FR3088298A1 - Flotteur articule pour plateforme flottante, notamment pour eolienne flottante. - Google Patents

Description

DESCRIPTION

TITRE : Flotteur 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 coûteux 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.

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 élément, 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 lesdits flotteurs, chaque flotteur étant relié à un ancrage respectif par une amarre, de sorte que le flotteur peut s'incliner latéralement relativement à ladite structure.

Chaque flotteur comprend avantageusement au moins un tube, de préférence métallique. De préférence, chaque ancrage est disposé au voisinage d'une partie basse du tube et l'amarre relie cet ancrage avec une partie haute de ce tube. Le tube peut comprendre une ouverture vers le bas et l'amarre s'étendre, au travers de cette ouverture, de bas en haut dans un volume intérieur de ce tube.

L'amarre peut être un élément souple, de préférence un câble ou une chaîne.

La base est avantageusement un polygone, de préférence un triangle, chaque ancrage étant disposé au voisinage d'un angle de ce polygone. Chaque ancrage peut être solidaire d'une embase respective, en forme de plaque, de préférence circulaire. L'embase comprend de préférence une partie centrale et une partie périphérique annulaire ayant une épaisseur inférieure à l'épaisseur de la partie centrale.

La plateforme comprend avantageusement, pour chaque flotteur, des moyens pour limiter un déplacement latéral de la partie basse dudit flotteur.

De préférence, la structure a 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 est avantageusement constituée de tubes métalliques disposés selon les arêtes du tétraèdre.

Chaque flotteur peut comprendre un tube central, de préférence métallique, et plusieurs tubes périphériques, de préférence plastiques, disposés autour dudit tube central.

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

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

[Fig. 1] est une vue en élévation et en perspective, de dessus, d’un système d’éolienne équipée de trois flotteurs selon un premier mode de réalisation de l’invention, en forme de fagot, le fagot comprenant plusieurs tubes ;

[Fig. 2] est une vue en coupe et en élévation, d'un flotteur selon la figure 1, équipant la plateforme de la figure 1 ; et, [Fig. 3] est une vue en coupe et en élévation, d'un flotteur selon un deuxième mode de réalisation.

Dans la description, les termes « vertical » et « horizontal » se rapportent à une position d’équilibre du système d’éolienne, tel que représenté à la figure 1.

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 central et huit tubes 6 périphériques. Le tube central est métallique et les tubes périphériques sont en une matière plastique. Les tubes périphériques sont disposés autour du tube central, sensiblement jointifs entre eux et avec le tube central. Les tubes 5, 6 sont disposés verticalement, parallèlement à un axe vertical X4 du flotteur 4. Les tubes ont sensiblement tous la même hauteur, égale à la hauteur H7 du fagot 7.

- 4Chacun des tubes 5, 6 forme sensiblement sur toute sa hauteur un volume intérieur 9. Le volume intérieur 9 est fermé à l'extrémité supérieure 5A, 6A du tube 5, 6 et ouvert à l'extrémité inférieure 5B, 6B du tube, sur toute sa section, par une ouverture 12. Dans l'exemple illustré, les tubes sont fermés par un des bouchons et/ou une plaque obturante 11.

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. L’injection d'air à l'intérieur du tube 5, 6 permet d’y maintenir une pression telle qu'une surface libre 14 de l'eau dans le tube puisse conserver un niveau NI4 proche ou identique à un niveau inférieur N5B, N6B du tube. Des fuites éventuelles d’air par l'ouverture 12 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 des tubes 5, 6, 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.

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.

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

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. 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. Dans ce mode de réalisation, l'ancrage a la forme d'un tube, s'étendant verticalement vers le haut depuis la surface supérieure 23 de l'embase 22. Le tube d'ancrage s'étend jusqu'à l'intérieur du tube central 5, au travers de son ouverture 12. Une clavette 27 est disposée transversalement dans une extrémité supérieure du tube d'ancrage 26. 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.

Ainsi fixé, le flotteur peut se balancer autour de son ancrage 24. Le tube d'ancrage 26 pénétrant dans le tube central 5 constitue une butée latérale 25 qui limite tout déplacement latéral de la partie basse 5B du tube 5, donc du flotteur 4. De préférence, la plateforme est calculée pour qu'en fonctionnement normal le flotteur 4 ne vienne pas en contact avec la butée 25 ; des moyens amortisseurs, non représentés, y sont avantageusement prévus pour limiter les chocs en cas de contact.

Ainsi amarré, 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 de ces efforts sont transmis à la structure. Cette dernière

-6devant 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 nuis.

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. Le poids de la plate-forme est en outre réduit par l’utilisation de tubes périphériques 6 en plastique, dont le tube central 5 renforce la rigidité.

