LE DÉPLACEMENT DES SÉDIMENTS INDUIT PAR LE ......Le passage continu des navires et des remorqueurs...

Événement SE.DRI.PORT 2018 - La modélisation pour la gestion et la protection de l'environnement marin

LE DÉPLACEMENT DES SÉDIMENTS INDUIT PAR LE TRAFIC M ARITIME - CAS D’ÉTUDE DANS LES PORTS ITALIENS

ANDREA PEDRONCINI 1

1 DHI S.r.l., Via Bombrini 11/12, 16149 Gênes, Italie

e-mail :

[email protected]

RÉSUMÉ

Le thème de la mise en suspension des sédiments par les navires (en raison des tensions sur le fond du sillage visqueux et des hélices de manœuvre) et des hélices des remorqueurs, est maintenant d'un intérêt primordial sous un double aspect :

• environnemental (la concentration de sédiments en suspension dans le domaine portuaire induite par le passage de navires et de remorqueurs est localement comparable à celle associée à des interventions de dragage) ;

• de gestion : la connaissance de la façon dont les sédiments se déplacent à l'intérieur d'un port, même et surtout du fait de l'effet du trafic maritime, permet une gestion plus consciente des dragages de maintenance dans le bassin.

La modélisation mathématique est un support valable, également en mode opérationnel et prévisionnel, dans la quantification des effets du trafic maritime sur le mouvement des sédiments constituant le fond.

Mots-clés : modélisation numérique, mouvement des sédiments, trafic maritime, effets environnementaux, support à la gestion des ports.

1. INTRODUCTION

Le passage des navires dans les voies d'accès aux ports et dans les zones de manœuvre et d'amarrage, en particulier l'utilisation d'hélices de propulsion et de manœuvre, permet souvent de déterminer les contraintes sur le fond de manière à induire la suspension potentielle des sédiments, qui peuvent être transportés à une certaine distance avant la décantation, également en raison des courants (intensité, direction) présents à ce moment-là dans le bassin et dans la zone limitrophe. Le passage continu de navires peut donc déterminer un mouvement non négligeable des sédiments, ce qui peut induire des augmentations significatives de la turbidité dans la colonne d'eau qui, dans certaines conditions météorologiques, peuvent affecter non seulement le bassin portuaire mais aussi la surface de l'eau à proximité de l’entrée. De plus, si des sédiments contaminés sont présents dans le port, la mobilisation des sédiments entraîne la mobilisation des substances polluantes, avec pour conséquence une augmentation de la concentration de ces substances dans la colonne d'eau. Pour finir, le mouvement des


sédiments dans un bassin portuaire peut entraîner au fil du temps une évolution non négligeable du fond, avec des conséquences possibles sur la nécessité de dragages de maintenance pour assurer la pleine efficacité et le fonctionnement du port.

2. APPROCHE MÉTHODOLOGIQUE

Le thème du déplacement des sédiments est d'un intérêt primordial dans le domaine portuaire, compte tenu également de la réorganisation de la législation italienne en matière de gestion des sédiments marins (D.M. 172/2016 et D.M. 173/2016, qui contiennent de nouvelles réglementations concernant respectivement les dragages des sites d'intérêt national et l'obtention de l'autorisation d’immersion dans la mer des matériaux d'excavation du fond marin) et de la publication récente de l'ISPRA « Lisi I., Feola A., Bruschi A., Di Risio M., Pedroncini A., Pasquali D., Romano E. (2017). La modélisation mathématique dans l'évaluation des aspects physiques liés au mouvement des sédiments dans les zones côtières marines. Manuels et lignes directrices ISPRA, 169/2017, pp.144. » qui met en place les informations issues de la collecte des études sectorielles afin d'avoir un cadre aussi complet et organique que possible auquel les opérateurs et les autorités locales peuvent se référer pour le choix et la mise en place des études de modélisation.

Cet exposé illustre en résumé l'approche méthodologique adoptée par DHI dans le cadre de certains cas d’étude concernant le déplacement des sédiments induit par le trafic maritime dans certains ports italiens. Dans les deux premiers cas (Tarente, Trieste), les modèles ont soutenu le processus d'évaluation d'impact environnemental des infrastructures importantes projetées dans les deux ports, tandis que dans le troisième cas (Bari), le modèle est utilisé dans une plateforme plus large (ISMAEL, préparée par le DBA Lab auprès de l'Autorité du système de la mer Adriatique Sud, dans le cadre de l'opération cofinancée par le Fonds européen de développement régional Les Pouilles POR Les Pouilles 2014 - 2020) et constitue un véritable système de prévision de la turbidité à l'intérieur du bassin portuaire en relation avec le trafic maritime planifié pour les jours suivants.

L'approche adoptée dans les trois cas d’étude présente certaines variations spécifiques pour chaque port, mais le schéma suivant peut être considéré comme une base commune :

• acquisition et traitement des données de trafic maritime. On effectue l’analyse du trafic maritime en divisant les navires entrants et sortants du port en classes dimensionnelles homogènes, pour lesquelles les fréquences de passage globales sont calculées dans une année représentative. Sur la base des données acquises, intégrées de manière appropriée aux prévisions futures, les principaux parcours de transit des navires et les vitesses de déplacement les plus probables sont identifiés dans les différentes sections du même parcours.


Figure 1 : Exemple de parcours de manœuvre des navires approchant des quais du port de Trieste, y compris la présence de remorqueurs.

