Ports et structures flottantes – Recherches et innovations

Session 1
Ports et structures flottantes – Recherches et innovations
Président
Dominique MICHEL,
Président du Groupement des Entreprises
Parapétrolières et Paragazières (GEP)
Rapporteur
Eric MOULINÉ
Chef du département DPMVN du CETMEF
De l'offshore pétrolier aux structures portuaires
Dominique MICHEL
Président du Groupement des Entreprises
Parapétrolières et Paragazières (GEP)
Digue de Monaco et urbanisation en mer
René BOUCHET, Principauté de Monaco
Le nouveau port de Monaco :
Défi scientifique et technique - Point de vue du maître d'œuvre
Michel VACHÉ, DORIS Engineering
Ports et structures flottantes :
Aspects hydrauliques (Murs d'eau, coefficient de transmission de la houle)
Modélisation physique
Etude expérimentale
et numérique de la réponse à la houle
d’une barge élastique
Guy FACON, OCÉANIDE
Bernard MOLIN, F. REMY, École Centrale de Marseille,
Guy FACON, OCÉANIDE,
A. LEDOUX, PRINCIPIA R.D.
Structures portuaires de nouvelle génération :
point de vue de l'entrepreneur
Les ouvrages alternatifs aux digues classiques
Les ouvrages flottants en béton de la rade de Lorient
Mega-float project :
prototype of floating port
and airport in Japan
Ports de plaisance flottants
Un nouveau concept de terminal offshore flottant
d’importation de Gaz
Terminal sur bouée : Transport de kérosène par navire
Bases navales flottantes :
les projets de l'US Navy et de la Marine Nationale
Pierre ARISTAGHES, SAIPEM-SA
Yann RENOUL, SOGREAH
Toshiki CHUJO, Shipbuilding Research Centre of Japon
Jean PÉPIN-LEHALLEUR, DORIS Engineering
Jean-Claude MESSAGER, Consortium GIFT
Thierry DAUDUIN,
Frédéric GOZLAN, Camille HUMBERT,
CCI de Nice Côte dAzur
Frédéric ROUGE, M. LE MAREC
Délégation Générale pour l'Armement
De l’Offshore Pétrolier aux Structures Portuaires.
Dominique MICHEL
Président
__________________________
Environ 30 % de la production mondiale d’hydrocarbures vient de gisements situés
en mer. L’offshore a commencé dans des zones à faible profondeur pour s’étendre
maintenant aux eaux profondes jusqu’à 2.000 / 3.000 mètres.
La première phase a constitué en l’extrapolation des techniques portuaires quand la
hauteur d’eau ne dépassait pas 20 ou 30 mètres. Elle a été suivie d’une phase où
l’industrie a fait preuve d’innovation et une nouvelle technologie est apparue que ce
soit des plates-formes fixes ou flottantes en acier ou en béton dans des zones plus
profondes. La Mer du Nord, par exemple, a été un champ d’expérimentation pour
toutes ces profondeurs. Quand on est loin des côtes ou pour d’autres raisons des
ports flottants qui stockent et expédient le pétrole brut ont été réalisés. Ces
techniques peuvent maintenant enrichir les techniques portuaires par un juste
retour des choses.
La digue semi-flottante de Monaco est un exemple probant de ce transfert de
technologie. L’exposé décrit ce transfert de l’offshore pétrolier aux structures
portuaires.
RB/mm
Le 8 novembre 2006
Journées scientifiques et techniques du CETMEF
Paris les 5, 6 et 7 décembre 2007
****
Digue de Monaco et urbanisation en mer
***
René BOUCHET, Ingénieur Général Honoraire
des Ponts et Chaussées
***
Conseiller Technique au Département de l’Equipement,
de l’Environnement et de l’Urbanisme
Le principal problème de Monaco, plus petit pays du monde après l’Etat
du Vatican, est le manque de place.
25 % de la superficie du pays (2 km²) ont été gagnés sur la mer.
Monaco n’est certes pas le seul pays à avoir dû s’étendre en mer pour
faire face à son développement. D’autres pays : Pays-Bas, Japon, etc, ont
gagné des surfaces bien plus considérables, mais ils ont pu le faire sans
dépasser, à ce jour, les profondeurs de - 20 m que le Japon a atteintes pour la
création de l’île artificielle supportant l’aéroport du Kansaï.
Monaco, il y a quarante ans, réalisait le nouveau quartier de Fontvieille
à l’abri d’une digue implantée dans des fonds de - 35 m.
Aujourd’hui, Fontvieille est complètement urbanisé.
Comment se développer dans des profondeurs plus importantes
encore, en respectant l’environnement marin ?
Le premier projet confronté à ce dilemme a été celui de la protection et
de l’extension du port historique de la Condamine, dont les nouveaux ouvrages
sont implantés dans des fonds atteignant - 55 m.
On sait que, dans des profondeurs d’eau importantes, l’ouvrage
classique est la digue dite : « mixte », composée de caissons en béton posés sur
un remblai sous-marin, dont la côte d’arase est fonction de la hauteur de la houle
de projet.
1
Mais, plus la profondeur d’eau augmente, plus la taille du remblai sousmarin croît. Dans notre cas, avec une profondeur d’eau de - 55 m, le remblai
aurait eu une largeur, à sa base, de l’ordre de 200 m. Or, à cette profondeur,
aucune énergie ne transite.
Pour remédier à ce que nous avons perçu comme une anomalie
économique et écologique, nous avons cherché à arrêter l’énergie des vagues là
où elle se trouve, c’est-à-dire, dans la partie supérieure du plan d’eau.
De longues études, sur modèle mathématique, puis en canal et en
bassin, nous ont conduits à un type d’ouvrage constitué de caissons larges, à fond
plat, faiblement immergés, dont la coupe est étudiée pour limiter les forces
cycliques agissant sur la masse d’eau située entre le fond du caisson et le fond de
la mer, en sorte qu’elle demeure pratiquement immobile, d’où le nom de « mur
d’eau fixe » donné à ce procédé.
