Dpdpm Formation Marituime Sept 2010 Part 2 Conception Portuaire

CONCEPTION PORTUAIREBenjamin BAILLY (SOGREAH)

FORMATION MARITIME

28 septembre – 1er Octobre 2010

ROYAUME DU MAROC

DIRECTION DES PORTS ET DU DOMAINE PUBLIC MARITIME

1. Les notions préalables

2. Définition du plan de masse

3. Navigation et chenaux

4. Dragages et matériaux dragués

5. Houle de projet

6. Conception des ouvrages de protection externe

7. Modèles de stabilité

8. Typologie des quais

Benjamin Bailly (SOGREAH)Septembre 2010

Formation MaritimeFormation Maritime

CONCEPTION PORTUAIRECONCEPTION PORTUAIRE

Notions prNotions prééalablesalables

Conception Portuaire – Notions préalables : SOMMAIRE

1. IntroductionLes aménagements maritimesVie du projet portuaire

2. Prévisions du traficExemples de prévisions avec analyse de saturation des capacités de l’existantExemple d’un développement stratégique

3. Notions d’hydraulique maritime (traité par Jacques Viguier)

Niveau de la merVent et CourantHoule et agitation

4. Notions de sédimentologie (traité par Jacques Viguier)

Courants engendrés par la houleImpact des aménagements portuairesEtude de cas : Extension du port de Bastia

5. Connaissance du navirePrincipales caractéristiques et plan de formeDéfinitions des coefficients et forme et ratiosDéfinition des mouvements et essais à la mer

1. Introduction

Pourquoi ce module sur les notions préalables• Notions dont la compréhension est indispensable au succès de tout

aménagement maritime

Introduction au monde portuaire :• Type d’aménagement concerné• Critère de choix de site• Les séquences d’arrivée dans un port• Les études techniques associées à la conception portuaire• Les étapes d’un projet de conception portuaire

DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Notions préalables 4 B. Bailly

Les aménagements maritimes (1)

DIMENSIONNEMENT DES STRUCTURES

Structures offshores

Structures côtières : digues, jetées, quais, pipe-lines, chenaux de navigation, prises d’eau et ouvrages de rejet en mer

Structures souples : rechargement de plage, plage artificielle

SECURITE DE LA NAVIGATION

En pleine mer

A la côte : mouillages, ports

PREVENTION DES RISQUES LITTORAUX

Lutte contre l’érosion (recul du trait de côte)

Lutte contre les submersions marines

PROTECTION DE L’ENVIRONNEMENT

Devenir des effluents rejetés en mer

Pollutions accidentelles

Restauration de zones naturelles

PRODUCTION D’ENERGIE RENOUVELABLE

Usines marémotrices, hydroliennes

Extraction de l’énergie des vagues, éoliennes

Notions indispensables à tous projets de conceptions portuaire et maritimes

Etablir une base commune de termes techniques pour la conception portuaire

Donner une vision synthétique de la démarche de l’ingénieur

1- Introduction


REALISATION d’INFRASTRUCTURES (PORTUAIRES)

Structures offshores

Structures côtières : digues, jetées, quais, pipe-lines, chenaux de navigation, prises d’eau et ouvrages de rejet en mer

1- Introduction Les aménagements maritimes (2)


1- Introduction

Structures souples : rechargement de plage, plage artificielle

Les aménagements maritimes (3)


PREVENTION DES RISQUES LITTORAUX (IMPACTS SEDIMENTOLOGIQUES DES PORTS)

Lutte contre l’érosion (recul du trait de côte)

Lutte contre les submersions marines

mais aussi garantir l’accès au port !!



PROTECTION DE L’ENVIRONNEMENT (et ACCOMPAGNER LES PROJETS PORTUAIRES)

Devenir des effluents rejetés en mer

Pollutions accidentelles

Restauration de zones naturelles



1- Introduction Type d’aménagement portuaire concerné

La réhabilitation des ouvrages n’est concernée que marginalement par les moyens d’étude de la conception portuaire.

Ces moyens s’appliquent aux aménagements pour • l’ extension d’un port existant• la construction d’un nouveau port

L’extension et la construction d’un nouveau port sont parfois en alternative, à examiner conjointement dans la phase de Plan directeur.

En général :Avantages de l’extension d’un site actuel

Il ne sera pas nécessaire de beaucoup modifier l’organisation portuaire (compagnies, capitainerie, voies de dessertes,….),

Il n’y aura pas d’impact environnemental direct lié au nouveau site (littoral, besoin d’études, délais d’approbation,….),Peu de nouveaux réseaux d’infrastructures à développer mais difficultés d’adapter l’existant.

Avantages d’un nouveau siteDisponibilité de davantage d’espaces à terre et quais, à moindre couts -> développements d’activités rendus possibles Possibilité de réduire les trafics qui traversent les zones urbanisées,Il n’ y aura pas d’impact du chantier sur le trafic existant et zones urbanisées,Possibilité de réaffectation des bassins portuaires existants

Les avantages et inconvénients de chaque solution sont à hiérarchiser au cours des études de Plan Directeur.


1- Introduction Critère pour le choix d’un site

Le port est toujours une interface entre • Les aspects physiques (océanographie, topographie et conditions d’abri

naturelles, conditions bathymétriques et géotechniques)• Les aspects économiques et sociaux (volumes et trajets des trafics, urbanisme,…)

Pour choisir le site d’implantation d’un nouveau port, tous ces aspects doivent être considérés

En général, hors aspects positifs (développement économique et impacts positifs), on s’intéressera aux critères suivants :

Physiques = Reliefs à terre et sous-marin -> Dispose t-on de conditions favorables à l’implantation de nouvelles activités et infrastructures ? Quels site et concept portuaire sont adaptés ?

Météo-marins = Houle, courants et sédimentologie -> le site permet-il une implantation pérenne de l’infrastructure projetée? Existe-t-il des zones naturellement protégée? Quel concept portuaire est adapté ?

Environnementaux et d’usage = les impacts -> les impacts du port sont-ils acceptables? Quels site et concept portuaire permettent de les réduire? Comment compense t-on les impacts?

Réglementaires = le zonage -> la zone est-elle protégée ou réservée pour d’autres activités ?Distances aux centres de consommation, industriels, logistiques, … existants ou en devenirProximité des routes maritimesCouts du développement


Les séquences d’arrivée au port

Capitainerie(Vessel Traffic Service)

CommandantOfficier en second Officiers de quart

Société de pilotage

Société de remorquage

Armateur

Autorité Portuaire

Société Concessionnaire …

Société d’exploitation ….

Société de lamanage

Approche

Montée du pilote

Arrêt

Mise à poste

Chenalage

Prise en remorqueEvitage

Vigie

Amarrage par lamaneurs

1- Introduction


Les études techniques associées à la conception portuaire

Mesures en mer

Houles et courants

Assistants MO

Constructeuropérateur

Ingénieur Conseil

Maître d’Ouvrageopérateur

Sédiments et sols

Agitation - sècheNavigationDragages

Ouvrages d’amarrage et d’accostage

Evolution du littoral

Ouvrages de protection

Bathymétrie

Remblais

Evolution des Trafics et Besoins

Exploitation et Organisation du terminal

Impacts

Sécurité et risques

Accès

Propagation houle et évolution des courants

Impacts

Prestataires pour mesures

Qualité des eaux – faune, flore, activités humaines

CO

NC

EPTIO

N D

U P

OR

T

1- Introduction

Navires àaccueillir

Mesure du vent


Les étapes d’un projet de conception portuaire1- Introduction

2. Prévisions du trafic

Une étude :• de l’évolution du trafic (volumes et typologies),• de la date prévisible de saturation des structures actuelles, • de l’évolution de la taille des naviresest logiquement la première étape de toute étude de

planification portuaire.

Considérons deux exemples d’études de prévisions des trafics avec limites de saturation 1. Le nouveau terminal conteneurs envisagé à Fos (2XL)2. Le port roulier de Bastia

Considérons un exemple d’étude stratégique3. Le Complexe portuaire de Tanger Med


Prévisions de trafic (1)

Fos, terminal conteneurs actuel

Exemple 1 : Terminal conteneurs de Fos

Prévisions de trafic et aménagements conséquents

2- Prévisions du trafic



0100 000200 000300 000400 000500 000600 000700 000800 000900 000

1 000 0001 100 0001 200 0001 300 0001 400 000

2000 2005 2010

EVP

hypothèse hautede croissance du trafic

hypothèse moyennecapacité maximale de l'existant

capacité minimale

Etude de trafic – ConclusionLa saturation prévisible du terminal existant en 2005

ou 2006 a nécessité la planification en l’an 2000 des investissements d’extension des capacités.




Evolution de la taille des navires porte-conteneurs

0

50

100

150

200

250

300

350

400

1960 1970 1980 1990 2000

Ans

Loa

(m)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

Te (m

)

Longueur maximale Tirant d'eau maximal

800 EVP 1700 EVP 3000 EVP 5000 EVP 8000 EVP

Note : EVP = Equivalent Vingt Pieds ( = 1 pour les conteneurs de 20 pieds de longueur et = 2 pour les conteneurs de 40 pieds)

Ces investissements doivent tenir en compte l’évolution continue de la taille des navires porte - conteneurs




Analyse de l’évolution de la taille des navires – ConclusionsLe transport des marchandises conteneurisées est un marché très dynamique et florissant,

mais fortement concurrentiel.Pour faire des économies d’échelle, les armateurs augmentent la taille des porte-conteneurs

en commandeLe tirant d’eau admissible (TEA) aujourd’hui au terminal à conteneurs de Fos est de 13 m.Les plus gros navires en service sur le globe en 2000 présentent un tirant d’eau de 14,5 m.Il y a donc urgence à mettre les infrastructures à niveau pour que Fos reste sur le trajet des

plus grands armements.




FOS

FOS

2XL

2XL

Cercle dCercle d’é’évitagevitage

Dragages en plusieurs étapes

Nouveau terminal conteneurs 2XL (profondeur

= 17 m ZH)

Aménagements envisagés(coût globale = 90 M€)




Exemple 2 : Port de Bastia

Poste navires mixtes (passagers/camions)

Poste exclusivement adaptés aux navires avec la “porte avant”




0

1000000

2000000

3000000

4000000

5000000

6000000

1992 1995 2000 2002 2005 2010 2015 2020

Traf

ic p

assa

gers

-

10 000

20 000

30 000

40 000

50 000

60 000

70 000

80 000

90 000

2001 2005 2010 2015 2020

Nombre de véhiculescroissance forte

Nombre de véhiculescroissance modérée

Passagers

Trafic roulier

Les prévisions de trafic indiquent, certes, une augmentation…

N° passagers par an

N° véhicules commerciaux par an




…mais l’augmentation de la taille des navires est encore davantage sur le chemin critique.

Le graphique ici à droite indique que les dimensions du port (montrées dans le plan en bas) constituent une contrainte àl’accueil des plus grands navires rouliers en service

140

150

160

170

180

190

200

210

220

1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005

Année

Long

eur d

es n

avire

s

En service Bastia

100.00 200.00mECHELLE

MOLE

SUD

QUAI FANGO QUAI DE RIVE

MOLE EST

6

4

3

5

78

1

2

220 m

Zone envisagée pour le 1° nouveau quai (partiellement protégé)




Résultat : le Plan Directeur a envisagé principalement une augmentation de la dimension des postes, et marginalement de leur nombre (de 7 à 8)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

2002 2005 2010 2015 2020

N° to

tal d

e po

stes

240 m

215 m

175 m

130-150 m

< 100m



Stratégie de développement (1)

Exemple 3 : Complexe portuaire de Tanger Med

Une situation géographique unique

Capacité des ports pour conteneurs

Les routes maritimes des conteneurs

1 – Asie orientale, 2 – Amérique du Nord3 – Europe, 4 – Moyen Orient5 – pacifique, 6 – Amérique du Sud7 – Afrique


Des ports méditerranéens saturés en 2000


Stratégie de développement (2)Trafics :

Une tendance inéluctable Evolution des trafics -> un taux de conteneurisation qui augmente

Evolution du marché


Perspectives d'évolution du taux de transbordement au niveau mondial

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040

taux de transbordement


Stratégie de développement (3)Un projet national

Une plateforme de transbordement au service des flux mondiaux et régionaux de conteneurs

Un port d’Import Export au service de la compétitive du territoire (zones franches)

Une plateforme industrielle intégrée à un réseau logistique et d’infrastructures complet


3. Notions d’hydraulique maritime (traité par Jacques Viguier)

Niveau de la mer (références, marées, …)• Phénomènes et références• Marée• Influences météorologiques• Evolution du niveau de la mer et niveau de projet

Vent et Courant• Effets sur les navires et ouvrages• Représentations

Houle et agitation • Caractéristique d’un état de mer• Représentations des états de mer• Les phénomènes rencontrés lors de la propagation à

la côte

4. Notions de sédimentologie (traité par Jacques Viguier)

Introduction et définitions

Principaux courants engendrés par la houle

Impact des aménagements portuaires• Ports soumis à un transit littoral (processus d’érosion et solutions)• Ports en zone non soumise au transit littoral

Etude de cas : Extension du port de Bastia

5. Connaissance du navire

La connaissance des principales caractéristiques des navires de projet est indispensable à toute conception portuaire

Pour un terminal spécialisé, elle doit être complétée par la recherche des plans de forme du navire

Pour les calculs, les coefficients de forme sont nécessaires : ils caractérisent les efforts dus au vent, courant et houle qui s’appliquent au navire

Le navire se caractérise aussi par ses mouvements

Enfin, ses qualités manœuvrières sont appréhendées à la lecture destests standards de navigation de l’OMI et par des ratios significatifs


Principales caractéristiques (1)

R H

A R

A R HD

L

L/2

LC GK G

Properties :LOA : Length over all (m)LPP : Perpendicular length (m)BEAM : Water line max beam (m)

Load : Da : Draught, aft (m)Df : Draught, fore (m)Md : Displacement of ship (tons or m3)Center of gravity position

Rudder (s)Number and Type : Conventional spade , semi-spade, Shilling, BeckerMax rudder angle (deg)

Lpp

Loa


-> TPL : Tonnage de Port en Lourd


Wind parametersAL : Lateral area (m2)AT : Transverse area (m2)ASS : Superstructure area (m2)S : Perimeter length (m)C : Dist bow to Centre of Pressure

Engine (s) for propeller :Type : Diesel or TurbinePower (kW)RPM (rotation per minute) for the different engine standard settings : Max Ahead, Full, Half, Slow, Dead Slow, Stop, Dead Slow, Slow, Half, Full, Max Astern

Propeller (s)Propeller type and numberLateral distance to center line D : Propeller diameterR : Rotation of propeller (Clock./anticlock.).

Principales caractéristiques (2)

Bow and stern thrusters :Position (m) Power (kW)Diameter



Plan de forme (1)

Position des coins de calePlan de pont : treuil pour amarres, coupées, …..

Surface et parties planes



Plan de forme (2)5. Connaissance du navire


Coefficients de forme (1)

Vent (efforts)

Fx = ½ . ρair . Cx . AT . V230s ou 1mn

Fy = ½ . ρair . Cy . AL . V230s ou 1mn

180°

90°

0°Fx+

Fy+Mxy+

Mxy = ½ . ρair . Cxy . Lpp . AL . V230s ou 1mn

Cy for Transverse Wind Force

0,00,10,20,30,40,50,60,70,80,91,01,11,2

0102030405060708090100110120130140150160170180

Angle off Stern (Deg)

Tanker

LNG 4 sphères MOSS

LNG Membrane

Cxy for Moment

-0,200-0,175-0,150-0,125-0,100-0,075-0,050-0,0250,0000,0250,0500,0750,1000,1250,1500,1750,200

0102030405060708090100110120130140150160170180


Tanker

LNG 4 sphères MOSS

LNG Membrane

Cx for Longitudinal Wind Force

-1,0

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

0102030405060708090100110120130140150160170180


Tanker

LNG 4 sphères MOSS

LNG Membrane


Les coefficients sont propres à chaque navire



F’x = ½ . ρeau . C’x . Lpp . T . V2

F’y = ½ . ρeau . C’y . Lpp . T . V2

M’xy = ½ . ρeau . C’xy . Lpp2 . T . V2

Courant (efforts)

180°

90°

0°Fx+

Fy+Mxy+


Les coefficients sont donnés pour un type de carène par les recommandations et en fonction de la hauteur d’eau disponible

LOADED & Water Depht /T=1.5

Current Angle off stern Cx Cy Cxy0 0,03 0,00 0,0020 0,00 0,70 -0,2045 0,00 1,30 -0,2560 0,17 1,50 -0,2080 0,10 1,65 -0,1090 0,07 1,70 -0,03100 0,06 1,65 0,03120 0,10 1,50 0,13135 0,13 1,30 0,20160 -0,02 0,60 0,13180 -0,04 0,00 0,00

OCIMF : "Prediction of Wind & Current Loads on VLCCs" - 1994

Cx for Longitudinal Current Force

-0,10-0,08-0,06-0,04-0,020,000,020,040,060,080,100,120,140,160,180,20

0102030405060708090100110120130140150160170180


Forc

e (k

N)

Cx

C'y for Transverse Current Force

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0102030405060708090100110120130140150160170180


Tanker


Sensibilité de l’action du courant au clair sous quille

Les coefficients relatifs au courant transversal varient d’une manière très significative avec le rapport Dw/Dd (= profondeur locale/tirant d’eau).

Ainsi, la force due au courant est bien plus importante quand le clair sous quille est faible.

Coefficients de forme (3)5. Connaissance du navire



F’’x = 1/8 . ρeau . g . C’’x . B . Hs2

F’’y = 1/8 . ρeau . g . C’’y . Lpp . Hs2

Houle (efforts)

180°

90°

0°Fx+

Fy+Mxy+

Wave Angle off Stern C''x C''y0 1,00 0,0010 0,98 0,1720 0,94 0,3445 0,71 0,7160 0,50 0,8790 0,00 1,00120 -0,50 0,87135 -0,71 0,71160 -0,94 0,34170 -0,98 0,17180 -1,00 0,00

BS 6349 Part 6 1989 - "Design of Inshore Mooring and Floating Structures"

Calcul simplifié car non dépendant de la période de la houle (plus elle est courte, plus les efforts sont importants)



Mouvements du navire

CONVENTION DES MOUVEMENTS :• Cavalement (Surge) positif vers l’étrave• Embardée (Sway) positif vers bâbord• Pilonnement (Heave) positif ascendant• Roulis (Roll) sens direct autour de X• Tangage (Pitch): sens direct autour de Y• Lacet (Yaw): sens direct autour de Z

Note : Sans vent , les mouvements de roulis, pilonnement et tangage sont les plus critiques, car leur période propre peut être proche ou similaire à la période de la houle (dans ce dernier cas : entrée en résonnance du navire)

Les autres mouvements peuvent être sensibles aux sèches

Les 6 degrés de liberté du mouvement du navire



Manœuvres normalisées de l’OMI

Essais normalisés de l’Organisation Maritime Internationale (OMI)

Arrêt

Giration

Zig-Zag



Ratios caractéristiques

Le coefficient bloc Ce coefficient est caractéristique d’une forme de carène

Note : Si la longueur, la largeur et le tirant d’eau d’un navire sont connus, on peut alors estimer son déplacement

Le rapport Déplacement / Puissance machine

Ce coefficient indique aux marins si le navire est puissant d’un point de vue de la manœuvre.

Joint à la connaissance du type d’hélice et de gouvernail et des surfaces exposées au vent, un marin saura anticiper les manœuvres portuaire 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

FerryPass./RoRo

LNG Carrier PorteConteneur

Tanker

Dépl / Puissance



Dénomination des amarres

The AMSTERDAM in Victoria (BC)

Pointes avant et arrière

Traversiers avant et arrière

Gardes avant et arrière



Type d’amarres5. Connaissance du navire

Courbes typiques tension –déformation :

(source OCIMF)

Type de navire : •Nombre de lignes : 16•Câble en acier : âme centrale en acier de 6 ×36, ∅ 40 mm,Charge de rupture = 1 150 kN•Terminaison en nylon : Nylon, ∅ 81 mm, L = 10 m, charge de rupture = 1 410 kN•Charge admissible : (55% CR) 630 kN

Lignes de projet :

Les informations nécessaires

Acier Nylon




DDééfinition du plan de massefinition du plan de masse

Conception portuaire – Définition du plan de masse : SOMMAIRE

1. Typologie des terminaux et navires associés

2. Concepts de plan de masse

3. Critères généraux pour la définition du plan de masse

4. Définition des besoins

5. Navigation et chenaux (voir module suivant)

1) Typologies des terminaux1) Typologies des terminauxet navires associet navires associééss

ConteneursVrac SolidesRouliersVrac liquideGNLMarchandises DiversesCroisière

DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 4 B. Bailly

Terminaux conteneurs

Postes en ligne le long d’un quai rectiligne,Grandes surfaces disponibles à l’arrière du quaiVoies d’accès terrestres faciles (par route et chemin de fer)

1- Typologie de terminaux et navires associés


Navires porte-conteneurs (1)

Hugo (CMA-CGM) L=334 m B=42,8m TE=14,5m 8238 EVP

Partie plane




La contrainte panamax est respectée à l’exception de quelques navires (5000 EVP max)

Ordres de grandeur importants pour PC datant d’avant 2000




--14,545.63478 800Samsung 8800

68 400115 00015.042.83679 930Gudrun Maersk

67 470110 00014.542.83348 500CSCL Asia

61 90094 7241442.83358 450P&O Mondriaan

? (21)

? (16)

14.5

14.5

TE (m)

-

150 000

98 000

99 518

TPL

70 30642.83238 063OOCL Shenzhen

63 00042.83478 000Sovereign Maersk

-60396? (18 000)Malacca Max

80 00056.4397? (13 400)Emma Maersk (22 rangées)

kWLa (m)Loa (m)EVPNavire

Les navires de plus de 350 m restent exceptionnels

Le TE de pleine charge semble impossible à atteindre (100% du chargement de conteneurs plein !!!)

La majorité des ports HUB d’éclatement des cont. ne permettent pas l’accès à des navires de TE > 15 m.

Depuis 2000 :



Les dimensions des postes et des terre-pleins à l’arrière augmentent au fil des années, en raison de l’augmentation de la taille des navires.

( Prof. Carl Thoresen )

1- Typologie de terminaux et navires associés Terminaux Conteneur (1)


Port d’éclatement de Salalah (Oman)

La conception des ports conteneurs d’éclatement est simple : long quai banalisé, grande surface (possiblement rectangulaire) à l’arrière. Ce qui est crucial est la position, au croisement entre routes principales (pour Salalah, Oman, celle du canal de Suez) et secondaires .

Les plus grands navires (> 9 000 EVP, >350 m, Te > 14 m) ne peuvent plus accoster dans la plupart des terminaux, d’où la nécessité de ports d’éclatement (Algesiras, Malte, Gioia Tauro, Tanger Med) situés sur les routes principales, qui desservent les autres ports par des lignes feeders (navires < 3 000 EVP, avec un tirant d’eau < 12 m).



