Brevet FR2731724A1 — publié le 19960920

La présente invention concerne un dispositif atténuateur de houle. D'une manière générale, elle trouvera son application dans le domaine du contrôle ou de l'utilisation de plans d'eau, des rivières, des côtes ou autres emplacements maritimes. Ainsi, elle pourra servir, notamment, pour protéger des installations artificielles ou naturelles telles que des ports, des darses, des anses, des baies ou autres. On pourra également utiliser le dispositif atténuateur objet de la présente invention, par exemple, pour préserver des installations off-shore ou des chantiers maritimes. En effet, les mouvements oscillants de la houle engendrant des perturbations telles que, par exemple, embardées, pilonnements, roulis, ou déferlement qui entraînent des conséquences destructrices aussi bien pour les côtes et les rivages que pour les objets qui se trouvent à la surface de l'eau, on souhaite, de manière générale, les atténuer. On connaît déjà, à cette fin, de nombreux dispositifs. La plupart d'entre eux consistent soit à opposer à la houle des obstacles imperméables tels que, notamment, des digues, des murs ou des voiles verticaux, soit à transformer l'énergie ondulatoire de la houle sous forme de turbulence en exploitant des effets d'amortissement visqueux. Les premiers présentent l'inconvénient, notamment, d'être lourds à mettre en oeuvre et de coût élevé. De plus, ils perturbent fortement la faune et la flore maritime. Les seconds sont difficilement exploitables pour des houles de grande longueur d'onde. Des dispositifs cherchant à utiliser les caractéristiques ondulatoires de la houle ont également été proposés. Toutefois, bien que satisfaisants dans certains cas, ces dispositifs présentent de grandes dimensions transversales. En effet, leur efficacité est fonction du rapport entre la longueur d'onde et leur dimension transversale, ces performances chutant lorsque le rapport croit. De tels dispositifs doivent donc présenter de grandes dimensions pour avoir un effet significatif sur des houles de grande longueur d'onde. De plus, ils sont généralement fixés au fond. Aussi, présentent-ils l'inconvénient d'être difficiles à mettre en oeuvre et de coût élevé. Le but de la présente invention est de pallier les inconvénients précités en proposant un dispositif atténuateur de houle qui présente un faible encombrement, notamment, dans la direction de propagation de la houle. Un autre but de la présente invention est de proposer un atténuateur de houle efficace aussi bien pour les petites longueurs d'ondes que pour les grandes. Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif atténuateur de houle qui laisse passer les courants marins et permette ainsi de respecter les équilibres écologiques et sédimentologiques, l'évacuation des matières polluantes rejetées dans le plan d'eau protégé et l'intégrité du milieu marin. Un avantage de la présente invention est qu'elle permet, en cas de marées, de suivre leur niveau. Un avantage de la présente invention est qu'elle présente un faible tirant d'air, ce qui permet de respecter l'esthétique du site. Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif atténuateur de houle qui présente un faible coût de construction ainsi qu'une mise en place et un entretien simplifié. Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif atténuateur de houle qui puisse être retiré à faible coût et sans dommages pour le site et son environnement. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre qui n'est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter. La présente invention concerne un dispositif atténuateur de houle, ladite houle, dénommée houle incidente ayant une direction moyenne de propagation donnée, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens batteurs, semi-submersibles, aptes à récupérer l'énergie de la houle incidente et à générer, en aval du dispositif, une houle forcée en décalage de phase par rapport à ladite houle incidente et des moyens pour maintenir lesdits moyens batteurs en place par rapport à la direction moyenne de propagation de la houle en laissant libre le dispositif dans ses mouvements verticaux. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre accompagnée des dessins en annexe qui en font partie intégrante. La figure 1 décrit, de manière schématique, le principe d'un dispositif atténuateur de houle conforme à l'invention. La figure 2 montre, selon une vue transversale, un exemple de dispositif atténuateur de houle conforme à l'invention. La figure 3 est une vue de face du dispositif atténuateur de houle, représenté à la figure 2. La figure 4 est une vue de dessus, en coupe selon la ligne IV-IV représentée à la figure 3, du dispositif atténuateur de houle illustré à la figure 2 précédente. La figure 5 est une vue de dessus qui présente un exemple d'utilisation du dispositif atténuateur de houle conforme à l'invention. La présente invention concerne un dispositif atténuateur de houle. De manière générale, elle trouvera son application notamment dans le contrôle ou l'utilisation des cours d'eau, des rivières, des côtes ou autres emplacements maritimes. Dans un plan d'eau, la houle se propage généralement suivant une direction donnée définie, notamment, par les vents dominants au large, les guides d'ondes constitués par d'éventuelles digues, la trajectoire de gros navires dont le sillage génère de la houle, ou autre. Il s' agit, en fait d'une direction moyenne, les différentes houles incidentes présentant une direction répartie, sensiblement suivant une allure gaussienne, par exemple, à plus ou moins 45" autour de cette direction générale fictive. Comme représenté à la figure 1, il paraît théoriquement possible d'envisager un dispositif qui permette d'atténuer totalement une houle, dénommée houle incidente 1, ayant une direction moyenne de propagation 2 donnée, telle que définie plus haut. En effet, si en un point "O", on génère une houle, dénommée alors houle forcée 4, repérée en pointillés longs, de même direction 2 et de même longueur d'onde que la houle incidente transmise, repérée en pointillés courts, mais en opposition de phases par rapport à cette dernière, leurs effets s'annuleront et on obtiendra le calme plat comme symbolisé par la droite repérée 5. En cas de réflexion, au niveau du point O de la houle incidente 1, comme représenté par la flèche repérée 6, il est à noter que l'on observera alors, en amont du point O et au voisinage de celui-ci un clapot pur, c'est-àdire dans une zone repérée 7, un phénomène localement stationnaire. Comme représenté à la figure 2, l'exemple de dispositifs atténuateurs de houle, conforme à l'invention, s'appuie sur ce principe. Ainsi, il comprend des moyens batteurs 8 semi-submersibles, aptes à récupérer l'énergie de la houle incidente 1 que l'on souhaite atténuer et à générer, en aval du dispositif une houle forcée en décalage de phase par rapport à ladite houle incidente 1. Grâce aux moyens batteurs 8, on génère donc une houle dont les effets, selon le principe exposé plus haut, vont compenser ceux de la houle incidente. En se rapprochant de l'opposition de phase, on tendra alors vers l'obtention d'un calme plat. De plus, un tel dispositif présente l'avantage d'être autonome. En effet, ce sont les propres moyens batteurs 8 qui, en récupérant l'énergie de la houle incidente 1, assurent, en oscillant verticalement, la production de la houle forcée. Les notions d'aval et d'amont sont définies d'après la direction de propagation de la houle incidente 1, celle-ci allant, selon la flèche repérée 2, de l'amont vers l'aval. Par ailleurs, le terme semi-submersible signifie que les moyens batteurs sont prévus flottants au voisinage de la surface de l'eau, comme le montre la figure 2, et ne sont pas retenus fixement par le fond. De plus, le dispositif atténuateur de houle conforme à l'invention comprend des moyens 9 pour maintenir lesdits moyens batteurs 8 en place par rapport à la direction moyenne de propagation de la houle incidente 1, en laissant libre le dispositif dans ses mouvements verticaux. Ils permettent ainsi de retenir l'atténuateur, notamment, dans ses translations horizontales ou dans des rotations autour d'un axe vertical. Le dispositif agit, en fait, comme un systeme "masse-ressort" dont les mouvements peuvent se mettre en équation, par projection sur un axe vertical, sous la forme suivante (M+Ma).A (t) + (A+A+A=).V (t) + (H+K).X (t) = F (t) où "M" représente la masse du dispositif, "mua" représente la masse d'eau ajoutée, "A" représente l'accélération du dispositif, "Av" représente l'amortissement visqueux, "A" représente l'amortissement dû aux frottements comme, notamment, les frottements entre les moyens batteurs 8 et les moyens 9 pour maintenir ces derniers en place, "Ar" représente l'amortissement d'onde de gravité dû à la radiation correspondant à l'énergie radiée dans la houle générée, "V" représente la vitesse du dispositif. "H" représente la raideur