Brevet FR2693216A1 — publié le 19940107

La présente invention est relative à une barrière de protection contre la houle et, plus particulièrement, à une telle barrière composée de caissons élémentaires alignés bout-à-bout et partiellement immergés dans l'eau, chaque caisson reposant sur un support fixé sur un site prédéterminé d'un fond marin. En France notamment, des contraintes légales obligent maintenant les concepteurs d'ouvrages en mer à respecter un certain nombre de règles visant à protéger l'environnement dans l'espace littoral. C'est ainsi qu'un nouvel ouvrage doit être conçu de manière à ne pas modifier les courants locaux, afin de ne pas provoquer des changements dans le profil de la côte ou des phénomènes d'érosion et/ou de dépôts nouveaux. L'ouvrage doit en outre être peu visible sinon invisible depuis la surface de l'eau et avoir une emprise faible sur le fond marin. Enfin il est souvent demandé que le procédé utilisé pour construire l'ouvrage n'implique ni dragage ni déroctage de ce fond. On souhaite actuellement réaliser des ports satisfaisant à ces contraintes et protégés de la houle du large par un tel ouvrage conçu de manière à ne pas endommager le fond marin et à assurer la libre circulation des courants au voisinage du port, l'ouvrage pouvant luimême servir de quai pour des navires. On a conçu à cet effet des ouvrages constitués de caissons élémentaires, par exemple en béton armé ou précontraint, mis bout-à-bout et reposant sur des structures en treillis tubulaires ou sur des pieux ancrés dans le fond marin. On décrit un tel ouvrage dans la demande de brevet français n" 91 00361 déposée le 15 janvier 1991 par la demanderesse. Des ouvrages de ce type laissent passer les courants marins et satisfont donc de ce point de vue à la réglementation mentionnée ci-dessus. Ces ouvrages assurent une bonne protection des plans d'eau vis-à-vis de la houle en surface. Il convient de plus, pour assurer le calme de ces plans d'eau, de limiter le passage d'une houle en profondeur sous l'ouvrage. La présente invention a donc pour but de réaliser une barrière de protection contre la houle qui soit efficace aussi bien à l'égard de la houle en surface qu'à l'égard de la houle en profondeur. On atteint ce but de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec une barrière de protection contre la houle, composée de caissons élémentaires alignés bout-à-bout et partiellement immergés dans l'eau, chaque caisson reposant sur au moins un support fixé sur un site prédéterminé d'un fond marin.Suivant l'invention, chaque caisson comprend: a) un bassin d'amortissement semi-immergé présentant une paroi orientée de manière à faire face à la houle incidente, ce bassin étant muni d'ouvertures permettant la dissipation d'une partie de lténergie et l'évacuation d'au moins une partie de l'eau admise dans le bassin, et b) au moins deux jupes verticales parallèles débordant du fond du caisson vers le fond marin, sensiblement perpendiculaires à la direction de la houle incidente, ces jupes étant dimensionnées et disposées l'une par rapport à l'autre de manière à atténuer la houle en profondeur se propageant entre le fond marin et le caisson. Avec une telle barrière anti-houle, on atténue la houle en surface dans le bassin d'amortissement et, simultanément, la houle en profondeur grâce aux jupes verticales immergées. Suivant un mode de réalisation préféré de la barrière selon l'invention, ces jupes sont percées d'ouvertures régulièrement distribuées sur leur surface et sont disposées dans le prolongement de parois du caisson perpendiculaires à la direction de la houle incidente. Chaque caisson peut comprendre en outre un compartiment semi-immergé placé en arrière du bassin d'amortissement par rapport à la houle incidente, ce compartiment présentant une dalle supérieure hors d'eau protégée de la houle. Un déflecteur déborde verticalement du caisson entre le bassin d'amortissement et la dalle supérieure horizontale dudit compartiment pour renforcer la protection de cette paroi horizontale. Celle-ci peut constituer alors la surface d'un quai pour des navires accueillis dans un port protégé par la barrière suivant l'invention. Suivant une autre caractéristique de la barrière selon l'invention, le fond du bassin d'amortissement se prolonge, du côté de la houle incidente, d'une plaque horizontale d'une largeur prédéterminée, calculée pour atténuer l'excitation de la masse d'eau située sous le caisson, due à l'impact de la houle incidente. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen des dessins annexés dans lesquels: - les figures 1 à 3 sont des vues en coupe, de face et de dessus, respectivement, d'un premier mode de réalisation de la barrière suivant l'invention, dans lequel les caissons sont supportés par des structures métalliques tubulaires, - les figures 4,5 et 6 sont des vues analogues d'une barrière suivant un deuxième mode de réalisation de l'invention, dans lequel les caissons sont supportés par des pieux et qui convient pour des fonds de faible profondeur, et - les figures 7 et 8 sont des vues en coupe de deux variantes de la barrière suivant l'invention. Suivant un premier mode de réalisation représenté aux figures 1 à 3, la barrière suivant 1 invention est constituée d'une pluralité de caissons en béton armé et/ou précontraint li, 12,1 etc.... accolés bout-à-bout (voir figure 2) et portés chacun par une paire de structures métalliques en treillis tubulaire 22,2' 2r comme c'est le cas du caisson 12 de la figure 2. Ces structures, ancrées dans le fond marin, sont couramment appelées "jackets" dans l'art. Elles sont bien connues et ne seront donc pas décrites plus en détail dans la suite. De telles structures permettent d'installer les caissons de la barrière suivant l'invention dans des eaux relativement profondes, de plusieurs dizaines de mètres de profondeur par exemple. Elles sont dimensionnées en hauteur pour que les caissons 11,12,1 etc.... soient semiimmergés, comme représenté à la figure 1 qui est une vue en coupe prise suivant le trait 1-1 de la Fig. 2. Sur cette figure il apparaît qu'un caisson tel que 12 comprend un bassin ou chambre d'amortissement 3 muni d'une paroi de type "JARLAN". Le bassin comprend donc une paroi verticale 4 faisant face à la houle incidente (dont la direction est repérée par la flèche F) cette paroi étant percée d'ouvertures d'axes 5, régulièrement distribuées sur toute la paroi. Comme représenté sur la figure 3, le bassin d'amortissement 3 comprend encore des cloisons intérieures 61 à 65, perpendiculaires à la paroi verticale frontale 4, ces cloisons étant elles-mêmes régulièrement percées d'ouvertures suivant les axes 7, qui établissent des communications entre les diverses parties du bassin ainsi cloisonné. Ces cloisons jouent également le rôle de raidisseurs transversaux pour la structure du caisson. Ce bassin est conçu pour atténuer la houle en surface. Il est dimensionné de manière à optimiser la dissipation de l'énergie des houles prédominantes sur le site. L'effet de dissipation est assuré par la présence des parois de type "JARLAN" et du bassin d'amortissement. Dans le cas des houles dont la crête dépasse la paroi verticale 4 du caisson, le phénomène de dissipation est accentué par le déferlement de la vague au sein du bassin d'amortissement. Comme représenté à la figure 1, un compartiment 9 est accolé au bassin 3, en arrière de celui-ci par rapport à la houle incidente. La dalle supérieure 9' du compartiment peut alors constituer une voie de circulation ou un quai d'accostage des navires. On peut renforcer la protection du quai en construisant un mur déflecteur 10 s'élevant entre le quai et le bassin d'amortissement 3, et orienté vers ce dernier. Suivant une caractéristique de la barrière selon l'invention, celle-ci comprend encore des jupes verticales 11,12 qui débordent du fond 13 du caisson, vers le fond marin 14. La jupe 11 s'étend au droit de la paroi verticale 4 du bassin d'amortissement 3 alors que la jupe 12 est en prolongement d'une paroi verticale du compartiment 9 opposée à la paroi 4. Comme on l'explique dans l'ouvrage intitulé "Port Engineering", auteur : Per Bruun, 4ème édition, éditeur : Gulf Publishing Company, pages 288 à 291, de telles jupes atténuent fortement la transmission de la houle incidente. On pourra se référer à cet ouvrage pour le calcul de la hauteur et la distance des jupes de manière à obtenir l'atténuation optimale de l'énergie de la houle.A cet égard, une atténuation maximale est, suivant cet ouvrage, obtenue quand la distance 1 des jupes est telle que l/; = 0,25, X étant la longueur d'onde de la houle incidente. Ainsi, grâce à la présente invention, on obtient simultanément une atténuation de la houle en surface grâce au bassin d'amortissement 3 et de la houle en profondeur grâce aux jupes 11,12. On assure ainsi efficacement la protection du plan d'eau par la barrière suivant l'invention. Cette barrière peut être installée en utilisant la technique décrite dans la demande de brevet français précitée, qui fait appel à une mise en place préalable des jackets, au remorquage sur site de chaque caisson et au ballastage de ce dernier pour le placer en appui sur ses jackets. Le centrage du caisson sur les