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Concours jeunes AIPCN - 2010

Thibaut MARCHI (Egis Eau) 1 sur 19

Thibaut MARCHI

Ingénieur Génie Civil, Chef de projet, 30 ans, Egis Eau,

78 allée John Napier, 34 965 Montpellier Cedex II,

[email protected]

Sommaire

Choix de la solution quai flottant

Présentation générale du projet

Objet du présent article

Mise en évidence de la problématique du projet et de ses contraintes

Choix du type de structure

Avantages techniques majeurs de la solution flottante,

Description du caractère innovant de la solution

Mots clés

Infrastructure maritimes, portuaires, quai flottant, tsunami.



Choix de la solution quai flottant

Présentation générale du projet

Dans le cadre de l'étude complète d'aménagement d'un port minier en Indonésie, au sud de l'île de d'Halmahera, la définition de la structure du quai principal doit tenir compte à la fois des contraintes d'exploitation, des contraintes environnementales et des contraintes de site.

Cet aménagement portuaire a la particularité d’être à implanter directement en mer ouverte

Comme la plus part des ouvrages destinés à une exploitation minière, les quais étudiés doivent être en mesure de répondre aux objectifs de débit d’exploitation, aux délais réduits d’intervention sur site en phase de chantier pour répondre à des conditions d’amortissement optimum.

Dans ces circonstances, la construction du quai principal, doit non seulement contribuer à l’approvisionnement pour l’usine de minerai.

Pour le transport du vrac solide et de containers le quai principal de 180 m x 30 m est projeté. Ce quai exploité à l’aide de grues de bord, de grues mobiles voire de grues en portique, doit être conçu pour accueillir à la fois des barges voisines de 10,000 DWT et de cargos de 55,000 DWT et d’un tirant d’eau voisin de 13 m. Les manœuvres de ces bateaux projets sont pour la plupart assistées par des remorqueurs et nécessite une profondeur minimale de 15 m.

Objet du présent article

Le présent article décrit la méthode comparative de solutions techniques pour répondre à des contraintes de sites extrêmes. Cet article s’attardera tout particulièrement sur une méthode constructive peu répandue dans le monde mais qui présente de nombreux avantages dans sa réalisation et son utilisation : construction d’un quai flottant .



Mise en évidence de la problématique du projet et de ses contraintes

Le quai principal est implanté en mer ouverte, dans une zone à forte magnitude sismique. La nature des sols aux abords des ouvrages représente la contrainte majeure à l’origine du choix des solutions proposées par Egis.

Les contraintes principales rencontrées dans le cadre de l’étude, sont considérées comme extrêmes et sont résumées ci-dessous :

1- Contraintes de site

Les contraintes majeures de site qui ont un impact direct sur la structure des ouvrages peuvent être fréquentes (action des vagues, du vent ou des courants) ou encore exceptionnelles et de ce fait plus conséquentes comme des rafales de vents, les séismes, les tsunamis ou des glissements de terrain.

La valeur des actions de vague et de courant sont approchées par des simulations numériques menées sur la base de relevés suffisamment représentatifs établis pendant plusieurs années aux abords du site, en mer et à terre.

Les levés bathymétriques menés révèlent la présence de hauts-fonds allant jusqu’à -40m à quelques centaines de mètre du rivage avec des « tombants » près du rivage. Le niveau des fonds marins, ainsi que le découpage des cotes avoisinantes ont une influence directe sur la propagation des vagues : direction, la concentration de l'énergie sur les zones plus abritées, phénomènes de réfraction, réflexion, diffraction, etc.).

Une première modélisation dite de réfraction des vagues permet de prendre en compte l’effet des vagues au large, et ainsi identifier le type de réfraction, à partir d’outil comme le logiciel TOMAWAK (logiciel développé par TELEMAC®). Une deuxième modélisation dite d’agitation recalée sur la base des résultats du premier modèle, définit les effets directs de réfraction, diffraction, réflexion multiple attendus sur les ouvrages et leurs abords (utilisation de l’outil ARTEMIS développé par TELEMAC®.

