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Dynamique des processus marins sur les houles
Les hauteurs significatives, les périodes moyennes, les directions et l’énergie en haute mer des houles vont être modifiées par les processus marins qui vont intervenir au cours de leur propagation vers le rivage.
La réflexion : Lorsque des vagues rencontrent un obstacle ou progressent au-dessus d’un fond fortement variable, elles sont réfléchies, en partie ou en totalité. La réflexion est bénéfique au large où, au contact de la remontée des fonds marins, elle produit une atténuation de la puissance des vagues.
La réflexion de la houle devient gênante lorsqu’elle engendre, dans les bassins abrités, des zones de concentration d’énergie. Si les variations de la bathymétrie sont importantes, des effets de réflexion peuvent fortement contribuer à réduire la hauteur des houles se dirigeant vers le rivage. Des fonds ondulés provoquent par exemple une forte réflexion de l’énergie des vagues.
Il est difficile de remédier aux inconvénients engendrés par la réflexion de la houle, qui peut entraîner une forte agitation voire, dans certain cas, des phénomènes de seiches.
La réfraction : La réfraction des vagues est une figure essentielle du comportement de la houle en zone côtière. Elle caractérise les changements de direction et de vitesse, qui interviennent lorsque la houle traverse une zone bathymétrique variable et hétérogène, ou en présence d’un courant marin. En effet, la vitesse de propagation diminue avec la profondeur d’eau. En zone côtière, les variations bathymétriques sont faibles, alors la houle sera donc réfractée. Ce qui entraîne une modification de l’angle d’incidence des houles.
Comportement des houles au contact de l’ouvrage
Les principaux comportements des houles au contact de l’ouvrage sont caractérisés par le « run-up », le « run-down » et le débordement.
Le « run-up » : L’action de la houle sur un talus entraine une oscillation de la surface de l’eau sur une étendue verticale généralement plus importante que la hauteur de la houle incidente . En effet pour la conception, le niveau du « run-up » Ru peut être utilisé pour déterminer le niveau de la crête d’un ouvrage, la limite supérieure de la protection et d’autres éléments structurels de l’ouvrage. Il peut aussi servir d’indicateur de franchissement ou de transmission de la houle.
Le « run-down » : Le niveau d’eau le plus bas atteint par la houle sur un talus est appelé run-down noté (𝑅𝑑). Il est défini verticalement par rapport au niveau de l’eau au repos et sera positif s’il est inférieur au niveau de l’eau au repos. Le niveau du Rd est souvent utilisé pour déterminer l’étendue inferieure de la carapace.
Le franchissement : Si le niveau maximum du run-up dépasse la hauteur de la crête, l’ouvrage va être franchi . Cela peut se produire pour un nombre relativement faible de vagues pendant la tempête de dimensionnement et un faible taux de franchissement peut souvent être accepté sans que cela n’entraîne de graves conséquences pour l’ouvrage ou la zone à protéger. Lors de la conception des ouvrages hydrauliques, le franchissement sert souvent à déterminer le niveau de la crête en garantissant que le débit franchissant moyen spécifique (m³/s/ml) reste inférieur à des limites acceptables dans les conditions de dimensionnement.
Les brise-lames
Les brise-lames sont des ouvrages de protection des côtes qui interfèrent avec les processus côtiers comme l’érosion. Leur érection est une méthode de protection dure du rivage.
Aujourd’hui, les brise-lames sont essentiellement construits comme des digues à talus en enrochements de forme trapézoïdale. Ils sont pourvus d’un noyau en tout venant de carrière et sont éventuellement munis de géotextiles. Les carapaces en enrochements peuvent être plus ou moins arrangées.
Rôle et fonctionnement : L’objectif principal d’un brise-lames est de protéger une zone côtière (une portion de côte, un port, un mouillage forain…) contre les actions de la houle (attaque directe, franchissements, submersion, érosion…). Sa fonction est de s’opposer directement à la houle ainsi qu’à la circulation des courants perpendiculaires au rivage et assure la protection de ce dernier. La construction d’un brise-lames déplace l’équilibre du trait de côte.
Les brise-lames agissent selon deux modes. Le premier réside dans la diminution de l’énergie des lames, qui arrivent au rivage, consécutive à la réflexion et au déferlement de la houle. Le second réside dans l’étalement de l’énergie de la houle derrière eux dû aux phénomènes de diffraction autour de leurs extrémités. Il en résulte de ces modes de fonctionnement que l’action des brise-lames reste limitée à leur voisinage (CETMEF, 2009).
Emplacement : Les brise-lames sont placés au large et sont plus ou moins parallèles au trait de côte. Pour plus d’efficacité, ils sont placés perpendiculairement à la direction des houles qui se déplacent vers le rivage. Ils sont généralement implantés dans la zone de déferlement où la houle atteint son maximum d’énergie (CETMEF, 2009).
Ils peuvent être émergents ou complètement immergés : Les ouvrages émergeants engendrent, entre eux et la côte, une zone de calme relatif favorable à la sédimentation ;
Les ouvrages immergés limitent les volumes d’eau qui les franchissent et contraignent à déferler les houles qui dépassent une cambrure limite.
Description des différentes structures des ouvrages
Les ouvrages de protection du littoral que sont les brise-lames et les digues sont généralement formés de plusieurs parties .
La carapace : Elle constitue la couverture externe de l’ouvrage et est la partie la plus exposée aux houles venant du large. Elle doit présenter une plus grande stabilité vis-à-vis de sa blocométrie mais également de son épaisseur. Elle permet de réduire l’énergie des houles en assurant sa dissipation à travers elle. La carapace ou le revêtement protège par ailleurs la sous-couche et le noyau contre l’érosion due à l’action des houles.
