Les plates-formes Alain Quenelle off shore métalliques

Photo ci-dessus (en haut), le lac de Maracaïbo, en 1912.

Photo ci-dessus (en bas) : Plate-forme en bois consruite par Brown and Root sur le

champ de Créole en 1937.

HISTORIQUE Difficile de dater la première plate-forme off shore...

Faut-il prendre comme référence 1887, année du premier

puits foré au-dessus de l'eau... mais à partir d 'une jetée, en

Californie ? O u encore la période 1909 -1910 , au cours de la­

quelle les forages sont réalisés à partir de plates-formes indépen­

dantes en bois, construites sur des pieux en cyprès... mais dans le

lac Ferry à Caddo Parrish en Louisiane ? O u encore à partir de

1912 , lorsque dans le lac de Macaraibo, au Venezuela, les plates-

formes sont reliées entre elles par des canalisations d'évacuation

d'huile (il y a aujourd'hui près de 6 000 plates-formes sur ce lac) ?

Nos ancêtres ont été prudents et pragmatiques. Il a fallu

attendre 1933 pour construire la première plate-forme en « mer

ouverte » : à 915 m de la côte, dans une profondeur d'eau de

3,5 m. Sa taille est très modeste. Elle est en bois.

En 1937, sur le champ de Créole, Superior Oil C o m p a n y

et Pure Oil C o m p a n y attr ibuent à l 'entrepreneur Brown and

Root la construction d 'une plate-forme plus importante , puisque

le pon t a une surface de 2 700 m 2 (90 m x 30 m). La profondeur

de l'eau est de 4,3 m, à 1,6 k m de la côte. Le bois est toujours

omniprésent.

Ce n'est qu 'en 1946 que les premières piles en acier sont

utilisées. La construction est réalisée sur place et les travaux se

déroulent sur plusieurs semaines.

En 1947 apparaît le concept de base, repris ensuite à

plusieurs milliers d'exemplaires : préfabrication du support en

acier à terre, transport sur barge, mise en place à la grue, piles en

acier battues à travers les jambes. L'opérateur est encore Superior

Oil sur le Block 7 1 , dans Vermilion du golfe du Mexique. La

profondeur d'eau n'est que de 6 m, mais on se trouve à 30 k m de

la côte, et les travaux d'installation ne durent que neuf jours.

1955 voit l 'invention des piles périphériques (skirtpiles), avec

Shell.

L'histoire s'accélère ensuite rapidement : en 1957 apparaît

le premier jacket« lancé » ; en 1959, une plate-forme est mise en

place dans 60 m d'eau ; en 1989, on atteint une profondeur d'eau

de 416 m sur le champ de Bull Winkle , avec un support de

45 000 t (sept fois le poids de la tour Eiffel) ; enfin, 1 9 9 3 verra la

mise en place d 'une structure à jambes tendues dans une profon­

deur d'eau de 870 m (champ d'Auger) dans le golfe du Mexique.

200 200 *

•J09*

EVOLUTION DE LA TAILLE DES PLATES-FORMES EN FONCTION DU TEMPS

Le décor historique étant ainsi planté, après une tentative de

définitions et de classifications, notre présentation s'articulera

autour de trois chapitres en suivant la chronologie de la réalisation

(études, fabrication, installation) et s'achèvera sur un rapide

examen des solutions de l'avenir.

DÉFINITIONS, CLASSIFICATIONS

O n vient de le voir, historiquement, le but était de disposer

d 'une surface de travail émergée, dans des profondeurs d'eau de

plus en plus grandes. Mais quel travail pour en venir là ?

Le forage d'exploration tout d'abord ! O n a alors affaire à

des plates-formes mobiles qui ne sont mises en place sur le lieu de

travail que pour quelques semaines ou quelques mois. Trois sortes

de supports sont utilisés par les foreurs, en fonction de la hauteur :

- Les « jack-up », pour les faibles profondeurs d'eau (jusqu'à

100 ou 120 m environ). Un jack-up est un tabouret à trois ou quatre

jambes qui peuvent se lever ou se baisser grâce à de grosses crémaillères

jouant sur la partie horizontale du tabouret (le pont de forage) :

• abaissées, reposant au fond de l'eau, les jambes

assurent une bonne stabilité ; sur le pont hors d'eau, le derrick de

forage fonctionne en sécurité.

