Brevet FR2523614A1 — publié le 19830923

Procédé d'édification de structures sous-marines en treillis et éléments pour sa mise en oeuvre. La présente invention concerne l'édification de structures sous-marines en treillis et plus spécialement, mais non exclusivement, l'édification de récifs artificiels pour l'aquaculture marine. I1 est connu que la faune et la flore marines se développent naturellement préférentiellement dans les zones abritées des courants que sont les infractuosités des rochers, des récifs et des épaves dont les parois constituent des supports de fixation stables pour les organismes vivants végétaux et animaux et dont les cavités constituent un habitat et un refuge, aen même temps que ces obstacles s'opposent aux pratiques de pêche destructdcescomme le chalutage, etc. On a donc imaginé, pour développer une aquaculture extensive à haut rendement, de créer des récifs ou des épaves artificiels en immergeant des structures alvéolées diverses telles que des carcasses de véhicules, des blocs et des structures de fer et de béton. On a proposé également récemment des ilots flottants constitués par des troncs d'arbre assemblés sous lesquels se développe une brasse marine qui sert d'appât pour les poissons du milieu où ils dérivent. Les inconvénients de ces modes de réalisation de récits, épaves ou ilots artificiels sont nombreux. Les carcasses de véhicules sont économiques mais la forme des cavités n'est pas optimale, elles sont lourdes et difficiles à mettre en place, leur entassement désordonné sans liaison réelle entre les différentes carcasses crée un risque de désintégration des récifs peu profonds par les tempêtes et, de plus, leur durée de vie est réduite du fait de la corrosion marine. Les blocs et structures en fer et béton spécialement conçus dans ce but présentent des cavités dont on peut maîtriser la forme d'origine, mais ils sont lourds et nécessitent des moyens de levage et de flottation importants pour leur mise en place. En outre leur structure massive alvéolée est sujette à un vieillissement rapide du à l'obturation des cavités d'origine par les concrétions minérales et par les tests des organismes animaux et végétaux qui se fixent sur les parois des blocs et structures. Les ilots artificiels sont lourds et massifs avec des cavités allongées en nombre réduit, la liaison des éléments est sujette à destruction, leur profondeur d'immersion est réduite et ils constituent des dangers pour la navigation. D'une manière générale, tous les objets immergés en mer et dans les lacs se recouvrent, par suite des dépôts de concrétions minérales et de tests, d'une carapace calcaire qui présente des caractéristiques de résistance à la traction, de résilience et de flexibilité faibles, mais une résistance à la compression élevée. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients des récifs et ilots artificiels connus en utilisant le phénomène de développement d'une biomasse végétale et animale sur les surfaces des éléments immergés et le phénomène de minéralisation par dépôt de concrétions qui en résulte. Elle a en conséquence pour objet un procédé d'édification de structures immergées, notamment sous-marines, en treillis, caractérisé en ce que l'on immerge un réseau d'éléments longilignes flexibles, légers et à bonne résistance.à la traction et au cisaillement, assemblés selon le squelettede la structure en treillis à obtenir. Avec le développement naturel de la carapace ou croûte minérale solide sur les éléments longilignes, il se crée naturellement un matériau complexe dans lequel-les résistances à la traction et au cisaillement des éléments longilignes formant armature se trouvent associées à la résistance à la compression de la croate minéralisée. Par éléments longilignes flexibles, on entend des éléments dont la rigidité, du fait notamment de la section réduite, est insuffisante pour résister au flambage et/ou à la flexion sous une charge équivalente au poids de la concrétion minérale qu'ils vont être appelés à supporter.Ceci élimine du domaine de l'invention les structures immergées en treillis de barres ou poutres en métal, en bois ou en béton dont les sections sont, de construction, plus que suffisantes pour que la structure résiste au moins aux chocs des lames et au poids de la flore et des concrétions minérales qui se développent sur leur surface. Par contre ces éléments longilignes doivent présenter une