Activité 4: Etude Des Technologies D intervention Optimales www.beachmed.it 271
4. ACTIVITE 4: ETUDE DES TECHNOLOGIES D INTERVENTION OPTIMALES Généralités L'activité 4 du projet a été dédiée à l étude des technologies d intervention optimales. Dans le cadre de la phase de cette activité la Région Lazio et l EUDA ont étudié les systèmes optimaux pour la récupération et l entretien des littoraux, en développant les aspects les plus importants, parmi lesquels: Individuation des différentes situations locales Détermination des systèmes d actuation Evaluation des coûts Méthodologies de projet des profils de remblaiement En ce qui concerne les activités déjà déroulées, on renvoie aux cahiers précédents, consultables aussi on line au site www.beachmed.it. Pour la phase C de l activité 4 la Région Lazio et l EUDA ont organisé un Séminaire (2 décembre 2004 Salle Aniene Rome) pour l approfondissement des aspects techniques et administratifs des adjudications des interventions de dragage et remblaiement et pour approfondir, en plus, les aspects liés à la coordination des activités multidisciplinaires nécessaires pour le commencement de ce genre d interventions. En particulier, le Séminaire a été structuré en 4 sessions ainsi organisées: Session 1: Aspects techniques et limites d opération des moyens de dragage (profondeur de dragage, vitesse de navigation, temps d exécution, typologies exécutives, etc.) Session 2: Les facteurs qui déterminent le prix (volume et dimensions du projet, distances de navigation, type d équipement, qualité du sable et profondeur de dragage, manuels des opérations, etc.) Session 3: Problèmes contractuels (définition du projet, contrôles de qualité, méthodes de mesurage et comptabilisation, définition des équipements minimums, profils de placement, etc.) Session 4: Projet coordonné et régime des autorisations (Détermination des carrières, Caractérisation Environnementale, Modèles de simulation, Aspects concernant le projet, Direction Travaux, Autorisations, etc.) Les thèmes traités seront récoltés en fascicules qui seront après mis à disposition et publiés dans le site. A suivre on présente deux rapports élaborés par l Observatoire Régional des Littoraux et par le Centre de Monitorage de la Région Lazio. Le premier rapport, qui a comme titre Analyse des coûts pour la construction d œuvres de défense côtière, représente une contribution pour approcher en termes strictement économiques le problème de l évaluation de convenance des remblaiements souples par rapport à ceux protégés avec des oeuvres rigides. Sur ce thème, en effet, on a développé beaucoup de thèses et hypothèses et il résulte difficile, pour les Administrations, de se savoir orienter dans ces conditions. La méthode proposée commence par les données qu on peut obtenir par la simulation en modèles des différents types d interventions, du remblaiement souple aux remblaiements protégés par des épis et des barrages submergés de différentes dimensions. En associant les coûts à ces œuvres et en développant une analyse de la Valeur Actuelle Nette sur un horizon temporel de 25 ans, se présentent les conditions de convenance d une intervention par rapport à une autre lesquelles, évidemment, dépendent fortement du coût du sable de remblaiement et de sa qualité. Le second rapport, qui a pour titre Vérification des profils de remblaiement par rapport aux distributions granulométriques sur place et des matériaux d apport, propose un instrument de vérification des profils de placement dans le but d évaluer, avec une approche plus proche de la réalité physique de l intervention, la tendance des matériaux d apport à résister sur la plage émergée. Il est évident comme cette contribution aussi vise à fournir des éléments de décision soit dans la phase de projet, soit dans celle d évaluation d une ressources minière, soit dans la phase de vérification environnementale de non interférence avec les fonds où, éventuellement, commencent les prairies de posidonies. www.beachmed.it 273
Activité 4 : Etude Des Technologies D intervention Optimales Maintenance et réparation des littoraux sablonneux à l aide des dépôts sablonneux marins. Considérations techniques et économiques Région Lazio Observatoire Régional des Littoraux Euda Association Européenne de Dragage www.beachmed.it 275
