FR3094340A1 - Flotteur souple articulé pour plateforme flottante, notamment pour éolienne flottante. - Google Patents

Abstract

PLATEFORME FLOTTANTE, NOTAMMENT POUR EOLIENNE FLOTTANTE. L’invention porte sur une plateforme flottante 3 comprenant des flotteurs 4 et une structure 20 sensiblement rigide dont une base 20B porte des ancrages 24 pour ces flotteurs, chaque flotteur étant relié à un ancrage respectif par une amarre 28, de sorte que le flotteur peut s'incliner latéralement relativement à ladite structure et le flotteur comprenant au moins un tube 5 gonflable. Figure pour l’abrégé : figure 2

Description

Flotteur souple articulé pour plateforme flottante, notamment pour éolienne flottante.

La présente invention se rapporte au domaine des plateformes implantées en mer. Elle se rapporte particulièrement à des plateformes portant des éoliennes.

Une telle plateforme comprend généralement au moins trois flotteurs. Ces flotteurs sont formés de tôles métalliques épaisses. De tels flotteurs sont donc lourds, ce qui péjore leur flottabilité. En outre, compte tenu de leurs dimensions, ils nécessitent des équipements importants et couteux pour leur fabrication, ainsi qu'un long temps de fabrication. La masse d'acier utilisée est aussi un facteur de coût non négligeable. En outre, une telle plateforme est sensible aux éléments, notamment la houle et le vent ; elle doit donc être extrêmement rigide. Les flotteurs conventionnels sont donc construits en acier comme des coques de bateaux, sont extrêmement lourdes et cher à construire du fait des nombreuses membrures, couples et raidisseurs, longerons et varangues nécessitant beaucoup d'acier et de nombreuses soudures

Le problème à résoudre consiste à minimiser les quantités d'acier utilisées afin de faciliter la fabrication d'une plateforme, en augmenter la rapidité de fabrication, en diminuer le coût et en augmenter la flottabilité, tout en diminuant sa sensibilité aux éléments, notamment à la houle.

Pour résoudre ce problème, l'invention propose une plateforme flottante qui comprend au moins trois flotteurs et une structure sensiblement rigide dont une base porte des ancrages pour les flotteurs, chaque flotteur comprenant au moins un premier tube gonflable. Chaque ancrage est de préférence disposé sous un flotteur respectif, ce flotteur comprenant une amarre reliant l'ancrage à une partie haute du flotteur, de préférence à une plaque d'obturation pour ladite partie haute du tube. Avantageusement, le flotteur comprend des moyens pour s'incliner latéralement relativement à la structure.

Le tube comprend de préférence une ouverture vers le bas, ladite amarre s’étendant, au travers de cette ouverture, de bas en haut dans un volume intérieur au tube. Cette amarre peut être un élément souple, de préférence un câble ou une chaîne.

Le tube gonflable comprend de préférence une paroi en un film de polypropylène, de préférence un film de polypropylène renforcé par une trame tissée.

Chaque flotteur comprend avantageusement un raidisseur dont un bord périphérique est en prise avec un bord périphérique du tube, le raidisseur comprenant au moins une ouverture pour la circulation d'air ou d'eau de part et d'autre du raidisseur. Il peut en outre comprendre au moins un raidisseur intermédiaire.

La base de la plateforme est de préférence un polygone, de préférence un polygone régulier, de préférence un triangle, chaque ancrage étant disposé au voisinage d'un angle de ce polygone. La plateforme peut avoir une forme polyédrique s'évasant depuis un sommet, disposé au-dessus de la base, jusqu'à cette base, la forme étant de préférence tétraédrique ou pyramidale. La structure peut être constituée de tubes métalliques disposés selon les arêtes du polyèdre.

L'invention porte aussi sur une éolienne flottante, comprenant une plateforme selon l'invention et un mât, de préférence tubulaire, pour porter une nacelle de l'éolienne, ce mât s'étendant vers le haut depuis le sommet de la structure.

