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FR3149292A1 - Semi-submersible float with pendulum counterweight for offshore wind turbine and its installation method - Google Patents

Semi-submersible float with pendulum counterweight for offshore wind turbine and its installation method Download PDF

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Publication number
FR3149292A1
FR3149292A1 FR2305569A FR2305569A FR3149292A1 FR 3149292 A1 FR3149292 A1 FR 3149292A1 FR 2305569 A FR2305569 A FR 2305569A FR 2305569 A FR2305569 A FR 2305569A FR 3149292 A1 FR3149292 A1 FR 3149292A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
float
tubular structures
counterweight
branches
wind turbine
Prior art date
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Pending
Application number
FR2305569A
Other languages
French (fr)
Inventor
Christophe Colmard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saipem SA
Original Assignee
Saipem SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saipem SA filed Critical Saipem SA
Priority to FR2305569A priority Critical patent/FR3149292A1/en
Priority to PCT/FR2024/050677 priority patent/WO2024246460A1/en
Publication of FR3149292A1 publication Critical patent/FR3149292A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

Flotteur semi-submersible à contrepoids pendulaire pour éolienne offshore et son procédé d’installation L’invention concerne un flotteur (2a) semi-submersible à contrepoids pendulaire pour éolienne offshore et son procédé d’installation. Le flotteur comprend deux structures tubulaires (4) qui comprennent chacune trois branches tubulaires formant un triangle rectangle avec une branche horizontale (6), une branche verticale (8) et une branche en diagonale (10), les structures tubulaires étant assemblées entre elles par leur branche verticale (8) respective pour former un pylône destiné à être aligné avec un axe (X-X) d’un mât (12) de l’éolienne avec les sommets des structures tubulaires opposés au pylône étant espacés d’un angle (α) compris entre 25° et 80°, un tube de connexion (14), et un contrepoids (16) fixé aux structures tubulaires, d’une part au niveau du pylône, et d’autre part au niveau de leurs sommets opposés au pylône, la longueur du tendon (18-1) fixé au pylône étant supérieure à la longueur des deux autres tendons (18-2). Figure pour l’abrégé : Fig. 1. Semi-submersible float with pendulum counterweight for offshore wind turbine and method of installation The invention relates to a semi-submersible float (2a) with pendulum counterweight for offshore wind turbine and method of installation. The float comprises two tubular structures (4) which each comprise three tubular branches forming a right triangle with a horizontal branch (6), a vertical branch (8) and a diagonal branch (10), the tubular structures being assembled together by their respective vertical branch (8) to form a pylon intended to be aligned with an axis (X-X) of a mast (12) of the wind turbine with the tops of the tubular structures opposite the pylon being spaced apart by an angle (α) of between 25° and 80°, a connection tube (14), and a counterweight (16) fixed to the tubular structures, on the one hand at the pylon, and on the other hand at their tops opposite the pylon, the length of the tendon (18-1) fixed to the pylon being greater than the length of the other two tendons (18-2). Figure for abstract: Fig. 1.

Description

Flotteur semi-submersible à contrepoids pendulaire pour éolienne offshore et son procédé d’installationSemi-submersible float with pendulum counterweight for offshore wind turbine and its installation method

La présente invention se rapporte au domaine général des flotteurs semi-submersibles équipés d’un contrepoids pendulaire pour éoliennes offshore. Elle concerne plus précisément un flotteur semi-submersible dont le mât de support de l’éolienne est fixé à la périphérie du flotteur, le centre de gravité étant corrigé par un système pendulaire.The present invention relates to the general field of semi-submersible floats equipped with a pendulum counterweight for offshore wind turbines. It relates more specifically to a semi-submersible float whose wind turbine support mast is fixed to the periphery of the float, the center of gravity being corrected by a pendulum system.

Une éolienne offshore a pour but d’utiliser l’énergie du vent afin de produire de l’électricité grâce à une turbine et à un générateur électrique. Il existe deux principaux types d’éoliennes offshore : les éoliennes fixes qui sont implantées sur les fonds marins (à de faibles profondeurs typiquement inférieures à 50m), et les éoliennes flottantes qui offrent l’avantage de pouvoir être construites sur terre et implantées dans des zones où la profondeur des fonds marins dépasse typiquement 50m.An offshore wind turbine aims to use the energy of the wind to produce electricity using a turbine and an electric generator. There are two main types of offshore wind turbines: fixed wind turbines which are installed on the seabed (at shallow depths typically less than 50m), and floating wind turbines which offer the advantage of being able to be built on land and installed in areas where the depth of the seabed typically exceeds 50m.

Les éoliennes flottantes qui sont concernées par la présente invention comprennent une turbine généralement formée par un moteur à plusieurs pales rotatives à axe horizontal et un générateur électrique accouplé au moteur, le moteur et le générateur étant fixés à une extrémité supérieure d’un mât (ou pylône) vertical. L’extrémité inférieure du mât est quant à elle montée sur une structure de support flottant.The floating wind turbines to which the present invention relates comprise a turbine generally formed by a motor with several horizontal-axis rotating blades and an electric generator coupled to the motor, the motor and generator being fixed to an upper end of a vertical mast (or pylon). The lower end of the mast is mounted on a floating support structure.

Il existe plusieurs familles principales de structure de support flottant pour éolienne offshore : les flotteurs semi-submersibles, les flotteurs immergés avec câbles tendus (ou plateformes « TLP » pour « Tension-Leg Platform » en anglais), les flotteurs de type « SPAR » (pour « Single Point Anchor Reservoir »), les flotteurs semi-submersibles de type « barge », et les flotteurs semi-submersibles avec un contrepoids pendulaire.There are several main families of floating support structures for offshore wind turbines: semi-submersible floats, submerged floats with tensioned cables (or “TLP” platforms for “Tension-Leg Platform” in English), “SPAR” type floats (for “Single Point Anchor Reservoir”), semi-submersible floats of the “barge” type, and semi-submersible floats with a pendulum counterweight.