Les moyens de manutention d’un terminal conteneurs varient, surtout pour la gestion des terre-pleins. Au quai, on utilise pour les terminaux modernes principalement des portiques (sur pneus et surtout sur rails). Pour les terre-pleins, les moyens de manutention principaux sont :

Gerbeurs

Cavaliers

Portiques de parc + Tracteurs

Portiques de parc + Cavaliers

Référence : Port and Terminals, TU Delft, 1996



Portique sur rails (STS, Ship to Shore Crane), Algesiras

Grue à quai sur pneus (Anvers)

Moyens de manutention à quai



Tracteur (Tractor ou chassis)

Portique de parc sur pneus (RTG, Rubble Tyre Gantry)

Buenos Aires

Portique de parc sur rails (RMG, Rail Mounted Gantry)

Los Angeles

Moyens de manutention pour les terre-pleins - A



Le système « Portique de parc »



Cavalier (Straddle carrier)

Gerbeur (Reach stacker)Moyens de manutention pour les terre-pleins - B

Chargeur élévateur frontal (Fork lift)



Le système « Chariot élévateur »



Le système « Chariot cavalier en direct »



La détermination préliminaire des dimensions du terre-plein d’un terminal conteneurs doit tenir compte des différentes zones opérationnelles

Stot = Ssp + SCFS + Ssv + S varAvec :

• SSP = surface stockage conteneurs pleins (~ 60-70%) • SCFS = surface « container freight station » (entrepôt groupage - dégroupage) (~ 10-15 %) • SSV = surface stockage conteneurs vides (~ 10-15 %)• SVAR= surface activités variées (parking, ateliers, bureaux, douane ( 5-10%)



Terminaux vrac solides• Quai rectiligne, ou front d’accostage en pieux (en fonction du type d’outillage de

chargement/déchargement)• Surfaces de stockage importantes (ou silos, pour les céréales) à l’arrière du quai

(des distances plus importantes par rapport aux terminaux conteneurs sont toutefois possibles, car le transport est effectué par des « conveyors »)

• Prise en compte des aspects environnementaux (vents dominants) pour les stockages à ciel ouvert



Vraquiers – Minéraliers

Src : Catalogue Fentek

Minéralier lège

Le gouvernail sort de l’eau, il est moins efficace. Le chargement est un paramètre important dans les études de manœuvrabilité.

Navires ayant de vaste cales et de larges ouvertures dans le pont. La taille varie de 10 000 TPL à 250 000 TPL, la plupart n’excède pas 70 000 TPL pour pouvoir franchir le Canal de Panama.



Postes

Stockage

1- Typologie de terminaux et navires associés Terminaux de vrac solides (1)


Terminal charbonnier du Havre

Les systèmes de chargement/déchargement sont les plus variés• Grues à “grab” (entre 500 et 2 500 tonnes/heure)• Elévateurs mécaniques continus (entre 2 000 et plus de 4 000 tonnes/heure)• Elévateurs pneumatiques (principalement pour les céréales, entre 2 000 et 4 000 tonnes/heure)



Elévateur mécanique continu

Elévateur pneumatique



Chemin de fer

ZONE DE STOCKAGE

Poste 1PORT

Poste 2

Exemple de chaine de transfert

3000 t/h1 500 t/h

3000 t/h1 500 t/h

1 500 t/h



Matériel d’exploitation

Déchargement du train : culbuteur de wagons

Tour de transfert (changement de direction)

Convoyeur

Stacker

Reclaimer

Convoyeur

Tour d’échantillonnage

Convoyeur (à terre et au-dessus eau)

ZPMC train unloading system

Matériel de mise en stock

Matériel de reprise du stock


Matériel bord à quai

Convoyeur bord à quai

Portique de chargement (Shiploader / Shipunloader)


Port Hedland(Australie)

La structure des postes prévoit souvent• Ducs d’albe d’amarrage (avec défenses) et accostage comme des structures indépendantes de la• Jetée (souvent en pieux) qui doit soutenir uniquement les moyens de manutention



Terminaux rouliersPasserelle à l’arrière (avec charnières mobiles pour les ports àgrande excursion de marée),Quais continus ou ducs d’Albe en pieux sur les côtés, pour fixer les amarres,Surfaces disponibles à l’arrière du quai, avec liaisons efficaces avec les voies terrestres



Ferries, Rouliers mixtes et purs (1)

(passagers)



Ferries, Rouliers mixtes et purs (2)

(Super) Fast Cruise Ferry ou NTGV

Et aujourd’hui : 210 mètres de longueur, 25 mètres de largeur, 7 m de tirant d’eau

Capacité : 2200 passagers, 1000 véhicules, 2000 mètres linéaire pour charges

2 CP propellers ; Total Power: 50,424kW (68,552hp) ; front thruster and 2 aft ; Vitesse : 30 nœuds

Depuis 2001, NTGV ("Navires Traditionnels à Grande Vitesse"). Propulsion par hélices, carburant : fuel lourd

Coque plus effilée -> plus grande longueur pour une largeur donnée

Plus de 180 mètres de long, navigation par tous temps, transport d’un grand nombre de passagers et de véhicules

Confort du même ordre que celui proposé à bord des navires traditionnels

Navires dotés de cabines (ce qui est interdit, par la réglementation, sur les NGV) ce qui permet aux compagnies de les programmer aussi en traversées de nuit, sur des lignes plus longues.



Car Carrier1- Typologie de terminaux et navires associés


Terminaux roulier (1)

La gestion des flux : Port de Calais

Contrôle PAF

ISPS (scanner)

Enregistrement compagniesISPS et douanes

Gare maritime

Parking dépose et personnel gare

Aire de pré-embarquement

Parking tampon



L’utilisation de passerelles fixes est possible pour des ports avec une excursion de marée < 1,50m (Normes ISO 6812)

Navires de « classe B »L’extrémité extérieure de la rampe peut atteindre des

niveaux de 1,5 à 3m au-dessus de la ligne de flottaison

Navires de « classe A »L’extrémité extérieure de la rampe peut

atteindre des niveaux de 0,25 à 1,75m au-dessus de la ligne de flottaison

1- Typologie de terminaux et navires associés Terminaux roulier (2)


La passerelles ajustables deviennent impératives pour des ports avec une excursion de marée > 1,50m (Normes ISO 6812)

1- Typologie de terminaux et navires associés Terminaux roulier (3)


Terminaux vrac liquideBras de chargement sur une plateforme centrale (usuellement sur pieux), Ducs d’Albe d’accostage et d’amarrage (usuellement sur pieux : poste « perméable »),Distances de sécurité à prévoir (> 150m entre le bras et les autres installations portuaires + >50m autour du navire)



Pétroliers

VLCC Algarve: 290 000 tpl – Pleine chargeL = 332 m B = 58 m Te = 18m

• ULCC (Ultra Large Crude Carrier) : Chargement > 300 000 TPL (années 70–80)

• VLCC ou Superpétrolier (Very Large CC) : 175 000 DWT < charg. < 300 000 DWT

• Navires de dimensions importantes et peu puissants

• Grandes différences de tirant d’eau selon le chargement et donc de prise au vent.

• Remarque : Un pétrolier de grande taille en ballast a une surface au vent 2 fois plus importante qu’en pleine charge et un TE 2 fois plus petit.


050

100

1er trim.

4e trim.

EstOuestNord

Terminaux pétroliers

Port pétrolier de Lavéra (Marseille - Fos)

Terminaux vrac liquide (1)1- Typologie de terminaux et navires associés


1- Typologie de terminaux et navires associés Terminaux vrac liquide (2)


Catenary Anchor Leg Mooring (CALM) system

Single Point Mooring (SPM) – Illustration du CALM système

• Si littoral trop éloigné -> nécessité d’une pompe externe intermédiaire (sinon pompe du navire)

• Tranchée à réaliser pour protéger la conduite

• Nécessité de disposer de remorqueur pour les manœuvres -> port de service à proximité nécessaire.

conduite

Terminal « offshore » sans infrastructures : Déchargement de pétrole brut (en général)

Terminal « offshore »1- Typologie de terminaux et navires associés


Terminaux GNLBras de chargement sur une plateforme centrale (usuellement sur pieux), avec positionnement délicat des manifold,Ducs d’Albe d’accostage et d’amarrage (usuellement sur pieux : poste « perméable »),Distances de sécurité très importantes à prévoir (> 450m entre le bras et les autres installations portuaires + >200m au tour du navire)

Ras Laffan (Qatar, NAVIRE A SPHERES)



Méthaniers (1)

Sphérique ou «à sphères»

Prismatique ou «à membranes»

Les types : Le Gaz Naturel Liquéfié est transporté dans des cuves de pression proche de la pression atmosphérique et de température de -160° à -170°C (volume réduit 600 fois)



Ordres de grandeur importants pour méthaniers datant d’avant 2003

4530/14104658/6896968/1370M²Surface au vent chargé (AL/AT)

3800/11505075/15308870/22005113/7617540/1610M²Surface au vent ballast (AL/AT)

9.711.711.411.211.2MTirant d’eau chargé

8.710.410.49.510MTirant d’eau ballast

23.326.32727.526MHauteur totale

35454941.645.8MLargeur

205.5274.1277266280MLPP

219.5289.6289.5280.6297MLOA

5300010910310500096340102800TDéplacement

74 000160 000148 000129 323137 000M3Capacité

4GT4 GTT4 Moss5 GTT5 MossType

MEDIMAX160000 m3KHI 1520Edouard LDAlzubarahNOM

Navires LNGParamètres

PERIODES PROPRES (s) SURGESWAY HEAVE ROLL PITCH YAW

AL ZUBARAH 62.5 109.7 14.7 15.8 13 60.2 EDOUAR LD 66.2 104.5 12.6 13.5 11.3 58.6

KHI 1520 60 110 14.3 14.2 11.8 62 160000 M3 62 106 13.7 13.9 11.6 58 MEDIMAX 48.2 74.5 10.3 11.8 8.4 33.4

Méthaniers (2)

Les terminaux méthaniers existants sont conçus pour des TE max de l’ordre de

12.3 m



Méthaniers (3)

Les évolutions récentes :

Les terminaux méthaniers existants sont conçus pour des TE max de l’ordre de 12.3m

Demande de gaz en forte augmentation

Nouveaux navires de capacité plus importante mais de TE identiques

Les qualités manœuvrières doivent être améliorées pour accéder aux terminaux existants avec des conditions de sécurité équivalentes.

• Qflex (205 000 m3) :

Loa=310m, B=48m, TE=12.45m, Disp= 133 000m3, AL= 6 900m2, AT= 1 300m2, hélice semi-spade, un propulseur avant de 2 500kW

• Qmax (260 000 m3) :

Loa=345m, B=55m, TE=12.5m, Disp= 170 000m3, AL= 8 700m2, AT= 1 750m2, deux hélices, un propulseur avant et arrière



Poste

de (dé)chargementUsine de

regazéificationPrise d’eau

RejetZone

fonctionnelle

Principaux éléments composant un terminal GNL :

Conduites

1- Typologie de terminaux et navires associés Terminal méthanier (1)


Quelques valeurs usuelles entre le navire GNL et d’autres activités :

• 1000 m entre le manifold et les habitations (ou zones publiques),

• > 450 à 500 m entre le manifold et tout autre navire à poste,

• > 150 à 200 m entre le navire GNL (au poste ou en manœuvre) et les autres navires (à poste ou en manœuvre aussi).

Mais aussi des critères de sécurité qui concernent la zone de stockage à terre :

• 500 m entre le centre des réservoirs à terre et les habitations,

• 300 m entre le centre des réservoirs et les activités industrielles (y compris les activités portuaires).

Des distances de sécurité sont à prendre en compte :

Terminal méthanier (2)1- Typologie de terminaux et navires associés


Exemple deSPLNG

1- Typologie de terminaux et navires associés Terminal méthanier (3)


Terminal méthanier (4)

Un paramètre déterminant : l’ensemble manifold / bras de déchargement

Les bras de (dé)chargement sont très sécurisés, car le GNL a une température de -170°C pourrait gazéifier àcontact de l’air (avec risque d’explosion).

Ils ont des débattements limite et des seuils de vitesse àne pas dépasser -> limitations pour les terminaux -> étude d’amarrage

Un système à câble aide de plus en plus souvent la connexion des bras au manifold du navire



Terminaux marchandises diverses• Le linéaire de quai est normalement le facteur contraignant (plus que

les surfaces)• Ceci amène souvent à une configuration du linéaire des quais « à

darses »• Entrepôts fermés pas très éloignés du bord du quai

Puerto Quetzal (Guatémala)



Cargos traditionnels1- Typologie de terminaux et navires associés


Largeurs typiques des surfaces des terre-pleinspour un terminal à marchandises diverses

• a = voies de circulation pour les grues …………………… ………...entre 25 et 30 m,• b = entrepôt de transit……………………………………………………entre 50 et 70 m,• c1 = aire de stockage ……………………………………………………entre 30 et 35 m,• c2 = route…………….……………………………………………………entre 7 et 10 m,• b = entrepôt de transit……………………………………………………entre 50 et 70 m,• e2 et e1 = comme c2 et c1 (si nécessaire),• f = entrepôt de stationnement…………………………………………..entre 40 et 70 m,• g1 et g2 = comme c1 et c2• h/2 = possible voie pour un chemin de fer……………………………. entre 0 et 25 m.

Terminal de marchandises diverses (1)1- Typologie de terminaux et navires associés


Terminaux croisièrePoste dans un cadre agréable, bien connecté avec la ville,Passerelles piétons mobiles en vertical et en horizontal (voir la figure),Gare maritime croisière avec loisirs et services



Navires de croisière

Critères : Panamax, limitation du TE, moyens propres importants (pas d’assistance)

Les navires récents manœuvrent par 30 nœuds de vent en sécurité



Exemple de CherbourgRequalification et environnement urbain approprié

Port de plaisance

Poste croisière

Gare croisière (bâtiment du XIX° siècle rénové)

Musée de la mer

1- Typologie de terminaux et navires associés Terminal de croisière (1)


Accueil des croisiéristesFacilités et excursions

Terminal de croisière (2)1- Typologie de terminaux et navires associés

Saint Martin

Barcelone

2) Concepts de plan de masse2) Concepts de plan de masse

Port extérieurPort intérieurPort « ilot » ouvertPort ilot partiellement protégé


Concepts de plan de masse - 1

Choix du « concept »

Une fois définis les besoins en infrastructures portuaires, la détermination du plan de masse démarre du choix du «concept»

Port extérieur (à digues recouvrant ou convergentes),Port intérieur (partiellement ou totalement),Terminal « îlot » non ou partiellement protégé.

Trois critères sont essentiels à considérer dans ce choix

Les critères hydro-sédimentaires,Les conditions bathymétriques, géotechniques et topographiques (critères physiques)Les besoins spécifiques des typologies de trafic à traiter.

2- Concepts de plan masse


Les trois critères essentiels : A. La nécessité d’assurer une protection adéquate à la houle, aux courants

et au transit sédimentaire (critère météorologique et hydro-sédimentaire),B. La nécessité d’adapter le port aux conditions bathymétriques,

géotechniques et topographiques (critère physique )C. Les besoins spécifiques des typologies de trafic à traiter.

Visualisons l’impact de ces critères dans l’exemple du port Ouest de Dunkerque

Concepts de plan de masse - 22- Concepts de plan masse


Le critère météorologique et hydro-sédimentaire est gouverné par la nécessité d’assurer uneprotection adéquate essentiellement à la houle et (pour les ports situés le long de côtes sableuses) au transit sédimentaireCe critère est essentiel dans la définition de la configuration des digues de protection. Les vents et courants dominants influencent parfois (mais pas toujours) la définition de l’orientation de la passe d’entrée.

La configuration de la digue principaleindique que le secteur de houle

dominante est celui de NNE



Le critère physique détermine souvent la possibilité ou moins d’extension du bassin portuaire vers l’intérieur (possible seulement si il y a une plaine derrière le front des quais)L’analyse des conditions géotechniques peut également porter à identifier des contraintes majeures (zones avec conditions difficiles à éviter pour les aménagements plus importants).

Dans le cas de Dunkerque, la plaine

derrière le port a rendu possible

la réalisation de la darse conteneurs par

dragage vers l’intérieur



Le critère dicté par les exigences du type de trafic est déterminant surtout dans la définition des ouvrages internes, mais peut aussi poser des contraintes en terme d’ouvrages de protection (par exemples celles dues aux dimensions des voies navigables)

Le trafic du brutne demande qu’un poste isolé

sans terre-plein à l’arrièremais avec une profondeurde chenal importante et un

grand cercle d’évitage

Le trafic conteneurs (prévudans l’extension du quai des Flandres)

exige un quai rectiligne avec important terre-plein à l’arrière



Exemples de concepts différents – A

Port « à l’extérieur » àdigues convergentes: Zeebrugge (Belgique)

Dans ce concept il est nécessaire de prévoir un avant-port pour atténuer la houle (surtout la houle frontale qui ne peut pas être interceptée par les digues extérieures).

Exemple de port à l’extérieur - 12- Concepts de plan masse


OKFTZ - Alternative 2OKFTZ - Alternative 1

2- Concepts de plan masse Exemple de port à l’extérieur - 2


Exemples de concepts différents – B

Port « à l’extérieur » à digues superposées: Nador West Med

(Maroc – en projet)

Dans ce concept la digue principale « couvre » la passed’entrée pour la protéger de la direction de la houle dominante.

Houle dominante

2- Concepts de plan masse Exemple de port à l’extérieur - 3


Image du satellite (2002)Projet (1999)

Exemples de concepts différents - C

Port « à l’intérieur » : Al Sukhna(Egypte)

Dragage de 30 millions de m3

Ce concept est possible seulement lorsque le port est réalisé sur une côte plate, avec une plaine à l’arrière.

Si le dragage a lieu en matériaux sableux, telle solution est souvent économiquement intéressante.

2- Concepts de plan masse Exemple de port à l’intérieur


Exemples de concepts différents – Combiné entre A/B et C

Dunkerqueen est un exemple

Il est possible également d’envisager un concept combiné, avec une partie creusée à terre et une partie réalisée en mer.

Projet de port à Cap Djinet (Algérie)

2- Concepts de plan masse Exemple de port mixte (intérieur / extérieur)


Terminal « îlot » non protégé par des digues: terminal méthanier de Dahej (Inde)

Exemples de concepts différents – D

Possible seulement pour des navires moins sensibles à la houle (pas des porte-conteneurs ou rouliers) dans des endroits avec houles relativement modérées.

2- Concepts de plan masse Exemple de port « îlot » - 1


Le poste est alors orienté le long de la houle et du courant dominant



A gauche la jetée et la plateforme de déchargement en construction, en basse marée, en novembre 2002.

A droite la jetée vue de la mer en haute marée.



A Dahej la houle arrive très atténuée, mais le courant arrive à 7 nœuds (excursion de marée = 10m ! )



Terminal « îlot » protégé partiellement par des digues : terminal méthanier de IDKU

(Egypte)

Exemples de concepts différents – E

Nécessaire lorsque : Avantageux en couts (faible profondeurs)Site avec problématiques sédimentologiques


3) Crit3) Critèères gres géénnééraux pour la raux pour la ddééfinition du plan de massefinition du plan de masse

Besoins (chapitre suivant)

Chenaux (voir module suivant

Règles simples pour les postesDes critères d’agitation et de mouvements


Principes généraux du plan de masse des ouvrages internes

Les besoins spécifiques des terminaux (voir chapitre 4)

Les critères de sécurité de la navigation (voir module suivant)

Des règles simples pour la disposition des postes et des darses

Les critères d’agitation et de mouvements des navires àposte admissibles

3- Critères généraux pourla définition du plan de masse


Poste ro-ro

Quai conteneurs

Postes tankers

1er poste GNL

Les différents besoins des postes sont visibles sur cette image du nouveau port (essentiellement méthanier) de Ras Laffan au Qatar. Aucun terre-plein n’est nécessaire à l’arrière des postes tankers et GNL, dont les réservoirs se situent à l’intérieur, à plus de 3 km des postes.

Besoins des terminaux

Besoins3- Critères généraux pourla définition du plan de masse


Poste isolé

Orientation des postes : le plus possible selon le vent dominant.

B B

b

Marge de sécurité

3 x B ( espace de manœuvre )

Darses

Principes de conception générale

50m

Postes en ligne

• la marge de sécurité dépend des conditions météo (vent transversal) et varie entre 20 et 50 m.• pour des darses accueillant des grands navires avec B=40m et des petits navires avec b=30m la largeur peut donc être évaluée = 4 X 40 + 30 + 50 = 240 m

Référence : TU Delft, Ports & Terminals

▼

Règles générales (1)3- Critères généraux pourla définition du plan de masse


Note : le caractère des structures de ces postes (structures « isolées », sans terre-plein à l’arrière) permet de reculer l’alignement des points d’amarrage par rapport àcelui du navire au poste (ce qui est évidemment impossible pour un quai rectiligne)Cela permet une meilleure distribution des charges sur les amarres

> 1.10 L

35 à 50m

Entre 0.25 et 0.40 L

L

15 à 25°

< 15°

<10°

Postes pour des vraquiers liquides

Note : ces valeurs pour les amarres de pointe sont valables

pour tout type de poste.

3- Critères généraux pourla définition du plan de masse Règles générales (2)


L’étude du plan de masse des ouvrages de protection comporte (en parallèle avec l’analyse de la manoeuvrabilité) celle des conditions d’agitation aux postes

Les objectifs de ces 2 analyses sont normalement opposés (la manoeuvrabilité exige des ports « ouverts », contrairement aux besoins de disponibilité des postes, examinés dans l'analyse de l’agitation). Un compromis est alors inévitable…

L’analyse du taux d’indisponibilité aux postes du à la houle se déroule en comparant les résultats d’un modèle d’agitation avec des seuils d’opérativité

Agitation

Critère d’agitation (1)3- Critères généraux pourla définition du plan de masse


Les seuils de référence pour les hauteurs de houle Hs aux postes pour assurer les opérations commerciales

Ce sont des valeurs de seuil de ce type, comparées aux conditions de houle calculées par des modèles d’agitation, qui amènent à concevoir des protections de manière à obtenir une disponibilitéacceptable aux postes.

Critère d’agitation (2)

1,00 m0,60 mMarch. diverses

0,40 mPort de service

1,50 m1,00 mTankers raffiné

2,00 m1,50 mTankers brut -poste

0,30 mBateaux de pêche

0,80 m0,40 mFerries, ro-ro

1,50 m1,00 mVraquiers

1,50 m1,00 mMéthaniers

Transfert : 3,00 m (connexion/déconnexion : 1,75 à 2,00 m)Tankers - SPM

Hagit = 1,30 mHagit = 1,00 mHagit = 0,80 mHagit = 0,50 mPorte conteneurs

Opérativité à 50%Opérativité à 100%Opérativité à 50%Opérativité à 100%

LongitudinaleTransversale

Conditions d’agitation (valable pour des périodes entre 7 et 12 sec)Type de navire

3- Critères généraux pourla définition du plan de masse

L’agitation résiduelle seuil sera comprise entre les valeurs d’agitation transversale et longitudinale.Ces valeurs sont indicatives et varient beaucoup en fonction des périodes de houle, de la taille des navires, des lignes disponibles sur les navires, de la conception du poste d’amarrage et des volumes à traiter ………

-

-

< 1 à 2%

2 à 7 %

2 à 5 %

2 à 5 %

2 à 7 %

2 à 7 %

2 à 5 %

< 1 à 2%

résiduelle

due à l’agitation

Indisponibilité


Etude d’agitation (1)3- Critères généraux pourla définition du plan de masse

Etude d’agitation : Type de méthodologie usuellement pratiquée

0.000.000.000.000.000.0005

-20

-50-40-30

4.004.004.00-10

2.002.00-5

-500

-1500-1000

-100

-60

-90-80

16.00-70

Bathymétrie (m)Bathymétrie (m)m CM

Point

Large immédiat port2/ Choix des conditions

caractéristiques à propager (plusieurs couples Hs/Tp/Dir)

Prise en compte du chenal

1/ Une série temporelle avec tableaux de contingence

Hs/Dir – Hs/Tp – Tp/Dir

3/

- Calculs avec logiciel d’agitation : Pour les couples choisis

-Obtention pour chaque couple et chaque zone analysée d’un coefficient de réduction (Cr) à appliquer sur le Hs

4/ Application de Cr au tableau de contingence Hs/Dir pour établir un nouveau tableau pour la zone analysée

Zone analysée

PRECAUTIONS à prendre : Les couples Hs/Tp/Dir doivent être choisis de manière conservative.

