Les constructions humaines aux bords des océans doivent
prendre en compte l'action des vagues
Le chaos du réchauffement climatique entraîne de nombreuses conséquences désastreuses, par exemple l'augmentation des vagues et des vents de plus en plus violents, comme le prouvent les 31 tempêtes survenues lors de l'hivers 2013-2014 sur la façade atlantique qui provoquèrent des échouages massifs d'oiseaux marins, plus de 43 000 oiseaux marins retrouvés morts sur le littoral Atlantique français de Janvier à Mars 2014, un phénomène qui n'était jamais arrivé en France. De plus, durant cet hiver 2014-2015, les tempêtes ont fait reculer la côte aquitaine d'environ 10 mètres, atteignant parfois 40 mètres alors que la moyenne mondiale est de 2 mètres habituellement. La société entière en est alors affectée; les navires, les ports, les stations balnéaires, les villes, les constructions et les infrastructures côtières voire même les installations telles que la catastrophe de la centrale nucléaire de Fukushima causée par un tsunami... Les chiffres sont là, les littoraux deviennent de plus en plus dangereux mais ils continuent toutefois à attirer de plus en plus de population, d'où une nécessité de nous adapter grâce à des constructions humaines qui permettent de se protéger des flots mieux qu'auparavant et de limiter l'érosion. Voyons quels sont les moyens mis en œuvre pour ce faire.
Tout d'abord, nous tenions juste à faire un petit récapitulatif du matériel qui a été nécessaire pour les expériences réalisées et qui vont suivre:
- une cuve à ondes qui contient donc aussi un générateur d'ondes
- un stroboscope et un miroir permettant une meilleure visualisation des expériences
- des pavés de PVC pour modéliser les digues
- de l'eau
Nous avons à chaque fois tenté de régler le stroboscope avec la fréquence des ondes, parfois en vain ou après beaucoup de temps, pour visualiser les ondes de façon statique.
- une cuve à ondes qui contient donc aussi un générateur d'ondes
- un stroboscope et un miroir permettant une meilleure visualisation des expériences
- des pavés de PVC pour modéliser les digues
- de l'eau
Nous avons à chaque fois tenté de régler le stroboscope avec la fréquence des ondes, parfois en vain ou après beaucoup de temps, pour visualiser les ondes de façon statique.
Les Digues : observation du littoral méditerranéen
Afin de trouver les constructions mis en place par l’homme pour se protéger des forces des flots battant les côtes, nous avons observé le littoral méditerranéen à la recherche d’installations côtières grâce à Google Earth. Nous avons remarqué de nombreuses installations telles que des épis maritimes ou encore bien sûr des digues plus classiques que l’on retrouve dans les constructions portuaires. Nous allons donc tenter de comparer ces situations de la vie réelle à ce que nous avons réussi à obtenir en laboratoire à l'aide d'une cuve à ondes.
La diversité des phénomènes qui provoquent la régression des plages et leur interaction sur un secteur donné, conduisent à une diversité des moyens de protection. Ces différents moyens doivent être complémentaires les uns aux autres. La présence d'obstacles peut entraîner une réflexion ou une diffraction des ondes qui se désorganisent et s'effritent; elle peuvent changer de direction, contourner l'obstacle ou se reformer en arrière.
I. La protection des hauts de plage lorsqu'il n'y a plus rien à faire
Les murs et enrochements de haut de plage sont le dernier rempart à l'invasion de la mer. Ils cassent l'énergie des vagues et séparent la plage des constructions riveraines. Ces aménagements (perrés, murs, digues...) séparent la plage des constructions humaines comme les maisons ou les villes.
a) La digue
La digue est le moyen le plus classique et efficace et que l'on retrouve à travers le monde pour casser l'énergie que libèrent les vagues à l'approche des côtes. C'est un terme assez vague qui regroupe de nombreux types de protections. Les digues ont pour principal objectif d'abriter les bassins portuaires ou des ouvrages particuliers de la houle ou encore de protéger le chenal d'accès à un port. Cependant ces digues créent souvent des problèmes d'ensablement. Il y a une nécessité pour les hommes de connaître la nature et les caractéristiques principales de la houle pour tout projet de construction de digue pour, sur le long terme, avoir une meilleure idée des dimensionnements de l'ouvrage.