Maintenance et réparation des littoraux sablonneux à l aide des dépôts sablonneux marins. Considérations techniques et économiques Euda Le présent rapport décrit le cycle de dragage spécifique à la réalisation de projets de remblayage ainsi que l influence d un certain nombre de paramètres sur le coût de ces projets. Si le premier rapport de la European Dredging Association s intéressait aux nombreuses considérations relatives à la conception d un projet de restauration des littoraux et ne faisait qu aborder les aspects technologiques, le présent rapport prend en compte toutes les contraintes relatives à l équipement utilisé. Comme le montreront les chapitres suivants, la variabilité des paramètres et conditions est telle qu il n est possible de présenter que les tendances générales de coût d un projet. Ce rapport s organise de la manière suivante : Localisation d aires d emprunt de sable adéquates. Cycle de dragage, depuis le chargement du sable jusqu à son déversement dans les conditions correctes. Discussion des paramètres qui influencent le coût. Tendances des coûts des projets. Aires d emprunt de sable marin Sur la majeure partie du plateau côtier méditerranéen, on trouve déjà du sable de qualité suffisante à des profondeurs de 20 30 m. Dans la pratique, il est rarement possible d utiliser ces zones comme aires d emprunt pour des raisons morphologiques ou environnementales. La proximité du trait de côte peut engendrer une nouvelle érosion. La présence d herbes (farenogame) sur de grandes étendues le long de la côte, à des profondeurs pouvant aller jusqu à 30 m, exclut toute possibilité d extraction de sable. Un impact sur une communauté benthique différente dans les zones moins profondes n est pas souhaitable. Les nuages de sédimentation temporaires dans l eau de mer pourraient avoir un effet négatif sur la faune marine (turbidité). De plus, la qualité de ces sables (calibre du grain) n est pas toujours optimale. Par conséquent, les dépôts de sable les plus adéquats se trouvent à des profondeurs de 40 m ou plus, et parfois jusqu'à 100-120 m, au bord du plateau continental. L exploration de la structure des fonds marins s effectue en règle générale à l aide de techniques sismiques. La figure 1 illustre certaines situations caractéristiques que l on peut rencontrer au bord des plateaux, à des profondeurs de 40 45 m, mais parfois beaucoup plus importantes. www.beachmed.it 277
Sédiments marins Strates sédimentaires Substrat Pyroclastique Base rocheuse Réflexions multiples De la figure on peut conclure que tous les dépôts de sable ne sont pas directement accessibles à l aide d un engin de dragage. Il est parfois nécessaire d enlever une importante couche supérieure ( recouvrement ) avant d accéder au sable. ENLEVEMENT DE LA SURFACE DE RECOUVREMENT DE LA SABLIERE Sur la base des échantillons prélevés à un stade préliminaire afin de déterminer les caractéristiques de l aire d emprunt de sable marin (après une recherche géophysique correcte), il est possible de calculer l épaisseur réelle des boues recouvrant les sables marins. Ceci étant fait, on peut déterminer la surface utilisable pour l exploration et, par voie de conséquence, il est facile d estimer la quantité de limon ou de sédiment à enlever. Le projet préliminaire doit prendre en compte cette délicate opération d enlèvement et prévoir également l emplacement le plus adéquat pour l entreposage du matériau de recouvrement. Si l on opte pour un dépôt marin, il faut qu il soit situé pas trop loin du site d extraction (pour réduire les coûts), mais à une distance suffisante pour empêcher les sédiments plus légers de recouvrir la zone d extraction. Il est donc nécessaire dans ce cas de connaître la direction des courants de fond et, le cas échéant, de procéder à une étude spécifique. Avant la sélection finale, les conditions environnementales doivent être évaluées de manière à exclure tout risque pour les espèces sensibles. Ces études sont effectuées avec la collaboration des instituts de biologie locaux. DECHARGEMENT DU RECOUVREMENT Pendant ce processus, il se peut que la drague extraie initialement du sable mélangé à du matériau plus fin (limon, boue, substrat) qu il est préférable d éliminer. Cette élimination peut parfois s effectuer par débordement : les fractions dont la densité spécifique est moindre retournent ainsi à la mer tandis que le sable, plus lourd, reste dans la marie-salope. www.beachmed.it 278
