Brevet FR2968020A1 — publié le 20120601

B 10-2493FR 1 Brise-lames flottant La présente invention concerne le domaine des brise-lames, et plus particulièrement le domaine des brise-lames flottants. Les brise-lames, ou brise-clapots ou encore atténuateurs de houle, constituent des structures d'atténuation des vagues générées sur des plans d'eau de nature maritime, lacustre ou fluviale. Les brise-lames sont généralement constitués d'une structure flottante reliée au fond, et sont des solutions alternatives aux brise-lames conventionnels posés sur les fonds marins, tels que les digues à talus construites à l'aide de matériaux de carrière ou les digues verticales faites à partir d'éléments en béton. D'un point de vue schématique, lorsque des vagues incidentes rencontrent une structure flottante au cours de leur propagation, une partie des vagues est réfléchie par ladite structure flottante, une autre partie est dissipée au droit de ladite structure flottante et une dernière fraction est transmise au-delà de ladite structure flottante. La dissipation d'énergie produite par la structure flottante est une conséquence des différents frottements sur la structure flottante elle-même, et surtout des turbulences créées lors des mouvements de la structure flottante. Pus particulièrement, les formes de turbulences peuvent être des tourbillons générés depuis les ruptures de géométrie, par exemple les angles, de la structure flottante. Les vagues transmises franchissant la structure flottante résultent d'une combinaison d'ondes de nature diverse. D'une part, une fraction de l'énergie des vagues incidentes progresse simplement dans l'espace situé sous la structure flottante. D'autre part, les mouvements de la structure flottante, induits par les vagues incidentes, génèrent à leur tour et dans toutes les directions des vagues secondaires qui viennent se combiner aux vagues incidentes. L'efficacité hydraulique de la structure flottante est déterminée par le rapport des hauteurs respectives des vagues transmises et incidentes. Les brise-lames sont souvent amarrés sur des corps morts reposant sur les fonds et auxquels ils sont reliés par l'intermédiaire de chaînes ou de câbles plus ou moins tendus. Ces attaches, outre la limitation des mouvements de dérive qu'elles assurent, participent à la dynamique du brise-lames complet. Ainsi, la raideur de ces attaches influence la réponse du brise-lames vis-à-vis des ondes incidentes et constitue un paramètre influençant l'efficacité hydraulique du brise-lames. Les brise-lames peuvent également être reliés à des pieux fichés dans le fond. Dans ce cas, la structure flottante coulisse le long de ces pieux qui limitent ou annulent les mouvements de roulis (rotation de la structure flottante autour de son centre de gravité) et d'embardée (mouvements de translation horizontale de la structure flottante) et n'autorisent quasiment plus que le pilonnement (mouvements correspondant au débattement vertical de la structure flottante). C'est dans cette configuration que les structures flottantes présentent globalement leur optimum de rendement hydraulique. Les brise-lames peuvent également être constitués d'une ou plusieurs structures flottantes assemblées en plan et de forme sensiblement parallélépipédique. Les brise-lames flottants présentent l'avantage d'un impact réduit sur l'environnement en raison de leur influence négligeable sur la circulation générale des courants. Par ailleurs, ils n'entravent pas le développement de la flore car ils ne recouvrent pas les fonds marins. De plus, leur construction ne nécessite pas une quantité importante de matériaux, comme c'est le cas pour les digues à talus ou les digues verticales. Ce sont enfin des structures mobiles qui laissent la possibilité de modifier facilement la configuration des plans d'eau qu'ils abritent, en fonction de l'évolution des besoins. Cependant, l'utilisation des brise-lames flottants reste confinée à des vagues de période relativement courte. En effet, l'efficacité hydraulique de la structure flottante diminue lorsque le rapport de la longueur d'onde des vagues à la largeur de la structure flottante augmente. Par exemple, un brise-lames flottant traditionnel avec une largeur égale à environ 40% de la longueur d'onde des vagues, atténue approximativement de moitié la hauteur desdites vagues incidentes. Cette limitation conduit à associer, dans une certaine mesure, les brise-lames flottants, à la protection de plans d'eau soumis à des vagues de période courte, c'est-à-dire à des marinas construites en fond de baie ou à des ports de plaisance implantés sur des plans d'eau intérieurs. De tels ouvrages prennent alors la dénomination de brise-clapots flottants. Ainsi, dés que la longueur d'onde des vagues devient grande par rapport à la largeur de la structure flottante, les mouvements de celle-ci suivent sensiblement ceux de la surface du plan d'eau, et le brise-lames ne permet plus d'atténuer les vagues : l'efficacité du brise-lames devient quasiment nulle. Un but de l'invention est d'améliorer l'efficacité hydraulique des brise-lames, notamment pour des longueurs d'onde de vagues plus grandes. A cet effet, selon un premier aspect, il est proposé un brise-lames flottant comprenant un caisson apte à