Directions moyennes des houles (degres Nord)

Secteurs > 345°- 15° 15°- 45° 45°- 75° 75°- 105° 105°- 135° 135°- 165° 165°- 195° 195°- 225° 225°- 255° 255°- 285° 285°- 315° 315°- 345°

Hs (m) 0 - 360 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 TotalIndéterminé 28.67% 28.67%

= 0.00.0 - 0.5 6.69% 2.21% 0.62% 0.33% 5.61% 12.57% 5.79% 0.45% 0.74% 0.57% 0.51% 0.59% 36.67%0.5 - 1.0 2.95% 1.55% 0.88% 0.13% 2.47% 9.64% 0.70% 0.53% 1.83% 1.17% 0.28% 0.29% 22.42%1.0 - 1.5 1.13% 0.75% 0.49% 0.01% 0.66% 3.69% 0.04% 0.07% 0.35% 0.22% 0.12% 0.08% 7.61%1.5 - 2.0 0.46% 0.50% 0.18% 0.22% 1.26% 0.02% 0.02% 0.03% 0.06% 0.04% 0.03% 2.81%2.0 - 2.5 0.19% 0.22% 0.06% 0.00% 0.06% 0.43% 0.01% 0.01% 0.01% 0.01% 1.01%2.5 - 3.0 0.09% 0.09% 0.03% 0.02% 0.18% 0.00% 0.41%3.0 - 3.5 0.02% 0.07% 0.03% 0.01% 0.06% 0.00% 0.19%3.5 - 4.0 0.02% 0.03% 0.02% 0.01% 0.02% 0.11%4.0 - 4.5 0.02% 0.02% 0.01% 0.00% 0.00% 0.06%4.5 - 6.5 0.00% 0.02% 0.00% 0.01% 0.00% 0.04%5.0 - 5.5 0.00% 0.00% 0.00%5.5 - 6.0 0.00% 0.00%6.0 - 6.5 0.00% 0.00%

> 6.5Total 11.59% 5.48% 2.31% 0.47% 9.06% 27.85% 6.56% 1.06% 2.96% 2.03% 0.96% 1.00% 100.00%


Etude d’agitation (2)3- Critères généraux pourla définition du plan de masse

Etude d’agitation : La méthodologie à l’état de l’art (2010)

October 28, 1998 at 11:00

0

1

2

3

4

5

6

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35

Frequency (hertz)

spec

tral

den

sity

(m²*

s)

measured spectrum swell part wind sea part

0.000.000.000.000.000.0005

-20

-50-40-30

4.004.004.00-10

2.002.00-5

-500

-1500-1000

-100

-60

-90-80

16.00-70


Point

Large immédiat port2/ Doit-on séparer les états de mer ?

- Mer de vent - Houle


1/ Une série temporelle des états de mer complets

non oui

Mer globale = paramètres réduits

3/

- Calculs avec logiciel d’agitation : Pas de 1 à 2s et 10°

-Matrice de transfert : H, T, Dir pour chaque zone analysée

- Série temporelle dans chaque zone

4/ Analyse de la série temporelle dans la zone pour établir la courbe : Fréquence de dépassement / Hauteur d’agitation résiduelle

Zone analysée

LIMITATIONS de la méthode : Temps de calcul, Grands domaines, logiciels d’agitation limités aux paramètres réduits, Recomposition en cas d’analyse séparée (max; somme quadratique ?), COUTS


Les seuils pour les 6 degrés de liberté

La détermination des 6 types de mouvements – associés aux conditions locales de houle, vent et courant- exige un modèle mathématique (ou physique…) du navire à l’amarrage. Ce type de modèle est normalement utilisé dans des phases de projet de détail. Dans l’avant-projet, il est alors habituel de faire référence à des valeurs de seuil concernant directement les valeurs de Hagit

3- Critères généraux pourla définition du plan de masse Critère de mouvements à poste (1)


Tmax (kN) Fmax (kN)Deflection

MaxL1 138 Bow F1 2306 9%L2 140 F2 1994 7%L3 140 Stern F3 1815 7%L4 126 F4 1588 6%L5 128L6 129L7 114L8 116L9 148 Min. Max. Mean RmsL10 150L11 142 -0.21 -0.04 -0.11 +/- 0.02L12 145 -0.18 -0.02 -0.11 +/- 0.02L13 131 -0.11 0.05 -0.03 +/- 0.02L14 133L15 128 0.061 0.017 0.009L16 128 0.039 0.012 0.006

Velocity

Hea

d &

For

war

d B

reas

t Lin

es

MANIFOLDMotion, velocity & acceleration at manifold

Sprin

g Li

nes

LINE

Acceleration

LINES FENDERSMaximum Line Tension Maximum Fender Load

LINE

Surge MotionSway MotionHeave Motion

Ster

n &

afte

r br

east

line

s

0

1

0°10° 20°

30°40°

50°

60°

70°

80°

90°

100°

110°

120°

130°

140°150°

160°170°180°

190°200°210°

220°

230°

240°

250°

260°

270°

280°

290°

300°

310°

320°330°

340° 350°

Vw = 15m/s

Vc = 1.3m/s

H = 2.85m 8s

Un exemple du modèle SHIPMOORINGS utilisé pour l’étude du terminal de Dahej.

Ces modèles calculent les mouvements du navires et vitesses, au CDG et au niveau du manifold pour les tankers, mais aussi les tensions dans les lignes et les efforts sur les défenses.

3- Critères généraux pourla définition du plan de masse Critère de mouvements à poste (2)

4) D4) Dééfinition des besoinsfinition des besoins(quais et terre plein)(quais et terre plein)

Postes à quaiSurface de terre plein


Besoins en nombre de postes (ou linéaires/caractéristiques de quais)

Les caractéristiques des nouveaux quais (profondeur et longueur) sont principalement déterminées par les prévisions de l’évolution des navires

Le nombre des nouveaux quais (ou leur longueur totale) dépend en revanche de la relation entre volume de trafic à exploiter (Vt) et capacité de trafic d’un quai

La capacité de trafic d’un quai est calculée à partir de la capacitéhoraire des moyens de manutention (grues, élévateurs, bras de chargement/déchargement) et du taux d’occupation acceptable du quai

Besoins en quais (1)4- Définition des besoins


Définition des besoins en quais (2)

Capacité annuelle de trafic d’un quai

Vt = Ng x Rg x Nh x Toccavec

Vt = volume de trafic• tonnes/an ou • EVP/an pour les conteneurs

Ng = nombre de grues (ou autres moyens de manutention)Rg = Rendement horaire pratique grues (~ capacité installée * 0.5 à 0.7)

Nh = nombre d’heures travaillées par an pour le terminal (250 à 360 j/an et 12 à 24h /jour)

Tocc = Taux d’occupation acceptable du quai (fonction du nombre de quai /activité)

Définition des besoins en quais

4- Définition des besoins


Rendement horaire (classiques) des grues ou autres équipement Rg

• ~ 30/50 tonnes/heure pour une grue d’un terminal pour marchandises en sacs• ~ 80/100 tonnes/heure pour une grue d’un terminal pour bois• ~ 100/300 tonnes/heure pour une grue pour marchandises diverses y compris des vracs• ~ 1000 véhicules/heure (500 in + 500 out) pour un terminal ferry,• ~ 500 à 1 000 voitures neuves/heure (in) pour un roulier VN,• ~ 50 unités/heure pour un roulier fret,• ~ 20 à 30 boites par heure (en moyenne 1 boite = 1,4 EVP) pour un portique pour conteneurs• ~ 500 à 1 000 tonnes/heures pour déchargement dans des terminaux pour vracs solides,• ~ 1 000 à 4 000 tonnes/heures pour chargement dans des terminaux pour vracs solides,• ~ 500 à 2 500 tonnes/heure pour un terminal vracs liquides* (petits navires, produits finis)• ~ 5 000 à 10 000 tonnes/heure pour un terminal vracs liquides* (grands navires, brut)• ~ 10 000 m3 GNL/heure pour un terminal GNL

* : capacité des pompes installées ~ 10% du tonnage transporté

Les rendements dépendent de la capacité installée de l’outil, de sa maintenance (panne des équipements), du conducteur, de l’organisation du travail bord à quai comme à terre, ….

Définition des besoins en quais (3)4- Définition des besoins



Nombre d’heures Nh = (limites haute et basse)• 350 X 24 pour un terminal industriel ou conteneurs• 250 X 12 pour un terminal conventionnel

Taux d’occupation Toc = dépend du nombre de postes en ligne (effet d’échelle)du % acceptable (temps d’attente/temps total de service dans le port)

• Maximum 2 à 5 % pour des ferries• Maximum 5 à 10% pour des trafics riches (conteneurs)• Maximum 10 à 15 % pour des vracs spécialisés• Maximum de 25% pour un terminal conventionnel

la variabilité des arrivées des navires, l’indisponibilité due au mauvais tempsà un niveau préliminaire, il peut être défini par la théorie des lignes d’attente

(voir le diagramme à la page suivante)dans la pratique on ne dépassera que rarement

• 30 à 40 % pour un quai• 45 à 55% pour 2 quais et • 60% (resp 70%) pour 3 (4) quais.




Coefficient d’occupation en fonction du nombre des postes en ligne et du %

temps d’attente/temps totalde service (selon la théorie des lignes

d’attente)

Taux d'attente1 2 3 4 5 6 7 8 9 Ta/Ts

1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% <5%4% 25% 38% 45% 53% 58% 60% 65% 67% 5%13% 34% 47% 55% 61% 66% 69% 71% 73% 10%17% 40% 54% 61% 67% 71% 72% 72% 76% 15%21% 45% 57% 66% 71% 74% 76% 78% 81% 20%25% 49% 63% 68% 73% 78% 79% 81% 82% 25%30% 54% 65% 70% 75% 80% 81% 82% 83% 30%33% 56% 67% 72% 77% s.s. 82% 84% 84% 35%35% 58% 69% 75% 80% s.s. 84% 85% 85% 40%38% 62% 72% 77% s.s. s.s. 85% 85% 87% 45%40% 63% 73% 79% s.s. s.s. 85% 86% 88% 50%42% 65% 74% 80% s.s. s.s. 86% 88% 89% 55%45% 67% 75% 80% s.s. s.s. 86% 89% s.s. 60%47% 68% 76% 81% s.s. s.s. 88% 90% s.s. 65%49% 70% 77% 82% s.s. s.s. 89% s.s. s.s. 70%50% 71% 78% 83% s.s. s.s. 90% s.s. s.s. 75%52% 72% 79% 83% s.s. s.s. s.s. s.s. s.s. 80%54% 74% 80% 84% s.s. s.s. s.s. s.s. s.s. 85%55% 75% 82% 85% s.s. s.s. s.s. s.s. s.s. 90%56% 76% s.s. s.s. s.s. s.s. s.s. s.s. s.s. 95%57% 77% s.s. s.s. s.s. s.s. s.s. s.s. s.s. 100%

Loi d'arrivées/Loi de serviceMarkov/Erlang2/n -> Taux d'occupation en fonction du nombre de postes à quai disponibles(Sources : CNUCED / TU Delft)

Tau

x d'

occu

pation

des

qua

is a

dmissibl

es

Nombre de postes à quai

Tauxd'attente

1 2 3 4 5 6 Ta/Ts1% 1% 1% 1% 1% 1% <1%

10% 25% 35% 40% 48% 52% 1%12% 30% 40% 45% 52% 58% 2%15% 35% 42% 50% 57% 60% 3%17% 37% 45% 55% 60% 63% 4%19% 38% 50% 57% 62% 65% 5%20% 40% 52% 60% 65% 67% 6%22% 42% 54% 62% 66% 70% 7%24% 44% 56% 66% 70% 72% 8%26% 46% 58% 70% 72% 74% 9%28% 48% 60% 78% 74% 76% 10%30% 50% 62% 86% 76% 78% 11%32% 52% 64% 96% 12%34% 54% 66% 100% 13%36% 56% 68% 14%38% 58% 70% 15%40% 60% 72% >15%

Loi d'arrivées/Loi de serviceErlang/Erlang2/n -> Taux d'occupation en fonction du nombre de postes à quai disponibles(Sources : CNUCED / TU Delft)

Nombre de postes à quai

Tau

x d'

occu

pation

des

qua

is a

dmissibl

es

Port polyvalent

Port spécialisé

Arrivées aléatoires avec service régulier

Arrivées régulières avec service régulier




Une méthode plus détaillée pour évaluer la relation entre les paramètres opérationnels (comme le temps d’attente en % du temps total) et les taux d’occupation est l’utilisation d’un MODELE DE SIMULATION.

Ce type d’outil permet d’entrer en détail dans la logique d’exploitation des ports et des terminaux, en reproduisant (sur la base d’extractions des distributions statistiques) une année typique de fonctionnement (ou plus).

En plus, les conditions météorologiques (qui peuvent déterminer des temps d’indisponibilité) sont prises en compte, en comparant les conditions actuelles (historique de la houle et du vent) aux valeurs de seuil déterminées avec d’autres outils

L’analyse est facilitée par la disponibilité de l’animation, qui permet de visualiser les problèmes d’une manière très directe.

Cette méthode (avec le modèle de simulation ARENA), a étéappliqué au nouveau port de Tanger Méditerranée

(voir la page suivante).




Le modèle a montré que la présence concomitante des porte-conteneurs et des ferries crée des temps d’attente trop élevés

Modèle ARENA de Tanger MED : Ecran de l’animation



Définition des besoins terre plein

Une étude d’organisation du terminal spécifique est nécessaire cependant les quelques règles ci-après permettent les premières estimations :

Conteneur (surface totale):- 0.7 à 1 EVP/m2/an pour un terminal peu performant- 1.5 à 2 EVP/m2/an pour un terminal moyen- > 3 EVP/m2/an pour un terminal type transbordement

Divers et conventionnel : 8 à 12 T/m2/anMinerais export : 25 à 30 T/m2/anMinerais = 15 à 25 T/m2/anVrac liquide : 30 à 50 T/m2/anFerry / RoRo

-1.5 Ha pour trafic mixte RoPax / poste- 3 Ha pour le RoRo TIR / poste

Croisière : 1 Ha / poste

Définition des besoins pour les surfaces à terre

Les rendements des engins, la formation des conducteurs, les fluxs mis en place par l’opérateur, et l’organisation du terminal sont prépondérants pour la définition des zones à terre.





Navigation et chenauxNavigation et chenaux

Navigation et chenaux :SOMMAIRE

1. Sensibilisation aux manœuvres élémentaires

2. Définition des voies navigablesProfondeurLargeur des chenauxOutil de dimensionnement

3. Aides à la navigation

DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Navigation et chenaux B. Bailly3

Pourquoi une sensibilisation à la manœuvre ?

Ça , c’est ce qui explique le besoin pour l’entrainement des marins en général

Quel serait ce pourcentage si les ports étaient conçus par les marins plutôt que par les « ingénieurs » ?

La conception de toute infrastructure portuaire répond aux objectifs économiques –

techniques et de sécuritémaritime.

Elle intègre les aspects environnementaux


Rappel des séquences de l’arrivée au port

Capitainerie(Vessel Traffic Service)

Approche

Montée du pilote

Arrêt

Mise à poste

Chenalage

Prise en remorqueEvitage

Vigie

Amarrage par lamaneurs

1. Sensibilisation aux manœuvres élémentairesTHE ART OF SHIPHANDLING

INVOLVES THE EFFECTIVE USE

OF FORCES UNDER CONTROL

TO OVERCOME THE EFFECT OF

FORCES NOT UNDER CONTROL

Charles H. COTTER, 1962 UNCONTRALLABLE FORCESUNCONTRALLABLE FORCESWind

Current / Tides

SwellIce

SeichesShallow waters

Bank and channel effectsPassing ship

Forces under controlRudder (Gouvernail)Propeller (Hélice)Bow Thruster (Propulseur)Tugs (Remorqueurs)Anchors (Ancres)Mooring Lines (Amarres)

1.1 Forces contrôlablesOn contrôle le navire en agissant simultanément sur les organes de manœuvres suivants :

– Gouvernail (giration, …) (non traité)

– Propulsions et hélices (effet de pas, …)– Propulseurs d’étrave et d’étambot– Les remorqueurs– Les ancres à draguer (non traité)

– Les amarres (non traité)

Les effets sur la manœuvre sont décrits : ils s’opposent ou se compensent les uns aux autres


Navires servant à l’illustration des effets sur la manœuvre Description Nom Load Loa Lpp Largeur Déplac.

et caractéristiques condition (m) (m) (m) avant arrière (m3)Ferry Pass./RoRo Provence loaded 154,9 133,5 28,0 6,32 6,32 15643Ferry Pass./RoRo Rodin SeaFrance loaded 185,0 170,0 27,7 6,61 6,61 19243

LNG Carrier 205 000 CUM Membrane loaded 312,5 296,0 48,3 12,45 12,45 133000LNG Carrier 250 000 CUM Membrane loaded 345,0 332,0 55,0 12,00 12,00 161950

Porte Conteneur Reefer (1 700 EVP) loaded 174,0 160,4 24,0 8,10 8,10 19212Porte Conteneur ULCS (8 500 EVP) loaded 349,7 333,0 50,0 13,00 13,00 138530

Tanker 50000 DWT (TPL) loaded 213,0 205,0 32,2 12,81 12,81 67000Tanker 125000 DWT (TPL) loaded 270,9 258,0 48,5 14,60 14,60 150000

Tirant d'eau (m)

Nom Type Puissance Type Vitesse Rapportet caractéristiques Hélice par hélice (kW) gouv. avant arrière (noeuds) Dép / P

Provence 2 cp 9500 2 cv 2000 2000 22,0 0,8Rodin SeaFrance 2 cp 20000 2 bk 5400 1800 27,0 0,5

205 000 CUM Membrane 1 fp 31000 1 cv 2500 no 19,5 4,3250 000 CUM Membrane 2 fp 18000 2 cv 2000 2000 20,0 4,5

Reefer (1 700 EVP) 1 fp 17760 1 sp 950 950 21,3 1,1ULCS (8 500 EVP) 1 fp 54371 1 cv 2200 1800 25,0 2,550000 DWT (TPL) 1 fp 11925 1 cv no no 15,0 5,6

125000 DWT (TPL) 1 fp 14296 1 cv no no 14,6 10,5fp fixed propeller cv conventionalcp controllable pitch sh schilling

bk beckersp semispade or spade

Propulseur (kW)

1. Manœuvres - Forces contrôlables

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

FerryPass./RoRo

LNG Carrier PorteConteneur

Tanker

Dépl / Puissance


300m

300m

Effet du type de propulsion sur l’arrêt (1)LNG 205000 CUMDistance d’arrêt : 931mCap à l’arrêt : 33.3°

LNG 250000 CUMDistance d’arrêt : 626mCap à l’arrêt : 359.8°

En arrière toutedès que l’avant du navire passela ligne noire

Porte Conteneur 174mDistance d’arrêt : 246mCap à l’arrêt : 19.0°

Porte Conteneur 350mDistance d’arrêt : 657mCap à l’arrêt : 18.8°

Barre à ZEROVo : 8 nœudsPas du tracé : 30 s25m d’eau



Ferry / RoRo 155mDistance d’arrêt : 170mCap à l’arrêt : 359.6°

Ferry / RoRo 185mDistance d’arrêt : 168mCap à l’arrêt : 358.7°

Pétrolier 213mDistance d’arrêt : 829mCap à l’arrêt : 41.6°

Pétrolier 271mDistance d’arrêt : 1264mCap à l’arrêt : 33.5°

Effet du type de propulsion sur l’arrêt (2)

300m

300m



En marche avant

Effets du pas à droite sur la manœuvre

En marche arrière

Où sont les points dangereux de cette conception ?Quais faciles ?

Importance du positionnement sur le plan d’eau

Les effets s’opposent

Effet du pas à droite (une hélice)1. Manœuvres - Forces contrôlables


Allure en giration : AV lente

Allure en giration :AV toutePétrolier 271m

L1 : 330 mL2 : 511 m

L1 : 240 mL2 : 400 m

RoRo 185m

L1 : 817 mL2 : 954 m

L1 : 651 mL2 : 768 m

Effet du régime machine sur la giration (1)

A droite toute (35°)dès que l’avant du navire passela ligne noire puis ordre machine

L1

L2



L1 : 611 mL2 : 829 m

L1 : 522 mL2 : 753 m

L1 : 730 mL2 : 1065 m

L1 : 585 mL2 : 940 m

LNG 205000 CUM

Porte Conteneur350m

Effet du régime machine sur la giration (2)


Allure en giration :AV toute



Propulseurs spéciaux (1)

Tuyère Kort



Propulseurs spéciaux (2)

Gouvernail actif simple hélice



Pod simple hélice

Propulseurs spéciaux - Pod (3)3 configurations :

High Thrust : supplies, tugs, slow speed ships

Thruster : single screw, normal speed ships

Tractor : ferries, cruise ships, twin screw, highspeed ships

High thrust

Thruster

Tractor

4 Mermaid 21.5 MW podson QM2 (2 fixed, 2 azimuthing)



Propulseurs d’étrave et d’étambot

Pour manœuvres fréquentes ou avec des conditions difficiles

Tend à se généraliser



Remorqueur (1)

New 442 000 dwt double hull tanker



Rotor tug

See also: http://www.rotortug.com/scripts/rotorTug.php

Remorqueur (2)

Ancienne génération

THRUST COMPARISON

Exemple de force appliquée en fonction de la houle :


1.2 Forces incontrôlables

Ce sont les effets liés à l’ensemble des paramètres environnementaux :

– Vent– Courant– Houle– Fonds marins– Autres navires , ….


Pétrolier Magdala, 215 000T, 1969Essais d’arrêt

pour différents vents, vitesses d’approche et profondeurs

Que penser de l’essai normalisé de l’OMI ?