Plusieurs modes d’exécution de l’invention seront décrits ci-après, à titre d’exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels :

est une vue schématique en élévation et en perspective, de dessus, d’un système d’éolienne équipée de trois flotteurs selon l’invention, en forme de fagot ;

est une vue schématique en coupe et en élévation, d'un flotteur selon la figure 1, équipant la plateforme de la figure 1 ;

est une vue schématique en coupe et en élévation, d'un flotteur selon un deuxième mode de réalisation, pouvant équiper la plateforme de la figure 1 ; et,

est une vue schématique en coupe partielle et en élévation, d'un flotteur selon un troisième mode de réalisation, pouvant équiper la plateforme de la figure 1.

Dans la description, les termes « vertical » et « horizontal » se rapportent à une position d’équilibre du système d’éolienne.

La figure 1 illustre un système d’éolienne 1. Dans l’exemple illustré, le système comprend une éolienne 2 montée sur une plateforme flottante 3. La plateforme 3 comprend trois flotteurs 4, sensiblement identiques entre eux et sensiblement équidistants les uns des autres.

Les figures 1 et 2 illustrent un premier mode de réalisation pour un flotteur selon l'invention.

La figure 2 illustre un flotteur 4, de façon plus détaillée. Dans l'exemple illustré, le flotteur 4 comprend un tube 5 en un matériau souple. Le tube est disposé selon un axe de flotteur X4, vertical dans une position d'équilibre du flotteur. De préférence le matériau est d'un type utilisé pour réaliser les flotteurs gonflables des embarcations semi-rigides ; ce matériau peut être un film de polypropylène, PVC, Hypalon-Néoprène™ (polyéthylène chlorosulfoné, CSM) ou équivalents, structuré ou pas. Il peut être renforcé ou non d'une trame tissée.

Le tube 5 forme sensiblement sur toute sa hauteur un volume intérieur 9. Le volume intérieur 9 est fermé à l'extrémité supérieure 5A du tube 5 et partiellement ouvert à l'extrémité inférieure 5B du tube. Le volume 9 est prévu pour être rempli d'air, totalement ou partiellement, assurant ainsi une flottabilité du flotteur 4.

Dans l'exemple illustré à la figure 2, l'air qui permet de gonfler le tube est amené par un tuyau 15. Ce tuyau a une forme de U, qui descend à l'extérieur du tube 6, puis remonte à l'intérieur du tube 5, depuis sa base 5B, jusqu'à sa partie supérieure 5A ; l'extrémité 15A du tuyau, servant d'arrivée d'air dans le tube, est disposée immédiatement sous la plaque obturante 11.

Dans l'exemple illustré, en partie basse, un raidisseur 10, 10B occulte partiellement la base 5B du tube et la partie supérieure du tube est fermée par une plaque obturante 11. Le raidisseur 10 a un bord périphérique circulaire en prise avec un bord circulaire correspondant de la base 5B du tube. Un autre raidisseur intermédiaire 10, 10X, sensiblement identique au raidisseur de base 10B, est disposé sensiblement à mi-hauteur du tube 5.

La plateforme 3 comprend une structure 20 formée de six poutres 21 formant chacune une arête d'un tétraèdre. Les poutres sont des tubes cylindriques, métalliques. La base 20B du tétraèdre est un triangle isocèle.

La structure comprend, à chaque angle de sa base 20B, une embase 22. Dans l'exemple illustré, chaque embase comprend une plaque circulaire. Une partie annulaire 22A de l'embase a une hauteur réduite, sensiblement constante, par rapport à une hauteur, sensiblement constante d'une partie centrale 22B.

Comme particulièrement illustré à la figure 2, l'embase 22 comprend, sur sa face supérieure 23 un ancrage 24 pour le flotteur 4. Une amarre, ici une chaîne 28, relie l'ancrage à un anneau de fixation 29 solidaire de la sous-face de la plaque obturante 11. Dans la position d'équilibre l'amarre s'étend sensiblement selon l'axe X4 du flotteur 4. Ainsi fixé, le flotteur peut se balancer autour de son ancrage 24.