L'étude menée permet de:

- confirmer les conditions de vagues,

- obtenir les données requises pour la conception des structures marines (charges liées à la houle, les structures mise à niveau par rapport à l'agitation, la conception et de mise à niveau de protection du littoral, etc..),

- préciser les conditions de vagues qui seront rencontrés au cours de la période de construction afin d'adapter des structures temporaires et des procédés de construction.

Cette approche permet en parallèle de caler le niveau du quai en tenant compte à la fois du niveau moyen de la mer, des hauteurs de marée et du niveau d’augmentation probable du niveau de la mer à moyen terme.

Les critères de conception considérés pour la définition des actions accidentelles sont les suivants :

Le projet est implanté dans une zone séismique très active, la conception du quai prend ainsi en compte la probabilité d’occurrence d’un séisme et de tsunami



Les conditions sismiques considérées sont les suivantes :

� Magnitude : 8,5

� Accélération maximale à la surface du sol : amax = 0,3.g

A défaut de normes ou textes de référence, pour la modélisation des effets du tsunami, une période de retour de l’ordre de 500 ans est considérée, avec une hauteur maximale de vague de 1,80 mètre et une côte de submersion maximale à terre de 4 mètres.

En référence au Fascicule n°2 : « Prise en compte du tsunami dans la conception et la justification des ouvrages portuaires intérieurs neufs. », relatif aux risques dynamiques pour les ouvrages maritimes et fluviaux - ER QG 94.02 juin 1994 rédigé par GEODYNAMIQUE ET STRUCTURE , l’estimation de la magnitude des tsunamis sismiques est défini par la relation :

m =log2 H (logarithme en base 2),

Soit équivalent une destruction d’habitation et pertes de vies humaines considérables.

2- Contraintes géotechniques

Les caractéristiques physiques des sols sont très médiocres, identifiés à partir d’essais au pressiomètre de Ménard et d’essais au pénétromètre dynamique offshore.

Les couches de sol identifiées sont :

Couches de sol Epaisseurs de couches (m)

Qc (Mpa) N SPT

white gravely sand with reef gravel and local massive reef less than 15% of fines medium compact 0 to 6 7 5 to 10

white gravely sand with reef gravel and local massive reef less than 11% of fines: loose 0 to3 3,5 3 to 5

grey to green silty sand or sandy silt (more then 20% of fine) with sandy and gravely layer 12 to 20 1 to 3,5 3 to 12 stiff grey gravelly sand with piece of reef and localy massive reef. Some level of dark sandy silt 0 to 5 3,5 to 10 10 to 50

grey to green silty sand or sandy silt (more then 15% of fine) localy limestone of reef medium dense or ferm 0 to 10 3,5 to 6

stiff grey to green silty sand or sandy silt (more than 15% of fine) locally limestone of reef 0 to 8 >10 20 to 50

silt with rounded gravel, piece of reef and piece of laterite and peridotite >15 >10 >50

very stiff red or reddish silt with 60% fines ? 18 to >50

very stiff red or reddish silt with 60% fines, in CBS007 serpentinite ? refusal >50

L’analyse géotechnique menée par Egis conclut à des caractéristiques de sol considérées comme médiocres sur les 25 premiers mètres. Conditions de sol qui conduisent à prévoir des travaux spéciaux de dragage afin de diminuer la pente du tombant et des travaux de traitement de sol au droit des ouvrages vis à vis du risque de liquéfaction.



En effet à l’arrière du quai, l'analyse des sondages géotechniques montre que le sol est potentiellement liquéfiable sur 12 à 15 mètres de profondeur, avec une contrainte de cisaillement engendrée par le séisme dépassant 75% de la contrainte limite de cisaillement. Le ratio des couches liquéfiables dans cette tranchée varie entre 8% et 89%.

L'analyse des essais géotechniques in situ effectués dans la zone portuaire est basée à la fois sur les résultats bruts des essais et les résultats de laboratoire ; elle conduit à la conclusion suivante: Le risque de liquéfaction jusqu'à -15 m est représenté avec une forte probabilité et un risque de propagation avec glissement latéral à la base de cette couche principale liquéfiable.