Il faut surtout différencier les digues à talus, composées d’enrochements ou de blocs artificiels et les digues à caisson composées de gros caissons en béton et utilisées lorsque les profondeurs sont importantes. Pourtant selon les pays et régions, les matériaux utilisés ne sont pas les mêmes: on fait la distinction entre celles constituées de matériaux d'origine naturelle et celle construites à l'aide de matériaux artificiels. Dans le cas des ports ce sont les digues artificielles qui sont utilisées car leur solidité offre une meilleure protection face aux vagues tandis que les digues naturelles sont plus adaptées à l'aménagement fluvial car elles sont certes, moins solides mais bien moins coûteuses.
On notera que la réfection des digues signifie les réparer et que cet entretien coûte cher a l’état car ces travaux doivent être effectués assez régulièrement. De nombreux véhicules de chantiers ainsi que la présence de spécialistes de l'architecture portuaire est alors requise. La réfection naturelle est également possible dans certains cas rares tel que celui des Pays-Bas où des moutons sont utilisés pour entretenir la végétation au dessus de certaines digues naturelles là ou des engins lourds écraseraient la digue. On notera qu'en en France, la capacité d'intervention est majoritairement centrée autour de l’arc méditerranéen.
Pour la comparaison qui va suivre, nous nous appuierons sur le document ci-dessus. Ces deux digues offrent des avantages différents et leur utilisation dépend de la zone abordée. Commençons avec l'exemple des digues à talus. Elles sont constituées d’un noyau étanche et recouverte d’une carapace en enrochements. Elles ont l’avantage de limiter la réflexion de la houle et réduire progressivement l'énergie des vagues, mais par contre, de par la pente du talus, elles ne permettent pas l’accostage des navires. Elles semblent les plus efficaces faces aux vagues, mais pas les plus pratiques en terme de construction ou d'utilisation.
Les limites d’installations de ces structures, résident dans le fait qu’avec la profondeur, la base des digues à talus serait trop importante, ce qui nécessiterait une quantité de matériaux élevée et donc un coût élevé, largement supérieur à celui de caissons en béton. Ces ouvrages peuvent êtres complètement immergés (Espagne, Australie). Leur efficacité est alors plus limitée, mais l’impact sur le paysage est atténué. On les utilise lorsque le niveau de marnage est relativement faible et que les houles incidentes se propagent perpendiculairement à la côte. Lorsque la profondeur devient trop importante, on se tournera alors vers une digue à caisson qui de plus est moins onéreuse. Bien sûr ce type de digue présente quand même d'autres avantages mais qui ne sont pas importantes dans le cadre de notre TPE, on peut aussi noter qu'en cas de vague exceptionnelle, la digue à talus sera la plus utile.
Quant aux digues à caisson, il semblerait qu'elles présentent une multitude d'avantages cependant elle réfléchissent la houle partiellement ce qui est un problème majeur car ceci provoque beaucoup de remous. Ensuite, les matériaux qui la constituent sont moins accessibles et comme dit auparavant cette digue se révélera inutile en cas de vague exceptionnelle.
Les limites d’installations de ces structures, résident dans le fait qu’avec la profondeur, la base des digues à talus serait trop importante, ce qui nécessiterait une quantité de matériaux élevée et donc un coût élevé, largement supérieur à celui de caissons en béton. Ces ouvrages peuvent êtres complètement immergés (Espagne, Australie). Leur efficacité est alors plus limitée, mais l’impact sur le paysage est atténué. On les utilise lorsque le niveau de marnage est relativement faible et que les houles incidentes se propagent perpendiculairement à la côte. Lorsque la profondeur devient trop importante, on se tournera alors vers une digue à caisson qui de plus est moins onéreuse. Bien sûr ce type de digue présente quand même d'autres avantages mais qui ne sont pas importantes dans le cadre de notre TPE, on peut aussi noter qu'en cas de vague exceptionnelle, la digue à talus sera la plus utile.
