EP3956208A1 - Dispositif d'amarrage d'installations flottantes de surface, procede d'installation et procede de calibrage du dispositif correspondants - Google Patents

Dispositif d'amarrage d'installations flottantes de surface, procede d'installation et procede de calibrage du dispositif correspondants

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Publication number
EP3956208A1
EP3956208A1 EP20717894.8A EP20717894A EP3956208A1 EP 3956208 A1 EP3956208 A1 EP 3956208A1 EP 20717894 A EP20717894 A EP 20717894A EP 3956208 A1 EP3956208 A1 EP 3956208A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mooring device
mooring
floating object
water
buoyancy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20717894.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Lionel PEAN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Racing Yacht Management International Ltd
Original Assignee
Racing Yacht Management International Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Racing Yacht Management International Ltd filed Critical Racing Yacht Management International Ltd
Publication of EP3956208A1 publication Critical patent/EP3956208A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B21/00—Tying-up; Shifting, towing, or pushing equipment; Anchoring
    • B63B21/50—Anchoring arrangements or methods for special vessels, e.g. for floating drilling platforms or dredgers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B21/00—Tying-up; Shifting, towing, or pushing equipment; Anchoring
    • B63B2021/001—Mooring bars, yokes, or the like, e.g. comprising articulations on both ends
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B21/00—Tying-up; Shifting, towing, or pushing equipment; Anchoring
    • B63B21/50—Anchoring arrangements or methods for special vessels, e.g. for floating drilling platforms or dredgers
    • B63B2021/501—Anchoring arrangements or methods for special vessels, e.g. for floating drilling platforms or dredgers by means of articulated towers, i.e. slender substantially vertically arranged structures articulated near the sea bed

Definitions

  • the field of the invention is that of the ephemeral installation of maritime structures.
  • the invention relates to a device for mooring and anchoring a floating object, such as a platform or a surface object, on a body of water, the device being able to allow its positioning. , its stability and security.
  • the invention also relates to a method of implementation, and in particular of calibration and installation of such a mooring and anchoring device according to the invention, as well as various associated uses.
  • floating object or surface object
  • floating object is meant both a platform and a ship, or any object intended to be moored, the platform itself being able to be used for the secondary mooring of ships or secondary floating objects.
  • the population density is exponential and the water level of the oceans and terrestrial water bodies is constantly rising. In 100 years, the world's population will drop from 7 billion to 11 billion people on earth. Such growth has consequences which, logically, affect both land habitat and sea-related activities.
  • Document US 2017 350 083 discloses for example a mooring device comprising a telescopic tube fixed at one end to the ground and connected at the other end to a floating body.
  • the invention therefore responds at least in part to this need by proposing a device for mooring an object floating in a body of water in a field of physical constraints corresponding to predetermined conditions of use of said device, said device comprising :
  • anchoring means intended to anchor the device to the bottom of the body of water; securing means for securing the floating object to the securing device;
  • a connecting assembly comprising a mast and a sliding element, the mast being connected to the anchoring means at one of its ends and cooperating at its other end with the sliding element connected to the securing means, so that the assembly link is likely to have a variable length depending on physical constraints.
  • the mooring device has a variable length between at least two positions:
  • a second extended position corresponding to a second length taken by the link assembly in at least a second condition of use of the mooring device, the second length being greater than the first length.
  • the connecting assembly comprises means for correcting the buoyancy of the device within a buoyancy range defined by the conditions of use of the mooring device, so that the 'floating object is retained mobile on the body of water with a continuous dynamic adjustment tending towards a position of least effort depending on the physical constraints exerted on the floating object.
  • the invention proposes a new and inventive approach making it possible to resolve at least in part the drawbacks of the prior art.
  • buoyancy correction means or float
  • the advantage of the implementation of buoyancy correction means, or float is to reduce or even neutralize the forces exerted on the floating object whatever the meteorological conditions to which the floating object is subjected (which may be a platform or a ship for example), by generating a return torque, or resistance.
  • connection assembly allows the mooring device to take up the physical stresses and the forces transmitted to the floating object such as the forces linked to the effects of wind, swell, currents, the effects of surges. and tidal, flood and / or water level rise, and therefore that the floating object can be kept mobile on the water body, dynamically and continuously, constantly to a position of least effort according to the physical constraints exerted on him. It should be noted that this resumption of the physical stresses and of the forces transmitted takes place gradually, that is to say with a progressive resistance, so that there is little or no stop effect during the resumption of physical stresses and of the forces transmitted to the floating object such as the forces linked to the aforementioned climatic effects.
  • the device according to the invention also makes it possible to correct the natural excitation period of the floating object by using such a connecting element.
  • the floating object if it is excited at its resonant frequency by external effects (swells, wind, ...) risks entering into uncontrollable vibrations which could cause damage whatsoever to the floating object or device.
  • the means for correcting the buoyancy of the device consist of at least one portion with calibrated density of the mast and / or sliding element having a relative density lower than that of the body of water.
  • the sliding element comprises a rod around which the portion with calibrated density extends.
  • the portion with calibrated density having a relative density lower than that of the body of water is formed according to a configuration belonging to the group comprising:
  • the means for correcting the buoyancy of the device comprise means for adjusting the degree of buoyancy of the device within the range of use, these means adjustments being adjustable according to the predetermined conditions of use of said device.
  • the means for adjusting the degree of buoyancy of the device are provided on the portion with calibrated density of the mast and / or sliding element.
  • the securing means allow at least two degrees of freedom in rotation between the securing device and the floating object.
  • the anchoring means keep the mooring device fixed relative to the bottom of the body of water, the mast having an elastic portion in the vicinity of the means of anchoring.
  • the anchoring means allow at least two degrees of freedom in rotation of the mooring device with respect to the bottom of the body of water.
  • this makes it possible to limit the movement of such a floating object and therefore to limit the risks of damage to such a floating object.
  • this makes it possible to implement a mooring device that is easier to use.
  • it further comprises at least one sensor.
  • the sensor can belong to the group comprising:
  • said device when it is not connected to a floating object, said device is movable between at least:
  • said first condition of use of the device corresponds to a first combination of values of parameters of use of said device
  • said second condition of use of the device corresponds for at least a second combination of values said parameters of use of said device, said parameters of use of said device belonging to the group including:
  • the buoyancy range is predetermined by the conditions of use of the mooring device.
  • the sliding element further comprises a ballastable segment, independent of the buoyancy correction means.
  • the invention also relates to a method of installing a mooring device according to one of the aforementioned embodiments, comprising the following steps:
  • the method comprises the subsequent steps of:
  • the invention further relates to a method for calibrating, on land, a mooring device according to one of the aforementioned embodiments, comprising a step of defining a range of buoyancy as a function of the conditions of use of the vessel. mooring device.
  • FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of the mooring device according to the invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the mooring device according to the embodiment of FIG. 1;
  • FIG. 3 is an external view of the mooring device according to a second embodiment of the invention, showing an alternative to the securing means of the embodiment of FIG. 1;
  • FIG. 4 is an external view of the mooring device according to the embodiment of FIG. 1;
  • Figure 5 is a sectional view of the mooring device according to the embodiment of Figure 3;
  • FIG. 6 is an external view of the mooring device according to the embodiment of FIG. 1;
  • FIG. 7 is a transparent view of the mooring device according to the embodiment of FIG. 3;
  • FIG. 8 is a transparent view of the mooring device according to the embodiment of FIG. 1;
  • FIG. 9 is a perspective view of the anchoring means of the device according to one embodiment.
  • FIG. 10 is a perspective view of the mooring means according to a first embodiment
  • FIG. 11 is a perspective view of the mooring means according to a second embodiment
  • FIG. 12 is a detailed perspective view of the anchoring of a device at the bottom of the body of water, according to one embodiment of the invention
  • FIG. 13 is a schematic view of the mooring device according to the first embodiment, connected to a floating object, and in the short position;
  • FIG. 14 is a schematic view of the mooring device according to the first embodiment, connected to a floating object, itself having a load, and in the short position;
  • FIG. 15 is a schematic view illustrating the distribution of the forces exerted on the mooring device according to the first embodiment, connected to a floating object, and in the extended position;
  • FIG. 16 is a schematic view of the mooring device according to the first embodiment, connected to a floating object, and in the extended position;
  • FIG. 17 is a schematic view of the mooring device according to the first embodiment, connected to a floating object, itself having a load, and in the extended position;
  • FIG. 18 is a schematic view illustrating the distribution of the forces exerted on the mooring device according to the first embodiment, connected to a floating object, and in the extended position;
  • FIG. 19 is a schematic view illustrating the step of towing the mooring device to the body of water
  • FIG. 20 is a schematic view illustrating the step of ballasting the mooring device so that it can be positioned opposite the anchoring means;
  • FIG. 21 is a schematic view illustrating the step of anchoring the mooring device by means of fixing the anchoring means to reception means provided at the bottom of the body of water.
  • FIG. 22 is a schematic view illustrating the step of deballasting the mooring device so that it can be positioned facing a floating object
  • FIG. 23 is a schematic view illustrating the step of ballasting the submerged mooring device, and connected to the anchoring means, so that it has negative buoyancy;
  • FIG. 24 is a schematic view of a mooring device according to a third embodiment.
  • the present invention is based on a completely innovative approach which consists in providing, for a body of water, that a floating object such as a platform or a surface object (ship, station), be mounted or moored, or secured to a mooring device, itself anchored to the bottom of the body of water, so that the floating object is retained mobile on the body of water with a continuous dynamic adjustment tending to a position of least effort depending physical stresses exerted on the floating object.
  • a floating object such as a platform or a surface object (ship, station)
  • a mooring device itself anchored to the bottom of the body of water
  • the physical stress field is understood here by all the physical constraints exerted by the environment (wind, rain, etc.) in which the floating object is placed (weather conditions, undue forces in the body of water such as than the current and the chemical composition of the body of water) as well as by all the forces exerted by other elements (forces exerted by a secondary floating object coming to dock with the floating object, forces exerted by the device mooring on the floating object and vice versa, ).
  • the effort on the mooring device is thus limited, but above all, the comfort for the floating structure is improved (damping of movements, stability, etc.).
  • the buoyancy of the device is adapted within a range of buoyancy defined by the conditions of use of the mooring device.
  • buoyancy is a force exerted on bodies immersed in a fluid (liquid or gas), which are therefore subjected to Archimedes' thrust. It opposes the force of gravity, since it is directed from the bottom up.
  • the mooring device according to the invention is intended to be installed in a body of water such as an open or closed sea, a cove, a port, a lake, a water reserve, etc.
  • a body of water such as an open or closed sea, a cove, a port, a lake, a water reserve, etc.
  • Such a device is suitable for any type of body of water including those subject to a large amplitude depending on the height of the water and the envisaged tidal range. It is intended to be connected to a floating object used in this body of water.
  • floating object is understood to mean both a platform and a ship, or any object intended to be moored, the platform itself being able to be used for the secondary mooring of ships or secondary floating objects.
  • a floating object can be a docking platform for yachts, a station which can be meteorological or of another type, a set of buoys, etc.
  • the floating object can designate any device or device. surface or floating installation such as for example a dwelling, a floating villa, a platform or leisure station or reception of seaside, nautical, commercial, industrial, technical, transport, safety, beaconing, or even relay. Therefore, the general principle of the mooring device is to act as a foundation for this floating object.
  • the mooring device according to the invention provides several advantages.
  • it makes it possible to limit the impact on the natural environment by making it possible to avoid the scraping of funds and control of the reception process while ensuring the protection of our coastline by avoiding the destructive effects on the protected species which ensure the maintenance. and the development of the marine biotope.
  • It also ensures the stability of the surface floating installation at an attachment point regardless of the natural physical conditions impacting the body of water such as the effects of swell, wind, current and / or tidal range.
  • It also makes it possible to control and ensure the maintenance at one point of the floating installation on a body of water and to ensure the protection of people and property in the event of flooding and / or tidal range regardless of its condition. installation depth.
  • It also makes it possible to control, while reducing it greatly, for example by at least 4 times, the avoidance surface of a floating surface installation.
  • it makes it possible to manage an environment monitoring system by installing monitoring devices.
  • the present invention also aims to provide a mooring process which is particularly simple and easy to implement and reversible, and whose implementation does not have a negative impact on the environment or at least a comparatively limited impact. to the techniques of the prior art.
  • the present invention makes it possible to preserve the bottoms of the bodies of water in which it is implemented and is specific to floating or surface installations.
  • the present invention finally aims to ensure that the floating object can remain emerged (except for a possible part of the floating object designed to move underwater such as a ship's keel) and that its movements are limited whatever. or the external conditions (swells, wind, currents, ).
  • the device can also provide buoyancy to the floating object.
  • V the wind speed at the center of thrust of the floating object, this speed
  • AL the projected area of the floating object exposed to the crosswind ("large area")
  • L the length of the floating object
  • Cv the shape coefficient of the floating object, between 1, 0 and 1, 3,
  • a L the surface of the longitudinal master torque of the floating object (transverse projection, that is to say on a longitudinal plane): "the largest submerged section",
  • A the surface of the transverse master-couple of the floating object (longitudinal projection, that is to say on a transverse plane): “the smallest submerged section”,
  • C L the dimensionless coefficient of longitudinal shape (varying between 0.2 and 0.6 depending on the geometric shapes of the floating object),
  • F f r the component of the force transverse to the floating object
  • F fL the component of the longitudinal force at the floating object
  • a ' L the total submerged surface reduced by twice the transverse master torque (2.
  • a T the total submerged surface reduced by twice the longitudinal master torque (2 A L )
  • Cr the dimensionless coefficient of friction
  • the action of the swell is characterized by a sinusoidal movement of variable frequency and intensity.
  • the device according to the invention intends to respond to these oscillations and to dampen the residual movement on the floating structure.
  • the device having a variable length, it adapts to the variation of sea level which can be either linked to an overall increase / decrease (tide, etc.) or to the action of the swell.
  • the device according to the invention also intends to correct the natural excitation period of the floating object. Indeed, the floating object, if it is excited at its resonant frequency by external effects (swells, wind, ...) risks entering into uncontrollable vibrations which could cause damage whatsoever to the floating object or device.
  • this mooring device may consist of a sliding element associated with a body which may be cylindrical or of any other shape, equipped with a variable buoyancy volume. ,), which can be a pod (or mast) or a piston device.
