EP4656608A1

EP4656608A1 - Dispositif et procédé pour ancrer une structure à un sol en utilisant une aile de rotor

Info

Publication number: EP4656608A1
Application number: EP24315261.8A
Authority: EP
Inventors: Jean-Christophe RABOIN
Original assignee: TotalEnergies Onetech SAS
Current assignee: TotalEnergies Onetech SAS
Priority date: 2024-05-31
Filing date: 2024-05-31
Publication date: 2025-12-03

Abstract

Dispositif et procédé pour ancrer une structure' à un sol.

Unr dispositif 1 pour maintenir une structure 2 à un sol 4 comprenant un évidement 3 du sol, une pale d'éolienne 6, usagée, disposée longitudinalement dans l'évidement, un matériau 9 pour sceller la pale dans l'évidement, et, des moyens 7, 8 de prise pour relier ce dispositif avec la structure. L'invention concerne aussi un procédé pour fabriquer un tel dispositif.

Description

La présente invention concerne la construction d'un dispositif de maintien d'un élément ou d'une structure terrestre, marine ou lacustre ; la structure marine ou lacustre peut être fixe ou flottante.
La construction de tels dispositifs doit répondre à des critères quantitatifs et qualitatifs - tels que le dimensionnement, la durabilité, le choix des matériaux et leur compatibilité entre eux lors de leur assemblage. La préservation de l'environnement et la limitation de l'emprise des constructions terrestres ou marines sur cet environnement sont des critères déterminants pour le choix d'une solution technique.
Traditionnellement, lorsqu'un dispositif de maintien terrestre ou marin doit être installé sur un sol rocheux à fortement cohésif, celui-ci peut être réalisé en béton armé, les armatures étant constituées de pièces en acier tels que des fils, ronds à béton ou des poutres, par exemple de type IPN ou UPN, assemblés par sertissage et/ou soudage. Le tout est noyé dans du béton, à l'exception d'une partie de l'armature qui fait office de moyen de connexion à la structure à maintenir.
Toutefois, la croissance des coûts des matériaux de construction ainsi que les coûts de mise en oeuvre et d'installation sont des freins rendant certains projets non viables économiquement.
Un but de l'invention est de diminuer les coûts de fabrication des dispositifs de maintien, notamment pour des structures marines ou sous-marines, et de permettre l'utilisation d'éléments à durée de vie élevée tout en présentant une bonne résistance aux conditions environnementales en général, et particulièrement en milieu marin.
Selon l'invention, un dispositif de maintien d'une structure à un sol comprend un évidement linéaire formé de ce sol, une pale ou un tronçon de pale d'éolienne, de préférence une pale usagée, disposée longitudinalement dans l'évidement, et, un matériau pour sceller la pale ou le tronçon de pale d'éolienne dans l'évidement. On utilise le terme linéaire pour définir un évidement qui s'étend longitudinalement sensiblement selon une direction longitudinale de la pale et dont les dimensions transversales, sensiblement constantes, sont essentiellement prévues pour constituer un enrobage pour la pale ou le tronçon de pale et sont plus faibles que sa dimension longitudinale.
Le dispositif comprend avantageusement des protubérances sur la pale ou le tronçon de pale.
Le dispositif peut en outre comprendre un coupleur auquel la pale ou le tronçon de pale est accouplé par son extrémité proximale, ce coupleur comprenant des moyens de prise, au moins indirecte, pour la structure. L'extrémité proximale est celle qui est généralement équipée d'une bride qui permet de fixer la pale au noyau d'une éolienne. L'extrémité distale est celle qui, opposée à l'extrémité distale et distante du noyau, est l'extrémité libre de la pale lorsqu'elle y est installée sur une éolienne.
L'évidement peut être une tranchée dans laquelle la pale ou le tronçon de pale est disposé sensiblement horizontalement. Dans un deuxième mode de réalisation, le dispositif selon l'invention peut comprendre deux pales ou tronçons de pale disposés sensiblement horizontalement et tous deux accouplés à un unique coupleur, de préférence alignés l'un avec l'autre.
Le sol peut former un sol marin ou lacustre. Les moyens de prise peuvent comprendre un anneau pour y fixer un lien.
L'évidement peut être un puits dans lequel la pale ou le tronçon de pale est disposé sensiblement verticalement.
Dans un troisième mode de réalisation, la structure est un mât d'une antenne terrestre, le lien étant un hauban reliant ce mât à un dispositif de maintien selon l'invention.
Dans un quatrième mode de réalisation, le coupleur comprend des moyens pour y accoupler une deuxième pale ou tronçon de pale disposé verticalement au-dessus du sol en prolongement de la pale ou du tronçon de pale du dispositif de maintien.
Dans un cinquième mode de réalisation, seule une extrémité distale de la pale ou du tronçon de pale est scellée, la partie restante s'étendant au-dessus du sol, la pale étant remplie, au moins partiellement d'un matériau de lestage, de préférence un béton.
Selon un autre objet, l'invention porte sur un procédé pour réaliser un dispositif pour le maintien d'une structure à un sol comprenant les étapes suivantes :