Sous ce niveau, en particulier pour le domaine offshore, certaines couches semblent de plus être potentiellement liquéfiables. Afin de permettre la conception, il a provisoirement été considéré que la base des couches liquéfiables est la suivante:

� Au niveau de -15 m autour de la ligne côtière,

� Au niveau -25 m sur le haut de la pente sous-marine,

� Au sommet de la couche de vase graveleuse en pied de la pente sous marine.

3- Contraintes d'exploitation

Le quai doit accueillir des navires projet de 20,000 à 55,000 DWT

Le choix de l'exploitation du quai à l'aide de grues mobiles ou de grues sur rail est associé au type de structure retenue, avec une orientation économique globale à la fois au stade de la construction et de l'exploitation future. Ce quai mixte doit être en mesure d’accueillir des portes containers, pour le stockage de containers à terre, ainsi que du vrac solide.

Les minerais approvisionnés par barge sont amenés à être acheminés par convoyeurs au cœur de l’usine.

4- Contraintes de construction

Les délais de travaux représentent un critère essentiel pour l’investisseur, ainsi que les moyens d'intervention prévus sur site.

La conception du quai doit ainsi intégrer un mode de construction optimal en limitant le temps de construction sur site et en favorisant autant qu’il se peut la préfabrication des éléments structuraux.

5- Durabilité de l'ouvrage

La durabilité opérationnelle de cette structure est prévue entre 30 et 50 ans, la classe des matériaux sera ainsi prévu en conséquence, en tenant des dispositions constructives propre à la classe environnementale.



Choix du type de structure

Les dispositions techniques couramment préconisées pour répondre aux contraintes présentées dans le chapitre précédent sont :

� solution de quai fondé sur pieux,

� solution de quai en palplanches;

� solution de quai en caissons.

Ces solutions techniques font l’objet de nombreux traités et recommandations techniques publiées, pour la conception d’ouvrages portuaires réalisés en zone sismique dans des sols liquéfiables et avec la prise en compte du risque tsunami. Ces dispositions techniques s’accompagnent de traitements de sol lourds et onéreux :

En effet dans le cadre de la réalisation de ces solutions, il serait nécessaire de procéder :

- au traitement des sols par des colonnes ballastées (technique de l'alimentation en bas): un calcul des risques de liquéfaction est réalisé sur les données de sol disponibles et conduisent à retenir un maillage régulier de l’ordre de 2x2 m (colonne d'un diamètre de 0,8 m). La profondeur moyenne de traitement du sol est de 22 m.

- au traitement localisé par jet grouting en pied des fondations pour limiter le risque de glissement.

- au dragage pour adoucir la pente. Les calculs de stabilité montrent qu'il est nécessaire de conserver une pente de 4H/1V pour assurer la stabilité dans des conditions sismiques (ce calcul prend en compte l'amélioration des sols).

Comparaison de différents scénarios :

En référence au Technical Standard for Port and Harbour in Japan edition 1999-2, le type de désordre ou rupture d’équilibre rencontré après un séisme, varie suivant les différents scénarios de construction, et est synthétisé ci-après :



Cas de structure fondé sur pieux:

Ce type de structure a l’avantage d’être relativement peu sensible à la liquéfaction et aux variations de pressions interstitielles, à condition que les pieux soient suffisamment ancrés dans une couche de sol non liquéfiable.

Cependant cette solution atteint ses limites dans le cas où celle-ci est soumise à des sollicitations transversales induites par les effets de grand glissement sollicitant les pieux sur une grande hauteur, cumulé à des sollicitations dynamiques induites par l’accélération sismique. Dans le cas présent en cas de liquéfaction des sols, la hauteur libre équivalente est voisine de 40m, ce qui conduit des sollicitations extrêmes aux points d’encastrements désignés dans le schéma ci-dessous.

Damage to a pile supported wharf at the Port of Kobe - Extrait de “Technical standards and commentaries for port and harbour facilities in Japan ( 1999-2)

Il est important de souligner à propos de cette solution que la sensibilité du quai sur pieux dans le sol avec glissement général du talus est très élevé. En conséquence, en cas de séisme, il sera difficile d'éviter une déformation du quai qui pourra être irréversible.

