Brevet FR2663658A1 — publié le 19911227

"Barrage de protection contre la houle" La présente invention se rapporte aux ouvrages de protection contre la houle de sites naturels d'installations portuaires ou autres aménagements côtiers, de dispositifs spécifiques au large (plate-formes off-shore, fermes aquacoles, etc..). Une forte demande de tels aménagements à vocation touristique, sportive ou récréative s'est développée ces derniers temps, en particulier le long de la côte méditerranéenne. Il s'est manifesté par ailleurs une préoccupation croissante pour la préservation de l'intégrité du littoral et la protection de l'environnement côtier ou subaquatique, ayant conduit à une interdiction par décret de tout nouvel aménagement côtier qui serait susceptible d'entraîner une altération sensible de l'équilibre écologique de l'environnement. Or, les structures classiques de protection contre la houle par massifs d'enrochements induisent des perturbations souvent importantes de l'équilibre sédimentologique et écologique : elles sont désormais interdites dans les sites sensibles, notamment le long de la côte méditerranéenne. Pour échapper à ce problème on a déjà proposé diverses structures susceptibles d'éliminer la plupart des inconvénients d'ordre environnemental. Malheureusement ces structures sont en général fragiles et résistent mal aux effets de la houle, tout au moins sur site totalement ouvert. Il n'existe donc actuellement guère de procédé fiable compatible avec les exigences environnementales requises maintenant pour les sites sensibles : c'est cette lacune que la présente invention a pour objet de combler. L'invention propose à cet effet un barrage anti-houle essentiellement constitué d'une file de flotteurs indépendants les uns des autres, disposée selon une direction sensiblement perpendiculaire à celle des houles dominantes. On peut parvenir ainsi sans aucune perturbation directe sur le fond marin, donc sans aucune détérioration de la vie subaquatique, à la création d'un plan d'eau intérieur semiprotégé susceptible d'accueillir des ouvrages de protection rapprochée à structure rigide ou flottante avec des reprises d'effort limitées pour la houle résiduelle. Le barrage selon l'invention, restant perméable aux courants, permet de minimiser les modifications apportées aux échanges sédimentologiques et d'éviter les accumulations de matières polluantes éventuellement rejetées dans le plan d'eau intérieur, lequel reste donc ouvert. L'invention conduit à obtenir une capacité d'absorption importante grâce à la conjugaison des deux effets que sont, d'une part, une réflexion partielle de la houle par les flotteurs, et d'autre part une absorption partielle de l'énergie par ces mêmes flotteurs convenablement aménagés à cet effet. Un tel aménagement des flotteurs est caractérisé, selon un aspect important de la présente invention, par l'absorption d'énergie réalisée à l'intérieur des flotteurs. Les liaisons flotteurs-sol sont assurées soit par des câbles tendus, soit par des bras rigides montés sur pivots ancrés dans le sol, soit encore par des chaînes retenues par des corps morts. Les mouvements des flotteurs s'effectueront essentiellement selon un seul degré de liberté : une translation horizontale, alternative, dans la direction de propagation de la houle incidente. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre à titre d'exemple en référence aux dessins annexés entre lesquels la figure 1 est une vue schématique en plan d'un exemple de barrage anti-houle selon l'invention ; les figures 1A et 1B montrent deux variantes la figure 2 est une vue en élévation d'un flotteur en coupe selon un plan vertical tel qu'indiqué en II-II sur la figure 1 ou en IV-IV sur la figure 3 la figure 2A est une vue semblable montrant un flotteur immergé la figure 3 est une vue en plan en coupe selon le plan III-III de la figure 2 la figure 4 est une vue en élévation en coupe d'une variante de réalisation de flotteurs les figures 5 et 6 sont des vues correspondantes en plan en coupe respectivement selon les plans V-V et VI-VI de la figure 4. Suivant la forme de réalisation choisie et représentée à la figure 1, le barrage anti-houle est constitué d'une pluralité de caissons axisymétriques 11 disposés en file selon une direction perpendiculaire à la direction moyenne des houles dominantes. La figure 1A montre une disposition en quinconce de