Les raidisseurs 10 comprennent des ouvertures 12, 13. Dans le cas du raidisseur intermédiaire, les ouvertures 12, 13 permettent une circulation de l'air de part et d'autre du raidisseur, dans le volume 9, notamment durant une phase de remplissage du volume 9 avec l'air. Dans le cas du raidisseur de base 10 X, les ouvertures 12, 13 permettent une circulation d'air et d'eau. Chaque raidisseur 10 comprend une ouverture axiale 13 qui permet le passage et le guidage de l'amarre 28.

Des moyens de compresseur, non représentés, sont avantageusement prévus pour injecter de l'air sous pression dans le volume intérieur 9. Un piquage permet l'injection de l'air comprimé en partie haute du volume 9, ici au travers de la plaque obturante 11. L'injection d'air à l'intérieur du tube 5 permet d'y maintenir une pression telle qu'une surface libre 14 de l'eau dans le tube puisse conserver un niveau N14 proche ou identique à un niveau inférieur N5B du tube. Des fuites éventuelles d'air par les ouvertures 12, 13 à la base 6B du tube, ou par une ouverture accidentelle, peuvent être compensées par un apport d'air fourni par le compresseur.

En faisant varier la pression à l'intérieur du tube 5, on peut faire varier le niveau N14 de l'eau dans les tubes. On maîtrise ainsi la stabilisation de la plateforme 1, par ballastage, en ajustant la pression de l'air dans chaque tube. On peut ainsi maîtriser la stabilité et le niveau de submersion de la plateforme.

Il apparaît aussi que le volume d'air 9, compressible, sert avantageusement d'amortisseur pour les mouvements verticaux du flotteur 4.

Tel qu'il est amarré à l'embase 22, le flotteur 4 peut s'incliner au rythme des efforts hydrodynamiques qui y sont appliqués. Ainsi, par ses mouvements de balancier, le flotteur absorbe une partie des efforts appliqués à la plateforme, de sorte qu'une partie moindre ou faible de ces efforts sont transmis à la structure. Cette dernière devant reprendre moins d'efforts peut être allégée. Le poids de la plateforme est donc réduit et sa flottabilité améliorée.

En outre, du fait de cette disposition, les efforts résultant de la poussée d'Archimède sont principalement repris par la plaque obturante 11, et repris par l'amarre, de sorte que les efforts axiaux sur les tubes 5,6 sont sensiblement nuls.

Par ailleurs, la structure tétraédrique est extrêmement rigide, avec une économie de moyens, donc avec un poids réduit et une prise réduite aux efforts hydrodynamiques.

En outre, l'embase élargie 22 par la zone annulaire 22B constitue un dispositif anti-pilonnement qui limite les mouvements verticaux de la plateforme.

Ainsi, la combinaison des embases 22 et des flotteurs selon l'invention, permettent donc d'augmenter la stabilité d'une plateforme selon l'invention, relativement aux plateformes de l'art antérieur.

On va maintenant décrire un deuxième mode de réalisation pour l'invention, en référence à la figure 3, uniquement en ce qu'il diffère du mode de réalisation de la figure 2.

Dans ce deuxième mode de réalisation, le flotteur 4 est constitué de deux tubes 5, 6, coaxiaux. Un premier tube 5 est sensiblement identique au tube précédemment décrit en référence à la figure 2. Le deuxième tube 6 est de diamètre et de longueur réduite relativement à ceux du premier tube 5. Un raidisseur intermédiaire 10C forme simultanément un raidisseur pour la base 6B du deuxième tube 6 et un raidisseur intermédiaire pour le premier tube 5. Les deux tubes sont glonflables.

Le volume 9 comprend un premier volume, 95, intérieur au premier tube, mais extérieur au deuxième tube 6, autour et sous le deuxième tube 6 ; il comprend aussi un deuxième volume 96, intérieur au deuxième tube 6.