La stabilisation du quai nécessite une grande densité de traitement de sol de type colonnes ballastées à des emplacements très précis. Il faudra pour cela des techniques de construction très spécifiques dans des conditions offshore.



Vue en plan de la solution quai sur pieux - 2010 Egis Eau

Cas de structure palplanches ancré

Dans le cas de structure ancrée par des tirants (passifs ou actifs), l’accélération horizontale au glissement vers l’aval de l’ensemble de l’ouvrage, une perte de butée, voire une rupture des tirants.

Ce type de structure est considéré comme sensible vis-à-vis du séisme.

Damage to a sheet pile quay wall at the Port of Akita (Iai and Kameosa, 1993) - Extrait de “Technical standards and commentaries for port and harbour facilities in Japan ( 1999-2)



Cas de structure caisson :

Dans le cas de structures caisson, le risque majeur de désordre est la rupture d’équilibre général du caisson, c'est-à-dire à la fois un risque de glissement, de renversement et/ou de poinçonnement. Une méthode de calcul pseudo-statique se prête parfaitement à ce type de structure.

Deformation of rubble foundation of a quay wall investigated by divers (Inagaki et al, 1996) - Extrait de “Technical standards and commentaries for port and harbour facilities in Japan ( 1999-2)

Avantages techniques majeurs d’une solution flottante

Les problèmes posés par les contraintes géotechniques dans le cas de solution de quais fixes et notamment la modélisation de la solution sur pieux conduisent le bureau d’étude Egis Eau à examiner la solution d’un quai flottant, et ainsi limiter à la fois le nombre de pieux de très grande longueur et limiter le traitement de sol.

La solution alternative est donc un caisson en béton armé de 180 m x 30 m x 10 m, maintenu par l’intermédiaire de dispositif d’ancrages spécifiques. L’ancrage du ponton permettant le transfert des charges horizontales vent, houle, accostage des navires, etc…et limitant les déplacements différentiels du quai lors de son exploitation.

L’accès au quai est assuré par une structure métallique fixée sur une culée par le biais d’appuis fixes articulés.



Caisson flottant :

Illustration du quai flottant-2010 Egis Eau

Au stade du prédimensionnement, les dimensions du caisson sont préalablement vérifiées par méthode itérative vis-à-vis d’une stabilité statique et dynamique (roulis), et directement liées au type d’exploitation prévu sur le quai.

Les dimensions du quai flottant retenues comprennent une largeur de 30 m présentant 4 alvéoles principales et 2 alvéoles latérales en section transversale. Les deux alvéoles latérales contiennent des réseaux, et constituent une galerie technique visitable.

Les alvéoles intermédiaires sont construites autour de blocs de polystyrène qui constituent un coffrage perdu.

Coupe transversale type du quai flottant - 2010 Egis Eau

Longitudinalement, le caisson est raidi par des cloisons intermédiaires disposées tous les 8 à 10 m. A un espacement de 20 m sont placées des cloisons plus épaisses qui sont destinées à reprendre les efforts localisés des bollards.



Les alvéoles centrales, remplies de polystyrène, constituent les flotteurs permanents du dispositif, même en cas de rupture accidentelle d’une quelconque des parois périphériques de l’ouvrage. La flottabilité et la sécurité du caisson restent assurées dans ce cas.

Le choix s’est porté sur une solution en béton armé, pour ses qualités largement éprouvées de rusticité, de technique éprouvée et de possibilité ultérieure de réparation en cas d’accident.

Le béton précontraint, qui aurait permis éventuellement une réduction des sections, a été envisagé. C’est en effet une solution en béton précontraint qui a été utilisée par l’US Navy pour un appontement de 183.5 m x 22.85 m (Naval Civil Engineering Laboratory, 1982). C’est également une solution de même type qui constitue le quai flottant à conteneurs de Valdez (Alaska).Malgré leur intérêt théorique, cette approche (béton précontraint) n’est pas retenue, du fait des difficultés que présente la protection des armatures de précontrainte (monotorons graissés) au droit des abouts, et des problèmes que poserait toute intervention ultérieure en cas d’avarie. Le CETMEF, dans son document « Utilisation du béton précontraint en site aquatique » Septembre 2005 a d’ailleurs mis en évidence les difficultés que peut poser le béton précontraint vis-à-vis de la durabilité et de la robustesse de la structure.