caissons semblables. La figure 1B représente une file de flotteurs prismatiques disposés en ligne. Le choix de la meilleure disposition dépend essentiellement des spécificités du site à protéger bathymétrie, états de la mer, marnage, étendue de la zone à protéger, degré de protection souhaité, respect de l'esthétique du site, chenaux de navigation, etc.. On va décrire avec quelques détails un exemple de barrage à houle en eau peu profonde destiné à protéger un site exposé à des houles ayant les caractéristiques suivantes Huteur significative H 1/3 4 3 mètres Période significative Tpic 4 6 secondes Chaque flotteur a un diamètre D d'environ 11 mètres au niveau de la flottaison, avec une distance E entre flotteurs voisins d'environ 4 mètres : la distance d entre centre de flotteurs voisins s'établissant ainsi à environ 15 mètres. Ainsi qu'il apparaît à la figure 2, la carène d'un flotteur est un tronc de cône 12 évasé vers le haut, terminé du côté inférieur par une dalle stabilisatrice circulaire 13 et recouverte à sa partie supérieure par un dôme 14. Des contreventements 15 assurent la rigidité des bords de la dalle 13. L'aménagement intérieur du flotteur comporte un caisson central 16 délimité par deux parois latérales 17, 18 orientées selon la direction des houles dominantes au dessus d'une paroi de fond 19 disposée à une certaine distance au dessus de la dalle 13 qui constitue également le fond du carénage. Sur ce fond 19 du caisson central de flottaison 16 est disposé un volume 20 de lest de réglage du niveau de flottaison. De part et d'autre et au dessous du caisson central de flottaison ainsi constitué s'étendent des cloisons transversales 21-22 qui délimitent à l'intérieur du flotteur trois citernes ou oscillateurs comportant chacun deux capacités telles que C1 et C'1 disposées de part et d'autre du caisson central 16 et placées en communication entre elles par le passage A ménagé entre les fonds 13 et 19. On trouve de manière semblable deux autres oscillateurs C2-C'2, C3-C'3 à l'extérieur des cloisons 21 et 22 respectivement. Chacune des capacités C est placée en communication avec la mer par des orifices ménagés à cet effet comme il est indiqué en 25, l'ensemble étant agencé de sorte que le volume d'eau contenu dans le flotteur se trouve compris entre 30 % et 70 % du volume de carène : c'est ce volume d'eau qui est réparti entre les trois oscillateurs. Des orifices semblables (non détaillés sur le dessin) sont également pratiqués dans le dôme 14 afin de maintenir la pression atmosphérique au dessus de la surface libre des carènes liquides. Des dispositifs passifs d'amortissement, sous forme de chicanes par exemple, sont disposés dans chacun des passages A de communication entre capacités C - C' de chacun des oscillateurs. Ces dispositifs passifs d'amortissement (non détaillés sur les figures 2 et 3) sont ajustés de manière à rendre maximale l'énergie dissipée pour une période d'oscillation donnée : ces dispositifs d'amortissement constituent ainsi un moyen d'ajustement de la fréquence de résonnance de chacun des oscillateurs. De préférence selon l'invention, l'oscillateur central C1 - C'1 est accordé de telle sorte que sa période propre dite de cavalement T1 soit légèrement supérieure à la période Tp des houles les plus probables. Les deux citernes latérales C2 - C'2 et C3 - C'3 sont de leur côté accordées de préférence sur une période propre T2 légèrement inférieure à m T Il convient de rappeler qu'un flotteur axisymétrique isolé est théoriquement susceptible d'absorber toute l'énergie de la houle contenue sur une longueur de crète L= h étant la longueur d'ondes de cette houle. Pour une longueur d'onde de 40 mètres, valeur courante, on a donc environ 13 mètres pour L, ce qui justifie le choix d'une quinzaine de mètres pour la distance entre axes de flotteurs adjacents. Revenant sur la figure 2, on notera que le flotteur 11 est lié au sol au moyen de deux câbles 26-27 aboutissant à des massifs d'ancrage respectifs 28, 29. Ces massifs peuvent avantageusement comporter une partie en matière élastoplastique. Ces câbles sont destinés selon l'invention à rester toujours tendus, donc à maintenir le flotteur à un niveau constant au dessus du fond. En d'autres termes, c'est le plan d'eau coïncidant sur la figure 2 avec le plan de coupe III-III qui est censé varier par rapport au flotteur avec le niveau de la mer en fonction