Si aucun système de débordement n est prévu, la quantité de recouvrement (limon ou boue) dans la mariesalope d une drague suceuse sera toujours inférieure à la capacité disponible en raison de sa moindre densité et de sa volatilité dans l'eau. En d autres termes, la quantité de recouvrement enlevé peut n être que de 1:15 du volume de la marie-salope (cette proportion dépendant étroitement du type de sol). Ainsi, avec une drague de 10.000 m³ par chargement, il n est possible de recueillir qu environ 700 m³ de matériau de recouvrement in situ lorsque le débordement n est pas utilisé. Si la boue est directement déchargée de la marie-salope d une drague, une importante turbidité se développera sur une zone étendue. Afin de minimiser cet effet, on préfère parfois refouler le fin recouvrement directement à de plus grandes profondeurs à l aide des pompes qui avaient déjà été utilisées pour le chargement. Cette technique, qui est plus coûteuse que le déchargement par le fond de la drague, utilise comme tuyau de refoulement la conduite raccordée au tuyau d aspiration; autrement dit, le matériau est aspiré dans la marie-salope puis refoulé vers le fond de la mer via les tuyaux de dragage (par inversion de la direction normale du flux de liquides). L expérience montre que la turbidité engendrée est moindre et que l impact sur l environnement est réduit. Le cycle de dragage Dans sa forme la plus simple, le cycle de dragage se compose de 4 étapes: Navigation jusqu au site de déchargement Aire d'emprunt Chargement Déchargement Plage Navigation jusqu au chantier CHARGEMENT DU SABLE La technologie d extraction du sable (ou de la vase ou du limon) du lit marin repose sur deux principes physiques : Enlèvement mécanique Enlèvement hydraulique L enlèvement mécanique utilise un conteneur (grappin ou godet) qui contient la totalité du matériau ramassé sur le fond de la mer. La drague à benne preneuse, la drague rétrocaveuse et la drague à godets sont des exemples typiques d engins de ce groupe. Ce type d équipement s utilise pour les travaux nécessitant de la précision; ces dragues ne peuvent opérer qu à proximité de la côte, en eau calme. En règle générale, ces types de dragues sont associés à des allèges ou à des allèges à marie-salope qui transportent le matériau dragué sur le site du projet. Ces dragues sont moins indiquées pour les projets de remblayage en raison de : Leur faible débit. La difficulté de travailler en pleine mer et par mer agitée. www.beachmed.it 279
L impossibilité de travailler en eaux profondes (plus de 30 m de profondeur). L impossibilité de transporter elles-mêmes sur la plage le matériau dragué, et donc la nécessité de déployer des vaisseaux de transport. Le principe de l enlèvement hydraulique consiste à créer une sous-pression ou un vide dans un tuyau d aspiration de manière à pomper un mélange eau-sédiment / solides. La pression d aspiration est créée par une ou plusieurs pompes de dragage centrifuges placées dans la même conduite. Les dragues suceuses qui utilisent ce type de technologie se subdivisent en : a) Dragues suceuses à désagrégateur Il s agit de dragues stationnaires. (Si elles peuvent être munies de moteurs pour de courtes opérations dans le port ou pour de longs déplacements de mobilisation entre différents projets, elles ne peuvent toutefois pas être utilisées pour les travaux de remblayage normaux car elles n ont aucune capacité de transport). Ces dragues sont équipées, devant la bouche d aspiration, d un couteau rotatif qui désagrège le matériau solide et en facilite ainsi le mélange à l eau et le passage dans la conduite et le système de pompage. Cette mixture, une fois aspirée par la / les pompe(s) à Drague à godets sable, est déchargée dans une allège ou sur le site de déchargement via des conduites. Une drague de ce type est souvent raccordée à une conduite flottante de déchargement qui la relie au littoral; la puissance de pompage est généralement suffisante pour couvrir la distance jusqu au site de récupération. Ces dragues se distinguent par leurs importants volumes de production. Leurs caractéristiques sont les suivantes : - Possibilité de pomper sur plusieurs kilomètres de distance. - Impossibilité de travailler en mer profonde (plus de 35 m de profondeur). - Besoin d un équipement spécial de moindre taille pour l ancrage et le repositionnement de la drague. - Difficulté à travailler en haute mer (hauteur de vagues limitée). - Obstruction des chenaux de navigation dans les ports et les accès aux ports en raison de leur conduite flottante. - Utilisation de pieux verticaux pour permettre le papillonnage caractéristique de ce type de dragage. - Utilisation d ancres pour permettre le papillonnage. Les dragues suceuses à désagrégateur s utilisent en règle générale pour : - Le dragage des fonds des ports afin d en augmenter la profondeur. - La création de nouveaux quais ou de nouveaux chenaux. www.beachmed.it 280