  • the operating principle is based on the fact that a mass with positive buoyancy, for example a mass of air, is offset by the action of external elements on the floating object, which therefore generates a resistive torque making it possible to balance the forces acting on the system (including the floating object, the mooring device and receiving means provided at the bottom of the body of water) so that the floating object is retained mobile on the body of water with a continuous dynamic adjustment tending to a position of least effort according to the physical stresses exerted on the attached floating object.
  • a mass with positive buoyancy for example a mass of air
  • the device can also consist of an articulated mast having, for example, a stop hinge.
  • the mast is no longer piston but articulated with a stop hinge.
  • the joint opens and the volume of air moves away from the fixed point, which generates a return torque, also making it possible to balance the forces exerted on the system (including the floating object, the mooring device and reception means provided at the bottom of the body of water).
  • the presence of the mooring device, and in particular of the connecting assembly (which is in the first embodiment a piston device), allows the device to take over the physical stresses and the forces transmitted to the platform. or the surface object such as the forces linked to the effects of wind, swell, currents, the effects of surges and tides, floods and / or water level rise.
  • the latter comprises a connecting assembly 4 comprising a mast 40 and a sliding element 41.
  • the mast 40 is connected to anchoring means (described below) at one of its ends 400 and cooperates at its other end 401 with the sliding element 41 fixed to the securing means ( described below), so that the link assembly 4 is likely to have a variable length depending on the physical constraints.
  • this mast 40 is hollow and compartmentalized. It contains a fluid which is, here, air.
  • the mast 40 has here a substantially cylindrical shape and complementary to the shape of the sliding element, so that the latter can slide in the mast 40.
  • the inner surface of the mast 40 is complementary to the shape of the outer surface of the sliding element 41, on the sliding portion.
  • the mast could be made, in other embodiments, for the mast to have another shape, for example a rectangular or triangular shape.
  • the mast Because its role is to transmit the forces subjected to the floating object, the mast must prove to be relatively resistant. Therefore, it can be made of steel, fiberglass, carbon fiber, elastomer. It can also be made of another material capable of being resistant to physical stresses.
  • the mooring device 1 has a variable length between at least two positions:
  • a first short position (illustrated in particular in FIGS. 13 to 15), corresponding to a first length L0 taken by the link assembly 4 in a first condition of use of the device;
  • a second extended position (illustrated in particular in Figures 16 to 18), corresponding to a second length L1 taken by the link assembly 4 in at least one second condition of use of the mooring device 1
  • the second length L1 is greater than the first length L0.
  • the second length L1 corresponds to a maximum extension length.
  • the first condition of use of the device corresponds to a first combination of values of parameters of use of said device
  • the second condition of use of the device corresponds for at least a second combination of values of parameters of use of said device, said parameters of use of the device belonging to the group including:
  • the first condition of use corresponds to a situation in which the mooring device is under load (connected to a floating object) and the physical constraints exerted on the floating object 9 are relatively low so that the longitudinal forces exerted on the link assembly are low enough for the latter to be kept vertical relative to the device, this mooring device 1 also moving along a vertical axis V.
  • length L0 can be considered as a minimum extension length.
  • the mooring device is spaced from the vertical axis V by an angle substantially equal to 30 degrees.
  • the mast 40 and the sliding element 41 form a piston, closed by an annular plate 410 and the sliding of which is facilitated by a ring 411.
  • This piston when it is in action, makes it possible to expel the water contained in the compartments of the mast 40 and to make a call for fluid (here air) in the opposite volume of the mast (corresponding to the compartments not containing water), the flushing of water and the call for air are not carried out at the same speed which allows the absorption of the forces linked to the dynamic load induced on the surface object, for example example by the swell, the tides, the effects of surges, the currents the flood and / or the wind, by damping the system by the transit of the fluid in this piston and thus the damping or the reduction of the oscillations of the object of area.
  • a call for fluid here air
  • the device being piston, by means of this connection assembly 4, it can adapt to the variation in sea level either linked to an overall increase / decrease (tide, etc.) or to the swell action.
  • the piston can compensate for these transient effects and reduce the movements of the floating object by the variability of the length of the linkage assembly and the sliding of the piston.
  • two phenomena can be at play:
  • the mast 40 can, in this embodiment, be ballasted. Ballasting is defined respectively by the filling of a body with a fluid similar to that in which the body is submerged (here water similar to that of the body of water). Its opposite, deballasting consists of emptying the fluid and replacing it with a fluid that is lighter than that in which the body is immersed, for example air.
  • the mast 40 has two orifices (not shown) provided with a valve (for example one located in the lower part and the other in the upper part). If the volume is full of a fluid that is lighter than the fluid in which the device is immersed (air for example), when the two taps are opened, one will let out the lighter fluid (the air) while the other will allow the introduction of the surrounding fluid (water from the body of water). Once the body is filled with the desired fluid, the taps are closed. Deballasting is carried out in a similar way with the opening of the two taps and the forced injection of a fluid lighter than the fluid inside the body which will generate the departure of the heavy fluid and its replacement by the fluid. lightweight. Once the operation is complete, the taps are closed again.
  • a valve for example one located in the lower part and the other in the upper part.
  • ballasting or deballasting can make it possible to vary the return torque that the piston can generate, this being able to be useful according to the potential physical constraints corresponding to the predetermined conditions of use of the device.
  • the ballasting or deballasting of the piston makes it possible to vary the mass of the floating object / piston assembly and therefore to change its resonant frequency, which can make it possible to combat the effects of resonance of the swell.
  • the link assembly 4 further comprises means 42 for correcting the buoyancy of the device 1 inside. a range of buoyancy defined by the conditions of use of the mooring device 1.
  • buoyancy correction means 42 or float
  • the objective of these buoyancy correction means 42, or float is to reduce or even neutralize the forces exerted on the floating object whatever the meteorological conditions to which the floating object is subjected (which may be a platform or a ship. for example), by generating a recall torque.
  • the link assembly 4 (which is in this first embodiment a piston device coupled to a float), allows the mooring device to take over the physical stresses and the forces transmitted to the floating object as the forces related to the effects of wind, swell, currents, the effects of surges and tides, floods and / or water level rise, and therefore that the floating object can be retained mobile on the body of water, in a dynamic and continuous manner, constantly towards a position of least effort according to the physical constraints exerted on it.
  • the means for correcting the buoyancy of the mooring device consist of at least one portion 44 with calibrated density of the mast and / or of the sliding element having a relative density lower than that of the plane of water.
  • the means 42 for correcting the buoyancy of the mooring device consist of a portion of the mast which has a relative density less than that of the body of water, so that the float has positive buoyancy.
  • the sliding element 41 comprises a rod which slides inside the mast 40, it follows that the portion having a relative density lower than that of the body of water extends around this rod.
  • This portion is here made in one part.
  • this portion would be divided into several parts, for example balanced along the length of the mast.
  • the float is substantially symmetrical around the sliding element and the resultant of its Archimedean thrust turns out to be in fact centered.
  • the portion having a relative density lower than that of the body of water is formed according to a configuration belonging to the group comprising:
  • the closed cavities formed in the mast 40 and / or sliding element 41 (here in the mast) containing a fluid or a material having a relative density lower than that of the body of water.
  • This fluid can, for example, be air. It can also be hydrogen. So that the buoyancy of these buoyancy correction means 42 is positive, this fluid or material must nevertheless have a relative density lower than that of the body of water.
  • the float can be made of steel, fiberglass, carbon fiber, elastomer. It can also be made of another material, provided that these mechanical characteristics allow it to fulfill its objective of hermetically maintaining a volume of fluid.
  • the means 42 for correcting the buoyancy of the device 1 comprise means 420 for adjusting the degree of buoyancy of said device 1 within the range of use, these adjustment means 420 (illustrated in FIG. 22) being adjustable as a function of the predetermined conditions of use of the device 1.
  • the predetermined conditions of use of the device may depend on the type of body of water (lake, port, open sea), the type of floating object (ship, platform, station, etc.), thus other criteria such as the region of the world (which gives rise to different climatic conditions), the materials used for the device, the anchoring ground, etc.
  • the means 420 for adjusting the degree of buoyancy of the device 1 are provided on the portion 43 of the mast 40.
  • the buoyancy correction means can also be ballasted or deballasted. This ballasting can be done by means of the adjustment means 420.
  • ballasting or deballasting can make it possible to vary the buoyancy of the mooring device, this being able to be useful according to the potential physical constraints corresponding to the predetermined conditions of use of the device.
  • the device comprises means 2 for anchoring to the ground, which are intended to anchor this device to the bottom of the body of water.
  • anchoring means are adapted and calibrated according to the floating object and comprise a structure articulated on an ecological anchoring system adapted to the intrinsic nature of the bottom of the body of water and to the nature of the biotope present.
  • these anchoring means are intended to cooperate with receiving means provided at the bottom of the body of water, and more particularly to be attached to these receiving means 8 provided at the bottom of the body of water.
  • receiving means provided at the bottom of the body of water
  • the anchoring means 2 comprise a hooking element 21 directly connected to the receiving means 8 provided at the bottom of the body of water, a plurality of shackles 22, and a solid plate 23 which is placed in contact with the end 400 of the mast 40.
  • the hooking element is reversibly fixed to the receiving means provided at the bottom of the body of water and has an orifice in which a portion of one of the shackles 22 is housed.
  • these shackles 22 as well as the attachment element 21 and the solid plate 23 make it possible to implement anchoring means 2 which allow at least two degrees of freedom in rotation of the mooring device 1 with respect to the flat bottom of water. More particularly, in this embodiment, two shackles are used, the movement of one relative to the other being possible on two axes of rotation, which are the x and y axes, as shown for example in FIG. 12. Therefore, the z axis, corresponding to an axis vertical of the device, when it is in an initial equilibrium, is here locked in rotation for the device.
  • anchoring means keep the mooring device fixed with respect to the bottom of the body of water, for example by implementing anchoring means blocking the assembly. rotations and translations.
  • the mast must have an elastic portion in the vicinity of the anchoring means so that the floating object can be retained mobile on the plane of 'water with a continuous dynamic adjustment tending towards a position of least effort as a function of said physical stresses exerted on it.
  • Anchoring means could also be implemented which allow three degrees of freedom in rotation of the mooring device with respect to the water level bottom, for example by means of a ball joint.
  • anchoring means also allow one or more degrees of freedom in translation.
  • the mooring device has a weak link, that is to say a point which, if necessary, can give way.
  • a weak link that is to say a point which, if necessary, can give way.
  • the weak link is constituted by the means for anchoring to the ground, and more particularly by the shackles 22.
  • the anchoring means comprise a resistance chain 24 which makes it possible to double the strength of the device and which is fixed to the attachment element 21 and the solid plate 22.
  • a resistance chain 24 avoids thus the drift of the floating object as well as of the mooring device 1.
  • this chain 24 is energized which can make it possible to create an alert to a user.
  • Such an alert can, for example, be created if conditions of sizing have been exceeded or if a voltage exceeding a predetermined threshold is detected in this string.
  • the device also comprises securing means intended to secure the floating object 9 to the mooring device 1.
  • the term “securing” is understood to mean the connection between two elements which are each movable.
  • lashing means can, for example, be made according to the floating object to be moored (weight, buoyancy, forces and load moments).
  • securing means can thus, according to the embodiments, be produced in the form of a spherical assembly and / or a longitudinal assembly which are fixed to an upper end of the sliding element 41 associated with the mast 40.
  • the the spherical assembly and the longitudinal assembly constitute rotation devices which ensure the free movement of the floating object 9 so that this floating object 9 is retained mobile on the water body with a continuous dynamic adjustment tending towards a position of lesser effort as a function of the physical constraints exerted on it.
  • one embodiment of the securing means 3 produced in the form of a spherical assembly comprises an outer cage 30 making it possible to secure the floating object to the rest of the securing means 3 in order to ensure the principles of rotation, oscillation and horizontal maintenance of said floating installation on the surface of a body of water.
  • the securing means 3 also comprise a ball 33 assembled to a joint 32 and to a half-shell 31, the whole being secured on one side to a solid plate 34 and on the other side to the outer cage 30.
  • This outer cage 30 can preferably be a metal cage.
  • the half-shell 31 it is preferably made of EPDM type rubbers (ethylene-propylene-diene monomer).
  • Such securing means 3 can also be coated with Teflon or PTFE (polytetrafluoroethylene) and equipped with in-line lubricators. In this way, this makes it possible to equip the mooring device with lashing means capable of withstanding various conditions of use.
  • Teflon or PTFE polytetrafluoroethylene
  • the lashing means 3 allow at least two degrees of freedom in rotation between the mooring device 1 and the floating object 9. More particularly, here, movement is authorized on two axes of rotation, which are the x and y axes, as shown for example in FIG. 1. Therefore, the z axis, corresponding to a vertical axis of the device, when it is in an initial equilibrium, is here locked in rotation for the device.
  • securing means which allow three degrees of freedom in rotation of the floating object relative to the securing device.
  • the mooring means 3 ' are made in the form of a longitudinal assembly comprising a system of nuts 37 and shackles 36 distributed on either side of a swivel 38, the everything being secured on one side to a solid plate 39 brought into contact with the sliding element 41, and on the other side to a connecting piece 35 with the floating object.
  • the operation of the mooring device according to the invention is based on the principle that at a given moment (corresponding to the forces exerted on the object floating), a volume of air must move away from the vertical axis V, and generate a return torque.
  • the mast 40 In equilibrium and in the absence of force, the mast 40 is vertical and focused on the means 8 for receiving the substratum as well as on the means for attaching to the means 3 for securing.
  • the volume of fluid contained in the float 42 puts the anchoring means 2 under tension.
  • Force F applied to the floating object on the surface (force linked to external phenomena such as swell, wind, currents, etc.)
  • the resistance force of the reception means 8 ANC
  • the piston formed by the mast and the sliding element can have positive, negative or neutral buoyancy. This can for example be adjusted prior to the installation of the device or adjustable if necessary by ballasting / deballasting of water from the body of water in the mast 40, according to the predetermined conditions of use.
  • the predetermined conditions of use take into account the fact that:
  • the Archimedean thrust on the Apod buoyancy correction means therefore being equal to the sum of the weight of the device, the receiving means 8, and the resistive force of these receiving means 8, the means 42 for correcting the buoyancy of the mooring device 1 are here configured so that the mooring device has a buoyancy located within a buoyancy range defined by said conditions of use including the weight of the device, the weight of the receiving means and the resistive force of the receiving means 8.
