Brevet FR2677052A1 — publié le 19921204

La présente invention concerne un nouveau type d'ouvrage d'art côtier du type brise-lames en vue de la protection contre la houle, compatible avec les impératifs législatifs les plus récents. En effet, pour respecter les principes énoncés par les lois en vigueur dans les différents pays intéressés, les futurs ouvrages ne devront pas: - modifier le régime des courants locaux afin de ne pas entraîner de modification du profil côtier en induisant des phénomènes d'érosion-dépôt. - Détruire les fonds marins, ni directement par leur implantation, ni indirectement par la mise en suspension de fines particules au cours des travaux de construction. En effet, I'augmentation de la turbidité, consécutive aux travaux de dragage et de déroctage ou au déversement de tout-venant, pour la construction de digues ou de remblais, diminue la photosynthèse sur des étendues de plusieurs de dizaines ou même de plusieurs centaines d'hectares, ce qui est un phénomène catastrophique et irréversible. - Créer des zones de confinement susceptibles de concentrer des polluants. En particulier, dans le cas des ports, le dragage régulier des vases souvent chargées en polluants conservatifs (TBT, zinc, plomb etc...) et leur rejet plus au large ont souvent des conséquences également catastrophiques sur les coquillages et les zones conchilicoles. - Modifier les sites et les paysages, en créant des barrières souvent très imposantes et hostiles à la vue. En résumé, les nouveaux ouvrages devront être transparents aux courants, peu ou pas visibles depuis la surface, n'avoir qu'une emprise négligeable sur le fond et n'impliquer que des procédés de construction n'imposant ni dragage, ni déroctage, ni déversement. Une solution intéressante à ce problème a déjà été donnée dans le brevet européen 0 346 554, et consiste en la mise en place, devant la zone à protéger, d'une structure se composant d'une série d'écrans plans, parallèles entre eux et non parallèles à la direction de cheminement de la houle, la hauteur de ces écrans croissant dans ladite direction et la base de ces écrans étant espacée du fond d'une distance verticale permettant la circulation de l'eau tout en créant une perte de charge non négligeable dans cet écoulement. Dans la pratique, ces écrans consistent en des plaques minces en métal ou en béton, perpendiculaires à la direction générale d'incidence de la houle à éteindre et construites d'un bout à l'autre de la zone à protéger, I'arête inférieure de chacune de ces plaques étant suffisamment éloignée du fond pour permettre la circulation de l'eau ayant pénétré dans le système par les espaces existants entre les arêtes supérieures de ces plaques, mais suffisamment proche pour absorber un maximum de l'énergie créée par la houle. La présente invention vise une structure destinée à remplir un rôle comparable, c'est à dire à absorber un maximum de l'énergie de la houle incidente en imposant à l'eau un trajet confiné dans un espace ouvert d'allure générale cylindrique. Selon une définition basique de l'invention, cette nouvelle structure consiste en un caisson de préférence cylindrique, lesté par un matériau lourd et surmonté d'un système circulaire de dissipation de l'énergie de la houle par absorption de cette énergie sans risque d'affaissement à la base. Diverses variantes du système de dissipation de l'énergie de la houle sont prévues selon l'invention. Selon une première variante, ce système consiste en un volume cylindrique creux ouvert à sa partie supérieure, situé au dessus de la partie lestée du caisson, dont la portion de sa périphérie faisant face à la houle incidente est percée de fenêtres et dépasse du niveau de la mer d'une hauteur approximativement égale à la moitié de l'amplitude moyenne de la houle, de manière à former déversoir et dont la portion opposée de sa périphérie, faisant face au port, non percée, est d'une hauteur interdisant tout franchissement par les houles usuelles. Selon une seconde variante, ce système consiste en une série d'écrans cylindriques concentriques, de hauteur croissante depuis la périphérie vers l'axe vertical de la structure et percés à leur partie inférieure pour permettre l'écoulement de l'eau ayant pénétré entre eux par dessus leurs rebords supérieurs. Dans les deux cas, la structure peut être construite en un lieu différent du site d'implantation et, étant flottante avant lestage, être remorquée jusqu'à ce site où elle est mise en place et lestée. Cette mise en place et la juxtaposition de plusieurs structures pour former un endiguage ou un brise-lames de grande longueur représentent en fait les seuls travaux exécutés sur le site. Ayant ainsi défini le principe de la présente invention, on va en décrire les deux variantes précitées en se référant au dessin annexé sur lequel: - la figure 1 