Brevet FR2681621A1 — publié le 19930326

SYSTEME PERMEABLE, DISSIPATEUR D'ENERGIE POUR LA CONSTITUTION D'OUVRAGES MARINS, ET A ELEMENTS LAMINAIRES PERFORES. La présente invention concerne un système perméable, de constitution d'ouvrages marins comportant des éléments perforés, pourvus de trous et/ou de rainures, et dissipateurs d'énergie, ledit système étant applicable aux structures d'accostage, de support, de rive, etc..., (môles, jetées, etc...), construites de préférence dans des zones abritées (ports, cités lacustres, parcs de bord de mer, canaux, etc...). La fonction de ce système est double : amortir l'agitation produite par les ondes de gravité à période courte (houle, onde de sillage, etc...) ainsi que leur éventuelle réflexion, interférence ou résonance ; permettre la libre circulation de l'eau entre les différents bassins, etc..., avec les avantages fonctionnels et d'environnement qui en découlent. Dans certains cas, lorsque les conditions de conception le permettent, comme par exemple dans le cas des avant-ports etc..., ce système peut être appliqué également aux digues de protection. Le comportement hydrodynamique des ondes de gravité sur le contour des corps d'eau se fait selon trois alternatives : rupture totale (avec annulation complète de l'énergie de l'onde), réflexion totale (selon les lois de Snell), rupture et réflexion partielles. Les ondes à longue période, comme la marée astronomique, se reflètent presque totalement y inclus sur des contours de talus aussi peu inclinés que les plages. Les ondes à courte période, comme la houle, les ondes de sillage, se brisent presque totalement sur les plages et se réfléchissent en partie sur les parements inclinés et presque totalement sur les parements verticaux imperméables. Dans les aires fermées comme les ports, les canaux de navigation, etc..., la réflexion sur le contour, des ondes à courte période entrant par l'ouverture (houle) ou se produisant à l'intérieur (par l'action du vent sur la surface liquide des bassins, ou par le sillage dû aux embarcations) provoquent avec les ondes incidentes, des interférences qui peuvent se multiplier "ad infinitum", même si le contour n'est que partiellement réfléchissant. Un autre facteur d'agitation qui peut s'ajouter au précédent est la résonance possible qui se produit lorsque les longueurs d'onde sont proches ou sont des multiples impairs du quart de la longueur d'onde. Les deux processus que sont l'interférence et la résonance, ne sont limités que par la perte d'énergie due aux frottements sur le contour ou dans la masse liquide (turbulence, etc...), et il se produit dans certains cas des situations extrêmes qui peuvent provoquer de véritables catastrophes comme le naufrage d'embarcations. Bien que de nature différente des précédents, un autre problème qui se présente dans les aires abritées est celui de la stagnation des eaux dans les bassins, en raison de la difficulté de circulation et du peu de rénovation des eaux dans ces aires, avec l'accumulation conséquente de résidus et la création de conditions anaérobies. En dépit de ces inconvénients, aussi bien fonctionnels que liés à l'environnement, les ouvrages d'amarrage, de rive etc..., conventionnels sont réalisés avec des môles construits avec des structures de gravité (blocs, caissons), avec des palplanches, qui constituent des parements totalement réfléchissants et imperméables qui, donc, réfléchissent toutes les ondes qui leur arrivent en divisant les aires abritées en un labyrinthe étendu et compliqué de canaux et de bassins où la circulation de 11 eau est difficile et sa rénovation dans les aires les plus éloignées de ltentrée pratiquement nulle ; ceci est particulièrement vrai lorsqu'il s'agit de grands ports, situés sur des mers sans marée astronomique appréciable. Les jetées, qu'elles soient sur pilotis ou sur piles, forment des structures étendues qui permettent la circulation et la rénovation de l'eau des bassins, mais qui permettent aussi la propagation des ondes de courte période dans les zones abritées en facilitant leur réflexion sur les ouvrages de rive, avec les suites d'interférences, de possible résonance, etc... De fait et en continuant une tradition très ancienne, tous ces travaux conventionnels : môles, jetées, etc... sont actuellement conçus pour remplir strictement le rôle principal (amarrage, défense) auquel ils sont destinés ils sont conçus méticuleusement pour résister à l'action dynamique des ondes de gravité et, le cas échéant, aux efforts d'amarrage, d'accostage, de support, aux effets sismiques, mais ils ne résolvent pas les graves problèmes nés de la réflexion des ondes de gravité à courte période et de leurs conséquences (interférence, possible résonance). La résolution des problèmes d' environnement qui leur sont liés n'a même pas été intentée. Avec le présent