Brevet FR2758147A1 — publié le 19980710

L'invention concerne des perfectionnements aux digues partiellement immergées entre une étendue d'eau amont et une étendue d'eau aval, pour atténuer dans l'étendue d'eau située en aval les effets de la houle qui se produit dans l'étendue d'eau située en amont. L'invention s'applique notamment aux digues montées sur des pieux, le mot "pieu" désignant ici toute structure apte à porter la digue tout en laissant l'eau circuler sous la digue, le cas le plus fréquent étant effectivement celui des pieux de fondation. Ces digues sont conçues pour constituer un obstacle hydrodynamique avec amortissement de la masse d'eau en mouvement sous la digue. L'étendue d'eau amont est généralement une mer, tandis que l'étendue d'eau aval est généralement un port. L'invention s'applique également aux brise lames flottants convenablement stabilisés en flottaison. Une digue présente un front tourné vers l'étendue d'eau qui est située en aval de la digue et que l'on appellera front aval et un front opposé tourné par conséquent vers l'étendue d'eau située en amont, et que l'on appellera front amont. Un premier aspect de l'invention concerne le front aval. Un but de l'invention est de fournir une configuration de front aval qui produise une augmentation des effets tourbillonnaires à proximité de ce front pour mieux dissiper l'énergie de la houle. Un autre but de l'invention est de fournir une configuration de front aval qui dévie le courant de retour sous la digue vers l'amont, pour élargir ainsi artificiellement le fond de la digue. Encore, un but de l'invention est de fournir une configuration de front aval apte à créer une zone liquide où les vitesses verticales se recombinent dans le sens inverse de la propagation de la houle, diminuant ainsi le phénomène de résonance du côté aval. Ces buts sont atteints selon l'invention, avec une digue dont la partie du front aval qui est susceptible d'être concernée par le mouvement de l'eau sous l'effet de la houle est pour l'essentiel en pente descendante vers l'aval selon un angle au plus égal à 60 par rapport à l'horizontale. Dans un mode de réalisation préféré, cette partie du front aval est constituée par un plan incliné dont l'inclinaison est de préférence comprise entre 25 et 40 et façon encore davantage préférée entre 30 et 40 par rapport à l'horizontale. L'invention ajoute donc au principe de base connu des digues caisson à immersion partielle provoquant l'amortissement de la masse d'eau. en mouvement sous la digue, une autre masse oscillante côté aval en opposition de phase, afin d'amplifier le phénomène d'amortissement et de limiter les risques de résonance liés au principe de base. Un deuxième aspect de l'invention concerne le front amont de la digue. Il a déjà été proposé de munir le front amont d'une digue d'une partie horizontale immergée pour limiter l'effet des vitesses verticales responsables de l'excitation du système, cette configuration qui concentre l'énergie de la vague sur la partie avant de l'ouvrage augmente l'efficacité mais accroît les efforts horizontaux, et de plus lorsque la vague arrive au niveau de l'avancée plane, sa cambrure devient extrême et un déferlement peut même se produire. Un but de l'invention est d'améliorer une telle configuration du front amont de la digue pour limiter les effets de claque et augmenter encore l'effet de chasse et les effets tourbillonnaires. On y parvient selon l'invention, en concevant le front amont avec une avancée horizontale suivie d'une partie cambrée s'incurvant progressivement depuis l'avancée horizontale jusqu'à la verticale. Dans un mode de réalisation perfectionné, on donne à cette partie cambrée du front amont une forme parabolique. I1 est avantageux de combiner dans une même digue les différents aspects de l'invention, réalisant ainsi un ouvrage qui favorise la dissipation de l'énergie de la houle par effets tourbillonnaires, qui limite les efforts dans la structure, et qui atténue le phénomène de résonance qui peut se créer sur le plan d'eau protégé pour certaines périodes de houles incidentes. Une structure de digue conforme à la présente invention est particulièrement intéressante pour protéger un site où se pose un problème de grande profondeur d'eau. Elle est particulièrement intéressante également dans le cas où les périodes de houle sont inférieures à douze secondes. Elle est toujours avantageuse par rapport à une digue parallélépipédique partielle en ce qui concerne la réduction de la quantité de matériaux de construction et l'encombrement de la digue, pour des performances au moins égales. L'invention sera encore expliquée ci-après, en référence aux figures du dessin joint, la description et les figures étant