certaine élasticité ou rigidité les rappelant, éventuellement en combinaison avec leur flottabilité, à leur forme d'origine pour qu'ils puissent assurer la fonction de squelette du treillis recherché et reprendre leur position après déformation temporaire sous l'action des courants ou des tempêtes, avant rigidification par la croûte minérale. Selon le tracé du treillis, savoir du squelette de la structure, on peut obtenir à volonté une structure auto-porteuse ou une structure à effondrement et selon la densité d'ensemble des éléments la constituant une structure auto-immergeable ou une structure flottante, une structure auto-porteuse et/ou flottante pouvant, à un certain stade du développement de la croûte minéralisée, devenir une structure à auto-immersion et/ou à effondrement. Par structure auto-porteuse, on entend une structure dont le tracé des mailles du treillis a été choisi de manière que, quelle que soit l'épaisseur et le poids de la croûte minéralisée; l'effort de traction s'éxerçant dans la fibre correspondant à tout élément longiligne sous l'effet de ce poids et des forces externes quelconques s'exerçant sur la structure, y compris son propre poids et la force de la mer, reste inférieur à la limite d'élasticité de l'élément longiligne. De préférence et par sécurité, on choisit ce tracé des mailles du treillis de façon que l'ensemble des fibres de la section travaillent à la compression, ce qui est obtenu avec une structure sphérique ou dérivée de la sphère.De préférence donc et selon une autre caractéristique de l'invention, les éléments longilignes constituant le squelette de la structure sont disposés selon les cercles d'une sphère et dans les plans correspondant au tétraèdre (4 cercles), à l'octaèdre (8 cercles), ou autre polyèdre, notamment selon les cercles passant par les sommets de ces volumes à pointes tronquées ou autres. Plusieurs structures sphériques peuvent être combinées, selon les réseaux architecturaux connus: cubique, cubique à faces centrées, cubique à maille centrée, etc, ou des éléments de plus petit diamètre, ou avec des tracés de mailles différents, peuvent être disposés à l'intérieur du squelette principal Si par contre la condition mécanique ci-dessus n'est pas remplie, il y a effondrement de la structure avec une nouvelle forme du squelette l'effondrement donnant un nombre accru de cavités par rapport à la structure d'origine. Le procédé d'édification à effondrement trouve une application intéressante dans l'édification d'un récif dit "rampant" de grande étendue et de faible hauteur.Dans ce cas les éléments longilignes constituant le squelette de la structure sont disposés selon un réseau à deux dimensions, le réseau étant déformé en voûtes juxtaposées par des tirants ou des éléments d'ancrage au sol disposés dans le plan d'appui. La forme en voûte peut résulter de l'élasticité propre des éléments longilignes courbés en arc ou de leur seule flottabilité. On réalise ainsi une structure souple, fixée au sol au niveau des naissances des voûtes et formant une suite de vagues à profil sinuso1dal, laquelle résiste aux forces de la mer. Au fur et à mesure de la minéralisation, la voûte s'alourdit et il apparait, en divers points de la voûte d'origine, des ruptures de la croûte qui provoquent l'effondrement en créant des voûtes plus petites et plus ou moins irrégulières qui constituent un excellent refuge.Le phénomène d'effondrement peut également apparaître sur des structures auto-porteuses soumises à une surchage des concrétions, l'effondrement réouvrant des cavités fermées par les concrétions. Les éléments longilignes peuvent être réalisés par des profilés de sections diverses et en toutes matières mais en pratique il est préférable d'utiliser, dans le cas d'une structure auto-porteuse, des éléments en barres rondes ou carrées ou tubulaires en un matériau léger qui pourrait être du bois mais qui, de préférence, est une matière plastique éventuellement armée par des fibres de verre et, dans le cas d'une structure à effondrement, un grillage ou un filet en cordage ou en matière plastique par exemple en polyéthylène. Les éléments longilignes en barres ou tubulaires sont assemblés entre eux par des pièces raccords, des ligatures, des collages ou soudure ou des enrobages. Dans le cas d'un ilot flottant, les éléments longilignes peuvent être constitués par des éléments tubulaires creux ou avec des noyaux