• Relevées, les jambes, dépassant net tement au-dessus

du pont , permettent à ce dernier, qui se trouve alors en flottaison,

de se déplacer grâce à des remorqueurs assurant son transport

jusqu'à un nouveau site de forage.

- Les « semi-submersibles », pour les profondeurs d'eau

plus importantes (jusqu'à 500 m), sont des supports flottants. En

position fixe pour le forage, ils sont ancrés : les foreurs s'accom­

modent de la faible « excursion » (1 à 2 m) autour de la cible de

forage. Lors des déplacements d 'un site de forage à l'autre, ils sont

le plus souvent autopropulsés.

- Les « navires à position dynamique », pour les très gran­

des profondeurs d'eau. Ces bateaux sont dotés de moteurs laté­

raux qui, en position de forage, sont actionnés automat iquement

de façon à contrer les efforts d 'environnement (vent, courant) et

à rester en position quasi fixe. Il n'y a donc plus d'ancrage.

Notre présentation ne concerne pas ces plates-formes mo­

biles, mais seulement les plates-formes fixes, installées pour la

durée de vie du champ découvert grâce aux forages d'exploration

que l'on vient d'évoquer.

Les plates-formes remplissent en fait des fonctions variées :

forage de production ; traitement des effluents (séparation du gaz, de

l'huile, de l'eau) ; utilités (fourniture d'énergie électrique, par exem­

ple) ; injection d'eau, de gaz, compression de gaz ; quartiers d'habi­

tation ; torchères. Ainsi peut-on trouver sur un champ, en fonction

de sa taille et de sa profondeur d'eau, une plate-forme par fonction

ou plusieurs fonctions regroupées sur une seule plate-forme.

1 E X E M P L E DE C H A M P

La nature des fondations introduit deux sortes de plates-

formes fixes :

- Les plates-formes avec supports gravitaires : un (ou plu­

sieurs) compartiment en pied de plate-forme est rempli de sable et

assure la stabilité (si les conditions de sol le permettent) après la

mise en place. Ce principe a fait le succès des plates-formes en

béton, toutes gravitaires. Il est décrit dans un autre article de cette

revue. Sur les 15 000 à 20 000 plates-formes existant dans le

monde actuellement, une petite trentaine seulement sont en béton,

principalement dans la partie norvégienne de la mer du Nord .

— Les plates-formes avec support en treillis tubulaires (le

jacket) et piles qui font l'objet de la suite de cette présentation.

Cette présentation concerne la partie immergée du support .

Le système originel « pon t + piles » est historiquement limité, on

l'a vu, à des profondeurs d'eau faibles et à des zones calmes.

Les piles, soumises, d'une part, à des sollicitations verticales

dues au poids des équipements installés sur la plate-forme de travail

et, d'autre part, aux efforts horizontaux dus à la houle et au courant,

se trouvent ainsi exposées au risque de flambement dès que leur

élancement (fonction directement proportionnelle à la longueur)

devient grand. Avec l'accroissement des profondeurs d'eau et

l 'augmentation des charges, il est devenu impératif de diminuer la

longueur libre des piles, en d'autres termes de les contreventer.

La mise en place sous l'eau d 'un tel contreventement étant

très difficile, voire impossible, une entité séparée, souvent appelée

jacket, a été conçue. O n la fabrique et on l'installe en un seul

morceau, on enfile ensuite les piles dans les tubes d'angle (les

« jambes »). Mais ce jacket offre des écrans souvent importants (à

la houle, au courant, au vent), essentiellement en partie haute ; il

devient alors nécessaire de reprendre le m o m e n t de renversement

au niveau du fond, en général par l 'encastrement des piles qui

reprennent l'effort vertical.

La classification des plates-formes fixes métalliques « pi-

lées » va s'établir ensuite :

- Soit en fonction des conditions d 'environnement :

• faciles, essentiellement dans les mers chaudes : golfe

de Guinée, golfe Persique, Indonésie, etc.,

• moyennes, dans les zones tempérées : sud de la mer

du Nord , Méditerranée occidentale, etc.,

• sévères, surtout dans les zones froides : mer du Nord ,

mer Baltique, Terre de Feu, etc.

- Soit en fonction de la profondeur de l'eau :

• inférieure à 30 m (100 pieds),

• comprise entre 30 et 150 m (500 pieds),

• au-delà de 150 m.

- Soit en fonction du nombre de jambes :

• 3 jambes,

• 4 jambes,

• 6 jambes,

• 8 jambes.

Pour ces deux dernières catégories, comme on le verra plus

loin, on distinguera les vraies jambes et les fausses jambes, en

fonction soit du mode de fabrication ou du transport (en position

verticale ou horizontale), soit du type d'installation (lancement,

levage ou flottaison), soit encore du type de piles.

Ce qui suit est plutôt orienté vers les plates-formes de hui t

jambes soumises à des environnements moyens ou sévères dans

des profondeurs d'eau de l 'ordre de 100 m.

LES ÉTUDES Les charges

Le calcul d 'une plate-forme fixe nécessite un grand nombre

d'informations :

- La nature, l 'encombrement , le poids (à vide, en opéra­

tions et en conditions de tests) et la disposition des différents

équipements.

- Les surcharges de travail normales, exceptionnelles et

accidentelles.

— Les données météo-océanographiques :

• profondeur d'eau,

• hauteur des marées,

• surélévation exceptionnelle des tempêtes,

• ampli tude et période de houle en conditions norma­

les (période de retour d 'un an) et en conditions extrêmes (période

de retour de 50 ou 100 ans),

• courant de surface et sa variation en fonction de la

profondeur,

• vitesse du vent normal et exceptionnel,

• surépaisseur des concrétions marines (coquillages,

etc.) en fonction de la profondeur,

• zone sismique.

— Les caractéristiques du sol en surface et sur la hauteur des

fiches des piles, les possibilités de subsidence (c'est-à-dire

l'affaissement du sol dû à la dépression du réservoir), les risques

d'instabilité de la couche de surface (« mudslide »).

- La durée de vie de la plate-forme.

Le calcul de base

U n des logiciels couramment utilisés pour calculer les

plates-formes est un programme général de résolution de structu­

res tridimensionnelles mis au point pour le Massachussets Institute

of Technology (MIT) appelé S T R U D L (STRUcture Design

Language). Ce logiciel a été perfectionné, aménagé par les centres

de recherche et/ou les engineerings.

V I B R A T I O N

INSTALLATION

T R A N S P O R T

LES CHARGES SUR UNE PLATE-FORME

Ce calcul comporte trois grandes étapes :

1. La définition de la géométrie de la structure, avec, pour

tous les nœuds , leurs coordonnées spatiales et leurs conditions aux

limites (nœud libre, n œ u d support, liaisons entre nœuds) , et la

définition des caractéristiques mécaniques de toutes les barres

cylindriques de la structure. A signaler que la partie enterrée des

piles est représentée par une matrice de rigidité tenant compte des

propriétés du sol et des piles.

2. La définition des charges. O n a vu qu'elles étaient

nombreuses, et leurs combinaisons doivent être traitées avec

attention. Les directions de houle sont d 'abord sélectionnées (de

trois à six ou huit) afin d'avoir les cas de charges les plus

défavorables pour les piles et pour le jacket.

Les différentes charges suivantes sont également prises en

compte :

- verticalement :

• le poids propre de la structure et des accessoires,

• la poussée d'Archimède sur les tubes immergés,

• le poids des surépaisseurs de concrétions marines ,

• les charges de gravité dues aux superstructures ;

- horizontalement :

• les charges de vent sur la partie émergée de la plate­

forme et sur les superstructures,

• les charges dues à la houle et au courant sur les

structures principales grossies par les surépaisseurs de concrétions

et les structures « annexes » telles que l ' appontement , les

amortisseurs, les anodes, les tubes, les conducteurs de forage, les

canalisations d 'amenée ou d'évacuation des effluents,

• les charges dues au choc accidentel de bateaux dans

la partie supérieure de la plate-forme,

• les charges dues à la prise en compte des éventuels

séismes.

3. La sortie des résultats précédée d 'un certain nombre de

vérifications automatiques (via le « plotter » et le « scann on ») pour

déceler d'éventuelles erreurs de géométrie, d'unités, de comman­

des. Les analyses définissent :

- les déplacements,

- les réactions d 'appui,

- les efforts en différents points de chaque barre,

- la vérification des contraintes,

- la vérification au poinçonnement des nœuds,

- la vérification à la fatigue des nœuds .

Les vérifications complémentaires

Les analyses statiques puis éventuellement dynamiques

sont itératives en fonction des résultats (et des changements de

section), mais aussi de l'évolution des charges, des conditions de

fabrication, de chargement, de transport et d'installation.

Pour les grandes plates-formes un peu compliquées, il faut

compter trois itérations.

En plus de ces calculs, il convient de conduire des vérifica­

tions complémentaires pour tenir compte des phases suivantes :

- la fabrication (par exemple, la rotation en position verti­

cale de panneaux construits horizontalement : le « roll-up »),

- le chargement sur la barge de transport (glissement de la

structure s 'appuyant sur plusieurs nœuds des membrures princi­

pales des poutres de lancement intégrées à la structure),

- le transport (stabilité et résistance de la structure solida-

TRANSPORT D'UNE PLATE-FORME

risée sur la barge soumise aux efforts dynamiques),

- l'installation (par lancement, par levage).

Il y a lieu également de tenir compte des contraintes induites

par la fatigue lors du transport et au cours de la vie de la structure.

Des renforts au droit des nœuds (surépaisseurs, raidisseurs) sont

alors décidés pour limiter les dommages dus à la fatigue.

Par ailleurs, le calcul des piles, conduit en parallèle, entraîne

souvent des modifications dans le dessin de la structure : il faut

vérifier que les réactions latérales et axiales du sol reprennent bien,

par frottement et /ou en pointe, les efforts calculés.

La conception multidisciplinaire

Le calcul d 'une plate-forme fait ainsi intervenir simultané­

ment six disciplines techniques :

- l 'océanographie pour la détermination des valeurs d'en­

vironnement marin,

- la géotechnique pour la préconisation des caractéristiques

du sol en surface et en profondeur, ainsi que pour la sélection des

marteaux de battage,

- l 'étude de la résistance des matériaux pour les calculs en

statique ou en dynamique de la structure,

- la métallurgie pour le choix des nuances et des qualités

d'acier,

- l 'architecture navale pour les vérifications de flottabilité

et de stabilité lors du remorquage, lancement et ballastage,

- les opérations marines pour la sélection des barges de

transport, de lancement et /ou des engins de levage.

LA FABRICATION L'acier

En simplifiant beaucoup, trois caractéristiques peuvent

définir l'acier utilisé : de fortes épaisseurs, 40 à 100 m m , voire

130 m m ; une limite d'élasticité de 360 M P a (valeur courante),

420 MPa, voire 500 M P a ; une résilience à très basse température

(-40 ou -50°C) pour éviter les problèmes de rupture fragile.

Ces aciers sont traditionnellement du type « normalisé ».

O n rencontre également des aciers trempés-revenus ou à refroi-

JACKET LANCE : ALWYN NAA

E X E M P L E D E J A C K E T L A N C E : A L W Y N " N A A "

P o i d s d u j a c k e t 1 4 2 5 0 t

P o i d s d e s a c c e s s o i r e s 2 4 5 0 t

P o i d s d e s r é s e r v o i r s a d d i t i o n n e l s d e flottaison

2 0 0 0 t

P o i d s d u j a c k e t c o m p l e t a u l a n c e m e n t 1 8 7 0 0 t

P o i d s d e s p i l e s 8 5 0 0 t

D i m e n s i o n s d u j a c k e t : — e n p a r t i e b a s s e — e n p a r t i e h a u t e

7 0 m x 6 5 m 5 6 m x 3 0 m

H a u t e u r d u j a c k e t 1 4 2 m

D i a m è t r e m a x i d e s j a m b e s 5 m

N o m b r e s d e s p i l e s 3 2

D i a m è t r e d e s p i l e s 2 , 1 m

P é n é t r a t i o n d e s p i l e s 4 7 m

C h a r g e v e r t i c a l e e n t ê t e 1 9 0 0 0 t

C h a r g e h o r i z o n t a l e d u e à la h o u l e c e n t e n a i r e

1 2 6 0 0 t

H a u t e u r d e la v a g u e e n c o n d i t i o n s c e n t e n a i r e s

3 1 m

V i t e s s e d u v e n t 4 6 m / s

dissement accéléré (plus prometteurs dans l'avenir en raison de

leur prix plus bas et de leur mise en œuvre - essentiellement le

soudage - plus aisée et plus économique).

Par ailleurs, les zones fortement sollicitées dans le sens de

l'épaisseur exigent des aciers ayant de bonnes caractéristiques dans

le sens travers - court (acier Z à striction minimale de 35 %) pour

éviter les problèmes d 'arrachement lamellaire.

D e plus des traitements thermiques de détensionnement

sont imposés pour les nœuds fortement sollicités complexes ou à

fortes épaisseurs. Cette exigence conduit à découper la structure en

sous-ensembles pouvant être introduits dans un four de façon à

limiter au m i n i m u m le nombre de soudure à détensionner sur site.

Les nœuds et la préfabrication

Les nœuds en mécano-soudé mettent en œuvre des soudures

sur des tôles en forte épaisseur, difficilement accessibles et contrôlables.

La technique des nœuds en acier moulés (« casting nodes »)

a été mise au point au cours des dernières années. Elle a tendance

EXEMPLE DE NOEUD en fabrication mécano-soudée

à se développer pour les grosses plates-formes du type de celles de

la mer du Nord . Le n œ u d monobloc est coulé dans un moule

fabriqué spécialement.

Les avantages de ces nœuds moulés, par rapport aux nœuds

mécano-soudés, sont évidents : gain de poids lorsqu'ils sont

conçus avec une géométrie plus compacte ; formes mieux adap­

tées aux contraintes, puisque les congés sont plus importants ;

meilleure tenue à la fatigue et suppression des raidissages internes

(cerces, diaphragmes).

Ce type de n œ u d est apparu tout d 'abord pour les oreilles

de levage des modules. Il se généralise maintenant pour les nœuds ,

dans les zones où la fatigue est déterminante.

Les éléments constitutifs de la plate-forme (nœuds, tubes,

piles, anodes, etc.) sont d 'abord préfabriqués. Ils peuvent être

sous-traités dans différents ateliers. L'ensemble est ensuite ache­

miné sur un yard d'assemblage se trouvant en bord de mer.

En parallèle avec cette préfabrication, s'effectuent les tra­

vaux de génie civil préparatoires : essentiellement, les deux pou­

tres de glissement qui supporteront l 'ensemble à\x jacket lots de

son assemblage, et don t l 'écartement doit correspondre à celui des

poutres de lancement de la barge.

L'assemblage

La structure est fabriquée horizontalement. Les poutres treillis

sont tout d'abord assemblées horizontalement, latéralement aux

poutres de glissement (« skidding beams»), puis relevées le plus

souvent par 112 longueur, comme l'indique le « cinéma de montage ».

Le levage (le « roll-up ») est effectué par un ensemble de

quatre à dix grues + treuils. Cette opération est délicate, chaque

panneau de treillis de forme plane étant très lourd et très flexible

(des renforts provisoires sont quelquefois nécessaires). Chaque

grue est maintenue au niveau de charge de calculs. Les rotations

successives sont faibles (quelques degrés). A chaque étape, les

grues s'arrêtent. Les charges sont alors rééquilibrées, et chaque

grue est avancée pour se repositionner à l 'aplomb de la charge.

L'opération dure plusieurs heures pour amener le panneau à 10°

de la position verticale. Le contrôle de la charge est ensuite assuré

par les treuils de haubannage qui vont amener le panneau à sa

position verticale définitive et le maintenir jusqu'à ce que les

premiers éléments de liaison soient soudés.

Les éléments de liaison des piles périphériques avec la plate­

forme (« bottles ») sont les plus lourds (600 à 2 000 t) et les plus

ouvragés. Ils sont levés en dernier.

La structure principale terminée, les travaux de finition

peuvent alors être effectués : fixation des « risers », des « / tubes »,

des tuyauteries de commande de ballastage, des guides-piles, des

éventuels réservoirs de flottaison, etc.

Entre le début de la fabrication et le chargement, il s'est

écoulé une période de 18 à 24 mois.

Une analyse fine des tâches et des sous-traitances est néces­

saire et doit tenir compte des inévitables imprévus (grèves, retards

d 'approvisionnement, réparations, intempéries). Le planning

doit tenir compte de l'existence de la fenêtre météo dans laquelle

se positionne en général l'installation : mai à août. T o u t retard

peut entraîner un report du programme général à la saison

suivante ; c'est pourquoi de très importantes pénalités sont tou­

jours prévues.

Le chargement

Le chargement du jacket sur la barge de transport et de

lancement constitue la dernière étape de la fabrication. C'est une

opération délicate : il s'agit de faire glisser par translation un colis

de plusieurs milliers de tonnes de la terre ferme sur un support

flottant. L'horizontalité de l 'ensemble doit être maîtrisée en

tenant compte de l'action combinée :

- de la marée qui procure un supplément de flottabilité à

marée montante ,

- du ballastage des compart iments de la barge pour assurer

son niveau et/ou son assiette.

O n s'efforce dans la pratique d'utiliser la marée montante

et de boucler l 'opération en six heures. Dans certains cas, on

simplifie la procédure en posant la barge de transport sur le fond

de l'eau préalablement compacté et réglé.

Les principaux équipements utilisés pour cette opération

sont : un double système de pompes de déballastage pour obtenir

des capacités de l 'ordre de 15 000 à 20 000 m 3 / h , des voies de

glissements équipées de Téflon pour d iminuer le coefficient de

frottement, un système de poussée dont la capacité tourne autour

de 2 000 /3 000 t.

L'INSTALLATION Le transport

Le jacket mis en place sur la barge doit être efficacement

solidarisé avec celle-ci (le « saisissage ») : l 'ensemble doit en effet

être capable de traverser des conditions de mer souvent peu

clémentes.

Les barges à fond plat utilisées pour ce type de transport sont

très stables : leur rayon métacentrique est très grand par rapport

à celui des bateaux traditionnels. Mais le centre de gravité des

charges transportées est aussi anormalement haut par rapport au

pon t de la barge, et les calculs de stabilité sont à conduire avant de

déterminer la barge de transport.

Le saisissage ainsi calculé peut demander plusieurs centai­

nes de tonnes de tubes pour liaisonner les membrures principales

du jacket à la barge, au droit de ses diaphragmes principaux. Ces

derniers sont à vérifier et à renforcer dans bien des cas.

La mise à Veau

Cette opération est effectuée dans une fenêtre météo favora­

ble, après découpe des éléments de saisissage. Deux techniques sont

en concurrence et condit ionnent la conception de la plate-forme :

— Le lancement :

Le jacket est poussé avec des vérins ou tiré avec des câbles

jusqu'à ce que le bras articulé (« rocker-arm ») à l'extrémité de la

barge prenne en charge le poids du jacket et fasse basculer ce der­

nier à Peau. Des vérifications sont conduites au préalable (soit par

le calcul, soit grâce à des essais sur maquette) pour déterminer :

- les contraintes dans la structure lors du lancement,

- les trajectoires du jacket et de la barge,

- la profondeur maximale atteinte par le jacket,

- la position finale d'équilibre.

Elles conduisent à jouer sur les paramètres de flottabilité :

obturat ion de membrures, adjonction de flotteurs.

En f i n de lancement , \e jacket se retrouve horizontal et

n ' émerge qu 'à peine de la surface de l'eau. Les ballastages

successifs, là encore contrôlés par le calcul et sur maquet te , le

redresseront progressivement, jusqu 'à la posit ion verticale, à son

emplacement définitif.

Pour gagner du temps sur la mise en production, l'installa­

tion se fait de plus en plus souvent au-dessus de puits préalablement

forés. Ils sont alors protégés par une structure (le « template ») qui

servira de guide pour \e jacketXors de son posi t ionnement final.

— Le levage :

Le jacket est levé directement depuis la barge de transport

par des barges de levage d o n t les capacités vont jusqu 'à

2 x 7 000 tonnes.

La structure est immergée horizontalement avec, en géné­

ral, un certain nombre de membrures obturées pour la faire flotter

temporairement. Elle est ensuite reprise par des élingues situées en

tête, redressée pendant que les membrures sont ballastées, et

positionnée à son emplacement final.

Le levage en mer pose un problème dynamique qu'il faut

bien maîtriser : la grue et la charge reposent sur des supports

flottants animés de mouvements propres. Lors de la mise en

tension des élingues, les mouvements relatifs des supports peu­

vent entraîner des efforts dynamiques importants.

L'apparition récente de grues de puissance nominale de 6 à

7 000 t montées en paire sur une barge permet, compte tenu des

coefficients de sécurité et des baisses de capacité en fonction de la

flèche, de lever des « colis » de 10 000 t. Les accessoires de levage,

manilles, élingues atteignent des dimensions exceptionnelles (câbles

de 600 m m de diamètre, par exemple, pour les élingues) et

nécessitent eux-mêmes des accessoires de levage particuliers. Leur

mise en place, en particulier dans l'eau, est longue et délicate.

E x e m p l e s d ' o r d r e s d e g r a n d e u r d e p r i x ( e n U S d o l l a r s , v a l e u r 1 9 9 2 )

P r i x a n k g ( m a t i è r e + f a b r i c a t i o n )

— p o u r l e s p i l e s

— p o t i r u n j a c k e t

— p o u r u n m o d u l e

0 , 8 à 1,5 $

1 , 8 à 5 , 0 $

2 , 2 à 8 , 0 $

P r i x d u n e j o u r n é e d e b a r g e d e

l e v a g e 8 0 OOO à

4 0 0 OOO $

P r i x d ' u n j a c k e t i n s t a l l é 3 à 3 0 0

m i l l i o n s d e $

Les fondations

Afin d'assurer une bonne assise lors de la mise en place, des

planchers de stabilisation (« mud-mat») en bois, acier ou alumi­

nium sont prévus lors de la fabrication au niveau inférieur du

jacket. Leur surface est fonction de la nature du sol superficiel

rencontré. Cette fondation provisoire permet de mettre en place

dans de bonnes conditions les fondations profondes définitives

assurées par des piles.

Ces dernières sont de trois types :

- Les piles principales, installées dans les membrures du

jacket sur toute leur longueur, supportent directement les jambes

du pont recevant les superstructures et les modules. Lejacketest alors

suspendu en tête sur les piles par l'intermédiaire d 'un joint soudé.

- Les piles insérées (« insert piles ») qui, lorsque elles sont

jugées nécessaires par le calcul (augmentation de l'inertie de

l'ensemble) ou par la géotechnique (difficulté de battage entraînée

par un sol dur), sont installées à l 'intérieur des piles principales

(après forage) et liaisonnées avec celles-ci, soit par soudure en tête,

CINÉMA DE LANCEMENT

soit par bétonnage de l'espace annulaire si la pile insérée ne

remonte pas jusqu'en surface.

- Les piles périphériques (« skirtpiles ») qui sont disposées

autour des jambes principales du jacket et ne remontent pas jus­

qu 'à son sommet. La structure du jackettravaille alors comme une

console encastrée dans le sol.

L'installation des piles est une suite de manutent ions :

battage ou forage, aboutage de longueur de pile additionnelle

jusqu'à ce que la pile atteigne la profondeur requise et la portance

déterminée par le calcul. Elles sont solidarisées alors en partie

basse du jacket dam les barillets des bouteilles évoquées plus haut,

en utilisant la technique d'injection de béton ou d'expansion

mécanique type Hydra-Lok.

Les marteaux de battage utilisés sont de deux types :

- A vapeur (et donc aérien), les énergies allant jusqu'à

3 000 K N m ,

— hydrauliques (le plus souvent sous-marin), qui évitent la

mise en place de piles de raboutage et permettent d'avoir des piles

verticales.

La structure est alors prête à recevoir son pont et ses

superstructures.

Les délais d'installation sont très variables : si la phase de

mise à l'eau est courte (quelques heures), la mise en place des piles

est fonction de leur nombre , de la nature du sol, des conditions

météo, des aléas de chantier, et elle varie de quelques jours à

plusieurs semaines.

Tendances pour l'avenir

O n se limitera à trois thèmes de réflexion :

Economies liées à la limitation des travaux en mer

Une fois l e ^ c ^ i n s t a l l é , il faut poser à la grue les différentes

parties de la superstructure, c'est-à-dire le pont de supportage des

modules (« Module Support Frame ») et les modules, puis raccor­

der les modules entre eux (le « hook-up»). Ce travail, effectué

offshore, est long, coûteux et dangereux.

Plutôt que d'avoir une superstructure en plusieurs mor­

ceaux, on peut la concevoir en un seul bloc fabriqué et testé à terre.

Si le poids de ce « pon t intégré » de plusieurs milliers de

tonnes est excessif pour pouvoir être posé avec les nouvelles barges

de très grande capacité ou par les moyens de levage disponibles

dans la zone concernée, il peut être posé sur le support par

ballastage de la barge (le « mating»).

Le support doit être adapté à cette méthode d'installation.

En faible profondeur d'eau, dans les zones des deltas de l'Indonésie

par exemple, il n'est constitué que par des piles battues et reçoit

un pont intégré équipé qui liaisonne les piles et assure la stabilité

de l 'ensemble ; en profondeur d'eau plus importante, comme au

Moyen-Orient , \e jacket est conçu pour recevoir entre ses jambes

la barge chargée du pon t intégré : le niveau horizontal de

contreventement supérieur est plus bas qu 'à la normale, et

l 'espacement des jambes est plus important qu 'à l 'ordinaire.

Le même principe pousse à étudier l'utilisation d 'un jack-up

non plus uniquement de forage, mais aussi de production, et

définitivement installé sur des assises de faible hauteur « pilées »

dans le sol. C o m m e souligné plus haut, le pon t du jack-up arrive

en flottaison tout équipé sur le site de product ion : les travaux en

mer ne se limitent qu 'à des travaux de fondation.

Réduction des poids de structures

Tou t gain de poids est économiquement favorable. De ce

fait découlent :

— la mise en œuvre d'aciers à très haute limite d'élasticité

(450-500 MPa) , mais, malheureusement, les critères actuels à la

fatigue ne sont pas avantageux,

— l'utilisation encore plus systématique des nœuds coulés,

— la réduction du nombre des anodes grâce à la mise en

œuvre d 'une peinture généralisée sur toute la plate-forme, hormis

les soudures à inspecter,

— les planchers de stabilisation du jacket ew a luminium,

— les dispositifs pour réduire l'écran à la houle, no tamment

dû aux concrétions,

— les « inserts » dans les jambes avec bétonnage de l 'annu­

laire « jambe-insert » afin d'améliorer la tenue aux chocs acciden­

tels des bateaux dans la zone de marnage.

Grandes profondeurs

L'extrapolation du système traditionnel « jacket + piles +

superstructures » semble avoir atteint sa limite avec le développe­

ment de Bull Winkle par 410 m de profondeur d'eau.

Au-delà, trois options semblent possibles :

— Supprimer le support et développer le champ via des

systèmes sous-marins automatisés... Certains opérateurs, au Brésil

par exemple, ont fait ce choix drastique.

- Supprimer le m o m e n t d 'encastrement en pied de plate­

forme et n'avoir qu 'une articulation ou semi-articulation. C'est le

principe des structures souples (« compilant towers »). Elles sont

plus élancées, beaucoup plus légères, et acceptent des déformations

contrôlées mais non négligeables. Dans certains cas, l'effort en

tête est repris par l ' intermédiaire de câbles latéraux ancrés. Les

efforts verticaux sont transmis à travers la structure réticulée à une

embase fixe. U n e seule plate-forme de ce type a été à ce jour

construite.

- Inverser le sens des efforts dans les jambes en utilisant une

fois de plus le principe d'Archimède pour réaliser une plate-forme

à jambes tendues (TLP = Tension Leg Platform). Le pon t est une

sorte de caisson flottant, tiré vers le bas par des tirants travaillant

en traction. Deux plates-formes de ce type existent, l 'une en mer

du N o r d par 147 m de profondeur d'eau, l 'autre dans le golfe du

Mexique par 526 m de fond, et trois autres sont en cours de

construction (l 'une d'elles constituera le record du monde , avec

870 m de fond).

De notre trop courte revue, le lecteur aura retenu :

- l'aspect multidisciplinaire de cette technique,

- l ' impor t ance des ordres de g r andeu r (poids , d i m e n ­

sions, coûts) ,

- la rapide évolution vers les grandes profondeurs d'eau.

BULL WINKLE : le record du monde pour les plates-formes

fixes (installée en 1988 dans le golfe du Mexique)

P o i d s d u j a c k e t 4 5 0 0 0 t

P o i d s d e s p i les 1 7 0 0 0 t

P o i d s t o t a l i n s t a l l é 7 8 0 0 0 t

H a u t e u r d u j a c k e t 4 1 6 m

H a u t e u r t o t a l e y c o m p r i s

le r ig d e fo r age 4 9 2 m

D i m e n s i o n s d u j a c k e t à la b a s e 1 2 2 m x 1 4 6 m

D i a m è t r e d e s j a m b e s 3 m

E p a i s s e u r m a x i d ' a c i e r 1 3 3 m m