1. Manœuvres - Forces incontrôlables Effets divers


60 à 70°

35 à 45°

45 à 55°55 à 65°1 quart = 11,5°

Effet du vent1. Manœuvres - Forces incontrôlables

Pas de l’hélice

Gouvernail

Equilibre à trouver même en ligne droite


On peut aller droit si on gère correctement les

ordres de barre

-100

0

100

200

-150 -50 50 150 250 350 450 550 650 750 850 950 1050 1150

Profondeur 10 m

Vitesse initiale 8.0 nds

200 Vitesse initiale 4.7 nds

700

1400

-2600 -1900 -1200 -500 200

Courant 1m/sL’évitage sur bâbord n’est peut être pas favorable

Essais CETMEF

Courant traversier de 2 nœuds

Effet du courant1. Manœuvres - Forces incontrôlables


Courant

Navire en approche

Nouveau port roulier de Tanger

Vent d’ENE

Transverse Wind Force

0

50

100

150

200

250

300

350

0102030405060708090100110120130140150160170180


Forc

e (k

N)

5m/s

10m/s

15m/s

20m/s

Transverse Current Force

0

50

100

150

200

250

300

350

0102030405060708090100110120130140150160170180


Forc

e (k

N)

0,50m/s

1,00m/s

1,50m/s

Vent contre courant avec navire en évolution :

Adaptation permanente de la trajectoire du navire par des ordres de barre et de machine successifs

Tanker 2 500 DWT – 50% loaded – D=4m, Freeboard=4m

Comparaison des efforts Vent - courant1. Manœuvres - Forces incontrôlables


Shallow water effects

Effet des fonds (1)

Deep & shallow waters

1. Manœuvres - Forces incontrôlables


Effet des fonds (2)

L1 : 585mL2 : 940m

L1 : 872mL2 : 1474m

Porte Conteneur350m


ESSO OSAKA: VLCC 250 000 dwt

Profondeur 25 m Profondeur 15 m

Un approfondissement améliore les manœuvres -> sécurité

Tendance identique sur l’arrêt

1. Manœuvres - Forces incontrôlables

2. Définition des voies navigables

Une fois établi le « concept », le design du plan de masse du port entre dans le détail, par la conception des voies navigables :

– Chenal d’accès (tracé et profondeur)– Passe d’entrée (largeur et orientation)– Cercle d’évitage et distance d’arrêt des navires

Des formules et règles empiriques données par la littérature et validées par des associations internationales (AIPCN) permettent de préparer un avant-projet

Pour le projet définitif, des essais avec un simulateur mathématique de manœuvre sont recommandés pour des aménagements importants. Des modèles sédimentologiques sont également réalisés pour évaluer la sédimentation et déterminer les dragages d’entretien nécessaires


Conception des voies navigables

Données de projet• Navire de projet• Données environnement physique

Avant-projet• Tracés • Conditions géométriques

o Largeur chenalo Diamètre cercle d’évitageo Distance d’arrêt

• Profondeurs

Conception des voies navigables•Chenal d’accès•Zone d’arrêt et d’évitage

Validation par modélisation• Modèles hydro-sédimentaires• Simulateur mathématique

Projet définitif• Voies navigables

o Chenalo Zone d’arrêt et d’évitage

• Aides à la navigation • Estimation dragage d’entretien



Définition de la profondeur (1)

Avant-projet : Facteurs à prendre en considération

Navire

Profondeurs du chenal et du cercle d’évitage



Avant-projet : Définition de la profondeurFormules simplifiées

• Hauteur d’eau de référence : Zéro Hydrographique (0 CM : zéro des cotes marines) = Limite des basses marées extrêmes

• Parmi les facteurs en jeu, seul le sur-enfoncement (squat) peut être calculé avec des formules simples, comme celle de BARRAS Squat = (Cb x ( Sn/Sc ) 0,66 x V 2,08)/30

• Cb = Coefficient de bloc • Sn = section navire - Sc = section chenal• V = vitesse navire en nœuds

• La profondeur de projet P (pour des houles de Hs ≤ 1m) , par rapport au tirant d’eau du navire de projet Te, varie (selon l’état des paramètres de droite) entre :

P = (1,30 x Te)m CM

P = (1,15 x Te)m CM

P = (1,07 x Te)m CM

• Type de navire•Chenal exposé (+) ou protégé (-)• Houle et/ou courants transversaux significatifs (+) ou non (-)• Nature des fonds rocheux (+) ou sableux (-)• Sédimentation envisagée importante (+) ou faible (-)• Nécessité d’exploitation du port continue (+) ou non (-)• Marchandises dangereuses (+) ou non (-)

+

_

Définition de la profondeur (2)2. Définition des voies navigables


Etude du clair sous quille :

V=0 V=6 nœuds V=6 nœuds V=6 nœuds

Origines des variations du tirant d'eau en un point donné sur un navire :

• a/ la vitesse d'avance du navire : enfoncement et prise d'assiette "dynamiques"

•b/ le vent : moment inclinant sur le navire

•c/ la houle : combinaison des mouvements oscillants de pilonnement, roulis et tangage

1 2,3 4,5 6

1

2

3

4

5

6

a / b / c /

• La profondeur de projet P (pour des houles de Hs > 1m), par rapport au tirant d’eau du navire de projet Te doit être de manière préliminaire > 1.3 x Te• En fonction de la longueur du navire, de sa vitesse, de la longueur d’onde de la houle et de son incidence / axe du chenal le rapport P peut atteindre des valeurs entre 1.6 et 2.

Il existe aussi des règles « du pouce » mais pour ne pas sur-draguer il faut réaliser une étude de CLAIR SOUS QUILLE précise.



Houle de Hs=1.5 m

LNG type Qmax de 250,000 m3 (L=327 m; B=50 m; T=12,5 m) - Vitesse d’approche : 5 nœuds

Incidence : 90 °

Incidence : 135 °

Incidence : 45 °

90 °

135 °

45 °

180 ° 0 °



Tracé des voies navigables, Largeur du chenal W

Règles « du pouce »

W = 4 x B (1 voie et conditions faciles)

W = 5 x B (1 voie et conditions difficiles)

W = 6 x B (1 voie et conditions très difficiles)

W = 8 x B (2 voies)

Largeur du chenal

• Voie de manœuvre (par rapport à la largeur B du navire de projet)1,3 x B, pour des navires à bonne manoeuvrabilité,1,5 x B, pour des navires à moyenne manoeuvrabilité,1,8 x B, pour des navires à mauvaise manoeuvrabilité,

• + Sur-largeurs (fonction des paramètres locaux) : elles peuvent être calculées à partir des tableaux du « Guide de conception aux chenaux – AIPCN »



Planimétrie de la partie à l’extérieur du port

Courbure du chenal

• Rayon de courbure > 8 à 10 L (L = longueur du navire de projet)• Sur-largeur en courbe > L/8• Angle maximum de la courbe < 30°



Planimétrie de la partie à l’intérieur du port

Distance

D’arrêt

Cercle

D’évitage

Tracé des voies navigables internes

• Cercle d’évitage = Diamètre D entre 1,5 et 2 x L (en fonction des caractéristiques de manoeuvrabilité des navires – 1,5 ferries, 1,8 porte-conteneurs, 2 vraquiers)• Distance d’arrêt, Da (mesurée entre le début de la protection assurée par la digue principale et la limite interne possible de la trajectoire du navire) = entre 2 et 5 x L



Outil de dimensionnement (1)

Simulateurs de manœuvre (2D et 3D)

Ces modèles prennent en compte :• les caractéristiques du navire (dimensions, propulsion),• les données océanographiques (houles, courants, marées, vents) calculées

par ailleurs,• la géométrie du port et des accès

Ces modèles sont interactifs :ordres donnés aux navires (propulsion, gouvernes)

==> position visualisée en temps réel sur écran

Ces simulations sont essentiellement utilisées pour les navires des ports de commerce et des terminaux passagers

Ils permettent la vérification du bon fonctionnement des aménagements projetés (ou de l’amélioration d’un port) par les marins concernés (avec leurs navires habituels)



Exemple d’écran de contrôle d’un simulateur 2D

Remorqueurs

Moteur

Barre

Trajectoire

Ecran de contrôlede PORTSIM

Outil de dimensionnement (2)2. Définition des voies navigables


Solution D

Alternative D –Accostage d’un feeder de 202 mVent = 25 nœuds de Sud-Ouest

Alternative B –Accostage d’un feeder de 202 mVent = 20 nœuds de Sud-Ouest

Climat de vent : Capitainerie de Mohammedia (% occurrence)

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,400

30

60

90

120

150210

240

270

300

330

Vitesse > 5.4 m/s

Les études avec simulateur mathématique ont montré que l’accostage est plus sûr pour la darse de la solution D, disposée selon les vents dominants. Un seuil opérationnel de 25 nœuds (contre 20 noeuds pour la solution B) a été défini.

Rose des vents

Vents dominants



Trace rouge : coté Nord du navire

Trace verte : coté Sud du navire

Nous pouvons observer que l’enveloppe des trajectoires se situe à l’intérieur du tracé des voies navigables (mais sans beaucoup de marge….)

Enveloppe des trajectoires de toutes les manoeuvres



Balisage : Etude de cas - Le port de Tanger Med :

– Cardinale Nord– Bouée de chenalage– Feu à secteur– Feux de musoirs

Aides à l’accostage


Aides à la navigation (1)

Le cas de Tanger Med


E

N

S

O

Arrivée d’un Méga porte-conteneurs

N188°

N160°

25 nds

4 m

1 m/s

Les aides signalent :

• Les caps et les pointes rocheuses : Feux à balayage

• Les secteurs d’approche : Feux à secteur

• Les axes des passes ou des approches : Feux d’alignement

• Les dangers de grande emprise : Les cardinales Nord, Est, Sud et Ouest respectivement localisées au Nord, Est, Sud et Ouest des dangers

•Les dangers isolés : Marques spéciales

• Les limites des chenaux : Bouées latérales bâbord (àgauche en rentrant dans le port) et tribord (à droite) de couleurs rouge et verte

• Les musoirs des digues : Feux de musoirs bâbord et tribord

• Les gênes dans un port : Bordures lumineuses


Aides à la navigation (2)

Signalisation de la chaussée rocheuse :Cardinale Nord

Limite bâbord du chenal àmarquer :Bouée latérale ROUGE

Secteur d’approche sans danger :Feu à secteur

Musoir bâbordFeu de musoir ROUGE

Musoir tribordFeu de musoir VERT

Axe du chenal à marquer :Feux d’alignement

Coin du port àmarquer :Bordure lumineuse

Signalisation de la pointe :Feu à éclat



Assistance à l’accostage (1)

Marine Environmental Monitoring System (MEMS)

Système mesurant et restituant localement :

• Niveau de l’eau

• Houle

• Courant

• Vent

Source Marimatech et Trellebord




Assistant pour pilote




Ship Berthing System (SBS)

Source Marimatech et Trellebord





DragagesDragageset matet matéériaux draguriaux draguééss

Dragages et matériaux dragués :SOMMAIRE

1/ Dragages

• Dragues mécaniques

• Dragues hydrauliques

• Impacts généraux sur le milieu marin

• Prise en compte de l’environnement

2/ Devenir des matériaux dragués

• Matériaux de remblai

• Rechargement des zones littorales

• Clapage en mer

• Stockage à terre

1. Dragues

� Dragages

Généralités : Les dragues sont des navires indispensables à toute réalisation portuaire et maritime.

Il existe des dragues « mécaniques » et « hydrauliques » de caractéristiques très différentes en fonction des besoins et type de matériaux à draguer.

Elles peuvent être utilisées aussi bien pour la création de bassin et que pour la restauration de milieux naturels humides

DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Dragages et matériaux dragués B. Bailly4

Généralités sur le dragage

Les projets de dragage peuvent être classés selon leur finalité

Remblais (hydrauliques)

Dragage d’entretienExtraction

Dragage environnementaux

Ou projets combinés

Graviers et minéraux par

ex

1. Les dragues

Approfondissements


Les différents types de dragues (1)

Dragues mécaniques

Grab DregderBackhoe Dregder Bucket Dregder

Dragues hydrauliques

Drague aspiratrice en marche (THSD)

Drague stationnaire (CSD)(mélange eau + sol excavé)

(Stationnaires)

1. Les dragues



-Drague autopropulsée, navigue.

- excavation = pompage d’une mixture eau + sédiments

- le dépôt peut se faire :

� clapage

� « rainbow »

� conduite de refoulement

- très haute production ≈ 800 000 m3 / semaine (ex : pour une drague « Nil River »)

- adaptée presque tous les sols sauf les roches

- viable pour des houles fortes et des profondeurs importantes (~ 120 m max)

- peut couvrir de longues distances zone d’emprunt – site du remblai

- applications : remblai de zones gagnées en mer, de plages, remplissage de fosses sous-marine, entretien chenaux, etc.

Aspiratrice en marche TSHD

Les différents types de dragues (2) 1. Les dragues


Caractéristiques

Adaptée pour les sols meubles.

Vitesse en opération de 1 à 3 nœuds (soit au minimum 30m/s)

Capable d’atteindre des grandes profondeurs

Houle limite : Hs ~ 2 m

•Petite drague ( < 3000m3) adaptée travaux de maintenance

•Moyenne drague (4000 à 9000m3) adaptée au travaux portuaire

•Grande drague adaptée travaux de remblaiement

Stationary Suction Hopper Dredger adaptée pour travailler en milieu plus confiné.

Trailing Suction Hopper Dredgers

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

50000

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Tirant d'eau (m)

Ho

pp

er c

apac

ity

(m3)

Aspiratrice en marche (Trailing suction dredger)

Trailing suction hopper dredger(Source British Standards)

Trailerarm

Sand in hopper




-Drague stationnaire sur 2 ancrages et des pieux.

-Procédé = désagrégation du sol avec la roue de coupe => pompage du mélange eau + sol => transport des produits de dragage par barges ou par conduites

-La roue balaye une large surface suite à la rotation de la drague autour des pieux

- très haute production ≈ 750 000 m3 / semaine pour une pompe de 15 000 kW

- adaptée presque tous les sols sauf les roches > 30 cm

- travaux de dragage précis en vertical comme en horizontal

- viable pour des houles moyennes à faible et des profondeurs faibles (30 à 35 m)

- évacuation par barges ou par conduites

- applications : travaux portuaires, remblai de zones gagnées en mer, de plages, remplissage de fosses sous-marine etc.

Stationnaire CSD



Cutter Suction Dredger

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 1 2 3 4 5 6 7

Tirant d'eau (m)

Cut

ter

Po

wer

(kW

)

Cutter suction dredger (Drague désagrégatrice à succion)

Adaptée sols sableux et roche modérément dures (production 500 à1000m3/h de matériaux en place)

La puissance nécessaire pour le cutter dépendent des caractéristiques de la roche : altération du rocher (%RQD) - résistance à la compression (UCS) et abrasivité• RQD>50% : une fracturation préalable du rocher est nécessaire• RQD<50% la puissance et la dimension de la CSD peut être réduite• Dragage économiquement des rochers pour UCS<20MPa (cutter de 3 à4000 kW)• Limite de dragage des plus puissantes : UCS = 40-50 MPa

Houle limite pour le dragage de roche : Hs<0.75m (Tp=8s) / Hs<1m (Tp=6s)Houle limite pour le dragage de sable : Hs<1 à 1.25m (grande) / Hs<0.4m (petite)Attention particulière lorsque les sols sont argileux.

Automotrice avec un total installed power ~28000 kWStationnaire avec un total installed power

~3600 kW



Suction dredger (Drague aspiratrice stationnaire)

Caractéristiques

Adaptée pour des sols meubles.

Dragages dans zone localisée et calme (marina, entretien bassin et chenaux).



Principales Dragues mécaniques

-Sur un ponton fixé par des pieux

- Excavation => transport horizontal => zone de remblai

-La barge fait des A/R lors du déchargement

- exemple de rendement pour un BHD type Big Boss (circonstances « idéales »)

- ≈ 50 000 m3 / semaine

- adaptée presque tous les sols et roches tendres (UCS ≤ 5 MPa)

- viable pour des faibles houles (< 1m) et de faibles profondeurs (< 20m) et zones localisées

BACKHOE DREDGER

Les différents types de dragues (7)

(Pelle retrocaveuse sur ponton)

1. Les dragues


Fracturation du sol avant dragage

Marteau hydraulique Forages + explosifs (Source British Standards)

Peuvent également être envisagés:

• Explosifs sans forages (dépend des contraintes environnementales)• Forages destructifs

1/ 2/

1. Les dragues


Impacts généraux des travaux de dragage sur le milieu marin

Augmentation de la turbidité

Destruction de l’habitat faune/flore

existants

Dépôt des sédiments remis en

suspension

Réduction de la lumière

Recouvrement des habitats

Réduction du couvert végétal

Apparition d’un nouvel habitat

Apparition d’un nouvel habitat

Source : DREDGING MANAGEMENT PRACTICES FOR THE ENVIRONMENT A STRUCTURED SELECTION APPROACH, 2008. PIANC

1. Les dragues


Système pour limiter la propagation du nuage turbide

Ecran géotextile Ecran de bulles

Source : Internet

Exemple d’écran géotextile limitant

1. Les dragues


Prise en compte de l’environnement

InfluenceLes techniques et modalités de mise en œuvre des dragages (type de drague,

types de déchargement, …)

Prise en compte de l’environnement (1)

surverse

turbidité

2. Devenir des matériaux dragués


;;;; CAS n° 1: dragages de sédiments contaminés

;;;; CAS n° 2: site de dragage situé à proximité d’espèces protégées

Prise en compte de l’environnement

InfluenceLes techniques et modalités de mise en œuvre des dragages (type de drague,

types de déchargement, …)

Influence

Le type de rejet/déchargement (en mer, à terre)

Le mode de dragage de manière à limiter les « fuites » et limiter les surplus de dragages

InfluenceLe mode de dragage de manière à limiter l’impact des opérations sur les espèces fragiles (limitation de la turbidité, …)

Prise en compte de l’environnement (2)2. Devenir des matériaux dragués


� Devenir des matériaux dragués

Selon leurs caractéristiques mécaniques et leurs degré de contamination, les matériaux dragués peuvent être :

- utilisés comme remblai hydraulique- utilisés pour lutter contre les impacts sédimentologiques des ports- stocker à terre ou perdu en mer


Matériaux réutilisables pour la construction du port (1)

2 catégories en fonction des disponibilités des matériaux et des possibilités techniques de mise en œuvre et de compactage :

Catégorie 1 « Remblais sous l’eau » : (jusqu’à +1mCM) Idéalement (couts d’ouvrage, cadence), mis en œuvre sous forme de remblais hydrauliques puis compactés (amélioration à prévoir). Un tassement de l’ordre de 8% à 10% devra être pris en compte dans les calculs de volume à mettre en place.Catégorie 2 « Remblais hors d’eau » : (de +1mCM jusqu’à 1m en dessous de la cote finale du terre-plein) matériaux de carrière exclusivement

Provenance des matériaux:

• Source 1 : des dragages et sur-dragages autorisés du bassin portuaire• Source 2 : des extractions de sable au large en mer (profondeurs > -25mCM si pas de législation)

• Source 3 : des carrières terrestresType de critères pour les remblais hydrauliques (sources 1 et 2) après traitement et sous charge :

• Tassement différentiel

• Tassement total

• Compaction vérifie à l’aide d’essais in situ type CPT• Part de fines sera limitée à 10%



A priori, seuls les matériaux issus du déroctage ou dragués dans des zones identifiées de gisement de bons sables(plus au large) pourront être réutilisés.

Ces matériaux pourront être transportés vers le site de construction :- par des barges si backhoe dredger (Photo 1)- par l’intermédiaire de conduites flottantes directement au niveau du terre-plein si THSD ou CSD (Photos 2 et 3)- directement en rainbow depuis une THSD (voir photo 4)

Photo 2: Conduite flottante

Photo 3: Refoulement des matériaux pour remblaiement des terre-pleins

Photo 1: barge escortée par remorqueur puis clapage

Caractéristiques recherchées :• une teneur en fines inférieure à 10%• un taux de carbonate <50% si le sable est décrit comme coquillier• avoir un D50 si possible > 200 microns

Matériaux réutilisables pour la construction du port (2)

Photo 4: Rainbow



AMELIORATION DES REMBLAIS HYDRAULIQUES

Colonnes ballastées

Consolidation dynamique (poids lourd)

Consolidation par le vide

Vibrocompaction

Préchargement + drains verticaux

Argile Silt Sable Graviers Remblai rocheux

Matériaux réutilisables pour la construction du port (3)2. Devenir des matériaux dragués


Les sables accumulés en amont du port ou en stock au large sont repris tout au long de la vie de l’ouvrage afin de rétablir artificiellement le transit sédimentaire interrompu et déplacés vers les zones en érosion:- Rechargement des épis- Rechargement de plage en aval du port

Dragage par drague aspiratrice en marche puis refoulement par canalisation flottante ou posée sur le fond

Canalisation flottante

Canalisation posée sur le fond

Non adapté pour Hs >1.5 m

Sprayer pontoon

Utilisation pour rechargement des zones en érosion (1)2. Devenir des matériaux dragués


Dragage par drague aspiratrice en marche puis refoulement par rainbow

62 mCapacité: 5600 m3Tirant d’eau max: 7m Capacité: 1400 m3

Tirant d’eau max: 3.8m

Capacité: 400 m3Tirant d’eau max: 3m

Drague polyvalente (aspiratrice et à bennes à clapets)Pourrait être le type de drague basée au port et réalisant les dragages d’entretien en continu.

Ce type de rechargement pourra s’effectuer indifféremment sur l’une ou l’autre des zones en érosion sans avoir à

déplacer des canalisations.

42 m

Utilisation pour rechargement des zones en érosion (2)2. Devenir des matériaux dragués


;;;; CLAPAGE EN MER possible si:

: Faible contamination du matériau

Nécessité de réaliser une évaluation du degré de contamination

: Faible sensibilité de l’écosystème récepteur

Nécessité de réaliser une étude d’impact

Matériaux non réutilisables (1)

Matériaux contaminés ou de mauvaise qualité



;;;; A TERRE Traitement et stockage = COUT ELEVE

ÃÃÃÃ Réessuyage à terre ÃÃÃÃ GéotubeTM ÃÃÃÃ Séparation granulaire

Matériaux non réutilisables (2)2. Devenir des matériaux dragués




Houle de projetHoule de projet

Conception Portuaire – Houle de projet :SOMMAIRE

1. Détermination d’un événement extrêmeMéthode recommandée « POT »Notion de risque

2. Méthodes pratiquesMéthode « usuelle » - Exemple du nouveau port de Ksar SghirMéthode « Etat de l’art » - Exemple du port de Nador West Med

1. Détermination d’un événement extrême

Méthode « POT » recommandée• Méthodes• Recommandations• Les résultats

Durée de vie / Temps de retour

B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Houle de projet 4

La conception des digues: la houle de projet

La houle de projet est le paramètre essentiel pour dimensionner l’ouvrage. Deux cas sont à considérer :

1. La digue est implantée par grande profondeur et la houle ne peut déferler sur la digue une étude statistique fine est alors nécessaire pour déterminer les houles extrêmes (périodes de retour de 50 à 100 ans pour les grandes digues).

2. La digue est implantée par faible ou moyenne profondeur Les houles les plus fortes déferlent au large -> les fonds limitent la hauteur de la houle immédiatement au large de l’ouvrage.

Remarques

Dans le cas 1, il n’y a pas de « limitations physiques », la houle de projet peut être «dépassée».

Dans le cas 2 (fréquent pour les digues à talus) la détermination du niveau de la mer à prendre en compte est sur le chemin critique. Il faut considérer attentivement:

La composante astronomique (niveau de vive-eau moyenne),La composante météorologique (calcul des sur-côtes dues au vent et à la dépression pour des conditions

exceptionnelles).

Le point de départ de la conception: la houle de projet


Introduction

L’étude des évènements extrêmes s’effectue à partir de l’analyse d’une série temporelle de longue durée des hauteurs significatives des états de mer mesurés ou reconstitués.