en mousse présentant une flottabilité positive. On peut également les réaliser avec des barres pleines à flottabilité négative et prévoir dans la structure des cavités ou éléments formant flotteurs. De préférence les éléments péri phériques de l'ilot présentent une résilience élevée pour absorber l'énergie des vagues et les heurts éventuels avec des navires. Les éléments situés à l'intérieur peuvent être plus rigides et moins résilients et notamment etre constitués par des tubes plus minces de plus grande section pour présenter un plus grand interface favorable à la fixation de la biomasse. L'ilot flottant ainsi constitué peut etre ancré ou dérivant mais il peut également être remorqué et être par exemple ancré en intersaison dans une baie ou rade abritée à fort développement de la bio-masse pour être, durant la saison de pêche, remorqué avec la bio-masse qui le garnit'sur les lieux de pêche choisis. Les concrétions qui se développent sur les éléments de la structure de l'ilot provoquent son alourdissement progressif. Lorsque sa flottabilité devient insuffisante il est possible de l'utiliser comme squelette d'un récif en l'ancrant à demeure.Pour lutter contre le vieillissement de l'ilot flottant, il est possible de doter les éléments longilignes d'une déformabilité mécanique en les réalisant par exemple avec des longueurs de tubes à paroi mi-souple interconnectés par des raccords tubulaires de manière à former un squelette à cavité tubulaire unique dans laquelle on peut faire varier la pression pour modifier les courbures de la paroi et longitudinale des éléments de manière à rompre et détacher les concrétions minérales, la flore restant fixée sur les parois. L'ancrage des récifs artificiels et structures sous-marines analogues édifiés par le procédé conforme à l'invention peut être effectué de toute manière connue. Toutefois, de préférence et du fait que ces constructions sont édifiées le plus souvent sur des fonds sableux ou coquilliers, on utilise le phénomène d'ensablage des filets et on tend, dans le plan inférieur ou au voisinage du plan inférieur de la structure, un filet de préférence en matière plastique. Dans le cas de l'édification d'une structure de très grande surface constituée par une multiplicité d'éléments, l'ensablage ou le frottement des multiples éléments longilignes inférieurs de la structure peut être suffisant pour ancrer l'ensemble et résister à la poussée des courants.Grâce à la légéreté de la structure, il est possible, même pour une structure à flottabilité négative, de la construire sur le rivage même et de la haler jusqu'à son lieu d'immersion en assurant sa flottation par des flotteurs gonflés ou analogues. Dans le cas d'un fond à faible portance comme une vase, on double de préférence le filet d'ancrage par un filet à mailles serrées situé légèrement au-dessus, lequel par dépôt des concrétions va former une surface radier qui se développera en même temps que la structure s'alourdira. La structure en squelette conforme à l'invention, peut pour certaines applications, présenter une surface d'interface insuffisante pour l'accrochage des végétaux et autres organismes enrichisseurs de la biomasse.Dans ce cas et selon une autre caractéristique de l'invention, on incorpore au squelette des éléments à deux dimensions qui peuvent être des grillages, tamis, toiles ou analogues. On décrira plus en détail ci-après divers modes de mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels La figure 1 est une vue schématique en coupe, transversalement aux voûtes, d'une partie de la structure destinée à l'édification d'un récif "rampant"; la figure 2 est une vue analogue à la figure 1 après formation du récif; la figure 3 est une vue en élévation schématique d'une structure sphérique dérivée du tétraède tronqué formant l'élément de base pour l'édification, par le procédé conforme à l'invention d'un récif artificiel élevé ou d'un ilot flottant et la figure 4 est une vue en perspective d'une struc ture comportant-dix éléments de base selon la figure 3. Dans les figures 1 et 2, la référence 1 désigne une bande de grillage en polyéthylène qui est fixée au sol du fond marin 2, de distance en distance, par des moyens d'ancrage 3 qui peuvent être des câbles d'ancrage, des barres pesantes ou des pieux ou analogues. S'il s'agit de masses pesantes, l'écartement entre les points d'appui au sol de la bande 1 peut être fixé par