de la marée. La flottabilité qu'il convient de donner aux flotteurs, les câbles devant rester tendus, résultera essentiellement de considérations hydrodynamiques. Les deux câbles de liaison 26, 27 sont avantageusement alignés selon la direction de référence du barrage correspondant aux houles dominantes: cette disposition limite bien entendu les déplacements pratiquement en translation des flotteurs, en favorisant les oscillations qui se développent ainsi avec un maximum d'efficacité dans les oscillateurs. Les liaisons flotteurs-sol peuvent également être assurées au moyen de bras rigides montés sur des pivots ancrés dans le sol. La figure 2A illustre un flotteur totalement immergé auquel on pourra avantageusement faire appel, notamment en eau profonde. On retrouve ici une carène 12A de forme et de structure semblable à la carène 12 de la figure 2, sauf que les orifices 25 de communication avec la mer sont ici supprimés ou obturés, de même que les évents de communication avec l'atmosphère dans le dôme 14A. On retrouve les capacités C1 - C'1 de part et d'autre du caisson central de flottaison 16A, ce caisson étant traversé ici par au moins un tuyau T de communication entre les espaces d'air ménagés dans les capacités C1, C'1 jouant le rôle de conduit de dépressurisation. La variante illustrée aux figures 4 à 6 se distingue de la forme de réalisation considérée ci-dessus par l'aménagement intérieur du flotteur 31 qui se distingue en premier lieu du précédent par un caisson de flottaison périphérique 33 dans une carène tronconique 32 de forme générale semblable à la précédente mais couverte par un toit 34 à faible pente juste suffisante pour éviter la stagnation des eaux. Quant à ses dimensions, pour une même hauteur de 3 mètres, la carène tronconique présente ici un diamètre de 13 mètres à la base et de 17 mètres au sommet, de sorte que la dalle stabilisatrice 35 présente ici encore un encorbellement de largeur F égale à 2 mètres. Le caisson périphérique 33 est complété par un caisson central 36 délimité par une paroi cylindrique 37 surmontant une paroi de fond 38 destinée à recevoir un lest 39 de réglage fin du niveau de flottaison. Le caisson de lest central 36 est en communication avec le caisson périphérique 33 par l'intermédiaire de deux compartiments 41,42 et des orifices de passage d'air 41A - 41B, 42A - 42B. L'ensemble de la partie intermédiaire de la carène située entre le caisson périphérique 33 et le caisson central 36 est compartimenté au moyen de cloisons radiales 51 à 56 et 51' à 56' respectivement alignées. Les cloisons 51,52 d'une part, et 55',56' d'autre part, déterminent deux capacités 43, 43' placés en communication avec la mer par des orifices tels que 60 ménagés à cet effet dans la dalle de fond 35 et en communication entre elles par un tunnel Al passant sous le fond 38 du caisson central entre deux cloisons en arc de cercle 516, 525 (figure 5). Il se forme ainsi un premier oscillateur constitué par les deux capacités 43, 43' de part et d'autre du tunnel de communication Al dans lequel on a schématiquement indiqué ici quelques chicanes formant des moyens d'amortissement ajustables. Un oscillateur de mêmes dimensions se trouve symétriquement en 47, 47' de l'autre côté du caisson central. Un oscillateur central unique 45-45' est formé de part et d'autre d'un tunnel de communication A3 ménagé au dessous de la partie centrale du caisson centrale. Enfin une paire d'oscillateurs intermédiaires 44-44' et 46-46' se trouvent de part et d'autre du précédent. On dispose ainsi, en plus de l'oscillateur central 45-45', de deux paires d'oscillateurs, soit en tout cinq oscillateurs avec des possibilités correspondantes de réglage de fréquences propres, ainsi que des amortissements par action sur les dispositifs passifs d'amortissement placés dans les tunnels de communication respectifs. La fixation au sol est assurée dans cette variante par des tiges articulées à leurs deux extrémités et complétées par une liaison élastique (non détaillée au dessin) permettant l'absorption des chocs. La partie supérieure de la tige est fixée à la dalle stabilisatrice du flotteur par une articulation, tandis que la partie inférieure est reliée par des tirants d'ancrage à un massif encastré dans le substratum rocheux. Le flotteur que l'on vient de décrire se prête notamment à la construction en béton armé. Le caisson périphérique