hydrostatique, "K" représente la raideur des moyens 9 pour maintenir en place, "X" représente le déplacement du dispositif "F" représente l'excitation qu'exercerait la houle incidente sur le dispositif si ce dernier était fixe. Pour que le système soit oscillant, c'est-àdire pour que les moyens batteurs génèrent de la houle, il faut (Av+A+A)2 M > 4. (H+K) L'amortissement de radiation devant être le plus grand possible puisqu'il rend compte de l'énergie de la houle générée et la raideur du dispositif devant, comme il sera développé plus loin, resté limité, il apparaît donc nécessaire pour que le dispositif oscille verticalement que la somme M+Ma soit élevée. Aussi, les moyens batteurs 8 comprennent notamment une plaque 10 pesante. Cette dernière est orientée, par exemple transversalement par rapport à la direction moyenne de propagation 2 de la houle incidente (1). Afin de l'alourdir, la plaque pesante 10 présente, selon le mode particulier de réalisation illustrée, notamment aux figures 2 et 3, des ballasts 11, ceux-ci pouvant être plus ou moins remplis afin d'adapter la masse du dispositif. Ils pourront servir également, éventuellement, pour ajuster son tirant d'eau en fonction de l'amplitude et/ou de la direction de la houle, ou autres. Néanmoins, il faudra prendre soin d'éviter les risques de carénes liquides. Un autre avantage des ballasts 11 consiste en ce qu'ils permettent d'amener le dispositif sur le lieu où il doit être utilisé en le faisant flotter de manière stable. Comme représenté, la plaque pesante 10 est, notamment, de forme rectangulaire. Selon d'autres modes de réalisations, elle peut être également, par exemple, carrée ovale ou ronde. Dans le cas d'une plaque 10 ovale, cette dernière est aussi orientée transversalement par rapport à la direction 2 moyenne de propagation de la houle incidente 1. Par transversalement, il faut comprendre que la plaque pesante 10 est disposée sensiblement de manière horizontale, sa plus grande dimension étant perpendiculaire à la direction de propagation de la houle. De manière générale, la plaque 10 est d'ailleurs orientée de telle sorte que l'un de ses bords soit attaqué par la houle incidente suivant un angle moyen de 90 . Pour contribuer à la mise en oscillation des moyens batteurs 8, le dispositif comprend également, par exemple, des moyens 12 pour augmenter la masse d'eau ajoutée M,. Il s'agit notamment de jupes transversales 13, prévues sous la plaque 10, au voisinage de ses grands côtés et/ou, éventuellement, de ses petits côtés. Ces deux jupes 13 délimitent donc un volume de liquide 14 qui, étant confiné sous l'atténuateur de houle, permet d'augmenter les efforts en phase avec l'accélération et donc la masse d'eau ajoutée. Les jupes 13 présentent également, notamment, l'avantage d'atténuer les houles de petites longueurs d'ondes. Ainsi, même si ces petites houles ne présentent pas l'énergie nécessaire pour mettre les moyens batteurs (8) en oscillation, elles sont néanmoins atténuées par le dispositif et ceci, notamment, par réflexion. Cela étant, les houles incidentes que l'on souhaite atténuer présentent généralement, comme pour la direction, une longueur d'onde 3 moyenne. Afin de générer des oscillations d'amplitude maximum, on choisit pour le dispositif une période propre d'oscillation la plus proche possible de ladite période moyenne de la houle incidente 1. Néanmoins, il faudra veiller à ce que la période propre du dispositif reste légèrement supérieure à ladite période moyenne afin d'éviter que la houle générée 4 ne subisse une inversion et se retrouve en phase avec la houle incidente transmise. Pour cela, le dispositif comprend, par exemple, des moyens pour adapter sa période propre d'oscillation, notamment, en fonction de la période moyenne de la houle incidente 1. Ils sont constitués, notamment, par la plaque pesante 10 prévue submergée, de manière à limiter la raideur hydrostatique du dispositif en diminuant sa surface au voisinage de l'interface eau/air. En effet, la période propre du dispositif est donnée par la formule Pour adapter la période propre du dispositif comme développé plus haut, il convient donc de limiter H, c'est-à-dire la raideur du système. Celle-ci diminuant avec la surface du dispositif au niveau de l'interface eau/air, la plaque pesante 10 est submergée. Néanmoins, comme on l'a vu plus haut, la raideur du dispositif ne doit pas non plus être trop faible si l'on veut qu'il puisse être mis en oscillation. Ainsi, le dispositif comprend, en outre, par exemple un voile 16 transversal, notamment vertical, semi submergé, au-dessus de la plaque 10. Comme représenté, le voile 16 peut être prévu sensiblement au milieu de ladite plaque 10. I1 définit, du côté de la houle incidente 1, une chambre dite chambre amont 17 et, de l'autre côté, une chambre dite chambre avale 18. Selon d'autres exemples de réalisation, le voile 16 peut être prévu soit plus en retrait, soit plus en avant de manière à moduler la surface respective des chambres amont 17 et aval 18. Le voile 16 présente les avantages de contribuer également, notamment, à arrêter les petites houles. De plus, il permet de casser les champs de vitesse et de pression de la houle incidente 1. On peut remarquer que les jupes 13 et le voile 16 permettent également de contribuer à l'atténuation de la houle par dissipation visqueuse. Grâce à la position du voile 16, on répartit de manière optimale le prélèvement d'énergie nécessaire à la mise en oscillation entre les chambres amont 17 et aval 18. A titre d'exemple, si l'on a obtenu de bons résultats sans la présence de voiles 16 pour des houles de périodes allant de cinq à six secondes, les performances sont améliorées grâce auxdits voiles 16, pour les houles dont les périodes vont de sept à huit secondes. De plus, on peut remarquer que la chambre aval 18 constitue un réservoir tampon. En effet, l'eau qu'elle emmagasine permet de creuser les crêtes et de remplir les creux en aval. Le voile sensiblement vertical 16 peut présenter, notamment, des voiles obliques 19 au voisinage de ses bords. De plus, notamment afin de diminuer les efforts horizontaux exercés par la houle incidente 1, il peut être muni de trous, non représentés, dans sa partie supérieure. Comme il apparaît plus particulièrement à la figure 4, le dispositif comprend, en outre, par exemple, des flancs 20 semi-submergés, perpendiculaires au voile transversal 16, au voisinage des bords transversaux de la plaque 10. Ils contribuent à assurer la stabilité hydrostatique du dispositif. De plus, ils permettent de protéger les moyens 9 pour maintenir le dispositif en place et atténue les effets de bord. Ils limitent également le passage de la houle. Les arêtes verticales des flancs 20 présentent notamment des chanfreins 21. Ils participent, comme les voiles obliques 19, en lissant les lignes de courant, à l'efficacité hydrodynamique du dispositif. Tel que décrit ci-dessus, le dispositif présente une structure oscillante semi-submersible. Selon les lois de l'hydrodynamique, il existe donc une période pour laquelle l'excitation transmise par la houle incidente 1 est minimale. I1 s'agit de la période d'extinction T. définie par les dimensions verticales du dispositif et le rapport des surfaces immergées. Pour cette période, l'excitation passant par un minimum, la houle forcée générée passe également par un minimun. Afin que le dispositif reste efficace sur toute la plage allant des petites longueurs d'ondes aux longueurs d'onde correspondant à sa période propre T , on choisit une période d'extinction faible de manière à ce qu'elle se trouve la plus proche possible des périodes pour lesquelles l'atténuateur fonctionne par réflexion et/ou dissipation, à savoir les petites longueurs d'onde. Aussi, le dispositif comprend-t-il, en outre, par exemple, des moyens pour abaisser sa période d'extinction constitués notamment par le contrôle du rapport entre la surface du dispositif à l'interface liquide/air et la surface de la plaque 10. A titre d'exemple, pour un dispositif dont le voile transversal 16 fait environ 2 mètres de haut et dont le tirant d'air est d'environ 1 mètre, le rapport entre la surface de flottaison représenté en hachurés et la surface horizontale de la plaque 10 est de l'ordre de 26 %. Toujours selon la figure 4, on constate que les moyens 9 pour maintenir le dispositif en place sont constitués, par exemple, par des pieux 23, non représentés aux figures 2 et 3, sur lesquels le dispositif est monté coulissant, sensiblement verticalement. Les pieux 23 sont notamment, verticaux, et débouchent à travers la plaque 10. Ils sont, par exemple, assujettis au fond. A titre de sécurité, un ancrage souple peut également être prévu. Si on se reporte de nouveau aux figures 2 et 3, on remarque que, selon un mode particulier de réalisation, le dispositif comprend, au-dessus du voile 16, un panneau 24 sensiblement horizontal. Il permet de constituer un ponton. Toutefois, ses dimensions devront être adaptées aux exigences de stabilité statique et de mise en oscillation du dispositif. Le panneau 24 présente l'avantage de limiter les effets des gerbes d'eau engendrés par le clapot amont. Afin d'améliorer encore les performances hydrodynamiques de l'atténuateur de houle conforme à l'invention, on peut envisager éventuellement de le munir, par exemple, de quilles latérales non représentées. Comme illustré à la figure 5, on pourra associer, afin de protéger un plan d'eau entier, plusieurs dispositifs atténuateurs de houles conformes à l'invention. Selon cette application, ils sont assemblés, notamment, deux à deux, côte à côte et coulissent verticalement, notamment, le long de pieux 23 sensiblement parallèles. La direction d'ensemble des atténuateurs est, notamment, perpendiculaire à la direction moyenne 2 de la houle incidente 1. A titre d'exemple, on a obtenu de bons résultats pour une houle de période moyenne variant de sept à huit secondes avec un atténuateur présentant des moyens batteurs 8 de cinq mètres de large pour douze mètres de long, la hauteur du voile 16 étant de l'ordre de l'amplitude crête à creux de la houle incidente, à savoir, dans le cas étudié, de l'ordre de 2 à 3 mètres. La période propre avait été fixée aux environs de 10 secondes et la période d'extinction aux environs de 3 secondes. En effet, dans ces conditions, l'amplitude de la houle est divisé par deux. Afin d'améliorer encore le résultat, on pourra associer des dispositifs atténuateurs conformes à l'invention en série les uns derrière les autres. Naturellement, d'autres modes de réalisation à la portée de 1'Homme de 1'Art auraient pu être envisagées sans pour autant sortir du cadre de la présente demande. REVENDICATIONS 1. Dispositif atténuateur de houle, ladite houle, dénommée houle incidente 1, ayant une direction moyenne de propagation (2) donnée, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens batteurs (8) semi-submersibles, aptes à récupérer l'énergie de la houle incidente (1) et à générer, en aval du dispositif, une houle forcée (4) en décalage de phase par rapport à ladite houle incidente (1) et des moyens (9) pour maintenir lesdits moyens batteurs (8) en place par rapport à la direction moyenne de propagation de la houle incidente (1) en laissant libre le dispositif dans ses mouvements verticaux. 2. Dispositif atténuateur de houle selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens batteurs (8) comprennent une plaque (10) pesante, orientée transversalement par rapport à la direction moyenne de propagation (2) de la houle incidente (1). 3. Dispositif atténuateur de houle selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens (12) pour augmenter la masse d'eau ajoutée du dispositif de manière à contribuer à la mise en oscillation des moyens batteurs (8). 4. Dispositif atténuateur de houle selon la revendication 3 caractérisé par le fait que les moyens (12) pour augmenter la masse d'eau ajoutée du dispositif sont constitués par des jupes transversales (13) prévues sous la plaque (10). 5. Dispositif atténuateur de houle selon la revendication 2 caractérisé par le fait qu'il comprend en outre, des moyens pour adapter sa période propre d'oscillation.. 6. Dispositif atténuateur de houle selon la revendication 5 caractérisé par le fait que les moyens, pour adapter sa période propre d'oscillation sont constitués par ladite plaque (10) prévue submergée de manière à limiter la raideur hydrostatique du dispositif en diminuant sa surface au voisinage de l'interface eau/air. 7. Dispositif atténuateur de houle selon la revendication 2 caractérisé par le fait qu'il comprend un voile (16) transversal, semi-submergé, au-dessus de la plaque (10). 8. Dispositif atténuateur de houle selon la revendication 7 caractérisé par le fait qu'il comprend, en outre, des flancs (20) semi-submergés, perpendiculaires au voile transversal (16), au voisinage des bords transversaux de la plaque (10). 9. Dispositif atténuateur de houle selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comprend, en outre, des moyens pour abaisser sa période d'extinction, constitués par le contrôle du rapport entre la surface du dispositif à l'interface liquide/air et la surface de la plaque (10). 10. Dispositif atténuateur de houle selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens (9) pour maintenir le dispositif en place sont constitués par des pieux (23) sur lesquels le dispositif est monté coulissant sensiblement verticalement.