Les flotteurs semi-submersibles constituent le modèle de flotteur le plus répandu actuellement. Il s’agit d’une fondation en acier ou en béton qui se pré -
sente généralement sous la forme d’un trépied avec trois colonnes cylindriques (ou quatre) reliées entre elles par des structures métalliques. La stabilité de la structure est assurée grâce à un contrepoids qui permet l’immersion d’une partie de la fondation. Cette structure est caractérisée par sa grande taille et son tirant d’eau réduit.Semi-submersible floats are the most common float design currently available. They consist of a steel or concrete foundation that is pre-
usually in the form of a tripod with three cylindrical columns (or four) connected together by metal structures. The stability of the structure is ensured by a counterweight that allows part of the foundation to be submerged. This structure is characterized by its large size and reduced draft.

Les flotteurs semi-submersibles de type pendulaire comprennent typiquement un contrepoids qui est immobilisé sous le flotteur par des tendons. Ce contrepoids permet d'abaisser le centre de gravité pour stabiliser l'ensemble sans avoir besoin de nombreux éléments de flottabilité au niveau de la surface libre du flotteur.Semi-submersible pendulum floats typically include a counterweight that is immobilized under the float by tendons. This counterweight allows the center of gravity to be lowered to stabilize the assembly without the need for numerous buoyancy elements at the free surface of the float.

Par ailleurs, les flotteurs semi-submersibles ont généralement leur pièce de transition, c’est à dire l’endroit où le mât de support de l’éolienne est fixé, au centre géométrique du flotteur afin de présenter un volume de flottabilité optimisé. Cependant, un tel centrage du mât rend l'accès à l'éolienne souvent compliqué et nécessite des grues de grande capacité pour l'installation de la nacelle et du mât en raison du grand rayon de la grue nécessaire.Furthermore, semi-submersible floats usually have their transition piece, i.e. the place where the wind turbine support mast is fixed, at the geometric center of the float in order to present an optimized buoyancy volume. However, such centering of the mast often makes access to the wind turbine complicated and requires large capacity cranes for the installation of the nacelle and the mast due to the large radius of the crane required.

Il est connu de recourir à des flotteurs semi-submersibles ayant leur pièce de transition en périphérie de la structure afin de grandement simplifier l’accès à l’éolienne. Toutefois, le volume de la coque de tels flotteurs est le plus souvent moins bien optimisé car il est nécessaire d'avoir une compensation symétrique en poids et en flottabilité du côté opposé au mât pour équilibrer le poids de l'éolienne.It is known to use semi-submersible floats with their transition piece on the periphery of the structure in order to greatly simplify access to the wind turbine. However, the hull volume of such floats is most often less well optimized because it is necessary to have a symmetrical compensation in weight and buoyancy on the side opposite the mast to balance the weight of the wind turbine.

L’invention a pour objet de proposer une structure de flotteur semi-submersible qui présente les avantages des flotteurs à pièce de transition excentrée sans en présenter les inconvénients.The object of the invention is to propose a semi-submersible float structure which has the advantages of floats with an eccentric transition piece without having their drawbacks.

Conformément à l’invention, ce but est atteint grâce à un flotteur semi-submersible à contrepoids pendulaire pour éolienne offshore, comprenant :

  • deux structures tubulaires qui comprennent chacune trois branches tubulaires formant un triangle rectangle avec une branche horizontale, une branche verticale et une branche en diagonale, les structures tubulaires étant assemblées entre elles par leur branche verticale respective pour former un pylône destiné à être aligné avec un axe d’un mât de l’éolienne, les sommets respectifs des structures tubulaires qui sont opposés au pylône étant espacés l’un de l’autre d’un angle compris entre 25° et 80° ;
  • un tube de connexion reliant les branches horizontales ou les branches en diagonale des deux structures tubulaires ; et
  • un contrepoids fixé par trois tendons aux deux structures tubulaires, d’une part au niveau du pylône, et d’autre part au niveau de leurs sommets opposés au pylône, la longueur du tendon fixé au pylône étant supérieure à la longueur des deux autres tendons de façon, en situation, à éloigner le contrepoids de l’axe du mât de l’éolienne pour contrebalancer le poids de l’éolienne.
According to the invention, this aim is achieved by means of a semi-submersible float with pendulum counterweight for offshore wind turbines, comprising:
  • two tubular structures each comprising three tubular branches forming a right triangle with a horizontal branch, a vertical branch and a diagonal branch, the tubular structures being assembled together by their respective vertical branch to form a pylon intended to be aligned with an axis of a mast of the wind turbine, the respective peaks of the tubular structures which are opposite the pylon being spaced from each other by an angle of between 25° and 80°;
  • a connecting tube connecting the horizontal branches or the diagonal branches of the two tubular structures; and
  • a counterweight fixed by three tendons to the two tubular structures, on the one hand at the level of the pylon, and on the other hand at the level of their summits opposite the pylon, the length of the tendon fixed to the pylon being greater than the length of the other two tendons so as, in situation, to move the counterweight away from the axis of the wind turbine mast to counterbalance the weight of the wind turbine.

Le flotteur selon l’invention présente une pièce de transition (c’est à dire l’endroit où le mât de support de l’éolienne est fixé) qui est excentrée par rapport à son centre géométrique. Une telle géométrie du flotteur permet de simplifier grandement l’accès à l’éolienne, notamment pour son installation et sa maintenance.The float according to the invention has a transition piece (i.e. the place where the support mast of the wind turbine is fixed) which is eccentric relative to its geometric center. Such a geometry of the float makes it possible to greatly simplify access to the wind turbine, in particular for its installation and maintenance.

Par ailleurs, l'invention utilise les avantages du contrepoids pour stabiliser le flotteur en abaissant le centre de gravité de celui-ci, mais également en modifiant fortement le centre de gravité dans la direction horizontale pour compenser l'excentricité des masses du mât et de l'éolienne. Ainsi, le contrepoids nécessaire à la stabilité est également utilisé pour corriger fortement la position horizontale du centre de gravité. Le contrepoids étant environ deux fois plus lourd sous l'eau que le poids du mât et de la nacelle, il n'est pas nécessaire de trop décaler le contrepoids pour obtenir une correction de l'assiette.Furthermore, the invention uses the advantages of the counterweight to stabilize the float by lowering its center of gravity, but also by significantly modifying the center of gravity in the horizontal direction to compensate for the eccentricity of the masses of the mast and the wind turbine. Thus, the counterweight necessary for stability is also used to significantly correct the horizontal position of the center of gravity. Since the counterweight is approximately twice as heavy underwater as the weight of the mast and the nacelle, it is not necessary to shift the counterweight too much to obtain a correction of the trim.

