Brevet FR2752432A1 — publié le 19980220

L'invention est relative au domaine de la navigation sur des voies d'eau. On sait que les voies d'eau se décomposent en deux catégories principales - les cours d'eau, dont le fond suit sensiblement la pente du terrain, qu'ils soient naturels (fleuves et rivières) ou artificiels (tels que les canaux d'irrigation ou de dérivation des aménagements hydroélectriques), ces cours d'eau comportant ou non des ouvrages de franchissement de chute et - des canaux de navigation, dont le fond est sensiblement horizontal et qui sont constitués d'une succession de biefs, séparés par des ouvrages de franchissement de chute tels que des écluses, des élévateurs ou des pentes d'eau. Lorsque la pente de la voie d'eau est supérieure à environ 1%, les ouvrages de franchissement doivent également être prévus. Les ouvrages de franchissement de chute sont massifs, coûteux et retardent la progression des bateaux. Il convient donc d'en prévoir le moins possible. Ceci conduit en moyenne à des biefs sensiblement horizontaux d'au moins 10 kilomètres de long, pour une chute de dix mètres, hauteur considérée comme la plus économique. C'est, par exemple, le choix qui a été adopté dans le projet de canal Rhin-Rhône à grand gabarit, au moins dans les zones de pente réduite. Ce choix entraine deux conséquences pratiques - l'obtention de biefs sensiblement horizontaux et de grande longueur demande des remblais élevés ou entraine des déblais profonds. Ces travaux sont chers et laissent des traces visibles dans la nature, qui sont souvent critiquées, - les ouvrages de franchissement de chute utilisent de grande quantité d'eau. A titre d'exemple, une écluse à grand gabarit, de dix mètres de chute, utilise plus de 21 000 m3 d'eau. Par ailleurs, les ouvrages de franchissement de chute imposent l'arrêt des engins de navigation et retardent leur progression par rapport à des voies d'eau sans ouvrage. L'invention a pour objet de pallier ces inconvénients, grâce à un ouvrage de franchissement de dénivellation d'une conception nouvelle, réduisant de façon sensible les coûts de réalisation et la perte de temps occasionnée par les ouvrages classiques, sans pour autant consommer davantage d'eau. L'invention est ainsi relative à un ouvrage de franchissement de dénivellation sur une voie d'eau, entre un niveau amont et un niveau aval, constitué par une succession d'au moins trois biefs sensiblement horizontaux, entre les niveaux amont et aval, les biefs étant séparés par des portes, chacune d'elles étant mobile entre une position ouverte, dans laquelle elle ne s'oppose pas au passage de l'eau, et une position fermée, dans laquelle elle sépare, de façon sensiblement étanche, deux biefs successifs ou encore un bief avec l'amont ou l'aval de l'ouvrage. L'invention est également relative à un procédé pour le franchissement d'une dénivellation entre un niveau amont et un niveau aval, par un engin de navigation circulant sur une voie d'eau qui comporte un ouvrage de franchissement de dénivellation selon l'invention. Ce procédé consiste à commander successivement les portes de l'ouvrage de franchissement pour permettre aux niveauxde deux biefs contigus de s'égaliser, l'une au moins de ces portes étant en position ouverte entre deux portes en position fermée, de façon à permettre à l'engin de navigation de passer au droit de la porte ouverte, lorsque les niveaux dans les biefs sont sensiblement égaux. Ainsi, l'ouvrage et le procédé de franchissement de dénivellation selon l'invention permettent à un engin de navigation de passer, sans s'arrêter, d'un niveau amont à un niveau aval. Pour cela, l'engin traverse, de proche en proche, une succession de biefs sensiblement horizontaux. Le passage au droit de chaque porte en position ouverte, entre deux portes en position fermée, s'effectue après égalisation des niveaux. Cet ouvrage de franchissement permet la navigation dans les deux sens, si cela s'avère nécessaire. Il convient alors de choisir, de façon appropriée, la largeur des portes. Les caractéristiques suivantes peuvent également être prises en considération, isolément ou selon toute combinaison techniquement possible - la