Quant aux digues à caisson, il semblerait qu'elles présentent une multitude d'avantages cependant elle réfléchissent la houle partiellement ce qui est un problème majeur car ceci provoque beaucoup de remous. Ensuite, les matériaux qui la constituent sont moins accessibles et comme dit auparavant cette digue se révélera inutile en cas de vague exceptionnelle.
b) Les épis
Les épis sont perpendiculaires, ou quasi-perpendiculaires, au rivage, c'est donc un type de digue. Ils sont généralement là pour protéger des plages, dont les mouvements de sables (qui provoquent de l’érosion) sont principalement parallèles au littoral. Il provoque une accumulation de sédiments en amont (du côté exposé au courant) qui résulte en l'apparition d'une plage, et, à l'inverse, en aval, empêche ce côté de recevoir des sédiments. Cependant, un épi trop long pourrait accélérer le phénomène d'érosion car le courant se mettrait à creuser le côté, se rendant inutile tout comme un épi trop court qui ne bloquerait pas assez les sédiments. Les épis sont souvent utilisés pour limiter l'érosion car ils sont moins onéreux qu'une digue classique et nécessitent peu d'entretien. Ils sont souvent utilisés en groupe ou en combinaison avec une ou plusieurs digues. On parle aussi parfois d’épis pour un port : c’est un ouvrage (généralement petit) perpendiculaire au rivage qui, le plus souvent, est ajouté pour mieux protéger le port (comme pour le port de La Coudoulière à Six-Fours), mais aussi pour être l’ouvrage principal qui protège le port de la houle (comme pour le port de Sanary-sur-Mer). Certains épis sont construits totalement sous l'eau (épis submergés).
En scrutant le littoral de la côte Est Corse, nous avons observé de grandes jetées de pierres perpendiculaires à la côte. Ce sont précisément des épis en enrochement très utiles mais qui peuvent parfois se révéler contraignants. En effet, comme précisé au-dessus, le phénomène d'érosion est surtout déplacé plutôt que stoppé, il y a un risque d'affouillement (le fait que le courant creuse en aval) ce qui ici pourrait se révéler très dangereux à cause de la proximité de la route et peuvent survenir des problèmes de tassement du sol et d'enfoncement des enrochements. On peut supposer que ces enrochements sont présents depuis assez longtemps comme le prouve la quantité non négligeable de sédiments accumulés devant l'épi du bas. On voit bien ici l'accumulation des sentiments d'un certain côté (entourés en orange); en fait, les mouvements des sédiments sont pour la plupart du temps parallèles au littoral ce qui explique pourquoi le plus grand dépôt se situe devant l'épi le plus en amont malgré un courant maritime perpendiculaire. Nous allons tenter de voir ce que le modèle de la cuve à ondes permet de nous apprendre en plus.
En fait, nous avions déjà réalisé une expérience modélisant des épis maritimes auparavant, sans vraiment avoir une idée précise de ce que nous étions en train de réaliser; nous ne pensions pas que le but premier d'un épi était de bloquer les sédiments. Longtemps nous nous sommes demandés à quoi servaient ces digues placées comme des piques le long des côtes. Cependant, une plus ample compréhension de notre sujet nous a permis de savoir que c'était un épi, nous allons maintenant procéder à une comparaison. |
Voilà ce que nous avons enfin pu observer sur notre cuve à ondes. On remarque bien les ondulations qui représentent la houle ainsi que le pavé qui représente l'épi. Ici, on a observé que les ondes contournaient l'obstacle de manière significative ce qui n'était pas visible sur notre carte de Google Maps: c'est la diffraction. Cela permettrait de réduire l'impact des vagues sur le bord de mer puisqu'elles ne percuteraient pas de face la côte et réduiraient l'énergie des autres vagues en les percutant à leur tour. Toutefois, le courant marin est rarement entièrement perpendiculaire à l'épi mais nous pouvons donc maintenant comprendre qu'elle est l'utilité d'un tel ouvrage devant un port et que son action sur les sédiments n'est pas son seul avantage.