En outre, le flotteur selon l’invention a peu d'éléments de flottabilité sur la surface libre comme les flotteurs à contrepoids pendulaire traditionnels, ce qui rend le flotteur presque transparent à la houle, mais avec un mât qui est localisé à la périphérie du flotteur comme certains semi-submersibles, ce qui est très pratique pour installer l'éolienne et pour amarrer le flotteur lorsqu'il est en phase de production.Furthermore, the float according to the invention has few buoyancy elements on the free surface like traditional pendulum counterweight floats, which makes the float almost transparent to the swell, but with a mast which is located at the periphery of the float like some semi-submersibles, which is very practical for installing the wind turbine and for mooring the float when it is in the production phase.

Selon un mode de réalisation, le flotteur comprend en outre un connecteur comprenant une plateforme supérieure et une plateforme inférieure sur lesquelles sont montées les extrémités respectives des branches verticales des deux structures tubulaires, les plateformes étant reliées entre elles par un tube vertical afin d’augmenter la flottabilité du pylône.According to one embodiment, the float further comprises a connector comprising an upper platform and a lower platform on which are mounted the respective ends of the vertical branches of the two tubular structures, the platforms being connected to each other by a vertical tube in order to increase the buoyancy of the pylon.

Selon un autre mode de réalisation, les branches verticales des deux structures tubulaires forment une seule et même pièce qui est destinée à recevoir le mât de l’éolienne.According to another embodiment, the vertical branches of the two tubular structures form a single piece which is intended to receive the wind turbine mast.

Selon encore un autre mode de réalisation, le flotteur comprend en outre un connecteur inférieur sur lequel sont montées des extrémités inférieures des branches verticales des deux structures tubulaires afin d’assurer leur maintien et une reprise des efforts, et un connecteur supérieur sur lequel sont montées des extrémités supérieures des branches verticales des deux structures tubulaires, le connecteur supérieur étant destiné à recevoir le mât de l’éolienne.According to yet another embodiment, the float further comprises a lower connector on which are mounted lower ends of the vertical branches of the two tubular structures in order to ensure their maintenance and a take-up of forces, and an upper connector on which are mounted upper ends of the vertical branches of the two tubular structures, the upper connector being intended to receive the mast of the wind turbine.

De préférence, les trois tendons fixés au contrepoids sont doublés.Preferably, the three tendons attached to the counterweight are doubled.

De préférence également, le tube de connexion est positionné de façon à qu’il soit à moitié immergé lors de la phase de transport du flotteur afin d’en améliorer la stabilité.Also preferably, the connection tube is positioned so that it is half submerged during the float transport phase in order to improve its stability.

Au moins l’une des branches des deux structures tubulaires peut être munie d’éléments de flottaison.At least one of the branches of the two tubular structures can be equipped with flotation elements.

Le tube de connexion peut être fixé aux branches des deux structures tubulaires par soudage ou par un système de fixation par goupille.The connecting tube can be fixed to the branches of the two tubular structures by welding or by a pin fixing system.

Dans un mode de réalisation, le tube de connexion est fixé aux extrémités des branches horizontales ou des branches en diagonale des deux structures tubulaires qui sont opposées au pylône.In one embodiment, the connecting tube is attached to the ends of the horizontal branches or diagonal branches of the two tubular structures which are opposite the pylon.

En particulier, le tube de connexion peut être fixé aux extrémités des branches en diagonale des deux structures tubulaires en étant positionné entre deux tubes verticaux montés aux extrémités des branches en diagonale.In particular, the connecting tube can be fixed to the ends of the diagonal branches of the two tubular structures by being positioned between two vertical tubes mounted at the ends of the diagonal branches.

Dans un autre mode de réalisation, le tube de connexion est fixé aux branches horizontales ou aux branches en diagonale des deux structures tubulaires entre leurs extrémités respectives.In another embodiment, the connecting tube is attached to the horizontal legs or diagonal legs of the two tubular structures between their respective ends.

Dans cet autre mode de réalisation, les sommets des deux structures tubulaires qui sont opposés au pylône sont avantageusement munis de bouées de flottaison de type crayon.In this other embodiment, the tops of the two tubular structures which are opposite the pylon are advantageously provided with pencil-type flotation buoys.

L’invention a également pour objet un procédé d’installation d’un flotteur selon l’invention dont le tube de connexion est fixé aux extrémités des branches horizontales des deux structures tubulaires qui sont opposées au pylône, le procédé comprenant le remorquage du flotteur jusqu’à son site d’installation en maintenant le contrepoids flottant dans la zone de forme triangulaire délimitée par des branches horizontales des structures tubulaires et par le tube de connexion, puis la descente du contrepoids sous les structures tubulaires.The invention also relates to a method of installing a float according to the invention, the connection tube of which is fixed to the ends of the horizontal branches of the two tubular structures which are opposite the pylon, the method comprising towing the float to its installation site while keeping the counterweight floating in the triangular-shaped area delimited by horizontal branches of the tubular structures and by the connection tube, then lowering the counterweight under the tubular structures.

Dans ce procédé, pendant le remorquage du flotteur, le contrepoids flottant peut être maintenu dans la zone de forme triangulaire à l’aide de lignes de remorquage ou des chaînes de ballastage.In this method, while towing the float, the floating counterweight can be kept in the triangular shaped area with the help of towing lines or ballast chains.

Toujours dans ce procédé, lorsqu’immobilisé sous les structures tubulaires par les tendons sous tension, le contrepoids peut être désaligné de l’axe du mât de l’éolienne et abaisser le centre de gravité du flotteur, ce désalignement permettant d’obtenir un centre de gravité global centré horizontalement sur le centre de poussée global permettant ainsi de stabiliser l’éolienne verticalement.Still in this process, when immobilized under the tubular structures by the tensioned tendons, the counterweight can be misaligned from the axis of the wind turbine mast and lower the center of gravity of the float, this misalignment making it possible to obtain an overall center of gravity centered horizontally on the overall center of thrust, thus making it possible to stabilize the wind turbine vertically.