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

4.50

1-sept-96 1-oct-96 1-nov-96 1-déc-96 1-janv-97 31-janv-97 3-mars-97 2-avr-97 3-mai-97 2-juin-97

Hm

o (m

)

1. Détermination d’un évènement extrême


La méthode recommandée actuellement

Méthode du renouvellement ou du pic au-dessus d’un seuil(« Peaks-Over-Threshold » = « POT » method)On retient toutes les tempêtes dont le pic en hauteur a dépassé un certain seuil.

Bouée LHA - point 07602

2.79

3.183.21

2.70

3.20

2.412.41

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

4.50

30-déc-97 6-janv-98 13-janv-98 20-janv-98

date

Hm

o (m

)

12

3 4

5 6

7

Seuil : Hmo=2,0 m

7 tempêtes sélectionnées sur la période

Prendre garde aux

fluctuations5 grandes étapes :

a) Série temporelle

b) Constitution échantillon extrême

c) Ajustement d’une loi théorique

d) Calcul échelle période de retour (Tr)

e) Estimation intervalle de confiance



a/ Série temporelle = Etablissement de la base de données des états de merNécessité d’isoler des données homogènes•Source de donnée homogène•Identification des vagues créées par des évènements météorologiques semblables par analyse météorologique, saisonnière et directionnelle•Séparation des systèmes de vagues (houle pure / mer de vent / Cyclone …)

b/ Constitution de l’échantillon extrême : choix du seuil et sélection des pics de tempêtesOn ne retient que la valeur de hauteur significative la plus forte pour une tempête.•Série temporelle d’un minimum de 15 à 20 ans pour extrapoler les houles cinquantennales à centennales•Echantillons homogènes •Un premier choix de seuil « bas » peut correspondre à 5 à 10 tempêtes par an.•Une analyse de sensibilité quant au comportement statistique de l’échantillon permet de déterminer un « meilleur »seuil statistique (seuil haut).

c/ Ajustement d’une loi théorique

•Plusieurs lois statistiques sont possibles (GPD, Weibull, Gumbel, Gamma)

•Choix de la meilleure distribution (critères statistiques, stabilité de la loi aux seuils, ..)

•d/ Calcul de l’échelle des périodes de retour = On affecte à une période de retour Tr une fréquence de non-dépassement valant F(Tr)= 1-1/(lTr) avec le nombre moyen de tempêtes par an utilisé dans l’analyse. Un état de mer centennal a une période de retour de 100 ans.

e/ Estimation de l’intervalle de confiance = L’intervalle de confiance autour de la loi théorique ajustée se calcule par des techniques statistiques de rééchantillonage.

Recommandations pratiques1. Détermination d’un évènement extrême


Un graphique synthétique des résultats de la méthode

Un échantillon extrême

Une loi d’ajustement théorique

Un seuil

Un intervalle de confiance

Une échelle des période de retour



Exemple de résultat

Sélection de 281 tempêtes en 56 ans avec un seuil en hauteur de 9,5 m

Meilleur ajustement obtenu avec une loi GPD.

Période de retour

(an)

Hs (m) IC 90% - IC 90% + Ampli-tudeIC

1 12,1 11,9 12,3 0,4

5 14,0 13,6 14,4 0,7

10 14,7 14,2 15,2 1

20 15,3 14,7 15,9 1,2

50 16,0 15,2 16,8 1,6

100 16,4 15,5 17,4 1,9



Durée de vie et temps de retour

Relation entre :

- Période de retour (événement)

- Durée de vie (ouvrage)

- Probabilité d’occurence

C’est en réalité une notion de risque « accepté »

Notion applicable au séisme

Pratique pour les ouvrage de protection maritime :

- Valeur probable

- Valeur maximale de l’intervalle de confiance

- Valeur probable + 10%

Pratique pour terminal méthanier


2. Méthodes pratiques

Exemple de la méthodologie usuelle : Ksar Sghir

Exemple d’une méthodologie à l’état de l’art : Exemple de Nador West Med


Méthode usuelle (1)2- Méthodes pratiques pour les ouvrages de protection

Houle de projet à l’ouvrage : Type de méthodologie usuellement pratiquée

0.000.000.000.000.000.0005

-20

-50-40-30

4.004.004.00-10

2.002.00-5

-500

-1500-1000

-100

-60

-90-80

16.00-70


Point

Large port2/ Détermination évènements extrêmes au large

=> Tempêtes N-ales de projet (Hs, Tp, Dir)


1/ Une série temporelle -> tableaux de contingence

Hs/Dir – Hs/Tp – Tp/Dir

3/

-Transfert à la côte des tempêtes de projet avec analyse de sensibilité (direction, période)

- Obtention pour chaque tempête et chaque zone analysée d’un coefficient de réduction (Cr) à appliquer sur le Hs et d’une nouvelle direction

4/ Choix de la valeur de projet par zone pour dimensionner l’ouvage de protection

Zone analysée

PRECAUTIONS à prendre : Bonne analyse de la bathymétrie et de la météorologie locale

Analyse bathymétrie

Méthode légèrement conservative


Méthode usuelle : Exemple de Ksar Sghir (2)

Houles océaniques

Secteur Ouest(N270° à N290°)

Houles océaniques

Secteur Ouest(N270° à N290°)

Houles d’Est (N80°)

Houles d’Est (N80°)

Vents d’Est (N45°)Vents d’Est (N45°)

Site de K’sar SghirSite de K’sar Sghir

SSSSSSSSSS

NNNNNNNNNN

EEEEEEEEEEWWWWWWWWWW

Temps de retour

Direction(°N)

PériodeTp (s)

Hauteur significative Hs (m)

Direction (°N)

Vitesse (m/s)

1 an 290 15 5.610 ans 290 16 7.2

100 ans 290 18 8.5100 ans 270 18 8.5

1 an 80 9 4.5 45 25

10 ans 80 10 6.1 45 29

100 ans 80 11 7.1 45 34

Hou

les

océa

niqu

esH

oule

s d'

Est

Vent

s d'

Est

Conditionsd’agitationétudiées

Conditionsd’agitationétudiées

2- Méthodes pratiques pour les ouvrages de protection


Emprise des modèles de propagation de la houle

SSSSSSSSSS

NNNNNNNNNN


Projection : Lambert Maroc zone I Nord – Nivellement : CM

16.8 km

11.3 km

3 km

2.5

km Modèle local3 km x 2.5 km

Inclinaison : 20°Maille de calcul = 10m

Modèle local3 km x 2.5 km

Inclinaison : 20°Maille de calcul = 10m

Modèle régional16.8 km x 11.3 km

Maille de calcul = 100m

Modèle régional16.8 km x 11.3 km

Maille de calcul = 100m


Conditions aux limites uniforme

Conditions aux limites uniforme



SSSSSSSSSS

NNNNNNNNNN


Direction = N290°Tp = 18.0 sHs = 8.5 m

Direction = N290°Tp = 18.0 sHs = 8.5 m

Agitation(m)

8.5

7.0

7.5

8.0

9.0

1.0

0.5

1.5

2.0

6.0

4.5

5.0

5.5

6.5

3.0

2.5

3.5

4.0

Point d’analyse pour l’agitation


Propagation

Points d’analyse pour dimensionner la digue



Houle de projet le long de la digue

-4,0-3,5-3,0-2,5-2,0-1,5-1,0-0,50,00,51,01,52,02,53,03,54,04,55,05,56,06,57,07,58,0

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200

Distance au musoir (m)

Hm

0 (m

)

-16,0

-14,0

-12,0

-10,0

-8,0

-6,0

-4,0

-2,0

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

Prof

onde

ur (m

)

Points Swan

Houle centennale

Houle décennale

Profondeur

P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10

MCMF ME MD MB MA

Méthode usuelle : Exemple de Ksar Sghir (5)2- Méthodes pratiques pour les ouvrages de protection


4

5

6

7

8

9

10

25 30 35 40 45Distance

Hau

teur de ho

ule

‐35

‐30

‐25

‐20

‐15

‐10

‐5

0

Fond

s H1/3 Hmo Fonds

Calculs de stabilitéhydraulique des ouvrages ► Attention au choix du paramètres de houle

Comment l’estimer :

► Formules existantes

► Applications de logiciels de propagation dans le profil avec approches spectrale et statistique

Attention : Hs=Hmo ou Hs=H1/3

Evolution dans le profil de Hmo et H1/3

La plupart des logiciels utilisent Hmo (propagation, agitation et de génération de houle en laboratoire)

CEPENDANT, beaucoup de formules pour le calcul de la stabilité hydraulique utilisent H1/3

Au large : H1/3 / Hmo ~ 1

A la côte : H1/3 / Hmo > 1

Zone de gonflement avant le déferlement



October 28, 1998 at 11:00

0

1

2

3

4

5

6

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35

Frequency (hertz)

spec

tral

den

sity

(m²*

s)


0.000.000.000.000.000.0005

-20

-50-40-30

4.004.004.00-10

2.002.00-5

-500

-1500-1000

-100

-60

-90-80

16.00-70


Points devant la digue

1/ Reconstitution des états de mer sur une grande emprise

Prise en compte bathymétrie

4/ Série temporelle des états de mer complets en chaque point d’analyse

LIMITATIONS de la méthode : Puissance et temps de calcul, COUTS

Méthode « Etat de l’art » (1)Houle de projet à l’ouvrage : Type de méthodologie à l’état de l’art

2/ Assimilation / calibrage avec mesures de satellies

3/ Transfert à la côte – Calibration (si mesures par bouée)

5/ Détermination évènements extrêmes en chaque point (Hs, Tp, Dir)



IV : 80 m x 100 mIII : 400 m x 500 mII : 2.8 km x 3 kmI : 17 km x 22 kmRésolution spatiale des grilles (propagation)

1.1/ Choix d’un ensemble de grilles de calculs avec mailles permettant de bien représenter la bathymétrie

Exemple de Nador West Med (2)

Dans l’avenir : Mailles variables



2/ Mesures satellitales : Assimilation / Calibration

SWAN

Champs de vent sur la mer d’Alboran

Exemple de Nador West Med (3)

1.2/ Reconstitution des états de mer à partir de champs de vent et pression

WaveWatch III

WW III ou SWAN



Situation reconstituée le 28/02/1995 à 6h00

Conditions aux limites « réelles »

Exemple de Nador West Med (4)3.1/ Transfert à la côte (avec comme conditions aux limites des grilles : vent et état de mer)

3.2/ Calibration/ Validation bouée

Conditions aux limites « réelles »



Exemple de Nador West Med (5)4/ Série temporelle des états de mer complets en chaque point d’analyse

October 28, 1998 at 11:00

0

1

2

3

4

5

6

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35

Frequency (hertz)

spec

tral

den

sity

(m²*

s)




5/ Valeurs extrêmes au point 1 pour le secteur O-NO

Exemple de Nador West Med (6)2- Méthodes pratiques pour les ouvrages de protection

Note : La méthode « état de l’art » a été appliquée pour Ksar Sghir au point E (pour servir de calibration) -> Hmo centennale diminuée de 0.5m en comparaison avec la méthode usuelle (bon résultat conservatif)




Conception des diguesConception des digues

Conception des digues maritimes: SOMMAIRE

1. Les typologies des digues et les critères de choix

2. Les digues à talus

3. Les digues verticales en caissons

4. Autres vérifications

1. Les typologies des digues et les critères de choix

Les typologies principales des digues de protection

Les conditions dans lesquelles des solutions non conventionnelles peuvent être envisagées

Les critères de choix entre les solutions «conventionnelles»: digue à talus et digue en caissons

DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 4 B. Bailly

Planning général des études pour la conception d’une digue maritime

Etudes préliminaires

Objectif de l’ouvrage(emprise possible,

franchissements, critères opérationnels du port

protégé.. )

Les fonds marinsDonnées de houle et vent, Données de courants et niveauxMéthodes constructives

Avant-projet

Projet

Levé bathymétrique et géosismique, géotechnique à terre fonds marins, hypothèses réalistes sur les conditions géotechniques Etudes spécifiques pour préciser le climat des houlesEtudes plus fines des méthodes constructives, carrières, béton

Reconnaissances géotechniques en merReconnaissance détaillée des carrières

Mise au point

Etudes sur modèle physique (canal et/ou cuve à houle) Projet définitifProjet définitif

Choix du concept - Profils types - Evaluation sommaire coûts

Plan-masse, coupes profil et musoir

Sur données existantes (minimum de données de terrain nécessaire)

Planning des études


Typologies de digues et critères de choix (1)

Les ouvrages de protection des ports peuvent être classés en quatre grandes catégories :

1. les digues à talus constituées par un noyau en enrochements non classés, protégées par d’autres couches classées et par une carapace en enrochements naturels ou artificiels,

2. les digues en caissons, constituées par un soubassement en enrochement et une partie supérieure verticale. Si l’épaisseur du soubassement est supérieure à30% de la profondeur, on parle de digue «mixte», autrement de digue «verticale». Dans cette catégorie, on peut classer comme typologie particulière les digues en «caissons absorbants»

3. les digues verticales avec écran et fondations en pieux (ou caissons),

4. les digues flottantes, qui peuvent être soit des ouvrages « mineurs » de protection des ports de plaisance, soit (c’est le cas de Monaco) des ouvrages de conception novatrice, extrêmement chers,

Les digues à talus et les digues en caissons, qui constituent la très grande majorité des réalisations actuelles, seront traitées en détail.

Typologies des digues

1. Typologie des digues



Les digues verticales avec écran et fondations en pieux (ou caissons), coûteuses et nécessitant des technologies sophistiquées, sont employées seulement dans le cas de conditions géotechniques très difficiles, souvent dans des grandes profondeurs, dans lesquelles

des structures massives comme les digues à talus et celles en caissons ne pourraient pas respecter les contraintes géotechniques, ou seraient trop chères en matériaux

Des alternatives pour résoudre les problèmes géotechniques (comme le remplacement des couches argileuses ou la vibroflottation) se soient révélées plus chères ou non réalisables techniquement.

Les critères de choix de la typologie sont de nature technique, économique et de définition des objectifs

Les digues verticales avec écran et fondations en pieux




Digues verticale avec écran et fondations en caissons de

Monaco (Counter jetty)




Les digues flottantes sont envisageables dans deux situations opposées :

des petites digues, pour la protection des ports de plaisance: elles sont en effet relativement efficaces seulement pour une houle courte (T < 5 s), typique des ports de plaisance en milieu lacustre, ou même en milieu marin, pour un objectif de protection partielle (par exemple limitée à la bonne saison)

Les digues flottantes




des digues flottantes de grandes dimensions, comme celle de Monaco, extrêmement chères, envisagées dans des conditions de grandes profondeurs, des conditions géotechniques difficiles et haute valeur des espaces conquis à la mer dans le port ainsi protégé.




Examinons les critères principaux (A) pour le choix entre les deux solutions qui s’imposent dans la plupart des cas : la solution à talus et la solution en

caissons.

La disponibilité de moyens de construction. Une solution en caissons exige toujours des moyens importants, surtout de nature maritime (grands pontons, dragues pour le remplissage, remorqueurs de grande puissance), que seulement les grandes entreprises internationales possèdent. Une solution à talus maximise l’emploi de moyens terrestres, moins onéreux et à la disposition d’entreprises de petite et moyenne taille.

La disponibilité locale de matériaux de carrière: des rochers de mauvaise qualitépénalisent la solution à talus. Même si la carapace peut être réalisée en blocs artificiels, la quantité d’enrochements naturels à mettre en place est beaucoup plus importante,

Les critères d’occupation d’espace. La solution à talus est plus « gourmande » à cet égard (les contraintes environnementales, comme la présence de Posidonie, peuvent la pénaliser).

Des critères hydrauliques (plus de réflexion pour la solution en caissons, à évaluer pour les conditions d’agitation des zones avoisinantes)

Les digues à talus et les digues en caissons




Le choix entre une solution à talus et une solution caissons. Critères principaux (B)

Les conditions de profondeur. En zone déferlante (basses profondeurs) la solution en caissons n’est pas envisageable (même pour des digues en caissons, l’enracinement est toujours à talus). En revanche, pour des profondeurs > 25 à 30m l’intérêt économique de la solution en caissons devient de plus en plus remarquable (voir le graphique, qui se réfère toutefois à une situation spécifique)La limite inférieur de profondeur rencontrée aujourd’hui est de 20m.

Prix moyen au ml des digues en situation exposéeValeurs 2004

0

50 000

100 000

150 000

200 000

250 000

300 000

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

profondeur (m)

coût

s (e

uro/

m)

Digues à talus Digues en caissons



GénéralitésPhases de constructionCarapace extérieure

• Formules de dimensionnement• Influence des paramètres• Enrochements naturels• Blocs artificiels

Musoirs et courbesNoyauCouches intermédiairesButée de piedCouronnementTalus interne


Digues à talus, généralités (1)

Terrain naturel

Noyau (tout-venant)

Carapace externe

Butée

Semelle

CouronnementCarapace interne

(talus interne)

Côté merCôté terre

Carapace interne(talus interne)

Sous-couche

Définitions

(en alternative)



Digues à talus, généralités (2)

Les dimensions principales d’une digue à talus se déduisent des valeurs de la houle de projet et des niveaux atteints par la mer.Si on retrouve presque toujours un noyau, une carapace extérieure et des sous-couches, des variations très importantes sont observées au niveau de la partie supérieure (présence ou non du mur de couronnement) et inférieure (type de pied de l’ouvrage) en fonction du type d’ouvrage et de sa profondeur d’implantation et des critères de projet.Les principales contraintes sont liées :

à la nature du sol,aux disponibilités en matériaux de construction,au mode d’exécution des ouvrages (à la fois dépendant de la disponibilité et de la puissance

des moyens maritimes pour la construction)

A partir de la houle de projet, le dimensionnement d’une digue à talus nécessite d’examiner successivement :

la carapace externe,le noyau central,les sous-couches intermédiaires,la butée (pied de l’ouvrage),le couronnement,le talus interne.



Digue à talus, phases de construction (1)

A. Clapage des matériaux pour la partie inférieure du noyau (qui peut néanmoins se réaliser aussi par voie terrestre) et l’embasement de la butée

B. Clapage de la partie inférieure de la butée et des premières sous-couches. Achèvement du noyau par versement des moyens terrestres

C. Des grues interviennent pour la pose, bloc par bloc, des rochers de la sous-couche externe, de la carapace interne et de la partie finale de la butée (cette dernière exige normalement une grue sur un moyen maritime)

Phasage de réalisation d’une digue à talus




D. Pose des blocs artificiels de la carapace externe (à partir du pied) et finalisation de la pose de la carapace interne. Le choix du positionnement des grues (sur la piste en haut de la digue ou sur des pontons) dépend de leur puissance en relation avec la distance et le poids des unités à poser

E. Les blocs artificiels sont posés jusqu’en haut de la pente. Ensuite, le mur de couronnement est réalisé(souvent à partir du musoir vers la terre)

F. En se déplaçant sur le mur de couronnement, la grue peut enfin poser les derniers blocs de la crête




Stockage des blocs

Avancement de la digue (noyau, sous-

couche)

Fabrication des blocs de carapace

Plate-forme pour déroctage de la bêche

Pose des blocs de carapace

Un petit chantier: Port de Sainte-Rose (La Réunion)




Ponton pour la pose des blocs Accropode

Ponton pour la pose des rochers de la sous-couche

Un grand chantier « offshore »: Dabhol (Inde)



Digues à talus - Carapace extérieure – Formules de stabilité (1)

A l’heure actuelle, la formule la plus couramment employée (surtout pour les blocs artificiels) est celle d’Hudson qui s’appuie sur de très nombreux essais effectués au Laboratoire de Vicksburg (USA). Elle a pour forme :

αcotg3

1DK

3HP

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

−

=

es

s

ρρ

ρ

avec :• P = Poids moyen d’un bloc (tonnes)• ρs = Poids spécifique du matériau • ρe = Poids spécifique de l’eau de mer • H = Hauteur de la houle de projet (m) (usuellement = Hs, houle significative)• α = angle du talus avec l’horizontale• KD = Coefficient adimensionnel qui tient compte de la nature et de l’arrangement

des blocs . Ce coefficient correspond à un critère dit de « non-dommage », dans lequel on accepte

jusqu’à 5 % de dommages pour les enrochements naturels et les blocs en deux couches,l’absence de chute pour les blocs en monocouche (pour lesquels la perte d’un bloc peut

engendrer rapidement des dégâts significatifs)

Formules pour le dimensionnement des blocs de la carapace - A

La carapace, formules de pré - dimensionnement




Pour KD on distingue le cas de la vague qui déferle sur les fonds de celui de la vague non déferlante. Note : règle du pouce, la vague est déferlante si Hs > 0,6 x profondeur.

Les valeurs les plus usuelles de KD à ce jour sont les suivantes:

1613h) Core – loc (mono-couche)

1613g) Accropode II (mono-couche)

1613i) X-bloc (mono-couche)

1512f) Accropode (mono-couche)

87e) Tétrapode (2 couches)

87d) Dolos (2 couches)

87c) Blocs « Antifer » (2 couches)

7,56,5b) Blocs cubiques (2 couches)

43,5a) Enrochements (2 couches)

KdKd

Houle non déferlanteHoule déferlanteType d’unité

Kd (Hudson)

Musoir. Les valeurs de Kd sont réduites à85 % pour les rochers naturels

75 % pour les blocs artificiels, sauf :50 % pour les tétrapodes, qui souffrent sensiblement de l’effet musoir

La même réduction doit s’appliquer aux coudes, si leur rayon de courbure est important.




En pratique la pente adoptée est très souvent celle qui correspond au talus naturel des matériaux déversés dans l’eau soit entre 4/3 et 3/2.

Pour les enrochements naturels; des pentes à 2/1 et 3/1 sont utilisées soit pour réduire le poids unitaire des blocs soit pour diminuer la réflexion (ouvrages de haut de plage). Dans ces cas la réalisation du talus nécessite de reprendre (à la grue) la pente naturelle d’éboulement

augmentation du coût.

Pour les blocs artificiels en revanche la réduction de pente entraîne une réduction des forces de frottement et d’enchevêtrement. Pour ces blocs il faut prendre des pentes 4/3 ou 3/2

Pentes adoptées pour les carapaces

Epaisseur de la carapace

L’épaisseur d’une carapace (et, en général, de toute couche d’enrochements), est donnée par:

•N = nombre de couches,•V = volume de l’unité,•Ke = coefficient d’épaisseur ( voir le tableau à côté ) 0,93Core-loc

0,93Accropode II

0,93X-bloc

0,90Accropode

1,30Dolos

1,02Tétrapodes

1,10Cubes « Antifer »

1Cubes

1,02Rocher naturels

KeUnité

E = n x Ke x V 1/3

23




Une masse volumique (poids spécifique) élevée des blocs a un effet favorable sur la stabilité.

Pour les bétons, un accroissement de la masse volumique peut être obtenu par incorporation de barythine (4,5 t/m³) ou de pyrothine (4,6 t/m³). C’était le cas des blocs du musoir de la digue de Mohammedia (Maroc).

1,81,9

22,12,22,32,42,52,62,72,82,9

33,13,23,33,43,5

0 1 2 3 4facteur de correction du poids

mas

se v

olum

ique

(t/m

3)

béton

enrochements

Valeurs de base :Enrochements : 2,65 t/m3Béton : 2,4 t/m3

Ce graphe montre qu’un enrochement de 2,2 t/m3 doit avoir un poids 2,1 fois supérieur à celui d’un enrochement de 2,65t/m3 pour avoir la même stabilité àla houle

• Poids spécifique.