longueur minimale de chaque bief en mètres, est approximativement L (1 +((3V)2/(9m/s)2)) + (D/55,55 m2), avec L : longueur du convoi type, en m V : vitesse de consigne des engins de navigation mobiles, en m/s 3 D : déplacement du convoi type, en m3, - au moins l'une des portes est réalisée avec des conteneurs plateformes. L'ouvrage selon l'invention peut être prévu sur un radier incliné dont la pente est supérieure à environ 1 %. La différence de niveaux entre deux biefs successifs de l'ouvrage est alors, de préférence, comprise entre 1 et 10 m. Cet ouvrage peut également être prévu dans un tunnel. L'ouvrage selon l'invention peut être disposé en biais sur le talus d'un barrage. L'ouvrage de franchissement de dénivellation selon l'invention est avantageusement prévu sur un canal de navigation comportant des parois verticales, sur au moins une partie de sa longueur. Ces canaux à section rectangulaire présentent une profondeur plus importante, par rapport aux canaux classiques, dont les parois sont en pente douce, jusqu'au fond du canal. La largeur du canal peut ainsi être réduite, tout en obtenant une plus grande efficacité hydraulique. Pour une largeur sensiblement identique à celle des canaux à petit gabarit ou légèrement supérieure, ces canaux permettent la navigation d'engins à grand gabarit. De façon générale, la limitation de la largeur du canal, pour des voies d'eau à un ou deux sens de circulation, permet de réduire également les modifications apportées au paysage, ce qui correspond aux préoccupations actuelles en matière d'écologie. De façon avantageuse, les parois verticales de ce canal comportent des moyens de maintien, notamment constitués en palplanches. De façon supplémentaire, ce canal peut présenter les caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toute combinaison techniquement possible - il présente une profondeur d'environ 6 mètres, - il peut comporter dans une zone située dans sa moitié inférieure proche du sol, et au pied de chaque paroi verticale, un épaulement en terre servant de butée, - à la partie supérieure du canal, les moyens de maintien peuvent être arasés de façon à créer une pente douce dans la zone de batillage, pour des raisons écologiques (frayères, passage d'animaux) et de sécurité (facilité de reprendre pied pour les humains et la faune), - les parois du canal présentent un couronnement par exemple lisse, qui peut également être prolongé par une couche étanche, notamment en ferro-ciment, s'étendant en pente douce au-delà du niveau des moyens de maintien, par exemple pour rendre le canal sensiblement étanche. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description non limitative suivante, qui est faite au regard des dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 représente un exemple de réalisation d'un ouvrage de franchissement de dénivellation selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe transversale d'un canal de navigation à parois verticales - la figure 3 est une vue partielle en coupe transversale d'un mode de réalisation particulier du canal de la figure 2. Les éléments communs aux différentes figures seront désignés par les mêmes références. La figure 1 représente schématiquement un profil longitudinal d'une voie d'eau, comportant un ouvrage de franchissement de dénivellation, se présentant sous la forme d'une chute. Le fond 1 de l'ouvrage de chute représenté à la figure 1, est constitué par une succession de zones allongées 11 à 15, sensiblement horizontales et reliées entre elles par des paliers 21 à 24. Des portes 31 à 36 sont prévues en amont du premier palier 21, au niveau de chaque palier 21 à 24 et en aval du dernier palier 24. Ces portes définissent ainsi une succession de cinq biefs 41 à 45 sensiblement horizontaux. L'eau du premier bief 41 est au niveau A ou niveau amont, correspondant au niveau supérieur de la chute d'eau, lorsque la porte 32 est fermée et la porte 31 ouverte. De même, l'eau du dernier bief 45 se trouve au niveau B ou niveau aval, correspondant au niveau inférieur de la chute, lorsque la porte 35 est fermée et la porte 36 ouverte. L'invention n'est pas limitée au nombre de biefs illustrés à la figure 