L’invention a encore pour objet un procédé d’installation d’un flotteur selon l’invention dont le tube de connexion est fixé aux extrémités des branches horizontales des deux structures tubulaires qui sont opposées au pylône, le procédé comprenant le remorquage du flotteur jusqu’à son site d’installation, suivi de l’installation du contrepoids coulant par une barge munie d’une grue en faisant descendre le contrepoids au travers de la zone de forme triangulaire délimitée par les branches horizontales respectives des structures tubulaires et par le tube de connexion, le contrepoids étant préalablement fixé aux deux structures tubulaires par les tendons.The invention also relates to a method of installing a float according to the invention, the connection tube of which is fixed to the ends of the horizontal branches of the two tubular structures which are opposite the pylon, the method comprising towing the float to its installation site, followed by installing the sinking counterweight by a barge equipped with a crane by lowering the counterweight through the triangular-shaped area delimited by the respective horizontal branches of the tubular structures and by the connection tube, the counterweight being previously fixed to the two tubular structures by the tendons.

Dans ce procédé, le tube de connexion peut être escamoté lors de l’installation du contrepoids afin de faciliter le passage de celui-ci au travers de la zone de forme triangulaire.In this method, the connecting tube can be retracted when installing the counterweight in order to facilitate its passage through the triangular-shaped area.

L’invention a encore pour objet un procédé d’installation d’un flotteur selon l’invention dont le tube de connexion est fixé aux branches horizontales ou aux branches en diagonale des deux structures tubulaires entre leurs extrémités respectives, le procédé comprenant le remorquage du flotteur jusqu’à son site d’installation, suivi de l’installation du contrepoids coulant par une barge munie d’une grue ou d’un treuil en faisant descendre verticalement le contrepoids à l’extérieur d’une zone de forme triangulaire délimitée par les branches horizontales respectives des structures tubulaires et par le tube de connexion, le contrepoids étant préalablement fixé aux deux structures tubulaires par les tendons.The invention also relates to a method of installing a float according to the invention, the connection tube of which is fixed to the horizontal branches or to the diagonal branches of the two tubular structures between their respective ends, the method comprising towing the float to its installation site, followed by installing the sinking counterweight by a barge equipped with a crane or a winch by vertically lowering the counterweight outside a triangular-shaped area delimited by the respective horizontal branches of the tubular structures and by the connection tube, the counterweight being previously fixed to the two tubular structures by the tendons.

La est une vue en perspective d’un flotteur selon un mode de réalisation de l’invention. There is a perspective view of a float according to one embodiment of the invention.

La est une vue en perspective d’un flotteur selon un autre mode de réalisation de l’invention. There is a perspective view of a float according to another embodiment of the invention.

La est une vue en perspective d’un flotteur selon encore un autre mode de réalisation de l’invention. There is a perspective view of a float according to yet another embodiment of the invention.

La illustre une mise en œuvre d’un procédé d’installation du flotteur selon l’invention dont le tube de connexion est fixé aux extrémités des branches horizontales des deux structures tubulaires qui sont opposées au pylône. There illustrates an implementation of a method of installing the float according to the invention, the connection tube of which is fixed to the ends of the horizontal branches of the two tubular structures which are opposite the pylon.

] La illustre une variante de mise en œuvre du procédé d’installation du flotteur selon l’invention. ] There illustrates an alternative implementation of the method of installing the float according to the invention.

] La illustre une autre variante de mise en œuvre du procédé d’installation du flotteur selon l’invention. ] There illustrates another variant of implementation of the method of installing the float according to the invention.

] La illustre une mise en œuvre du procédé d’installation du flotteur selon l’invention dont le tube de connexion est fixé entre les extrémités respectives des branches horizontales des deux structures tubulaires. ] There illustrates an implementation of the method of installing the float according to the invention, the connection tube of which is fixed between the respective ends of the horizontal branches of the two tubular structures.

La une vue en perspective d’un flotteur selon encore un autre mode de réalisation de l’invention. There a perspective view of a float according to yet another embodiment of the invention.

La représente en perspective un flotteur 2a semi-submersible à contrepoids pendulaire pour éolienne offshore selon un premier mode de réalisation de l’invention.There represents in perspective a semi-submersible float 2a with pendulum counterweight for offshore wind turbine according to a first embodiment of the invention.

Le flotteur 2a selon l’invention comprend deux structures tubulaires identiques 4 qui comprennent chacune trois branches tubulaires formant un triangle rectangle, à savoir : une branche horizontale 6, une branche verticale 8, et une branche en diagonale 10.The float 2a according to the invention comprises two identical tubular structures 4 which each comprise three tubular branches forming a right triangle, namely: a horizontal branch 6, a vertical branch 8, and a diagonal branch 10.

Les deux structures tubulaires 4 sont assemblées l’une à l’autre par leur branche verticale 8 respective pour former un pylône destiné à être aligné avec un axe vertical X-X du mât 12 de l’éolienne.The two tubular structures 4 are assembled to each other by their respective vertical branch 8 to form a pylon intended to be aligned with a vertical axis X-X of the mast 12 of the wind turbine.

De plus, les sommets respectifs des deux structures tubulaires 4 qui sont opposés au pylône sont espacés l’un de l’autre d’un angleαcompris entre 25° et 80°, et de préférence de l’ordre de 40°.Furthermore, the respective peaks of the two tubular structures 4 which are opposite the pylon are spaced from each other by an angle α of between 25° and 80°, and preferably of the order of 40°.

Le flotteur 2a selon l’invention comprend également un tube de connexion 14 qui relie les branches en diagonale 10 respectives des deux structures tubulaires 4 entre elles. Alternativement, le tube de connexion pourrait relier les branches horizontales 6 entre elles.The float 2a according to the invention also comprises a connection tube 14 which connects the respective diagonal branches 10 of the two tubular structures 4 to each other. Alternatively, the connection tube could connect the horizontal branches 6 to each other.

Par ailleurs, le tube de connexion 14 peut être fixé aux extrémités des branches en diagonale 10 (ou des branches horizontales) des deux structures tubulaires qui sont opposées au pylône (cas des modes de réalisation des figures 1 à 6) ou être fixé aux branches horizontales 6 (ou aux branches en diagonale) des deux structures tubulaires entre leurs extrémités respectives (cas du mode de réalisation de la ).Furthermore, the connection tube 14 can be fixed to the ends of the diagonal branches 10 (or the horizontal branches) of the two tubular structures which are opposite the pylon (case of the embodiments of FIGS. 1 to 6) or be fixed to the horizontal branches 6 (or to the diagonal branches) of the two tubular structures between their respective ends (case of the embodiment of FIGS. ).