  • the inclination of the device 1 therefore implies that the forces are no longer collinear.
  • Apod therefore the moment acts with a lever arm which is a function of the sine of the angle of inclination of the mooring device.
  • the means 42 for correcting the buoyancy of the mooring device 1 are configured so that the mooring device has a buoyancy located within a buoyancy range defined by said conditions of use which, in addition to including the weight of the device, the weight of the receiving means and the resisting force of the receiving means 8, also include the load to be taken up (corresponding to the payload planned to be moored to this device), the height of water and the desired maximum slope.
  • the load to be taken up corresponding to the payload planned to be moored to this device it will be relatively variable for this mooring device. Indeed, a load to be taken up for a mooring device like that illustrated in FIG. 13, to which a simple floating object 9 is stowed, is obviously not the same as a load to be taken up for a mooring device like the one illustrated in FIG. 14, to which a floating object 9 accommodating a ship N is stowed.
  • the mooring device 1 illustrated in FIG. 13 is here identical to the mooring device illustrated in FIG. 14 owing to the fact that it is intended to be moored to the floating object 9 itself being intended to accommodate ships.
  • the sizing conditions for the mooring device are as follows:
  • the mooring device will have an overall height of approximately 12 m and the volume of the float will be approximately 68 m 3 depending on the distribution of the attached plane.
  • the sliding element will be extended by approximately 4.70 m.
  • the mast should resume a bending moment of about 50t.m.
  • the anchoring means provided at the bottom will have to take a vertical force of 50t and a horizontal force of about 18 1.
  • the anchoring means at the bottom of the body of water and the mast are provided with equipment for monitoring and controlling the environment.
  • the equipment for monitoring and controlling the environment is attached to the link element.
  • This equipment for monitoring and controlling the environment includes at least one sensor.
  • these sensors will belong to the group comprising:
  • a water quality measurement sensor (turbidity, temperature, salinity,
  • a sensor for measuring various secondary physical parameters (swells, water levels, etc.).
  • These environmental monitoring and control equipment can also be fitted with a system for tracking vessels in navigation in an area near the mooring device.
  • It can also be equipped with an alert system to warn of a problem with the integrity of the device.
  • Environmental monitoring and control equipment installed on the mooring device can be of interest for science, for the Navy, and for the customer in the context of maintenance.
  • the method of installing this mooring device according to the invention comprises the following steps:
  • the stage of towing the mooring device to the body of water, illustrated in FIG. 19, can be carried out by low nautical means due to its buoyancy, the float preferably being deballasted to facilitate transport. is done here until the device is placed vertically above the receiving means 8.
  • the step of ballasting the mooring device 1 so as to submerge it is carried out vertically to the receiving means 8.
  • This ballasting can, for example, be done by means of adjustment of the degree of buoyancy of the device which are provided on the float.
  • This ballasting step allows the float to have neutral or even negative buoyancy.
  • the anchoring step of the mooring device by means of fixing the anchoring means 2 to receiving means 8 provided at the bottom of the body of water, illustrated in figure 21, can be done by means of people coming to connect these anchoring means to the receiving means.
  • the mooring device is deballasted. This step is illustrated in FIG. 22.
  • the mooring device is arranged along the substantially vertical V axis.
  • deballasting can, for example, be done by means of adjusting means of the degree of buoyancy of the device which are provided on the float.
  • the attachment of the mooring device 1 to the floating object by means of an attachment of the securing means 3 to fixing means on the floating object can also be done by means of people connecting these anchoring means to the receiving means. In this way, this allows easy and rapid joining and / or detachment of the platform or the surface object.
  • this mooring device also constitutes reversible and removable equipment, not permanently fixed to the bottom of the water.
  • the advantage of the solution of this device is that it allows easy storage when the external conditions are not favorable for its use or when its use is not desired (winter in particular).
  • the mooring device can, for example, be unhitched from the anchor to the ground and towed ashore to be stored and maintained.
  • the anchoring part to the ground is left to allow rapid re-mooring the following season.
  • the method of installing this mooring device comprises the following steps:
  • this mooring device when it is not connected to a floating object, this mooring device is movable between at least:
  • the passage from one position to another position is effected by action at the level of the means for adjusting the degree of buoyancy of the mooring device.
  • a method of calibrating the mooring device on land is also performed, this method comprising a step of defining a range of buoyancy as a function of the conditions of use of the mooring device.
  • the device can also consist of an articulated mast formed in two parts 40 ′, 4 having, for example, a stop hinge.
  • the mast is no longer piston but articulated with an articulation 44 ', which is here a stop hinge.
  • the float 42 ' is here provided at the level of the upper part of the mast, namely part 4.
  • the joint 44' opens and the volume of air moves away from the fixed point, which generates a return torque, also making it possible to balance the forces acting on the system (including the floating object, the mooring device and receiving means provided at the bottom of the body of water).
  • the anchoring means 2 intended to anchor the mooring device 1 to the bottom of the body of water as well as the lashing means 3 intended to secure the floating object 9 to the device 1 of mooring are unchanged.
  • the device and the method according to the invention therefore allow the mooring of any type of floating object and according to all destinations and architectures with advantageously compared to the prior art:
  • the equipment at a fixed point, of a monitoring device meeting the policies and regulations of the European Union such as the Marine Strategy Framework Directive (MSFD) of the NOAA (IOOS) and the United Nations (UNEP and UNCLOS) which focus on monitoring the fight against marine pollution, the protection of biodiversity, maritime safety and routing, the sustainable use of the coastal environment and marine resources, research into marine renewable energy sites, climate monitoring and meteorology.
  • MSFD Marine Strategy Framework Directive
  • IOOS NOAA
  • UNCLOS United Nations

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Abstract

L'invention concerne un dispositif (1) d'amarrage d'un objet flottant (9) dans un plan d'eau dans un champ de contraintes physiques correspondant à des conditions d'utilisation prédéterminées dudit dispositif, ledit dispositif comprenant : - des moyens (2) d'ancrage, destinés à ancrer ledit dispositif (1) au fond dudit plan d'eau; - des moyens (3, 3') d'arrimage destinés à arrimer ledit objet flottant (9) audit dispositif (1) d'amarrage; un ensemble de liaison (4) comprenant un mât (40) et un élément coulissant (41), ledit mât (40) étant relié auxdits moyens (2) d'ancrage à une de ses extrémités (400) et coopérant à son autre extrémité (401) avec ledit élément coulissant (41) relié auxdits moyens d'arrimage (3), de façon que l'ensemble de liaison (4) soit susceptible de présenter une longueur variable en fonction desdites contraintes physiques; Selon l'invention, ledit dispositif (1) d'amarrage présente une longueur variable entre au moins deux positions : - une première position courte, - une seconde position étendue, et en ce que ledit ensemble de liaison (4) comporte en outre des moyens (42) de correction de la flottabilité dudit dispositif (1) à l'intérieur d'une plage de flottabilité définie par lesdites conditions d'utilisation dudit dispositif (1) d'amarrage.

Description

DESCRIPTION
Titre : Dispositif d'amarrage d'installations flottantes de surface, procédé d'installation et procédé de calibrage du dispositif correspondants.
1. Domaine de l'invention
Le domaine de l'invention est celui de l'installation éphémère de structures maritimes.
Plus particulièrement, l'invention est relative à un dispositif d'amarrage et d'ancrage d'un objet flottant, tel qu'une plateforme ou un objet de surface, sur un plan d'eau, le dispositif étant apte à permettre son positionnement, sa stabilité et sa sécurisation.
L'invention concerne également un procédé de mise en oeuvre, et notamment de calibrage et d'installation d'un tel dispositif d'amarrage et d'ancrage selon l'invention, ainsi que divers usages associés.
Par objet flottant, ou objet de surface, on entend aussi bien une plateforme qu'un navire, ou tout objet destiné à être amarré, la plateforme pouvant elle-même servir pour l'amarrage secondaire de navires ou d'objets flottants secondaires.
2. Arrière-plan technologique
La densité de la population est exponentielle et le niveau d'eau des océans et des plans d'eau terrestres monte sans cesse. Dans 100 ans, la population mondiale passera de 7 à 11 milliards d'individus sur terre. Une telle croissance engendre des conséquences qui, de manière logique, touchent à la fois l'habitat terrestre et les activités liées à la mer.
La moitié de la population vit dans les villes. La tendance ne va pas s'inverser de sitôt puisque les Nations Unies estimaient, en 2011, qu'en 2030 nous frôlerions les 5 milliards d'urbains sur 8,3 milliards de terriens. C'est donc près de 1,5 milliard d'humains supplémentaires qu'il va falloir loger en ville d'ici là.
Les villes continuent donc de conquérir rapidement de nouveaux espaces. D'après certains chercheurs, d'ici à 2030, l'espace urbain aura triplé. L'impact environnemental sera évidemment considérable. Ainsi, nombreux sont ceux qui ont commencé à réfléchir à des solutions d'habitat durables et écologiques.
Jusqu'à présent, les solutions d'habitation alternatives ne se développaient que dans le domaine du tourisme écoresponsable. Depuis quelques années, des concepts d'habitats originaux ont vu le jour apportant modernité et confort à ces habitations tout en respectant l'environnement. Ainsi, vivre sur l'eau est une idée viable pour désencombrer les villes et ces habitats peuvent aussi être utiles pour se parer de risques de catastrophes naturelles comme les inondations, les glissements de terrain ou le réchauffement climatique. Des objets de surface tel que les péniches, les maisons sur pilotis ou les concepts de maisons flottantes font partie de ces alternatives écologiques existantes. Certains projets prévoient également des systèmes adaptés pour réussir à être complètement autonomes.
A titre d'exemple, des dispositifs de mouillages collectifs écologiques, des plates formes de loisirs nautiques ou commerciales et des produits industriels de type Ferme aquacole ont notamment fait l'objet d'études et/ou de prototypes en bassin ou en situation réelle.
Depuis les lois de protection sur la nature de 1976 et la loi littorale de 1986, le rivage et les fonds marins sont également devenus un enjeu de protection pour les espèces protégées, d'autant plus que les anneaux ne sont plus assez nombreux pour accueillir tous les bateaux dans les ports et que les activités du nautisme et de la mer voient un développement exponentiel. En effet, les activités maritimes sont grandissantes par le développement des activités de loisirs tels que la pêche-promenade, la plongée, les stations de plage, les restaurations de rivage ou encore le transport maritime.
En parallèle, les plaisanciers jettent l'ancre au large des ports et des rivages et leurs mouillages peuvent provoquer des dégâts considérables sur les fonds marins.
Pour pallier ces inconvénients, notamment liés à la place et à la dégradation des fonds marins du fait du jet des ancres au large des ports et des rivages, différentes solutions techniques existent pour amarrer des plateformes ou des navires en mer. Le principe reste toujours similaire de créer un ancrage massif sur le fond marin (par exemple par la création d'un poids mort en béton dit corps mort ou coffre, ou par la mise en oeuvre de pieux ancrés dans les fonds marins) une chaîne reliant ensuite l'ancrage dans le fond marin à une unité flottante (par exemple une bouée ou une plateforme) permettant l'amarrage des navires.
On connaît par exemple du document US 2017 350 083 un dispositif d'amarrage comprenant un tube télescopique fixé à une extrémité au sol et relié à l'autre extrémité à un corps flottant.
Toutefois, un inconvénient d'un tel dispositif est qu'il n'est pas possible de le démonter sans engendrer de dommages au niveau des fonds marins ce qui n'est pas satisfaisant.
En outre, un autre inconvénient d'un tel dispositif est que les objets de surface qui y sont amarrés sont soumis à l'ensemble des contraintes météorologiques ainsi qu'aux forces résultantes, de sorte que la résistance mécanique des objets de surface ainsi que les forces mécaniques s'exerçant sur les liens d'amarrage entre ces objets de surface et le dispositif d'amarrage sont relativement importantes.
En effet, contrairement à un port où, de manière générale, les navires et les plateformes sont ancrés sur des quais dont le poids permet de reprendre les efforts liés aux éléments extérieurs (courants, houles, vent, ...) et donc de limiter les efforts liés aux éléments naturels ce qui du coup limite les efforts à reprendre, de telles contraintes sur un objet de surface amarré en pleine mer ou sur un lac peuvent générer d'importants coûts de maintenance, voire des détériorations irréversibles, ce qui n'est pas non plus satisfaisant.
Il existe donc à l'heure actuelle un réel besoin d'amélioration de l'existant, au vu des enjeux quant aux développements de l'occupation du littoral et à sa gestion, ainsi qu'une nécessité de s'adapter dans les années à venir pour tenir compte de multiples besoins tels que :
- l'optimisation des espaces d'aire d'accueil marine ou fluviale, par la réduction des surfaces d'évitement par exemple,
- le besoin et la combinaison possible entre les plans d'eau comme la mer, les lacs, les fleuves, etc. et l'homme, entre la pression démographique et l'environnement,
- le besoin de résoudre les nombreux projets ou retours d'expérience de projets confrontés aux difficultés de maintien des installations de surface et de la capacité à assurer la stabilité et la sécurité des personnes et des biens se situant sur ces installations de surface ainsi que leurs conforts, quel que soit leur environnement physique et notamment au regard des actions du vent, des courants, des marées et/ou de la houle, et
- le besoin d'un système d'ancrage adapté aux installations de surface, adaptable aux conditions de l'environnement physique, écologique et capable d'être réversible.
3. Exposé de l'invention
L'invention répond donc au moins en partie à ce besoin en proposant un dispositif d'amarrage d'un objet flottant dans un plan d'eau dans un champ de contraintes physiques correspondant à des conditions d'utilisation prédéterminées dudit dispositif, ledit dispositif comprenant :
des moyens d'ancrage, destinés à ancrer le dispositif au fond du plan d'eau ; des moyens d'arrimage destinés à arrimer l'objet flottant au dispositif d'amarrage ;
un ensemble de liaison comprenant un mât et un élément coulissant, le mât étant relié aux moyens d'ancrage à une de ses extrémités et coopérant à son autre extrémité avec l'élément coulissant relié aux moyens d'arrimage, de façon que l'ensemble de liaison soit susceptible de présenter une longueur variable en fonction des contraintes physiques.
