Soutenance mémoire
LE PHARE DE L’ILE VIERGE
L’Ile Vierge est un rocher de 6 ha localisé à deux kilomètres du continent dans la commune de Plouguerneau, département du Finistère . Après son acquisition par l’Etat en 1844, l’île a été dotée d’un premier phare en 1845 et d’un deuxième en 1902. Ce deuxième phare construit en granite et en kersanton est le phare d’atterrage qui marque l’entrée de La Manche. A sa construction, le deuxième phare est le plus haut du monde, et encore aujourd’hui reste la tour en maçonnerie en pierre la plus haute d’Europe.
Histoire du Phare de l’Ile Vierge
Le premier phare a été allumé le 15 août 1845 grâce au programme d’éclairage des côtes finistériennes mené entre les années 1830 et 1860. Il s’agit d’une tour carrée de 33 m de hauteur dont la lanterne avait une portée maximale de 33 km [1]. Le premier phare est construit en granite, directement extrait d’une carrière sur l’île .
En 1896 [2] le service des Phares et Balises décide d’augmenter la portée de son faisceau pour couvrir la distance entre l’Ile d’Ouessant et l’Ile de Batz. Compte tenu du fait que la portée géographique du premier phare ne permettait pas d’y parvenir, un nouveau projet de construction a vu le jour. Ce projet consistait à construire une tour de plus de 75 m au-dessus de la mer. Cette recherche s’intéresse uniquement à ce deuxième phare de l’Ile Vierge. Après l’étude de plusieurs solutions, la solution définitive a été présentée le 8 janvier 1897 [2]. Les travaux ont été adjugés et commencés en 1897 [3]. Cependant, ces travaux ont été arrêtés deux fois. Tout d’abord, lors de l’exécution des fondations, une poche fragmentée de granite altéré mélangé avec du sable a été décelée à 50 cm de profondeur. En raison de la faible résistance de cette poche, il a été décidé de réaliser une excavation plus profonde pour purger les matériaux altérés [2]. Le deuxième problème rencontré a eu lieu au moment d’arriver au niveau 52 m. Un fort hiver a contraint le chantier à s’arrêter pendant plusieurs mois. Malgré la difficulté de ce chantier de construction d’une tour de grande hauteur sur une ile isolée, aucun accident ne fût à déplorer. Finalement, le 1 mars 1902 le nouveau grand phare a été allumé pour premier fois, aucune cérémonie d’inauguration n’a eu lieu. Au début le gardiennage était assuré par trois gardiens sur l’île, et un quatrième tournant de phare en phare. C’est en 2002 que l’automatisation a eu lieu après son électrification en 1956 [2].
Géométrie et matériaux de construction du phare de l’Ile Vierge
Le phare de l’Ile Vierge a une hauteur totale de 82,5 m. La tour en maçonnerie fait 73,4 m haut, 15 m de diamètre extérieur au niveau de la base et 6 m dans la partie supérieure (Figure 6). A l’intérieur, un cylindre de 5 m de diamètre constant contient les escaliers permettant d’arriver à la lanterne par 365 marches.
Géométrie du phare de l’Ile Vierge
Il est possible de diviser le phare en plusieurs zones (Figure 6). Tout d’abord, entre 0,0 m et 65,8 m est situé le fut. Au-dessus, est située la chambre de service du gardien entre 65,8 m et 70,0 m. Son plancher en béton armé a été construit en suivant le système Hennebique. Le diamètre extérieur du phare dans cette zone augmente de 7,1 m à 9,0 m, pour donner support au chemin de ronde. Le chemin de ronde extérieur de 1,5 m de largeur est interrompu par une guérite (Figure 7) qui donne accès à la fois au chemin de ronde périphérique et à la partie supérieure de la lanterne par un escalier métallique. Entre les niveaux 70,0 m et 73,4 m se trouve la chambre de la machinerie de l’appareil optique, la paroi extérieure de cet espace est appelée soubassement de la lanterne parce qu’elle donne support à la charpente métallique de la lanterne. Cette paroi est un cylindre en maçonnerie de kersanton de 6 m de diamètre extérieur et 5 m de diamètre intérieur (Figure 7). Le soubassement contient lesseize montants de la charpente de la lanterne. Les montants sont des poteaux plats métalliques encastrés dans la zone intérieure du mur sur toute sa hauteur de 3,4 m.
Le phare de l’Ile Vierge
En fin, dans la partie supérieure se trouve la lanterne, une verrière à parois verticales de 4,2 m de hauteur composée d’une charpente métallique. La Lanterne est fermée par une coupole de 2,65 m de hauteur qui soutient une boule avec sa flèche. Tout cet ensemble abrite l’appareil d’optique .
Les matériaux de construction du phare
Dans cette partie sont présentés les matériaux de construction du phare. Le grand phare de la l’Ile Vierge a été construit avec 4 matériaux principaux : la pierre de granite, la pierre du kersanton, le mortier de ciment, et le fer puddlé.
Les pierres
Dès l’origine de la conception du phare le matériau choisi pour supporter la lanterne était la pierre [3], car elle était le meilleur matériau pour surmonter les conditions climatiques locales maritimes. De plus, la Bretagne dispose de pierres en quantité suffisante pour ériger des phares et bien d’autres constructions. La disponibilité n’était donc jamais un problème. La tour du phare a été conçue et construite en granite et en kersanton [3]. Comme pour le premier phare, le granite a été extrait de l’Ile Vierge. Par contre, la pierre de kersanton a été extraite des carrières de Logonna à l’entrée de la rivière d’Hôpital [5] sur la Rade de Brest. Pour la construction du phare les ingénieurs de l’époque ont imposé différentes conditions que devraient remplir les pierres de construction, notamment [5] :
• Les pierres devaient avoir la même taille des grains dans le même bloc,
• La pierre de taille devait « rendre un son clair sous le choc du marteau »,
• Les blocs devaient être « durs, bien gisants, sans fils et dégagés de toute gangue».
