Interactions hydrauliques entre la houle et l’ouvrage

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Océanographie

Il s’agit de récolter les principales données relatives aux courants, aux vents, aux marées, aux houles, aux événements rares mais importants, tels que les cyclones, les tsunamis liés aux séismes.
La houle gêne à cause des efforts qu’elle crée sur les mouvements des navires qui peuvent compromettre leur amarrage et causer des chocs violents contre les ouvrages d’accostage.
L’action de la houle gêne aussi la circulation des navires dans les chenaux et le franchissement des passes d’accès au port. C’est pourquoi il faut construire des ouvrages de protection appelés digues qui protègent le navire lors de ses opérations de déchargement.
En plus, un courant traversier par rapport à la passe rend difficile la manoeuvre d’accès au port car le navire entrant dans une passe à son avant à l’abri alors que l’arrière est encore exposé au courant; ce phénomène augmente sa dérive de façon importante.
En général, il n’est pas possible de répondre complètement à toutes ces exigences. En mer, les courants vont le plus souvent dans une ou deux directions parallèles à la ligne de côte, alors que les houles dominantes tendent à aborder la côte à angle droit. C’est pourquoi, il faut chercher un compromis.
L’orientation des postes est située dans la direction des vents dominants et doit faciliter la manoeuvre des grands navires par des vents forts. Car un navire manoeuvre mal si, en circulant à faible vitesse, il reçoit du vent par l’arrière. Et si à l’arrêt, il subit un courant traversier, alors il tendra à se mettre en travers du vent. Si un navire ne peut accéder à un port que par un vent arrière, le port devra avoir une passe assez large.
La connaissance du niveau d’eau est primordiale, il est en fonction de la marée mais aussi de bien d’autres facteurs. Dans les mers où la marée est très importante, la variation du niveau d’eau peut s’avérer être très importante et avoir des grandeurs de l’ordre de 15m. Or, pour pouvoir manoeuvrer, un navire a besoin d’une hauteur d’eau égale à son tirant d’eau auquel on ajoute une marge appelée pied de pilote (supérieure à 0,30 m et dépend des conditions d’exposition à la houle, aux vents, aux cotes) et parfois aussi de sur enfoncement. En conséquence, il y aura des contraintes d’entrée à l’intérieur du port et les plus grands navires ne peuvent entrer qu’en pleine mer. En plus des courants de marée très importants peuvent subsister augmentant un peu plus les contraintes d’entrée dans le port.

Conditions nautiques

La durée d’accessibilité du port doit être le maximum possible. Aussi, sans considérer l’existence des profondeurs suffisantes, il faut donc que la mer ne pose pas des difficultés de navigation excessives à la manoeuvre d’approche des navires.
Il serait souhaitable que les navires ne soient pas dans les zones où ils naviguent lentement, soumis à des courants transversaux importants. L’existence des houles de grandes amplitudes conduit à des sur profondeurs coûteuses, en raison des oscillations importantes des navires. Les navires doivent accoster parallèlement aux vents dominants.
Pour satisfaire la condition de bonne navigabilité, des dispositions devront être prises pour protéger le port contre l’agitation. La meilleure solution serait d’utiliser un plan d’eau naturel dont les eaux ne bougent presque pas. Mais on pourra aussi aménager un plan d’eau artificiel gagné sur la mer par la construction de jetées ou en gagnant sur la terre par dragage. Une autre solution serait aussi de construire des ouvrages de défense et de les orienter habilement pour mettre les ports à l’abri de l’agitation.

Conditions relatives au maintien des profondeurs

L’accès d’un port comprend généralement un chenal dragué dans les sédiments marins dans sa partie proche de la côte et c’est la profondeur de ce chenal qui devra être entretenue. Si le fond est constitué d’un matériau très mobile, comme le sable fin, l’existence d’un courant régulier ou prédominant, ou de houles obliques d’une direction dominante, provoque un transfert littoral.
Il faut faire attention à cette condition car la conception des ouvrages extérieurs d’un port est fonction de la présence ou non d’un cheminement littoral. La disposition et les dimensions des ouvrages extérieurs du port, et même du port lui-même ont des effets non négligeables sur le transit des matériaux.
Le transit des matériaux est un phénomène assez difficile à maîtriser, pourtant il doit être étudié pour connaître les risques d’apport dans les zones draguées et les frais d’entretien des profondeurs. On pourra également prévoir des dispositions contre l’ensablement des chenaux ou l’érosion au pied des ouvrages.

