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Dr Jean BOUGIS – Ingénieur Conseil – 32-34, Chemin du Moulin – 06650 Opio – Fra

Dr Jean BOUGIS – Ingénieur Conseil – 32-34, Chemin du Moulin – 06650 Opio – France Tél. +33.(0)4.93.77.74.22 – Fax +33.(0)4.93.77.74.25 – Port. +33.(0)6.07.30.70.38 Siret 390 615 417 00016 – TVA intracommunautaire FR 30 390 615 417 – APE 742C Membre d'une Association Agréée : A.R.A.P.L.–Le règlement des honoraires par chèque est accepté UNIVERSITE DE TOULON ET DU VAR Institut des Sciences de l'Ingénieur de Toulon et du Var Les brise-lames par Jean BOUGIS Janvier 2018 Les brise-lames Jean Bougis - Ingénieur Conseil 06650 Opio page 2 / 60 Sommaire 1. Introduction 3 2. Notion de brise-lames 4 3. Critères d'efficacité des brise-lames 5 4. Efforts moyens subis par un brise-lames 8 4.1. Expression du théorème de la quantité de mouvement 4.2. Expression générale du torseur des efforts moyens 4.3. Brise-lames bidimensionnels en incidence quelconque 5. Digues et brise-lames fixes 19 5.1. Concepts et classification 5.2. Les digues et jetées 5.2.1. Les digues et jetées non franchissables 5.2.2. Les digues et jetées franchissables 5.3. Les brise-lames discontinus 5.4. Les caissons à murs perforés 5.5. Les nouveaux concepts de digues partielles 5.5.1. Le mur d'eau oscillant 5.5.2. Le mur d'eau fixe 5.5.3. La digue partielle Bouygues Offshore 5.6. Conclusions 6. Brise-lames flottants 36 6.1. Généralités sur les brise-lames flottants 6.1.1. Un peu d'histoire 6.1.2. Domaines d'utilisation 6.1.3. Eléments caractéristiques des brise-lames flottants 6.1.4. Classification des différents systèmes 6.2. Les systèmes réflecteurs 6.2.1. Les pontons 6.2.2. Les autres systèmes réflecteurs 6.3. Les systèmes dissipateurs d'énergie 6.3.1. Les assemblages de pneus 6.3.2. Les autres systèmes dissipateurs d'énergie 6.4. Les systèmes dynamiques 6.5. Conclusions 7. Les brise-lames hydrauliques et pneumatiques 58 8. Références bibliographiques 60 Les brise-lames Jean Bougis - Ingénieur Conseil 06650 Opio page 3 / 60 1. Introduction L'actuelle quasi-saturation du littoral français en ports de plaisance ainsi que les dispositions législatives et réglementaires pour la protection de l'environnement qui sont toujours plus restrictives, conduisent à interdire la construction de nouveaux ports protégés par des digues en enrochements irréversibles. Cela impose une modification des axes de développement des nouvelles installations nécessaires pour satisfaire la demande des plaisanciers (4000 demandes de place en liste d'attente en Méditerranée, 2000 en Bretagne …). Dans ces conditions, trois familles de solutions se présentent pour le développement du tourisme nautique :  la réaffectation de bassins de commerce ou de pêche à la plaisance,  l'agrandissement de ports existants vers l'extérieur,  l'installation de zones d'accueil estivales à l'extérieur des ports dans des zones plus ou moins exposées du littoral. Elles sont complétées par le développement concomitant du stockage hivernal à terre dans des ports à sec. Ces nouveaux abris ont une tendance naturelle à être de plus en plus exposés aux houles et aux clapots. Leur protection doit donc être complétée ou assurée par des moyens légers et réversibles. Pour protéger des zones exposées à des ondes très courtes, au batillage de petits navires ou à des clapots, la mise en œuvre de pontons brise- clapots ou pontons lourds présente une solution attractive. Elle permet, en effet, également d'assurer une fonction d'accostage et d'accueil. Pour protéger des zones exposées à des ondes plus longues, la mise en œuvre de procédés brise-lames plus sophistiqués s'impose. La conception des brise-lames pose de nombreux problèmes tels que :  l'efficacité hydrodynamique du brise-lames et de son ancrage,  la tenue des fondations, des ancrages ou des attaches sur pieux,  la résistance mécanique de la structure du brise-lames,  la résistance à la fatigue des différents organes (corps du brise-lames, liaisons entre éléments, colliers, attaches, …). Les brise-lames Jean Bougis - Ingénieur Conseil 06650 Opio page 4 / 60 2. Notion de brise-lames L'objectif principal d'un brise-lames est de protéger une zone côtière (une portion de la côte, un port, un mouillage forain,…) de l'agitation excessive du plan d'eau sur lequel il est situé. Les brise-lames peuvent être globalement classés en fonction de trois familles de critères. D'abord en fonction de leur nature mécanique :  les ouvrages fixes qui s'appuient sur le sol marin (digues et jetées à parois verticales ou à talus, digues discontinues, murs perforés, …),  les ouvrages mobiles flottants ou immergés. Ensuite selon leur