Selon les archives [4], les dimensions des moellons ordinaires de granite étaient de 0,50 m de largeur moyenne et 0,25 m de hauteur. Pour le kersanton, les dimensions des moellons du fut et de bossage (Figure 9) étaient 0,50 m de haut et 0,70 m de queue.
Le parement extérieur de la tour entre 0,00 m et 73,40 m est en kersanton alors que, le parement intérieur est en granite jusqu’au niveau 70,00 m. Le parement intérieur cylindre est revêtu d’opaline bleu clair jusqu’à la chambre de service.
Le mortier
Les joints de maçonnerie sont en ciment Portland. Le mortier était fabriqué « en couvert, avec un manège à roue » [5]sur une surface droite, les matériaux secs (le ciment avec le sable) étaient arrosés avec de « l’eau douce et propre avec la quantité strictement nécessaire pour humecter et obtenir une pâte fermée, liée et homogène » [5]. L’île n’ayant pas de source d’eau douce, l’eau était amenée depuis le continent. Le sable provenait des plages d’une île voisine. Dans une première livraison « 1600 m3 de sable de mer ont été amenés sur l’Ile plusieurs mois avant de commencer les travaux pour laisser le temps à la pluie de dissoudre le sel » [3]. Sur chantier, le mortier était produit en quantité strictement nécessaire pour la période de travail. Il était interdit d’augmenter la maniabilité du mortier avec des additions d’eau. Pour la réalisation du mortier, le sable était fourni par le Service des Phares et Balises sur le site des travaux. Deux types de mortier préparés sur chantier avec de « l’eau douce et propre » ont été utilisés. Le mortier de remplissage se faisait avec 400 kg de ciment par mètre cube de sable et le mortier des joints se faisait avec 800 kg de ciment par mètre cube de sable [5].
La maçonnerie
Les cahiers de chantier qui restent dans les Archives Départementales à Quimper préconisaient des bonnes méthodes de construction. Au moment de poser les moellons, le lit inférieur et les moellons devaient être humectés, placés et serrés fortement les uns contre les autres jusqu’à faire déborder le mortier. Les moellons étaient ensuite frappés avec un marteau de maçon pour niveler le lit [5].
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Table des matières
INTRODUCTION
1. LE PHARE DE L’ILE VIERGE
1.1. Histoire du Phare de l’Ile Vierge
1.2. Géométrie et matériaux de construction du phare de l’Ile Vierge
1.2.1. Géométrie du phare de l’Ile Vierge
1.2.2. Les matériaux de construction du phare
1.3. Le schéma de fissuration dans le soubassement de la lanterne
1.4. Actions du CEREMA
1.4.1. Premières investigations
1.4.2. Réparations
1.4.3. Hypothèses et calculs du CEREMA
1.5. Conclusion
2. PROBLEMATIQUE DE LA THESE
2.1. Objectif
2.2. Hypothèses
2.3. Plan de surveillance
2.4. Méthode
3. BIBLIOGRAPHIE
3.1. Actions environnementales sur les phares
3.1.1. L’action du vent
3.1.2. L’action thermique
3.2. Matériaux de construction
3.2.1. Le fer puddle
3.2.2. Les pierres
3.2.3. La maçonnerie
3.3. Homogénéisation
3.4. La fatigue mécanique des matériaux
3.5. L’effet d’une entaille
3.6. Traitement des données
3.6.1. L’analyse en composantes principales ACP
3.6.2. Réseaux de neurones
3.7. Conclusions
4. LES MATERIAUX DE LA TOUR
4.1. Kersanton
4.1.1. Caractérisation chimique
4.1.2. Résistance en compression
4.1.3. Module de Young et coefficient de Poisson
4.1.4. Comportement en compression du kersanton
4.1.5. Résistance en flexion
4.1.6. Résistance en traction directe
4.1.7. Vitesse de propagation des ondes ultrasonores
4.1.8. Propriétés thermiques du kersanton
4.1.9. Paramètres sur FLUENDO 3D
4.2. Granite
4.2.1. Caractérisation chimique (Chimique + minéralogique)
4.2.2. Résistance en compression
4.2.3. Module de Young et coefficient de Poisson
4.2.4. Comportement mécanique du granite en compression
4.2.5. Résistance en flexion – module de rupture
4.2.6. Vitesse de propagation des ondes ultrasonores
4.3. Homogénéisation linéaire
4.3.1. Eurocode
4.3.2. Antonella Cecchi et Karam Sab
4.3.3. Comparaison avec EPFL
4.4. Conclusions
5. L’ACTION DU VENT
5.1. Calcul normatif du vent (EUROCODE 1991 1-4, NV 65)
5.1.1. EUROCODE 1991 1-4
5.1.2. NV-65
5.1.3. Comparaisons avec l’ASCE 7-10
5.2. Calcul manuel en 1D
5.3. Calcul élastique en 3D
5.3.1. Maillage
5.3.2. Matériaux
5.3.3. Conditions aux limites et chargements
5.3.4. Fréquence propre de la structure
5.3.5. Résultats
5.4. Instrumentation in situ
5.4.1. Description de l’instrumentation sur le phare de l’Ile Vierge
5.4.2. Relevés météorologiques à Plouguerneau
5.4.3. L’instrumentation du vent sur un phare
5.5. Conclusions
CONCLUSION