réaliser un évidement linéaire dudit sol ;
disposer une pale ou un tronçon de pale d'éolienne, de préférence usagée, longitudinalement dans cet évidement ;
sceller la pale dans l'évidement avec un matériau de scellement, de préférence avec un béton ; et,
fournir des moyens pour relier, au moins indirectement, la structure avec le dispositif.

Selon un autre objet, l'invention porte sur un système d'antenne qui comprend plusieurs dispositifs de maintien selon le troisième mode de réalisation, un mât et des haubans, chaque hauban reliant ce mât avec des moyens de prise d'un dispositif respectif.
Selon un autre objet, l'invention porte sur un système de pylône qui comprend un dispositif selon le quatrième mode de réalisation, une deuxième pale ou tronçon de pale disposé verticalement au-dessus du sol en prolongement de la pale ou du tronçon de pale du dispositif. Le pylône peut comprendre au moins une antenne de radiotéléphonie, fixée à une extrémité supérieure de la deuxième pale. Le pylône peut comprendre au moins une potence fixée à son extrémité supérieure et munie d'isolateurs prévus pour y suspendre un câble électrique.
Selon un autre objet, l'invention porte sur un système de plateforme lacustre, qui comprend au moins un dispositif selon le cinquième mode de réalisation, la hauteur de la pale au-dessus du sol étant ajustée de telle sorte que les moyens de prise sont hors d'eau lorsque la surface du lac est à un niveau maximal.
Des modes de réalisation et des variantes seront décrits ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés dans lesquels :

[Fig. 1] est une vue schématique en perspective et en coupe d'un ancrage selon un premier mode de réalisation de l'invention, utilisant une pale d'éolienne scellée dans une tranchée et adapté au maintien d'une structure marine ;
[Fig. 2] est une vue schématique d'une variante de la pale de la figure 1 ;
[Fig. 3] est une vue schématique d'un ancrage selon un deuxième mode de réalisation de l'invention adapté au maintien d'une structure marine, et utilisant deux pales d'éolienne scellées dans une même tranchée ;
[Fig. 4] est une vue schématique en élévation et en coupe d'un ancrage selon un troisième mode de réalisation de l'invention adapté au maintien d'une antenne terrestre, utilisant une pale d'éolienne scellée dans un forage vertical ;
[Fig. 5] est une vue schématique en élévation d'un pylône comprenant un ancrage selon un quatrième mode de réalisation de l'invention ;
[Fig. 6] est une vue schématique et partielle illustrant une variante du pylône de la figure 5 ; et,
[Fig. 7] est une vue schématique en élévation et en coupe d'un dispositif de pilotis selon un cinquième mode de réalisation de l'invention et un ponton utilisant un tel dispositif.