1. De façon générale, un ouvrage de franchissement de chute conforme à l'invention comportera plus de cinq biefs. En effet, pour une chute d'eau d'environ 10 mètres, une vingtaine de paliers et donc de biefs sera nécessaire, dans la mesure où la hauteur de chaque palier est comprise entre 25 cm et 1 m. Les traits horizontaux supérieurs, représentés en trait plein, correspondent au niveau de l'eau dans chacun des biefs. Un engin de navigation traverse l'ouvrage de franchissement de chute selon l'invention, tel qu'illustré à la figure 1, de la façon suivante On prend tout d'abord l'exemple d'un engin de navigation 2 qui doit circuler entre le niveau A et le niveau B. Au commencement, la porte 32 est fermée tandis que la porte 31 est ouverte, de façon à ce que le niveau d'eau dans le bief 41 corresponde au niveau A. La porte 31 laissant libre le passage entre l'amont de l'ouvrage de franchissement de chute et le bief 41, l'engin de navigation 2 peut passer dans le bief 41, les niveaux d'eau étant égaux. Une fois que l'engin descendant 2 est dans le bief 41, la porte 31 est placée en position fermée. La porte 32, entre les biefs 41 et 42, est alors mise en position ouverte, comme illustré en traits pointillés sur la figure 1. Les portes 31 et 33 étant fermées, les niveaux d'eau s'égalisent entre les biefs 41 et 42, comme l'illustre la ligne 4 en traits pointillés de la figure 1. Le passage du bateau 2, au droit de la porte 32, en position ouverte, s'effectue après l'égalisation des niveaux entre les deux biefs 41 et 42. La porte 32 est alors replacée en position fermée, comme illustré en trait plein sur la figure 1. Le bateau 3 circule, quant à lui, en sens inverse entre le niveau B et le niveau A. Ce bateau est parti du niveau B et selon des étapes successives telles que celles qui viennent d'être décrites, le bateau montant 3 se trouve dans le bief 43. Dès que les portes 32 et 34 sont en position fermée, la porte 33 est placée en position ouverte, comme illustré en trait plein sur la figure 1. Le niveau de l'eau 4, respectivement 5 dans les biefs 42, respectivement 43 avant l'ouverture de la porte 33, s'égalise alors. Après égalisation, le niveau d'eau 6 est obtenu. Les niveaux initiaux 4 et 5 sont représentés en traits pointillés, tandis que le niveau final 6 est illustré en trait plein sur la figure 1. Ainsi, l'engin descendant 2 et le bateau montant 3 peuvent se croiser, l'ouvrage de franchissement de chute selon l'invention permettant la navigation dans les deux sens. Pour cela, la largeur des portes est avantageusement choisie de façon à permettre à deux engins de navigation de se croiser même au niveau des portes de l'ouvrage de franchissement selon l'invention. Celui-ci constitue alors un canal de navigation à double sens continu de bief en bief. La description qui précède montre que l'ouvrage de franchissement selon l'invention ne nécessite, hormis la réalisation des biefs successifs, que la présence de portes. Aucun ouvrage en maçonnerie, tel qu'un radier ou des bajoyers, n'est nécessaire, contrairement aux ouvrages classiques tels que des écluses. Dans l'ouvrage selon l'invention, les portes peuvent être réalisées de façon quelconque. Par ailleurs, ces portes peuvent être manoeuvrables en charge ou non. Dans le cas où les portes ne sont pas manoeuvrables en charge, l'égalisation des niveaux est réalisée grâce à un contournement des portes. A chaque porte, sera associé un système de conduites, présentant un diamètre approprié. Lorsque les portes sont manoeuvrables en charge, elles peuvent être par exemple levantes, pivotantes, ou encore abaissantes. Dans tous les cas, le temps d'ouverture complète des portes doit correspondre au temps de parcours des bateaux sur le bief, à la vitesse de consigne. Le coût de l'ouvrage de franchissement de chute selon l'invention dépend essentiellement du coût des portes séparant chaque bief. Dans la mesure où les paliers 21 à 24 entre les différents biefs présentent une hauteur réduite, par exemple comprise entre 25 cm et 1 m, les efforts hydrauliques sont relativement faibles. Il est alors possible d'utiliser des portes de coût réduit. On peut notamment utiliser