L’activité des ingénieurs hydrauliciens, 3e partie

2019-09-04T09:19:43+00:0031 août 2019|Actualités, Monaco|

Les apparences sont trompeuses : bien qu’il semble posé, comme en apesanteur, quelques mètres au-dessus de la Méditerranée, l’éco-quartier de L’Anse du Portier ne flotte pas ! Il repose solidement ancré sur une infrastructure sous-marine. Cette infrastructure est essentiellement composée de deux éléments : le remblai d’assise et la ceinture de caissons. Ces ouvrages sont situés en pleine mer et soumis en conséquence à d’importantes contraintes physiques. Ces contraintes agissent à la fois sur l’espace marin et sur les ouvrages immergés.

Nous allons découvrir en 3 parties, l’activité des ingénieurs hydrauliciens qui, prenant en compte l’ensemble des paramètres, développent les solutions qui permettent de réaliser l’infrastructure maritime.

Des pages de calculs, des simulations numériques, des essais en 2D et en 3D sur maquettes, ont guidé leurs choix. Les solutions retenues définissent la géométrie du remblai d’assise et celle des caissons, leurs dimensions et leurs positions. Elles ont enfin permis de satisfaire les exigences de sécurité et de pérennité des structures, mais aussi le projet fonctionnel et les options esthétiques des architectes. Au final ces études ont tracé une voie originale et inédite pour le développement d’une urbanisation durable en milieu maritime.

Les solutions appliquées pour insérer le quartier dans le milieu marin

Le tracé de la ceinture composée de 17 caissons en front de mer n’a pas laissé beaucoup de latitude à ses concepteurs.

Il épouse le courant sous-marin qui circule à cet endroit. D’où sa forme, sinueuse et profilée.

En revanche, pour amortir la force des vagues, absorber la puissance de l’eau, casser l’onde de réflexion et conforter la stabilité de l’ouvrage, des solutions ont pu être travaillées pour s’adapter aux conditions spécifiques définies par « les houles de projet ».

Le remblai d’assise n’est pas conçu comme un mur aux parois rigoureusement verticales qui aurait constitué un obstacle pour les vagues. Il s’agit d’un talus. Sa base se trouve à moins 50 mètres.  Ce talus se prolonge en remontant, jusqu‘a moins 20 mètres suivant une pente régulière. Son sommet est un plateau sur lequel les caissons sont posés puis ballastés définitivement. L’opération de ballastage fait doubler leur poids pour atteindre environ 20 000 tonnes par caisson.

Des caissons ballastés. Photo © Bouygues TP MC

Mais le dispositif principal pour contrer l’effet des vagues se situe à l’avant des caissons.

Sur 7 mètres de hauteur (dont 3 sous le niveau de la mer), des fentes, aujourd’hui couvertes de ces volets noirs (voir la photo ci-dessous), rendent la structure semi-ouverte. En cas de houle classique ou de tempête, les vagues vont s’engouffrer par ces ouvertures et dissiper leur énergie dans deux chambres successives. Ce dispositif connu sous le nom de « chambre Jarlan » est éprouvé.

Il a été optimisé pour son exploitation à Monaco. Des essais ont été réalisés dans un « canal à houle » afin de définir avec précision la taille des ouvertures. Ces chambres, visibles sur l’ensemble de la ceinture de caissons (sur environ 500 mètres de long) peuvent absorber pour chaque vague, jusqu’à 45 000m3 d’eau. Mécaniquement, cette eau se retire avec le ressac.

Les chambres Jarlan. Photo © SAM L’Anse du Portier

Les caissons qui émergent à 7 mètres au-dessus de la surface de l’eau intègrent des murs chasse-mer. Ces dispositifs permettent, comme l’indique leur nom, de stopper l’ascension des grandes vagues et de protéger la promenade de bord de mer.

Là encore, ce dispositif est connu. En revanche, son design final a fait l’objet de plusieurs évolutions pour optimiser son efficacité dans le cadre de l’extension en mer de Monaco.

Des murs chasse-mer. Photo © SAM L’Anse du Portier

Des calculs sophistiqués et des essais 3D en bassin pour vérifier le dimensionnement

Des calculs hydrauliques complexes ont été menés pour comprendre et gérer l’interaction entre les structures et la puissance de la mer, en période calme comme agitée. Des essais en bassin sont également nécessaires pour modéliser ce que le calcul ne peut représenter.

Des essais en 2 dimensions en canal à houle, permettent de déterminer des coefficients de réflexion des caissons et des capacités de franchissement des vagues. Ces essais, menés au laboratoire Océanide à La Seyne-sur-Mer (France) ont permis de finaliser la forme définitive des chambres Jarlan et la double chambre de dissipation de l’énergie des vagues à l’intérieur des caissons.

Des calculs hydrauliques à partir de différents scénarios, menés avec le logiciel REFONDE, déterminent l’agitation dans le port d’animation et permettent de mettre en oeuvre les solutions pour en limiter l’importance.

Enfin, ce qui ne peut pas être calculé est mesuré grâce à des essais 3D. Ils ont été réalisés à Wallingford en Angleterre où l’on trouve le plus grand laboratoire hydraulique d’Europe et l’un des plus grands au monde pour ce type de simulation.

Le logiciel REFONDE permet de visualiser les zones d’agitation. En rouge, les parties les plus exposées. Photo © SAM L’Anse du Portier

Les essais 3D ont deux objectifs :

  • vérifier la stabilité du remblai d’assise et sa carapace d’enrochement sous l’influence des houles extrêmes,
  • vérifier et mesurer les franchissements au-dessus des caissons et dans le port d’animation en cas de tempête extrême.

Les tests sont réalisés sur une maquette à l’échelle 1/60ème dans une cuve à houle. Le passage d’un scanner permet d’observer ce qui s’est passé sur le remblai d’assise.

Le centre d’essai en bassin de Wallingford est le plus grand d’Europe. Photo © Bouygues TP MC

Des bacs récupérateurs sont aussi  positionnés à des endroits spécifiquement choisis. Ils mesurent la quantité d’eau qui passe dans ces conditions particulières.

Avec ces résultats, il est désormais possible d’établir la nature du dispositif à mettre en oeuvre pour garantir la stabilité de l’ouvrage comme le poids des enrochements qui protègent le remblai d’assise (blocs de 1 à 3 tonnes).

Des capteurs de pression sont aussi installés  pour mesurer les efforts qui vont s’appliquer sur les structures.

Des caméras disposées tout autour de la maquette, enregistrent les différentes situations. Les images offrent la possibilité de vérifier la cohérence entre les modèles 3D, et les modèles numériques.