Digues à talus - Carapace extérieure – Enrochements naturels (1)

Musoir de la digue de Al Sukhna (Egypte)

Port réalisé à l’intérieur par dragage, avec la passe d’entrée protégée par deux digues parallèles Le port est situé dans le golfe de Suez (au Nord de la Mer Rouge): la houle de projet est limitée à

Hs= 3,5 mEnrochements de type calcaire, de moyenne qualité (poids spécifique autour de 2,4 t/m3)



Digues à talus - Carapace extérieure – Blocs artificiels (1)

Blocs qui se posent en 2

couches : DOLOS

Son excellente capacité d’imbrication lui semblait réserver à la fin des années 70 un rôle dominantMais le désastre de Sines (Portugal) en 1981 a montré sa fragilité (plusieurs ruptures des « ailes »)L’entrée dans le paysage des blocs monocouche, ayant des coefficients de stabilité similaires mais plus

robustes, a relégué le Dolos (sauf en Afrique du Sud) à un rôle marginal

Les carapaces en blocs artificiels

Port de Ngura (Afrique du Sud)

Pour tous ces blocs, il est exigé un béton de bonne qualité (résistance à la compression > 30 MPa et à la traction > 3 MPa, rapport eau/ciment > 0,45)



Digues à talus - Carapace extérieure – Blocs artificiels (2)Musoir digue Larache (Maroc)Blocs qui se posent en 2 couches :

TETRAPODE

Digue du port de Napoli (Italie)

Bloc parmi les plus anciens (années 50) très répandu, surtout au Japon

Carapace perméable, bon comportement au franchissement,

Quelques problèmes de fragilité pour les plus gros blocs (> 20 m3)




BLOC CUBIQUE RAINURE(BCR) ou « Antifer »

Blocs qui se posent en 2 couches : ANTIFER

Le nom Antifer vient de la 1ère application, au port pétrolier d’Antifer près du Havre,

Bloc très répandu, robuste, facile àfabriquer, aimé par les entreprises

Franchissements importants, surtout si la carapace est posée en pavage (comme àSines…)

Consommation de béton importante

Port de Djen Djen (Algérie)

Sines (Portugal)




Port GNL d’ Hazira (Inde)

Cap Sicié (Var), protection côtière

Blocs qui se posent en une seule couche : ACCROPODE




L’ ACCROPODE est un bloc développé par SOGREAH au début des années 80

Fabrication au chantier du Havre : les coffrages Plus de 180 applications depuis

1981 démontrent sa fiabilité

Coefficient de stabilité élevé, robustesse et facilité de fabrication (voir la photo) sont ses qualités les plus appréciées

La pose en une seule couche exige le respect de plans de pose précis (bien plus que pour les blocs en deux couches) et donc de moyens de contrôle adéquats pour l’entreprise (de plus en plus souvent le GPS),

Parmi les points faibles, un franchissement relativement important (facilité aussi par l’existence d’une seule couche).




L’ ACCROPODE III est un développement de l’ACCROPODE réalisé par SOGREAH au

début des années 2000, pour augmenter la perméabilité et réduire les franchissements

Quatre premières chantiers sont en cours

La similarité avec l’ACCROPODE permet de profiter de la grande expérience obtenue avec ce dernier bloc

L’absence d’enclumes facilite la mise en place




Blocs qui se posent en une seule couche : CORELOC


Blocs qui se posent en une seule couche : X-BLOC


Digues à talus - Les musoirs et les courbes (1)

Les musoirs et les parties courbes des digues sont soumis à une action particulière des vagues.

Le rayon de l’extérieur de la carapace doit être, au niveau haut de projet, égal ou supérieur à 3 Hs.

Le coefficient de stabilité Kd, comme nous l’avons vu, diminue de 50% à 85% : parfois on essaie de maintenir le même poids des unités (ce qui, dans le cas des blocs artificiels, facilite la fabrication en réduisant le nombre de tailles des coffrages):• à travers la diminution de la pente de la carapace• en augmentant le poids spécifique du béton.

Direction houle

Zones potentielles de dommages

La majorité des musoirs a une forme dissymétrique(voir la figure à côté) avec un profil courant de l’ouvrage qui se retourne à l’extrémité jusqu’à se raccorder au talus arrière.

R ≥ 3 Hs



Digues à talus - Les musoirs et les courbes (2)

Gravelines (Pas de Calais)

Port de Sète (Hérault)

Port de Pozzallo (Sicile)

La dissymétrie du musoir est plus évidente pour les digues en blocs artificiels (Pozzallo: Antifer; Sète: Tétrapodes) que pour les digues en rochers naturels de Gravelines

Les rochers naturels ont en effet une réduction de la stabilité au musoir peu significative



Digues à talus - Le noyau (1)

Il représente toute la partie centrale ne nécessitant d’enrochements peu (ou pas) classés. C’est le premier matériau mis en place lors de la construction. Si l’entreprise ne dispose pas de moyens maritimes suffisants, le noyau est mis en place par déversement au camion (voie terrestre). On recherche donc la section minimale compatible avec l’accès des véhicules.

ln

Niveau max

ZnCôté large Côté terre

Niveau min

Zf4/3 ou

3/24

3Noyau en tout-venant

Le plus souvent : 4 < ln < 12 m Zn > niveau des plus hautes marées + 1 m

Note : Si la largeur en crête est < 8 m, il faudra prévoir des places provisoires pour le retournement des engins.

Le noyau



Digues à talus - Le noyau (2)

ln

Niveau max

Zn

4 43

tout-venant mis en place par voie maritime

-3 à –5 m

3Zf

Dans des ouvrages en grande profondeur, le noyau est généralement mis en place en deux phases:

Dans un premier temps par voie maritime jusqu’à – 3,00 / – 5,00 m.Il est terminé par voie terrestre, dans un deuxième temps.

Note : Si les contraintes en délais sont importantes, les deux modalités de pose peuvent être réalisées en même temps. C’est le cas de la grande majorité des chantiers de construction de grands ports.



Digues à talus - Couches intermédiaires (1)

Les couches intermédiaires peuvent se situer :• entre la carapace extérieure et le noyau central en tout-venant,• entre le corps de l’ouvrage et le terrain naturel (dune ou plage sableuse, remblais sableux).

Il convient de choisir une répartition en catégories qui permet de ne pas éliminer des rochers produits dans la carrière, par exemple :

0,5 à 500 kg (limite basse définie pour respecter les règles de filtre),500 kg – 1 t,1 – 2 t,2 – 5 t.

Les couches intermédiaires



Couches intermédiaires (2)

Les limites « conventionnelles » des catégories indiquent respectivement (voir le graphique »):• (limite basse) le poids P15 inférieur du fuseau granulométrique,• (limite haute) le poids P85 supérieur du fuseau granulométrique.

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0,001 0,010 0,100 1,000 10,000 100,000 1000,000 10000,000

Poids (kg)50 - 2000 kg 50 - 2000 kg 2 - 5 tons 2 - 5 tons

TV 0,1-1000kg TV 0,1-1000kg Limite P15 Limite P85



Digues à talus - Couches intermédiaires (3)

Il faut respecter des règles de filtre de façon que toutes les couches jouent le rôle de filtre en empêchant les matériaux les plus fins de passer à travers les couches les plus grossières.

où l’indice ext se réfère à la couche externe (en matériaux plus grossiers) et l’indice int à celle plus interne.

Entre la sous-couche et la carapace, il faut vérifier en plus une règle pratique de rapport entre les poids moyens, qui a l’objectif d’assurer un bon positionnement des blocs de la carapace sur la sous-couche:

Les couches intermédiaires – règles de filtre

5int85

15 ≤DD ext

605int50

50 ≤≤DD ext

151050

50 ≤≤ −

car

cs

PP



Digues à talus - Butée de pied (1)

La butée n’est pas soumise au déferlement.Dans ce cas, elle est constituée par un cavalier de forme trapézoïdale posé sur différentes couches ou sur un soubassement en matériaux de plus faible granulométrie.La butée est mise en place avant la carapace par voie terrestre à la grue et parfois par voie maritime.La côte de la butée se situe dans la fourchette (1,1 H < Zb < 1,3 H) et plus bas si possible (profondeur, économie).

Ouvrage par grande profondeur

Zf (hauteur d’eau ) > 12 m.Zf / H > 2,5 (H : Houle de projet)

Zf

ln

Hs

CARAPACE

Niveau mini

Zb

hb

BUTEE

Sa fonction essentielle est celle de soutien de la carapace. Trois situations peuvent être distinguées : ouvrage (1) par grande (2) par moyenne et (3) en faible profondeur

La butée de pied




Ouvrages par profondeur moyenne 6 < Zf < 12 mZf / H > 1,7

1,7 < Zf / H < 2,5Zf > 12 m

ou

L’ouvrage est assez souvent dans la zone de déferlement.La butée de pied est constituée de deux couches successives :

• couche inférieure de granulométrie étalée pour limiter le poinçonnement en terrain sableux et se protéger des affouillements

• couche supérieure de poids suffisant pour être stable : c’est la butée elle même.




Poids des blocs constituant la butée

Les paramètres qui interviennent sont très nombreux. Pour déterminer le poids minimum on peut utiliser la formule de Van der Meer – Gerding basée sur une vaste série de tests en laboratoire,

Largeur en crête de la butée, B 3 blocs sur l’horizontale

Hauteur de la butée hs - hb Deux couches d’enrochements.

(Hs/ΔxDn50)=(0,24x(hb/Dn50+1,6)xN0,15

N, Niveau des dégâts= 0,5 absence de dégâts= 2 dégâts acceptables

Valable pour hb/hs compris entre 0,4 et 0,9 et hb/Dn50 compris entre 3 et 25




Ouvrages par faible profondeur Zf < 6 m Zf / H < 1,7Zf > 6 m

ou

L’ouvrage est presque toujours en zone de déferlement.La butée classique ne peut être réalisée, ni les moyens de dimensionnement vus à la page précédente employés. Diverses solutions peuvent être envisagées, selon la nature des fonds.

Cas de fonds sableux

Possibilités

Soit une solution en souille (difficile àréaliser si la mer est agitée fréquemment, à cause de la difficulté des dragues àopérer)

Soit une solution en semelle, plus facile à construire même si un peu moins stable




géotextile

carapace

sous couche

remplissage

possibilités

Niveau TN

géotextile

carapacesous couche

Niveau TN

géotextile

carapacesous couche

Niveau TNremplissage

ds : affouillement estimé

1

2

3

Les deux alternatives sont également possibles dans les situations qui exigent de réaliser des dispositifs anti-affouillement

Dans le concept de la souille, le principe est d’ensouiller l’ouvrage jusqu’à la profondeur d’affouillement prévisible (1 et 2)

Dans le concept de semelle, de mettre en place suffisamment d’enrochements pour combler l’affouillement (3)




Cette situation est très délicate, surtout dans la zone de déferlement, et encore plus si les fonds ont une pente importante. Même si très coûteuse, la « bêche » (souille déroctée) constitue la seule solution vraiment sûre dans le long terme

Cas de fonds rocheux

Fonds rocheux en pente

Fonds rocheux lisses

Exemples d’instabilité potentielle d’enrochements placés sur fonds rocheux



Le couronnement (1)

Le terme couronnement englobe toute la partie supérieure de l’ouvrage mais on peut distinguer deux parties distinctes :

• La partie supérieure de la carapace extérieure (et, si existe, du mur de couronnement) dont la côte d’arase Zc est liée à la fonction de l’ouvrage.

• Une superstructure en béton, facultative mais généralement présente dès que l’ouvrage est important et/ou si l’accès de véhicules d’entretien est nécessaire

Le couronnement

Côte d’arase de l’ouvrage

La côte d’arase est généralement comprise entre • 0,6 à 1.2 Hs, (mais avec des largeurs importantes) pour des aménagements touristiques

(contraintes paysagères),• 1.2 à 1,8 Hs, pour des digues peu ou pas franchissables et comportant une voie de circulation

pour l’entretien.

Mais la détermination de la côte d’arase en phase de projet est réalisée par rapport aux franchissements acceptables:

• en conditions opérationnelles • en conditions extrêmes.



Le couronnement (2)

Tableau avec les critères du franchissement acceptable,défini par Van der Meer(Laboratoire de Delft) et repris par des nombreux standards (dont CIRIA/CUR, 1991).

Des critères de projet différents sont établis pour

les conditions opérationnelles(houle annuelle ou houle dépassée 1% du temps), en fonction de l’utilisation de la zone à l’arrière (route ou terre-plein portuaire)

Les conditions extrêmesPour ces dernières ce qui est contraignant est souvent l’ampleur des dégâts à l’arrière, qui prennent rapidement de l’importance avec les franchissements.



Le couronnement (3)

La plate-forme supérieure est alors constituée soit par le prolongement de la carapace(éventuellement en une couche) soit par des blocs de taille supérieure soigneusement rangés.La perméabilité favorise la stabilitéde la carapace, mais l’absence d’une route en sommité (utile pour l’entretien de la carapace et l’accès au phare) n’est souvent pas acceptée

1 - Pas de superstructure en béton

Couronnement sans mur en bétonArzew (Algérie)

Couronnement avec mur en bétonMogadiscio (Somalie)

Deux typologies de couronnement

2 – Avec une superstructure en béton



Le couronnement (4)

Superstructure en béton

La mise en place d’une superstructure en béton peut avoir plusieurs objectifs :• Permettre la circulation des engins d’entretien,• Permettre la promenade (essentiel dans les ports de plaisance),• Buter la carapace avant,• Limiter les franchissements ou faire en sorte que ces derniers n’entraînent pas de dégâts sur le

talus arrière.

Port de Palavas (Hérault)Cette superstructure est soumise :

• À l’impact de la houle,• Aux sous-pressions.

Les vérifications à faire concernent :• le glissement,• le basculement,• le cisaillement du béton • les ruptures par tassements différentiels

Pour les deux premières il faut estimer les forces horizontales et verticales dues à la houle.



Le couronnement (5)

Stabilité d’un mur de couronnementLes forces qui agissent sur un mur de couronnement ont étéquantifiées par des formules dérivantes par des séries systématiques d’essais en modèle réduit.

Les British Standards donnent la formule suivante:Pression due aux vagues = K . W. L . (Hs/Zc - 0,5) (kPa)avec :• Hs = hauteur significative de la houle,• L = longueur de la houle,• ZC = niveau de la crête• W poids spécifique de l’eau de mer,• K coefficients qui dépendent de la protection fournie par la carapace devant le mur :-Facteur d'amortissement pour la carapace K = 0,08 à 0,19,- Facteur d'amortissement pour la sous-couche K = 0,025.

Ensuite, le mur est dimensionné avec les règles des murs de soutènement.Les angles de frottement rochers sur rochers sont compris entre 40 et 45°Le coefficient de frottement béton-enrochements est assumé = 0,5 pour des murs préfabriqués, mais peut s’élever jusqu’à 0,7/0,8 pour des murs coulés sur place et/ou avec une « clé ».

Voir le fichier EXCEL mis en ligne pour vérifier le mur au glissement et au renversement



Le talus interne (1)

La sollicitation du talus interne d’une digue peut provenir de quatre phénomènes distincts :1. Les franchissements qui retombent sur l’arrière du talus,2. La transmission des pressions à l’intérieur du massif,3. L’ agitation résiduelle après diffraction de la houle autour du musoir,4. L’agitation générée par le vent sur le plan d’eau intérieur.

Le point 2 est à prendre en compte dans le cas d’un quai appuyé contre la digue qui constitue une paroi étanche (la réalisation d’ évents dans la dalle est une solution efficace).

Les points 3 et 4 ne sont généralement pas dimensionnants.

Le point 1 ne peut être traité que par la géométrie du couronnement en faisant en sorte que l’eau retombe dans le bassin et pas sur l’angle du talus (la solution à droite est meilleure à cet égard).

Le talus interne

Zone critique



Le talus interne (2)

Port de Palavas (Hérault)

Port de Fujarah (Oman)Pour ces digues avec couronnement en mur de béton:

à Fujarah le talus interne a été bien « caché » au dessous du mur, pour protéger les enrochements du franchissement,

à Palavas le même résultat est recherché à travers une largeur importante du mur

Pour les digues avec couronnement sans mur, d’après Van der Meer(1993), il n’y a pas de dégâts significatifs sur le talus interne si

(Zc/Hs) x s0,33 > 0,25

avec s = 2πHs/gTp2


3. Les digues verticales en caissons

DéfinitionsParamètres hydrauliques

• Réflexion• Transmission• Conditions de houle quasi-stationnaire

Vérification de stabilité de la structure massive • Digue à paroi pleine• Digue en caissons perforés

Vérification de stabilité des enrochements de la berme


Digues verticales – Définitions (1)

Définitions

Digue à paroi pleine « verticale » (Zb ≥ 0,7 x Zf) Digue à paroi pleine « mixte » (Zb < 0,7 x Zf)

Digue en caissons perforés

ZfZb

Zb

Zf

Chambre d’amortissementParoi forée (15 à 30% de vides)

3. Les digues verticales


Digues verticales – Définitions (2)

Digue à paroi pleine, définitions

Caisson

Embasement, talus arrière

(Rochers 1-2 t)

Blocs en béton en protection du pied

Embasement, talus avant

(Rochers 3-4 t)

Embasement, noyau(Tout venant)

Genova (Italie), digue de l’aéroport

Mur de couronnement



Digues verticales – Définitions (3)Définition de la typologie des dégâts

La conception des digues verticales en caissons est guidée par la connaissance des types de dégâts qu’on peut craindre, et que Jensen & Oumeraci (2004) ont synthétisé dans la figure suivante.

Les types 3 et 4 sont du ressort de l’analyse géotechniqueDans le présent cours nous traiterons les vérifications de stabilité de la structure massive (types 1 et 2) et de son embasement en rochers (types 4, 5 et 6).



Digues verticales – Paramètres hydrauliques (1)

Conditions de houle quasi-stationnaire

ZF

ZB

HSSi ZB ≥ 0,7 ZF (digue « verticale »)

ZF doit être ≥ 2,85 x HS

Si ZB < 0,7 ZF (digue « mixtes ») ZF doit être ≥ 5 x HS

Source : Oumeraci: « Probabilistic Design Tools for Vertical Breakwaters », 2001

Conditions à vérifier

Un critère essentiel dans la conception des digues verticales est celui de s’assurer (en vérifiant les conditions en bas de page) que la profondeur devant l’ouvrage est suffisante pour avoir des conditions de houle non déferlante et quasi-stationnaire devant la digue et éviter ainsi des forces d’impact(type « gifles ») qui ont un ordre de grandeur 5 à 15 fois plus important (voir la figure).

Houle quasi-stationnaire Force d’impact



Digues verticales – Paramètres hydrauliques (2)

Transition (à « Z », pour protéger la carapace de la partie à talus)

La difficulté de respecter ces critères pour des faibles profondeurs amène àconcevoir des solutions combinées, oùla partie en caisson est réalisée au large, et celle à talus vers la côte. La transition entre les deux est un point délicat àétudier.

Brindisi (Italie), digue de Punta Riso

Caissons



Digues verticales – Stabilité de la structure massive (1)

Si les conditions de quasi-stationnarité ne sont pas respectées, même si théoriquement il existe des formules permettant le dimensionnement (Minikin), dans la pratique on arriverait à une structure tellement large, que le passage à une solution à talus s’impose…

Vérifications de stabilité : structure massive (caisson + mur)

Digues verticales du port conteneurs de Voltri, près de Genova (Italie)

Si au contraire ces critères sont respectés, la solution à caisson devient intéressante.

Pour un dimensionnement à un niveau d’avant projet, la formule de Goda (Goda, 2000) peut être appliquée.

A l’origine cette formule a étédéveloppée pour des caissons àparoi pleine.

Néanmoins (au moins à un stade préliminaire du design) elle peut être extrapolée aux caissons perforés.




Formule de Goda

La houle de projetHD = hauteur de

houle de projet ≡ H 1/250(= 1,8 x HS) dans la plupart des normes (par exemple: BS 6349 part 7).La composante perpendiculaire à la digueη*=0.75(1+cosβ)HD

avec β=angle d’incidence des vagues par rapport à la structure (= 0 pour incidence frontale)

Les pressions p1=0.5(1+cosβ) (α1 + α* cos²β) ρw g HD

(1-hc/η*).p1 pour η*>hcp2= 0 pour η*≤hcp3= α3.p1pu=0.5(1+cosβ) (α1 α3) ρw g HD

Les coefficientsα*=Max(α2, α3)α1=0.6+0.5*[(4πh2/L)/(sinh(4πh2/L)]²α2=Min [((hb-d)/(3hb).( HD /d)²), (2d/ HD)]α3=1-(h1/h2).[1-1/(cosh(2πh2/L)]

Avec L= longueur d’onde de la houle incidentehb= profondeur d’eau à 5Hs à l’avant de la digue




Formule de Goda - B

Ces pressions permettent de calculer l’effort horizontal par unité de longueur sur le caisson :

Fh=0.5(p2+p1)hc + 0.5(p3+p1)h1

et l’effort vertical par unité de longueur (dirigé vers le haut donc négatif) :

Fu= - 0.5 B pu

La stabilité du caisson au glissement est assurée si l’on vérifie ce qui suit :

CFR (Fu+Poids du caisson – poussée d’Archimède exercée sur le caisson) > CS Fh

On peut assumer pour les coefficients:CFR = coefficient de frottement béton/rochers de l’embasement = 0,6 (BS pour «Smooth concrete»,

Shore Protection Manual, Japanese Standards) à 0,7 (BS pour «Rough concrete»),CS = coefficient de sécurité = 1,2 à 1,4 selon les normes.

La vérification au retournement peut être faite à partir des mêmes pressions, mais elle n’est presque jamais le problème principal).




Caisson « JARLAN » (brevet canadien des années 60) Digue du Port de Dieppe (Seine-Maritime)

Formule de Goda – Extension aux caissons perforés

En première approximation, la formule de Goda peut être utilisée également pour les caissons perforés, en assumant comme valeur de houle de projet HD :

HD (perforés) = [(1+ CR)/2] x HD (Goda)

avec CR = coefficient de réflexion (voir le graphique déjà présenté).




Formule de Saint Flou

Cette formule est utilisée pour vérifier la stabilité au glissement en cas de creux de vague devant le caisson (force vers la mer).

Si on se réfère aux symboles de la figure, on retrouve dans cette formule:h0= (π H D

2 /L) x coth (2 π hS/L) [ surélévation du niveau moyen de la mer, due à la houle]p1 = ρw g (HD – h0)p2 = ρw g / (cosh (2 π hS/L)

La force qui pousse le caisson vers la mer est FH = 0,5 x [(p1 x (HD - h0) + (p1 + p2) x (d - HD + h0)]



Digues verticales – Tanger MED

Digues en caissons perforés : Tanger MED

0 to -20m ZH: Digue à talus -20 to -35m ZH:

Caissons



Digues verticales – Tanger MED3. Les digues verticales


Digues verticales – Stabilité de la berme devant le caisson

Blocs en béton

On peut disposer immédiatement devant le caisson dans la zone la plus attaquée par la houle à cause de la réflexion) des blocs en béton de forme parallélépipèdique.