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c) Les brise-lames
Les brise-lames sont des digues parallèles au littoral, utilisés pour protéger les plages. La différence avec les épis se trouve au niveau de l’orientation, la position optimale étant celle perpendiculaire aux houles les plus défavorables pour la zone en érosion. Leur nom brise-lames signifient qu’ils sont là pour brises les vagues, et donc diminuer fortement les houles atteignant la plage. Ils peuvent émergés (dépassant de l’eau) ou être immergés (crête en dessous du niveau d’eau) mais dans ce dernier cas, ils sont moins efficaces. Les brise-lames sont également constitués d’enrochements (dans la limite du possible). Le but du brise-lames est assez similaire à celui de l'épi; il sert à limiter l'érosion mais sert aussi d'abri faces aux vagues en cassant leur énergie et en stoppant leur progression. Nous allons nous servir de deux études de cas pour bien comprendre leur fonctionnement.
Les brise-lames sont des digues parallèles au littoral, utilisés pour protéger les plages. La différence avec les épis se trouve au niveau de l’orientation, la position optimale étant celle perpendiculaire aux houles les plus défavorables pour la zone en érosion. Leur nom brise-lames signifient qu’ils sont là pour brises les vagues, et donc diminuer fortement les houles atteignant la plage. Ils peuvent émergés (dépassant de l’eau) ou être immergés (crête en dessous du niveau d’eau) mais dans ce dernier cas, ils sont moins efficaces. Les brise-lames sont également constitués d’enrochements (dans la limite du possible). Le but du brise-lames est assez similaire à celui de l'épi; il sert à limiter l'érosion mais sert aussi d'abri faces aux vagues en cassant leur énergie et en stoppant leur progression. Nous allons nous servir de deux études de cas pour bien comprendre leur fonctionnement.
Nous allons commencer avec les plages de Toulon. On remarque sur cette photo ci-contre trois brise-lames, reconnaissables par leur parallélisme au littoral. Au départ, notre première pensée était que ces brise-lames avaient été créées en bout de plages déjà existantes mais la forme de ces dernières ne semblait pas très naturelle. En fait, après nous être renseignés, ce phénomène ici que l'on peut observer s'appelle un tombolo, c'est-à-dire un dépôt de sédiment qui relie deux étendues terrestres, ce dépôt de sédiments s'expliquant par le fait que les ondes ne se propagent pas derrière les brise-lames créant un espace de "calme" où les sédiments se déposent. Ce phénomène donne alors une forme d'anse aux plages et augmente l'espace accessible aux plagistes. On remarque aussi que le plus petit brise-lames tout à gauche n'est pas disposé de la même manière, on en a conclu qu'à cet endroit les ondes ne se déplaçaient pas exactement de la même manière, il a donc fallu construire la protection le plus face aux ondes possible, disposition permettant la meilleure efficacité des brise-lames.
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On a ici une photo des plages et du port de Palavas-les-Flots où l'on peut voir plusieurs protections différentes ayant chacune une utilité différente que nous avons nommées mais nous allons nous intéresser plus particulièrement aux brise-lames. Nous voyons donc ici une succession de plusieurs brise-lames. En ce faisant, les plages sont mieux protégées des vagues car chaque brise-lames se complète ici, ayant une zone de défense contre les flots importante; nous nous sommes alors demandé pourquoi ces derniers étaient disposés en altération. L’intérêt de cela est certainement d'avoir une fluidité dans les mouvements de l'eau et des sédiments et ainsi apporter un aspect plus naturel, car un linéaire trop important modifierait la circulation des masses d'eau et réduirait le renouvellement de ces eaux.