flotter sur l'eau et présentant une surface inférieure, et un moyen d'amarrage, apte à permettre au caisson de se déplacer au moins verticalement sous l'effet de la houle lorsque le caisson est dans l'eau. Le brise-lames comprend également un moyen de lestage, monté à distance du caisson et comportant une surface faisant face à la surface inférieure du caisson, le moyen de lestage étant capable de déplacer au moins une partie du volume d'eau compris entre la surface inférieure du caisson et la surface du moyen de lestage, lorsque le caisson est dans l'eau et est déplacé au moins verticalement sous l'effet de la houle. Grâce au moyen de lestage, le déplacement du caisson sous l'effet de la houle entraîne également le déplacement d'un volume d'eau. Cela conduit à augmenter l'inertie du caisson flottant. De plus, le moyen de lestage permet également de mettre en relation les niveaux supérieurs du plan d'eau, au niveau desquels l'amplitude des mouvements générés par les vagues est maximale, et les niveaux plus profonds, au niveau desquels les mouvements générés par les vagues sont moins importants. On obtient ainsi une sorte d'ancrage hydrodynamique du caisson flottant, rendant les mouvements du brise-lames moins susceptibles de suivre en cadence, c'est-à-dire sans déphasage, les mouvements de la surface du plan d'eau. On peut ainsi considérer que le moyen de lestage est un moyen de lestage hydrodynamique. Enfin, le moyen de lestage permet également d'augmenter la dissipation d'énergie par turbulence, notamment grâce aux tourbillons créés aux extrémités du moyen de lestage. Ainsi, le brise-lames selon l'invention permet d'augmenter l'efficacité hydraulique, notamment pour des vagues présentant une période plus longue. Préférentiellement, le moyen de lestage est monté solidaire du caisson flottant. Le moyen de lestage peut être monté à une distance comprise entre 0,5 et 10 fois le tirant d'eau du caisson lorsque le brise-lames est dans l'eau, de préférence entre 1 et 3 fois. Le moyen de lestage peut comprendre une plaque, de préférence plane, sensiblement parallèle à la surface inférieure du caisson. Le moyen de lestage peut comprendre des ouvertures traversantes aptes à créer des dissipations d'énergie. Ces dissipations d'énergie peuvent être soit des pertes de charge dans les écoulements traversants, dans le cas d'ouvertures de dimension réduite, soit des dissipations par turbulences, dans le cas d'ouvertures de dimension plus importante, lorsque le brise-lames est dans l'eau et est déplacé au moins verticalement sous l'effet de la houle. La surface du moyen de lestage peut présenter une superficie inférieure ou égale à la surface inférieure du caisson. Préférentiellement, le caisson a une largeur comprise entre 3 et 10 fois le tirant du caisson lorsque le brise-lames est dans l'eau, de préférence entre 5 et 8 fois. Le brise-lames peut avoir plusieurs caissons flottants reliés entre eux, soit dans le sens de sa largeur (sens de propagation de la houle) afin d'augmenter son encombrement vis-à-vis de la longueur d'onde de la houle et donc son efficacité, soit dans le sens de la longueur afin d'augmenter la superficie du plan d'eau ainsi abrité. Dans le cas où le brise-lames dispose de plusieurs caissons reliés dans le sens de propagation de la houle, le moyen de lestage peut comprendre une seule surface montée à distance et faisant face aux surfaces inférieures des caissons, ou bien plusieurs surfaces montées à distance et faisant face, chacune, à la surface inférieure d'un caisson. On peut accroître ainsi l'inertie du brise-lame. De plus, sous l'effet des turbulences entre les deux caissons, on diminue également l'amplitude des vagues transmises. Selon un deuxième aspect, il est également proposé un procédé de lestage à l'aide du déplacement d'un brise-lames flottant comprenant un caisson flottant, dans lequel on provoque le déplacement vertical d'un volume d'eau situé sous le caisson flottant lorsque le caisson flottant se déplace verticalement sous l'effet de la houle. L'invention sera mieux comprise à l'étude de deux modes de réalisation particuliers, pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue de côté d'un brise-lames selon un premier mode de réalisation de l'invention, et - la figure 2 est une vue de côté d'un brise-lames selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Sur la figure 1, on a représenté un brise-lames 1 selon un premier mode de réalisation. Le brise-lames 1 comprend un caisson flottant 2, un moyen d'amarrage 3, par exemple des pieux ou des câbles, et un moyen de lestage 4. Le moyen de lestage 4 comprend par exemple une plaque, parallèle à la surface inférieure du caisson 2, et disposée à distance du caisson 2. Le moyen de lestage 4 comprend également des moyens de fixation 5, par exemple des barres, permettant de fixer de manière solidaire la plaque 4 au caisson 2. Les vagues incidentes 6 se déplacent dans le plan de la figure 1. Leur énergie est, d'une part, en partie réfléchie et en partie dissipée par le brise-lames 1 et, d'autre part, en partie transmise sous forme de vagues transmises 7 progressant dans la même direction que les ondes incidentes. Le brise-lames 1 permet notamment d'obtenir une amplitude de vagues transmises 7 