La Digue de Monaco, et la contre-jetée qui lui est associée, constituent
la première application au monde de ce nouveau type d’ouvrage.
La deuxième novation a consisté, pour la conception et l’exécution des
ouvrages, à faire appel aux règles, techniques et méthodes de l’offshore pétrolier.
Le résultat final est un projet dont les divers éléments sont préfabriqués
en cale sèche, en dehors de Monaco, puis remorqués et mis en place, en limitant,
à la préparation des sols, les travaux à faire sur le site.
Au-delà du caractère très particulier de ces travaux, décrits dans le
DVD qui suit, quelles sont les observations et remarques de portée générale qui
peuvent être faites ?
Elles relèvent essentiellement, pour ce qui concerne le maître
d’ouvrage, de l’examen et de l’analyse des risques liés à cette réalisation, et de la
façon dont ils ont été appréhendés.
Sans être exhaustif, on citera :
-
les atteintes à l’environnement marin,
l’estimation des houles de projet,
l’estimation des forces exercées par les vagues sur les ouvrages,
la durabilité des bétons,
le comportement des sols de fondation.
urbanisation en mer, ou « de l’offshore pétrolier à l’offshore immobilier »
C’est en fonction de l’expérience de cette première réalisation qu’un
nouveau projet d’urbanisation en mer vient d’être lancé par le Gouvernement
Princier.
2
Elle doit permettre de retenir un groupement associant constructeurs,
promoteurs, financiers, maîtres d’œuvre, chargé de concevoir, étudier, réaliser et
commercialiser un programme d’environ 275 000 m² de surface développée de
planchers, dans le strict respect d’un cahier des charges établi par l’Etat.
L’enjeu sera de montrer qu’il est possible de concilier urbanisation en
mer et respect, voire enrichissement, de l’environnement marin.
La présentation qui suit, fait le point sur les diverses techniques
envisageables, souvent tirées de l’expérience pétrolière, en indiquant pour
chacune d’elles, les avantages et les inconvénients.
***
*******
***
3
6èmes Journées Scientifiques et Techniques du CETMEF
SESSION 1: Ports et Structures Flottantes
LE NOUVEAU PORT DE MONACO: Défi scientifique et technique - Point de vue du maître
d'œuvre
Par Michel VACHÉ, Directeur de l'Ingénierie DORIS ENGINEERING
RESUME DE LA PRESENTATION
La Principauté de Monaco désirant protéger le Port de la Condamine actuel et étendre sa
capacité de mouillage et d'accueil pour les navires de croisières de grande capacité a
envisagé différents scénarios de développement pour optimiser l'étendue du nouveau plan
d'eau abrité et les systèmes de protection, et minimiser les coûts d'investissement.
La profondeur des eaux à proximité de la côte étant rapidement croissante et la nature des
fonds marins étant relativement instable aux abords du port de la Condamine, des ouvrages
traditionnels en remblais se sont rapidement avérés économiquement non viables.
C'est alors, qu'en concertation avec DORIS, le service des travaux publics Monégasques a
examiné la possibilité de développer des solutions originales fixes ou flottantes dérivées des
techniques déployées en offshore depuis plusieurs décennies.
L'exposé s'attachera à décrire la problématique propre au site monégasque ainsi que la
durabilité des nouvelles installations; à exposer les solutions imaginées et à développer le
schéma retenu….
Les défis scientifiques et technologiques seront évoqués et les différents aspects novateurs
seront illustrés et discutés du point de vue du concepteur et du maître d'œuvre.
6èmes Journées Scientifiques et Techniques du CETMEF
SESSION 1: Ports et Structures Flottantes
ASPECTS HYDRAULIQUES (Murs d’eau, coefficients de transmission de la houle) –
Modélisation physique
Par Guy FACON, Directeur Général d’ OCEANIDE
RESUME DE LA PRESENTATION
La conception des ouvrages de protection portuaires ces dernières décennies a
considérablement évoluée. L’on est passé de digues classiques (enrochements, quais) à des
ouvrages plus sophistiqués (caisson absorbeurs, digues flottantes, digue sur pieu,…).
Pour dimensionner ces ouvrages tant d’un point de vue hydrodynamique que structurelle, les
approches numériques ne suffisent pas (effets non linéaires importants,…).
Des essais sur modèle physiques sont donc menés en phase conception et en phase étude
de détails des projets afin de valider les performances hydrauliques (coefficients de
transmissions, ;..), et de déterminer les efforts hydrodynamiques (efforts globaux et
locaux,…) de ce type d’ouvrage.
Sur la base de projets réels, Océanide présentera la méthodologie de ces essais et leur
intégration dans le cadre d’un projet. Seront également discutés les incertitudes liés à ce
type de modélisation physique (effets d’échelle,…).
Etude expérimentale et numérique de la réponse
à la houle d’une barge élastique
1
1
2
3
B. Molin , F. Remy , G. Facon , A. Ledoux
1
Ecole centrale de Marseille, 13451 Marseille cedex 20
2
Océanide, BP 63, 83502 la Seyne sur mer
3
Principia R.D., Athélia 1, 13705 la Ciotat cedex
Les grandes structures flottantes, comme les FPSO de l’offshore pétrolier, se déforment
quelque peu sous l’action des vagues. C’est un problème qui se pose aussi avec acuité dans les
nombreux projets d’aéroports flottants et autres VLFS (’Very Large Floating Structures’).
Un effort est en cours pour étendre les modèles classiques de tenue à la mer, qui supposent un
mouvement de corps rigide, à la prise en compte des modes élastiques de déformation. La
validation de ces développements nécessite des mesures expérimentales.
On présente ici les résultats d’une campagne expérimentale, réalisée dans le bassin de génie
océanique FIRST, dans le cadre du GIS-HYDRO. La maquette consiste en une succession de
douze caissons indépendants, reliés au niveau de leur pont par une tige d’acier. Elle est soumise à
des houles régulières et irrégulières, d’incidences variables. Des comparaisons sont présentées
avec des résultats de calcul obtenus avec le code DIODORE de Principia, récemment étendu au
calcul de la tenue à la mer de structures déformables.
6èmes Journées Scientifiques et Techniques du CETMEF
SESSION 1: Ports et Structures Flottantes
LES OUVRAGES ALTERNATIFS AUX DIGUES CLASSIQUES
Par Pierre ARISTAGHES – SAIPEM-SA
RESUME DE LA PRESENTATION
Les digues assurent classiquement la fonction de protection du plan d’eau portuaire. Leur
conception est intimement liée aux profondeurs d’eau, au degré d’exposition aux houles, aux
conditions géotechniques et aux matériaux disponibles. Il y a une vingtaine d’années, on
distinguait schématiquement les digues à talus et les digues verticales, dont les domaines
d’application optimaux étaient fonction des quatre critères précédents. L’évolution de ces
digues classiques a porté sur un dimensionnement plus fiable via une meilleure
connaissance des phénomènes affectant leur stabilité et leur niveau de franchissement, et
sur le développement des carapaces monocouche, et plus récemment des digues
dynamiquement stables.
Les facteurs qui ont conduit à s’écarter des digues classiques sont schématiquement :
l’intégration de fonctions urbanistiques, qui ont conduit notamment à de nouvelles
formes plus efficaces en termes de contrôle des franchissements, et à des concepts
intégrant les aspects structurels et hydrauliques,
la prise en compte de l’environnement, conduisant à privilégier dans certains
contextes des ouvrages en caissons, dans d’autres des ouvrages dérivés des brise-clapots
flottants,
le besoin d’implantation par grande profondeur, où les digues classiques entrent en
compétition avec les ouvrages perméables.
Ces problématiques nouvelles ont suscité des réalisations innovantes ainsi que des
concepts en attente d’application.
6èmes journées scientifiques et techniques du CETMEF
Thème 1 : Ports et structures flottantes
Les ouvrages flottants en béton de la rade de Lorient
Yann RENOUL
SOGREAH CONSULTANTS, 8 Avenue des Thébaudières, BP 232, 44815 Saint-Herblain
Cedex, Tél. : 02 28 09 18 00, [email protected]
La rade de Lorient est un site privilégié pour aborder le thème des pontons flottants en béton
armé, car elle a vu se développer de multiples projets depuis une vingtaine d’années.
Le site étant protégé des houles du large, les pontons flottants sont principalement soumis
aux effets des vagues d’étrave des navires et des clapots levés sur des fetchs locaux. Les
conditions d’agitation que l’on y retrouve correspondent ainsi tout à fait aux gammes
d’utilisation des brise-clapots flottants (Hs < 1,0 m et T < 4,0 s).
La collaboration entre maîtres d’œuvre, entreprises et bureaux d’études a permis des
progrès importants, tant dans la mise au point de méthodologies d’études adaptées aux
configurations propres à chaque site, que dans l’optimisation des principes de construction.
L’amélioration des performances des pontons flottants a permis d’une part l’implantation
dans des sites de plus en plus exposés, et d’autre part la généralisation d’utilisations mixtes
brise-clapots/accostage/amarrage ; ceci en satisfaisant aux dispositions réglementaires de
plus en plus sévères en termes de protection de l’environnement.
Les évolutions techniques sont présentées à travers des exemples de réalisation, depuis la
construction de brise-clapots flottants au port de plaisance de Kernevel en 1987, jusqu’à
l’extension du port de plaisance de Sainte-Catherine en 2004.
MEGA-FLOAT PROJECT : PROTOTYPE OF FLOATING PORT AND AIRPORT IN
JAPAN
Shipbuilding Research Centre of Japan
Toshiki CHUJO
Responding potential demand on large floating structures to utilize space on the sea in
an environmentally friendly manner, R/D project “Mega-Float”, a large floating structure
which may be applied to various purposes such as floating airport and floating harbour
facilities, has been carried out from 1995 to 2000. Japan has established a construction
technology to be applicable to various actual structures and verified its functions
especially for an airport.
In the final phase of the project, an experimental floating airport (L: 1.000m x B: 120m
(max) x D: 3m) was constructed in Tokyo Bay. Sufficient landing and taking-off
experiments by actual planes were successfully conducted to verify its availability as an
airport. Using the outcomes of R/D, the Shipbuilding Research Centre of Japan (SRC)
proposed a detailed design for the Tokyo International Airport (Haneda) expansion
project, on which the Japanese Government called for bids in 2004. The floating runway
in the design was about L: 3.100m x B: 540m(max) x D: 20m.
Mega-Float technology we have acquired through the project can be potentially applied
to various facilities, such as container terminals or LNG re-gasification terminals. The
SRC is studying those models expecting positive application to port facilities in the world.
PROJET “MEGA-FLOAT” : PROTOTYPE DE PORT ET D’AEROPORT FLOTTANTS AU
JAPON
Centre de recherche de construction navale JAPON
Toshiki CHUJO
Le projet de recherche et de développement « Mega-Float », mené de 1995 à 2000,
permet de répondre à la demande potentielle sur les ouvrages importants flottants,
utilisés pour gagner de l’espace sur la mer tout en respectant l’environnement. Un
ouvrage important flottant peut servir à diverses intentions comme un aéroport flottant ou
des équipements portuaires flottants. Le Japon a établi une technologie de construction
qui peut être appliquée à divers ouvrages réels et a vérifié ses fonctionnalités en
particulier pour un aéroport.
Lors de la phase finale du projet, un aéroport expérimental flottant (L: 1.000m x B: 120m
(max) x D: 3m) a été construit dans la baie de Tokyo. Suffisamment de décollage et
d’atterrissage expérimentaux ont été menés avec succès pour vérifier qu’il assurait bien
sa fonction d’aéroport.
En utilisant les résultats du projet de R&D, le centre de recherche de construction navale
du Japon a proposé un dimensionnement détaillé du projet d’extension de l’aéroport
international de Tokyo (Haneda), pour lequel le gouvernement japonais a fait un appel à
d’offre en 2004. La plate-forme flottante de projet faisait environ L: 3.100m x
B: 540m(max) x D: 20m.
La technologie « Mega Float » que nous avons acquise au cours de ce projet peut être
potentiellement appliquée à d’autres équipements, tels qu’un terminal conteneurs ou un
terminal gaziers LNG. Le centre de recherche de construction navale est en train
d’étudier ces modèles en espérant des applications positives aux équipements
portuaires dans le monde.
PROJET “MEGA-FLOAT” : PROTOTYPE DE PORT ET D’AEROPORT FLOTTANTS AU
JAPON
Centre de recherche de construction navale JAPON
Toshiki CHUJO
Le projet de recherche et de développement « Mega-Float », mené de 1995 à 2000,
permet de répondre à la demande potentielle sur les ouvrages importants flottants,
utilisés pour gagner de l’espace sur la mer tout en respectant l’environnement. Un
ouvrage important flottant peut servir à diverses intentions comme un aéroport flottant ou
des équipements portuaires flottants. Le Japon a établi une technologie de construction
qui peut être appliquée à divers ouvrages réels et a vérifié ses fonctionnalités en
particulier pour un aéroport.
Lors de la phase finale du projet, un aéroport expérimental flottant (L: 1.000m x B: 120m
(max) x D: 3m) a été construit dans la baie de Tokyo. Suffisamment de décollage et
d’atterrissage expérimentaux ont été menés avec succès pour vérifier qu’il assurait bien
sa fonction d’aéroport.
En utilisant les résultats du projet de R&D, le centre de recherche de construction navale
du Japon a proposé un dimensionnement détaillé du projet d’extension de l’aéroport
international de Tokyo (Haneda), pour lequel le gouvernement japonais a fait un appel à
d’offre en 2004. La plate-forme flottante de projet faisait environ L: 3.100m x
B: 540m(max) x D: 20m.
La technologie « Mega Float » que nous avons acquise au cours de ce projet peut être
potentiellement appliquée à d’autres équipements, tels qu’un terminal conteneurs ou un
terminal gaziers LNG. Le centre de recherche de construction navale est en train
d’étudier ces modèles en espérant des applications positives aux équipements
portuaires dans le monde.
6èmes Journées Scientifiques et Techniques du CETMEF
SESSION 1: Ports et Structures Flottantes
PORTS DE PLAISANCE FLOTTANTS
Par Jean PEPIN-LEHALLEUR, Directeur Général Délégué de DORIS ENGINEERING
RESUME DE LA PRESENTATION
La navigation de plaisance est en pleine expansion et il y a une forte demande pour des
places à quai. La plupart des ports existants sont difficilement extensibles et il y a peu
d’emplacements le long du littoral pour la création de nouveaux ports. La situation est
particulièrement aiguë en France et en Méditerranée.
Les ports de plaisance flottants apportent une réponse possible à ce problème et pourraient
être déployés assez facilement avec un impact réduit sur les infrastructures existantes et sur
l’environnement.
De tels ouvrages pourraient être construits en béton précontraint ou en acier (construction
navale).
L’exposé présentera des concepts envisageables par des vues et plans généraux typiques,
Illustrant :
-des concepts de port flottant type « lagon », avec possibilité de parking à voitures, grâce à
une passerelle d’accès
-Un concept de « bateau-port », de mise en œuvre plus légère, éventuellement pour une
exploitation saisonnière.
« GIFT » :
UN TERMINAL FLOTTANT POUR L’IMPORTATION DU GNL
Par
Jean PÉPIN-LEHALLEUR et Jean-Claude MESSAGER
DORIS Engineering
SOMMAIRE
Le concept « GIFT » concerne un terminal flottant destiné à décharger les méthaniers en mer ouverte,
à stocker, vaporiser et expédier le gaz naturel à terre par un gazoduc sous-marin. Le terminal est
orientable par des propulseurs transversaux et équipé de jupes horizontales, afin de créer une zone
calme permettant l’amarrage des méthaniers à couple. Le projet est réalisé avec un financement de la
Commission Européenne.
SUMMARY
The « GIFT » concept concerns an offshore floating terminal designed to offload LNG carriers, to
store, vaporize and send natural gas to shore through a sub-sea pipeline. The terminal can be oriented
by transversal thrusters and is fitted with horizontal skirts, in order to create a sheltered area on the
leeside of the terminal, allowing berthing the LNG carriers alongside. The project is financed by the
European Commission.
R:\651873\Users\messagej\dissemination and conferences\conferences\CETMEF le 6 decembre 2006\DGD-01381rev2 Mémoire DE pour
GIFT.doc
DGM-01381/page 2
1. PRÉSENTATION GÉNÉRALE :
Introduction et problématique
1.1 Introduction
Le concept « GIFT » (pour « Gas Import
Floating Terminal ») concerne un terminal
flottant destiné à décharger les méthaniers en
mer ouverte, à stocker et vaporiser le gaz
naturel, puis à l’expédier à terre par un
gazoduc sous-marin. Le concept est
actuellement développé sur les bases
suivantes :
•
Dimensions : 410 m x 55 m x 43 m
•
Réception des méthaniers : jusqu’à 250 000
m3 de capacité
•
Stockage de GNL : 350 000 m3 net (6
cuves de 60 000 m3)
•
Déchargement : jusqu’à 24 000 m3/h (2 x 5
bras de 20")
•
Export de gaz : 8 milliards m3/an sous 80
bars
1.2 Problématique
Les projets de terminaux offshore (fixes ou
flottants) qui voient le jour sont une réponse
aux difficultés rencontrées pour l’implantation
de nouveaux terminaux classiques à terre :
besoins de grands espaces, trafic portuaire,
sécurité, réticence des riverains (syndrome
NIMBY – Not In My Backyard = pas dans mon
jardin).
Mais les terminaux offshore sont par nature en
mer ouverte, ce qui limite leur disponibilité
pour l’accostage et le déchargement des
méthaniers.
L’innovation du concept GIFT consiste à
orienter le terminal par des propulseurs
transversaux de façon à créer une zone
protégée pour l’approche, l’accostage et
l’amarrage du méthanier le long du terminal
(voir illustration du principe).
D'autre part, le GIFT est équipé de jupes
horizontales qui contribuent à réduire
l’agitation dans cette zone protégée, et de plus,
agissent en quille anti-roulis.
2. GÉNESE DE LA CONCEPTION
2.1 Etat de l’art
L'état de l'art actuel concernant les terminaux
d'importation de GNL reste limité, mais de
nombreux développements sont en cours. On
peut citer :
- Le système "ENERGY BRIDGE" installé
dans 90 m d'eau au large de la Louisiane
consistant en un méthanier de 138 000 m3 de
capacité qui se connecte sur une bouée sousmarine de type STL pour vaporiser et expédier
le gaz à terre. La vaporisation du gaz est
assurée par la vapeur de la chaudière et/ou
l'eau de mer. La capacité de vaporisation est
de 5 milliards de m3/an.
Un autre site sur la côte Atlantique est prévu
sous peu.
Il y a deux unités en préparation et deux en
construction.
Cette conception particulière de méthaniers
spéciaux qui sont essentiellement conçus pour
des livraisons "spot" sur les bouées. Le
méthanier reste captif quelques jours lors de la
vaporisation du gaz et doit se déconnecter de la
bouée par mauvais temps.
- Un terminal au large de Livourne (Italie),
en cours de construction, réalisé à partir d'un
méthanier réformé à 5 réservoirs sphériques,
équipé d'un système de vaporisation utilisant la
vapeur de la chaudière existante. La capacité
d'export est de 2,75 milliards de m3/ an sous 85
bar. Le terminal est équipé d'un touret sur
l'avant et d'un propulseur transversal. La
DGM-01381/page 3
profondeur est de 110 m. Les méthaniers sont
accostés bord-à-bord. L'export de gaz est par
un gazoduc sous-marin de 400 mm de
diamètre.
Etant donné les dimensions, ce terminal ne
peut opérer que dans un site favorable du point
de vue météo-océanique.
cuves : ce touret a finalement été positionné
entre la première et la seconde cuve.
-
Le problème du ballotement (sloshing) GNL
dans les cuves à membranes partiellement
remplies est à étudier car, dans un premier
abord, on pourrait avoir des cuves
partiellement remplies au-delà des limites
imposées par les sociétés de classification pour
les méthaniers à la mer (pour le DNV :
remplissage supérieur à 80 % ou inférieur à 10
%). Cependant, on prendra en compte le fait
que le GIFT est pratiquement face à la houle
en cas de mauvais temps et roule peu.
Enfin, une gestion appropriée de la répartition
de la cargaison pourrait être faite par transfert
entre cuves en cas d'annonce de mauvais
temps. (Voir plus loin les remarques sur le
système de ballastage)
D’autres projets sont en cours d'études :
ƒ Projet BROADWATER ENERGY (par
SHELL) avec une coque stockant 300 000 m3,
connectée et tournant autour d'une structure
fixe dans 30 m d'eau près de New York (Long
Island Sound), la capacité de vaporisation
serait de 10 milliards de m3/an.
ƒ Projet
CABRILLO
PORT
(BHPBILLINGTON) avec une coque de 3 réservoirs
sphériques (capacité : 273 000 m3), équipée
d'un touret, dans 850 m d'eau, au large de la
Californie.
2.2 Développement du projet
Le projet GIFT est basé sur la possibilité de
recevoir les méthaniers classiques à couple (à
bâbord ou à tribord). Les premières études ont
montré que les dimensions du terminal
devaient être grandes (stockage supérieur à
300 000 m3, longueur supérieure à 400 m) pour
être efficace.
La particularité du concept GIFT repose sur la
possibilité d’orienter le terminal par des
propulseurs transversaux et l’utilisation de
jupes horizontales au niveau de la quille pour
créer une zone plus calme pour l’accostage et
l’amarrage du méthanier. Cette idée est une
extrapolation du concept de la digue semiflottante du port de Monaco, avec des jupes
horizontales qui ont prouvé leur efficacité pour
cette application.
Le touret ("turret" en anglais") doit être
suffisamment à l'avant pour assurer une
stabilité en lacet et un compromis dû être
trouvé entre cette stabilité, la puissance des
propulseurs transversaux et la disposition des
Les jupes horizontales ne doivent pas interférer
avec le méthanier accosté et leur largeur a été
limitée à 5 m, correspondant à celles des
défenses télescopiques d'accostage.
Le transfert de GNL par des bras articulés
récemment développés par les principaux
fournisseurs (bras de 20", avec système de
guidage pour les connections malgré les
mouvements relatifs du méthanier et du GIFT)
ne semble pas être critique, contrairement à ce
qui était craint au début de la conception.
Plusieurs aspects ont été affinés pendant la
première partie des études et il apparaît que,
contrairement à ce qui était imaginé au début,
les opérations d’approche et d’accostage du
méthanier avec l’aide des remorqueurs soient
le cas le plus critique par rapport aux
conditions océano-météo, du fait des
remorqueurs. Le résultat des études de
simulation d'accostage pour plusieurs scénarios
de conditions météo-océaniques permettra de
connaître la limite pratique de ces opérations
d'approche et d’accostage, ce qui détermine la
disponibilité du GIFT pour des telles
DGM-01381/page 4
opérations suivant le site d’opération. Une
disponibilité moyenne de 90 % serait
satisfaisante.
moment quasi-constant dans la poutre-navire
aussi bien en exploitation qu’en phase
d’inspection ou de réparation d'une cuve.
3. DESCRIPTION ET PERFORMANCES
Le mode d'opération à tirant d'eau constant
permet aussi de réduire le débattement vertical
requis pour les bras de déchargement de GNL.
3.1 Dimensions générales
Le projet est développé sur les bases
suivantes :
•
•
•
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•
•
•
•
•
•
•
•
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•
•
Longueur hors tout : 410 m
Largeur coque : 55 m
Creux (au port principal) : 37.75 m
Hauteur (toit des réservoirs) : 41.75 m
Jupes horizontales : 5 m de large
Déplacement : 335 000 tonnes
Tirant d'eau : 16 m
Capacité de stockage : 350 000 m3 net (6
cuves de 60 000 m3)
Capacité de vaporisation : 8 milliards de
m3/an
Capacité de réception : 25 000 m3/h
Quartier-vie pour 70 personnes
Propulseurs transversaux : 3 en service, 1
ou 2 en réserve, de 10 MW chaque
Puissance électrique installée : 50 MW
Mouillage : 16 chaînes de 152 mm longueur unitaire : 1 240 m dans 75 m
d’eau
La durée de vie : 25 ans sur site, sans
passage en cale sèche
3.2 La coque
La coque a un poids 90 000 tonnes (hors
équipement) et présente des formes simples à
construire.
Des compartiments de ballast sont disposés de
chaque côté sur toute la longueur. Le principe
d'opération choisi étant de rester à tirant d'eau
pratiquement constant, la capacité des
réservoirs de ballast est égale au poids de la
cargaison dans la cuve de la même tranche.
Ceci permet une répartition quelconque du
remplissage des cuves en conservant un
La coque présente un double fond servant
également de ballast et dans lequel circulent
des tuyauteries de service pour l’ensemble des
compartiments de ballast.
Tous les compartiments sont vidangeables et
inspectables en mer.
Les dimensions hors tout de la coque sont
compatibles avec les grandes cales sèches des
principaux chantiers navals mondiaux.
Le touret, autour duquel pivote la coque du
GIFT, est connecté au mouillage. Ce touret est
à deux paliers, d'une conception similaire à
celle du FPSO "FARWAH" mis au point et
fourni par DORIS Engineering dans le cadre
du projet libyen.
Le palier supérieur formé pour un roulement à
3 rouleaux de grandes capacités, d'un diamètre
de 4 m environ, couramment disponible dans
l'industrie. Ce palier supérieur supporte
essentiellement des efforts verticaux (environ
20 000 kN).
Le palier inférieur (palier lisse à patins en
matière plastique) s'appuyant sur anneau
recouvert d'inconel (chargé par soudure et
poli). Ce palier ne transmet que les efforts
horizontaux (jusqu'à 70 000 kN) du mouillage.
Ce palier est lubrifié à l'eau de mer
environnante et ne nécessite aucun entretien. Il
est situé au niveau de la quille et donc transmet
les efforts de mouillage avec un minimum de
renforcements structurels.
La partie basse du touret constitue la table
d'ancrage où sont situés les stoppeurs de
DGM-01381/page 5
chaines. Ceux-ci sont pivotants dans le plan
vertical. Lors de la connexion du GIFT au
mouillage pré-installé, les chaines sont tirées à
travers les stoppeurs par un treuil situé sur le
pont (ou sur le touret). Ce treuil pourra être
utilisé pour des retensionnements ou
changement de chaines pendant l'exploitation.
Le touret supporte également les joints
tournants à sa partie supérieure, par lesquels
est fourni le gaz sous pression de 80 bars. Il est
prévu deux joints tournants (un en réserve)
avec les vannes d'isolement et de sécurité. Le
gaz est exporté par deux ou trois flexibles de
400 mm de diamètre, fonctionnant en parallèle,
suspendus au touret et connectés au gazoduc
d'export (diamètre : 750 mm) via un « PLEM »
(pipeline and manifold) avec des vannes sousmarines d'isolement. Ces flexibles d'export
imposent une excursion maximale du GIFT
égale à 30 % de la profondeur (soit + ou –
22,5 m), ce qui constitue un élément
déterminant dans le dimensionnement du
mouillage.
permettant la circulation du personnel lors de
la manutention des aussières.
- Un ensemble de bras de déchargement (4
bras de 20” pour le GNL, plus un bras de 20”
pour le retour de la vapeur) pour une capacité
maximale de 24 000 m3/h, prévus pour les
méthaniers les plus gros (250 000 m3 de
capacité).
Ces bras sont spécialement conçus pour une
application offshore avec un déchargement
accru et sont munis d’un système de guidage
par câble à tension constante pour leur
connexion au manifold du méthanier malgré
les mouvements propres de ce dernier (+ 7 m
en horizontal, + 3m en vertical concomitants).
En alternative aux bras, on peut envisager des
flexibles cryogéniques qui font l’objet de
développement en cours.
3.4 Equipements de Production et Utilités
3.3 Amarrage et Déchargement des
Méthaniers
Les équipements de production sont disposés
sur le pont au-dessus des cuves et sont
regroupés en modules. Ils comprennent :
Le terminal GIFT est équipé pour recevoir les
méthaniers sur l'un ou l'autre bord, le choix
étant déterminé par les directions relatives du
vent et des vagues, si ces éléments ne sont pas
colinéaires.
- Le système de cargaison GNL, avec
pompes (2 plus 1 en réserve) pour chaque
cuve, système de re-compression des vapeurs
(«Boil-Off Gas»), et auxiliaires, similaires à
ceux d’un méthanier.
Les postes d'amarrage et de déchargement
comprenant donc pour chaque bord :
- Le système de vaporisation comprenant des
pompes HP (6 plus 1 en réserve), un ballon de
ré-incorporation
des
vapeurs
et
les
vaporisateurs. Pour ces derniers, plusieurs
alternatives sont à l’étude :
- un ensemble de défenses télescopiques
(capacité unitaires, 3 700 kN, course 1.65 m)
dimensionnées suivant les règles de SIGTTO
(Society of International for Tanker and
Terminal operations) pour les méthaniers.
- un caisson périphérique reliant les
structures des défenses et supportant des points
d’amarrage avec crocs à largage rapide et
™ Soit des vaporisateurs à ruissellement
(ORV’s = open rack vaporisers) comme les
terminaux à terre : l’eau de mer ruisselle à
l’extérieur de ces échangeurs à plaques et
réchauffe le GNL pour le vaporiser.
DGM-01381/page 6
Cependant, le type de vaporisateur reste à
qualifier pour un objet flottant (les
mouvements dus à GIFT sont très faibles).
™ Soit des vaporisateurs à échangeurs à
tubes, avec un fluide intermédiaire (propane ou
eau glycolée) (IFV’s : intermediate fluid
vaporisers), l’apport des calories étant assuré
par la récupération de chaleur sur les
échappements des générateurs (moteurs à gaz,
turbines à gaz) et/ou par des chaudières
auxiliaires.
- Le système de torches : les torches sont
situées sur l’étrave, de façon à être les plus
éloignées possibles des quartiers situés sur
l’arrière. Elles sont dimensionnées pour
couvrir tous les cas de dysfonctionnement des
systèmes (arrêt des compresseurs de boil-off,
retour des vapeurs lors d’un déchargement,
« roll-over » dans une cuve, …).
Les utilités comprennent :
- La génération électrique soit par moteurs à
gaz dans les salles de machine sous les
quartiers, comme pour les méthaniers à
propulsion électrique, soit par turbines à gaz
situées sur le pont principal.
Ces machines fonctionnent au gaz vaporisé à
partir du GNL pris sur la cargaison : un
réservoir tampon de GNL sur le pont est prévu
de façon à éviter de perturber la gestion de la
cargaison. La consommation de gaz pour la
génération électrique correspond à 0,5 à 1 %
de la production.
- Les systèmes auxiliaires d’azote, de ballast,
d’eau de mer et d’incendie.
3.5 Aspects Sécurité
Le DNV, membre du consortium du projet
GIFT, est chargé plus particulièrement des
études de sécurité, primordiales pour une telle
installation. Les organismes de certification ont
tous des recommandations
pleinement à GIFT.
s’appliquant
Des études d’identification des risques
(HAZID) ont été réalisées pour permettre
l’élaboration du projet ; entre autres, les
aspects particuliers comme le torchage , les
fuites de GNL sur le pont, les collisions, et le
ballotement («sloshing») dans les grandes
cuves ont été revus.
Le cas le plus critique concerne le méthanier
qui serait amené à déconnecter en urgence,
étant partiellement vide et se retrouvant alors
en mer ouverte.
3.6 Performances
Le critère fondamental est la disponibilité du
terminal pour recevoir des méthaniers (en
moyenne un déchargement par semaine). Cette
disponibilité dépend du site (5 zones dans le
monde ont été identifiées), de la conception du
terminal et des remorqueurs.
Le concept GIFT vise une disponibilité
moyenne de 95% pour le Golfe du Mexique et
en Méditerranée et 90% dans des zones à
environnement plus sévère.
Les phases d’approche et d’accostage semblent
les plus critiques, essentiellement à cause des
performances des remorqueurs. Toutefois, des
études et simulations sont en cours et semblent
confirmer que des conditions Hs = 3 m sont
acceptables en orientant convenablement le
terminal GIFT.
DGM-01381/page 7
3.6.1
Comportement de GIFT seul
Les études confirmées par les essais en bassin
ont montré que le GIFT, du à sa grande taille, a
des mouvements extrêmement réduits.
En effet:
• Pour les conditions de mer extrêmes
(ouragan du Golfe du Mexique)
correspondant à des houles de plus de 20m
de creux, GIFT peut faire des embardées
de ±40 degrés par rapport aux vagues et:
¾ Son roulis reste inférieur à ± 3degrés
¾ Son tangage reste inférieur à ± 4degrés
•
Pour les conditions de mer opérationnelles
limitées à 3m de Hs (creux de 6m), GIFT
est orienté grâce à ces propulseurs latéraux
jusqu’à 60 degrés par rapport à la houle,
et:
¾ Son roulis reste inférieur à ± 0.5degrés
¾ Son tangage reste inférieur à ± 1degrés
3.6.2
Influence des jupes horizontales
Les jupes horizontales de 5m permettent de
réduire les mouvements de roulis en décalant la
période propre de 17.5sec à 20 sec et en
rajoutant de l’amortissement, comme le montre
la figure 4.
3.6.3
Agitation dans la zone protégée
Les simulations numériques utilisant le logiciel
DIODORE et les essais en bassin ont permis
de déterminer la hauteur des vagues dans la
zone protégée pour différentes orientations du
terminal. Lorsque la proue de GIFT est
orientée à 60 degrés par rapport aux vagues
(incidence de 120 deg), la protection du plan
d’eau est optimale. Comme le montre la figure
5 , dans un état de mer multi-directionnel
développé, le facteur d’agitation résiduelle
derrière le terminal est égal à:
• 0.20 à une distance de 50m de GIFT
• 0.35 à une distance de 200m de GIFT
• 0.50 à une distance de 400m de GIFT
• 0.65 à une distance de 600m de GIFT
3.6.4
Simulation
d’approche
des
manœuvres
Du fait de la petite taille des remorqueurs (par
rapport à GIFT et aux méthaniers), ceux-ci
sont sensibles aux vagues et ne peuvent plus
travailler dans des mers supérieures à :
• 2.5m de Hs pour les remorqueurs
escorteurs
• 1.5m de Hs pour les remorqueurs
pousseurs qui assurent l’approche finale du
méthanier sur le terminal
L’originalité du concept GIFT consiste à
utiliser ses propulseurs latéraux arrières pour
l’orienter par rapport aux environnements
(houle et vent) comme le montrent les figures 2
et 3.
Le méthanier approche ainsi dans le vent et la
houle à vitesse réduite (1, 5 nœuds), assisté si
besoin des deux (2) remorqueurs escorteurs
déjà connectés, et entre dans la zone protégée
de la houle avec sa propre propulsion. Lorsque
le méthanier arrive à environ une longueur de
navire de GIFT, il effectue sa rotation pour se
mettre parallèle à GIFT aidé si besoin par les
escorteurs. Ensuite les deux (2) remorqueurs
pousseurs viennent se positionner derrière le
méthanier et sont alors doublement abrités des
vagues et du vent par le terminal et le
méthanier pour pousser le méthanier contre le
terminal. La figure 5 illustre l’approche du
navire GNL.
Il est à noter que du fait de sa grande taille, le
navire GNL est alors protégé du vent comme le
montre les figures 6, 7 et 8, facilitant de façon
significative les manœuvres de poussée des
remorqueurs pousseurs.
De nombreuses simulations numériques de
manœuvre d’approche, de départ, de cas
d’avarie du méthanier ont permis d’optimiser
les procédures d’approche et de déterminer les
conditions environnementales limites pour ces
manœuvres.
Les principales conclusions sont :
• L’approche oblique du méthanier lorsque
GIFT est orienté à 60 degrés par rapport à
la houle (incidence 120 degrés sur les
figures) est la procédure d’approche
optimale car elle permet une approche
lente et contrôlée tout en permettant aux
remorqueurs d’opérer dans des conditions
de mer protégées. (voir figure 5)
• Naviguant contre le vent et la houle, le
méthanier contrôle son approche avec une
DGM-01381/page 8
•
vitesse inférieure à 1.5 nœuds, ce qui lui
permet de se laisser dériver avec ou sans
l’aide des remorqueurs dans la direction
opposée de GIFT en cas d’avarie.
Les conditions de mer limites pour les
procédures d’approche et le départ du
méthanier sont égales à 3m de Hs dans un
état de mer développée de période 9s et
2.5m de Hs dans un état de mer de houle
du large de période 12sec
La figure 9 illustre la manœuvre
d’approche dans l’état de mer limite de 3m
de Hs
3.6.5
Essais en bassin
Deux campagnes d’essai en bassin ont été
réalisée au bassin FIRST opéré par
OCEANIDE à la Seyne sur mer près de
Toulon :
•
Première campagne d’essais courant Juillet
2005: terminal seul en conditions de survie
(Hs=12.6m) et opérationnelles (Hs=4m)
Les objectifs des ces essais étaient de
confirmer l’ancrage de GIFT ainsi que ses
faibles mouvements de pilonnement, roulis
et tangage, et de valider/calibrer les calculs
numériques.
•
CAT (Chantiers de l’Atlantique), LMC
(London Marine Consultant), et DNV (Den
Norske Veritas).
Les études et essais en bassin sont financés
partiellement par l’Union Européenne, avec un
budget de 3,2 M € sur une durée de 2 ans
(2005-2006), et couvrent : la conception de la
coque, du touret, des moyens d’accostage ; les
études hydrodynamiques ; les essais en bassin
(terminal seul et terminal avec méthanier
accosté), les efforts de mouillages et les
mouvements du terminal, les aspects sécurité,
règlements et certification. Plusieurs opérateurs
(TOTAL, SHELL, GDF, GAZOCEAN) ont
montré leur intérêt pour ce projet et suivent
activement son développement.
5. ANNEXES
5.1 Vue générale (3D)
Deuxième campagne d’essais courant Mars
2006: méthanier amarré à GIFT dans des
conditions
de
mer
opérationnelles
(Hs=2.5m)
Les objectifs des ces essais étaient de
confirmer l’amarrage du méthanier sur le
terminal ainsi que les défenses d’accostage
et de valider/calibrer les calculs
numériques.
Les objectifs de ces essais ont été atteints.
Les figures 10 et 11 montrent un aperçu
des ces essais en bassin.
4. ORGANISATION DU PROJET
Le projet GIFT est actuellement développé par
un
consortium
comprenant
DORIS
Engineering (Concepteur et coordinateur),
NTUA (Université Technique d’Athènes),
Figure 1 – Vue générale (3D)
DGM-01381/page 9
5.3 Influence des jupes sur le roulis de GIFT
5.2 Principe d’opération du GIFT
Mé
tha
Terminal GNL
Fonction de transfert en roulis
nie
r
Comparaison avec jupes de 5m (J=5) / sans jupes (J=0)
J=5 90 deg
5.0
Conditions operationelles
J=5 90 deg
J=5 120 deg
J=0 120 deg
Conditions extrêmes
4.5
4.0
3.5
RAO (deg/m)
GIFT
40°
90 deg
3.0
120 deg
2.5
2.0
1.5
SECTEUR DU
VENT ET DU
COURANT
Inc. 150 degrés
Inc. 120 degrés
= Direction
principale des
vagues
Figure 2 – Orientation de GIFT par rapport aux
environnements
1.0
0.5
0.0
5
10
15
20
25
30
Période (sec)
Figure 4 – Influence des jupes sur le roulis de GIFT
5.4 Effet brise houle de GIFT
Hs=0.80m
Hs=1.0m
Hs=0.65m
Figure 3 – Principe d’opération du GIFT
Hs=0.50m
Hs=0.35m
Houle multi directionnelle de
direction principale 120 degrés
Figure 5 – Effet brise houle de GIFT
35
DGM-01381/page 10
5.5 Effet brise vent de GIFT
5.6 Illustration d’une manœuvre d’approche
Figure 6 – Vue en plan du méthanier
derrière GIFT
Direction du vent
Figure 7 – Effet brise vent de GIFT à 120 degrés
d’incidence
Direction du vent
Figure 8 – Effet brise vent de GIFT à 150 degrés
d’incidence
Figure 9 – Manœuvre d’approche dans les
conditions de mer limites (Hs=3m à 120
degrés, Vent=14m/s et Courant =0.4m/s à
150 degrés)
DGM-01381/page 11
5.7 Vue des essais au bassin BGO-FIRST
5.8 Diagramme
et
tableaux
performances hydrodynamiques
des
Mouvements
Conditions
Conditions opérationnelles
Dynamiques sous
de survie
Méthanier amarré à GIFT
houle maximums
(Hs=12.6m)
(Hs=2.5m)
GIFT
GIFT
Méthanier
(138 000m3)
Pilonnement (m)
Roulis (deg)
Tangage (deg)
Figure 10 – 1ère campagne d’essais
GIFT dans les conditions de survie du golfe du
Mexique (Hs=12.6m)
Figure 11 – 2nde campagne d’essais
Navire GNL amarré à GIFT dans les conditions
opérationnelles (Hs=2.5m)
± 3.5
± 3.0
± 4.0
± 0.8
± 0.5
± 0.8
± 0.6
± 3.0
± 0.8