Notamment si le premier tube 5 est endommagé, par exemple lors d'un choc avec un navire, le deuxième tube constitue une réserve de flottabilité.

On peut, notamment lorsque l'apport d'air dans chaque tube est individualisé, intervenir dans un tube individuellement, lorsqu'une réparation d'une fuite est nécessaire, en y maintenant une pression légèrement supérieure à la pression hydrostatique au niveau de cette fuite. Avantageusement, le bouchon peut comprendre des moyens d'accès à l'intérieur du tube pour un ouvrier, par exemple une trappe.

On va maintenant décrire un troisième mode de réalisation pour l'invention, en référence à la figure 4, uniquement en ce qu'il diffère des modes de réalisation des figures 2 et 3. Le flotteur de la figure 4 est en perspective à gauche, en coupe à droite.

Dans ce mode de réalisation, le premier tube 5 est entouré d'un rang extérieur, en forme d'anneau, de plusieurs seconds tubes 6 jointifs. Tous les tubes 5,6 sont gonflables. Ainsi disposés, les seconds tubes forment des pare-battages pour le premier, le protégeant d'un accostage qui détruirait un ou plusieurs des seconds tubes 6. Le premier tube 5 constituant une réserve de flottabilité.

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.

L'amarre, au lieu d'être une chaîne peut être un câble. Elle peut aussi être un élément rigide, par exemple une barre, articulée d'une part avec l'embase et d'autre part avec la partie supérieure du flotteur. Des moyens d'articulation avec l'embase peuvent être du type rotule ou joint de cardan.

En partie basse des tubes, l'ouverture peut être grillagée pour éviter, par exemple, une intrusion d'un objet nuisible au bon fonctionnement du flotteur.

L'utilisation d'un système de fourniture d'air sous pression dans les tubes est tout aussi avantageuse. En effet, cela évite d'installer des pompes de vidange dans le fond des flotteurs, comme cela se fait dans ceux de l'art antérieur.

En outre, une purge peut être prévue en partie haute d'un tube, pour mieux contrôler et équilibrer la flottabilité de chaque flotteur et des flotteurs entre eux. Au lieu d'être en tête du tube, l'injecteur et/ou la purge peuvent être disposé à proximité de sa base. Chaque tube est alors ballastable ou purgeable par la partie haute et/ou la partie basse

L'embase, au lieu de n'être qu'une plaque, peut être un volume fermé, de préférence cylindrique ; ce volume peut être du type ballastable, et servir de réserve de flottabilité, notamment lorsque la plateforme est au port, ou dans une zone à faible tirant d'eau.

Un tube peut comprendre plusieurs raidisseurs intermédiaires, ou aucun.

Au lieu de n'avoir qu'un seul tube ou d'avoir plusieurs tubes coaxiaux, selon les modes de réalisation précédemment décrits et illustrés, un flotteur peut comprendre plusieurs tubes disposés en fagot. Outre les avantages déjà exposés, cela permet d'augmenter la sécurité d'une plateforme équipée de flotteurs selon le premier mode de réalisation de l'invention. En effet, si l'un des tubes périphériques d'un fagot est endommagé, par exemple à l'occasion d'un abordage, la perte de flottabilité de flotteur est limitée, et ne met pas en danger la stabilité de la plateforme. Un fonctionnement en mode dégradé, lorsque certains des tubes sont endommagés, peut être avantageusement prévu lors de la conception de la plateforme.

Il peut y avoir plusieurs rangs de tubes périphériques. Ces tubes peuvent avoir des diamètres différents les uns des autres, par exemple des diamètres réduits à la périphérie du fagot, afin de limiter une perte de flottabilité en cas d'abordage.

La section des tubes n'est pas nécessairement circulaire ; la section des tubes peut être polygonale, par exemple être de section carrée ou rectangulaire. Une section hexagonale est particulièrement avantageuse, puisqu'elle permet un assemblage, sans jeux, de plusieurs tubes.