La solution quai flottant en béton armé est donc retenue à ce stade. Le caisson est muni des trappes nécessaires pour l’accès du personnel d’exploitation. Il dispose également des ouvertures indispensables pour l’introduction des éléments de canalisation et tuyauteries nécessaires en phase de construction, ainsi que pour les interventions d’entretien et de renouvellement ultérieures.

Le quai est intégralement débarrassé des émergences pouvant constituer des obstacles, à l’exception des bollards. Il est ainsi très facile à utiliser.

L’ouvrage obtenu est lourd et peu fragile. Il est capable d’accepter des dépassements d’énergie d’accostage importants sans risques. La solution a fait ses preuves sur de nombreux projets, comme le ponton flottant de Lorient, construit en 1997 et toujours en service.

On aboutit à un caisson à 4 alvéoles en transversal, d’une trentaine de mètres de largeur, 10 m de hauteur et de 180 m de longueur totale, muni de cloisons étanches espacées d’une dizaine de mètres..

Vue en plan de la structure du caisson en béton armé – 2010 Egis Eau



Une double paroi est prévue tout autour de l’ouvrage, cet espace est conçu pour aménager une chambre permettant :

- l’introduction des matériels et matériaux nécessaires à la construction et à l’entretien,

- la mise en place du dédoublement des canalisations vers les deux galeries techniques latérales,

- le regroupement des compteurs, vannes et dispositifs de contrôle nécessaires.

Travées d’accès :

La largeur de la travée d’accès est voisine de 10 mètres correspondant à un gabarit routier.

La travée est appuyée, côté usine, sur une culée fondée sur pieux dotée d’appuis articulés fixes.

Le ponton flottant est susceptible de se déplacer non seulement verticalement (marnage) mais aussi horizontalement, sous l’effet des efforts horizontaux induits par la houle, ou autres actions de site et les charges d’exploitation du quai. Une étude dynamique définira avec précision le comportement du ponton en service et sous l’effet de la houle et du tsunami. Dans ce cas accidentel, le pont d'accès peut également se comporter comme une partie fusible de la structure.

Pour limiter ces déplacements, au mieux, le ponton sera ancré suivant toutes les directions par le biais de chaines et câbles fixés à des corps morts, pieux de succion, ou pieux ancrés au substratum. Les efforts horizontaux induits par les navires transiteront directement à travers les passerelles implantées à l’arrière du quai.

Fixation du caisson

La fixation de l’ouvrage flottant est un problème important, compte tenu des contraintes de sol et d’exploitation (déplacements minimes lors des déchargements de navires)

En service les efforts horizontaux sont dus, soit aux efforts d’accostage, soit aux efforts d’amarrage. Cependant ils peuvent aussi être dus en combinaison accidentelle à l’effet d’un tsunami.

Ce dernier cas de charge conduit à prévoir un ancrage complémentaire à l’ancrage courant, par un système de pieux et une densité plus importante de chaines.

La durabilité des ouvrages de transfert d’efforts est un paramètre fondamental, puisque l’ouvrage doit présenter une disponibilité si possible totale pendant sa durée de vie.

Les dispositifs et équipements d’amarrages adaptés aux conditions maritimes, peuvent supporter des dépassements de sollicitations avec un coefficient de sécurité de 2, sans pour autant être détruits, et dont la rusticité est le critère essentiel. Pour cela, il est retenu de transmettre les efforts horizontaux issus du ponton par l’intermédiaire de défenses portuaires classiques, ce qui permet de garantir leur adaptation dans les conditions d’emploi projetées. Le bouclier de la défense est revêtu d’une plaque de polyéthylène, limitant les efforts de glissement. Les capacités



de déformation des défenses permettent d’accepter des rotations et de compenser ainsi les erreurs d’implantation.