mises à profit pour faire apparaître diverses particularités de l'invention et des modes de réalisation qui sont décrits et représentés. Sur les figures - la figure 1 est une vue de principe en coupe transversale d'une digue présentant une configuration de front aval conforme à la présente invention, - les figures 2 et 3 sont des schémas de fonctionnement de ce front aval, respectivement pendant deux phases de mouvement de va et vient de la mer sous la digue, - les figures 4 et 5 sont des schémas du champ des vitesses obtenues par vélocimétrie laser respectivement avec une digue à fronts verticaux et une digue présentant un front aval incliné conforme à la présente invention - les figures 6 et 7 sont des schémas du champ des vitesses instantanées respectivement dans le cas d'une digue à fronts verticaux et d'une digue présentant un front aval incliné conforme à la présente invention, lors de l'ascension de la vague sur le front amont de la digue - les figures 8 et 9 sont des schémas respectivement analogues à ceux des figures 6 et 7 lors du retrait de la vague sur le front amont de la digue - la figure 10 est un graphique comparatif du phénomène de résonance observé dans le cas d'une digue à fronts verticaux et dans le cas d'une digue présentant un front aval incliné conforme à la présente invention - la figure 1 1 est un graphique de comparaison des modes de résonance dans le cas d'une digue à fronts verticaux et d'une digue présentant un front aval incliné conforme à la présente invention, respectivement dans le cas où le plan d'eau aval est infini et dans celui où le plan d'eau aval est un plan d'eau réfléchissant - la figure 12 est un graphique comparatif montrant l'amélioration du coefficient de transmission apporté par une digue présentant un front aval incliné conforme à la présente invention par rapport à une digue classique à fronts verticaux, dans le cas où le plan d'eau aval est infini - la figure 13 est un graphique analogue à celui de la figure 12 dans le cas où le plan d'eau aval est peu réfléchissant - la figure 14 est un graphique montrant l'efficacité de l'inclinaison du front aval de la digue pour différentes périodes de houle - la figure 15 est un schéma d'une digue présentant un front amont conforme à la présente invention - la figure 16 est un schéma d'une réalisation d'une digue présentant un front aval et un front amont conformes à la présente invention - la figure 17 est un schéma du champ des vitesses lors de l'ascension d'une vague dans le cas d'une digue conforme à la figure 16 - la figure 18 est un schéma du champ des vitesses lors du retrait de la vague dans le cas d'une digue conforme à la figure 16, et - les figures 19 à 21 représentent différentes réalisations d'une digue conforme à la présente invention. La digue représentée sur la figure 1 est un caisson 1 partiellement immergé dans une étendue d'eau entre une zone amont 3 où se produit la houle, par exemple la mer et une zone aval 4, par exemple un port, qu'il faut protéger des effets de la houle. Le caisson est maintenu rigidement à une cote d'immersion définie soit par une structure métallique ou en béton, soit par des pieux 2 verticaux ou inclinés. Une protection contre l'affouillement de la base des éléments de soutènement peut s'avérer nécessaire si le fond est granulaire. Ce type d'ouvrage peut être construit à terre sous forme de petits modules et mis en place par des engins de levage. Il peut être également construit dans de plus larges dimensions et être convoyé par flottaison. Il peut également être construit sur place à la manière des ponts. Conformément à la présente invention le caisson présente un front aval 5 dont la partie AB concernée par le mouvement de l'eau est constituée par une paroi inclinée en descendant vers l'aval suivant un angle a d'environ 35 par rapport à l'horizontale. Cette paroi inclinée 5 constitue un stockeur d'énergie potentiel. Lors du retrait de la vague côté mer, il y a surélévation du niveau d'eau sur la paroi inclinée, en fonction de l'angle de cette paroi et des vitesses horizontales générées sous la digue. Ce flux est ensuite restitué dans la masse d'eau côté aval (figures 2 et 3). On a comparé (figures 4 à 9), les champs des vitesses obtenus dans le cas d'une digue parallélépipédique à front aval vertical 5' (figures 4, 6, 8) et dans le cas d'une digue à front aval incliné 5 (figures 5, 7, 9). On constate que les vitesses instantanées et moyennes aux alentours de la partie aval de la digue sont beaucoup plus importantes et que les circulations moyennes sous l'ouvrage sont beaucoup plus actives dans le cas d'une digue conforme à la présente invention. Lors de l'ascension de la vague côté amont (figures 6 et 7), les vitesses en