On note que la pression interne reste toujours très faible (1,5 Bar pour 15 mètres de tirant d’eau) et que le différentiel de pression entre l’intérieur et l’extérieur du flotteur est de quelques millibars (0,1 bar par mètre de hauteur d’air dans le tube). Ainsi, le différentiel de pression entre la face intérieure et extérieure du tube est très largement compatible avec la structure d’un flotteur gonflable.

Le tube gonflable, suspendu par l’amarre souple passant selon son axe et maintenu par au moins un raidisseur, ne peut absolument pas flamber. Il est auto rigidifié dès qu’il y a quelques millibars de pression à l’intérieur et de plus en plus rigide avec l’augmentation de la submersion. La contrainte sur les paroirs du tube sont exclusivement radiale et s’annulent du fait de la forme symétrique du tube.

Il n’y a aucune contrainte axiale sur les parois du tube, à l’exception de leur poids propre, négligeable par rapport à la poussée d’Archimède qui s’exerce totalement et exclusivement sous la plaque d'obturation. La plaque d'obturation est démissionnée pour résister à la totalité de la charge résultant de la poussée d’Archimède tant en charge au centre (F=P*S ) qu’en résistance à la pression.

Claims (13)

1. Plateforme flottante (3), caractérisée en ce qu'elle comprend au moins trois flotteurs (4) et une structure (20) sensiblement rigide dont une base (20B) porte des ancrages (24) pour lesdits flotteurs, chaque flotteur comprenant au moins un premier tube gonflable (5).
2. Plateforme selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque ancrage (24) est disposé sous un flotteur respectif et en ce que ledit flotteur comprend une amarre (28) reliant ledit ancrage (24) à une partie haute (5A) dudit flotteur, de préférence à une plaque d'obturation (11) pour ladite partie haute (5A) dudit tube.
3. Plateforme selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le flotteur comprend des moyens (24,28) pour s'incliner latéralement relativement à la structure (20).
4. Plateforme selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que chaque flotteur comprend au moins un deuxième tube gonflable (6), disposé coaxialement avec le premier tube (5).
5. Plateforme selon la revendication 2 ou selon la revendication 2 en combinaison avec l'une des revendications 3 et 4, caractérisée en ce que le tube comprend une ouverture (13) vers le bas et en ce que ladite amarre s'étend, au travers de cette ouverture, de bas en haut dans un volume intérieur audit tube.
6. Plateforme selon la revendication 2 ou selon la revendication 2 en combinaison avec l'une des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que l'amarre est un élément souple, de préférence un câble ou une chaîne.
7. Plateforme selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le tube gonflable (5,6) comprend une paroi en un film de polypropylène, de préférence un film de polypropylène renforcé par une trame tissée.
8. Plateforme selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que chaque flotteur comprend un raidisseur (10B) dont un bord périphérique est en prise avec un bord périphérique du tube (5), ledit raidisseur comprenant au moins une ouverture (12,13) pour la circulation d'air ou d'eau de part et d'autre dudit raidisseur.
9. Plateforme selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un raidisseur intermédiaire (10C).
10. Plateforme selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la base est un polygone, de préférence un triangle, chaque ancrage étant disposé au voisinage d'un angle dudit polygone.
11. Plateforme selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que la structure a une forme polyédrique s'évasant depuis un sommet, disposé au-dessus de la base, jusqu'à ladite base, ladite forme étant de préférence tétraédrique ou pyramidale.
12. Plateforme selon la revendication 11, caractérisée en ce que la structure est constituée de tubes métalliques disposés selon les arêtes du polyèdre.
13. Eolienne flottante, caractérisée en ce qu'elle comprend une plateforme selon l'une des revendications 1 à 12 et un mât, de préférence tubulaire, pour porter une nacelle de l'éolienne, ledit mât s'étendant vers le haut depuis le sommet de la structure.