Néanmoins, ces blocs sont souvent soulévés par des sous-pressions. Dans les standards japonais, ils ont un trou circulaire au milieu (pour dissiper les sous-pressions), de section ~ 10% du bloc. La longueur de ces blocs est comprise entre 2,5 et 5 m, leur largeur entre 1,5 et 2,5 m et leur épaisseur est :

Ep = α x (d/hS) (-0,79) x HS

avec : α = 0,18 en section courante et = 0,25 au musoir.(source : Jensen & Oumeraci, 2004)

Vérifications de stabilité : berme devant le caisson

Enrochements naturelsPlus perméables, ils dissipent mieux les sous-pressions. Le poids nécessaire est donné (Tanimoto, en « Berm

Stability and Toe protection of Caissons Breakwaters», Oumeraci 1994) par :

W = {[ρR / [(ρR/ρW – 1) 3 x NS3]} x HD

3

où le coefficient de stabilité NS3 est donné par

NS3 = 1,3 x α + 1,8 x Exp [- 1,5 x α x (1 – K)]

α = [(1-K)/(K1/3)] x d/HsK = K1 x K2 avec K1 = (4πd/L) /sinh(4πd/L) et K2 = sin2(2πBb/L)

( Bb = larguer de la berme devant le caisson, d = profondeur devant le caisson, L = longueur de la houle )



Les transitions entre les 2 types de digueLa vérification au grand glissementLes déplacements


Les transitions

Transition entre la digue à talus et la digue en caisson

Exemples du complexe de Tanger Med

Tanger RoRo Tanger Med 1 Tanger Med 1

Tanger Med II



Situation: Séisme An=0.24gFmin: 1.00

F = 1.18

Hypothèses conditions non drainées:

Le coefficient de sécurité est de 1.18.

Le critère de stabilité en séisme (F=1.00) est vérifié.

Stabilité géotechnique section ME – Côté Mer

Grand glissement (1)

Ksar Sghir

Vérification au grand glissement par logiciel adapté



Grand glissement (2)

Mayumba



Grand glissement (3)1/ Calcul de la semelle comprimée sous l’action de la houle centennale

2/ Application de l’effort sur le soubassement

3/ Vérification de la stabilité au grand glissement

Substitution des argiles molles

Stockman



Déplacement (tassements ou après séisme)

Tanger Med


1/ Définition précise des sols (et d’un accélérogramme de séisme type)

2/ Calculs des déplacements (-> tassements àl’aide de formules ou logiciel adapté)3/ En dynamique pour les caissons : Mise en œuvre d’un modèle aux éléments finis type PLAXIS




ModModéélisation physiquelisation physique(STABILITE)(STABILITE)

Conception Portuaire – Modèles de stabilité :SOMMAIRE

1/ Les moyens de l’étude

2/ Construction des modèles

3/ Les instruments de mesure

4/ Les phénomènes étudiés

1. Les moyens de l’étude

Objectifs

Similitude

Comparaisons entre le 2D et le 3D

B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Modèles de stabilité 4

La modélisation physique (1)

La modélisation physique se réalise en :Canal à houle (2 dimensions - Houle frontale)Bassin à houle (3 dimensions)

Les modèles de stabilité sont incontournables dans le projet des digues pour :s'assurer de la tenue des ouvrages maritimes aux plus fortes houles pouvant les atteindre,vérifier la stabilité des points particuliers difficilement approchables par le calcul (butée de pied, carapace arrière, semelle anti-affouillements)mesurer les franchissements,(dans les digues verticales) mesurer les efforts.

Les échelles de réduction sont comprises :entre le 1/30 et le 1/60 pour des essais en canal,entre le 1/45 et le 1/80 pour des essais en bassin.

Les essais sont conduits en houle aléatoire. L'ouvrage est soumis à des paliers de houles de hauteurs croissantes jusqu ’à atteindre la houle de projet (tempêtes exceptionnelles, périodes de retour 50 à 100 ans)

Les modèles de stabilité sont l'outil idéal pour visualiser les problèmes hydrauliques sur les ouvrages maritimes et pour les mettre au point. Ils sont généralement utilisés au stade projet.

Modèles physiques Généralités et objectifs



La modélisation physique (2)

Construction d’un ouvrage en bassin

Similitude

La construction et la gestion des modèles physiques se basent sur le principe que les facteurs de réduction des paramètres principaux sont basés sur l’invariance du Nombre de Froude

(représentatif des forces gravitaires). De cette similitude, en découlent toutes les autres, présentées dans le tableau

)gL/V(

Q = V/T/L = L1.5Débit unitaire de franchissement

M = rL3 Force et poids

r, ajustée par la formule d’Hudson pour tenir

compte de l’utilisation d’eau douce

Densité

T = L/U = L1/2 Temps

U = L1/2Vitesse

V = L3Volume

S = L2Surface

L Longueur

Echelle de réductionParamètre



Modèles 2D et 3D

Modèle 2D en canalAvantages

Coût et délai inférieurs par rapport aux essais en cuve,Flexibilité : possibilité de modifier rapidement la section typique en fonction des résultats

obtenus,Mesure du franchissement très facile et fiable,Possibilité d’ échelles plus petites (moins d’impact des phénomènes de viscosité)

LimitesHoule seulement frontale,Impossibilité de tester des points singuliers (coudes, musoir,…),Impossibilité de reproduire une bathymétrie complexe.

Modèle 3D en bassinAvantages

Possibilité de tester des points singuliers (coudes, musoir,…) ainsi que de reproduire une bathymétrie complexe.

Possibilité de tester des houles obliques

LimitesCoûts et délais plus importants, Toute modification est plus lourdeRisques de réflexions parasites aux bords du bassin

Comparaison entre canal et bassin


La modélisation 2D (1)

Essais en canal

Ces essais, très fréquents, sont réalisés:

pour des structures où l’attaquede la houle est essentiellement frontale,

Pour des digues de taille moyenne, où les délais/budgets des études ne permettent pas le recours aux essais 3D,

Comme première étape d’une étude comprenant ensuite la finalisation en modèle en cuve

Pour des études systématiques(par exemple sur le comportement de nouveaux blocs de carapace)



Canaux à houle

Dimensions :41m de long, 1m et 1.20m de large.

Deux types de batteurs à houle différents.

1. Les moyens de l’étude La modélisation 2D (2)


La modélisation 3D (1)

Exemple d’attaque d’un musoir (en blocs CORE-LOCTM) par la houle

Etude de la tenue à la houle des singularités tridimensionnelles des

ouvrages : coudes, musoirs, transitions…

Etude de l’effet d’une houle oblique sur la stabilité (après l’analyse en houle

frontale généralement réalisée au préalable en canal).



Exemple d’éléments impliquant une modélisation 3D : présence d’un épi ou d’une contre-digue (avec présence de zone de focalisation/concentration de la houle), musoir.



Générateur multidirectionnel

Ouvrage étudié

Mesure houles

Essais en bassin



Essais en bassin

Caméra vidéo

Goulotte pour recueillir les débits de franchissement

Dans les tests à gauche, l’objectif était de vérifier la stabilité de la section courante et le franchissement.

Dans les tests en bas, on s’était concentré sur le musoir, filmé en continu.



Les bassins 3D (1)

Cuve de stabilité (plateforme tournante)



Les bassins 3D (2)

Bassins de stabilité



Les bassins 3D (3)

Bassin multidirectionnel


2. La construction des modèles

Construction des fondsConstruction des ouvrages


Les lignes bathymétriques

Construction des fonds

Exemple d’un modèle dans le bassin LHF



Les fonds

Construction des fonds

Exemple d’un modèle dans un bassin de stabilité



Les ouvrages (1)

Construction des ouvrages

Exemple d’une digue mixte modèle construite dans le bassin LHF




Exemple d’une digue à talus construite dans un bassin de stabilité

2. La construction des modèles Les ouvrages (2)



Cas des digues à talus avec une carapace monocouche : la pose des maquettes

2. La construction des modèles Les ouvrages (3)

3. Les instruments de mesure

Les sondesLes capteurs de pressionLes balances de mesure d’effortsLes mesures des franchissements


Les sondes

MESURE DES ONDES COURTES (MESURE DE LA HOULE)

Sondes capacitives + sondes directionnelles (courantomètres électromagnétiques)

SONDE CAPACITIVE

SONDE DIRECTIONNELLE

MESURES DES ONDES LONGUES (SET-UP, MAREE…)

Capteurs à ultrasons permettant une mesure précise des fluctuations lentes du niveau d’eau



CAPTEURS DE PRESSION

Les capteurs de pression (1)

233

2

Enrochements 1-3 T

Tout-venant

Enrochements 0.5-1 T

Sous-couche 50-200 KgSous-couche 50-200 Kg

+1.65m NH0.00m NH

-22.5

-35.0

Blocs en béton

+7.0

+5.0

-23.0

P2 P1

P9

P8

P6

P3

0.9

12.3

12.6

3.9 9.1 9.1 3.9

Exemple d’instrumentation d’un caisson vertical pour la mesure des pressions induites par la houle (sur la face exposée et la face inférieure)

concreteunits

rock underlayerrocks armouring the rubble foundation

rock underlayer

rocks armouring the rubble foundation



CAPTEURS DE PRESSION

P9

P8

P6

Pressure gauges

Vue côté mer

Exemple d’instrumentation d’un caisson vertical pour la mesure des pressions induites par la houle (sur la face exposée et la face inférieure)

3. Les instruments de mesure Les capteurs de pression (2)


-4.0

-3.0

-2.0

-1.0

0.0

1.0

2.0

3.0

4.01070 1072 1074 1076 1078 1080 1082 1084

-5

0

5

10

15

20

25

30

Fx (MN/m) FZh (MN/m) Ureel (MN/m) Fzpchambre MN/m Zcaisson + 2m (m)

Ascension maxi niveau paroi jarlan

1er pic Fx

Maximum de la sous-pression U

Vague entre +12 et +15m

Début de crête au droit des caissons

Attaque niveau paroi arrière

2d pic Fx

Maximum de Fzh

Pression sur dalle Pression sur mur arrière

Franchissements

U

Fx

Fz

Source SAIPEM

Source SAIPEM

3. Les instruments de mesure Les capteurs de pression (3)


BALANCE 3 COMPOSANTES POUR LA MESURE D’EFFORTS INTEGRES (EXTENSOMETRIE 2D)

Mesure précise des efforts s’exerçant sur les parois d’une digue verticale, sur un mur de garde, etc.

Port de Faratea (Polynésie Française)

Mesure des efforts sur le caisson

2005

La balance 3D3. Les instruments de mesure


Port de Bal Haf (Yemen)

2005

MESURE DES FRANCHISSEMENTS (MODELES 2D)COLLECTEUR

BASSIN DE RETENTION SUR BALANCE

Le franchissement(1)3. Les instruments de mesure


MESURE DES FRANCHISSEMENTS (MODELES 2D)

La mesure se fait généralement à la crête. Elle peut se faire à une certaine distance de la crête (sur un terre-plein) pour vérifier par exemple l’efficacité d’une couche drainante derrière le mur de couronnement.

Pourcentage de vagues franchissantes (overtopping rate) :Observation visuelle.% = Nombre de vagues franchissantes / nombre total de vagues

Débit moyen de franchissement (mean overtopping discharge) en litre/seconde/mètre linéaire (l/s/m) :

Mesure avec bac collecteur. Débit moyen de franchissement = volume de franchissement/durée de la mesure

3. Les instruments de mesure Le franchissement(2)


MESURE DU FRANCHISSEMENT (MODELES 3D)

Port de Torrevaldaliga (Italie)

2005

BACS COLLECTEURS CYLINDRIQUES ET POMPES

SONDE DE SURFACE LIBRE POUR LA MESURE DE L’AGITATION FACE AU QUAI

3. Les instruments de mesure Le franchissement(3)

4. Les phénomènes étudiés

Run Up / Run DownDéferlementFranchissementStabilité des carapaces (extraction, tassements d’ensemble)Talus interneButée de pied

Stabilité en phase travaux


Run up / Run down

Run-down

Run-up

Run-upRun-down

NM

Etude des principaux phénomènes hydrauliques intervenant dans l’interaction de la houle avec les ouvrages côtiers.



Le déferlement

Le déferlement

Déferlement sur l’ouvrage (sur le talus, sur la crête…)/franchissements

Déferlement devant l’ouvrage (limitation par les fonds de la hauteur de houle atteignant l’ouvrage).

Type de déferlement (conditionne le type d’attaque par la houle), lieu du déferlement, hauteur des vagues au déferlement…



Les franchissements

Lame verte (green water) :Lame épaisse, franchissements par déversement

Lame blanche (white water)

Les franchissements

Embruns (spray) sur la partie arrière de l’ouvrage



La stabilité des digues à talus

Cas des carapaces en enrochements (carapaces bi-couches)

• L’analyse sur modèle est généralement quantitative et consiste à compter le nombre d’enrochements déplacés de plus d’un diamètre nominal de leur position initiale dans le talus (displacements by more than Dn).

• L’analyse peut inclure les déplacements de moins d’un diamètre nominal (displacements by less than Dn).

• Certains enrochements peuvent se retourner sous l’action d’une vague (retournements = overturned rocks) et faire partie de l’une ou l’autre des catégories évoquées plus haut.

Stabilité des carapaces (1)4. Les phénomènes étudiés


• On notera que les oscillations n’ont d’intérêt que dans la mesure où elle sont annonciatrices de déplacements. Elles ne sont en général pas prises en compte dans l’analyse de la stabilité des carapaces en enrochements.

• Un autre type d’analyse consiste à s’intéresser à l’évolution en profil de la carapace (reprofilage de la carapace = reshaping of the armour layer), par visualisation à travers la vitre du canal (essais 2D) ou mesure de la surface d’érosion par levé du profil avant et après essai.

4. Les phénomènes étudiés Stabilité des carapaces (2)


Exemple d’évolution d’une carapace en enrochements, jusqu’à la ruine (1/3).

La stabilité des digues à talus









Exemple d’une carapace en blocs cubiques rainurés



Etat initial Etat final

Tassements et réarrangements de blocs dans le talus.

Basculement de blocs de crête

Chutes

Exemple d’une carapace en blocs cubiques rainurés



Exemple d’une carapace en blocs monocouche (ACCROPODETM II)









• L’analyse porte en général sur l’érosion du talus intérieur sous l’effet des franchissements.

Il s’agit surtout d’une analyse qualitative : on vérifie que le reprofilage du talus d’enrochements est suffisamment limité pour ne pas porter atteinte àla stabilité générale de l’ouvrage.

On vérifie en particulier

* que la sous-couche reste protégée ;

* que la stabilité du mur de couronnement reste assurée (voir pages suivantes).

• L’analyse peut également être quantitative et consister, comme pour la carapace du talus exposé, à dénombrer les enrochements déplacés ou àmesurer la surface érodée.

Cas du talus arrière en enrochements

Talus arrière (1)4. Les phénomènes étudiés


Avantl’essai

Aprèsl’essai

Exemple de dommages sur le talus arrière. Les dommages apparaissent dans la zone d’impact des franchissements. Les enrochements déplacés sont situés au-dessus du niveau d’eau. Les enrochements sous l’eau sont protégés des impacts.

4. Les phénomènes étudiés Talus arrière (2)


Les enrochements de la berme de crête et les blocs carapace sont déplacés vers l’arrière sous le mur.

Exemple de ruine provoquée par l’instabilité du talus arrière

Erosion du talus arrière, afouillementdu couronnement, basculement du mur.

1

2

3



Vue de dessus, avant et après l’essai.

Exemple de ruine provoquée par l’instabilité du talus arrière



Glissement de la carapace avec apparitions de vides

Déstabilisation de la butée par desaffouillements

Glissement de la carapace avec apparitions de vides

• L’importance de la butée de pied est illustrée sur les figures suivantes. Ces figures montrent l’affaissement de la carapace dû à la déstabilisation de la butée par affouillement et/ou par la houle.

Butée de pied (1)

Cas de la butée de pied



• Comme dans le cas d’une carapace en enrochements, l’analyse sur modèle de la stabilité de la butée de pied est généralement quantitative et consiste à compter le nombre d’enrochements déplacés de plus d’un diamètre nominal de leur position initiale dans la butée (displacements by more than Dn).

• Un enrochement déplacé de plus de Dn est un enrochement en général extrait (extracted rock) de sa position initiale dans la butée et peut :

* rester dans la butée (displacement within the toe berm) ;

* chuter (fall, rock removed out of the toe berm) vers la semelle ou les fonds marins ;

* être projeté vers la carapace (toe rock ejected/projected to the armourlayer), phénomène important car pouvant conduire à la casse des blocs carapace.

Cas de la butée de pied

4. Les phénomènes étudiés Butée de pied (2)


• L’un des critères généralement utilisés est qualitatif : on vérifie que les déplacements d’enrochements de butée sont suffisamment limités pour que la butée continue à jouer efficacement son rôle de support de la carapace.

On vérifie notamment que le reprofilage de la butée (reshaping/flatteningof the toe berm) est limité et que la zone érodée en haut de butée n’atteint pas le pied de la carapace.

On vérifie également qu’il n’y a pas de projections d’enrochements de butée vers la carapace (en particulier dans le cas de carapaces en blocs artificiels).

On notera que des enrochements déplacés, mais restés dans la butée, peuvent continuer à jouer un rôle de butée, à participer à la masse d’enrochements de butée.



Aprèsconstruction

En fin de série d’essais

Exemple d’évolution d’une butée stable.



Exemple d’évolution d’une butée instable.

En fin de série d’essais

Aprèsconstruction



Les études de digues à talus sur modèle physique peuvent inclure des essais en phase travaux.

L’appréciation de la stabilitéde l’ouvrage ne s’établit généralement pas selon les mêmes critères.

Pour le noyau on cherche en général le Hs à partir duquel on ne peut plus construire.

Exemple d’évolution d’un noyau de digue à talus non protégé.

Reprofilage du tout-venant.

Mise en évidence du profil final : zoned’érosion et zone d’accumulation du

matériau érodé.

1

2

3

STABILITE EN PHASE TRAVAUX

4. Les phénomènes étudiés La phase travaux (1)


Direction de la houleVue de dessus

1 2 3

4. Les phénomènes étudiés La phase travaux (2)




Typologie des quaisTypologie des quais

Conception des quais et des terminaux portuaires: SOMMAIRE

1. Typologies des structures d’accostage et critères de choix

2. Les actions à prendre en compte

• Les forces agissant sur un navire et l’impact d’un navire sur le quai

• Les autres actions

3. Les dispositifs d’amarrage3. Les amarres

4. Les défenses

4. Les états limites à vérifier

1. Typologies des structures d’accostage et critères de choix

� Comme pour les digues, pour les structures d’accostage aussi il existe plusieurs typologies structurelles

� On peut distinguer d’abord les appontements à structures isolées (pour des tankers et gaziers) et les quais à paroi continue, ayant une fonction de soutènement du terre-plein à l’arrière, pour des conteneurs, marchandises diverses et la plupart des vraquiers solides)

� Pour les appontements à structures isolées (Ducs d’Albe) le choix est limité entre une structure sur pieux (la plus répandue) et une structure en caissons

� Pour les quais à paroi continue la variété de structures est bien plus importante : nous ferons donc référence à ce type d’ouvrage, pour pouvoir mieux explorer la diversité des typologies structurelles.

DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Typologie des quais 4 B. Bailly

Typologies des structures d’accostage et critères de choix (1)

Quai à paroi continue

Les quais massifs� Les quais en blocs de béton superposés� Les quais en caissons de béton armé

Les quais préfabriqués en béton armé

Les quais en soutènement plans� Les quais en rideaux de palplanches à module� Les parois moulées en béton armé

Les quais en gabions de palplanches

Les quais sur pieux

Postes à structures isolées

« Ducs d’albe » en caissons de béton armé

« Ducs d’albe » sur pieux

Typologies structurelles principales des structures d’accostage

1. Typologie des structures



Les quais massifs en blocs de béton superposés� Historiquement très répandus� Adaptés pour

� Des profondeurs < 12 à 15m� Des chantiers avec contraintes en moyens

� Avantages : � Réalisation relativement facile et possible avec des

moyens de chantier conventionnels,� Durabilité (pas de structures métalliques)

� Problèmes à considérer :� Conditions géotechniques,� Charges importantes sur le terre-plein� « Lenteur » relative d’exécution

Quai d’armement de La Ciotat

Constanza (Roumanie)Quai en blocs évidés




Les quais massifs en caissons en béton armé

� Actuellement très répandus� Adaptés pour

� Des profondeurs > 10m, en pratique sans limites supérieures

� Des chantiers avec grands moyens (ponton spécial, ou bassin de fabrication avec écluse, ou bassin avec cale de halage)

� Avantages : � Réalisation très rapide,� Possibilité d’absorber des

charges très importantes

� Problèmes à considérer :� Conditions géotechniques,� Organisation du chantier� Disponibilité des fonds (non

adaptés pour un port dragué vers l’intérieur)

Quai minéralier de Fos




Méthodes de construction des caissons

� A sec (dans des bassins équipés d’écluse )� A sec, (photos à droite) dans des bassins avec des

rampes sur rails ou des SYNCROLIFTS, adaptés àau halage du caisson

� Avec des pontons spécialisés (voir la page suivante)

� Avec des plateformes fixes spéciales (voir photo en bas)

Solution à sec avec Syncrolift pour le halageSolution avec plateforme fixe




Solution avec pontons spécialisés

Phases de réalisation (le ponton est utilisé jusqu’à ce que le caisson soit assez stable en flottaison pour

être remorqué au site définitif)




Remplissage hydraulique des caissons sur place, digue du port de Voltri

(Genova)

Remorquage du caisson en flottaison et remplissage hydraulique

Quai conteneurs de Havre port 2000




Les quais préfabriqués en béton armé� Plutôt rares� Adaptés pour

� Des profondeurs < 14m� Des chantiers avec moyens spécifiques et

très bonne organisation

� Avantages :� Rapidité d’exécution,� Possibilité de « normaliser » l’exécution

pour d’autres quais

� Problèmes à considérer : � Conditions géotechniques,� Charges importantes sur le terre-plein,� Joints délicats entre deux éléments

Schéma d’un quai réalisé au Maroc, à Nador




Les quais en rideaux de palplanches à module � Adaptés pour

� Des profondeurs et des charges non exceptionnelles� Une exécution à sec (avec dragage programmé après l’achèvement de la structure du quai)

� Avantages :� Rapidité d’exécution (palplanches battues) et économie

� Problèmes à considérer :� Conditions géotechniques,� Charges importantes sur le terre-plein,� Protection contre la corrosion de l’acier

Quai commercial à Hong Kong




Les quais en parois moulées en béton armé� Adaptés pour

� Toute profondeur et toute charge� Une exécution à sec (avec dragage programmé après l’achèvement de la structure du quai)

� Avantages : � Rapidité d’exécution et économie� Possibilité d’accueillir les plus grands navires (terminaux conteneurs)� Extrêmement répandus dans les extensions des grands ports du Nord de l’Europe

� Problèmes à considérer : � Conditions géotechniques, protection contre la corrosion de l’acier (moins problématique que

pour les quais en palplanches)

Quai des Flandres à Dunkerque




Les quais en gabions de palplanches� Adaptés pour

� Profondeurs et charges « moyennes »� Une réalisation en mer

� Avantages : � Economie, surtout dans des zones où le béton est cher� Possibilité d’accueillir les plus grands navires (terminaux conteneurs)� Extrêmement répandus dans les extensions des grands ports du Nord de l’Europe

� Problèmes à considérer : � Conditions géotechniques� Protection contre la corrosion de l’acier

Quai Conteneurs à Fos




Quai Conteneurs à FosLe quai en cours d’exécution




Les quais en pieux� Adaptés pour

� A priori toute condition de profondeur et toute charge� Des conditions où la réduction de l’agitation résiduelle est importante

� Avantages :� La structure en pieux est idéale pour les structures d’accostage des postes isolés (tankers et

GNL)� Possibilité d’accueillir les plus grands navires� Possibilité de s’adapter à toute condition géotechnique

� Problèmes à considérer : � Coûts locaux des enrochements naturels� Délais d’exécution

Quai Montoir à Nantes




Quai Montoir à Nantes




Les structures d’accostage d’un poste pour tankers ou navires méthaniers, qui n’ont pas besoin de contenir un terre-plein à l’arrière, sont très souvent réalisées en pieux.