La crête : La crête est la partie qui lie les deux talus de l’ouvrage au sommet. Sa forme est variable et peut être surmontée par un couronnement. Elle constitue avec la carapace les parties les plus exposées aux houles. Son rôle est de limiter le franchissement et servir de fondation pour un éventuel couronnement. Elle doit être large pour permettre l’accès aux interventions de maintenance.
La berme : Elle est visible sur le talus avant de l’ouvrage mais construite avec une pente plus douce que celui-là . On l’observe généralement sur une variante des digues appelée digue à berme et constitue un obstacle pour le débordement des houles du fait sa pente très faible. La berme sert aussi de support au revêtement et contribue donc au maintien de la stabilité de l’ouvrage. La sous-couche : Elle se situe sous la carapace et est formée de blocs d’enrochements de tailles plus réduites. Elle permet la dissipation de l’énergie stockée dans la carapace. Elle sert de nivellement et d’assise pour le placement de la carapace mais encore permet de la séparer des matériaux fins.
Elle assure le drainage des eaux qui infiltrent le revêtement en surface et réduit le gradient hydraulique. La sous-couche lutte contre l’érosion du noyau et du sol de fondation. Elle assure la transition entre le revêtement et le noyau.
Le noyau : Il constitue la plus grande partie de l’ouvrage et son poids lui permet de résister à l’énergie des houles et de donner une grande stabilité à la digue ou au brise-lames. Une attention particulière doit être apportée à la réalisation du noyau car cela conditionne la qualité de l’ouvrage. Le noyau devra avoir une faible porosité pour arrêter les ondes longues contenues dans la houle et donc comporter des éléments fins en quantité suffisante.
Il a pour fonction d’atténuer la transmission de l’énergie de la houle, supporter la carapace et la sous-couche et assurer une stabilité géotechnique de l’ensemble.
La butée de pied : En général, lorsqu’une digue est construite, côté mer une butée de pied est mise en place. C’est le prolongement de la carapace et de la sous-couche.
Les digues
Les digues sont des ouvrages de protection des côtes principalement constituées d’enrochements naturels ou de blocs artificiels . Elles présentent une section transversale sous forme de trapèze. Dans certains cas, il est possible qu’une berme soit intégrée au talus.
Le choix du type de digue dépendra de plusieurs facteurs dont les coûts, la constructibilité, la disponibilité locale des matériaux ainsi que les préférences du maître d’ouvrage. Il existe toutefois des situations dans lesquelles certaines options sont préférables (CETMEF, 2009).
Rôle et fonctionnement : La digue, contrairement aux brise-lames permet plutôt de protéger une côte contre les assauts des houles et des vagues qui peuvent mener à son érosion. Elle constitue un frein contre ces attaques et par ricochet empêche l’avancée des eaux vers le continent qui constituerait un danger pour les infrastructures. Cependant, son fonctionnement est identique à celui des brise-lames. Emplacement : Les digues sont construites en haut de plage pour la plupart du temps mais peuvent s’étendre jusqu’à la basse plage. Elles sont toujours érigées parallèlement au rivage. Elles peuvent aussi être immergées mixtes et pourvues de couronnement (CETMEF, 2009).
Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE 1 : PRESENTATION DU LITTORAL DE BARGNY-GUEDJ
1.1. Cadre géographique
1.2. Le climat
1.3. Contexte géologique
1.3.1. Aperçu sur la litho stratigraphie du Cap-Vert
1.3.2. Contexte tectonique de la presqu’île du Cap-Vert
1.4. Morphologie du littoral de Bargny-Guédj
1.4.1. Description du littoral
1.4.2. Evolution du trait de côte de 1954 à 2009
1.5. Caractéristiques océanographiques et hydrodynamiques du littoral de Bargny-Guédj
1.5.1. Les vents
1.5.2. Les houles
1.5.3. Les vagues
1.5.4. Les marées et le marnage
CHAPITRE 2 : ETUDE DES CARACTERISTIQUES DES HOULES
2.1. Dynamique des processus marins sur les houles
2.1.1. La réflexion
2.1.2. La réfraction
2.1.3. La diffraction
2.1.4. Le « shoaling »
2.1.5. Le déferlement
2.2. Comportement des houles au contact de l’ouvrage
2.2.1. Le « run-up »
2.2.2. Le « run-down »
2.2.3. Le franchissement
2.2.4. La transmission
CHAPITRE 3 : LES OUVRAGES DE PROTECTION DU LITTORAL
3.1. Généralités sur les brise-lames et les digues
3.1.1. Les brise-lames
3.1.2. Les digues
3.2. Description des différentes structures des ouvrages
CHAPITRE 4 : DIMENSIONNEMENT DES OUVRAGES EN ENROCHEMENTS NATURELS
4.1. Détermination de la houle de projet
4.1.1. Présentation des données disponibles
4.1.2. Traitement des données choisies
4.1.3. Caractéristiques des houles dans la zone de déferlement
4.1.4. Caractéristiques des houles à la côte
4.2. Dimensionnement du brise-lames
4.3. Dimensionnement de la digue
4.4. Plan de réalisation des ouvrages
Conclusion partielle
CHAPITRE 5 : ESTIMATION DES COUTS DES OUVRAGES
5.1. Estimation des coûts du brise-lames
5.1.1. Le coût de l’approvisionnement en matériaux
5.1.2. Le coût de la construction
5.2. Estimation des coûts de la digue
5.2.1. Le coût de l’approvisionnement en matériaux
5.2.2. Le coût de la construction
Conclusion partielle
CHAPITRE 6 : PLAN DE GESTION DES OUVRAGES
6.1. Causes de dysfonctionnement des ouvrages.
6.2. Solutions envisagées
6.3. Entretien des ouvrages
CONCLUSION GENERALE ET RECOMMANDATIONS
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXES
