Récupération sous-marine : arrachement, remontée et sortie de l’eau
La récupération d’un équipement sur le fond marin n’est pas l’inverse d’une installation. Le sol le retient, son poids est incertain et une traction imposée par le pilonnement du navire peut solliciter la grue bien au-delà de sa SWL avant que le sol ne cède. Voici ce qui se passe lors de l’arrachement et l’effet d’un compensateur de pilonnement dans notre cas de récupération d’un caisson à succion.
- La récupération ajoute des charges et des risques absents lors de l’installation : la résistance du fond marin, un poids modifié par l’encrassement biologique, l’eau et les sédiments piégés, ainsi qu’une structure affaiblie par des années de service.
- Un caisson à succion résiste à l’extraction, d’autant plus fortement qu’on le tire vite, car l’eau ne peut pas pénétrer assez rapidement dessous. Avec un câble seul, le pilonnement du navire impose cette vitesse.
- Un compensateur passif monté en ligne absorbe le pilonnement dans sa course. Le treuil peut alors exercer une traction lente et régulière, ce qui maintient une faible succion sous le caisson.
- Dans notre cas simulé avec CONSTELLATION, un CYGNUS 700 t / 5 m a extrait un caisson à succion de Ø6 m d’une argile ferme à 120 m, avec Hs 2.5 m. Le pic de traction dans le câble était de 566 t, soit 87 % de la SWL de la grue de 650 t. Avec un câble seul, la traction a atteint environ 1,280 t, soit près du double de la SWL de la grue.
Lors d’une installation, on descend un objet connu sur un fond marin préparé. Lors d’une récupération, on remonte un équipement qui y repose depuis des années : retenu par le sol, couvert d’organismes marins, souvent rempli d’eau et de sédiments, et peut-être moins résistant qu’à sa mise en place.
Pourquoi la récupération est plus difficile que l’installation
- La résistance du fond marin. La succion sous un caisson ou un tapis de fond, ainsi que l’adhérence et le frottement le long de ses jupes, s’ajoutent au poids jusqu’à ce que l’équipement se libère.
- Un poids incertain. L’encrassement biologique, l’eau et les sédiments piégés augmentent le poids, tandis que les pièces manquantes ou corrodées le réduisent. Le poids constaté sur place est une estimation assortie d’une plage d’incertitude.
- Une structure affaiblie. Les points de levage et les éléments structuraux peuvent avoir perdu de leur résistance à cause de la corrosion ou de la fatigue. La charge admissible peut donc être inférieure à celle de l’installation.
- La libération. Quand le fond marin cède, la force qui retenait l’équipement disparaît d’un coup. L’allongement emmagasiné dans le câble et l’élingage propulse l’équipement vers le haut ; le câble peut alors se détendre, puis subir une charge de choc.
Arrachement
Les caissons à succion illustrent particulièrement bien le problème. On les retire normalement en pompant de l’eau sous leur couvercle pour les pousser vers le haut. Si ce n’est pas possible, la grue doit les extraire par traction : c’est le cas modélisé ici. Pendant la remontée, l’eau doit entrer sous la partie supérieure du caisson par la vanne. Si l’on tire plus vite que l’eau ne peut entrer, la pression intérieure baisse et le fond marin résiste davantage, jusqu’à la rupture du sol à l’intérieur du caisson. Le frottement le long de la jupe ajoute une résistance qui varie peu avec la vitesse.
Avec un câble seul, la traction vient autant du pilonnement du navire que du treuil : chaque vague accélère la traction, ce qui augmente la résistance du sol et l’effort dans le câble. Si le caisson se libère sous cette traction, l’allongement emmagasiné dans le câble le propulse vers le haut (Figure 1).
Un compensateur passif en ligne change la situation. L’unité absorbe le pilonnement du navire dans sa course ; le treuil impose donc au caisson une traction lente et régulière, et la résistance du sol reste plus faible. Dans notre cas, le caisson est sorti régulièrement, à moins de 0.1 m/s, sans libération soudaine. Si le fond marin cède d’un coup, l’amortissement de l’unité limite la vitesse à laquelle l’équipement remonte du fond marin, au lieu de laisser l’allongement emmagasiné dans le câble le propulser vers le haut.
Remontée et sortie de l’eau
Une fois libéré, l’équipement remonte dans la colonne d’eau, et le câble supporte son poids dans l’eau ainsi que la traînée, souvent avec du sol encore présent dans un caisson ou de l’eau piégée dans une structure. À la surface, la traversée de la zone de déferlement s’effectue en sens inverse : la flottabilité diminue à mesure que l’équipement sort de l’eau, et l’eau et le sol qu’il contient augmentent son poids dans l’air. DNV-RP-N103 exige de prendre en compte cette eau piégée lors de la vérification de la course du compensateur pendant la récupération. Traversée de la zone de déferlement explique les charges à la surface.
Notre cas de récupération d’un caisson à succion
Dans une simulation de CONSTELLATION portant sur un navire de construction doté d’une grue de 650 t, un caisson à succion de Ø6 × 10 m (107 t dans l’air, 93 t dans l’eau) est récupéré depuis une argile ferme par la seule traction de la grue, l’eau entrant par une vanne supérieure de Ø0.5 m à 120 m de profondeur, avec un câble de 90 mm mouflé à trois brins, sous Hs 2.5 m et Tp 8.0 s. Le même élingage et le même état de mer ont été simulés avec un CYGNUS dimensionné pour l’opération, 700 t / 5 m, monté en ligne, puis avec un câble seul.
| Résultat | Câble seul | Avec CYGNUS |
|---|---|---|
| Pic de traction dans le câble | environ 1,280 t | 566 t |
| Par rapport à la SWL de 650 t de la grue | près du double | 87 % |
| Par rapport à la SWL de 663 t du câble | près du double | 85 % |
| Par rapport à la charge de rupture de 1,658 t du câble | 77 % | 34 % |
| Caisson extrait de l’argile | non : il s’est soulevé d’environ 1 m | oui : extraction régulière à moins de 0.1 m/s ; la jupe a quitté le fond marin environ 4.5 minutes après le début de la simulation |
Dès le début de l’arrachement, l’unité est restée dégagée de ses butées, principalement dans la moitié inférieure de sa course, tandis que le treuil extrayait régulièrement le caisson de l’argile. La simulation s’arrête dès que la jupe a quitté le fond marin : elle ne couvre donc ni la remontée ni la sortie de l’eau. Avec un câble seul, la traction a dépassé la SWL de la grue alors que le sol retenait encore le caisson, qui s’est soulevé d’environ 1 m. Il s’agit d’une seule réalisation de l’état de mer et le CYGNUS a été dimensionné pour ce cas ; une récupération réelle est modélisée en fonction de l’équipement, du sol et du navire concernés.
Choix de l’unité
RIGEL conserve le réglage défini sur le pont. CYGNUS peut évacuer du gaz, et ANTARES peut en évacuer et en ajouter : les deux peuvent ainsi se recentrer lorsque la charge diminue après l’arrachement. Dans notre cas, le CYGNUS a conservé son réglage d’arrachement pendant toute la simulation : chargé pour plusieurs centaines de tonnes, il resterait fermé sur sa butée une fois le caisson suspendu librement à 93 t dans l’eau. La remontée et la sortie de l’eau doivent donc être vérifiées séparément. Les trois sont donnés pour une profondeur de 3,000 m. Pour les arrachements les plus incertains, une commande active apporte plus de souplesse ; notre unité active VEGA est en cours de développement.
Sources et hypothèses
- Le cas de récupération est un modèle CONSTELLATION d’extraction de caisson à succion dépendante de la vitesse : frottement le long de la face externe de la jupe et dépression interne déterminée par le débit à travers une vanne supérieure de Ø0.5 m, plafonnée par la plus faible des deux limites, la capacité portante inversée du sol ou la cavitation, dans une argile dont la résistance au cisaillement non drainé est d’environ 42 kPa. Le mouvement du navire est appliqué à la tête de grue selon six degrés de liberté. La simulation couvre l’extraction et se termine quand la jupe du caisson a quitté le fond marin.
- Une seule réalisation de l’état de mer (Hs 2.5 m, Tp 8.0 s). Le CYGNUS 700 t / 5 m a été dimensionné pour ce cas et a conservé la même charge de gaz pendant toute la simulation.
- L’exigence relative à l’eau piégée provient de DNV-RP-N103, anciennement DNV-RP-H103 (avril 2010, 4.7.7.4).
Questions fréquentes
Pourquoi la récupération sous-marine est-elle plus difficile que l’installation ?
Le fond marin retient l’équipement, son poids a changé depuis l’installation, sa structure peut être affaiblie et sa libération lors de l’arrachement peut le propulser vers le haut et provoquer une charge de choc dans le câble. Aucun de ces facteurs n’intervient lors de l’installation.
Qu’est-ce que l’arrachement par succion ?
Un caisson à succion ou un tapis de fond résiste à son extraction du fond marin. Sous un caisson, l’eau doit entrer par la vanne supérieure à mesure qu’il remonte ; si on le tire plus vite, la pression dessous baisse et le fond marin résiste davantage. Sous un tapis de fond posé sur l’argile, la succion dure trop longtemps pour attendre qu’elle se dissipe : le levage doit la vaincre. Le frottement le long des jupes s’y ajoute.
Comment un compensateur de pilonnement aide-t-il lors de l’arrachement ?
Il absorbe le pilonnement du navire dans sa course. Le treuil impose ainsi une traction lente et régulière, et la résistance du sol reste plus faible. Dans notre cas, le caisson est sorti régulièrement, à moins de 0.1 m/s, sans libération soudaine. Si le fond marin cède d’un coup, l’amortissement de l’unité limite la vitesse à laquelle l’équipement s’en éloigne, au lieu de laisser l’allongement emmagasiné dans le câble le propulser vers le haut.
Le compensateur doit-il changer de réglage pendant la récupération ?
Cela dépend de la baisse de charge une fois l’équipement libéré. RIGEL conserve le réglage défini sur le pont ; CYGNUS peut évacuer du gaz, et ANTARES peut en évacuer et en ajouter. Dans notre cas du caisson, le réglage a été choisi pour l’arrachement : une fois le caisson suspendu librement, l’unité resterait fermée sur sa butée. La remontée et la sortie de l’eau doivent donc être vérifiées séparément.
Qu’a montré le modèle de récupération ?
Dans notre cas simulé avec CONSTELLATION, un CYGNUS dimensionné pour l’opération, 700 t / 5 m, a extrait un caisson à succion de Ø6 m d’une argile ferme à 120 m, sous Hs 2.5 m. Le pic de traction dans le câble était de 566 t, soit 87 % de la SWL de la grue de 650 t. Avec un câble seul, la traction a atteint environ 1,280 t, soit près du double de la SWL de la grue. Il s’agit d’une seule réalisation de l’état de mer, et la simulation couvre l’extraction, pas la remontée.
Vous récupérez un équipement sur le fond marin ?
Envoyez-nous :
- l’équipement, sa plage de poids constaté sur place et ses points de levage
- les données du sol ou la résistance à l’arrachement prévue
- le navire, la grue, l’élingage et les états de mer
Nous modéliserons l’arrachement dans CONSTELLATION, avec et sans compensateur, puis vérifierons la remontée et la sortie de l’eau pour votre unité et votre élingage.
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