système de constitution d'ouvrages marins à éléments perforés pourvus de trous et/ou de rainures, perméables et dissipateurs d'énergie, formant de préférence des structures cellulaires, avec des enceintes inondables, l'énergie des ondes se dissipe sélectivement grâce à une ou plusieurs barrières perméables formées par des éléments laminaires perforés par des trous et/ou des rainures et de préférence avec des enceintes inondables, lestées de pierres naturelles et/ou artificielles, de tubes, etc... qui filtrent partiellement les ondes de période courte (houle, ondes de sillage, etc...) à tout moment à travers les ouvrages construits selon le présent système, en évitant ainsi la réflexion multiple de ces ondes sur le contour ainsi que leur interférence et leur éventuelle résonance. Ce filtrage n'affecte pas les ondes de période longue et moins encore les courants de densité, gradients, etc..., qui se transmettent à travers les ouvrages construits selon le présent système, pratiquement sans être modifiés par ces derniers. La configuration géométrique des perforations, trous et/ou rainures, n'affecte pas notablement le comportement hydrodynamique des ouvrages construits selon le présent système, mais pour des motifs de construction il est préférable que la forme de ces perforations soit régulière: circulaire, carrée, etc..., pour les trous et rectangulaire, ovale, etc... pour les rainures. Dans tous les cas, les bords et les sommets de ces perforations peuvent être arrondis ou angulaires. La disposition des perforations, trous et/ou rainures peut être irrégulière ou de préférence, pour des raisons de construction, régulière, l'axe principal étant horizontal dans le cas des rainures. A la différence de la configuration et de la disposition des perforations, la taille et le nombre des trous et/ou des rainures jouent un rôle fondamental dans le caractère sélectif du filtrage des ondes. En termes généraux, la transmission des ondes à travers les éléments laminaires perforés perméables, avec des trous et/ou des rainures, dépend de nombreuses variables dont les principales sont : la période des ondes, la taille et le nombre des perforations, le nombre d'éléments laminaires perforés en série formant l'ouvrage et la distance entre ces derniers, la configuration, l'indice de lacune et la taille des pierres de lest des structures cellulaires, et les dimensions du corps d'eau sous le vent de l'ouvrage mesurées en termes de longueur de l'onde transmise. Avec des perforations de taille moyenne et en grand nombre, la dissipation d'énergie des ondes de courte période est partielle ; avec des perforations très petites et en petit nombre la dissipation de l'énergie pour ces ondes est totale. Le remplissage des structures cellulaires avec des pierres de lest collabore à l'obtention d'une dissipation de l'énergie des ondes de courte période. Les ondes longues se transmettent presque totalement dans tous les cas, sauf si les trous sont trzs petits, leur nombre réduit et le corps d'eau à la mer de dimensions considérables. Dans ces conditions, le champ d'application des ouvrages construits avec le système qui fait l'objet de l'invention est très varié et admet de nombreuses applications avec diverses fonctions et dispositions. En conséquence, on mentionnera seulement les cas d'application les plus notables. Une des applications les plus importantes de ce système est la construction de môles transversaux (piers), qui de manière conventionnelle sont construits avec des structures de gravité (caissons flottants, blocs, etc...) avec des enceintes en palpanches, des écrans de type danois, etc... imperméables dans tous les cas, qui divisent et compartimentent les aires abritées, portuaires et lacustres, en une mosaïque compliquée de bassins isolés entre lesquels il nty a pas la moindre circulation et dans lesquels la rénovation des eaux est presque impossible. Un autre cas très important qui permet une amélioration sensible des ouvrages déjà construits en utilisant le présent système, est celui des jetées conventionnelles libres qui, n' agissant sur aucune des ondes, qu'elles soient de courte ou longue période, permettent leur réflexion totale sur le périmètre tr e des aires portuaires. Un cas complémentaire du précédent est celui des moles de rive, maritimes, fluviaux, etc..., conventionnels, qui permettent la réflexion de toutes les ondes de gravité. Dans ce cas comme dans les autres, le système peut être appliqué et améliore les procédés actuels de diverses manières. On peut former des structures cellulaires tubulaires, en caisson, à axe longitudinal horizontal, autostabilisées, avec leurs faces latérales constituées par des éléments laminaires perforés dotés de trous et/ou de rainures, perméables, dissipateurs d'énergie, avec leur base et leur couronnement utilisant les