Considérations pour l’élaboration du plan de masse

L’élaboration du plan de masse est le résultat d’une analyse des points de vue physiques et économiques du milieu. Le plan retenu sera celui qui présentera le plus d’avantages en tenant compte des critères de choix prépondérants. Chacune des considérations énumérées ci-dessus devra faire l’objet d’une étude attentive car s’il est possible de prendre des précautions contre ces effets dans la phase de conception, il serait beaucoup plus difficile et certainement plus coûteux d’y remédier.
Les considérations à faire sont donc nombreuses dans l’élaboration du plan de masse et de nombreuses conditions aussi jouent un rôle pour l’implantation d’un port maritime. Ceux qui vont concevoir le port auront à choisir un certain nombre d’éléments jugés comme prédominants quitte à ce que d’autres contraintes soient peu observées.

Les ports fluviaux

Par contre, les ports fluviaux sont situés sur le bord d’un fleuve, d’une rivière ou d’un canal. Ils sont souvent aménagés sur un bras mort, une dérivation ou un élargissement naturel du cours d’eau afin d’éviter que le courant ne gêne les activités portuaire ; certains ports fluviaux sont créés artificiellement en creusant la terre pour créer des bassins accessibles depuis le fleuve. Les grands ports fluviaux sont souvent près des embouchures de grands fleuves, accessibles à des navires venant de la mer.
Toutefois, un port peut combiner les 2 caractères, représente à la fois un caractère de port maritime et un caractère de port fluvial.

Les ports lacustres

Les ports lacustres sont situés en bordure d’un lac.

Les ports à sec

Les ports à sec sont situés à proximité d’un port de plaisance ou au moins d’une cale de mise à l’eau.

Classification des ports selon leurs activités

Un port est en général conçu en vue d’assurer une mission principale sans pour autant que cette mission soit la seule à prendre en compte. En effet, selon les possibilités offertes, d’autres activités peuvent se greffer sur l’activité principale.
On distingue:

Ports minéraliers

Les ports minéraliers ou charbonniers ont pour rôle essentiel, soit de charger les marchandises extraites des mines, en vrac à bord des navires, soit de les décharger. En général ils sont implantés dans des zones qui permettent à la fois un accès maritime aisé et un acheminement terrestre facile.

Ports pétroliers

Les ports pétroliers peuvent être classés en plusieurs catégories suivant la position qu’ils occupent au sein de la chaîne de production des produits raffinés.
Charger à bord des navires le pétrole brut extrait des champs pétrolifères. Leur implantation est située au plus près des lieux de production. Les installations peuvent être constituées :
de simples bouées de chargement .
d’appontements spécialisés tels que ceux de Ra’sTannura (Arabie Saoudite) .
de structures offshores sophistiquées comprenant des installations de stockage en mer comme à Ekofisk (cf. article Développement d’un champ pétrolier en mer [C 4 670] dans ce traité).

Les ports militaires

Les ports militaires ou ports de guerre ou aussi les bases navales accueillent les navires de guerre et peut ne comporter qu’une rade de dimension assez grande pour permettre l’évolution rapide des navires de guerre et assurer une dispersion rapide et suffisante des bâtiments.
Généralement, un port militaire peut inclure un arsenal, une école navale, un chantier de réparations, des moyens de ravitaillement, de logement et d’entraînement pour les équipages. Certains navires militaires, notamment les patrouilleurs, peuvent être basés dans d’autres types de ports.

