Les Brise-lames

Préambule

Caractéristiques liées au site

Paramètres d'implantation

Caractéristiques propres du brise-lames


Préambule

Les brise-lames permettent de limiter, en dissipant l’énergie de la houle, l’érosion d’un tronçon de plage .Les brises lames présentent l’intérêt de créer des zones abritées qui constituent une protection contre l’attaque des houles.

Ils peuvent être émergents ou submersibles, agir quelles que soient les caractéristiques des houles ou n’avoir qu’une action limitée aux plus fortes houles, isolés au large ou reliés à la cote...

Le dimensionnement des brises lames est difficile, il est fonction du but recherché et nécessite de trouver un compromis acceptable entre coût et efficacité.

Indépendamment de l’aspect structure, les paramètres rattachés au brise lame, plus au moins interdépendants, peuvent être classés en trois catégories :

1-Les caractéristiques liées au site :

2-Les paramètres d’implantation :

3-Les caractéristiques propres au brise lame :

Il n’existe pas, actuellement de critères bien définis quant aux caractéristiques optimales des brise- lames, mais un certain nombre de règles de dimensionnement basées sur la théorie (aspect diffraction de la houle notamment), sur des recherches expérimentales en modèle réduit ( aspect transmission de la houle par dessus un brise-lames immergé, étude des possibilités de formation de tombolo, analyse des profils de plage à l’abri du tombolo...) et sur l’examen des sites existants et des réalisations in situ, se trouvent dans la littérature, nous allons en rappeler l’essentiel.

La figure suivante donne un récapitulatif visuel des différents caractéristiques des brise-lames dont nous reparlerons afin de déterminer les formes optimales permettant une nette dissipation de la houle incidente. Seule la vue de dessus du brise-lame présentée sur ce document ne correspond pas à la forme des brise-lames adoptés dans la modélisation. En effet, nous avons choisi une géométrie rectangulaire pour ce qui est de la surface à la base et en crête.


Caractéristiques liées au site
Mer à marée /mer sans marée

Caractéristiques des houles/pente des fonds


 Mer à marée /mer sans marée

Le fonctionnement d’un brise-lames est très différent suivant qu’il est placé dans une mer à marée ou dans une mer sans marée ou à très faible marnage.

Dans une mer sans marée, ou l’utilisation des brise–lames est courante, leur efficacité et leur hauteur peuvent être limitée en vue de n’écrêter que les plus fortes vagues, toutefois, la recherche d’un maximum d’efficacité conduit le plus souvent à adopter des brise-lames émergents.

Dans une mer à marrée, peu de réalisations sont connues : L’utilisation des brise-lames est beaucoup plus délicate, leur efficacité étant partielle par suite du passage périodique des vagues au-dessus de l’ouvrage, de manière d’autant plus importante que le marnage est grand et la hauteur du brise-lames faible.

La méditerranée est clairement reconnue comme une mer sans marée, donc les brise-lames seront beaucoup plus efficaces.

Caractéristiques des houles / pente des fonds

Les conditions de houle influencent sur les caractéristiques de l’aménagement. Ainsi, les petites houles remontent les sédiments à la cote et ré-engraissent le haut de plage donc on n’aura pas d’intérêt à casser systématiquement leur action. Par contre, ce sont essentiellement les fortes houles qui creusent le profil de plage et qui devront être amorties.

Outre la hauteur de la houle, un des paramètres les plus importants est sa longueur d’onde. Interviennent également l’obliquité, la fréquence des directions et la durée d’action.

Toutes ces données ont été rapportées par le groupe "étude d'impact".

Par besoin de simplification, certains auteurs utilisent la notion de hauteur efficace He de la houle qui est la houle de caractéristiques statistiques constantes, produisant au cours d’une année, la même évolution moyenne du phénomène que la houle naturelle.

Concernant la pente des fonds ou de la plage, ce paramètre influence essentiellement sur la distance d’implantation de l’ouvrage au trait de cote et sur le coût de celui-ci.