dispositifs de construction en plaques continues et/ou perforées, poutres etc... adéquats pour obtenir tant la stabilité globale (au renversement et au glissement) que la résistance structurelle de chacun de ses éléments (à la flexion, au flambage, etc...). Dans les applications de ce système sur des structures en caisson à base prisonnière, on peut lester l'ouvrage avec des pierres de dimensions compatibles (plus grandes) que celles des perforations de ce système ; ce lest permet d'augmenter la stabilité globale (renversement et glissement) de la structure et d'améliorer le comportement du système comme dissipateur d'énergie. On peut former des écrans simples ou multiples avec ses éléments laminaires perforés, dotés de trous et ou de rainures, perméables, dissipateurs d'énergie, maintenus dans les rainures correspondantes, guides, etc..., des structures conventionnelles telles que pilotis et piles. Une application particulièrement intéressante de ce système est celle des môles de rive avec leurs éléments laminaires du côté terre, pourvus de très petits trous et/ou de rainures qui filtrent les ondes totalement, sauf les ondes longues en permettant la décharge libre de l'eau des extrados en évitant de cette manière la poussée provoquée par la pression hydrostatique sur l'extrados et, éventuellement, la sous-pression sur la base de l'ouvrage. Dans tous les cas, les éléments laminaires perforés, ainsi que les structures formées avec ces derniers, peuvent être renforcés par des nervures, des cadres et des barres pour augmenter leur rigidité, et par des consoles, etc..., pour obtenir la résistance structurelle nécessaire des ouvrages construits selon le présent système. Indépendamment de la fonction à laquelle elles sont destinées, les fondations des ouvrages construits conformément au présent système (accostage, support, défense, etc...) peuvent se réaliser sur le terrain si les conditions topographiques et géotechniques le permettent, de préférence sur les socles de fondation adéquats construits si possible avec des éléments granulaires, convenablement mis à niveau, des sacs de béton en masse, etc..., avec éventuellement les blocs de garde correspondants. Lorsque la navigation est importante, la stabilité des fondations peut être obtenue avec des digues d'enrochement submergées dont le couronnement doit être utilisé pour l'application du système qui fait l'objet de la présente invention. Le couronnement des travaux se fera selon la fonction envisagée: accostage, support, défense, etc..., en adoptant la morphologie et la disposition des môles d'accostage, des promenades maritimes, des berges de canal, etc... Dans la majeure partie des applications, le couronnement est construit avec des dalles ou avec des poutres allégées par des trous passant le long des pièces, ces trous servant en même temps à l'installation des conduites des services d'eau, d'électricité, de téléphone, etc... qui sont assemblées à l'infrastructure par des ancrages appropriés. La construction des ouvrages maritimes selon le présent système peut se réaliser avec des méthodes conventionnelles; ils peuvent être construits "in situ" mais de préférence avec des éléments préfabriqués avec des matériaux anti-corrosion, surtout de béton (armé, précontraint), le fibrociment, ou leur combinaison. Les avantages qui caractérisent le présent système sont - la diminution de la hauteur des ondes incidentes de courte période (houle, ondes de sillage) lors de leur passage à travers le système, - la diminution des forces et des moments de renversement sur l'ouvrage grâce à la diminution du diagramme de pressions lors du passage (au moins partiel) des ondes à travers les perforations, - l'absence de réflexions multiples et de résonance dans les bassins, et - l'absence d'effet de stagnation étant donné que les courants dûs au vent, les ondes de période longue (marées, ondes de plate-forme, etc...) peuvent circuler à travers les éléments perméables du présent système. Les avantages additionnels qui dérivent des précédents, sont les suivants - l'amélioration de la qualité de l'environnement, - la facilité de navigation sur les canaux et le long des rives, et - l'amélioration des conditions d'accostage et de mouillage. La définition du système selon l'invention ainsi que quelques uns de ses avantages, seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre faite en regard des dessins annexés illustrant l'invention de manière non limitative. Les figures 1, 2, 3 et 4 représentent respectivement en perspective, en coupe verticale et en coupe horizontale, une application de structure cellulaire en caisson, avec deux éléments laminaires perforés, ouverts dans les parties supérieure et frontales et fermé au niveau des bases et des parties latérales, ces parties latérales étant formées par des éléments laminaires