des hausses constituées par des conteneurs plateformes ou en palplanches. Ces portes étant de coût réduit, l'ouvrage de franchissement de chute selon l'invention est très économique par rapport à des ouvrages classiques nécessitant des travaux de maçonnerie importants. L'ouvrage selon l'invention peut également permettre le franchissement d'un radier incliné, dans les zones où la pente du terrain est supérieure à environ 1%. Cet ouvrage comporte également une série de biefs sensiblement horizontaux, séparés par des portes manoeuvrables. La hauteur des paliers entre deux biefs successifs est généralement entre 1 et 10 m et, de préférence, inférieure à 7 m. En fonction de la longueur des bateaux, leur navigation sera à double sens ou à sens unique alterné, comme dans un ouvrage traditionnel. En général, dans un ouvrage de franchissement de pente, les longueurs de deux biefs contigus ne sont pas égales. Les volumes d'eau qu'ils contiennent ne sont donc pas non plus égaux. Par conséquent, l'égalisation des niveaux ne se fera pas à mi-hauteur. Un ouvrage de franchissement de pente peut être utilisé en tunnel, car ses portes n'ont pas à être totalement étanches. Elles peuvent donc s'adapter à de petites variations de largeur sous l'effet des pressions latérales de la voûte. Il est totalement silencieux, l'avancement des engins de navigation et la régulation de leur mouvement pouvant être assurée, par exemple, par un bollard mobile, à câble ou automoteur. L'ouvrage selon l'invention peut également être disposé en biais sur le talus d'un barrage. Par ailleurs, les ouvrages de franchissement de dénivellation selon l'invention sont avantageusement réalisés sur des canaux de navigation particuliers qui seront décrits plus en détail en référence aux figures 2 et 3. Le canal illustré à la figure 2 comporte des parois verticales 51 et 52 sur au moins une partie de sa longueur, le fond du canal étant désigné par la référence 53. Le niveau de l'eau dans le canal est représenté en trait plein, sous la référence 54. On sait qu'un canal classique présente des parois autostables en pente douce inclinée. Par ailleurs, le gabarit des engins de navigation pouvant transiter sur un canal dépend de l'enfoncement maximal autorisé par celui-ci. Pour une largeur correspondant à celle d'un canal à petit gabarit, le canal selon l'invention est plus profond, puisque les parois en pente douce sont devenues des parois verticales. Ainsi, ce canal permet le passage de bateaux de gabarit plus important. Il facilite également le croisement des engins de navigation, toute la largeur du canal étant utilisable pour la navigation. Ces parois verticales nécessitent des moyens de maintien. Ils peuvent être constitués par des palplanches qui ne sont pas illustrées sur la figure 2. Pour assurer un maintien efficace, ces palplanches sont, par exemple, enfoncées dans le sol, sur environ un tiers de leur hauteur. Ce canal peut comporter un couronnement lisse, servant notamment d'appui ou de guide pour les bateaux. De façon préférée, le canal présente une profondeur d'environ 6 mètres. La figure 3 illustre une variante de réalisation du canal décrit en référence à la figure 2. Dans la moitié inférieure du canal, proche du fond 53, un épaulement en terre 55 est prévu au pied de la paroi 52. Un épaulement similaire est également prévu au pied de la paroi 51. A titre d'exemple, si le canal présente une profondeur d'environ 6 mètres, les épaulements en terre sont prévus avantageusement en dessous de la cote -3,5 mètres. Ces épaulements en terre servent de butée au pied des moyens de maintien des parois verticales 51 et 52. Dans ce mode de réalisation, les moyens de maintien des parois verticales 51 et 52, tels que des palplanches, sont arasés de façon à créer une zone 56 en pente douce dans la zone de batillage. Pour un canal d'une profondeur d'environ 6 mètres, l'arasement des moyens de maintien s'effectue au-dessus de la cote -0,6 mètres. Lorsque cette pente 56 est prévue, le couronnement 57 est en permanence sous l'eau. Le couronnement 57 peut être poursuivi par une couche étanche, au-delà du niveau de l'eau 54. Ceci peut notamment être prévu lorsque le