Paramètres d'implantation
Distance au trait de cote / profondeur d’implantation

Positionnement respectif / espacement

Positionnement par rapport à la cote


L’implantation d’un brise-lames peut être caractérisé par sa distance au trait de cote D et /ou sa profondeur d’implantation p et son orientation par rapport au rivage.

En ce cas de réalisations simultanés(batterie d’ouvrage), intervient la position respective des brise-lames les uns par rapport aux autres et leur espacement E

Distance au trait de cote / profondeur d’implantation

La distance à la cote d’un brise-lames dépend de la fonction attendue de l’ouvrage(protection de plage, plage artificielle...), de l’efficacité désirés, de la pente des fonds...

J.CARPENTIER propose des formules approximatives qui donnent une marche à suivre plus qu’une méthode pour le cas des brise-lames implantés dans une mer sans marée à faible ou sans transit littoral. L’auteur précise que la profondeur optimale d’implantation doit être choisie de façon que la houle efficace provoquant le transport à piéger, déferle en deçà des brise-lames afin que celui-ci puisse intercepter la majorité du transit. La connaissance de He permet la détermination de la profondeur d’implantation qui peut être liée à He par p=1.5 He et par voie de conséquence, la distance des ouvrages à la cote.

G.DELAGE Laboratoire Dauphinois d’Hydraulique a montré, au cours d’essais de brise-lames immergés en mer sans marrée, que l’efficacité de l’ouvrage passe par un maximum pour une distance d’implantation bien déterminée.

Il est apparu clairement au cours de cette étude que la profondeur relative au droit de l’ouvrage avait une influence importante sur son efficacité.

Un brise-lames peut perdre beaucoup de son efficacité si on l’éloigne exagérément de la cote, Y.NIR précise que sur les cotes israéliennes le tombolo derrière un brise-lames n’apparaît pratiquement pas lorsque D>2 L.

INMAN note sur les plages californiennes, l’absence de sédimentation derrière un brise-lames pour D³ 3L.

Par contre, pour les faibles distances, le bassin de dissipation, à l’aval du brise-lames, peut être insuffisant pour absorber l’énergie de la houle après déferlement sur l’ouvrage.

L’article de M.R.GOURLAY précise les tombolos ne sont véritablement formés en nature que pour D/L<1.5 et seulement si le brise-lames est implanté dans la zone de surf, c’est à dire pour Hi/h>0.8.

Toutes ces règles concernent les mers sans marée. Dans le cas des mers à marée, l’efficacité du brise-lames varie avec le niveau d’eau et l’utilité de l’ouvrage peut même, n’être que périodique (grand marnage). La distance d’implantation reste toutefois liée à la zone de déferlement des houles à l’origine des mouvements préférentiels de sable. Ils sont, en général, situés à des profondeurs supérieures à celles à laquelle on mettrait en place l’extrémité d’épis longs.

Compte tenu de ces différentes formules et de la bathymétrie du site, et sachant qu'on utilisera une batterie de 4 brise-lames, les distances au trait de côte retenues pour les 4 récifs sont respectivement de 130, 200, 230 et 250.

 

Positionnement respectif / espacement

Une série de brise-lames peut avoir la même efficacité qu’un seul brise-lames long.

O.TOYOSHIMA, après analyse des sites japonais, propose un espacement équivalent à 0.5 à 1.5 fois la longueur d’onde de la houle incidente, l’espacement croissant avec le profondeur d’implantation.

En considérant que la limite d’expansion de la houle se croise sur le trait de cote, J.CARPENTIER préconise une formulation du type

E<0.83 D + l /2

qui montre qu’une série de brise-lames protège d’autant mieux la cote que la houle est longue.

Pour notre cas d'étude, l'espacement le plus approprié compte tenu de cette formule est de 100 m.

Positionnement par rapport à la cote

S’il s’agit de piéger un transit littoral, on a intérêt à le faciliter en installant les brise-lames parallèlement à la cote. C’est le cas le plus courant et c'est celui qu'on a choisi pour la modélisation.