Selon l'invention, le dispositif d'amarrage présente une longueur variable entre au moins deux positions :
une première position courte, correspondant à une première longueur prise par l'ensemble de liaison dans au moins une première condition d'utilisation du dispositif ;
une seconde position étendue, correspondant à une seconde longueur prise par l'ensemble de liaison dans au moins une seconde condition d'utilisation du dispositif d'amarrage, la deuxième longueur étant supérieure à la première longueur.
En outre, selon l'invention, l'ensemble de liaison comporte des moyens de correction de la flottabilité du dispositif à l'intérieur d'une plage de flottabilité définie par les conditions d'utilisation du dispositif d'amarrage, de sorte que l'objet flottant soit retenu mobile sur le plan d'eau avec un ajustement dynamique continu tendant vers une position de moindre effort en fonction des contraintes physiques s'exerçant sur l'objet flottant.
Ainsi, l'invention propose une approche nouvelle et inventive permettant de résoudre au moins en partie les inconvénients de l'art antérieur.
En effet, l'intérêt de la mise en oeuvre de moyens de correction de flottabilité, ou flotteur, est de réduire voire neutraliser les efforts exercés sur l'objet flottant quelles que soient les conditions météorologiques auxquelles est soumis l'objet flottant (qui peut être une plateforme ou un navire par exemple), en générant un couple de rappel, ou de résistance.
Ainsi, l'ensemble de liaison permet au dispositif d'amarrage d'assurer la reprise des contraintes physiques et des efforts transmis à l'objet flottant comme les efforts liés aux effets du vent, de la houle, des courants, aux effets de surcotes et de marée, de crue et/ou d'élévation du niveau de l'eau, et donc que l'objet flottant puisse être retenu mobile sur le plan d'eau, de façon dynamique et continue, constamment vers une position de moindre effort en fonction des contraintes physiques s'exerçant sur lui. Il est à noter que cette reprise des contraintes physiques et des efforts transmis se fait de manière progressive, c'est-à-dire avec une résistance progressive, de sorte qu'il n'y ait peu voire pas d'effet de butée lors de la reprise des contraintes physiques et des efforts transmis à l'objet flottant comme les efforts liés aux effets climatiques précités.
En outre, le dispositif selon l'invention permet également de corriger la période propre d'excitation de l'objet flottant par la mise en oeuvre d'un tel élément de liaison. En effet, l'objet flottant, s'il est excité à sa fréquence de résonance par des effets externes (houles, vent, ...) risque d'entrer en vibrations incontrôlables ce qui pourrait engendrer des dommages que ce soit pour l'objet flottant ou le dispositif.
Selon une caractéristique d'au moins un mode de réalisation de l'invention, les moyens de correction de la flottabilité du dispositif sont constitués par au moins une portion à densité calibrée du mât et/ou élément coulissant présentant une densité relative inférieure à celle du plan d'eau.
De cette manière, cela permet de limiter le nombre de pièces à mettre en oeuvre pour ce dispositif. En outre, cela permet de mieux contrôler la flottabilité du dispositif. Selon une caractéristique d'au moins un mode de réalisation de l'invention, l'élément coulissant comprend une tige autour de laquelle s'étend la portion à densité calibrée.
L'intérêt d'une telle mise en oeuvre est que le flotteur est sensiblement symétrique autour de l'élément coulissant et la résultante de sa poussée d'Archimède s'avère de fait centrée.
Selon une caractéristique d'au moins un mode de réalisation de l'invention, la portion à densité calibrée présentant une densité relative inférieure à celle du plan d'eau est constituée selon une configuration appartenant au groupe comprenant :
- les matériaux solides présentant une densité relative inférieure à celle du plan d'eau, et
- les cavités fermées ménagées dans le mât et/ou élément coulissant contenant un fluide ou un matériau présentant une densité relative inférieure à celle du plan d'eau.
Selon une caractéristique d'au moins un mode de réalisation de l'invention, les moyens de correction de la flottabilité du dispositif comprennent des moyens d'ajustement du degré de flottabilité du dispositif à l'intérieur de la plage d'utilisation, ces moyens d'ajustements étant réglables en fonction des conditions prédéterminées d'utilisation dudit dispositif.
De ce fait, cela permet d'adapter le dispositif quelles que soient les conditions d'utilisation et donc de mettre en oeuvre un dispositif d'amarrage optimisé pour tout type d'amarrage et de plan d'eau.
Selon une caractéristique d'au moins un mode de réalisation de l'invention, les moyens d'ajustement du degré de flottabilité du dispositif sont ménagés sur la portion à densité calibrée du mât et/ou élément coulissant.
Cela permet de mettre en oeuvre un dispositif simple d'utilisation et, en outre, de simplifier une éventuelle maintenance.
Selon une caractéristique d'au moins un mode de réalisation de l'invention, les moyens d'arrimage autorisent au moins deux degrés de liberté en rotation entre le dispositif d'amarrage et l'objet flottant.
Ainsi, cela permet de limiter le déplacement d'un tel objet flottant et donc de limiter les risques de détérioration d'un tel objet flottant. En outre, cela permet de mettre en oeuvre un dispositif d'amarrage plus simple d'utilisation. Selon une caractéristique d'au moins un mode de réalisation de l'invention, les moyens d'ancrage maintiennent fixe le dispositif d'amarrage par rapport au fond du plan d'eau, le mât présentant une portion élastique au voisinage des moyens d'ancrage.
Selon une caractéristique d'au moins un mode de réalisation de l'invention, les moyens d'ancrage autorisent au moins deux degrés de liberté en rotation du dispositif d'amarrage par rapport au fond du plan d'eau.
Ainsi, cela permet de limiter le déplacement d'un tel objet flottant et donc de limiter les risques de détérioration d'un tel objet flottant. En outre, cela permet de mettre en oeuvre un dispositif d'amarrage plus simple d'utilisation.
Selon une caractéristique d'au moins un mode de réalisation de l'invention, il comprend en outre au moins un capteur.
De cette manière, cela permet de mettre en oeuvre un dispositif permettant également de recueillir des données ou d'effectuer des mesures.
Dans ce cas, le capteur peut appartenir au groupe comprenant :
Un inclinomètre ;
Un baromètre ;
Un capteur de localisation ;
Un sonar.
Selon une caractéristique d'au moins un mode de réalisation de l'invention, lorsqu'il n'est pas relié à un objet flottant, ledit dispositif est mobile entre au moins :
une position de flottabilité positive ;
une position de flottabilité neutre ;
une position de flottabilité négative,
le passage d'une position à une autre position étant effectué par action au niveau des moyens d'ajustement du degré de flottabilité du dispositif d'amarrage.
De ce fait, cela permet de faire varier la position du dispositif et, par exemple, de l'escamoter lorsqu'il n'est pas utilisé.
Selon une caractéristique d'au moins un mode de réalisation de l'invention, ladite première condition d'utilisation du dispositif correspond à une première combinaison de valeurs de paramètres d'utilisation dudit dispositif, et ladite deuxième condition d'utilisation du dispositif correspond pour au moins une seconde combinaison de valeurs desdits paramètres d'utilisation dudit dispositif, lesdits paramètres d'utilisation dudit dispositif appartenant au groupe incluant :
les modalités d'usage ;
la longueur maximale de coulissement ;
les efforts longitudinaux s'exerçant sur ledit ensemble de liaison.
Selon une caractéristique d'au moins un mode de réalisation de l'invention, la plage de flottabilité est prédéterminée par les conditions d'utilisation du dispositif d'amarrage.
Selon une caractéristique d'au moins un mode de réalisation de l'invention, l'élément coulissant comprend en outre un segment ballastable, indépendant des moyens de correction de la flottabilité.
De cette manière, cela permet de faire varier la résistance de l'élément de liaison, et plus particulièrement celle du coulissement de l'élément coulissant par rapport au mât dans les différentes positions entre la position courte et la position étendue.
L'invention concerne également un procédé d'installation d'un dispositif d'amarrage selon l'un des modes de réalisation précités, comprenant les étapes suivantes :
le montage à terre du dispositif d'amarrage ;
le remorquage du dispositif d'amarrage jusqu'au plan d'eau ;
le ballastage du dispositif d'amarrage de sorte à l'immerger ;
l'ancrage du dispositif d'amarrage par le biais d'une fixation des moyens d'ancrage à des moyens de réception prévus au fond du plan d'eau.
le déballastage du dispositif d'amarrage de sorte à le positionner en regard de l'objet flottant ;
la fixation du dispositif d'amarrage à l'objet flottant par le biais d'une fixation des moyens d'arrimage à des moyens de fixation sur l'objet flottant.
Selon une caractéristique d'au moins un mode de réalisation de l'invention, le procédé comprend les étapes ultérieures de :
détachement de la fixation du dispositif d'amarrage à l'objet flottant ;
ballastage du dispositif d'amarrage immergé de sorte à ce qu'il présente une flottabilité négative. L'invention concerne en outre un procédé de calibrage, à terre, d'un dispositif d'amarrage selon l'un des modes de réalisation précités, comprenant une étape de définition d'une plage de flottabilité en fonction des conditions d'utilisation du dispositif d'amarrage.
4. Liste des Figures
L'invention, ainsi que les différents avantages qu'elle présente, seront plus facilement compris, à la lumière de la description qui va suivre d'un mode de réalisation illustratif et non limitatif de celle-ci, et des dessins annexés parmi lesquels :
la figure 1 est une vue en perspective d'un mode de réalisation du dispositif d'amarrage selon l'invention ;
la figure 2 est une vue en perspective éclatée du dispositif d'amarrage selon le mode de réalisation de la figure 1 ;
la figure 3 est une vue externe du dispositif d'amarrage selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, présentant une alternative aux moyens d'arrimage du mode de réalisation de la figure 1 ;
la figure 4 est une vue externe du dispositif d'amarrage selon le mode de réalisation de la figure 1 ;
la figure 5 est une vue en coupe du dispositif d'amarrage selon le mode de réalisation de la figure 3 ;
la figure 6 est une vue externe du dispositif d'amarrage selon le mode de réalisation de la figure 1 ;
la figure 7 est une vue en transparence du dispositif d'amarrage selon le mode de réalisation de la figure 3 ;
la figure 8 est une vue en transparence du dispositif d'amarrage selon le mode de réalisation de la figure 1 ;
la figure 9 est une vue en perspective des moyens d'ancrage du dispositif selon un mode de réalisation ;
la figure 10 est une vue en perspective des moyens d'amarrage selon un premier mode de réalisation ;
la figure 11 est une vue en perspective des moyens d'amarrage selon un deuxième mode de réalisation ; la figure 12 est une vue en perspective détaillée de l'ancrage d'un dispositif au fond du plan d'eau, selon un mode de réalisation de l'invention ;
la figure 13 est une vue schématique du dispositif d'amarrage selon le premier mode de réalisation, relié à un objet flottant, et en position courte ;
la figure 14 est une vue schématique du dispositif d'amarrage selon le premier mode de réalisation, relié à un objet flottant, lui-même présentant une charge, et en position courte ;
la figure 15 est une vue schématique illustrant la répartition des forces s'exerçant sur le dispositif d'amarrage selon le premier mode de réalisation, relié à un objet flottant, et en position étendue ;
la figure 16 est une vue schématique du dispositif d'amarrage selon le premier mode de réalisation, relié à un objet flottant, et en position étendue ;
la figure 17 est une vue schématique du dispositif d'amarrage selon le premier mode de réalisation, relié à un objet flottant, lui-même présentant une charge, et en position étendue ;
la figure 18 est une vue schématique illustrant la répartition des forces s'exerçant sur le dispositif d'amarrage selon le premier mode de réalisation, relié à un objet flottant, et en position étendue ;
la figure 19 est une vue schématique illustrant l'étape de remorquage du dispositif d'amarrage jusqu'au plan d'eau ;
la figure 20 est une vue schématique illustrant l'étape de ballastage du dispositif d'amarrage de sorte à ce qu'il puisse être positionné en regard des moyens d'ancrage ;
la figure 21 est une vue schématique illustrant l'étape d'ancrage du dispositif d'amarrage par le biais d'une fixation des moyens d'ancrage à des moyens de réception prévus au fond du plan d'eau.
la figure 22 est une vue schématique illustrant l'étape de déballastage du dispositif d'amarrage de sorte à ce qu'il puisse être positionné en regard d'un objet flottant ;
la figure 23 est une vue schématique illustrant l'étape de ballastage du dispositif d'amarrage immergé, et relié aux moyens d'ancrage, de sorte à ce qu'il présente une flottabilité négative ; la figure 24 est une vue schématique d'un dispositif d'amarrage selon un troisième mode de réalisation.
5. Description détaillée de modes de réalisation de l'invention
On illustre par la suite plusieurs modes de réalisation de l'invention, traités à titre de simples exemples illustratifs, et non limitatifs, à l'appui des figures 1 à 24.
5.1 Principe général de l'invention
La présente invention repose sur une approche tout à fait innovante qui consiste à prévoir, pour un plan d'eau, qu'un objet flottant tel qu'une plateforme ou un objet de surface (navire, station), soit monté ou amarré, ou arrimé sur un dispositif d'amarrage, lui-même ancré au fond du plan d'eau, de sorte que l'objet flottant soit retenu mobile sur le plan d'eau avec un ajustement dynamique continu tendant vers une position de moindre effort en fonction des contraintes physiques s'exerçant sur l'objet flottant.
Le champ de contraintes physiques s'entend ici par l'ensemble des contraintes physiques exercées par l'environnement (vent, pluie, ...) dans lequel est placé l'objet flottant (conditions météorologiques, forces indues au plan d'eau tel que le courant et la composition chimique du plan d'eau) ainsi que par l'ensemble des forces exercées par d'autres éléments (forces exercées par un objet flottant secondaire venant s'amarrer à l'objet flottant, forces exercées par le dispositif d'amarrage sur l'objet flottant et inversement, ...).
Par la recherche du moindre effort, on limite ainsi l'effort sur le dispositif d'amarrage, mais surtout on améliore le confort pour la structure flottante (amortissement des mouvements, stabilité, ...).
Ceci se fait principalement par le biais d'un ensemble de liaison, la flottabilité du dispositif est adaptée à l'intérieur d'une plage de flottabilité définie par les conditions d'utilisation du dispositif d'amarrage.