- Le broyage et l enlèvement de matériau rocheux de dureté moyenne ou élevée et son déchargement dans des zones spécifiées. - Le remblayage de plages dans les zones marines protégées ou internes. - La récupération de terrains marécageux pour la création de nouvelles berges et l extraction de sédiments de zones submergées. - La récupération de zones polluées par enlèvement des terres ou des sédiments contaminés et leur déchargement dans des zones réservées. b) Dragues suceuses porteuses à élinde traînante (TSHD) Les dragues suceuses combinent les fonctions de dragage et de transport. Dotées d un système de propulsion, ces dragues sont capables de naviguer et de tourner au-dessus d une aire de dragage, tout en stockant les matériaux dragués dans la marie-salope dont elles sont équipées; le déchargement de ces matériaux peut s effectuer par ouverture des portes de la marie-salope ou par refoulement via le système de pompes de dragage. Le chargement s effectue par le biais de conduites de dragage placées sur le(s) côté(s) du vaisseau et qui aspirent le fond de la mer à l aide de pompes centrifuges. Ces dragues se distinguent par leurs importants volumes de production rendus possibles par les puissantes pompes à sable centrifuges. Ces dragues se caractérisent en outre par : - La possibilité de transporter leur chargement sur de longues distances. - Point de vue navigabilité : plus grandes, ces dragues peuvent opérer à de plus grandes profondeurs et sur des distances plus importantes. Elles résistent également à des vagues de 1,5-2 m ou plus. - Elles sont complètement autonomes et n ont pas besoin de bâtiments de surface auxiliaires. - Elles peuvent fluidifier les sédiments et les pomper dans une conduite conçue à cet effet. - Après l avoir stocké, elles peuvent déverser leur chargement à terre. - Elles ne sont soumises à aucune restriction de navigation pour l aire d emprunt mais ont besoin d une assistance appropriée dans la zone de déchargement prévue. En raison de leurs caractéristiques, les dragues suceuses porteuses à élinde traînante sont spécialisées dans les travaux suivants: - Opérations de dragage pour l entretien ou l approfondissement des ports. - Le dragage des chenaux d approche et des bassins d évitage des ports. - La création de tranchées sous-marines. - Le remblayage des plages, la récupération des terres. c) Dragues stationnaires Les dragues stationnaires extraient le sable de la même manière que les dragues suceuses porteuses à élinde traînante mais ne disposent pas de propulsion ni de possibilité de stockage (marie-salope). Elles déchargent le matériau de dragage via des conduites ou, parfois, dans des allèges à marie-salope auxiliaires amarrées le long de la drague. La drague est fixée sur ses ancres et balaie sa zone de travail en papillonnant autour de son point d ancrage à l aide de treuils. www.beachmed.it 281
Ces dragues se caractérisent par des niveaux de production moyens et de plus : - Elles ont la possibilité de décharger le matériau directement sur la plage (ceci dépendant de la distance). - Elles peuvent opérer à des profondeurs limitées. - Elles ont besoin de navires auxiliaires pour se déplacer. - Elles peuvent travailler en haute mer mais uniquement par houle modérée. Les dragues stationnaires sont principalement conçues pour assurer une récupération directe mais elles peuvent parfois aussi refouler les matériaux dans de petites maries-salopes ou allèges à moteur et, ainsi, participer à des travaux de remblayage des plages ou à des opérations de déchargement de grande envergure. DEPLACEMENT DE L AIRE D EMPRUNT A LA ZONE DE REMBLAYAGE Il existe généralement deux types de transport possibles : Transport utilisant la marie-salope embarquée sur un navire à moteur. Transport hydraulique par aspiration et pompage d une mixture dans une conduite. Dans ce dernier cas, on peut établir une distinction entre les dragues à désagrégateur et les dragues porteuses à élinde traînante : - Dans le cas d une drague à désagrégateur située dans l aire d emprunt, l aspiration peut être assurée par un système hydraulique si