La configuration d’amarrage est quant à elle adaptée de façon à répartir les efforts sur le quai et sur des ouvrages « fixes » de type duc d’albe implantés à chaque extrémité du quai.

Modélisation dynamique

L'objectif du modèle numérique : exemple SHIP-MOORINGS (développé et exploité par Alkyon, Hydraulic Consultancy & Research, Hollande) est d'analyser les conditions d'amarrage d'un navire ou autre corps flottant en situation opérationnelle (chargement/déchargement) ou dans des conditions limites de séjour. Les résultats de la simulation permettent d’estimer les amplitudes de mouvement du navire et les charges transmises aux défenses et aux éléments d'amarrage dans des conditions de charge déterminées.

Ce modèle reproduit le comportement d'un navire spécifique amarré sous l'action combinée du vent, de la houle et des courants. Le système résout les équations de mouvement du navire dans 6 degrés de liberté (cavalement, embardée, lacet, pilonnement, tangage, roulis) dans le contrôle du temps sans limitations dans les amplitudes de mouvement.

Extrait de la fiche technique du logiciel SHIP-MOORINGS

Un modèle du navire est défini à cette fin, dans des conditions de charge spécifiques, tenant compte des aspects suivants :

- Formes de la coque, - Caractéristiques hydrostatiques, - Déplacement, centre de gravité et inertie, - Coefficients de forces de flux statique et dynamique, - Coefficients de forces de dérive de la houle, - Coefficients de forces du vent, - Masse ajoutée, - Fonctions de transfert de la houle. Le modèle tient compte de l'action simultanée de plusieurs trains de houle de directions et caractéristiques spectrales variables, et il peut fonctionner avec une houle régulière ou spectrale, unidirectionnelle ou multidirectionnelle. Il inclut



également l'action de la houle incidente et reflétée ou diffractée dans les structures portuaires, ainsi que l'effet de la vague longue associée.

La disposition des lignes d'amarrage et des défenses et leurs caractéristiques élastiques individuelles sont également définies dans la construction du modèle, ainsi que certains éléments de comportement linéaire et non linéaire.

On obtient en sortie des tableaux et graphiques des variables suivantes : 6 mouvements avec leurs vitesses et accélérations ; forces dans les amarres individuelles ; forces dans les défenses individuelles. Sont également élaborées des analyses statistiques et spectrales des variables citées, avec des courbes de non-activité. Enfin, une animation des mouvements du navire est produite, avec des vues en projection horizontale et transversale, qui permettent une observation détaillée de son comportement.

Dans le cadre de l’étude particulière du quai flottant, cette étude dynamique est modélisée suivant plusieurs phases :

- Phase 1 : Modélisation en phase de service du ponton flottant seul avec définition des efforts dans les amarres et dans les passerelles,

- Phase 2 : Modélisation en phase de service de deux corps flottants, avec la prise en compte des efforts induits par le navire amarré au ponton,

- Phase 3 : Modélisation en phase accidentelle du ponton seul, sous l’effet d’une vague de longueur d’onde importante, équivalente à celle d’un tsunami, théorie de Wiegel. Dans cette dernière phase, l’action induite par le reflux du tsunami est considéré au même titre que l’action de la vague montante.

L’analyse de ces modélisations permet d’approcher au mieux les actions réelles appliquées dans les systèmes d’amarre du ponton, ainsi que la répartition des efforts retransmis partiellement au quai flottant et aux ducs d’albe d’amarrage de rigidité différente.

Limites opérationnelles

Sous l’action des forces extérieures, provoquées dans ce cas par le navire, le navire amarré sera soumis à certains mouvements, du fait que le système d’amarrage n’est pas totalement rigide. Selon le type de navire et des opérations à quai, des marges admissibles peuvent être définies dans chacun des mouvements. La limite d’opération est sujette à des critères subjectifs, et dépendra fondamentalement comme indiqué ci-dessus du type de navire et du système de chargement /déchargement qu’il utilisera. En principe les limites opérationnelles retenues suivant les navires sont publiées dans la brochure « Criteria for Movements of Moored Ships in Harbours » d'AIPCN-PIANC [1995].