principal mode d'action :  les systèmes réflecteurs,  les systèmes dissipateurs d'énergie,  les systèmes dynamiques. Cette classification présente une part d'arbitraire puisque la plupart des dispositifs fonctionnent partiellement selon plusieurs principes d'action. Enfin selon leur histoire industrielle :  les procédés classiques, utilisés depuis de nombreuses années,  les procédés issus de concepts innovants développés plus récemment et qui font, pour la majorité d'entre eux, l'objet d'une protection industrielle. Les brise-lames Jean Bougis - Ingénieur Conseil 06650 Opio page 5 / 60 3. Critères d'efficacité des brise-lames Pour pouvoir comparer les performances des différents concepts de brise- lames, il est nécessaire de quantifier leur capacité à s'opposer au passage de la houle. Pour cela, il est d'usage de définir deux coefficients de transmission et deux coefficients de réflexion issus de l'analyse bidimensionnelle. A l'infini amont, du coté d'où vient la houle incidente, la perturbation de la surface libre résulte de la superposition de l'onde incidente et de l'onde réfléchie par le brise-lames. En désignant par h- la profondeur d'eau à l'amont, la dénivelée de cette houle s'écrit au premier ordre : (3.1) ) ( exp 2 ) ( exp 2 ) ; ( R R I t x k i H t x k i H t M le nombre d'onde k- vérifiant la relation de dispersion amont : (3.2) k h k k th expression dans laquelle k est le nombre d'onde en profondeur illimitée : (3.3) g k 2 A l'infini aval, du coté vers lequel se dirige la houle incidente, la houle résulte seulement de l'onde transmise. En désignant par h+ la profondeur d'eau à l'aval, la dénivelée de cette houle s'écrit au premier ordre : (3.4) ) ( exp 2 ) ; ( T T t x k i H t M le nombre d'onde k+ vérifiant la relation de dispersion aval : (3.5) k h k k th Dans ces conditions, et compte tenu que l'énergie totale véhiculée par la houle est proportionnelle au carré de sa hauteur, les coefficients de transmission et de réflexion sont les suivants :  Un coefficient de transmission d'amplitude du système, noté CT, qui est le quotient de la hauteur HT de la houle transmise par la hauteur HI de la houle incidente : (3.6) I T T H H C Les brise-lames Jean Bougis - Ingénieur Conseil 06650 Opio page 6 / 60  Un coefficient de réflexion d'amplitude du système, noté CR, qui est le quotient de la hauteur HR de la houle réfléchie par la hauteur HI de la houle incidente : (3.7) I R R H H C  Un coefficient de transmission d'énergie du système, noté C'T, qui est le quotient du carré de la hauteur HT de la houle transmise par le carré de la hauteur HI de la houle incidente : (3.8) 2 2 ' I T T H H C  Un coefficient de réflexion d'énergie du système, noté C'R, qui est le quotient du carré de la hauteur HR de la houle réfléchie par le carré de la hauteur HI de la houle incidente : (3.9) 2 2 ' I R R H H C Naturellement, en l'absence de dissipation visqueuse ou turbulente d'une partie de l'énergie, la conservation de l'énergie impose que la somme des coefficients C'T et C'R soit égale à l'unité ou encore : (3.10) 2 2 2 R T I H H H Par contre, lorsqu'il y a dissipation visqueuse ou turbulente d'une partie de l'énergie, la conservation de l'énergie impose que la somme des coefficients C'T et C'R soit inférieure à l'unité ou encore : (3.11) 2 2 2 2 D R T I H H H H expression dans laquelle HD désigne la hauteur de la houle de même période que l'onde incidente et qui véhiculerait une énergie égale à l'énergie dissipée. Ces définitions appellent trois observations qui montrent que leur utilisation dans le cas d'effets tridimensionnels importants devient délicate :  Lorsque la houle incidente attaque obliquement le brise-lames, ces différents coefficients dépendent de l'angle d'incidence .  Lorsque les effets du brise-lames induisent une houle dont les caractéristiques sont tridimensionnelles, ces différents coefficients dépendent de l'angle d'incidence  et du point M considéré.  Lorsque de plus les brise-lames sont implantés sur un site dont la bathymétrie et le trait de côte engendrent un phénomène d'agitation confuse et/ou des résonances de bassin, ces coefficients qui gardent leur intérêt théorique, ne suffisent plus à définir la houle résiduelle, il est Les brise-lames Jean Bougis - Ingénieur Conseil 06650 Opio page 7 / 60 alors nécessaire d'effectuer des analyses d'agitation comparatives avec et sans atténuateurs. Sur houle irrégulière, en supposant l'absence d'interaction entre ses composantes fréquentielles de la houle incidente et en supposant que l'action du brise-lames n'en introduit pas non plus, les spectres d'énergie de la houle transmise, de la houle uploads/Ingenierie_Lourd/ bougis-brise-lames.pdf