la profondeur ne dépasse pas 25-30 m. Le matériau doit alors être pompé directement dans une conduite de déchargement. - Dans le cas d une drague suceuse porteuse à moteur, le vaisseau transporte le sable à proximité de la plage; à ce moment, le sable contenu dans les maries-salopes est fluidifié à l aide d eau puis refoulé par des pompes de dragage dans un système de conduites aboutissant à la plage. On observera que : - Dans la plupart des cas, ce système de conduites est prévu entre la plage et la haute mer, où les dragues disposent d une profondeur de navigation adéquate; ces dernières peuvent ainsi s y amarrer en toute sécurité pour refouler la mixture sable / eau vers le littoral. - La distance entre la drague et le point de déchargement est très variable et dépend dans une très large mesure de la taille de la drague suceuse porteuse à élinde traînante; les dragues à désagrégateur travaillent généralement avec de longues conduites. - Les conduites peuvent courir sur le fond de la mer ou être flottantes. Lorsque les marées présentent de fortes différences, et dans ce cas seulement, le pompage du sable sur la plage peut être évité; le sable est alors déchargé par les portes de la marie-salope et épandu sous eau à proximité de la partie de plage découverte à marée basse (l opération s effectuant donc lorsque la zone proche du littoral est recouverte par la marée haute). Le sable se dépose ensuite à marée basse. Une autre méthode parfois utilisée lorsque la drague suceuse peut approcher de la plage est la méthode de l arc-en-ciel (rainbowing). DISTRIBUTION DE SABLE SUR LA PLAGE La distribution des sables est réalisée par refoulement du mélange sable / eau. Le diamètre de la conduite utilisée dépend du débit des pompes de dragage et de la nécessité de maintenir une vitesse critique du mélange afin d éviter toute sédimentation du sable dans la conduite au cours du processus de déchargement (donc pour éviter l obstruction de la conduite). En règle générale, le diamètre des conduites est de 600 mm pour les dragues de petite taille et de 1200 www.beachmed.it 282
mm pour les plus grandes. Le déchargement demande 40 à 120 minutes, en fonction du calibre du grain du matériau, de la longueur de la conduite et de la capacité de pompage de la drague. La gestion des opérations de réapprovisionnement est un facteur important. Il faut en effet pouvoir déposer d énormes quantités de sable en un temps limité (35-80 minutes) dans le cadre du plan volumétrique prédéfini pour le projet. Ce plan volumétrique est basé sur les études des mouvements sur le littoral sablonneux. Par exemple, s il est prévu d utiliser une drague Jumbo, on doit prévoir le déversement d'un maximum de 400.000 m³ de sable sur la plage en une semaine (c est-à-dire l équivalent de 20.000 camions, soit un camion toutes les 30 secondes). Il est clair que l organisation doit être bien pensée pour permettre le déversement de telles quantités sur un site. On utilise parfois plusieurs conduites pour couvrir une plus large portion de plage, ce qui permet d'assurer le déversement sur des zones plus importantes (par ex. de très grandes plages). Il est important de définir la géométrie du profil du sable, son épaisseur et sa largeur afin de permettre une sélection correcte des techniques de déversement et de la capacité de dragage appropriée pour la mise en œuvre de ces techniques. Il devient de plus en plus commun de réaliser des travaux qui, outre l'élargissement du littoral sablonneux, en prévoient également le relèvement par rapport au niveau moyen de la mer et la reconstruction, si possible, des dunes. Discussion des variables et paramètres des projets LES DRAGUES APPROPRIEES POUR LE REAPPROVISIONNEMENT Le travail en haute mer et à de grandes profondeurs implique l utilisation de navires de mer spécialement conçus et construits à cet effet. Les règles de sécurité pour les équipages en mer ainsi que la possibilité de travailler dans des conditions difficiles imposent l utilisation d un équipement hautement sophistiqué, capable de travailler en présence de vagues de 1,5-2 m et d extraire du sable à des profondeurs de 40-100 mètres. Les dragues suceuses à désagrégateur ne peuvent pas opérer dans ces conditions, soit parce qu elles ne supportent pas les vagues d une telle force, soit parce que le godet ne peut pas atteindre des profondeurs aussi importantes (max. 30 m). Par conséquent, seules peuvent être utilisées des