Les ports de commerce

Les ports de commerce servent à accueillir les navires de commerce comme son nom l’indique : ceci inclut le trafic de passagers sur les ferries et les paquebots et le transport de marchandises pour les navires cargo. Les marchandises peuvent être liquides (pétroliers, chimiquiers) et nécessiter des réservoirs et tuyauteries dédiées ; ou solides, en vrac (vraquiers, nécessitant des silos ou des espaces de stockage) ou emballées : cargos mixtes ayant besoin d’entrepôts et de grues, ou les porte-conteneurs avec les grands espaces de stockage associés.
Un port de commerce est qualifié :
· international si la zone qu’il dessert (hinterland) concerne plusieurs Etats .
· national si son hinterland couvre tout ou une grande partie du territoire de son Etat .
· régional ou local si cet hinterland ne concerne qu’une faible partie du territoire national .
· transbordement si son trafic concerne un ou plusieurs Etats sur le territoire desquels il n’est pas implanté le trafic étant acheminé depuis ou vers ces Etats par voie maritime ou voie terrestre.

Les ports de pêche

Les ports de pêche sont les plus nombreux dans le monde, ils sont souvent ceux dont les dimensions sont les plus réduites. Ils sont réservés à la pêche et se consacrent aussi à la commercialisation des produits halieutiques.

Les ports de plaisance

Le port de plaisance sont mise en place pour but de fournir aux plaisanciers des prestations leur permettant de profiter au mieux de leur séjour ou de leurs loisirs, ils sont de faible importance car le trafic est moindre.

Les ports de travaux

La réalisation de grands travaux nécessite la création de ports de travaux destinés à abriter les engins flottants. Ces ports sont ensuite généralement réutilisés en les intégrant dans l’ensemble qui a nécessité leur création et peuvent être affectés à d’autres fonctions que le port principal.

Classification des ports selon implantation géographique

On peut classer les ports par leur implantation géographique. La configuration d’un port est largement conditionnée par son implantation géographique

Ports au large

Ces ports peuvent prendre la forme de « Ports-Ilots » protégés, ils ne sont pas liés au rivage et peuvent servir de lieu de stockage ou d’accueil d’usines polluantes. Ceci n’est possible que lorsque les conditions naturelles sont suffisamment douces pour obtenir une exploitation normale de ces postes.

Ports en rade abritée (plan d’eau abrité)

Ce sont des ports installés dans des sites protégés qui n’ont aucune besoin d’ouvrage de protection contre la houle. Les ports établis sur des lagunes peuvent être également rattachés à ce type.

Ports extérieurs

Les ports extérieures consistent à aménager un plan d’eau artificiel soit en gagnant sur la mer soit en gagnant la terre par des dragages. En mer ouverte, ce genre de port est établi dans les recoins d’anfractuosités naturelles, dans les secteurs plus ou moins abrités, de rade, de baie, d’estuaire ou de golfe, devant des plages qui ne réfléchissent pas les houles, derrière les hauts fonds qui cassent les houles en profondeur.

Ports intérieurs

Les ports intérieurs sont la plupart du temps des ports fluviaux. Ce sont aussi des ports construits à l’intérieur des terres en bordure des fleuves, parfois, dans le fleuve ou érigés dans des lagunes et étangs en communication avec la mer. Les ports intérieurs offrent l’avantage d’être en général reliés à l’hinterland.

Les ouvrages d’amarrage 

On emploie dans les cas courants les canons ou bollards d’amarrage disposés à espacement régulier le long d’un quai ou d’un appontement ou placés sur un ouvrage d’amarrage isolé.
On utilise des crocs à échappement automatique lorsque la sécurité l’impose : ces équipements libèrent automatiquement les amarres sans intervention des lamaneurs, permettant d’éloigner le navire dans le minimum de temps.
Ces organes d’amarrage sont, selon les cas, scellés dans les maçonneries des quais, des appontements et des massifs isolés construits dans le sol de la berge, ou bien fixés sur la superstructure de ducs d’Albe métalliques ou de coffres d’amarrage flottants ancrés au fond du bassin au moyen de corps morts et de chaines.

