi les efforts nécessaires à la mise en place de la structure.
La Fig. 7 est une vue en coupe schématique de la partie inférieure de la virole 2 après le premier stade de mise en place par havage.
La surface du site délimitée par la virole 2 ayant été progressivement excavée, la virole 2 s'enfonce peu à peu dans le sol, la fouille étant étayée par la virole 2 elle-même.
La Fig 8 est une vue en coupe schématique de la virole 2 après érection de sa partie supérieure. On poursuit ensuite la mise en place par havage de la virole 2 complète.
La Fig. 9 est une vue en coupe schématique de la virole 2 parvenue au niveau final de mise en place. L'assise du futur réservoir 1 est assurée par un béton de ballast 3. On procède au coulage d'une première nervure en encorbellement 5 destinée à soutenir la paroi inférieure 4 à sa périphérie.
La Fig. 10 est une vue en coupe schématique du réservoir 1 après mise en place des parois inférieure 4 et supérieure 9 et des tirants 8.
Les opérations se déroulent comme suit. On procède au ferraillage de la paroi inférieure 4 et à la pose des tirants métalliques 8. On coule le béton de la paroi inférieure 4, solidarisant la dite paroi inférieure 4 avec l'extrémité inférieure des tirants 8. On réalise ensuite la pose du doublage étanche 10 de la paroi inférieure 4 et de la virole 2. La paroi supérieure 9 est coffrée, le doublage 10 de la paroi supérieure 9 posé. On procède enfin au ferraillage et au bétonnage de la paroi supérieure 9, après quoi la chape d'étanchéité 12 est posée et recouverte d'un remblai 13.
L'exemple de réalisation décrit ci-dessus concerne plus particulièrement un réservoir 1 réalisé en béton.
Les tirants 8 sont dans ce cas constitués soit de profilés métalliques, soit de colonnes en béton précontraint.
Le réservoir selon l'invention peut également, comme il a été dit plus haut, être réalisé en acier.
Dans ce cas, les tirants 8 sont également en acier. Lorsque la cuve est en acier, la pose d'un doublage étanche 10 n'est généralement pas nécessaire. Toutefois, on prévoit une tôle cintrée formant le raccord entre la paroi latérale et, respectivement, la paroi inférieure et la paroi supérieure.
A titre d'exemple, on peut réaliser un réservoir de stockage d'un diamètre de l'ordre de 35 m et d'une hauteur intérieure de l'ordre d'une dizaine de mètres où l'on peut stocker à la température du sol, soit environ 10°C, 10.000 m³ de gaz propane à une pression de 8 bars.

Claims

1.- Réservoir (1) de stockage de fluide sous pression, caractérisé en ce qu'il comprend
une virole (2) formant la paroi latérale du réservoir (1),
une paroi inférieure (4) de forme circulaire disposée dans la partie inférieure de la virole (2),
une paroi supérieure (9) de forme circulaire disposée dans la partie supérieure de la virole (2),
des tirants (8) disposés verticalement entre la paroi inférieure (4) et la paroi supérieure (9) du réservoir (1), les extrémités de ces tirants (8) étant solidarisées respectivement avec les parois inférieure (4) et supérieure (9), les dits tirants (8) étant aptes à reprendre les efforts produits sur les parois inférieure (4) et supérieure (9) par la pression du fluide stocké,
des moyens d'étanchéisation (10) aptes à rendre le dit réservoir (1) étanche au fluide stocké.

2.- Réservoir (1) suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la virole (2) comporte, à la partie inférieure de sa face interne, une nervure en encorbellement (5) sur laquelle la paroi inférieure (4) prend appui par sa partie périphérique, un joint (7) étanche à l'eau étant interposé entre cette partie périphérique et la dite nervure (5).

3.- Réservoir (1) suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la paroi inférieure (4) est reliée à la nervure (5) au moyen d'ancrages articulés (6) aptes à permettre de faibles mouvements relatifs entre la virole (2) et la paroi inférieure (4).

4.- Réservoir (1) suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la virole (2) comporte, à la partie supérieure de sa face interne, une nervure en encorbellement (11) contre laquelle la paroi supérieure (9) prend appui par la partie périphérique de sa face supérieure, un joint (7) étanche à l'eau étant interposé entre cette partie périphérique et la dite nervure (11).

5.- Réservoir (1) suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'extrémité inférieure de la virole (2) est biseautée du côté de sa face interne, de façon à former un taillant (26) et présente du côté de sa face externe un ressaut (27) en saillie par rapport à la surface externe de la virole (2).

6.- Réservoir (1) suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la virole (2) et les parois inférieure (4) et supérieure (9) sont constituées d'un matériau choisi parmi le béton armé et le béton précontraint, les moyens d'étanchéisation comprenant un doublage (10) de la surface interne du réservoir (1) en un matériau étanche au fluide stocké et compatible avec le dit fluide.

7.- Réservoir (1) suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le doublage étanche (10) est réalisé en métal et comprend un soufflet de dilatation (23) dans la zone de rencontre de la virole (2) et de la paroi supérieure (9).

8.- Réservoir (1) suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le doublage étanche (10) est réalisé en un matériau choisi parmi les plastomères et les élastomères.

9.- Réservoir (1) suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la virole (2) et les parois inférieure (4) et supérieure (9) sont réalisées en acier, les moyens d'étanchéisation comprenant un doublage (10) dans la zone de rencontre de la virole (2) et de la paroi inférieure (4) et dans la zone de rencontre de la virole (2) et de la paroi supérieure (9).

10.- Réservoir (1) suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tirants (8) sont des poutrelles en acier (15) dont les extrémités sont munies de semelles d'ancrage (16).

11.- Réservoir (1) suiv ant l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que les tirants (8) sont des colonnes en béton précontraint.