des tirants 4. Du fait que le grillage 1 est à flottabilité positive et comme les points d'appui 3 sont écartés d'une distance inférieure à la longueur de la bande de grillage entre deux points d'appui, respectivement la longueur des tirants 4 est inférieure à cette longueur, la bande ne reste appliquée au sol qu'à ses points de fixation 3 et forme, entre deux points de fixation successifs, une onde en voûte souple qui est susceptible de se déformer sous la poussée des courants comme illustré pour l'onde la.Pour renforcer l'ancrage, un filet 5 à flottabilité négative est disposé entre les points d'ancrage 3 et, lors de la pose, s'appuie sur la surface du fond marin 2. Du fait de l'ensablage assez rapide du filet 5, l'ensemble se trouve fortement ancré au fond. Progressivement des organismes marins encroûtent le grillage 1 et l'alourdissent. Du fait de la concrétion minéralisante, le grillage 1 se rigidifie mais, sous l'effet du poids de la croûte, les voûtes s'effondrent pour réduire la portée et donnent une succession de petites voûtes ou petits tunnels irréguliers 6 dont la voûte est formée par un amalgame 7 de tests de coquillages et de débris des algues 8 qui se développent sur toute la surface du filet. L'élément de base illustré à la figure 3 est dérivé d'un tétraèdre 10 dont les sommets représentés en pointillés ont été supprimés pour donner un tétraèdre tronqué comportant quatre faces principales fl à f4 en hexagones réguliers et quatre petites faces p1 à p4 en triangles équilatéraux. La structure est constituée par quatre cercles cl à c4 qui passent chacun par les sommets d'une face hexagonale. I1 en résulte que deux cercles passent par chacun des douze sommets sol à 12 du tétraèdre et ils sont solidarisés deux à deux auxdits points par des ligatures ou autres.Les cercles peuvent être constitués par des barres ou tubes en polyesters stratifiés, éventuellement armés par des fibres de verre ou en tous autres matériaux légers et flexibles ayant une bonne résistance à la traction et au cisaillement. I1 serait également possible de réaliser la structure à partir de pièces raccords en plastique moulé comportant chacune des embouts au nombre de quatre convenablemen orientés das lesquels seraient emboîtées les extrémités de barres correspondant à un secteur de cercle de 60C ou sur lesquels seraient enfilées les extrémités des morceaux de tubes coudés de même développement. Ces pièces raccords peuvent comporter un plus grand nombre d'embouts pour assembler entre elles plusieurs structures selon la figure 3. Dans la figure 4, on a représenté à titre d'exemple une structure comportant dix éléments de base disposés en étant juxtaposés dans un même plan horizontal contenant les faces fl des tétraèdres tronqués, les éléments voisins étant assemblés au droit de deux sommets successifs de l'hexagone formant la face fl de sorte que le cercle cl d'un élément au centre de la construction est assemblé avec les cercles cl de six éléments voisins pour chacun au droit de deux sommets s2, s2-s3, S3-S4' S4-S5' s5-s6, s6-sl- Pour permettre une meilleure lecture du dessin les cercles cl ont été représentés en trait plein, les cercles c2 en trait mixte, les cercles C3 en trait mixte avec deux points et les cercles c4 en trait mixte avec trois points. I1 est possible de renforcer la structure par des cercles situés dans les plans p1 des tétraèdres et passant par les sommets sg, s8, s12 des tétraèdres tronqués juxtaposés.Ces cercles dans les plan P1 peuvent également constituer les cercles cl d'une couche d'éléments superposés. Lorsqu'une construction résultant d'un assemblage du type illustré à la figure 4, mais avec un nombre d'éléments qui peut être très supérieur, les éléments pouvant de plus former tout tracé de squelette voulu, est immergée, les animacules, les végétaux et les coquillages divers se fixent sur la surface des cercles cl à c4 et donnent des concrétions minérales qui se développent autour des barres et en interconnectant celles-ci dans les zones où elles sont ie plus rapprochées, I1 en résulte un volume sphérique ajouré donnant une structure dans laquelle les cercles c1 à c4 travaillent à la traction et au cisaillement tandis que la concrétion ou croûte minérale travaille à la compression.La structure est de ce fait autoporteuse et ses cavités assurent un abri à la faune en meme temps que la bio-masse très riche assure à cette faune