canal doit être étanche. La couche étanche est par exemple réalisée en ferro-ciment et en pente douce. Pour un canal dont la profondeur est d'environ 6 mètres, cette couche étanche peut être poursuivie jusqu'à au moins la cote +0,6 mètres. Un canal tel qu'illustré aux figures 2 et 3 permet le passage des plus grands bateaux connus, à l'enfoncement de 3,5 mètres, alors qu'il offre un encombrement réduit. En fonction du trafic attendu, ce canal sera à double sens sur toute sa longueur à parois verticales, à double sens à l'exception des portes, ou encore à sens unique alterné avec des gares de croisement. Ce canal de navigation particulier peut être prévu, indépendamment des ouvrages de franchissement de chute selon l'invention, ses avantages étant maintenus. Les signes de référence insérés après les caractéristiques techniques mentionnées dans les revendications, ont pour seul but de faciliter la compréhension de ces dernières et n'en limitent aucunement la portée. REVENDICATIONS 1. Ouvrage de franchissement de dénivellation sur une voie d'eau, entre un niveau amont (A) et un niveau aval (B), ledit ouvrage étant constitué par une succession d'au moins trois biefs (41 à 45) sensiblement horizontaux, entre les niveaux amont et aval (A, B), lesdits biefs (41 à 43) étant séparés par des portes (31 à 36), chacune d'elles étant mobile entre une position ouverte, dans laquelle elle ne s'oppose pas au passage de l'eau, et une position fermée dans laquelle elle sépare, de façon sensiblement étanche, deux biefs successifs ou encore un bief avec l'amont ou l'aval de l'ouvrage. 2. Ouvrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la longueur minimale, exprimée en mètres, de chaque bief est approximativement L (1 + ((3V)2/(9m/s)2)) + (D/55,55m2), avec L : longueur du convoi type, en m V : vitesse de consigne des engins de navigation mobiles, en m/s 3 D : déplacement du convoi type, en m3 3. Ouvrage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au moins l'une des portes est réalisée avec des conteneurs plateformes. 4. Ouvrage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdites portes sont disposées le long d'un radier incliné, dont la pente est supérieure à environ 1%, la différence de niveaux entre deux biefs successifs de l'ouvrage étant, de préférence, comprise entre 1 et 10 m. 5. Ouvrage selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il est disposé dans un tunnel. 6. Ouvrage selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est disposé en biais sur le talus d'un barrage. 7. Procédé pour le franchissement d'une dénivellation entre un niveau amont (A) et un niveau aval (B), par un engin de navigation (2, 3) circulant sur une voie d'eau qui comporte un ouvrage de franchissement de dénivellation selon l'une des revendications 1 à 6, ledit procédé consistant à commander successivement les portes (31 à 36) de l'ouvrage de franchissement pour permettre aux niveaux de deux biefs contigus (42, 43) de s'égaliser, l'une au moins de ces portes (33) étant en position ouverte entre deux portes (32,34) en position fermée, de façon à permettre à l'engin de navigation de passer au droit de la porte ouverte, lorsque les niveaux sont sensiblement égaux. 8. Canal de navigation comportant un ouvrage de franchissement de dénivellation selon l'une des revendications 1 à 6, présentant des parois verticales (51, 52) sur au moins une partie de sa longueur. 9. Canal conforme à la revendication 8, selon lequel ces parois verticales comportent des moyens de maintien, notamment constitués en palplanches. 10. Canal conforme aux revendications 8 ou 9, présentant une profondeur d'environ 6 mètres. 11. Canal conforme à l'une des revendications 8 à 10, comportant, dans une zone située dans sa moitié inférieure proche du sol, et au pied de chaque paroi verticale (51, 52), un épaulement (55) en terre servant de butée. 12. Canal conforme à l'une des revendications 8 à 11 selon lequel, à sa partie supérieure, les moyens de maintien sont arasés et une pente douce (56) est prévue dans la zone de batillage. 13. Canal selon l'une des revendications 8 à 12, comportant un couronnement, notamment prolongé par une couche étanche.