représente une vue de dessus d'une digue accostable constituée de deux structures conformes à la première variante de l'invention; - la figure 2 est une coupe verticale suivant ll-ll de la figure 1; - la figure 3 est une vue semblable à la figure 1, conforme à la seconde variante de l'invention; - la figure 4 est une coupe verticale suivant IV-IV de la figure 3. En se référant tout d'abord aux figures 1 et 2, on y a représenté une digue formée de deux structures identiques A1 et A2 juxtaposées et auxquelles sont associées des passerelles caissons B1 et B2 formant respectivement promenade et quai accostable côté port. Comme on le voit mieux sur la figure 2, chaque structure telle que A1- se compose d'un caisson cylindrique 1 en acier ou en béton, fermé à la base par une semelle de fondation 2. Ce caisson est rempli sur une portion de sa hauteur d'un matériau lourd formant lestage 3, pouvant être du sable, du minerai de fer, des déchets d'uranium non polluants ou analogues, ce qui assure la stabilité de la structure en place. Une dalle de béton 4 ferme cette portion lestée à sa partie supérieure. La partie supérieure du caisson au dessus de la dalle 4 constitue la partie active de la structure. La moitié de sa périphérie latérale faisant face à la houle incidente est percée de fenêtres 5 et arasée suivant une section oblique se terminant à une cote 6 située au dessus du niveau de la mer évaluée approximativement à la moitié de l'amplitude de la houle moyenne. L'autre moitié de cette périphérie, faisant face au port, est fermée et sert de base aux passerelles B1 et B2. Sa hauteur est calculée pour éviter les franchissements des houles usuelles. Ces passerelles, comme représenté, peuvent surmonter en partie le volume cylindrique 1. Le dimensionnement des différentes composantes de la partie active de la structure, outre la prise en compte de l'amplitude de la houle, est calculé sur la base de principes simples: - le diamètre du cylindre A1 est essentiellement fonction de la hauteur et de l'amplitude de la houle, ainsi qu'accessoirement de la longueur d'onde de cette houle; - la hauteur de la partie pleine du cylindre Al, c'est à dire de la partie contenant le lest 3, est calculée pour permettre un acheminement par simple flottaison des caissons puis leur stabilité une fois en place, par remplissage par un lest approprié. Elle réserve pour la partie percée située au-dessus de la dalle 4 une hauteur sous l'eau au moins égale à l'amplitude de la houle significative Hs et si possible à deux fois cette même amplitude; - le pourcentage de vide, c'est à dire de la surface totale des fenêtres 5 est de l'ordre de 0,25 de la surface totale de la partie vide du caisson 1, dans le cas de percements affectant une hauteur de deux fois Hs et de l'ordre de 0,40 dans le cadre de percements affectant une hauteur égale à Hs. L'ensemble de ces facteurs : forme circulaire, percements, arasement, entraîne, d'une part, une réduction sensible des forces s'exerçant sur l'ouvrage, lesquelles sont à la fois moins importantes et moins simultanées et d'autre part, un fort abaissement du coefficient de réfection, se traduisant par une diminution des risques d'érosion des fonds marins et une diminution de l'agitation devant l'ouvrage. Si l'on se réfère maintenant aux figures 3 et 4, on y a représenté la seconde variante de la structure selon l'invention, dans laquelle le système atténuateur de houle dérive de celui décrit au brevet européen EP-O 346 554 précité, dans la mesure où il est également constitué d'écrans parallèles entre eux, entre lesquels le laminage de l'eau provoque un épuisement de l'énergie de la houle incidente. Toutefois, ce système diffère du système antérieur en ce que lesdits écrans ne sont plus plans mais cylindriques, et ils sont disposés, non plus sur une base plante unique mais sur des gradins érigés au-dessus de la dalle 4, le caisson lesté demeurant par ailleurs identique à celui de la première variante. Ainsi, on a représenté aux figures 3 et 4 une structure C1 se composant encore d'un caisson cylindrique 1 fermé par une semelle de fondation 2 et rempli de lest 3, maintenu par une dalle 4. Selon cette variante, sur la dalle 4 est érigé un couple de plaques verticales 7 et 8 en béton ou en acier, montées perpendiculaires l'une à l'autre selon une espèce de croisillon et échancrées de manière à constituer des gradins 9, 10, 11. Sur ces gradins sont disposés des écrans constitués par des cylindres 12, 13, 14 concentriques entre eux et autour de l'axe vertical XX' de la structure. Ces cylindres, comme le croisillon précité pourront être indifféremment en acier ou en béton.A la base de chacun des cylindres 12 ,13, 14 sont pratiquées des fenêtres 15, réparties sur toute la périphérie de chaque cylindre et permettant l'écoulement de l'eau ayant pénétré dans les