On peut, par contre, avoir intérêt à les orienter perpendiculairement à la direction locale de la houle efficace omnidirectionnelle, pour augmenter leur longueur efficace (L cos(f ) si f est l’angle formé par la crête de la houle et l’axe de l’ouvrage).


Caractéristiques propres du brise-lames
Longueur des brise-lames

Hauteur des brise-lames

Largeur en crête

Les autres paramètres


La longueur L du brise lame pour une implantation donnée, est un des paramètres importants, que le brise lame soit submersible ou non, car il conditionne la longueur de cote protégée.

La hauteur relative h et la largeur en crête e du brise-lames, sont des paramètres importants qui ressortent de l’ensemble des essais basés essentiellement sur la mesure de la transmission de la houle par dessus des ouvrages immergés.

Longueur du brise-lames

Certains auteurs le rattachent à la distance d’implantation à la cote. Ces deux paramètres interdépendants sont généralement lies à la longueur d’onde locale de la houle.

Le Laboratoire Dauphinois d’Hydraulique propose dans le cas de p/l =1 (profondeur et longueur d’onde de la houle au pied de l’ouvrage similaire)

J CARPENTIER propose une relation du type

L>=1.2 (D+0.3 l )

qui montre que le tombolo se forme d’autant plus facilement que la houle est courte donc, en particulier, que l’ouvrage est proche de la cote

O.TOYOSHIOMA , à partir des réalisations sur la cote japonaise, donne les correspondances suivantes

OUVRAGES

Près du trait de côte

Par faible profondeur

Par profondeur moyenne

Par grande profondeur

Profondeur correspondante

<1m

1 à 2 m

2 à 6m

>6m

Longueur L

L = 2 à 3 l

3 à 5 l

3 à 10 l

La longueur L des brise-lames retenue pour l'étude est, compte tenu des relations ci-dessus, de 200 m.

Hauteur des brise-lames

C’est essentiellement de la hauteur des brise-lames que dépend l’efficacité de ces derniers.

Sur les mers à marrées (moyennes à fortes), le choix de la cote d’arase est très difficile.

De nombreux essais sur la transmission de la houle par dessus un brise-lames immergé, font ressortir l’importance de hauteur du brise-lames, ou plus exactement la hauteur rapportée à la profondeur d’eau en pied de l’ouvrage, le coefficient de transmission Ct (rapport de la houle transmise Ht à la houle incidente Hi) augmente dans le même sens que la rapport p/h.

Des recherches de SOGREAH sur l’influence de la hauteur d’une digue submersible montre qu’un ouvrage immergé ne peut amortir valablement la houle que si le niveau de l’eau se situe très peu au dessus de la crête de la digue. Pour obtenir un coefficient de transmission inférieur à 0.5, le rapport p/h doit être inférieur à 1.125

La cote d’arase est également fonction de distance au trait de cote. L’agitation produite par la retombée du déferlement , à l’arrière du brise-lames, s’amortit dans sa propagation vers le rivage d’autant plus que l’ouvrage est éloigné de celui-ci.

Dans notre étude, nous prenons, pour l'ensemble des brise-lames, une hauteur de 2 m.

Largeur en crête

Pour être efficace, la largeur en crête d’un brise-lames immergé doit être suffisante pour provoquer une diminution par déferlement de l’énergie de la houle.

Les essais de SOGREAH montrent l’influence de la largeur e de la crête du brise-lames submersible :

J.DATTARI note une valeur optimale de la largeur en crête, rapportée à la longueur d’onde de la houle incidente de

La largeur en crête retenue pour les quatres brise-lames est prise égale à 42 m pour une hauteur à la base de 50 m.

Les autres paramètres

Les autres paramètres qui agissent de façon plus au moins active ou importante sont :

-La pente des talus, l’étude SGREAH montrant que d’une manière générale, l’adoucissement de la pente favorise la transmission.

-La forme de l’ouvrage, dont l’effet ne semble pas prépondérant, son influence différant avec les conditions de houle.

-La rugosité et la perméabilité de l’ouvrage, dont les effets restent relativement faibles.

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