Efforts agissant sur les ouvrages

La force à ce niveau est générée par l’énergie cinétique due aux chocs des navires.
Durant l’accostage les chocs imposent de violents efforts à l’ouvrage. La vitesse du navire est un paramètre important pour la matérialisation de la force d’accostage. Et celle-ci dérive de l’équilibre des forces motrices (action du vent, traction des remorqueurs, impulsion de quelques tours d’hélice, etc) et de la résistance à l’avancement opposée par l’eau.
Un navire approche du quai avec une certaine vitesse qui lui procure une énergie cinétique. L’accostage est la manoeuvre qui va lentement amener le navire de sa position de présentation jusqu’au contact, à vitesse très modérée, des appuis d’accostage. Cette manoeuvre engendrera un choc au niveau des appuis d’accostage. Il s’agira alors de déterminer la réaction d’accostage.

Efforts d’amarrage

Une fois à poste, ou à l’intérieur d’un sas d’écluse, le navire est soumis à l’action des houles, des seiches1, des courants et du vent, le navire doit être maintenu en place, soit pour des raisons de sécurité, soit pour permettre aux opérations portuaires de se dérouler dans de bonnes conditions. Concrètement, il s’agit de contenir les trois degrés de liberté horizontaux du navire dans des limites compatibles avec le sassement ou le type de transbordement à effectuer (manutentions, 1 Vague stationnaire entraînant une oscillation du plan d’eau bras de chargement liquide, passerelle à passagers.) de même qu’avec les résistances des amarres, des organes d’amarrage et de la coque du navire.

Efforts du vent sur les engins de levage et les superstructures

Certains ouvrages d’accostage supportent directement des engins de levage ou les bâtiments. Il
faut prendre en compte dans ce cas les efforts du vent sur les superstructures.

Poussée des terres

Les ouvrages d’accostage retiennent parfois des terres ou des remblais qui exercent sur ces ouvrages des poussées.

Butée de sol

Le sol situé en arrière d’un écran soumis à des forces extérieures lui oppose une résistance de butée. Divers auteurs ont calculé la valeur maximale de la butée que peut offrir un sol de caractéristiques données. Toutefois, on utilise généralement la théorie de Caquot et Kerisel.

Surpression hydrostatique

L’eau dans le sol provoque des efforts sur l’ouvrage d’accostage dans le même sens que la poussée des terres lorsque le niveau du plan d’eau est inférieur à celui de la nappe.

Le poids propre de l’ouvrage

Il doit être réduit de la poussée d’Archimède déterminée dans les hypothèses les plus défavorables. C’est en pleine mer qu’on a les conditions de stabilité les plus sévères pour ces ouvrages massifs: la réduction du poids diminue en effet le moment stabilisateur et augmente le risque de glissement. Le poids propre est causé par l’accélération de pesanteur, son intensité dépend de la masse volumique et du volume de l’élément concerné.

Surcharges d’exploitation

L’ouvrage est expose à une surcharge sur elle-même et sur le terreplein. Il faut tenir en compte des poussées horizontales induites. On tient aussi en compte de ces poussées même si la surcharge est appliquée seulement sur le terre-plein. Les surcharges peuvent être très variées: statique ou dynamiques, ponctuelles ou uniformément réparties. Le caractère permanent ou variable de l’action du poids propre est conditionné par la présence ou non de « l’élément » sur le site. Il peut être favorable ou défavorable.
Quelques valeurs couramment admises pour les surcharges uniformément réparties sur les surfaces des ouvrages:
4 à 6 t/m2 pour un trafic de marchandises diverses.
6 à 20 t/m2 pour des trafics pondéreux selon les conditions d’exploitation.