(« Ducs d’Albe » ou «Dolphins», liés par des passerelles

piétonnes)

Plateforme de chargement -déchargement


2. Les actions à prendre en compte

� 2.1/ Les forces agissant sur un navire -> s’appliquant ensuite au quai

� 2.2/ Les autres actions

2.1. Les forces agissant sur un navire et l’ impact d’un navire sur le quai

� Les charges à considérer pour le dimensionnement d’un quai sont de différents types :

o Charges verticales qui agissent sur le terre-plein (ponctuelles et distribuées), transmises par le terrain derrière le quai. L’évaluation de cette action est du ressort de la géotechnique, et elle n’est pas traitée dans ce cours.

o Forces directes dues à la houle d’origine météorologique (souvent faibles àl’intérieur d’un port, mais qui peuvent être déterminées avec les mêmes méthodes que celles vues pour les digues verticales),

o Forces dues aux vagues générées par le passage des navires,o Action de l’hélice (« propeller jet ») qui s’exerce surtout sur les fondations des quais,o Forces exercées par le navire, sur les défenses et sur les points d’amarrage à

travers les amarres o Forces d’impact d’un navire à l’accostage. Très souvent dimensionnantes, elles

font l’objet de ce chapitre

� Pour déterminer les 2 derniers types d’efforts, il faut connaître les forces exercées sur le navire par les composantes environnementales

� Les remorqueurs et (si disponible) le propulseur d’étrave sont essentiel pour contrebalancer ces forces en phase d’accostage


Actions liées aux facteurs environnementaux

Les actions des facteurs environnementaux sur le navire(voir module sur les notions préalables)

Le vent L’action du vent peut être décomposée en action statique (vent constant ou de faible variation d’intensité et direction ) et action dynamique (rafales, pointes d’intensité et changements de direction)

2. Actions liées aux navires

Le courant L’action du courant est normalement négligeable dans le cas de navires amarrés dans un bassin portuaire, alors qu’elle peut être dimensionnant pour les postes situés dans des baies à marée ou le long des estuaires (exemple : Port de Saint Nazaire).

La houleIl faut distinguer • les vagues et houles de « courte » période (entre 5 et 20 s) qui sont dissipées en grande partie par les brise-lames, et • les houles « longues », de période entre 30 s et quelques minutes, qu’on peut très difficilement dissiper, et qui peuvent induire des phénomènes de résonance dans le bassin portuaire et dans les navires amarrés.

Ces actions sont de caractère dynamique, les effets dépendent de l’interaction avec l’ensemble navire/système d’amarrage, que seul un modèle mathématique peut calculer d’une manière fiable


Forces exercées par le navire sur le quai (1)

Les forces exercées sur les structures par un navire à poste

Les forces transmises par un navire amarré sur les structures portuaires traduisent (àtravers la dynamique complexe de l’ensemble navire/système d’amarrage) l’action des facteurs environnementaux auxquels le navire est soumis.

Nous pouvons distinguer :

� la poussée sur les défenses,� les tensions dans les lignes d’amarrage

Les deux actions ont un caractère « oscillatoire » et dynamique.

Les défenses absorbent l’énergie de poussée en se comprimant, et transmettent à la coque du navire une force égale à celle reçue (et transmise au quai sur lequel elles sont installées).

Les lignes d’amarrage – qui sont souvent mises en pré-tension par des treuils situés sur le pont du navire au début des opérations, pour réduire les mouvements du navire – sont sollicitées par les actions dynamiques des facteurs environnementaux qui agissent sur le navire, et transmettent leur tension sous forme de forces agissant sur les points de liaison avec les postes (bittes ou crocs d’amarrage)



0

1

0°10°

20°30°

40°

50°

60°

70°

80°

90°

100°

110°

120°

130°

140°150°

160°170°

180°190°

200°210°

220°

230°

240°

250°

260°

270°

280°

290°

300°

310°

320°330°

340°350°

Vw = 15m/s

Vc = 1.3m/s

H = 2.85m 8s

Forces transmises par le navire aux structures (1)

Un modèle d’amarrage (voir dans les figures qui suivent l’exemple de SHIPMOORINGS, déjà cité lors du cours « Planification portuaire ») est un outil essentiel pour calculer – pour des sollicitations dynamiques de houle irrégulière , vent et courant - les forces exercées par le navire amarré sur les lignes et sur les défenses.Les forces qui s’exercent sur les structures d’amarrage (ducs d’Albe ou bittes d’un quai continu) sont données par la somme des forces dans les lignes accrochées à ce point.

= forces sur les défenses = forces sur les structures d’amarrage ( = Σ tensions des lignes liées au croc de la structure)

Les modèles du navire à l’amarrage-> Requalification d’un quai

Forces exercées par le navire sur le quai (2)2. Actions liées aux navires


0

1

0°10°

20°30°

40°

50°

60°

70°

80°

90°

100°

110°

120°

130°

140°150°

160°170°

180°190°

200°210°

220°

230°

240°

250°

260°

270°

280°

290°

300°

310°

320°330°

340°350°

Forces transmises par le navire aux structures (2)

= forces transmises par l’intermédiaire des défenses= max de l’effort transmissible

= forces sur les structures d’amarrage = Σ tensions de rupture des lignes par point d’amarrage

En pratique pour les quais neufs

Forces exercées par le navire sur le quai (3)2. Actions liées aux navires


La force due à l’impact d’un navire à l’accostage

La force exercée par le navire à l’accostage sur les défenses dépend principalement de sa vitesse et de l’angle d’accostage, en plus, évidemment, des dimensions du navire.Les vitesses d’accostage dépendent de la facilité ou de la difficulté de l’approche, de l’exposition du poste et de la taille du navire. Le guide de vitesses d’accostage le plus largement utilisé est le graphique de Broesma approuvé entre autres par l’AIPCN et les British Standards.

Accostage difficile, exposé

e

Accostage normal, exposé

d

Accostage facile, exposé

c

Accostage difficile, abrité

b

Accostage facile, abrité

a

Forces exercées par l’accostage du navire (1)2. Actions liées aux navires


Calcul de la force d’impact d’un navire à l’accostage

Accostage latéral sur un quai rectiligne ou sur un duc d’Albe

EN = 0,5 x MD x VB2 x CM x CE x CS X CC

• EN = Energie d’impact• MD = Déplacement du navire de projet (tonnes)• VB = Composante orthogonale au quai de la vitesse d’accostage• CM = Coefficient de masse ajoutée• CE = Coefficient d’excentricité• CS = Coefficient de souplesse de la coque• CC = Coefficient de configuration du quai

Accostage sur l’arrière d’un ro-ro

EN = 0,5 x MD x V2

• EN = Energie d’impact• MD = Déplacement du navire (tonnes)• V = Vitesse d’accostage



Coefficient de masse ajoutée

Il estime la masse d’eau entraînée par le navire lors d’un déplacement latéral, qui accroît la masse totale en contact avec la défense.

La méthode Vasco Costa est communément employée :

CM = 1 + (2 x TE)/B

avec TE = tirant d’eau et B = Largeur du navire.

Source : AIPCN, Guide de conception des défenses, 2004.

Coefficient de configuration du quai

Il tient compte de l’effet d’amortissement procuré par la masse d’eau retenue entre le navire et le quai. Les valeurs adoptées sont

CC = 1 pour• angles d’incidence > 5°et/ou • clair sous quille > 0,5 x TE et/ou• structures ouvertes (Ducs d’Albe en pieux)

CC = 0,8 pour structures fermées (quai vertical) CC = 0,9 pour structures semi ouvertes (quai en pieux et talus en enrochements)

Source : FENTEK, Défenses et systèmes d’accostage, 2001



Coefficient d’excentricité

(°) L’ angle d’accostage doit être < 10°

Le coefficient de bloc CB = MD/(LBP x B x TE x ρEAU)Valeurs typiques de CB sont:

• Pétroliers = 0,85,• Cargos à marchandises diverses et Vraquiers = 0,72 – 0,85• Porte conteneurs = 0,60– 0,80• Ro-ro = 0,70 – 0,80• Navires à passagers et ferries = 0,55 – 0,65

Source : AIPCN, Guide de conception des défenses, 2004.

Source : FENTEK, Défenses et systèmes d’accostage, 2001



Coefficient de souplesse de la coque

Il permet de prendre en compte l’énergie absorbée par la déformation élastique de la coque. Les valeurs adoptées sont:

CC = 1 pour défenses souples et navires moyens/petitsCC = 0,9 pour défenses rigides et grands navires (typiquement les grands tankers)Source : AIPCN, Guide de conception des défenses, 2004.

Energie opérationnelle EO et énergie anormale EA

Deux types de vérifications de la stabilité des structures d’accostage, soumises à l’impact des navires, sont recommandées:

� Vérification pour des conditions opérationnelles. Elle fait référence aux vitesses des courbes de Broesma et à un angle d’accostage de 5°ou 6° (mais des valeurs plus précises peuvent être déterminées lors d’une étude avec simulateur mathématique). On appliquerait alors pour les vérifications des structures les coefficients de sécurité usuels;

� Vérification pour des conditions anormales (pour lesquelles on pourra appliquer pour les vérifications des structures un coefficient de sécurité proche de 1). Elles tiennent compte de différentes raisons (avarie machine ou remorqueurs, erreur humaine, variation soudaine de la météo). Les normes (AIPCN, 2004) recommandent EA = KA x EO, avec

• KA = 1,25 (grands) à 1,75 (petits) pour les tankers et les vraquiers • KA = 1,50 (grands) à 2,0 (petits) pour les porte conteneurs • KA = 1,75 (petits) pour les navires à marchandises diverses• KA = 2 pour les ro-ro et les petits navires



Forces dues au passage d’un autre navire- Vague d’étrave (1)

Ces facteurs, normalement négligeables à l’intérieur d’un bassin portuaire, où la vitesse des navires ne dépasse pas 2-3 nœuds, sont en revanche à prendre en compte pour des postes situés le long d’un chenal (ex.: dans un estuaire) que les navires peuvent négocier à des vitesses supérieures (6 à 8 nœuds).

Houle et courant provoqués par le passage des navires

Sketch CUR page 4-72

L’action de la houle et des courants générés par les navires



Vague d’étrave (2)

Plage de l'ArinellaProfil de propagation d'une vague d'etrave : H=1.0m, T=4.5s

-3.0

-2.5

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

560 570 580 590 600 610 620 630 640 650

Distance (m)

Hau

teu

r (m

) �Personnage de 1.30m environ

Cote des fonds

Niveau d'eau

Creux de vague

Crête de vague

Cote des fonds

Niveau d'eau

Creux de vague

Crête de vague

Plage de l'ArinellaProfil de propagation d'une vague d'etrave : H=0.6m, T=3.2s

-3.0

-2.5

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

560 570 580 590 600 610 620 630 640 650

Distance (m)

Hau

teu

r (m

) �Personnage de 1.30m environ

Ferry V = 8 nds

Vague d’étrave à la cote

E

N

S

O

Kelvin envelope

35.3°

Ferry V > 15 nds

• Sécurité ?

• Agitation

• Impact sédimentaire

• Pb d’amarrage

Fréquence de passage



Action du courant d’hélice (1)

Cette action est particulièrement critique pour les navires ro-ro et les ferries, qui utilisent le moteur au maximum pour maîtriser leur arrêt au quai et leur départ. Les remorqueurs aussi peuvent créer des dégâts.Peu de problèmes en revanche – normalement - pour les autres navires, dont le jet de l’hélice est longitudinal au quai.Pour contraster cet effet (qui peut aller jusqu’à une érosion déstabilisante du pied de quai) des importantes protections en enrochements peuvent se révéler nécessaires.

Courant provoqué par l’hélice (« Propeller jet ») - A

La vitesse initiale du courant sur l’axe de l’hélice est exprimé par

U0 = 1,15 x [PKW/D0]0,33

où D0 = 0,7 x DP, et des valeurs typiques de PKW et DP sont données dans le tableau.

Source : H. Verhej, Delft Hydraulics, 1985

2 m1 5001 500Remorqueur

6 m1 500Appliqué vers le quai,qui est dans ce cas à

l'arrière du navire, sur son axe

15 000Ro-ro

9 m5 000Mais appliqué sur l’axe du navire, donc sans

impact sur le quai

50 000Porte conteneurs

Diamètre hélice DPPuissance appliqué au départ du quai PKWPuissance disponibleKW

Navire



Un fois déterminée l’intensité des actions � U = courant de jet, � Hs et T, houle provoquées par le navireon peut déterminer la taille des enrochements nécessaires à protéger le pied du quai ou la berge, par - la formule d’Isbash pour la résistance au courant:

D50 ≥ 1,3 x U2 / (gΔk)

- et celle de Pilarczyk pour la résistance à la houle:

D50 ≥ HS x √ξ / (2,25 x Δ)

avec• Δ = (γrochers/γeau-1)• k = cosα x (1 – tan2α/tan2αN)0,5

• α = pente du talus• αN = pente naturelle (/tan2αN = 0,42 pour du gravier, = 0,7 pour des rochers);• ξ = 1,25 x (T/√HS) x tan α

Courant provoqué par l’hélice (« Propeller jet ») - B

La vitesse du courant à des distances X le long de l’axe et R transversale à l’axe est donnée par

UX MAX = U0 x (2 x 0,18 x X / D0)-1

UX R = UX MAX x exp [-15,4 x (R/D0)2/ (X/DO)2]

Source : H. Verhej, Delft Hydraulics, 1985

X

R

Source : AIPCN, Supplément au bulletin n°57, 1987

2. Forces agissant sur les navires Action du courant d’hélice (2)

2.2. Les autres actions transmises aux quais

� Efforts d’accostage (1) (voir chapitre suivant)

� Efforts d’amarrage (2) (voir chapitre suivant)

� Poussée des remblais (2’)

� Poids propre (4)

� Engins de manutention (5)

� Charges sur le terre plein (6)


Actions du terrain et hydrostatique2. Autres actions transmises

Actions hydrostatiques

γw*Z1

Z1

Z2

γw*Z2

h

K * γt * h

Actions du terrain


Actions dues aux surcharges2. Autres actions transmises

Surcharge d’outillageSurcharge de stockage

H

b

a

24

φπ +

φ

q

K * q

• Comportement aux vents (service / extrême)

• Combinaisons spécifiques

3. Les dispositifs d’amarrage

� Les dispositifs d’amarrage d’un navire au poste peuvent inclure:- Les défenses entre le navire et le poste,- Les câbles ou lignes d’amarrage reliant le navire au poste,- Les bollards ou autres points fixes d’amarrage à quai,- Des crochets ou des crocs à largage rapide sur les ducs d’Albe d’amarrage,- Les défenses entre le navire et le poste,- Des treuils ou des bollards d’amarrage à bord.

� Parmi ces dispositifs, les défenses, situées entre la coque du navire et l’ouvrage du quai ou poste, jouent un rôle très important tant au moment de l’accostage qu’en ce qui concerne les conditions d’amarrage. Elles font donc normalement l’objet d’un double dimensionnement.

� Les autres dispositifs sont sélectionnés et conçus avec le seul (mais essentiel) objectif de conditions d’amarrage sûres et efficaces.


Les dispositifs pour l’accostage et l’amarrage d’un navire (1)

Les défenses à quai

Le premier rôle des défenses est d’amortir l’impact du navire contre le quai lors de l’accostage, le deuxième est celui d’amortir les impacts d’ordre oscillatoire provoqués sous l’action de la houle et des rafales de vent par le navire amarré.Dans les deux cas les défenses doivent générer des contraintes maîtrisées et connues.

Les défenses sont caractérisées par deux valeurs principales qui sont :

• l’absorption d’énergie (ou la capacité à stopper le navire en mouvement) et

• la réaction, ou l’ensemble des efforts engendrés durant leur compression (et transmis tant à la coque du navire qu’à la structure du quai)

Le diagramme ci-contre montre les courbes typiques réaction/déflexion et énergie/ déflexion pour une défense de type tronconique.

Objectifs

Les défenses doivent rester dans des valeurs de déflexion > 55%




Les défenses à quai - Critères pour la disposition géométrique

> 1.05 L

L> 1,05 x LOA

0,25-0,4

LS

0,25-0,4

LL

Quai rectiligne, critère générique

Ducs d‘Albe sur le côtéd’un poste ro-ro

Ducs d‘Albe pour un poste tankers




La figure montre les différentes courbes réaction/déflexion des principaux types de défenses. A part les défenses en bois, limitées aux petits ports, le corps de tout type de défense est en caoutchouc.Les défenses à déformation sont les défenses utilisées pour les postes des navires les plus importants, et comprennent des défenses de type tronconiques, cylindriques, à V ou trapézoïdales, toutes équipées d’un bouclier.

Les défenses à quai - Critères pour la sélection




Défenses flottantes

Défenses cylindriques • les défenses cylindriques sont simples àinstaller, mais elles sont soumises à une usure importante. En plus, elles absorbent moins d’énergie que les défenses àdéformation pour la même réaction,

• les défenses flottantes ou pneumatiques, ont une réaction sur la coque relativement basse, mais une énergie absorbable limitée à 200-300 tm. Elles sont utilisées pour des installations temporaires




Défenses trapézoïdales ou à V (en vertical à droite – en horizontal en bas) avec bouclier

• le bouclier (non indispensable dans les défenses trapézoïdales) grâce à son coefficient de frottement très bas (μ= 0,10 à 0,15 pour un bouclier d’acier recouvert de PE-UHMW) permet de réduire les forces de cisaillement appliquées au quai• ces défenses sont très fiables, et très répandues dans les quais rectilignes des grands terminaux conteneurs




Défenses tronconiques (ou cylindriques) avec bouclier

• ces défenses sont désormais devenues le standard pour les grands terminaux tankers et méthaniers• la facilité de la mise en oeuvre en vertical (deux défenses sur le même bouclier) les rend particulièrement adaptées en cas d’excursion de marée importante• pour dimensionner le bouclier, voir les pressions admissibles

Pressions admissibles sur la coque

< 300 KN/m2< 150 000 tplTankers

150-200 KN/m2

VLCC (> 200 000 tpl)

< 200 KN/m2Gaziers et vraquiers

< 400 KN/m2> 20 000 tpl

400-700 KN/m2

< 20 000 tplGeneral cargo

< 400 KN/m2> 7000 EVP

< 250 KN/m25 000 – 6 000 EVP

< 300 KN/m23 500 – 4 500 EVP

< 400 KN/m21 000 – 3 000 EVPPorte conteneurs

Source : AIPCN, 2004




Les lignes d’amarrage

Les lignes d’amarrage sont les éléments les plus importants pour maîtriser les mouvements des bateaux à poste. On distingue 3 groupes de câbles d’amarrage

1. Amarres de garde (utilisées pour contrôler le cavalement et garder le bateau dans une position fixe le long du quai)

2. Amarres traversières (utilisées pour réduire les mouvements d’embardée et lacet)3. Amarres de pointe (utilisées en complément des autres, surtout lors d’actions longitudinales

du vent et du courant)

Amarres de pointe

Amarres de garde

Amarres traversières

Terminal méthanier de Fos 2




Il existe de nos jours une large gamme de lignes d’amarrage :• Amarres en fibre naturelle (les câbles traditionnels, peu résistants à l’abrasion et ayant une durée

de vie limitée) • Amarres en fibres synthétiques (désormais d’usage courant, en nylon ou polypropylène, très

résistants et relativement légers – communs pour les porte conteneurs)• Amarres en acier (pas coûteuses et durables, mais trop rigides – voir la figure - et sujettes à la

rupture)• Amarres mixtes acier/fibres synthétiques (particulièrement utilisées pour l’amarrage de grands

pétroliers et méthaniers).




Systèmes de fixation et mise en tension

Bollards (quais rectilignes)

Crocs à largage rapide (QRMH, Quick Release MooringHooks) pour les ducs d’Albe, jusqu’à 4 lignes pour chaque QRMH. Sécurité en plus contre la rupture de lignes

Critères pour le charges admissibles minimales des points de fixation• Navires entre 20 000 et 50 000 tonnes (déplacement) � 80 tonnes• Navires entre 50 000 et 100 000 tonnes (déplacement) � 100 tonnes• Navires entre 100 000 et 200 000 tonnes (déplacement) � 150 tonnes• Navires > 200 000 tonnes (déplacement) � 150 tonnes

Source : BSI, part 4, 1994




Critères pour la disposition des amarres - Généralités

•Tension maximale acceptable = 55% de la tension de rupture,

• Pour les queues en matériaux synthétiques, il est recommandée une longueur d’environ 10 m, et de limiter la tension de travail à < 45% de la tension de rupture

• Pré tension < 10% de la tension acceptable donnée par les treuils à bord : voir la figure)

• Dans les amarres mixtes, la tension acceptable de la «queue» en synthétique (soumise à plus de manipulations) doit être 20 à 25% plus importanteque celle de la partie en acier.

Critères opérationnels de projet

• En général, les câbles doivent être repartie symétriquement par rapport au centre de gravitédu navire.• Les câbles du même groupe doivent avoir la même typologie.

Sources: British Standards (« Part 4 – Code of practice for design of fendering and mooring systems», 1994 ») et OCIMF (OilCompanies International Marine Forum): « Mooring Equipment Guidelines », 2002




Angle vertical maximum(toujours pour un navire lège

en en basse marée) = 25°

Longueur minimale d’une ligne (souvent pour niveau moyen de la mer) = 25m

Niveau bas de marée

Niveau moyen

Niveau haut

Critères pour la disposition des amarres – Disposition verticale

Critères pour la disposition des amarres – Disposition horizontale

• Pointe : angle avec la perpendiculaire au navire = 15 à 25°pour un poste « isolé », (voir la figure à la page 6) mais jusqu’à 45 °pour un poste le long d’un quai rectiligne, ou la contrainte devient le croisement des lignes des postes avoisinantes (voir la figure à la page précédente)• Traversière : angle avec la perpendiculaire < 15°• Garde : angle avec le front du quai < 10°

Des angles négatifs (à évaluer en basse marée et avec navire en pleine charge) sont à éviter, à cause

de la friction entre les amarres et le bord du quai



Assistance à l’amarrage

Mooring Load Monitoring System (MLMS)

Quick Release Mooring Hook


4. Etats limites à vérifier

� Mur poids

� Ecrans de soutènement

� Quais sur pieux


Mur poids4. Etats limites à vérifier


Ecrans de soutènement4. Etats limites à vérifier

• Attention aux tirants et à la liaison avec les rideaux


Quai sur pieux

• Attention au frottement négatif en cas de sols compressibles

• Attention à la poussée latérale des terres (participe au flambement)

4. Etats limites à vérifier

Documents

Dpdpm Formation Marituime Sept 2010 Part 2 Conception Portuaire