Notamment les termes « haut », « bas », « horizontal » et « vertical » sont arbitraires et se réfèrent à une position d'usage habituelle pour une caisse claire. Ils font aussi référence aux positions illustrées aux figures.
La figures 1 illustre un premier mode de réalisation pour un dispositif de maintien selon l'invention.
Dans cet exemple, le dispositif de maintien est un ancrage 1 qui permet de maintenir une structure flottante 2 ancrée à un sol 4. L'ancrage comprend une tranchée 3, une pale 6 d'éolienne, un coupleur 7 ayant de moyens de prise 8, et, un matériau de scellement 9.
La tranchée est sensiblement linéaire et creusée dans le sol 4 d'un fond marin, par exemple par des moyens similaires à ceux utilisés pour enfouir des câbles sous-marins.
La pale 6 est disposée sensiblement horizontalement dans la tranchée 3. Elle est fixée au coupleur 7, de préférence par des moyens similaires à ceux qui permettaient sa fixation antérieure au noyau de l'éolienne qui en était équipée.
Dans l'exemple illustré, les moyens de prise 8 comprennent un anneau 8 fixé et articulé au coupleur 7.
La pale 6 et le coupleur 7 sont noyés dans la tranchée par le matériau de scellement 9, sauf en ce qu'une partie 71 à laquelle est articulé l'anneau dépasse au-dessus du matériau 9. Le matériau de scellement peut être un béton. Il peut aussi être un enrochement, par exemple formé avec du matériau retiré du sol lors du creusement de la tranchée.
Un lien 12 est en prise d'une part à l'anneau 9 et d'autre part à la structure 2. Le lien peut être un filin, une chaîne, ou un cordage en un polymère tel que Dyneema^®. Dans cet exemple, la structure a la forme d'un caisson flottant et le dispositif 1 fonctionne comme un corps-mort. Dans une variante, la structure peut être un flotteur d'une plateforme ou d'une éolienne flottante.
Dans l'exemple de la figure 1, la pale a une longueur L6 de cent mètres et la tranchée à une profondeur P3 de trois mètres.
La figure 2 représente une pale 6 qui diffère de celle de la figure 2 en ce qu'elle a été équipée de protubérances 13. Les protubérances sont disposées le long de la surface externe de la pale, afin d'en améliorer l'adhérence avec le matériau de scellement. Dans l'exemple illustré, les protubérances sont des tiges d'acier montées traversantes transversalement dans la pale 6.
Le deuxième mode de réalisation, illustré à la figure 3, diffère de celui de la figure 1 en ce que le coupleur 7 permet d'accouple deux pales 6 dans le prolongement l'une de l'autre.
Dans l'exemple de la figure 3, chacune des pales à une longueur L6 de 70 mètres.
Dans une variante de ce deuxième mode de réalisation, les pales peuvent ne pas être colinéaires entre elles et former un angle qui peut être fonction de contraintes de conception ou de contraintes du sol dans lequel le dispositif de maintien doit être disposé. De préférence c'est la forme du coupleur 7 qui définit l'angle formé par les deux pales.
La figure 4, illustre un dispositif de maintien est un ancrage 1 pour un mât d'une antenne terrestre 16. L'antenne est maintenue verticale par des haubans 17, chacun tendu entre l'antenne et un dispositif de maintien 1 respectif.
Dans ce troisième mode de réalisation, le dispositif de maintien 1 comprend un puits 21 foré dans un sol 4, une pale 6 d'éolienne, un coupleur 7, des moyens de prise 8 et un matériau de scellement 9.
Le puits est sensiblement linéaire et creusé sensiblement verticalement dans le sol 4, par exemple par des moyens forage.
La pale 6 est fixée au coupleur 7, puis disposée sensiblement verticalement dans le puits 21. Elle est de préférence fixée au coupleur 7 par des moyens similaires à ceux qui permettaient sa fixation antérieure au noyau de l'éolienne qui en était équipée.
Dans l'exemple illustré, les moyens de prise 8 comprennent un anneau 8 fixé et articulé au coupleur 7.
La pale 6 et le coupleur 7 sont noyés dans le puits par le matériau de scellement 9, sauf en ce qu'une partie 71 à laquelle est articulé l'anneau 8 dépasse au-dessus du matériau 9. Le matériau de scellement peut être un béton. Il peut aussi être un enrochement, ou du matériau retiré du sol lors du creusement de puits.
Un hauban 17 est en prise d'une part à l'anneau 9 et d'autre part à la structure 2, c'est-à-dire au mât 16. Le hauban peut être un filin, ou un cordage en un polymère tel que Dyneema^®. Plusieurs haubans 17, au moins trois haubans, sont disposés autour du mât 16 ; chacun des haubans est en prise avec un dispositif de maintien 1 respectif.