Table des matières

INTRODUCTION
PARTIE I : LES PORTS
CHAPITRE I : GENERALITES
I.1 Définition
I.2 Rôles des Ports
I.3 Conditions définissant l’implantation d’un port
I.3.1 Environnement socio-économique
I.3.1.1 Définition des trafics
I.3.1.2 Données économiques:
I.3.1.3 Données démographiques
I.3.1.4 Position géographique du port
I.3.2 Condition physique
I.3.2.1 Topographie et géologie:
I.3.2.2 Bathymétrie
I.3.2.3 Océanographie
I.3.3 Conditions nautiques:
I.3.4 Conditions relatives au maintien des profondeurs
I.3.5 Considérations pour l’élaboration du plan de masse
I.4 Classification des ports
I.4.1 Classification des ports selon leur localisation
I.4.1.1 Ports maritime
I.4.1.2 Les ports fluviaux
I.4.1.3 Les ports lacustres
I.4.1.4 Les ports à sec
I.4.2 Classification des ports selon leurs activités
I.4.2.1 Ports minéraliers
I.4.2.2 Ports pétroliers
I.4.2.3 Les ports militaires
I.4.2.4 Les ports de commerce
I.4.2.5 Les ports de pêche
I.4.2.6 Les ports de plaisance
I.4.2.7 Les ports de travaux
I.4.3 Classification des ports selon implantation géographique
I.4.3.1 Ports au large
I.4.3.2 Ports en rade abritée (plan d’eau abrité)
I.4.3.3 Ports extérieurs
I.4.3.4 Ports intérieurs
I.4.3.5 Ports mixtes
I.4.4 Classification des ports d’après le mode d’alimentation de leur plan d’eau.
I.4.4.1 Ports à marée
I.4.4.2 Ports à flot
I.4.4.3 Ports à niveau constant
I.4.5 Classification des ports selon les classes des navires.
I.4.5.1 Les ports de distribution
I.4.5.2 Les ports de première classe
I.4.5.3 Les ports de seconde classe
I.4.5.4 Les ports de troisième classe
CHAPITRE II: LES OUVRAGES D’ACCOSTAGE ET AMARRAGE
II.1 Les ouvrages d’accostage
II.1.1 Les quais :
II.1.1.1 Les quais-poids
II.1.1.2 Les quais avec écran plat
II.1.1.3 Quais fondé sur pieux
II.1.2 Les appontements :
II.1.3 Les ducs d’Albe :
II.2 Les ouvrages d’amarrage :
II.3 Efforts agissant sur les ouvrages
II.3.1 Efforts horizontaux
II.3.1.1 Efforts d’accostage
II.3.1.2 Efforts d’amarrage
II.3.1.3 Efforts du vent sur les engins de levage et les superstructures
II.3.1.4 Poussée des terres
II.3.1.5 Butée de sol
II.3.1.6 Surpression hydrostatique
II.3.1.7 Efforts sismiques
II.3.2 Efforts verticaux:
II.3.2.1 Le poids propre de l’ouvrage
II.3.2.2 Surcharges d’exploitation
CHAPITRE III : OUVRAGES EXTERIEURS
III.1 Les digues à talus
III.2 Les digues verticales
III.3 Les digues mixtes
III.4 Ouvrages discontinus
III.5 Les Brise lames-flottants
III.6 Les Brise-lames pneumatiques
III.7 Les passes ou chenaux d’accès
CHAPITRE IV: MANUTENTION D’UN PORT
IV.1 Manutention par grue
IV.2 La conteneurisation
IV.3 Portique à conteneurs
IV.4 Vraquiers pour minerais
PARTIE II : ENVIRONNEMENT DU PROJET
CHAPITRE V : DESCRIPTION DE LA ZONE D’ETUDE
V.1 Localisation du projet et délimitation de la zone d’influence
V.1.1 Localisation du projet
V.1.2 Zone d’influence du projet
V.2 Historique de la Commune
V.2.1 Origine de la Commune
V.2.1 Toponymie
V.2.2 Evénements marquants
V.2.2 Mouvements de la population
V.3 Démographie et description du projet
V.3.1 Démographie
V.3.2 Description du projet
V.4 Etude social de la commune
V.4.1 Le marché
V.4.2 Infrastructures en eau
V.4.3 Electrification rurale
V.4.4 Les communications
V.4.5 Education
V.4.6 Santé
V.5 Les activités économiques
V.5.1 Secteur primaire
V.5.2 Secteur secondaire
V.5.3 Secteur tertiaire