D’autre part, les forces auxquelles sont soumises les amarres et les défenses possèdent des limites qui dépendent de leurs caractéristiques physiques pour résister à la déformation induite par les mouvements du navire. Dans le cas des amarres, il est conseillé que la tension ne dépasse pas le 55% de la charge de la rupture des lignes -OCIMF, Oil Companies International Marine Forum [1997]-

L'analyse de ces résultats permettra d'établir les conditions maximales vent, houle qui permettent aux navires à quai d’être opérationnels.



Exploitation du quai :

La solution de ponton flottant n’admet cependant pas des surcharges uniformes trop importantes, contrairement à la solution de quai fixe. Il est proposé dans le cas échéant envisageable de stocker les containers sur le terre plein arrière et donc de limiter la surcharge surfacique uniformément répartie sur l’ouvrage à 2 t/m².

Illustration du quai flottant-2010 Egis Eau

Les déplacements relatifs en combinaison de service limitées à plusieurs dizaines de centimètres en configuration très défavorable, ne représente un critère de comparaison significative avec les solutions de quais fixes.

La solution de quai flottant répond à l’ensemble des conditions fonctionnelles fixées par le maître d’ouvrage et conduit à un avantage économique et qualitatif.

Phases de construction

La solution de construction du ponton à sec, dans une forme de radoub, permettrait de maîtriser parfaitement les délais de fabrication, en supprimant tous les aléas des travaux à la mer. La création d’un radoub sur site peut être envisagé en considérant la construction du caisson en deux éléments d’une centaine de mètres dans une enceinte dont l’étanchéité serait assurée par des palplanches.

L'idée de construire le quai flottant en deux parties dans une cale sèche loué à un chantier naval (Sembawang Singapour (Drydock), Hong Kong arsenaux Unis Ltd (dock flottant), Keppel Shipyard, à Singapour / Indonésie) n'est pas possible pour des raisons de flux d’activités.

La solution proposée pour la préfabrication de la station d'accueil, consisterait à créer une zone de préfabrication in-situ dans ou dans la région (en référence au quai brise



clapot de Manaco.). Cette solution est intéressante car elle offre une bonne autonomie.

La solution pour la construction de ponton peut être réalisée en deux étapes:

Au cours de la première étape, le ponton est construit en cale sèche, un bassin de radoub, permettrait de contrôler parfaitement le temps de production en éliminant tous les risques des opérations offshore. La création d'un bassin de radoub sur le site peut être envisagée dans l’enceinte d’un batardeau en palplanches.

Au cours de la deuxième étape, l’élévation partielle du ponton est mise en flottaison avant que le coulage du ponton ne soit achevé au droit de son implantation définitive.

Le constructeur peut aussi disposer d'une cale sèche ou le louer pour la durée du projet.

Coupe type du Raboub sur site – Egis Eau - 2010

Description du caractère innovant de la solution

Diverses normes ou recommandations de conception, sont classiquement utilisés pour les ouvrages portuaires dont les recommandations de ROSA 2000, de l’AIPCN. Dans la conception de quais flottant de cette envergure, ces textes ne sont pas suffisants. Il était nécessaire d'adapter des nouvelles techniques de conception et un nouveau concept de facteurs de sécurité.

Des exemples d’études menées sur des structures flottantes au Canada ou au Japon permettent d’appréhender le design de ce type de quai.

Parmi les grandes structures flottantes actuellement en service au Japon sont des terminaux de réservoir d'huile à Kamigoto (Nagasaki Pref.) et Shiroshima (Kita-Kyushu City). Au Canada, le terminal à conteneurs flottant de Valdez réalisé en1982 a des dimensions très proches du quai étudié.

Ce qui fait la particularité de ce quai Indonésien, c’est qu’il est implanté en mer ouverte ancré dans des sols liquéfiables, avec une irrégularité du niveau de fond marins très importante et une exposition toute particulière au risque de tsunami.