Dans l'exemple de la figure 4, la pale a une longueur L6 de vingt mètres.
Les figures 5 et 6 illustrent un système de pylône construit à partir de pales d'éoliennes usagées.
Dans ce quatrième mode de réalisation, le dispositif de maintien est similaire au troisième mode de réalisation illustré à la figure 4. Il en diffère en ce que la structure 2 comprend un pylône 27 formé par une deuxième pale 26.
Le coupleur 7 comprend des moyens pour y coupler la deuxième pale 26, dans le prolongement de la pale 6 du dispositif de maintien 1. Le coupleur 7 est disposé de sorte que les moyens de couplage de la deuxième pale 26 soient disposés suffisamment au-dessus du sol 4 pour que cette deuxième pale puisse y être accouplée après réalisation du dispositif de maintien 1.
La deuxième pale 26 s'étend sensiblement verticalement vers le haut depuis le coupleur 7 ; elle constitue le pylône 27 au sommet duquel sont disposés des accessoires 31,32. La deuxième pale 26 est avantageusement pré-équipée avant d'être couplée au dispositif de maintien 1. Les pré-équipements peuvent comprendre une porte 33 donnant accès à l'intérieur de la pale et notamment aux moyens de couplage. Ces moyens de couplage peuvent être des tiges filetées intégrées au coupleur 7 et auxquelles la pale est boulonnée. On peut disposer des équipements techniques 34 à l'intérieur de la deuxième pale 26.
Dans l'exemple de la figure 5, les accessoires comprennent une antenne de transmission de radiotéléphonie 31. Les équipements techniques comprennent des équipements nécessaires à la transmission radiotéléphonique, notamment un câblage, des alimentations électriques et des lignes de transmission de données par câble ou fibre optique, des inserts destinés à supporter l'antenne et des récepteurs 31 positionnés à l'extérieur du pylône 27, un escalier et/ou une échelle d'accès.
Dans ce quatrième mode de réalisation, la pale 26 utilisée pour former le pylône a une longueur L26, mesurée verticalement au-dessus du coupleur 7, de trente-cinq mètres.
L'exemple illustré à la figure 6 diffère de celui de la figure 5 en ce que le pylône 26 est un pylône électrique. C'est-à-dire qu'il est prévu pour y suspendre des câbles électriques 36. Il comprend des potences 37 fixées à son extrémité supérieure et munies d'isolateurs 38 à l'extrémité desquels un câble 36 est suspendu.
La figure 7 illustre un cinquième mode de réalisation de l'invention. Dans cet exemple, le dispositif de maintien 1 forme un pilotis 41 ; il est scellé dans le sol 4 formant le fond d'un lac 40. La structure 2 est une plateforme 42 ; ici la plateforme est représentée par un platelage en bois.
Dans l'exemple illustré, le sol du lac est argileux. Un puits 21 cylindrique, y est foré verticalement sur une profondeur P21 de quinze mètres. Le puits 21 a un diamètre D21 suffisant pour y insérer une pale de maintien 6. La longueur de la pale 6 peut être réduite en sectionnant son extrémité distale, c'est-à-dire son extrémité opposée à celle portant une bride 61. La hauteur de la pale est ajustée pour que la bride 61 soit hors d'eau lorsque le marnage M dans le lac est à un niveau NM maximal. L'extrémité distale 62 de la pale 6 est scellée avec un matériau de scellement, ici du béton 9. L'intérieur de la pale est également rempli avec matériau de lestage, ici du béton 63.
A la figure, un seul pilotis 41 est représenté. Avantageusement, plusieurs pilotis 41 selon l'invention sont utilisés pour le maintien d'une même plateforme 42. La plateforme 42 peut être un ponton ou un quai. Elle peut être prévue pour supporter une construction à vocation industrielle, commerciale ou résidentielle.
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits. Au contraire, l'invention est définie par les revendications qui suivent.
Il apparaîtra en effet à l'homme de l'art que diverses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits ci-dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.
Ainsi, plutôt que des pales entières on peut utiliser des tronçons de pales adaptés à la charge à reprendre par le dispositif de maintien.
Aussi, l'utilisation de protubérances telles qu'illustrées à la figure 2, peut s'applique à tout type de dispositif de maintien selon l'invention, notamment aussi à ceux illustrés aux figures 3 à 7.
Un procédé pour réaliser un dispositif selon l'invention, utilisant la substitution partielle ou totale d'armatures en acier par des éléments en matériaux composites usagés, préférentiellement des pales ou tronçons de pales d'éoliennes usagées permet :

de limiter les problèmes de corrosion en raison de la nature des armatures et ainsi que de limiter les phénomènes de dégradation du scellement, par exemple le béton, consécutivement à l'expansion volumique lors de la corrosion de l'acier, qui fait éclater le scellement et fragilise les structures ;
de résoudre, au moins en partie, les problèmes de recyclabilité des pales d'éoliennes démantelées ; et,
par l'utilisation d'éléments considérés comme des déchets, une diminution substantielle des coûts de construction.

Claims

Dispositif (1) pour le maintien d'une structure (2) à un sol (4) comprend un évidement linéaire (3, 21) dudit sol (4), une pale ou un tronçon de pale d'éolienne (6), de préférence une pale usagée, disposée longitudinalement dans ledit évidement et, un matériau (9) pour sceller ladite pale ou ledit tronçon de pale d'éolienne (6) dans ledit évidement (3, 21).
Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisée en qu'il comprend des protubérances (13) sur la pale ou le tronçon de pale (6).
Dispositif (1) selon l'une des revendication 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un coupleur (7) auquel la pale ou le tronçon de pale (6) est accouplé par son extrémité proximale (61), ledit coupleur (7) comprenant des moyens de prise, au moins indirecte (8), pour la structure (2).
Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'évidement est une tranchée (3) dans laquelle la pale ou le tronçon de pale (6) est disposé sensiblement horizontalement.
Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que comprend deux pales ou tronçons de pale (6) disposés sensiblement horizontalement et tous deux accouplés à un unique coupleur (7), lesdits pales ou tronçons de pale (6) étant de préférence alignés l'un avec l'autre.
Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le sol (4) forme un sol marin ou lacustre.
Dispositif selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que les moyens de prise (8) comprennent un anneau pour y fixer un lien (12, 17).
Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'évidement est un puits (21) dans lequel la pale ou le tronçon de pale (6) est disposé sensiblement verticalement.
Dispositif (1) selon les revendications 7 et 8, caractérisé en ce que la structure (2) est un mât (16) d'une antenne terrestre, le lien étant un hauban (17) reliant ledit mât (16) audit dispositif de maintien.
Dispositif (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que le coupleur (7) comprend des moyens pour y accoupler une deuxième pale ou tronçon de pale (26) disposé verticalement au-dessus du sol (4) en prolongement de la pale ou du tronçon de pale (6) dudit dispositif de maintien (1).
Dispositif (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que seule une extrémité distale de la pale ou du tronçon de pale (6) est scellée, la partie restante s'étendant au-dessus dudit sol (4), ladite pale étant remplie, au moins partiellement d'un matériau de lestage (63), de préférence un béton.
Procédé pour réaliser un dispositif (1) pour le maintien d'une structure (2) à un sol (4) comprenant les étapes suivantes :
- réaliser un évidement linéaire (3, 21) dudit sol (4) ;

- disposer une pale ou un tronçon de pale d'éolienne (6), de préférence une pale usagée, longitudinalement dans ledit évidement ;

- sceller ladite pale dans ledit évidement avec un matériau (9) de scellement, de préférence avec un béton ; et,

- fournir des moyens (7) pour relier, au moins indirectement, ladite structure (2) avec ledit dispositif (1).
Système d'antenne, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs dispositifs (1) selon la revendication 9, un mât (16) et des haubans (17) chaque hauban reliant ledit mât avec des moyens de prise (8) d'un respectif desdits dispositifs (1).
Système de pylône (27), caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif (1) selon la revendication 10, une deuxième pale ou tronçon de pale (27) disposé verticalement au-dessus du sol (4) en prolongement de la pale ou du tronçon de pale (6) dudit dispositif (1).
Système selon la revendication 14, caractérisé en qu'il comprend au moins une antenne de radiotéléphonie (31), fixée à une extrémité supérieure de ladite deuxième pale (27).
Système selon la revendication 14, caractérisé en qu'il comprend au moins une potence (37) fixée à son extrémité supérieure et munie d'isolateurs (38) prévus pour y suspendre un câble électrique (36).
Système de plateforme lacustre, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un dispositif (1) selon la revendication 11, la hauteur de la pale au-dessus du sol (4) étant ajustée de telle sorte que les moyens de prise (61) sont hors d'eau lorsque la surface du lac (40) est à un niveau maximal (NM).