Par arrimage, on entend ici la liaison entre deux éléments qui sont chacun mobiles. Il est à noter que la flottabilité est une force s'exerçant sur des corps immergés dans un fluide (liquide ou gazeux), qui sont donc soumis à la poussée d'Archimède. Elle s'oppose à la force de gravité, puisqu'elle est dirigée de bas en haut.
Selon le rapport entre sa densité (et donc son poids) et la poussée d'Archimède, un corps peut avoir une flottabilité neutre, positive ou négative. Dans ces trois cas, les objets vont respectivement flotter entre deux eaux, remonter vers la surface ou couler. Le dispositif d'amarrage selon l'invention est destiné à être installé dans un plan d'eau comme une mer ouverte ou fermée, une crique, un port, un lac, une réserve d'eau, etc. Un tel dispositif est adapté à tout type de plan d'eau y compris ceux soumis à une amplitude importante selon la hauteur d'eau et le marnage envisagé. Il est prévu pour être relié à un objet flottant utilisé dans ce plan d'eau.
Par objet flottant, on entend aussi bien une plateforme qu'un navire, ou tout objet destiné à être amarré, la plateforme pouvant elle-même servir pour l'amarrage secondaire de navires ou d'objets flottants secondaires. Par exemple, un tel objet flottant peut être une plateforme d'accostage de yachts, une station pouvant être météorologique ou d'un autre type, un ensemble de bouées, ... De manière générale, l'objet flottant peut désigner tout dispositif ou installation de surface ou flottante comme par exemple une habitation, une villa flottante, une plateforme ou station de loisirs ou d'accueil d'activités balnéaires, nautiques, commerciales, industrielles, techniques, de transport, de sécurité, de balisage, ou bien encore de relais. De ce fait, le principe général du dispositif d'amarrage est de faire office de fondation pour cet objet flottant.
Le dispositif d'amarrage selon l'invention procure plusieurs avantages. Il permet notamment de limiter l'impact sur le milieu naturel en permettant d'éviter le raclage des fonds et la maîtrise du processus d'accueil tout en assurant la protection de notre littoral en évitant les effets destructeurs sur les espèces protégées qui assurent le maintien et le développement du biotope marin. Il permet également d'assurer la stabilité de l'installation flottante de surface en un point de fixation quelles que soient les conditions physiques naturelles impactant le plan d'eau comme les effets de la houle, du vent, du courant et/ou de marnage. Il permet en outre de contrôler et d'assurer le maintien en un point de l'installation flottante sur un plan d'eau et d'assurer la sauvegarde des personnes et des biens en cas de crue et/ou de marnage quelle que soit sa profondeur d'installation. Il permet aussi de maîtriser, tout en la réduisant fortement, par exemple d'au moins 4 fois, la surface d'évitement d'une installation flottante de surface. Il permet enfin de gérer un système de suivi du milieu par l'installation de dispositifs de monitoring.
La présente invention vise également à fournir un procédé d'amarrage qui soit particulièrement simple et facile à mettre en oeuvre et réversible, et dont la mise en oeuvre n'exerce pas d'impact négatif sur l'environnement ou à minima un impact limité comparativement aux techniques de l'art antérieur. Notamment, la présente invention permet de préserver les fonds des plans d'eau dans lesquels elle est mise en oeuvre et est spécifique aux installations flottantes ou de surface.
La présente invention vise enfin à faire en sorte que l'objet flottant puisse rester émergé (excepté une éventuelle partie de l'objet flottant conçue pour évoluer sous l'eau tel qu'une quille de navire) et que ses déplacements soient limités quelles que soient les conditions extérieures (houles, vent, courants, ...).
Le dispositif peut également apporter de la flottabilité à l'objet flottant.
Il est à noter qu'un objet flottant dans un plan d'eau évolue dans un champ de contraintes physiques de plusieurs natures.
La littérature permet de définir les différents efforts qui s'appliquent sur une structure flottante du fait des actions dites climatiques. En particulier, le guide des recommandations pour le calcul aux états-limites des ouvrages en site aquatique selon les Eurocodes dits ROSA 2000 définissent les efforts pouvant agir sur un objet flottant comme suit : i) lè vent :
AL
tan(p) = tan(a) x
AT
FT = R sin(^)
FL = R cos (f)
M = FT X Kext X L = FT X e avec les données suivantes :
R : la résultante de l'effort dû au vent exercé sur l'objet flottant, inclinée d'un angle f sur l'axe longitudinal,
F : la composante transversale de la force du vent exercée sur l'objet flottant,
FL : la composante longitudinale de la force du vent exercée sur l'objet flottant,
M : le moment de R réduit à l'axe vertical passant par le centre de gravité,
V : la vitesse du vent au centre de poussée de l'objet flottant, cette vitesse
correspondant à une vitesse moyenne sur 1 minute environ pour L > 25 m, et sur 15 secondes environ pour L < 25 m
a : l’angle entre la direction du vent et l’axe longitudinal de l’objet flottant,
AT : la surface projetée de l’objet flottant exposée au vent de bout (« petite surface »),
AL : la surface projetée de l’objet flottant exposée au vent de travers (« grande surface »), L : la longueur de l’objet flottant,
Cv : le coefficient de forme de l’objet flottant, compris entre 1 ,0 et 1 ,3 ,
pair : la masse volumique de l’air (1 ,225 kg/rra),
Kext : coefficient d’excentricité ii) la Houle :
FT = Pw x 9 x Cf x Cd x H2 x D x sin(a)
FL = Pw x 9 x Cf x Cd x H2 x D x cos(a) avec les données suivantes :
F : la composante transversale à l'objet flottant,
FL : la composante longitudinale à l'objet flottant,
H : la hauteur de la houle incidente,
a : l'angle entre la direction de propagation de la houle et l'axe de l'objet flottant,
D : la longueur projetée de l'objet flottant perpendiculairement à la direction de propagation de la houle,
Cf : un coefficient adimensionnel de flottaison,
Cd : un coefficient adimensionnel de profondeur relative du plan d'eau,
pw : la masse volumique de l'eau. iü) le Courant : a) forces de pression :
avec les données suivantes :
Fp : la composante de la force transversale à l'objet flottant,
FPL : la composante de la force longitudinale à l'objet flottant,
L : la longueur de l'objet flottant hors tout,
U : la vitesse du courant à une profondeur égale à la moitié du tirant d'eau de l'objet flottant (moyenne sur 1 minute),
a : l'angle entre la direction du courant et l'axe de l'objet flottant,
AL : la surface du maître-couple longitudinal de l'objet flottant (projection transversale, c'est-à-dire sur un plan longitudinal) : « la section immergée la plus grande »,
A : la surface du maître-couple transversal de l'objet flottant (projection longitudinale, c'est-à-dire sur un plan transversal) : « la section immergée la plus petite »,
C : le coefficient adimensionnel de forme transversale(variant entre 1 pour une grande profondeur d'eau à 7 pour une profondeur d'eau),
CL : le coefficient adimensionnel de forme longitudinale (variant entre 0,2 et 0,6 selon les formes géométriques de l'objet flottant),
pw: la masse volumique de l'eau,
b) forces de courant :
FfT =—pw x Cr x A'T x U2 x sin2(a ) 1
FfL = 2 Pw X cr x A'L X U2 x cos2 {a) avec les données suivantes :
Ffr : la composante de la force transversale à l'objet flottant, FfL : la composante de la force longitudinale à l'objet flottant,
U : la vitesse du courant à une profondeur égale à la moitié du tirant d'eau de l'objet flottant
(moyenne sur 1 minute),
a : l'angle entre la direction du courant et l'axe de l'objet flottant,
A'L : la surface immergée totale diminuée de deux fois le maître-couple transversal (2. AT), A' T : la surface immergée totale diminuée de deux fois le maître-couple longitudinal (2 AL), Cr : le coefficient adimensionnel de frottement,
pw: la masse volumique de l'eau.
En outre, à ces efforts dits « naturels » qui s'appliquent sur l'objet de surface ainsi que sur le dispositif d'amarrage, peuvent s'ajouter des efforts artificiels liés à l'amarrage de navires ou autres qui génèrent d'autres types de perturbations. Sur la base des efforts pouvant s'appliquer sur l'objet de surface, il peut être défini un système mécanique permettant de contrer ces efforts pour permettre la stabilisation de l'objet flottant.
Par ailleurs, il peut également s'ajouter, à ce système d'efforts des efforts de moindres importances toujours liés aux actions extérieurs. Notamment, l'action de la houle se caractérise par un mouvement sinusoïdal de fréquence et d'intensité variable.
Le dispositif selon l'invention entend répondre à ces oscillations et amortir le mouvement résiduel sur la structure flottante.
En effet, le dispositif présentant une longueur variable, il s'adapte à la variation de niveau de la mer qui peut être soit lié à une augmentation/diminution globale (marée, ...) soit à l'action de la houle.
Par ailleurs, il convient de noter que le dispositif selon l'invention entend également corriger la période propre d'excitation de l'objet flottant. En effet, l'objet flottant, s'il est excité à sa fréquence de résonance par des effets externes (houles, vent, ...) risque d'entrer en vibrations incontrôlables ce qui pourrait engendrer des dommages que ce soit pour l'objet flottant ou le dispositif.
Il est à noter qu'il s'agit d'un cas assez fréquent sur les navires dont la période propre au roulis est souvent assez proche de la période de la houle. L'invention permet ainsi de résoudre la problématique pour un navire arrimé.
Cela est permis par l'élément de liaison. Selon une mise en œuvre, illustrée aux figures 1 à 8 et 12 à 23, ce dispositif d'amarrage peut consister en un élément coulissant associé à un corps qui peut être cylindrique ou de toute autre forme, équipé d'un volume à flottabilité variable,), qui peut être un pod (ou mât) ou un dispositif pistonnant.
Le principe de fonctionnement repose sur le fait qu'une masse à flottabilité positive, par exemple une masse d'air, est déportée par l'action des éléments extérieurs sur l'objet flottant, ce qui génère donc un couple résistant permettant d'équilibrer les forces s'exerçant sur le système (incluant l'objet flottant, le dispositif d'amarrage et des moyens de réception prévus au fond du plan d'eau) de sorte que l'objet flottant soit retenu mobile sur le plan d'eau avec un ajustement dynamique continu tendant vers une position de moindre effort en fonction des contraintes physiques s'exerçant sur l'objet flottant arrimé.
Selon une autre mise en œuvre, illustré à la figure 24, le dispositif peut également consister en un mât articulé présentant, par exemple, une charnière à butée. Dans ce cas, le mat n'est plus pistonnant mais articulé avec une charnière à butée. Quand l'action sur l'objet flottant déporte ce dernier, l'articulation s'ouvre et le volume d'air s'éloigne du point fixe, ce qui génère un couple de rappel, permettant également d'équilibrer les forces s'exerçant sur le système (incluant l'objet flottant, le dispositif d'amarrage et des moyens de réception prévus au fond du plan d'eau).
Ainsi, la présence du dispositif d'amarrage, et notamment de l'ensemble de liaison (qui est dans le premier mode de réalisation un dispositif pistonnant), permet au dispositif d'assurer la reprise des contraintes physiques et des efforts transmis à la plateforme ou l'objet de surface comme les efforts liés aux effets du vent, de la houle, des courants, aux effets de surcotes et de marée, de crue et/ou d'élévation du niveau de l'eau.
5.2 Structure et fonctionnement de l'ensemble de liaison
Selon un premier mode de réalisation du dispositif 1 d'amarrage, qui est illustré en appui avec les figures 1 à 8 et 12 à 23, celui-ci comprend un ensemble de liaison 4 comprenant un mât 40 et un élément coulissant 41.
Comme visible sur ces figures, le mât 40 est relié à des moyens d'ancrage (décrits par la suite) à une de ses extrémités 400 et coopère à son autre extrémité 401 avec l'élément coulissant 41 fixé à des moyens d'arrimage (décrits par la suite), de façon que l'ensemble de liaison 4 soit susceptible de présenter une longueur variable en fonction des contraintes physiques.
Comme visible, principalement en figures 5 et 6, ce mât 40 est creux et compartimenté. Il contient un fluide qui est, ici, de l'air.
Le mât 40 présente ici une forme sensiblement cylindrique et complémentaire de la forme de l'élément coulissant, de sorte que celui-ci puisse coulisser dans le mât 40. En d'autres termes, la surface intérieure du mât 40 est complémentaire de la forme de la surface extérieure de l'élément coulissant 41, sur la portion de coulissement.
On pourrait prévoir, dans d'autres modes de réalisation, que le mât présente une autre forme, par exemple une forme rectangulaire ou triangulaire.
Du fait qu'il ait pour rôle de transmettre les efforts soumis à l'objet flottant, le mât doit s'avérer relativement résistant. De ce fait, il peut être constitué en acier, fibre de verre, fibre de carbone, élastomère. Il peut également être constitué en un autre matériau susceptible d'être résistant aux contraintes physiques.
Selon l'invention, le dispositif 1 d'amarrage présente une longueur variable entre au moins deux positions :
une première position courte (illustrée notamment en figures 13 à 15), correspondant à une première longueur L0 prise par l'ensemble de liaison 4 dans une première condition d'utilisation du dispositif ;
une seconde position étendue (illustrée notamment en figures 16 à 18), correspondant à une deuxième longueur L1 prise par l'ensemble de liaison 4 dans au moins une seconde condition d'utilisation du dispositif 1 d'amarrage
Comme visible sur ces figures, la deuxième longueur L1 est supérieure à la première longueur L0. Dans ce mode de réalisation, la deuxième longueur L1 correspond à une longueur maximale d'extension.
Aux termes de l'invention, la première condition d'utilisation du dispositif correspond à une première combinaison de valeurs de paramètres d'utilisation dudit dispositif, et la deuxième condition d'utilisation du dispositif correspond pour au moins une seconde combinaison de valeurs des paramètres d'utilisation dudit dispositif, lesdits paramètres d'utilisation du dispositif appartenant au groupe incluant :
les modalités d'usage (par exemple la charge amarrée) ;
la longueur maximale de coulissement ; les efforts longitudinaux s'exerçant sur ledit ensemble de liaison.
Comme illustré, dans ce mode d'utilisation la première condition d'utilisation correspond à une situation dans laquelle le dispositif d'amarrage est en charge (relié à un objet flottant) et les contraintes physiques s'exerçant sur l'objet flottant 9 sont relativement faibles de sorte que les efforts longitudinaux s'exerçant sur l'ensemble de liaison sont suffisamment faibles pour que celui-ci soit maintenu à la verticale par rapport au dispositif, ce dispositif 1 d'amarrage évoluant également selon un axe vertical V. La longueur L0 peut être considérée comme une longueur minimale d'extension.
Dans la deuxième condition d'utilisation correspond à une situation dans laquelle le dispositif d'amarrage est en charge et les contraintes physiques s'exerçant sur l'objet flottant 9 sont relativement fortes de sorte que les efforts longitudinaux s'exerçant sur l'ensemble de liaison écartent ce dispositif 1 d'amarrage de l'axe vertical V.
Ici, le dispositif d'amarrage est écarté de l'axe vertical V d'un angle sensiblement égal à 30 degrés.
Dans ce mode de réalisation, le mât 40 et l'élément coulissant 41 forment un piston, fermé par une plaque annuaire 410 et dont le coulissement est facilité par une bague 411.
Ce piston, lorsqu'il est en action, permet de chasser de l'eau contenue dans des compartiments du mât 40 et de faire un appel de fluide (ici de l'air) dans le volume opposé du mât (correspondant aux compartiments non contenant de l'eau), la chasse de l'eau et l'appel de l'air n'étant pas effectués à la même vitesse ce qui permet la reprise des efforts liée à la charge dynamique induite sur l'objet de surface, par exemple par la houle, les marées, les effets de surcotes, les courants la crue et/ou le vent, en amortissant le système par le transit du fluide dans ce piston et donc l'amortissement ou la réduction des oscillations de l'objet de surface.
En effet, le dispositif étant pistonnant, par le biais de cet ensemble de liaison 4, il peut s'adapter à la variation de niveau de la mer soit lié à une augmentation/diminution globale (marée, ...) soit à l'action de la houle.
Par exemple, du fait que l'action de la houle se caractérise par des mouvements de faibles périodes et donc des variations du niveau d'eau de durée variable, le piston peut compenser ces effets transitoires et réduire les mouvements de l'objet flottant par la variabilité de la longueur de l'ensemble de liaison et le coulissement du piston. Dans le cas de la houle, deux phénomènes peuvent être en jeu :
• une excitation par des périodes relativement courtes (autrement appelée clapot). Dans ce cas, l'élément coulissant 41 dans le mât 40 va générer une variation du volume de fluide contenu dans le mât 40 dans lequel il navigue et donc générer un couple de rappel, le mouvement résultant du piston se trouvera amorti par rapport au mouvement excitant par un amortissement des mouvements de faibles amplitudes
• une excitation par des périodes relativement longues (houles). Dans ce cas, l'amortissement se fera par un déplacement en plan ce qui fera varier le couple résistant et limitera ainsi le déplacement vertical de l'objet flottant.
Il est à noter que le mât 40 peut, dans ce mode de réalisation, être ballasté. Le ballastage se définit respectivement par le remplissage d'un corps par un fluide similaire à celui dans lequel le corps est immergé (ici de l'eau similaire à celle du plan d'eau). Son opposé, le déballastage consiste à la vidange du fluide et remplacement par un fluide plus léger que celui dans lequel le corps est immergé, par exemple de l'air.
Pour ce faire, le mât 40 dispose de deux orifices (non représentés) munis d'un robinet (par exemple un situé en partie basse et l'autre en partie haute). Si le volume est plein d'un fluide plus léger que le fluide dans lequel est plongé le dispositif (de l'air par exemple), à l'ouverture des deux robinets, l'un laissera échapper le fluide le plus léger (l'air) tandis que l'autre permettra l'introduction du fluide environnant (l'eau du plan d'eau). Une fois le corps rempli du fluide souhaité les robinets sont fermés. Le déballastage s'effectue de façon similaire avec l'ouverture des deux robinets et l'injection forcée d'un fluide plus léger que le fluide à l'intérieur du corps ce qui va générer le départ du fluide lourd et son remplacement par le fluide léger. Une fois l'opération terminé, les robinets sont de nouveau fermés.
Un tel ballastage ou déballastage peut permettre de faire varier le couple de rappel que peut générer le piston, ceci pouvant être utile selon les contraintes physiques potentielles correspondant aux conditions d'utilisation prédéterminées du dispositif.
En outre le ballastage ou déballastage du piston permet de faire varier la masse de l'ensemble objet flottant/piston et donc de fait de changer sa fréquence de résonance, ce qui peut permettre de lutter contre les effets de résonance de la houle. De sorte que le système comprenant l'objet flottant, le dispositif, et l'ancrage puisse arriver à un équilibre de force, l'ensemble de liaison 4 comporte en outre des moyens 42 de correction de la flottabilité du dispositif 1 à l'intérieur d'une plage de flottabilité définie par les conditions d'utilisation du dispositif 1 d'amarrage.
L'objectif de ces moyens 42 de correction de flottabilité, ou flotteur, est de réduire voire neutraliser les efforts exercés sur l'objet flottant quelles que soient les conditions météorologiques auxquelles est soumis l'objet flottant (qui peut être une plateforme ou un navire par exemple), en générant un couple de rappel.
Ainsi, l'ensemble de liaison 4 (qui est dans ce premier mode de réalisation un dispositif pistonnant couplé à un flotteur), permet au dispositif d'amarrage d'assurer la reprise des contraintes physiques et des efforts transmis à l'objet flottant comme les efforts liés aux effets du vent, de la houle, des courants, aux effets de surcotes et de marée, de crue et/ou d'élévation du niveau de l'eau, et donc que l'objet flottant puisse être retenu mobile sur le plan d'eau, de façon dynamique et continue, constamment vers une position de moindre effort en fonction des contraintes physiques s'exerçant sur lui.
Selon les modes de réalisation, les moyens de correction de la flottabilité du dispositif d'amarrage sont constitués par au moins une portion 44 à densité calibrée du mât et/ou de l'élément coulissant présentant une densité relative inférieure à celle du plan d'eau.
Ici, les moyens 42 de correction de la flottabilité du dispositif d'amarrage sont constitués par une portion du mât qui présente une densité relative inférieure à celle du plan d'eau, de sorte que le flotteur présente une flottabilité positive.
Du fait que l'élément coulissant 41 comprend une tige qui coulisse à l'intérieur du mât 40, il s'en suit que la portion présentant une densité relative inférieure à celle du plan d'eau s'étend autour de cette tige.
Cette portion est ici faite en une seule partie. On pourrait toutefois imaginer des modes de réalisation dans lesquelles cette portion serait divisée en plusieurs parties, par exemple équilibrées sur le long du mât.
L'intérêt d'une telle mise en oeuvre est que le flotteur est sensiblement symétrique autour de l'élément coulissant et la résultante de sa poussée d'Archimède s'avère de fait centrée. Selon différents modes de réalisation, la portion présentant une densité relative inférieure à celle du plan d'eau est constituée selon une configuration appartenant au groupe comprenant :
- les matériaux solides présentant une densité relative inférieure à celle du plan d'eau, et
- les cavités fermées ménagées dans le mât 40 et/ou élément coulissant 41 (ici dans le mât) contenant un fluide ou un matériau présentant une densité relative inférieure à celle du plan d'eau.
Ce fluide peut, par exemple, être de l'air. Il peut aussi s'agir d'hydrogène. De sorte à ce que la flottabilité de ces moyens 42 de correction de la flottabilité soit positive, ce fluide ou matériau doit toutefois présenter une densité relative inférieure à celle du plan d'eau.
Dans ce cas, le flotteur peut être constitué en acier, fibre de verre, fibre de carbone, élastomère. Il peut également être constitué en un autre matériau, pour autant que ces caractéristiques mécaniques lui permettent d'assurer son objectif de maintenir hermétiquement un volume de fluide.
Dans le mode de réalisation illustré, et de sorte à pouvoir faire varier la flottabilité du dispositif à l'intérieur d'une plage de flottabilité définie par les conditions d'utilisation du dispositif, les moyens 42 de correction de la flottabilité du dispositif 1 comprennent des moyens 420 d'ajustement du degré de flottabilité dudit dispositif 1 à l'intérieur de la plage d'utilisation, ces moyens 420 d'ajustements (illustrés en figure 22) étant réglables en fonction des conditions prédéterminées d'utilisation du dispositif 1.
Il est à noter que les conditions prédéterminées d'utilisation du dispositif peuvent dépendre du type de plan d'eau (lac, port, pleine mer), du type d'objet flottant (navire, plateforme, station, ...), ainsi que d'autres critères tels que la région du monde (qui engendre des conditions climatiques différentes), les matériaux mis en oeuvre pour le dispositif, le sol d'ancrage, ...
Ici, les moyens 420 d'ajustement du degré de flottabilité du dispositif 1 sont ménagés sur la portion 43 du mât 40.
De même que pour le piston, les moyens de correction de la flottabilité peuvent également être ballastés ou déballastés. Ce ballastage peut se faire par l'intermédiaire des moyens 420 d'ajustement.
Un tel ballastage ou déballastage peut permettre de faire varier la flottabilité du dispositif d'amarrage, ceci pouvant être utile selon les contraintes physiques potentielles correspondant aux conditions d'utilisation prédéterminées du dispositif.
5.3 Moyens d'ancrage au sol
Comme décrit ci-dessus, le dispositif comprend des moyens 2 d'ancrage au sol, qui sont destinés à ancrer ce dispositif au fond du plan d'eau.
Ces moyens d'ancrage sont adaptés et calibrés selon l'objet flottant et comprennent une structure articulée sur un système d'ancrage écologique adapté à la nature intrinsèque du fond du plan d'eau et à la nature du biotope en présence.
Comme illustré, par exemple aux figures 1 et 13, ces moyens d'ancrage sont destinés à coopérer avec des moyens de réception prévus au fond du plan d'eau, et plus particulièrement à être fixés à ces moyens 8 de réception prévus au fond du plan d'eau.
On peut citer comme exemples de moyens de réceptions prévus au fond du plan d'eau des corps morts, des pieux, des vis, des scellements ou bien des ancres à vis et/ou des ancres écologiques.
L'utilisation de ces moyens d'ancrage fixés aux moyens 8 de réception prévus au fond dudit plan d'eau permet de préserver les fonds du plan d'eau dans la mesure où le dispositif d'amarrage n'entre pas en contact ni ne racle les fonds marins. Ainsi le dispositif d'amarrage selon l'invention permet de préserver les fonds marins et de réduire, de manière importante, l'impact de la mise en oeuvre d'ancrage, de mouillage et/ou de lestage sur la faune et la flore.
Dans le mode de réalisation illustré notamment aux figures 9 et 12, les moyens 2 d'ancrage comprennent un élément d'accroche 21 directement relié aux moyens 8 de réception prévus au fond du plan d'eau, une pluralité de manilles 22, et une plaque pleine 23 qui est placée au contact de l'extrémité 400 du mât 40.
Plus précisément, l'élément d'accroche est fixé de manière réversible aux moyens de réception prévus au fond du plan d'eau et présente un orifice dans laquelle vient se loger une portion d'une des manilles 22.
Ici, ces manilles 22 ainsi que l'élément d'accroche 21 et la plaque pleine 23 permettent de mettre en oeuvre des moyens 2 d'ancrage qui_autorisent au moins deux degrés de liberté en rotation du dispositif 1 d'amarrage par rapport au fond plan d'eau. Plus particulièrement, dans ce mode de réalisation, deux manilles sont mises en oeuvre, le mouvement de l'une par rapport à l'autre étant possible sur deux axes de rotation, qui sont les axes x et y, comme représenté par exemple à la figure 12. De ce fait, l'axe z, correspondant à un axe vertical du dispositif, lorsqu'il est dans un équilibre initial, est ici bloqué en rotation pour le dispositif.
Toutefois, on pourrait prévoir d'autres modes de réalisation dans lesquels les moyens d'ancrage maintiennent fixe le dispositif d'amarrage par rapport au fond du plan d'eau, par exemple en mettant en oeuvre des moyens d'ancrage bloquant l'ensemble des rotations et des translations.
Dans ce cas, de sorte à ce que le dispositif d'amarrage puisse effectuer son rôle, le mât doit présenter une portion élastique au voisinage des moyens d'ancrage de sorte à ce que l'objet flottant puisse être retenu mobile sur le plan d'eau avec un ajustement dynamique continu tendant vers une position de moindre effort en fonction desdites contraintes physiques s'exerçant sur celui-ci.
On pourrait également mettre en oeuvre des moyens d'ancrage qui autorisent trois degrés de liberté en rotation du dispositif d'amarrage par rapport au fond plan d'eau, par exemple par le biais d'une rotule.
On pourrait en outre prévoir un mode de réalisation dans lequel les moyens d'ancrage autorisent également un voire plusieurs degrés de liberté en translation.
Selon un aspect d'un mode de réalisation, il est souhaité que le dispositif d'amarrage présente un maillon faible, c'est-à-dire un point qui, en cas de besoin, peut céder. Par exemple, en cas de force trop importante exercée sur un objet flottant ou sur le dispositif, il peut être souhaité qu'il y ait un fusible de sorte à ne pas détériorer l'objet flottant.
Dans le mode de réalisation illustré notamment en figure 12, le maillon faible est constitué par les moyens d'ancrage au sol, et plus particulièrement par les manilles 22.
Pour compenser ce maillon faible, les moyens d'ancrage comprennent une chaîne de résistance 24 qui permet de doubler la tenue du dispositif et qui est fixée à l'élément d'accroche 21 et la plaque pleine 22. Une telle chaîne de résistance 24 évite ainsi la dérive de l'objet flottant ainsi que du dispositif 1 d'amarrage.
En cas de casse des manilles, Cette chaîne 24 se met sous tension ce qui peut permettre de créer une alerte à un utilisateur.
Une telle alerte peut par exemple être créée si des conditions de dimensionnement ont été dépassées ou si une tension dépassant un seuil prédéterminé est détectée dans cette chaîne.
5.4 Moyens d'arrimage du dispositif d'amarrage à l'objet de surface
Le dispositif comprend également des moyens d'arrimage destinés à arrimer l'objet flottant 9 au dispositif 1 d'amarrage.
Comme décrit ci-dessus, on entend par arrimage la liaison entre deux éléments qui sont chacun mobiles.
L'utilisation de ces moyens d'ancrage de liaison permet de limiter l'oscillation, le renversement et la submersion des objets flottants en assurant leurs stabilités. Ils permettent en outre d'améliorer la tenue de ces objets flottants quelles que soient les conditions météorologiques et océanographiques environnantes. Cela permet aussi de réduire son évitement.