La fixation du tube de connexion 14 sur les branches des structures tubulaires qu’il relie peut être réalisée par soudage ou par un système de fixation par goupille (ou « pin and hole » en anglais). Avec un tel système de fixation par goupille, les pitons (ou « padeye » en anglais) sont préfabriqués mais leur perçage pour faire passer les goupilles de fixation sont réalisées lors de l’assemblage du tube de connexion.The connection tube 14 can be fixed to the branches of the tubular structures that it connects by welding or by a pin and hole fixing system. With such a pin fixing system, the pins (or “padeye” in English) are prefabricated but their drilling to pass the fixing pins is carried out during the assembly of the connection tube.

Ce tube de connexion 14 permet à la fois de connecter les deux structures tubulaires 4 entre elles, mais il joue également le rôle de flotteur de stabilisation lorsque le contrepoids du flotteur n’est pas encore suspendu aux structures tubulaires (typiquement pendant les phases de remorquage du flotteur).This connection tube 14 allows both the two tubular structures 4 to be connected to each other, but it also plays the role of a stabilizing float when the counterweight of the float is not yet suspended from the tubular structures (typically during the towing phases of the float).

Le flotteur 2a selon l’invention comprend encore un contrepoids 16 qui est fixé par trois tendons aux deux structures tubulaires 4 : d’une part au niveau du pylône par un premier tendon 18-1, et d’autre part au niveau de leurs sommets opposés au pylône par deux autres tendons 18-2.The float 2a according to the invention also comprises a counterweight 16 which is fixed by three tendons to the two tubular structures 4: on the one hand at the level of the pylon by a first tendon 18-1, and on the other hand at the level of their summits opposite the pylon by two other tendons 18-2.

Compte-tenu de l’excentricité du mât 12 de l’éolienne par rapport au centre de gravité des deux structures tubulaires 4, il est nécessaire d’éloigner le contrepoids 16 de l’axe X-X du mât de l’éolienne pour contrebalancer le poids de l’éolienne et assurer ainsi une stabilité du flotteur. A cet effet, il est prévu que la longueur du premier tendon 18-1 fixé au pylône est supérieure à la longueur des deux autres tendons 18-2.Given the eccentricity of the wind turbine mast 12 relative to the center of gravity of the two tubular structures 4, it is necessary to move the counterweight 16 away from the X-X axis of the wind turbine mast to counterbalance the weight of the wind turbine and thus ensure stability of the float. For this purpose, it is provided that the length of the first tendon 18-1 fixed to the pylon is greater than the length of the other two tendons 18-2.

Par ailleurs, dans ce premier mode de réalisation de l’invention, le flotteur 2a comprend en outre un connecteur inférieur 20 sur lequel sont montées les extrémités inférieures des branches verticales 8 respectives des deux structures tubulaires 4, ainsi qu’un connecteur supérieur 22 sur lequel sont montées les extrémités supérieures de ces branches verticales.Furthermore, in this first embodiment of the invention, the float 2a further comprises a lower connector 20 on which the lower ends of the respective vertical branches 8 of the two tubular structures 4 are mounted, as well as an upper connector 22 on which the upper ends of these vertical branches are mounted.

Ces connecteurs inférieur 20 et supérieur 22 ont pour fonction d’assurer le maintien des structures tubulaires entre elles, ainsi qu’une reprise des efforts. De plus, le connecteur supérieur 22 est également destiné à recevoir le mât 12 de l’éolienne.These lower connectors 20 and upper connectors 22 have the function of ensuring the maintenance of the tubular structures between them, as well as a recovery of the forces. In addition, the upper connector 22 is also intended to receive the mast 12 of the wind turbine.

La représente en perspective un flotteur 2b semi-submersible à contrepoids pendulaire pour éolienne offshore selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.There represents in perspective a semi-submersible float 2b with pendulum counterweight for offshore wind turbine according to a second embodiment of the invention.

Le flotteur 2b selon ce mode de réalisation se distingue de celui précédemment décrit notamment par l’assemblage des structures tubulaires 4 entre elles.The float 2b according to this embodiment is distinguished from that previously described in particular by the assembly of the tubular structures 4 together.

En effet, dans ce deuxième mode de réalisation, les branches verticales respectives des deux structures tubulaires forment une seule et même pièce 24 qui est destinée à recevoir dans sa partie supérieure le mât 12 de l’éolienne.Indeed, in this second embodiment, the respective vertical branches of the two tubular structures form a single part 24 which is intended to receive in its upper part the mast 12 of the wind turbine.

La représente en perspective un flotteur 2c semi-submersible à contrepoids pendulaire pour éolienne offshore selon un troisième mode de réalisation de l’invention.There represents in perspective a semi-submersible 2c float with pendulum counterweight for offshore wind turbine according to a third embodiment of the invention.

Le flotteur 2c selon ce troisième mode de réalisation se distingue de ceux précédemment décrits par l’assemblage des structures tubulaires 4 entre elles.The float 2c according to this third embodiment is distinguished from those previously described by the assembly of the tubular structures 4 between them.

Le flotteur 2c selon ce mode de réalisation comprend en outre un connecteur 26 formé d’une plateforme supérieure 28 sur laquelle sont fixées les extrémités supérieures des branches verticales 8 des deux structures tubulaires et d’une plateforme inférieure 30 sur lesquelles sont fixées les extrémités inférieures des branches verticales des deux structures tubulaires.The float 2c according to this embodiment further comprises a connector 26 formed of an upper platform 28 on which are fixed the upper ends of the vertical branches 8 of the two tubular structures and a lower platform 30 on which are fixed the lower ends of the vertical branches of the two tubular structures.

Par ailleurs, les plateformes 28, 30 du connecteur sont reliées entre elles par un tube vertical 32 permettant d’augmenter la flottabilité du pylône.Furthermore, the platforms 28, 30 of the connector are connected to each other by a vertical tube 32 making it possible to increase the buoyancy of the pylon.

Quel que soit le mode de réalisation, les trois tendons 18-1, 18-2 fixés au contrepoids 16 sont avantageusement doublés afin d’augmenter la sécurité si l’un des tendons lâche.Whatever the embodiment, the three tendons 18-1, 18-2 fixed to the counterweight 16 are advantageously doubled in order to increase safety if one of the tendons gives way.

De plus, au moins l’une des branches des deux structures tubulaires du flotteur selon l’invention est avantageusement munie d’éléments de flottaison. Ainsi, dans les modes de réalisation des figures 2 et 3, les branches horizontales 6 respectives des deux structures tubulaires du flotteur 2b, 2c sont chacune munies d’éléments de flottaison 34 (de type bouées). Ces éléments de flottaison peuvent envelopper la branche horizontale ou bien être fixés sur son pourtour comme représenté sur la .In addition, at least one of the branches of the two tubular structures of the float according to the invention is advantageously provided with flotation elements. Thus, in the embodiments of FIGS. 2 and 3, the respective horizontal branches 6 of the two tubular structures of the float 2b, 2c are each provided with flotation elements 34 (of the buoy type). These flotation elements can envelop the horizontal branch or be fixed on its periphery as shown in FIG. .

En liaison avec la , on décrira un mode de mise en œuvre d’un procédé d’installation du flotteur 2a selon le premier mode de réalisation de l’invention.In connection with the , we will describe an embodiment of a method of installing the float 2a according to the first embodiment of the invention.

Le procédé d’installation consiste à remorquer le flotteur 2a jusqu’à son site d’installation en maintenant le contrepoids 16 dans un état flottant dans une zone Z de forme triangulaire délimitée par les deux branches horizontales 6 des structures tubulaires et par le tube de connexion 14.The installation method consists of towing the float 2a to its installation site while maintaining the counterweight 16 in a floating state in a triangular-shaped zone Z delimited by the two horizontal branches 6 of the tubular structures and by the connection tube 14.

Ainsi, le contrepoids 16 peut flotter à l’intérieur du flotteur 2a avec une grande marge. Cette grande marge est nécessaire pour éviter que le contrepoids ne touche le flotteur pendant le remorquage.Thus, the counterweight 16 can float inside the float 2a with a large margin. This large margin is necessary to prevent the counterweight from touching the float during towing.

Pendant le remorquage du flotteur, le contrepoids flottant peut être maintenu dans cette zone de forme triangulaire à l’aide de lignes de remorquage ou des chaînes de ballastage (non représentées sur la ).While towing the float, the floating counterweight can be held in this triangular shaped area using towing lines or ballast chains (not shown in the figure). ).

Il est ainsi possible de connecter les tendons 18-1, 18-2 au flotteur et au contrepoids 16 dans un endroit abrité, tel qu'un port, puis de remorquer le flotteur jusqu’à son site d’installation, puis de descendre le contrepoids sous le flotteur en le ballastant.It is thus possible to connect the tendons 18-1, 18-2 to the float and the counterweight 16 in a sheltered location, such as a port, then to tow the float to its installation site, then lower the counterweight under the float while ballasting it.

Lorsqu’il est immobilisé sous le flotteur, le contrepoids 16 est désaligné de l’axe X-X du mât 12 de l’éolienne et abaisse le centre de gravité du flotteur, ce désalignement permettant d’obtenir un centre de gravité global centré horizontalement sur le centre de poussée global permettant ainsi de stabiliser l’éolienne verticalement.When immobilized under the float, the counterweight 16 is misaligned from the X-X axis of the mast 12 of the wind turbine and lowers the center of gravity of the float, this misalignment making it possible to obtain an overall center of gravity centered horizontally on the overall center of thrust, thus making it possible to stabilize the wind turbine vertically.

En liaison avec la , on décrira un autre mode de mise en œuvre du procédé d’installation du flotteur 2a.In connection with the , another method of implementing the float installation process 2a will be described.

Dans cet autre mode de réalisation, le flotteur 2a sans son contrepoids est remorqué jusqu’à son site d’installation. Le contrepoids 16 est transporté en parallèle sur une barge 36. Il n’est pas nécessairement flottant.In this other embodiment, the float 2a without its counterweight is towed to its installation site. The counterweight 16 is transported in parallel on a barge 36. It is not necessarily floating.

Une fois parvenu à la zone d’installation du flotteur, le contrepoids 16, dans un état coulant et préalablement fixé aux deux structures tubulaires par les tendons 18-1, 18-2, est descendu par une grue 38 montée sur la barge 36 en le faisant passer par-dessus le tube de connexion 14 puis au travers de la zone de forme triangulaire délimitée par les deux branches horizontales 6 des structures tubulaires et par le tube de connexion.Once the float installation area has been reached, the counterweight 16, in a flowing state and previously fixed to the two tubular structures by the tendons 18-1, 18-2, is lowered by a crane 38 mounted on the barge 36 by passing it over the connection tube 14 and then through the triangular-shaped area delimited by the two horizontal branches 6 of the tubular structures and by the connection tube.

Dans une variante de réalisation représentée par la , le tube de connexion est escamoté lors de l’installation du contrepoids 16 de façon à faciliter le passage de celui-ci au travers de la zone de forme triangulaire.In an alternative embodiment represented by the , the connection tube is retracted when installing the counterweight 16 so as to facilitate its passage through the triangular-shaped area.

En liaison avec la , on décrira encore un autre mode de mise en œuvre du procédé d’installation du flotteur selon l’invention.In connection with the , another method of implementing the method of installing the float according to the invention will be described.

Dans ce mode de réalisation, le tube de connexion 14 du flotteur 2d est fixé aux branches horizontales 6 des deux structures tubulaires 4 entre leurs extrémités respectives.In this embodiment, the connection tube 14 of the float 2d is fixed to the horizontal branches 6 of the two tubular structures 4 between their respective ends.

Cette disposition particulière du tube de connexion présente l’avantage que le contrepoids 16 du flotteur peut être descendu à l’extérieur (et non à l’intérieur) de la zone de forme triangulaire délimitée par les deux branches horizontales des structures tubulaires et par le tube de connexion.This particular arrangement of the connecting tube has the advantage that the counterweight 16 of the float can be lowered outside (and not inside) the triangular-shaped area delimited by the two horizontal branches of the tubular structures and by the connecting tube.

Ainsi, ce procédé d’installation prévoit le remorquage du flotteur jusqu’à son site d’installation, suivi de l’installation du contrepoids 16 (dans un état coulant) par une barge 36 munie d’un simple treuil 40 (ou d’une grue) en faisant descendre verticalement le contrepoids à l’extérieur de la zone Z de forme triangulaire délimitée par les branches horizontales des structures tubulaires et par le tube de connexion.Thus, this installation method provides for the towing of the float to its installation site, followed by the installation of the counterweight 16 (in a sinking state) by a barge 36 equipped with a simple winch 40 (or a crane) by vertically lowering the counterweight outside the triangular-shaped zone Z delimited by the horizontal branches of the tubular structures and by the connection tube.

Préalablement à sa descente, le contrepoids 16 est fixé aux deux structures tubulaires du flotteur par les tendons 18-1, 18-2.Before its descent, the counterweight 16 is fixed to the two tubular structures of the float by the tendons 18-1, 18-2.

Par ailleurs, afin d’améliorer la stabilité du flotteur lors de son remorquage, les sommets des deux structures tubulaires 4 qui sont opposés au pylône sont avantageusement munis de bouées de flottaison 42 de type crayon.Furthermore, in order to improve the stability of the float when it is towed, the tops of the two tubular structures 4 which are opposite the pylon are advantageously fitted with pencil-type flotation buoys 42.

La représente en perspective un flotteur 2e semi-submersible à contrepoids pendulaire pour éolienne offshore selon encore un autre mode de réalisation de l’invention.There represents in perspective a 2nd semi-submersible float with pendulum counterweight for offshore wind turbine according to yet another embodiment of the invention.

Ce mode de réalisation se distingue de celui décrit en liaison avec la en ce que le tube de connexion 14 qui relie les branches en diagonale 10 respectives des deux structures tubulaires entre elles est positionné entre deux tubes verticaux 44 montés aux extrémités des branches en diagonale. Un système de bridage vertical additionnel (non représenté) permet de fixer le tube de connexion 14 aux branches en diagonale 10.This embodiment differs from that described in connection with the in that the connecting tube 14 which connects the respective diagonal branches 10 of the two tubular structures to each other is positioned between two vertical tubes 44 mounted at the ends of the diagonal branches. An additional vertical clamping system (not shown) makes it possible to fix the connecting tube 14 to the diagonal branches 10.

Ces tubes verticaux 44 permettent de simplifier la fixation du tube de connexion 14 et d’augmenter sensiblement la stabilité du flotteur en phase de remorquage.These vertical tubes 44 make it possible to simplify the fixing of the connection tube 14 and to significantly increase the stability of the float during towing.

Claims (18)