On remarque la formation d'un tombolo derrière les brise-lames, cependant il reste assez faible, il doit donc être en pleine formation, on peut donc être amené à penser que ces brise-lames sont présents depuis peu, ou en tout cas depuis moins longtemps que le cas au-dessus. |
On a ici encore à l'aide de la cuve à ondes du lycée simulé un brise-lames. On constate une nette différence entre la houle devant le brise-lames et celle derrière, qui est toujours présente mais de façon moins marquée. Les ondulations de la houle sont plus faibles et moins visibles, on peut donc penser que le pavé a cassé l'essentiel de l'énergie des ondes, ce qui confirme bien l'utilité supposée de cet ouvrage. De plus, on observe un faible phénomène de diffraction aux bords du pavé, ce qui réduirait de plus l'énergie des vagues aux alentours. Toutefois, notre modèle ne peut représenter avec exactitude une situation réelle, notre pavé ne disposant pas de pente et n'étant pas constitué des mêmes matériaux.
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Tout comme tout type de digue, cet outil de défense ne reste pas entièrement parfait et présente quelques inconvénients: il peut par exemple parfois se contenter de déplacer le phénomène d'érosion mais néanmoins de façon moins marquée que l'épi. De plus, il peut survenir un affouillement de l'ouvrage par la houle ce qui est à prendre en compte ainsi que des problèmes de tassement des enrochements dus au poids.
II. Etude de cas: le port de Sanary-sur-mer
On retrouve ici un port de plaisance situé dans le département du Var; en ce sens, c'est surtout pour les bateaux un lieu de "repos" et protégé. Une bonne protection contre la houle est donc indispensable pour ne pas chambouler le calme de ce lieu plaisant. La construction nécessite une expertise spécifique ainsi qu'une parfaite maîtrise des méthodes de prédimensionnement des protections. Nous allons regarder à l'aide de Google Maps quels aménagements ont été requis pour ce faire.
On retrouve ici un port de plaisance situé dans le département du Var; en ce sens, c'est surtout pour les bateaux un lieu de "repos" et protégé. Une bonne protection contre la houle est donc indispensable pour ne pas chambouler le calme de ce lieu plaisant. La construction nécessite une expertise spécifique ainsi qu'une parfaite maîtrise des méthodes de prédimensionnement des protections. Nous allons regarder à l'aide de Google Maps quels aménagements ont été requis pour ce faire.
On voit clairement ici différents aménagements se complétant pour offrir la meilleure protection possible. En règle générale, un épi a un rôle secondaire dans un port mais dans certains cas comme ici il peut être l'ouvrage principal. Une digue de port est aussi appelée une jetée. Le plus grand des épis protège surtout de la houle mais bloque aussi un possible apport de sédiments qui peut être un véritable calvaire pour les aménagements portuaires. L'agitation portuaire est aussi limitée au maximum en cassant et bloquant la houle mais cependant une certaine partie des vagues peut quand même pénétrer au sein du port à travers la petite ouverture pour les bateaux: la houle subit alors une diffraction (en orange sur la photo) ce qui va grandement casser et éparpiller l'énergie des vagues. Ce phénomène de diffraction peut aussi être visible sur la lumière. Après, on peut voir, en amont, des épis sur la droite visant à limiter aussi au maximum un possible mouvement de sédiments latéral. Aucune sédimentation au sein du port est visible, on peut donc penser que les aménagements offrent une bonne protection.
Nous avons modélisé le phénomène de diffraction à l'aide de la cuve à ondes. On voit bien qu'à l'approche de l'entrée du port (ici les deux pavés) les ondes subissent une déformation et donc elles ne percuteraient plus le littoral de face mais sur le côté avec une force moindre. Nous avons eu bien du mal à présenter ce phénomène à cause d'une défaillance du stroboscope, donc voilà ce que nous avions obtenu de mieux. Cette situation peut aussi se présenter dans la nature grâce à l'environnement et au paysage naturel, c'est-à-dire deux pointes séparées d'un petit espace. |