Le choix du type de moyens d'arrimage peut, par exemple, se faire en fonction de l'objet flottant à amarrer (poids, flottabilité, efforts et moments de charge).
Ces moyens d'arrimage peuvent ainsi, selon les modes de réalisation, être réalisés sous la forme d'un ensemble sphérique et/ou un ensemble longitudinal qui sont fixés à une extrémité supérieure de l'élément coulissant 41 associé au mât 40. L'ensemble sphérique et l'ensemble longitudinal constituent des dispositifs de rotation qui assurent le libre mouvement de l'objet flottant 9 de sorte que cet objet flottant 9 soit retenu mobile sur le plan d'eau avec un ajustement dynamique continu tendant vers une position de moindre effort en fonction des contraintes physiques s'exerçant sur lui.
On présente maintenant, en relation avec les figures 10 et 11, deux modes de réalisation de ces moyens d'arrimage.
Comme illustré en figure 10, un mode de réalisation des moyens 3 d'arrimage réalisés sous la forme d'un ensemble sphérique comprennent une cage extérieure 30 permettant de solidariser l'objet flottant au reste des moyens 3 d'arrimage afin d'assurer les principes de rotations, d'oscillation et de maintien à l'horizontale de ladite installation flottante en surface d'un plan d'eau.
Les moyens 3 d'arrimage comprennent également une rotule 33 assemblée à un joint 32 et à une demi-coquille 31, le tout étant solidarisé d'une coté à une plaque pleine 34 et de l'autre coté à la cage extérieure 30. Cette cage extérieure 30 peut être préférentiellement une cage métallique.
Quant à la demi-coquille 31, elle est préférentiellement en caoutchoucs de type EPDM (éthylène-propylène-diène monomère).
De tels moyens 3 d'arrimage peuvent également être revêtus de téflon ou de PTFE (polytétrafluoroéthylène) et équipée de graisseurs en ligne. De cette manière, cela permet d'équiper le dispositif d'amarrage de moyens d'arrimage capables de résister à des conditions d'utilisation variées.
Selon ce mode de réalisation, les moyens 3 d'arrimage autorisent au moins deux degrés de liberté en rotation entre le dispositif 1 d'amarrage et l'objet flottant 9. Plus particulièrement, ici, le mouvement est autorisé sur deux axes de rotation, qui sont les axes x et y, comme représenté par exemple à la figure 1. De ce fait, l'axe z, correspondant à un axe vertical du dispositif, lorsqu'il est dans un équilibre initial, est ici bloqué en rotation pour le dispositif.
Il est à noter cependant que, pour des raisons de résistance mécaniques, un jeu est préférentiellement laissé dans toutes les directions de sorte à ce que des mouvements relativement faibles dans les degrés de libertés bloqués soient possibles. On évite ainsi que les différents éléments constituant ces moyens 3 d'arrimage soient constamment en situation de contrainte trop importantes.
Dans d'autres modes de réalisation, on pourrait également mettre en oeuvre des moyens d'arrimage qui autorisent trois degrés de liberté en rotation de l'objet flottant par rapport au dispositif d'amarrage.
On pourrait en outre prévoir un mode de réalisation dans lequel les moyens d'amarrage autorisent également un voire plusieurs degrés de liberté en translation.
Dans la variante représentée à la figure 11, les moyens 3' d'amarrage sont réalisés sous la forme d'un ensemble longitudinal comprenant système d'écrous 37 et de manilles 36 répartis de part et d'autre d'un émerillon 38, le tout étant solidarisé d'un coté à une plaque pleine 39 mise au contact de l'élément coulissant 41, et de l'autre coté à une pièce de liaison 35 avec l'objet flottant.
5.5 Fonctionnement du dispositif d'amarrage
Le fonctionnement du dispositif d'amarrage selon l'invention part du principe selon lequel à un moment donné (correspondant à des forces qui s'exercent sur l'objet flottant), un volume d'air doit s'éloigner de l'axe vertical V, et générer un couple de rappel.
A l'équilibre et en l'absence de force, le mât 40 est vertical et axé sur les moyens de réception 8 au substratum ainsi que sur les moyens d'accroche aux moyens 3 d'arrimage.
Le volume de fluide contenu dans le flotteur 42 met en tension les moyens d'ancrage 2.
Lorsque l'objet flottant 9 tend à s'éloigner, le mât 40 s'incline et le volume de fluide contenu dans le flotteur 42 ne se retrouve plus axé sur les moyens de réception 8. Ce volume qui naturellement subit la poussée d'Archimède tend à se réaligner sur l'ancrage, ce qui génère un couple résistant.
Plus l'objet flottant 9 s'éloigne, et plus l'élément coulissant 41 s'extrait du mât 40 qui s'éloigne lui-même de l'axe augmentant de fait le couple résistant généré par le dispositif 1 d'amarrage.
Ainsi il s'établit un équilibre entre le couple moteur F (objet flottant qui s'éloigne qui s'éloigne) et le couple résistant Apod (volume de fluide contenu dans le flotteur 42 soumis à la pression d'Archimède).
En considérant les forces qui agissent sur le système (comprenant l'objet flottant, le dispositif d'amarrage, et les moyens de réception) dans un plan d'eau dans un champ de contraintes physiques correspondant à des conditions d'utilisation prédéterminées du dispositif, les forces sont les suivantes :
• La force F : appliquée sur l'objet flottant en surface (effort lié aux phénomènes extérieurs tel que la houle, le vent, les courants, ...)
• Le poids de l'objet flottant 9 : Wf
• Le poids du dispositif 1 d'amarrage : Wpod
• Le poids des moyens de réception 8 : Wanc
• La poussée d'archimède sur l'objet flottant 9 : Af
• La poussée d'archimède sur le piston formé par l'élément coulissant et le mât : Apist
• La poussée d'archimède sur les moyens de correction de la flottabilité :
Apod
• La poussée d'Archimède sur les moyens de réception 8 : Aanc
• La force résistante des moyens de réception 8 : ANC Comme vu précédemment, le piston formé par le mât et l'élément coulissant peut être à flottabilité positive, négative ou neutre. Ceci peut par exemple être réglé préalablement à l'installation du dispositif ou ajustable si nécessaire par ballastage/déballastage d'eau du plan d'eau dans le mât 40, selon les conditions d'utilisation prédéterminées.
Si l'on souhaite que le dispositif assure un équilibre, il est préférable que les conditions d'utilisation prédéterminées prennent en compte le fait que :
Wf + Af + Apist = 0.
Par ailleurs, il est possible de considérer que Aanc est négligeable au regard des autres forces.
De ce fait, et étant entendu que dans un état initial (illustré en figure 15), les forces appliquées sur l'objet flottant en surface sont nulles (F = 0 kN), la somme des forces exercées sur le système à l'équilibre initial peut s'écrire :
Wf + Wpod + Wanc + ANC + Af + Apist +Apod +Aanc= 0
Etant entendu que, comme décrit précédemment, Wf + Af + Apist= 0 et que Aanc est négligeable, ceci peut donc se réduire à :
Wpod + Wanc + ANC + Apod = 0
Comme illustré sur cette figure 15, et de manière logique, l'ensemble des forces sont donc verticales, Les forces motrices (tel que le poids) étant descendantes alors que les forces résistantes (tel que la poussée d'Archimède) sont dirigées vers le haut.
De ce fait, les valeurs des différentes forces peuvent s'écrire de la manière suivante :
Wpod+ Wanc+ ANC = Apod
La poussée d'Archimède sur les moyens de correction de la flottabilité Apod étant donc égale à la somme du poids du dispositif, des moyens de réception 8, et de la force résistante de ces moyens de réception 8, les moyens 42 de correction de la flottabilité du dispositif 1 d'amarrage sont ici configurés pour que le dispositif d'amarrage présente une flottabilité située à l'intérieur d'une plage de flottabilité définie par lesdites conditions d'utilisation incluant le poids du dispositif, le poids des moyens de réception et la force résistante des moyens de réception 8.
Lorsque l'objet flottant subit un effort extérieur (tel que de la houle, du vent, courant, des amarrages, ...), alors on peut considérer que :
F > 0 kN
Dans ce cas de figure, illustré en figure 18, l'objet flottant va se déplacer, entraînant avec lui le piston et le mât 40. Elle va se déplacer jusqu'à atteindre un équilibre des forces tel que :
F + Wf + Wpod + Wanc + ANC + Af + Apist +Apod +Aanc= 0 et :
Pour les mêmes raisons que précédemment, l'équation des efforts peut se réduire à :
F + Wpod + Wanc + ANC + Apod = 0
L'inclinaison du dispositif 1 implique, dès lors, que les forces ne sont plus colinéaires.
Dans ce système, et du fait du peu de mouvements à l'endroit des moyens d'ancrage (degrés de libertés en rotation autorisés), on peut considérer que la somme des moments au niveau de ces moyens d'ancrage est égale à zéro.
Les principales forces agissantes pour l'équilibre des moments sur ce système sont donc les suivantes :
· Action motrice : F: donc le moment agit avec le bras de levier égale à la hauteur d'eau
Action résistante : Apod donc le moment agit avec un bras de levier qui est fonction du sinus de l'angle d'inclinaison du dispositif d'amarrage.
Il est à noter que plus l'objet flottant s'éloigne, plus l'angle d'inclinaison du dispositif d'amarrage augmente, plus le bras de levier de Apod et donc le moment de Apod augmentent. De ce fait, les moyens 42 de correction de la flottabilité du dispositif 1 d'amarrage sont configurés pour que le dispositif d'amarrage présente une flottabilité située à l'intérieur d'une plage de flottabilité définie par lesdites conditions d'utilisation qui, en plus d'inclure le poids du dispositif, le poids des moyens de réception et la force résistante des moyens de réception 8, comprennent également la charge à reprendre (correspondant à la charge utile prévue à amarrer à ce dispositif), la hauteur d'eau et de l'inclinaison maximale souhaitée.
Concernant la charge à reprendre correspondant à la charge utile prévue à amarrer à ce dispositif, elle sera relativement variable pour ce dispositif d'amarrage. En effet, une charge à reprendre pour un dispositif d'amarrage comme celui illustré en figure 13, auquel un simple objet flottant 9 est arrimé, n'est évidemment pas la même qu'une charge à reprendre pour un dispositif d'amarrage comme celui illustré en figure 14, auquel un objet flottant 9 accueillant un navire N est arrimé. Toutefois, le dispositif 1 d'amarrage illustré en figure 13 est ici identique au dispositif d'amarrage illustré en figure 14 du fait qu'il est prévu pour être arrimé à l'objet flottant 9 lui-même étant prévu pour accueillir des navires.
Concernant le fonctionnement du dispositif d'amarrage, et une fois que la sollicitation diminue, c'est-à-dire une fois que F tend vers 0 kN et que le moment lié au volume d'air du piston ne se trouve plus compensé par le moment lié à F, , le dispositif 1 d'amarrage va se rapprocher de l'axe vertical V, les forces s'exerçant sur le système redevenant progressivement colinéaires.
On présente ci-dessous un exemple de dimensionnement d'un tel dispositif d'amarrage et de moyens de réception pour une installation à 18 m de profondeur, ce dispositif étant prévu pour être arrimé à une plateforme flottante permettant de recevoir 6 navires de 35m.
Les conditions de dimensionnement du dispositif d'amarrage sont les suivantes :
• 6 navires de 35 m amarrés ;
• Vent règlementaire selon la norme Eurocode 0 à 22m/s ;
• Houles de hauteur significative de 1 m déphasé de 5° par rapport au vent ;
• Courant de vitesse de 0,2 m/s déphasé de 20° par rapport au vent ;
• Inclinaison maximale du mat de 30°. Le calcul des efforts F amène à un effort global de l'ordre de 18 t à reprendre. Le dispositif d'amarrage aura une hauteur globale d'environ 12 m et le volume du flotteur sera d'environ 68 m3 selon la répartition du plan joint.
A 30°, l'élément coulissant sera sorti d'environ 4,70 m.
Le mât devra reprendre un moment fléchissant d'environ 50t.m.
Les moyens d'ancrage prévus au fond devront reprendre un effort vertical de 50t et un effort horizontal d'environ 18 1.
5.6 Monitoring
Dans un mode de réalisation non représenté, les moyens d'ancrage au fond du plan d'eau et le mât sont pourvus d'équipements de monitoring et de contrôle du milieu. Dans un mode de réalisation alternatif l'équipement de monitoring et de contrôle du milieu est rattaché à l'élément de liaison.
Cet équipement de monitoring et de contrôle du milieu comprend au moins un capteur.
Selon les modes de réalisation, ces capteurs appartiendront au groupe comprenant :
Un inclinomètre ;
Un baromètre ;
Un capteur de localisation ;
Un sonar ;
Un capteur de mesure de la qualité des eaux (turbidité, température, salinité,
...) ;
Un capteur de mesure de paramètres physiques secondaires divers (houles, niveaux d'eau, ...).
Ces équipements de monitoring et de contrôle du milieu peuvent également être équipé d'un système de repérage des navires en navigation dans une zone à proximité du dispositif d'amarrage.
Il peut également être équipé d'un système d'alerte pour mettre en garde sur un problème d'intégrité du dispositif.
Il peut encore être équipé d'un système d'instrumentation et de recueil de données. Un équipement de monitoring et de contrôle du milieu installé sur le dispositif d'amarrage peut avoir un intérêt pour la science, pour la Marine, et pour le client dans le cadre de maintenances.
5.7 Préparation et Installation sur site du dispositif
On présente maintenant, en relation avec les figures 19 à 22, un procédé d'installation du dispositif 1 d'amarrage selon un mode de réalisation de l'invention.
Le procédé d'installation de ce dispositif d'amarrage selon l'invention comprend les étapes suivantes :
le montage à terre du dispositif 1 d'amarrage ;
le remorquage du dispositif d'amarrage jusqu'au plan d'eau, illustré en figure 19 ;
le ballastage du dispositif 1 d'amarrage de sorte à l'immerger, illustré en figure 20 ;
l'ancrage du dispositif d'amarrage par le biais d'une fixation des moyens 2 d'ancrage à des moyens 8 de réception prévus au fond du plan d'eau, illustré en figure 21.
le déballastage du dispositif 1 d'amarrage de sorte à le positionner en regard du objet flottant 9, illustré en figure 22 ;
la fixation du dispositif 1 d'amarrage à l'objet flottant par le biais d'une fixation des moyens 3 d'arrimage à des moyens de fixation sur l'objet flottant.