une alimentation abondante. L'ancrage peut se faire naturellement par ensablage de la partie inférieure des cercles ou par ensablage d'un filet tendu entre les éléments formant l'appui de la structure. Le procédé d'édification de structures sous-marines faisant appel à la minéralisaion permet de réaliser, outre des récifs et ilots, des brise-lames ou des digues. Le squelette obtenu par assemblage de cercles en un matériau souple à bonne résilience se caractérise par le fait qu'il est auto-porteur et tend à reprendre sa forme après une déformation. I1 peut de ce fait être utilisé de diverses autres manières et pour d'autres buts que de constituer un support pour les agents minéralisants. C'est ainsi que l'on peut utiliser des files combinées de ces éléments pour constituer un epi de fixation du sable, l'effet de freinage des courants assuré par les éléments favorisant le déport du sable en aval de ceux-ci. Selon une autre application, on utilise la déformabilité et la force de rappel à la forme d'origine d'une structure constituée par des cercles assemblés selon les faces d'un polyèdre régulier pour réaliser une structure d'absorption des chocs et notamment une structure équivalente des filets de protection des aérodromes et circuits automobiles. La structure peut être ancrée au sol par un ensablage, ce qui, dans le cas des filets, évite les dangereux poteaux supports. Revendications 1. Un procédé d'édification de structures immergées, notamment sous-marines en treillis, caractérisé en ce que l'on immerge un réseau d'éléments longilignes flexibles, légers et à bonne résistance à la traction et au cisaillement, assemblés selon le squelette de la structure en treillis à obtenir. 2. Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour réaliser une structure åuto-por- teuse, on choisit le tracé des mailles du treillis pour que, dans la structure résultant de l'enrobage des éléments longilignes par une croûte minéralisée, l'effort de traction s'exer çant dans la fibre de tout élément longiligne soit inférieur à la limite élastique de ce dernier. 3. Un procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tracé est tel que l'ensemble des fibres de la section travaille à la compression. 4. Un procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les éléments longilignes constituant le squelette de la structure sont disposés selon les cercles d'une sphère et dans les plans correspondant à un polyèdre régulier. 5. Un procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'on combine plusieurs structures élémentaires notamment sphériques pour former le squelette. 6. Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour réaliser une structure à effondrement, on dispose les éléments longilignes selon un tracé assurant un effondrement du squelette sous le poids de la croûte minéralisée lorsque celle-ci a atteint une épaisseur définie. 7. Un procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les éléments longilignes constituant le squelette sont disposés selon un réseau à deux dimensions, le réseau étant déformé en voûtes juxtaposées par des tirants ou des éléments d'ancrage au sol disposés dans le plan d'appui. 8. Un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'ancrage au fond de la structure est assuré par l'ensablage d'un élément en filet situé dans le plan inférieur ou au voisinage du plan inférieur de la structure. 9. Un procédé selon l'une queloonque des revendications 1 à 5 et 8, caractérisé en ce que, dans le cas d'un fond à faible portance, on double le filet d'ancrage par un filet à mailles serrées situé légèrement au-dessus et destiné à constituer le squelette d'un radier formé par minéralisation. 10. Un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 et 8 à 9, caractérisé en ce que l'on incorpore au squelette des éléments à deux dimensions. 11. Un élément pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 et 4 ci-dessus, caractérisé en ce qu'il est constitué par des cercles c1 à c4 disposés dans les faces fl à f4 d'un polyèdre régulier à pointes tronquées, les cercles étant en contact les uns avec les autres aux sommets sl à sl2 du polyèdre et solidarisés en ces points de toute manière connue. 12. Un élément selon la revendication 11, caractérisé en ce que les cercles sont constitués par des barres rondes ou carrées, pleines ou tubulaires en un matériau léger, de préférence en matière plastique armée.