Avantages et inconvénients de cette solution

Les avantages de l'utilisation d’une solution de quai flottant sont les suivantes:

- Cette solution réduit les travaux liés aux traitements de sol nécessaires pour prévenir les effets sismiques. Seuls les travaux sensibles de remblais pour les accès et les culées de passerelles nécessiteront un traitement de sol. En outre, les dommages sur les ducs d’albe d’amarrage, en cas de séisme sont à intégrer comme acceptable, dans la mesure où ils peuvent être facilement réparés.

- D’un point de vue géotechnique, cette solution est plus sûre;

- Cette solution réduit d'environ 60% à 70 % la quantité de traitements vis à vis du risque liquéfaction par rapport à une solution de quai fixe.

- La solution permet d'effectuer la plupart des traitements du sol en conditions onshore. Au point de vue géotechnique, cette solution est plus facile à exécuter;

- Les capacités de chargement et de déchargement peut être facilement élargi et accéléré;

- Le poste n'est pas touché par le changement de niveau des eaux,

- Les conditions de construction sera plus facile que d'autre solution;

- Les grues et les structures du quai flottant sont protégés contre les actions sismiques (lorsqu’elles ne sont associées ni à la liquéfaction, ni au tsunami);

- Le quai n'est pas influencée par l'état du fond marin du sol / telles que l'enfoncement, la liquéfaction, le dépôt, le dragage. Le tassement différentiel dû à la consolidation sol réhabilité aura un impact négligeable sur la structure.

- Le coût de construction est réduit au minimum car il nécessite moins de travaux de fondation et une durée d’intervention sur site plus courte;

- Le quai peut être facilement enlevé ou déplacé si nécessaire,

- Le quai aura un minimum d'impact sur l’environnement compte tenu de la faible emprise sur le sol marin,

- Les réseaux sont intégrés dans la structure du ponton ce qui libère l’aire de travail sur le pont pour l'exploitation des ports;

- Cette technique autorise la construction par phases; qui conduit à une diminution du temps de construction in situ.



Les inconvénients de cette solution sont:

- Une opérabilité difficile pour des états de mers relativement sévère y compris en cas de tempête, ou de typhon;

- Un quai flottant est plus vulnérable aux aléas météorologiques et des conditions océanographiques qu’un classique quai fixe,

- Des dépenses de fonctionnement liées à l’anti-fooling sur la structure peuvent être élevés;

- la conception du système d'amarrage et de transmission des efforts horizontaux à l’arrière du quai est un défi.

Conclusion

La solution quai flottant constitue une difficulté technique à la conception, et nécessite de nombreuses modélisations. Cependant elle présente de nombreux avantage dans la construction et à son exploitation.

La réutilisation éventuelle de la structure sur différents sites peut être envisagé, soit en tant que quai flottant sur un autre site ou en tant que caisson de soutènement après lestage.

Pourquoi ne pas envisager l’utilisation d’un navire en tant que quai flottant pour des ouvrages à faible durée d’exploitation?

L’impact sur l’environnement reste limité du fait de la faible emprise au sol et de la réversibilité de l’ouvrage.

Illustration 3D du quai flottant-2010 Egis Eau



Références

- Technical Standard for Port and Harbour in Japan edition 1999-2

- Technical Standard for Port and Harbour in Japan edition 2009

- CETMEF, Utilisation du béton précontraint en site aquatique » Septembre 2005

- Criteria for Movements of Moored Ships in Harbour d'AIPCN-PIANC [1995].

- OCIMF, Oil Companies International Marine Forum [1997]

- Recommandations du CETMEF - ROSA 2000,

- Risques dynamiques pour les ouvrages maritimes et fluviaux - ER QG 94.02 juin

1994 rédigé par GEODYNAMIQUE ET STRUCTURE

- Fascicule n°1 : Prise en compte du séisme dans la conception et la justification

des ouvrages portuaires intérieurs neufs.

- Fascicule n°2 : Prise en compte du tsunami dans la conception et la justification

des ouvrages portuaires intérieurs neufs.

- OTC 4397 :Design and Functional Requirements for the Floating Container

Terminal at Valdez, Alaska

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Sommaire Choix de la solution quai flottant - aipcn.fr · PDF fileConcours jeunes AIPCN - 2010...

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