constitue avantageusement une couronne de raidissement conférant à la structure une grande rigidité. Le cloisonnement contribue à renforcer la rigidité tout en facilitant la construction de la dalle stabilisatrice par éléments encastrés sur trois ou quatre côtés. Compte tenu des risques de corrosion en milieu salin on prévoit un enrobage convenable (4 cm par exemple) des armatures ainsi qu'un système de protection tant intérieur (film PVC par exemple) qu'extérieur (revêtement du type résine par exemple). D'autres possibilités de réalisation restent entièrement ouvertes faisant appel à tous matériaux utilisés dans le domaine naval : acier, aluminium, ferro-ciment, composites, notamment résines armées de fibres de verre, etc.. Les flotteurs seront en général réalisés sur la berge, lancés et remorqués aux points d'ancrage. Parmi les nombreuses possibilités des variantes de réalisation qui apparaîtront à l'homme de l'art, il convient de noter encore la possibilité d'équiper les évents de communication des oscillateurs avec l'atmosphère (ou les conduits de dépressurisation dans les flotteurs immergés) de dispositifs de perte de charge permettant d'agir sur les caractéristiques des oscillateurs. REVENDICATIONS 1) Barrage de protection contre les agressions de la houle, caractérisé en ce qu'il est constitué d'au moins une file de flotteurs (11,31) indépendants les uns des autres, répartis selon une direction sensiblement perpendiculaire à une direction de référence correspondant à celle des houles dominantes, chacun de ces flotteurs étant lié au sol par un dispositif de liaison à au moins un élément de liaison (26,27) aboutissant à un massif d'ancrage (28,29). 2) Barrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque flotteur est constitué par un caisson partiellement ou totalement immergé. 3) Barrage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par une carène (12, 33) allant en s'évasant de bas en haut et terminée inférieurement par une dalle stabilisatrice (13,35) de dimensions sensiblement égales à celles de la surface de flottaison. 4) Barrage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque flotteur est équipé d'éléments de liaison (26,27) alignés selon la direction de référence. 5) Barrage selon la revendication 4, caractérisé en ce que les éléments de liaison sont des câbles tendus montés sur des plots en matériau élasto-plastique. 6) Barrage selon la revendication 4, caractérisé en ce que les éléments de liaison sont des bras s'étendant chacun entre deux extrémités respectivement articulées au flotteur et à un massif d'ancrage correspondant. 7) Barrage selon la revendication 4, caractérisé en ce que les éléments de liaison sont des chaînes ancrées sur corps morts. 8) Barrage selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par un aménagement intérieur des flotteurs admettant un volume d'eau compris en 30 % et 70 % du volume de carène réparti en citernes séparées entre elles par des cloisons (21,22) orientées selon la direction de référence s'étendant de part et d'autre d'un caisson central de flottaison (16) d'orientation transversale par rapport à ladite direction avec un fond (19) disposé parallèlement au fond du flotteur, chaque citerne déterminant ainsi un oscillateur constitué par deux volumes d'eau (C,C') placés en communication par un passage (A) confiné entre lesdits fonds. 9) Barrage selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé par un aménagement intérieur de flotteur déterminant un caisson périphérique de flottaison (33), un caisson central (36) de flottaison et de lest et, entre ces deux caissons, une zone annulaire subdivisée au moyen de cloisons radiales (51-56) en une pluralité d'oscillateurs (43-43', 44-44', 45-45',....) comprenant chacun une paire de capacités de part et d'autre d'un passage de communication (Al, ... A3) confiné d'amortissement ménagé au dessous du caisson central. 10) Barrage selon la revendication 9, caractérisé en ce que le caisson central (36) présente une forme sensiblement cylindrique au dessus d'un fond circulaire (38) espacé de la dalle stabilisatrice (35) formant également le fond du carénage, les cloisons radiales (51, 52,...) entre oscillateurs s'étendant à l'intérieur de cet espace pour s'y raccorder à des cloisons circulaire concentriques (516, 525,...)déterminant les passages de communication confinés entre capacités de chaque oscillateur.