L'étape de remorquage du dispositif d'amarrage jusqu'au plan d'eau, illustrée en figure 19, peut être effectuée par de faibles moyens nautiques du fait de sa flottabilité, le flotteur étant de préférence déballasté pour faciliter le transport, Ce remorquage se fait ici jusqu'à ce que le dispositif soit placé à la verticale des moyens de réception 8.
Comme illustré en figure 20, l'étape de ballastage du dispositif 1 d'amarrage de sorte à l'immerger s'effectue à la verticale des moyens de réception 8. Ce ballastage peut, par exemple, se faire par le biais des moyens d'ajustement du degré de flottabilité du dispositif qui sont ménagés sur le flotteur. Cette étape de ballastage permet de mettre le flotteur a une flottabilité neutre voire négative.
L'étape d'ancrage du dispositif d'amarrage par le biais d'une fixation des moyens 2 d'ancrage à des moyens 8 de réception prévus au fond du plan d'eau, illustrée en figure 21, peut se faire par l'intermédiaire de personnes venant relier ces moyens d'ancrage aux moyens de réception.
Ensuite, et de sorte à positionner le dispositif d'amarrage en regard d'un objet flottant, pour permettre l'arrimage de cet objet flottant au dispositif d'amarrage, le dispositif d'amarrage est déballasté. Cette étape est illustrée en figure 22. Suite au déballastage, dans ce mode de réalisation, le dispositif d'amarrage est disposé selon l'axe V sensiblement vertical. Comme pour le ballastage, le déballastage peut, par exemple, se faire par le biais des moyens d'ajustement du degré de flottabilité du dispositif qui sont ménagés sur le flotteur.
Par la suite, la fixation du dispositif 1 d'amarrage à l'objet flottant par le biais d'une fixation des moyens 3 d'arrimage à des moyens de fixation sur l'objet flottant peut se faire également par l'intermédiaire de personnes venant relier ces moyens d'ancrage aux moyens de réception. De cette manière, cela permet une solidarisation et/ou désolidarisation aisée et rapide de la plateforme ou de l'objet de surface.
Il est à noter que ce dispositif d'amarrage selon l'invention constitue aussi un équipement réversible et amovible, non définitivement fixé au fond de l'eau.
Il peut par exemple, s'agissant de l'amarrage d'installations de surface estivales ou éphémères, mis en place à la belle saison, c'est-à-dire durant les périodes de forte affluence au cours desquelles les activités nautiques et balnéaires sont très importantes sur les plans d'eau, d'installer ce dispositif d'amarrage, puis de le retirer ou l'escamoter en hiver.
L'avantage de la solution de ce dispositif est de permettre un stockage aisé quand les conditions extérieures ne sont pas propices à son utilisation ou quand son usage n'est pas souhaité (hiver notamment).
Ainsi le dispositif d'amarrage peut par exemple être désarrimé de l'ancrage au sol et remorqué à terre pour être stocké et entretenu. La partie ancrage au sol elle est laissée pour permettre un ré-amarrage rapide la saison suivante.
Dans un autre mode de réalisation, seule l'objet flottant est désarrimé et le dispositif d'amarrage, lui, est ballasté pour avoir une flottabilité négative et reposer sur le fond marin durant toute la période d'inactivité. Un tel mode de réalisation est illustré notamment en figure 23. De ce fait, dans ce cas de figure, le procédé d'installation de ce dispositif d'amarrage comprend les étapes suivantes :
détachement de la fixation du dispositif d'amarrage à l'objet flottant 9; ballastage du dispositif 1 d'amarrage immergé de sorte à ce qu'il présente une flottabilité négative.
Ainsi, lorsqu'il n'est pas relié à un objet flottant, ce dispositif d'amarrage est mobile entre au moins :
une position de flottabilité positive ;
une position de flottabilité neutre ;
une position de flottabilité négative.
Pour la remettre en fonctionnement, il suffit de déballaster le flotteur pour rétablir le fonctionnement originel du dispositif d'amarrage.
Selon un mode de réalisation privilégié, le passage d'une position à une autre position étant effectué par action au niveau des moyens d'ajustement du degré de flottabilité du dispositif d'amarrage.
Il est à noter qu'il est également possible, si nécessaire, d'effectuer une étape de modification du ballastage du piston.
Selon un mode de réalisation de l'invention, il est également effectué, au préalable, un procédé de calibrage, à terre, du dispositif d'amarrage, ce procédé comprenant une étape de définition d'une plage de flottabilité en fonction des conditions d'utilisation du dispositif d'amarrage.
5.8 Variante
Selon une autre mise en oeuvre, illustrée à la figure 24, le dispositif peut également consister en un mât articulé formé en deux parties 40', 4 présentant, par exemple, une charnière à butée. Dans ce cas, le mat n'est plus pistonnant mais articulé avec une articulation 44', qui est ici une charnière à butée. Le flotteur 42' est ici ménagé au niveau de la partie haute du mât, à savoir la partie 4 . Quand l'action sur l'objet flottant déporte ce flotteur 42', l'articulation 44' s'ouvre et le volume d'air s'éloigne du point fixe, ce qui génère un couple de rappel, permettant également d'équilibrer les forces s'exerçant sur le système (incluant l'objet flottant, le dispositif d'amarrage et des moyens de réception prévus au fond du plan d'eau). Dans ce mode de réalisation, les moyens 2 d'ancrage, destinés à ancrer le dispositif 1 d'amarrage au fond du plan d'eau ainsi que les moyens 3 d'arrimage destinés à arrimer l'objet flottant 9 au dispositif 1 d'amarrage sont inchangés.
Ainsi, le dispositif et le procédé selon l'invention permettent donc l'amarrage de tout type d'objet flottant et selon toutes destinations et architectures avec avantageusement par rapport à l'art antérieur :
la réduction de la surface d'évitement,
la fixation et la stabilisation en un point fixe de l'objet flottant permettant de le maintenir parallèle au plan d'eau sous les effets dynamiques de la houle, du vent et des courants et d'assurer son maintien suivant les effets de marée, surcotes et ou de crue, tout en assurant le contrôle de sa giration vis-à-vis d'autre installations de surface, sans que les installations de surface risquent d'entrer en collision les unes avec les autres et/ou d'être emportées sur le rivage ou retournées,
l'augmentation de la capacité et de la gestion d'accueil grâce à la réversibilité et à la mobilité du dispositif d'amarrage selon l'invention qui peut donc être facilement déplacé d'une zone à une autre d'un plan d'eau sans nécessiter la mise en oeuvre d'un remorqueur. Il est donc possible d'augmenter, diminuer et/ou tout simplement de maîtriser et contrôler la capacité d'accueil par des installations et des retraits successifs en fonction des besoins,
la préservation des fonds du plan d'eau dans la mesure où le dispositif d'amarrage n'entre pas en contact ni ne racle ces fonds et donc la réduction, de manière importante, de l'impact sur la faune et flore de la mise en oeuvre d'ancrage et/ou de mouillage,
la limitation de l'impact visuel et donc de l'environnement extérieur du fait que les moyens d'ancrages sont complètement immergés, et
selon un mode de réalisation, l'équipement, en un point fixe, d'un dispositif de monitoring répondant aux politiques et règlements de l'Union Européenne comme la Directive Cadre Stratégie pour le Milieu Marin (DCSMM) de la NOAA (IOOS) et des Nations Unies (PNUE et UNCLOS) qui s'attachent à la surveillance de la lutte contre la pollution marine, la protection de la biodiversité, la sécurité et le routage maritime, l'exploitation durable de l'environnement côtier et des ressources marines, la recherche des sites d'énergies marines renouvelables, la surveillance du climat et la météorologie.

Claims

REVENDICATIONS
Revendication 1. Dispositif (1) d'amarrage d'un objet flottant (9) dans un plan d'eau dans un champ de contraintes physiques correspondant à des conditions d'utilisation prédéterminées dudit dispositif,
ledit dispositif comprenant :
des moyens (2) d'ancrage, destinés à ancrer ledit dispositif (1) au fond dudit plan d'eau ;
des moyens (3, 3') d'arrimage destinés à arrimer ledit objet flottant (9) audit dispositif (1) d'amarrage ;
un ensemble de liaison (4) comprenant un mât (40) et un élément coulissant (41), ledit mât (40) étant relié auxdits moyens (2) d'ancrage à une de ses extrémités (400) et coopérant à son autre extrémité (401) avec ledit élément coulissant (41) relié auxdits moyens d'arrimage (3), de façon que l'ensemble de liaison (4) soit susceptible de présenter une longueur variable en fonction desdites contraintes physiques ;
caractérisé en ce que ledit dispositif (1) d'amarrage présente une longueur variable entre au moins deux positions :
une première position courte, correspondant à une première longueur (L0) prise par l'ensemble de liaison (4) dans au moins une première condition d'utilisation du dispositif ;
une seconde position étendue, correspondant à une seconde longueur (Ll) prise par l'ensemble de liaison (4) dans au moins une seconde condition d'utilisation dudit dispositif (1) d'amarrage, ladite deuxième longueur (Ll) étant supérieure à ladite première longueur (L0),
et en ce que ledit ensemble de liaison (4) comporte en outre des moyens (42) de correction de la flottabilité dudit dispositif (1) à l'intérieur d'une plage de flottabilité définie par lesdites conditions d'utilisation dudit dispositif (1) d'amarrage,
de sorte que ledit objet flottant (9) soit retenu mobile sur ledit plan d'eau avec un ajustement dynamique continu tendant vers une position de moindre effort en fonction desdites contraintes physiques s'exerçant sur ledit objet flottant (9). Revendication 2. Dispositif d'amarrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens (42) de correction de la flottabilité dudit dispositif (1) sont constitués par au moins une portion (44) à densité calibrée dudit mât (40) et/ou élément coulissant (41) présentant une densité relative inférieure à celle dudit plan d'eau.
Revendication 3. Dispositif d'amarrage selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit élément coulissant (41) comprend une tige autour de laquelle s'étend ladite portion (44) à densité calibrée.
Revendication 4. Dispositif d'amarrage selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que ladite portion (44) à densité calibrée présentant une densité relative inférieure à celle dudit plan d'eau est constituée selon une configuration appartenant au groupe comprenant :
- les matériaux solides présentant une densité relative inférieure à celle dudit plan d'eau, et
- les cavités fermées ménagées dans ledit mât (40) et/ou élément coulissant (41) contenant un fluide ou un matériau présentant une densité relative inférieure à celle dudit plan d'eau.
Revendication 5. Dispositif (1) d'amarrage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens (42) de correction de la flottabilité dudit dispositif (1) comprennent des moyens (420) d'ajustement du degré de flottabilité dudit dispositif (1) à l'intérieur de la plage d'utilisation, ces moyens (420) d'ajustements étant réglables en fonction des conditions prédéterminées d'utilisation dudit dispositif (1).
Revendication 6. Dispositif d'amarrage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lesdits moyens (420) d'ajustement du degré de flottabilité dudit dispositif (1) sont ménagés sur ladite portion (44) à densité calibrée dudit mât (40) et/ou élément coulissant (41).
Revendication 7. Dispositif d'amarrage selon l 'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens (3, 3') d'arrimage autorisent au moins deux degrés de liberté en rotation entre ledit dispositif (1) d'amarrage et ledit objet flottant (9).
Revendication 8. Dispositif (1) d'amarrage l 'une des revendications précédentes, caractérisé en ce lesdits moyens (2) d'ancrage maintiennent fixe ledit dispositif d'amarrage par rapport au fond dudit plan d'eau, ledit mât (40) présentant une portion élastique au voisinage desdits moyens (2) d'ancrage.
Revendication 9. Dispositif d'amarrage selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdits moyens (2) d'ancrage autorisent au moins deux degrés de liberté en rotation du dispositif d'amarrage par rapport au fond dudit plan d'eau.
Revendication 10. Dispositif (1) d'amarrage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un capteur.
Revendication 11. Dispositif (1) d'amarrage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lorsqu'il n'est pas relié à un objet flottant, ledit dispositif est mobile entre au moins :
- une position de flottabilité positive ;
une position de flottabilité neutre ;
une position de flottabilité négative,
le passage d'une position à une autre position étant effectué par action au niveau desdits moyens (420) d'ajustement du degré de flottabilité dudit dispositif (1) d'amarrage.
Revendication 12. Dispositif (1) d'amarrage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite première condition d'utilisation du dispositif correspond à une première combinaison de valeurs de paramètres d'utilisation dudit dispositif, et ladite deuxième condition d'utilisation du dispositif correspond pour au moins une seconde combinaison de valeurs desdits paramètres d'utilisation dudit dispositif, lesdits paramètres d'utilisation dudit dispositif appartenant au groupe incluant : les modalités d'usage ;
la longueur maximale de coulissement ;
les efforts longitudinaux s'exerçant sur ledit ensemble de liaison.
Revendication 13. Dispositif (1) d'amarrage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite plage de flottabilité est prédéterminée par lesdites conditions d'utilisation dudit dispositif (1) d'amarrage.
Revendication 14. Procédé d'installation d'un dispositif d'amarrage selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
le montage à terre du dispositif (1) d'amarrage ;
le remorquage du dispositif d'amarrage jusqu'au plan d'eau ;
le ballastage dudit dispositif d'amarrage de sorte à l'immerger ; l'ancrage dudit dispositif d'amarrage par le biais d'une fixation des moyens (2) d'ancrage à des moyens (8) de réception prévus au fond dudit plan d'eau le déballastage dudit dispositif (1) d'amarrage de sorte à le positionner en regard dudit objet flottant (9) ;
la fixation dudit dispositif (1) d'amarrage audit objet flottant par le biais d'une fixation des moyens (3) d'arrimage à des moyens de fixation sur ledit objet flottant.
Revendication 15. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes ultérieures de
détachement de la fixation dudit dispositif d'amarrage audit objet flottant (9); ballastage du dispositif (1) d'amarrage immergé de sorte à ce qu'il présente une flottabilité négative.
Revendication 16. Procédé de calibrage, à terre, d'un dispositif d'amarrage selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de définition d'une plage de flottabilité en fonction des conditions d'utilisation dudit dispositif (1) d'amarrage.
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