perforés pourvus de trous et/ou de rainures, perméables, dissipateurs d'énergie. Comme l'indiquent les lignes de rappel, l'élément de la figure 1 doit reposer sur celui de la figure 2. Ces figures sont représentées séparément pour permettre d'apprécier clairement les divers composants fonctionnels de mode de réalisation. La figure 3 est une coupe selon la ligne B-B' de la figure 4 et la figure 4 est une coupe selon la ligne A-A' de la figure 3. La structure cellulaire comprend une plaque de couronnement 1, des éléments laminaires perforés 2, et une plaque de base 3. Les éléments laminaires sont pourvus de perforations 4. Des cadres 5 améliorent la rigidité de la structure cellulaire, des consoles 6 augmentent la rigidité aux noeuds et des semelles 7 améliorent la stabilité de l'ouvrage. La plaque de couronnement comporte des orifices d'allégement longidudinaux 8 qui peuvent être utilisés pour l'installation de conduites d'eau, d'électricité, du téléphone et des autres services destinés aux postes d'amarrage. La référence 9 désigne le socle cimenté et la référence 10 le terrain. La figure 3 montre un lest éventuel 11 de la structure cellulaire, avec des roches d'une taille compatible avec celles des trous 4 formés sur les éléments laminaires 2. Les figures 5 et 6 représentent des coupes transversales verticales de deux modes de réalisation du système avec disposition structurelle sur caisson multicellulaire et cellule double. Dans le mode de réalisation de la figure 5, l'élément laminaire perforé intérieur 12, est vertical et l'une des cellules 11, est lestée, ce qui rend la structure cellulaire extrêmement stable par rapport aux ondes venant de ce côté. Dans le mode de réalisation de la figure 6, l'élément laminaire perforé intérieur 13, est incliné, de sorte que la structure cellulaire annule parfaitement les ondes venant de la gauche, dans la direction indiquée par la flèche. Dans les figures 5 et 6, on distingue clairement les ouvertures supérieures 14 qui permettent le lestage de la structure. Les figures 7 et 8 représentent une vue en perspective d'un mode de réalisation multiple du système, comprenant deux éléments laminaires perforés 2, inclinés et formant une structure cellulaire simple avec couverture à deux pentes. Ainsi que l'indiquent les lignes de rappel, la plaque de couronnement 1 doit reposer sur l'arête de couronnement 16 formée par les éléments perforés inclinés 2, et sur des éléments supports 17 qui augmentent la rigidité de la structure ; les divers éléments de ce mode de réalisation ont été dessinés séparément de manière à permettre une meilleure compréhension. Dans ce mode de réalisation, les éléments laminaires perforés 2, sont appliqués sur des cadres triangulaires 15 qui, en même temps qu'ils augmentent la rigidité de la structure lui servent de base. Les éléments laminaires perforés 2, sont assemblés de préférence de manière statique à leur arête supérieure 16. La plaque de couronnement 1 (figure 7) repose sur les piles 17 et elle peut aussi s' appuyer sur l'arête 16 de la structure cellulaire, formée par les éléments laminaires perforés 2. Les figures 9 et 10 montrent en perspective un mode de réalisation multiple du système comprenant deux éléments laminaires perforés 2, parallèles, encastrés dans des rainures 18, formées sur des piles 17, lesdits éléments laminaires formant ainsi un espace cellulaire simple. Comme dans les cas antérieurs, la plaque de couronnement 1, (figure 9) repose sur les piles 17 et/ou sur les éléments laminaires perforés 2 de la figure 10. Les deux figures 9 et 10 sont séparées pour une représentation plus claire des divers éléments du système. Les figures 11 et 12 représentent en perspective un mode de réalisation très simple du système comprenant un seul élément laminaire perforé 2, encastré dans des rainures 18 formées sur des piles 17, formant ainsi un seul écran d'annulation d'énergie. Comme dans les cas précédents, la plaque de couronnement 1 (figure 11), doit reposer sur les piles 17 et, le cas échéant, sur l'élément liminaire perforé 2 (figure 12). Les figures sont séparées pour une meilleure représentation des divers éléments du système. La figure 13 présente une coupe transversale d'une application du système à un môle cimenté sur une digue de roches 19. Les références 20, 21 et 22 désignent respectivement la couche principale, la couche secondaire et le noyau de la digue brise-lames. La figure 14 montre une coupe transversale d'une autre application du système à une digue de protection submersible, dissipatrice d'énergie. Les références 20, 21 et 22 désignent respectivement la couche principale, la couche secondaire et le noyau. La référence 23 désigne des éléments dissipateurs tels que décrits dans le brevet espagnol nO 543 747 du même auteur. La coupe transversale de la figure 15 