V.6 Transport
CHAPITRE VI : ETUDE PRELIMINAIRE
VI.1 Etude climatologique et hydrologique
VI.1.1 Etude climatologique
VI.1.2 Etude hydrologique
VI.1.3 Etude géologique
VI.1.3.1 La plaine côtière
VI.1.3.2 Plateau calcaire
VI.1.4 Paramètres géotechniques
VI.1.5 Justification du projet
VI.2 Etude océanographique
VI.2.1 Houle
VI.2.1.1 Houle en eau profonde
VI.2.1.2 Mer du vent
VI.2.1.3 Houle de projet
VI.2.2 Bathymétrie et topographie
VI.2.3 Régime de la marée et le niveau d’eau
VI.2.3.1 Régime de la marée
VI.2.3.2 Niveau d’eau
VI.2.4 Courants
PARTIE III : ETUDES TECHNIQUES
CHAPITRE VII : CARACTERISTIQUES DES MATERIAUX
VII.1 Le béton
VII.1.1 Ciment
VII.1.2 Sable
VII.1.3 Granulats
VII.1.4 Béton armé
VII.2 Acier
VII.3 Les adjuvants :
VII.4 Caractéristique de l’enrochement :
CHAPITRE VIII : DIMENSIONNEMENT DE LA DIGUE DE PROTECTION
VIII.1 Présentation de la variante retenue
VIII.1.1 Revendications de l’aménagement de la digue
VIII.1.2 Les différents éléments constitutifs de la digue à talus
VIII.1.3 Détermination des paramètres à dimensionner
VIII.1.4 Les différents éléments techniques à considérer pour la construction de la digue à talus
VIII.2 Interactions hydrauliques entre la houle et l’ouvrage
VIII.2.1 Estimation du Run-Up/Run-down
VIII.2.2 Estimation du Franchissement
VIII.2.3 Estimation de la transmission de la houle
VIII.2.4 Estimation de la réflexion
VIII.3 Etude de conception et dimensionnement de la digue
VIII.3.1 Le soubassement
VIII.3.2 Dimensionnement de la carapace
VIII.3.3 Stabilité de l’ouvrage
VIII.3.4 Dimensionnement de la sous-couche
VIII.3.5 Dimensionnement du noyau
VIII.3.6 Dimensionnement de la butée de pied
VIII.3.7 Cavaliers de pieds
VIII.3.8 Dimensionnement du talus arrière
VIII.3.9 Le couronnement
VIII.3.10 Aménagements particuliers
VIII.3.10.1 L’enracinement
VIII.3.10.2 Coude
VIII.3.10.3 Musoirs de la digue
CHAPITRE IX : DIMENSIONNEMENT DES ELEMENTS DU QUAI
IX.1 Navire de projet
IX.2 Hauteur des ouvrages
IX.3 Description du quai
IX.4 Poids de l’ouvrage
IX.5 Poussée du Remblai
IX.6 Surpression Hydrostatique
IX.7 Surcharges
IX.8 Effort d’amarrage
IX.9 Sollicitation d’accostage :
IX.10 Efforts du vent sur les engins de levage et les superstructures
IX.11 Mur de couronnement
IX.12 Stabilité de l’ouvrage
IX.12.1 La stabilité au renversement:
IX.12.2 La stabilité au glissement
IX.12.3 Stabilité statique
IX.13 Les dragages
IX.14 Terre-plein
IX.15 Procédés de construction du quai
IX.15.1 Préparation de la fondation
IX.15.2 Préfabrication des blocs de quai
IX.15.3 La pose des Blocs
IX.15.4 Contrôle qualité
IX.15.5 Poutre de Couronnement
PARTIE IV : ETUDE D’IMPACT ENVIRONNEMENTAL
CHAPITRE X : DESCRIPTION DE LA DIMENSION ENVIRONNEMENTALE
X.1 Introduction
X.2 Mise en contexte du projet
X.3 Description du milieu récepteur
X.3.1 Description du milieu physique
X.3.2 Description du milieu biologique
CHAPITRE XI : MESURES DES IMPACTS ET AMELIORATION
XI.1 Identification et analyse des impacts
XI.2 Evaluations de l’importance des impacts
XI.2.1 Classification des impacts
XI.2.2 Durée de l’impact
XI.2.3 Intensité des impacts
XI.2.4 Etendue de l’impact
XI.2.5 Attribution de notes
XI.2.6 Importance des impacts
XI.2.7 Analyse des impacts
XI.3 Mesure d’atténuation et capitalisation des impacts
XI.4 Mesure d’optimisation
CONCLUSION

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