jackets peut être réalisé à l'aide de broches et de guides centreurs pouvant coulisser dans des fourreaux, ces organes étant installés à l'interface entre le caisson et les jackets. Pour plus de détails concernant la technique de mise en place de la barrière suivant l'invention, on pourra se reporter à la demande de brevet précitée. La barrière représentée aux figures 1 à 3 est conçue pour être installée sur des fonds marins assez profonds, de plusieurs dizaines de mètres par exemple. L'utilisation de jackets est alors la technique la plus appropriée. Pour des fonds marins peu profonds, on peut recourir à la solution représentée aux figures 4 à 6 qui représentent un deuxième mode de réalisation de la barrière suivant l'invention. A ces figures des références numériques identiques à des références utilisées sur les figures 1 à 4, repèrent des éléments ou organes identiques ou analogues. La barrière des figures 4 (coupe suivant le trait 4-4 de la Fig. 5) à 6 est constituée de caissons 11,12,13, etc.... généralement identiques à ceux de la barrière des figures 1 à 3. Cependant, du fait de la faible profondeur du fond marin 14, il est possible de les monter sur un support constitué de pieux tels que 22,2'2, 22, coulissant par exemple dans des fourreaux 15 prévus dans le caisson, les pieux étant battus pour être ancrés dans le fond marin 14. Cette technique de pieux battus coulissant dans des fourreaux est également décrite dans la demande de brevet français précitée à laquelle on se reportera pour plus de détails. Du fait de la proximité du fond marin et de la nécessité de préserver la circulation des courants conformément à la réglementation mentionnée plus haut, on remplace les jupes pleines 11,12 de la barrière des figures 1 à 3, dans la barrière des figures 4 à 6, par des jupes 11',12' régulièrement perforées d'ouvertures dont on a repéré les axes 16. Cette disposition permet également de limiter les affouillements en pieds d'ouvrage. On remarquera que la barrière de la Fig. 4 comprend une jupe supplémentaire 21 entre les jupes 11' et 12'. La jupe 21 est percée d'ouvertures d'axes 22 comme les jupes 11' et 12'. Les paires de jupes 11',21 d'une part, 12',21 d'autre part jouent le rôle d'atténuateur pour la houle venant du large et pour la houle résiduelle venant du plan d'eau respectivement. On a représenté aux figures 7 et 8 deux variantes de la barrière suivant l'invention, en coupes transversales analogues à celles des figures 1 et 4. A la figure 7, il apparaît que la barrière représentée comprend un caisson généralement semblable à celui de la figure 4, monté sur des jackets du type de ceux utilisés dans la barrière de la figure 1, mais reposant sur l'intersection de parois transversales 6' et de jupes longitudinales 11" et 12", débordant verticalement du fond 13 du bassin. On notera que dans cette variante les jupes 11',12' du caisson sont percées comme celles du caisson de la figure 4. On notera aussi la présence, côté large, d'une plaque horizontale 17 prolongeant dans la mer le fond 13 du bassin d'amortissement 3 du caisson.Comme on l'explique dans les actes du 27ème congrès de l'A.I.P.C.N., Osaka, 22-26 mai 1990 section II, sujet 2, page 6, lorsque la houle frappe une paroi verticale telle que la paroi 4 du caisson de la figure 7 et s'y réfléchit, l'amplitude du clapotis qui se forme est deux fois supérieure à celle de la houle du large. La masse d'eau placée sous le caisson est alors excitée par les variations correspondantes de pression. La plaque 17 a pour but de réduire ces variations. Pour ce faire on donne à cette plaque une longueur telle que la face amont de la masse d'eau située sous la plaque et le caisson se trouve non plus au droit d'un ventre mais d'un noeud du clapotis. On atténue encore ainsi l'amplitude de la houle qui franchit la barrière suivant l'invention. Les jupes 11',11" d'une part, 12',12 d'autre part, sont écartées d'une distance calculée pour atténuer efficacement la houle venue du large et du plan d'eau protégé, respectivement. L'espace compris entre les jupes 11" et 12" peut être dimensionné de manière à atténuer toute houle résiduelle, dans les deux sens du passage de cette houle sous la barrière. La barrière représentée à la figure 8 est destinée à la protection des ouvrages offshore, sur des fonds plus importants, jusqu'à 100 mètres de profondeur d'eau par exemple. Son rôle se réduit à l'atténuation de la houle. Elle est formée d'une pluralité de caissons I' montés sur des structures 2' métalliques du type "jacket" posées sur le fond marin 14. L'ancrage de la structure dans le fond est assuré par des piles 18 passant dans des fourreaux verticaux 18', solidaires de la structure. On trouvera un tel exemple de fixation dans la demande de brevet français précitée. Le caisson 1' se distingue des précédents en ce que le compartiment 9 supportant le quai 9' est remplacé par une chambre d'amortissement découverte 19. Cette chambre est destinée à diminuer l'agitation résiduelle du plan d'eau du côté de l'ouvrage à protéger. Sa paroi externe est percée d'ouvertures 19' tout comme le bassin 3. Du côté de la houle incidente, la paroi 20 du bassin d'amortissement 3 qui fait face au large est incurvée vers l'intérieur du caisson, de manière à diminuer l'impact des vagues à l'avant de l'ouvrage. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. Une barrière anti-houle suivant l'invention pourrait protéger non seulement un port, mais aussi un ouvrage existant tel qu'une plate-forme "offshore". De même une telle barrière pourrait être construite pour protéger un plan d'eau destiné à recevoir un ensemble urbain installé sur l'eau tel qu'une marina. REVENDICATIONS 1. Barrière de protection contre la houle, composée de caissons élémentaires (li) alignés bout-à-bout et partiellement immergés dans l'eau, chaque caisson reposant sur au moins un support (2i, 2'i, 2"i) fixé sur un site prédéterminé d'un fond marin (14), caractérisée en ce que chaque caisson comprend a) un bassin d'amortissement (3) semi-immergé présentant une paroi (4) orientée de manière à faire face à la houle incidente, ce bassin étant muni d'ouvertures permettant la dissipation d'une partie de l'énergie de la houle incidente et l'évacuation d'au moins une partie de l'eau admise dans le bassin, et b) au moins deux jupes (11,12;;11',12') verticales parallèles débordant du fond (13) du caisson vers le fond marin, sensiblement perpendiculaires à la direction de la houle incidente, ces jupes étant dimensionnées et disposées l'une par rapport à l'autre de manière à atténuer la houle en profondeur qui se propage entre le fond marin et le caisson. 2. Barrière conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que les jupes sont percées d'ouvertures (16,22) régulièrement distribuées sur leur surface. 3. Barrière conforme à l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la paroi (4) du bassin qui fait face à la houle incidente est verticale. 4. Barrière conforme à l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la paroi (20) du bassin qui fait face à la houle incidente est incurvée vers l'intérieur du caisson. 5. Barrière conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'une (11;11') des jupes verticales prolonge ladite paroi (4;20) du bassin. 6. Barrière conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que chaque caisson comprend en outre un compartiment (9) semi-immergé placé comprend en outre un compartiment (9) semi-immergé placé en arrière du bassin d'amortissement par rapport à la houle incidente, ce compartiment présentant une dalle supérieure horizontale (9') hors d'eau protégée de la houle et propre à servir de quai. 7. Barrière conforme à la revendication 6, caractérisée en ce qu'un mur déflecteur (10) déborde verticalement du caisson entre le bassin d'amortissement (3) et la dalle supérieure horizontale (9') dudit compartiment (9), pour renforcer la protection de ladite dalle horizontale. 8. Barrière conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le fond (13) du bassin d'amortissement se prolonge, du côté de la houle incidente, d'une plaque horizontale (17) d'une largeur prédéterminée, calculée pour atténuer l'excitation de la masse d'eau située sous le caisson par le clapotis engendré par l'impact de la houle incidente sur le caisson. 9. Barrière conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le support est constitué par une structure en treillis tubulaire. 10. Barrière conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le support est constitué par des pieux. 11. Barrière conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins trois jupes parallèles verticales (11',12',21;11',11",12',12"), chaque paire de jupes adjacentes constituant un atténuateur de houle en profondeur. 12. Barrière conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que chaque caisson comprend en outre une chambre d'amortissement (19) semiimmergée placée en arrière du bassin d'amortissement (3) par rapport à la houle incidente, pour atténuer toute houle en surface résiduelle du côté du plan d'eau protégé par la barrière. 13. Barrière conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que chaque caisson est construit en béton armé et/ou précontraint.