montre une application très importante du système selon l'invention à un môle de rive. Des poutres 24 confèrent une rigidité à la structure cellulaire. On notera la petite taille et le petit nombre des perforations 25 de l'élément cellulaire de l'extrados 26. Le remplissage de l'extrados avec du gravier est illustré par la référence 27. L'invention n' est pas limitée aux modes de réalisation décrits dans ce mémoire. Des modifications de forme, de taille, de disposition des parties et de fonctionnalité peuvent être apportées auxdits modes de réalisation. L'invention englobe toutes les modifications comprises dans son esprit et sa portée. REVENDICATIONS 1- Système perméable, dissipateur d'énergie pour la constitution d'ouvrages marins, à éléments laminaires perforés, applicable à la construction et/ou à l'amélioration d'ouvrages d'accostage, de support de rive etc..., caractérisé en ce qu'il est composé d'un ensemble d'éléments laminaires perforés (2) pourvus de trous (4) et/ou de rainures parallèles, convergents et/ou divergents, qui forment des structures cellulaires dont l'axe est de préférence vertical et/ou horizontal, avec des semelles de stabilisation (3) lestées, en cas de nécessité, par des roches et/ou des pièces artificielles, massives, poreuses et/ou perforées, de manière que le système puisse agir sélectivement sur les courants et les ondes de gravité en dissipant surtout l'énergie des ondes de période courte (houle, ondes de sillage, etc...) et en permettant le libre passage des ondes de période longue (marées, etc...) et des courants de gradient et/ou de densité, ce qui permet d'améliorer les conditions fonctionnelles et d'environnement des aires abritées. 2- Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que lorsque les éléments laminaires perforés (2) forment des structures cellulaires, celles-ci sont rigidifiées grâce à des consoles (6), des cadres (5) et/ou en formant des structures réticulaires, avec des barres (15) et/ou avec d'autres éléments laminaires perforés (13) de préférence inclinés, afin d'augmenter dans tous les cas la résistance structurelle de l'ouvrage. 3- Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lorsque les éléments laminaires perforés (2) forment des structures cellulaires, la partie supérieure de ces structures cellulaires est ouverte pour permettre leur lestage avec des roches et/ou des blocs artificiels (11). 4- Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments laminaires perforés (2), dans une solution simplifiée du système, sont encastrés dans des guides et/ou dans des rainures (18) formées sur des piles (17) et/ou des pilotis, ces piles et/ou pilotis constituant le dispositif stabilisateur de l'ouvrage. 5- Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'un des éléments laminaires perforés (2) comporte des trous et/ou des rainures (4) de petite taille et de faible densité, et filtre totalement les ondes de courte période en permettant le passage des ondes de marée, et en ce que dans le cas d'ouvrages de rive où il est installé du côté terre, l'élément laminaire annule les pressions hydrostatiques sur l'extrados et éventuellement sur la base en augmentant substantiellement la stabilité de l'ouvrage. 6- Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments laminaires perforés (2) sont recouverts par des poutres et/ou par des plaques de couronnement (1), ancrées de préférence à l'infrastructure et allégées par des conduites (8) à usage multiple. 7- Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lorsque les ouvrages sont recouverts par des poutres et/ou par des plaques de couronnement (1), celles-ci sont de préférence ancrées sur la structure et/ou sont allégées par des canalisations (8) et coffres, pour l'installation des services nécessaires sur les môles, jetées et rives. 8- Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments laminaires perforés (2) ainsi que les poutres et/ou les plaques de couronnement (i) sont, pour des raisons de construction, de préférence préfabriqués avec du matérial résistant à la corrosion, de préférence en béton armé, précontraint et/ou en fibrociment avec des perforations (8), de préférence de forme régulière, circulaire, ovale ou carrée, à bords ou sommets angulaires ou arrondis. 9- Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments laminaires perforés (2) et éventuellement les structures cellulaires formées par eux sont cimentés sur des socles (9) et/ou des digues (21), des épis, des brise-lames (20) conventionnels en installant selon les cas des éléments appropriés d'assemblage et d'ancrage. 10- Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un couronnement submersible (23) qui annule l'énergie, ce qui permet de transformer les ouvrages construits avec le système en dissipateurs intégraux d'énergie par submersion et par filtrage.