Flotteur (2a à 2d) semi-submersible à contrepoids pendulaire pour éolienne offshore, comprenant :
  • deux structures tubulaires (4) qui comprennent chacune trois branches tubulaires formant un triangle rectangle avec une branche horizontale (6), une branche verticale (8) et une branche en diagonale (10), les structures tubulaires étant assemblées entre elles par leur branche verticale (8) respective pour former un pylône destiné à être aligné avec un axe (X-X) d’un mât (12) de l’éolienne, les sommets respectifs des structures tubulaires qui sont opposés au pylône étant espacés l’un de l’autre d’un angle (α) compris entre 25° et 80° ;
  • un tube de connexion (14) reliant les branches horizontales ou les branches en diagonale des deux structures tubulaires (4) ; et
  • un contrepoids (16) fixé par trois tendons aux deux structures tubulaires, d’une part au niveau du pylône, et d’autre part au niveau de leurs sommets opposés au pylône, la longueur du tendon (18-1) fixé au pylône étant supérieure à la longueur des deux autres tendons (18-2) de façon, en situation, à éloigner le contrepoids de l’axe du mât de l’éolienne pour contrebalancer le poids de l’éolienne.
Semi-submersible float (2a to 2d) with pendulum counterweight for offshore wind turbine, comprising:
  • two tubular structures (4) which each comprise three tubular branches forming a right triangle with a horizontal branch (6), a vertical branch (8) and a diagonal branch (10), the tubular structures being assembled together by their respective vertical branch (8) to form a pylon intended to be aligned with an axis (XX) of a mast (12) of the wind turbine, the respective vertices of the tubular structures which are opposite the pylon being spaced from each other by an angle ( α ) of between 25° and 80°;
  • a connecting tube (14) connecting the horizontal branches or the diagonal branches of the two tubular structures (4); and
  • a counterweight (16) fixed by three tendons to the two tubular structures, on the one hand at the level of the pylon, and on the other hand at the level of their summits opposite the pylon, the length of the tendon (18-1) fixed to the pylon being greater than the length of the other two tendons (18-2) so as, in situation, to move the counterweight away from the axis of the wind turbine mast to counterbalance the weight of the wind turbine.
Flotteur (2c) selon la revendication 1, comprenant en outre un connecteur (26) comprenant une plateforme supérieure (28) et une plateforme inférieure (30) sur lesquelles sont montées les extrémités respectives des branches verticales (8) des deux structures tubulaires (4), les plateformes étant reliées entre elles par un tube vertical (32) afin d’augmenter la flottabilité du pylône.Float (2c) according to claim 1, further comprising a connector (26) comprising an upper platform (28) and a lower platform (30) on which are mounted the respective ends of the vertical branches (8) of the two tubular structures (4), the platforms being connected together by a vertical tube (32) in order to increase the buoyancy of the pylon. Flotteur (2b) selon la revendication 1, dans lequel les branches verticales (8) des deux structures tubulaires (4) forment une seule et même pièce (24) qui est destinée à recevoir le mât (12) de l’éolienne.Float (2b) according to claim 1, in which the vertical branches (8) of the two tubular structures (4) form a single piece (24) which is intended to receive the mast (12) of the wind turbine. Flotteur (2a) selon la revendication 1, comprenant en outre un connecteur inférieur (20) sur lequel sont montées des extrémités inférieures des branches verticales (8) des deux structures tubulaires (4) afin d’assurer leur maintien et une reprise des efforts, et un connecteur supérieur (22) sur lequel sont montées des extrémités supérieures des branches verticales des deux structures tubulaires, le connecteur supérieur étant destiné à recevoir le mât (12) de l’éolienne.Float (2a) according to claim 1, further comprising a lower connector (20) on which are mounted lower ends of the vertical branches (8) of the two tubular structures (4) in order to ensure their maintenance and a recovery of forces, and an upper connector (22) on which are mounted upper ends of the vertical branches of the two tubular structures, the upper connector being intended to receive the mast (12) of the wind turbine. Flotteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les trois tendons (18-1, 18-2) fixés au contrepoids (16) sont doublés.Float according to any one of claims 1 to 4, in which the three tendons (18-1, 18-2) fixed to the counterweight (16) are doubled. Flotteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le tube de connexion (14) est positionné de façon à qu’il soit à moitié immergé lors de la phase de transport du flotteur afin d’en améliorer la stabilité.Float according to any one of claims 1 to 5, in which the connection tube (14) is positioned so that it is half submerged during the transport phase of the float in order to improve its stability. Flotteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel au moins l’une des branches des deux structures tubulaires est munie d’éléments de flottaison.Float according to any one of claims 1 to 6, in which at least one of the branches of the two tubular structures is provided with flotation elements. Flotteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le tube de connexion (14) est fixé aux branches des deux structures tubulaires par soudage ou par un système de fixation par goupille.Float according to any one of claims 1 to 7, in which the connection tube (14) is fixed to the branches of the two tubular structures by welding or by a pin fixing system. Flotteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le tube de connexion (14) est fixé aux extrémités des branches horizontales (6) ou des branches en diagonale (10) des deux structures tubulaires qui sont opposées au pylône.Float according to any one of claims 1 to 8, in which the connecting tube (14) is fixed to the ends of the horizontal branches (6) or the diagonal branches (10) of the two tubular structures which are opposite the pylon. Flotteur (2e) selon la revendication 9, dans lequel le tube de connexion (14) est fixé aux extrémités des branches en diagonale (10) des deux structures tubulaires en étant positionné entre deux tubes verticaux (44) montés aux extrémités des branches en diagonale.Float (2e) according to claim 9, wherein the connecting tube (14) is fixed to the ends of the diagonal branches (10) of the two tubular structures by being positioned between two vertical tubes (44) mounted at the ends of the diagonal branches. Flotteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le tube de connexion (14) est fixé aux branches horizontales (6) ou aux branches en diagonale (10) des deux structures tubulaires entre leurs extrémités respectives.A float according to any one of claims 1 to 8, wherein the connecting tube (14) is fixed to the horizontal branches (6) or to the diagonal branches (10) of the two tubular structures between their respective ends. Flotteur selon la revendication 11, dans lequel les sommets des deux structures tubulaires qui sont opposés au pylône sont munis de bouées de flottaison (42) de type crayon.Float according to claim 11, in which the tops of the two tubular structures which are opposite the pylon are provided with pencil-type flotation buoys (42). Procédé d’installation d’un flotteur selon l’une des revendications 9 et 10, comprenant le remorquage du flotteur jusqu’à son site d’installation en maintenant le contrepoids flottant dans une zone de forme triangulaire délimitée par les branches horizontales des structures tubulaires et par le tube de connexion, puis la descente du contrepoids sous les structures tubulaires.Method of installing a float according to one of claims 9 and 10, comprising towing the float to its installation site while maintaining the floating counterweight in a triangular-shaped area delimited by the horizontal branches of the tubular structures and by the connection tube, then lowering the counterweight under the tubular structures. Procédé selon la revendication 13, dans lequel, pendant le remorquage du flotteur, le contrepoids flottant est maintenu dans la zone de forme triangulaire à l’aide de lignes de remorquage ou des chaînes de ballastage.A method according to claim 13, wherein, during towing of the float, the floating counterweight is maintained in the triangular shaped area using towing lines or ballast chains. Procédé selon l’une des revendications 13 et 14, dans lequel, lorsqu’immobilisé sous les structures tubulaires, le contrepoids est désaligné de l’axe du mât de l’éolienne et abaisse le centre de gravité du flotteur, ce désalignement permettant d’obtenir un centre de gravité global centré horizontalement sur le centre de poussée global permettant ainsi de stabiliser l’éolienne verticalement.Method according to one of claims 13 and 14, in which, when immobilized under the tubular structures, the counterweight is misaligned from the axis of the wind turbine mast and lowers the center of gravity of the float, this misalignment making it possible to obtain an overall center of gravity centered horizontally on the overall center of thrust, thus making it possible to stabilize the wind turbine vertically. Procédé d’installation d’un flotteur selon l’une des revendications 9 et 10, comprenant le remorquage du flotteur jusqu’à son site d’installation, suivi de l’installation du contrepoids coulant par une barge munie d’une grue en faisant descendre le contrepoids au travers d’une zone de forme triangulaire délimitée par les branches horizontales respectives des structures tubulaires et par le tube de connexion, le contrepoids étant préalablement fixé aux deux structures tubulaires par les tendons.A method of installing a float according to either of claims 9 and 10, comprising towing the float to its installation site, followed by installing the sinking counterweight by a barge equipped with a crane by lowering the counterweight through a triangular-shaped area delimited by the respective horizontal branches of the tubular structures and by the connection tube, the counterweight being previously fixed to the two tubular structures by the tendons. Procédé selon la revendication 16, dans lequel le tube de connexion est escamoté lors de l’installation du contrepoids afin de faciliter le passage de celui-ci au travers de la zone de forme triangulaire.A method according to claim 16, wherein the connecting tube is retracted during installation of the counterweight in order to facilitate the passage of the latter through the triangular-shaped area. Procédé d’installation d’un flotteur selon l’une des revendications 11 et 12, comprenant le remorquage du flotteur jusqu’à son site d’installation, suivi de l’installation du contrepoids coulant par une barge munie d’une grue ou d’un treuil en faisant descendre verticalement le contrepoids à l’extérieur d’une zone de forme triangulaire délimitée par les branches horizontales respectives des structures tubulaires et par le tube de connexion, le contrepoids étant préalablement fixé aux deux structures tubulaires par les tendons.A method of installing a float according to either of claims 11 and 12, comprising towing the float to its installation site, followed by installing the sinking counterweight by a barge equipped with a crane or winch by vertically lowering the counterweight outside a triangular-shaped area delimited by the respective horizontal branches of the tubular structures and by the connection tube, the counterweight being previously fixed to the two tubular structures by the tendons.
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