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.

Dans l’exemple illustré, la matière des tubes périphériques 6 est un polyéthylène haute-densité (PEhD) ayant un diamètre nominal de 2 mètres, environ, et une longueur de 30 mètres, environ. L’utilisation de PEhD pour les tubes et/ou les tuyaux est particulièrement avantageuse. En effet, ce matériau est très durable dans l’eau et résiste à la pression interne.

On va maintenant décrire un deuxième mode de réalisation pour l’invention, en référence à la figure 3, qui sera décrit uniquement en ce qu’il diffère du mode de réalisation des figures 1 et 2.

- 7Dans ce deuxième mode de réalisation, le flotteur 4 est constitué d'un unique tube 5, métallique. Les moyens d'ancrage 24 sont constitués d'un anneau solidaire de l'embase 22 et disposés au centre de celle-ci. La butée latérale 25 est dissociée de l'ancrage 24 ; elle comprend une portion de cylindre métallique d'axe vertical et solidaire de l’embase 22. La partie basse 5B du tube 5 pénètre dans le cylindre de butée 25, de sorte que le cylindre de butée 25 limite tout déplacement latéral de la partie basse 5B du tube 5, donc du flotteur 4. De préférence, la plateforme est calculée pour qu'en fonctionnement normal le flotteur 4 ne vienne pas en contact avec la butée ; des moyens amortisseurs sont avantageusement prévus pour limiter les chocs en cas de contact.

Dans l'exemple illustré, des chaînes secondaires 30 relient l'ancrage à la partie basse du flotteur 4, de façon à ce qu'en fonctionnement normal la partie basse du tube n'entre pas en contact avec le cylindre 25.

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.

D'autres plastiques peuvent être utilisés pour les tubes périphériques. Ces tubes peuvent aussi être réalisés en métal, par exemple en acier ; la section et

- 8l'épaisseur réduites des tubes permettent d'utiiiser des tubes métalliques standards ou de les réaliser à moindre frais.

En partie basse des tubes, l'ouverture peut n'être que partielle, de façon à réduire les échanges d'eau entre l'extérieur et l'intérieur du tubes et les fuites d'air. L'ouverture peut en outre 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.

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 servie de réserve de flottabilité, notamment lorsque la plateforme est au port, ou dans un zone à faible tirant d'eau.

Le premier mode de réalisation illustré, outre les avantages déjà exposés, 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 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 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.

-9La section des tubes n'est pas nécessairement circulaire ; les tubes peuvent par exemple être de section carrée ou rectangulaire.

Claims (13)

1. REVENDICATIONS

   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 étant relié à un ancrage respectif par une amarre (28), de sorte que le flotteur peut s'incliner latéralement relativement à ladite structure.
2. 2. Plateforme selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque flotteur comprend au moins un tube, de préférence métallique.
3. 3. Plateforme selon la revendication 2, caractérisée en ce que chaque ancrage est disposé au voisinage d’une partie basse (5B) du tube (5) et en ce que l'amarre relie ledit ancrage avec une partie haute (5A) dudit tube.
4. 4. Plateforme selon la revendication 3, caractérisée en ce que le tube comprend une ouverture (12) 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.
5. 5. Plateforme selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'amarre est un élément souple, de préférence un câble ou une chaîne.
6. 6. Plateforme selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la base est un polygone, de préférence un triangle, chaque ancrage étant disposé au voisinage d'un angle dudit polygone.
7. 7. Plateforme selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que chaque ancrage est solidaire d'une embase (22) respective, en forme de plaque, de préférence circulaire.
8. 8. Plateforme selon la revendication 1 à 6, caractérisée en ce que chaque ancrage est solidaire d'une embase (22) respective, de préférence cylindrique, définissant un volume fermé, de préférence ballastable.
9. 9. Plateforme selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comprend, pour chaque flotteur (4), des moyens (25,30) pour limiter un déplacement latéral de la partie basse dudit flotteur.
10. 10. Plateforme selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la structure a une forme polyédrique s'évasant depuis un sommet, disposé

    - 11 au-dessus de la base, jusqu'à ladite base, ladite forme étant de préférence tétraédrique ou pyramidale.
11. 11. Plateforme selon la revendication 10, caractérisée en ee que la structure est constituée de tubes métalliques disposés selon les arêtes du tétraèdre.

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12. 12. Plateforme selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que chaque flotteur comprend un tube central (5), de préférence métallique, et plusieurs tubes périphériques (6), de préférence plastiques, disposés autour dudit tube central.
13. 13. Eolienne flottante, caractérisée en ce qu'elle comprend une plateforme 10 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.