espaces toriques entre les cylindres 12, 13, 14 après être passé par dessus les bords supérieurs desdits cylindres. L'énergie de la houle est ainsi dissipée par le laminage de l'eau circulant entre les écrans cylindriques. La mise en oeuvre de cette seconde variante présente les mêmes avantages que ceux exposés à propos de la première variante, à savoir notamment la possibilité de préfabrication des structures, puis leur remorquage jusqu'au site d'exploitation où elles sont mises en place et lestées en quelques jours seulement de travaux. Ces structures peuvent être appliquées aussi bien pour la construction de digues classiques ou accostables avec quai linéaire que pour la réalisation d'enceintes d'endiguage, par exemple pour créer des terre-pleins ou des îles artificielles, ou de murs de clôture ou de brise-lames imperméables, sans porter atteinte à l'environnement. La seule différence entre les deux variantes étant que la première ne comporte qu'un seul seuil déversant tandis que la seconde comporte une série de seuils déversants de hauteur croissante, on peut parfaitement combiner les deux variantes de manière à bénéficier simultanément des avantages des deux systèmes atténuateurs. On notera que de la même manière que chaque structure est amenée sur le site et mise en place individuellement, puis accouplée à une structure déjà en place au moyen de clés de béton, inversement, le déplacement pour une réutilisation en un emplacement différent des caissons ou structures est possible dès lors qu'il suffit à cet effet d'obturer les percements 5, d'enlever le lest et de pomper l'eau se trouvant à l'intérieur des caissons pour leur restituer alors leur flottabilité. Sur le plan du dimensionnement, on peut évaluer à 20 à 30 mètres le diamètre de chaque structure, de sorte qu'il est possible, au moyen de l'accouplement de trois ou quatre structures côte à côte, de constituer une digue d'une centaine de mètres de longueur à l'issue de travaux n'exigeant qu'une semaine environ pour chaque structure, c'est à dire en profitant par exemple de trous de météo de l'ordre d'une semaine pour chaque structure, pendant la mauvaise saison. La partie émergée de chaque structure n'étant que de quelques mètres, par exemple 6 mètres pour une structure située dans une zone où la houle moyenne est au maximum de l'ordre de 5 mètres, I'impact sur l'environnement visuel est à peine notable, alors que la structure efficace est située en fait au dessous du niveau de la mer. REVENDICATIONS I. Structure transportable destinée à la dissipation de la houle par absorption de son énergie, caractérisée en ce qu'elle se compose d'un caisson flottant surmonté d'un système dissipateur de l'énergie de la houle, ou brise-lames, ladite structure étant préfabriquée, puis remorquée jusqu'au site de mise en oeuvre et immobilisée en place par lestage dudit caisson. 2. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit système dissipateur de l'énergie de la houle consiste en un volume cylindrique creux ouvert à sa partie supérieure et dont la portion de la périphérie faisant face à la houle incidente est percée de fenêtres et dépasse le niveau de la mer d'une hauteur approximativement égale à la moitié de l'amplitude moyenne de la houle, de manière à former une crête déversante, tandis que la portion opposée de la périphérie, faisant face au port, non percée, a une hauteur interdisant son franchissement par les houles usuelles. 3. Structure selon la revendication 2, caractérisée en ce que la superficie des fenêtres est comprise entre 25 et 40 % de la superficie du volume cylindrique creux situé au dessus de la partie lestée. 4. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit système dissipateur de l'énergie de la houle consiste en une série d'écrans cylindriques concentriques de hauteur croissante depuis la périphérie vers l'axe vertical de la structure et percés à leur partie inférieure pour permettre l'écoulement de l'eau ayant pénétré entre eux en passant par dessus leurs rebords supérieurs. 5. Structure selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle combine un système atténuateur selon les revendications 2 et 3 d'une part et un système atténuateur selon la revendication 4 d'autre part. 6. Ouvrage de protection contre la houle, telles que digues classiques ou accostables avec quai, enceintes d'endiguage pour la création de de terre-pleins ou d'îles artificielles, brise-lames imperméables et analogues, constitué par la juxtaposition de structures selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, accouplées ensemble au moyen de clés de béton. 7. Ouvrage selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte, en association avec les structures atténuatrices, des passerelles caissons également préfabriquées et remorquées par flottaison sur le site d'exploitation.