aval de la digue prennent l'orientation de la paroi inclinée. Cela permet d'avoir une recirculation beaucoup plus importante en profondeur et d'avoir des vitesses horizontales sous le caisson de la digue sur uh volume plus étendu. On peut donc de cette façon obtenir des effets au moins comparables à ceux procurés par une digue parallélépipèdique qui serait beaucoup plus large. Lors du retrait de la vague côté amont, les vitesses côté aval nourrissent la vague en aval dans le cas d'un front aval vertical 5' (figure 8). Mais dans le cas d'un front incliné (figure 9), cet effet est partagé entre l'alimentation de cette même vague et un stockage sous forme d'énergie potentielle de la masse d'eau sur la paroi inclinée. La paroi inclinée découple donc partiellement la masse d'eau côté aval de la masse d'eau située sous la digue, laquelle est l'excitateur du processus de génération de la houle côté aval. On a quantifié sur la figure 10, le phénomène de résonance dans le cas d'une paroi aval inclinée conformément à l'invention (courbe représentée par des losanges) et celui d'un front classique vertical 5' (courbe représentée par des carrés), la période T de la houle étant représentée en abscisse. Kpm représentant le coefficient de transmission, c'est à dire le rapport entre la distance crète à creux de la houle transmise (côté aval) et la distance crète à creux de la houle incidente (côté amont), dans le cas où il y a résonance, et Kt la valeur du même rapport dans où il n'y a pas de résonance. La figure 1 1 est un graphique analogue à celui de la figure 10 dans lequel on a comparé l'effet d'un front aval vertical dans le cas d'un plan d'eau infini (courbe représentée par des losanges) et dans celui d'un plan d'eau aval réfléchissant (courbe représentée par des carrés) et l'effet d'un front aval incliné dans le cas d'un plan d'eau aval infini (courbe représentée par des h) et dans celui d'un plan d'eau réfléchissant (courbe représentée par des x). La figure 12 montre l'évolution de la valeur Kt (portée en ordonnée) dans le cas d'un front vertical protégeant un plan d'eau aval infini (courbe représentée par des carrés) et dans celui d'un front inclinée (courbe représentée par des losanges). La figure 13 d'une comparaison analogue, dans le cas d'un plan d'eau aval peu réfléchissant, entre une digue ayant un front aval vertical et une digue deux fois moins large ayant un front aval incliné avec les mêmes conventions de représentation que dans la figure 12. La figure 14 est un graphique montrant l'évolution de la valeur Kt portée en ordonnée, en fonction de l'angle a d'inclinaison de la paroi aval, pour des houles de périodes T1, 2 et 2 secondes (échelle réduite), soit 10 à 18 secondes échelle 1. On voit sur cette figure que l'on commence à avoir une amélioration significative lorsque l'angle aest inférieur à 60 . La figure 15 est un schéma d'un exemple de réalisation d'une digue constituée par un caisson 6 monté sur des pieux 7 de façon à être partiellement immergé entre une zone amont 8 et une zone aval 9, ce caisson présentant conformément à la présente invention un front amont constitué par une partie plane 10a suivie d'une partie parabolique l0b. Lorsque la vague incidente frappe le front amont, la cambrure de la vague augmente fortement sur la paroi horizontale 10a du fait de la faible profondeur d'immersion et la vague se découpe en deux ondulations diminuant ainsi fortement la hauteur de fluctuation du niveau d'eau à l'extrémité de la structure. La vague est ensuite canalisée sur la paroi parabolique 10b, stockée sous forme d'énergie potentielle, puis restituée sous forme d'un fort courant horizontal dirigé vers l'amont et qui s'oppose à la nouvelle vague incidente (comme cela est schématisé sur la partie gauche de la figure 18). Cette opposition génère une perte énergétique due aux tourbillons ainsi créés. Pour une large gamme de périodes, un déferlement inverse vers l'amont peut se produire. Le phénomène d'appel d'eau généré par les vitesses verticales est ainsi fortement éloigné de la digue vers l'amont, limitant l'effet nourricier vers l'aval. Les phénomènes dus à la forme du front aval et celle du front amont se combinent avec synergie dans le cas d'une digue comportant à la fois un front aval incliné conformément à l'invention et un front amont 10 comportant une partie plane et une partie courbe conformément à l'invention, comme représenté sur la figure 16. Les figures 17 et 18 sont des schémas des champs de vitesses obtenus avec une telle structure lors de l'ascension (figure 17) et du retrait (figure 18) de la vague. Les parties amont et aval de la digue peuvent constituer les deux faces opposées d'un même caisson 12 (figures 16 à 20) ou les deux