inférieure à celle des vagues incidentes. Plus particulièrement, des essais menés sur des modèles réduits dans un canal à houle ont permis de constater l'amélioration de l'efficacité du brise-lames 1 par rapport à un brise-lames flottant conventionnel dépourvu de moyen de lestage. En particulier, le caisson flottant 1 présentait : - un tirant d'eau (t) rapporté à la profondeur (d) de l'eau de : t/d= 0.18, - une largeur (B) rapportée au tirant d'eau (t) d'environ : B/t=6.5, et - un moyen de lestage sous la forme d'une plaque disposée à une distance égale à environ 2 fois le tirant d'eau du caisson. Les essais ont été réalisés pour des longueurs d'onde de houle variant entre 1.5 et 10 fois la largeur du caisson. Les coefficients de transmission du caisson flottant muni du moyen de lestage 4 selon la présente invention ont été comparés à ceux mesurés sur un caisson flottant dépourvu de moyen de lestage. On a ainsi pu constater que le brise-lames selon la présente invention permet d'obtenir une transmission inférieure à 50% pour des vagues incidentes présentant une longueur d'onde inférieure à environ 5 fois la largeur (B) du caisson flottant, alors que le caisson flottant de référence transmet plus de 50% des vagues incidentes présentant une longueur d'onde supérieure ou égale à environ 2,5 fois la largeur (B) du caisson flottant. Ainsi, pour une même largeur (B) du caisson flottant, l'ajout d'un moyen de lestage permet d'augmenter la gamme de longueurs d'onde de houle pour laquelle le brise-lames est efficace. Par ailleurs, le moyen de lestage permet également de décaler vers de plus fortes valeurs, les périodes de résonance du brise-lames : le comportement du brise-lames s'apparente ainsi à celui de structures plus volumineuses et plus efficaces d'un point de vue hydraulique. Sur la figure 2, on a représenté un brise-lames 8 selon un deuxième mode de réalisation. Le brise-lames 8 comprend notamment deux caissons flottants 2 reliés entre eux, par exemple, par une plateforme 9, et présentant chacun un moyen de lestage selon l'invention. Le rapport de la largeur du brise-lames sur la longueur d'onde est ici plus important que dans le premier mode de réalisation. On obtient ainsi une meilleure efficacité hydraulique. Le moyen de lestage 4 est ici représenté sous la forme d'une seule surface faisant face à la surface inférieure des caissons, ce qui permet une meilleure résistance structurelle du brise-lames. Alternativement, chaque caisson peut comprendre un moyen de lestage distinct. On obtient alors une dissipation supplémentaire d'énergie due à l'interaction entre les tourbillons générés entre les extrémités intérieures des moyens de lestage. Ainsi, grâce à l'ajout du moyen de lestage, il est possible d'améliorer l'efficacité hydraulique d'un brise-lames flottant. En particulier, le moyen de lestage permet d'élargir la gamme de longueurs d'ondes atténuées par le brise-lames flottant, tout en gardant une structure peu encombrante. REVENDICATIONS1. Brise-lames flottant (1, 8) comprenant : - un caisson (2) apte à flotter sur l'eau et présentant une surface inférieure, et - un moyen d'amarrage (3), apte à permettre au caisson de se déplacer au moins verticalement sous l'effet de la houle lorsque le caisson est dans l'eau, caractérisé en ce qu'il comprend également un moyen de lestage (4), monté à distance du caisson (2) et comportant une surface faisant face à la surface inférieure du caisson, le moyen de lestage (4) étant capable de déplacer au moins une partie du volume d'eau compris entre la surface inférieure du caisson et la surface du moyen de lestage, lorsque le caisson est dans l'eau et est déplacé au moins verticalement sous l'effet de la houle. 2. Brise-lames flottant (1, 8) selon la revendication 1 dans lequel le moyen de lestage (4) est monté à une distance comprise entre 0,5 et 10 fois le tirant d'eau du caisson lorsque le brise-lames est dans l'eau, de préférence entre 1 et 3 fois. 3. Brise-lames flottant (1, 8) selon la revendication 1 ou 2 dans lequel le moyen de lestage (4) comprend une plaque, de préférence plane, sensiblement parallèle à la surface inférieure du caisson. 4. Brise-lames flottant (1, 8) selon l'une des revendications précédentes dans lequel le moyen de lestage comprend des ouvertures traversantes aptes à dissiper de l'énergie lorsque le brise-lames est dans l'eau et est déplacé au moins verticalement sous l'effet de la houle. 5. Brise-lames flottant (1, 8) selon l'une des revendications précédentes dans lequel la surface du moyen de lestage a une superficie inférieure ou égale à la surface inférieure du caisson. 6. Brise-lames flottant (1, 8) selon l'une des revendications précédentes dans lequel le caisson (2) a une largeur comprise entre 3 et 10 fois le tirant du caisson lorsque le brise-lames est dans l'eau, de préférence entre 5 et 8 fois. 7. Brise-lames flottant (8) selon l'une des revendications précédentes comprenant plusieurs caissons flottants (2) reliés entre eux. 8. Procédé de lestage à l'aide du déplacement d'un brise-lames flottant (l, 8) comprenant un caisson flottant (2), dans lequel on provoque le déplacement vertical d'un volume d'eau situé sous le caisson flottant lorsque celui-ci est déplacé verticalement sous l'effet de la houle.