• calcul du champ de mouvement induit par le passage des navires et quantification des sédiments mis en suspension. Sur la base des caractéristiques des navires sélectionnés comme représentatifs du trafic entrant/sortant, en utilisant la modélisation CFD ou en adoptant des approches simplifiées, nous procédons au calcul du champ de mouvement induit par les hélices des moyens navals et ensuite à la quantification des sédiments mis en suspension. Cette quantité dépend du rapport entre les tensions au fond induites par le passage des navires (contrainte de cisaillement) et la valeur critique de contrainte de cisaillement au-dessus de laquelle le processus érosif est déclenché, en fonction des caractéristiques du fond (composition granulométrie, degré de consolidation).

Figure 2 : Exemple de répartition de la vitesse du courant au fond induite par le passage d'un gros navire à une vitesse de 5 nœuds.

• préparation du modèle de circulation. La caractérisation du régime hydrodynamique auquel le port est soumis est préalable à l'analyse ultérieure de la déperdition des sédiments mis en suspension par les navires. Selon les cas, une approche avec modélisation tridimensionnelle ou bidimensionnelle du courant est adoptée, en utilisant le module MIKE 21/3 HD FM de DHI, qui permet la reconstruction de la circulation locale à l'intérieur du port et dans les zones environnantes. Dans le cas d'une approche tridimensionnelle, le modèle local et haute résolution peut prendre les données d'un modèle à plus grande échelle comme conditions limites, telle que celle développée et maintenue au sein du service européen CMEMS (Copernicus Marine


Environment Monitoring Service). Les variables, simulées pour une année entière ou à scénarios, se réfèrent généralement aux niveaux de la mer, à la vitesse du courant, à la température et à la salinité.

Figure 3 : Exemple de circulation superficielle à l'intérieur de la Mar Grande (Tarente).

• préparation du modèle de transport et dépôt des sédiments mis en suspension par le passage des navires. Le module MIKE 3 MT FM DHI est utilisé à cet effet. La libération de sédiments n'est pas continue pendant la simulation mais est introduite dans le modèle uniquement en correspondance avec le passage réel des navires. Les sédiments peuvent toutefois rester en suspension dans la colonne d'eau, même entre des passages successifs de moyens navals, en fonction de sa vitesse de sédimentation et du régime de courants local.

Figure 4 : Exemple de répartition de la concentration de sédiments en suspension induite par l'action des hélices des remorqueurs.


3. CONCLUSIONS

Le passage continu des navires et des remorqueurs dans le domaine portuaire détermine un mouvement non négligeable des sédiments constituant le fond, en mesure d'induire des augmentations significatives de la turbidité dans la colonne d'eau. Une fois mis en suspension, principalement par les hélices de propulsion et manœuvre, les sédiments peuvent ensuite migrer vers l'extérieur du bassin portuaire en raison de la circulation locale ou atteindre des zones sensibles à l’intérieur de celui-ci, avec des effets environnementaux potentiels. Le dépôt subséquent des sédiments à l'intérieur du port permet en outre de modifier progressivement les profondeurs du fond, avec la nécessité potentielle d'un nivellement fréquent de celui-ci.

La modélisation numérique est un support valable dans la prévision des aspects environnementaux et de gestion associés au mouvement des sédiments par le trafic maritime. Les cas d’étude illustrés montrent comment il est possible, en adoptant des approches méthodologiques à différents niveaux détaillés et en bénéficiant des données de monitorage, de construire une véritable plate-forme de gestion des sédiments dans le domaine portuaire, avec des avantages pour les autorités du système portuaire, pour les autorités environnementales et pour les opérateurs économiques impliqués de diverses manières dans les opérations de déplacement des sédiments.


BIBLIOGRAPHIE

1. Hamill, G.A. and Johnston, H.T., 1989: ‘Estimating the velocities in a ship propeller wash’. PIANC Bulletin No. 89-46.

2. DHI per conto di URS Italia (2012) ‘Realizzazione di un modello 3D di dispersione dei sedimenti nel Mar Grande (Taranto)’.

3. DHI per conto di URS Italia (2013) ‘Realizzazione di un modello 3D di dispersione dei sedimenti nella Baia di Muggia (Trieste)’.

4. Progetto ISMAEL, DBA Lab. Operazione cofinanziata con il Fondo Europeo di Sviluppo

Regionale Puglia POR Puglia 2014 - 2020.

5. Lisi I., Feola A., Bruschi A., Di Risio M., Pedroncini A., Pasquali D., Romano E. (2017) ‘La modellistica matematica nella valutazione degli aspetti fisici legati alla movimentazione dei sedimenti in aree marino-costiere’. Manuali e Linee Guida ISPRA, 169/2017, pp.144.”

6. DHI, 2017a. MIKE 21 & MIKE 3 Flow Model FM, Hydrodynamic and Transport Module – Scientific documentation. Release 2017. pp. 2.

7. DHI, 2017b. MIKE 3 Flow Model – Mud Transport Module – User guide. Release 2017. pp. 35.

8. www.MarineTraffic.com.

LE DÉPLACEMENT DES SÉDIMENTS INDUIT PAR LE ......Le passage continu des navires et des remorqueurs...

Documents

Transcript of LE DÉPLACEMENT DES SÉDIMENTS INDUIT PAR LE ......Le passage continu des navires et des remorqueurs...