faces opposées d'un groupe de deux caissons séparés situés en vis à vis et portés par des pieux respectifs (figure 21). La digue peut être aménagée, de façon en soi connue, pour constituer une chaussée supérieure, un quai, etc On a indiqué ci-après des résultats obtenus en canal avec une structure du type de la figure 21. Profondeur d'eau: h - 0.6m soit 42m en réel Largeur de la digue : W = 0.67m soit 47m en réel Immersion de la digue : i - 0.1 lm soit 7.7m en réel Hauteur de la vague incidente maux. : Hi - 0.154m soit 10.78m en réel Hauteur de la vague incidente moyenne: HI = 0.9m soit 6.3m en réel Période minimale utilisée : T- 1.132s soit 9.5s en réel Période maximale utilisée : T= 1.82s soit 15.2s en réel 1ère Période de visualisation : Tri = 1.3s soit 10.87s en réel 2ème Période de visualisation : T2 = 1.82s soit 13.55s en réel. On constate que l'agitation côté aval, même dans le pire des cas, reste inférieure à 0,75 fois la hauteur de la houle incidente. Les règles d'application et de dimensionnement générales selon l'invention de la digue sont celles des digues partielles connues avec des applications possibles plus larges grâce au coefficient d'atténuation très amélioré. A coefficient de transmission équivalent, on peut donc réduire la largeur de ce type de digue. Pour les digues partielles parallélépipèdiques, on admet généralement les valeurs suivantes - Profondeur d'immersion du fond par rapport au zéro hydro Minimum: 1/5ème de la profondeur d'eau ou demi hauteur de la houle incidente maximale (houle centennale), la plus importante de ces deux valeurs étant retenue. Il n'est pas intéressant d'aller au-delà du 1/3 de la hauteur d'eau sauf si la houle maximale l'impose. - Largeur de la digue La largeur minimale est liée à la longueur d'onde de la houle du large, et l'on admet généralement comme valeur minimale le 1/3 de cette longueur d'onde (associée à la période minimale) ou la moitié de la hauteur d'eau ; la plus forte de ces deux valeurs étant utilisée comme valeur minimale. Il faut noter que pour une profondeur d'immersion donnée et pour une houle donnée, le coefficient d'atténuation est toujours amélioré par la largeur de la digue, mais il n'est pas économiquement ni techniquement justifié de chercher des coefficients d'atténuation inférieurs à 0,2 pour les houles maximales. Dans des réalisations préférées d'une digue comportant un front aval et un front amont selon l'invention On retient comme valeurs générales de prédimensionnement - méplat du front amont:10% de L - front amont : 40% de L - profil aval : 40% de L où L est la largeur maximale de la digue. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été décrits et qui peuvent être modifiés par adjonction ou suppression ou remplacement des moyens décrits par des moyens de structures différentes mais fonctionnellement équivalents. REVENDICATIONS 1. Digue (1) partiellement immergée entre une étendue d'cau amont (3) et une étendue d'eau aval (4), pour atténuer dans l'étendue d'cau située en aval les effets de la houle qui se produit dans l'étendue d'cau située en amont, Cette digue présentant un front (5) tourné vers l'aval, caractérisée en ce que la partie (AB) du front aval qui est susceptible d'être concernée par le mouvement dc l'eau sous l'effet de la houle, est pour l'essentiel en pente descendante vers l'aval selon un angle (a) au plus égal à 60 par rapport à l'horizontale. 2. Digue (I) selon la revendication 1, dans laquelle ledit angle (a) est compris entre 250 et 40 . 3. Digue ( I ) selon la revendication 2, dans laquelle ledit angle (a) est compris entre 30 et 40 . 4. Digue (1) selon la revendication 3, dans laquelle ledit angle (a) est voisin de 35 . 5. Digue (1) selon d'une des revendications I à 4, dans laquelle ladite partie (AB) du front aval est constituée par un plan incliné. 6. Digue (1) selon l'une des revendications I à 5 ct dont le front amont (10) présente une avancée horizontale (I()a) suivie d'unc partie cambrée (lOb) s'incurvant progressivement depuis l'avancée horizolltalc jusqu'à la verticale. 7. [)iguc selon la revendication 6. dans laquelle ladite partie cambrée (1 Oh) est dc forme parabolique. 8. Digue selon l'une des revcndications 1 à 7 ct dans laquelle les deux fronts de la digue sont constitués par les deux faces opposées d'un même caisson (12). 9. Digue selon l'une des revendications 1 à 7 et dans laquelle les deux fronts dc la digue sont constitués par les deux faces opposées d'un groupe dc deux caissons (1, 6) qui sont séparés. situés en vis à vis et portés par des pieux respectifs. 10. Digue selon l'une des revendications 1 à 9 et qui est portée par des pieux. 11. Digue selon l'une des revendications 1 à X ct qui constitue un brise lames flottant.