dragues auto-chargeuses à moteur ou autres dragues de mer spéciales capables d extraire le sable à des profondeurs de 40 à 100 m. On distingue généralement : - Petites dragues : volume entre 1000-3000 m³ - Dragues moyennes : volume entre 3000-8000 m³ - Grandes dragues : volume entre 8000-16000 m³ - Dragues Jumbo : volume supérieur à 16000 m³. Le tableau présente une synthèse des caractéristiques principales de ces dragues, par catégorie. Les dragues dont la marie-salope a un volume inférieur à 1000 m³ n ont pas été prises en compte; elles sont utilisées exclusivement pour les travaux dans les ports de mer et les fleuves. Les dragues Jumbo ne sont utilisées que depuis 1994, date à laquelle ont été entrepris d importants travaux en Extrême-Orient. Entre 1994 et 2001, 9 dragues Jumbo ont été construites pour participer aux travaux de création d une île artificielle à Hong Kong, pour la construction de l aéroport de Chek Lap Kok. Les dragues suceuses porteuses à élinde traînante modernes représentent un lourd investissement et leur déploiement est planifié avec rigueur afin d éviter tout déplacement improductif. La planification d un projet de remblayage de plage doit tenir compte de la taille optimale de l équipement de dragage en fonction des besoins. La mobilisation, par exemple, d un plus grand navire depuis le Moyen-Orient ou l Extrême-Orient représente un coût très important. Cette dépense ne peut se justifier que si le volume total du / des projet(s) est de l ordre de plusieurs millions de m³. www.beachmed.it 283
Capacité de la marie-salope (m³) Petites dragues Dragues moyennes Grandes dragues Dragues Jumbo 1.500 6.000 10.000 20.000 Longueur (m) 75 100 135 165 Largeur (m) 13 19 23 30 Profondeur (m) 5,05 9,05 11 12 Profondeur (m) 4,05 8 9 10 Port en lourd (tonnes) 1.700 9.000 16.500 30.000 Puissance totale (kw) 4.500 14.700 19.000 40.000 Profondeur de dragage (m sous le niveau de l eau) Situation en 1993 : Petites dragues : 136 Dragues moyennes : 68 Grandes dragues : 18 Construites entre 1993-2000 : Petites dragues : 17 Dragues moyennes : 11 Grandes dragues : 4 Dragues Jumbo : 9 Situation en 2000 : Petites dragues : 153 Dragues moyennes : 79 Grandes dragues : 22 Dragues Jumbo : 9-30 -50-50 - 80 130 Dans la discussion des autres paramètres, ci-après, nous n envisagerons pas en détail l utilisation des dragues à désagrégateur ou des dragues stationnaires. Elles peuvent néanmoins représenter un choix optimal dans des circonstances particulières. CYCLES DE DRAGAGE Le cycle de dragage n a été jusqu ici envisagé qu en termes généraux. Compte tenu de la complexité des paramètres influençant le coût des projets, il est nécessaire d'y consacrer un examen plus détaillé. Il peut arriver que les étapes préliminaires d un projet donné impliquent un déminage ou l enlèvement et le dépôt des couches de recouvrement, toutes tâches qui ont un impact évident sur le coût total. La phase de remblayage et de restauration des plages exige une méthode précise de planification des travaux, qui tienne spécifiquement compte de la nature répétitive du cycle de production. Cycle de production = Tc + Tta + Tr + Ttr Tc = Temps de dragage nécessaire pour remplir la marie-salope (temps de chargement) Tta = Temps de navigation depuis la sablière (aire d emprunt) jusqu à la plage à remblayer Tr = Temps de déchargement, y compris le raccordement à la conduite de déchargement Ttr = Temps de navigation entre la plage et l aire d emprunt www.beachmed.it 284
Ce cycle est fonction de différents paramètres, dont les plus importants sont les suivants: 1. Type de projet 2. Profondeur de dragage 3. Distance entre l aire d emprunt et la plage 4. Qualité du sable 5. Profil bathymétrique de la plage à remblayer 6. Choix de la drague à utiliser 7. Vitesse opérationnelle de la drague 8. Capacité nominale de déchargement Les deux exemples de la figure ci-dessous montrent l influence des paramètres principaux sur les opérations de dragage en termes de variation du temps d exploitation. Bien évidemment, ces paramètres affectent fortement le coût du projet et le coût spécifique par m³. 2500 Tta Volume de sable dragué (m³) 2000 8000 1500 Tc Tr 6000 1000 4000 Tc Tr 500 Ttr Volume de sable dragué (m³) 0 1 2 3 4 0 2 4 6 8 10 12 2000 Tta Ttr Cycle de dragage par une petite drague (île de Pellestrina) Le dépôt du sable se produit par ouverture des soupapes disposées sur le fond de la drague Cycle de dragage par une drague moyenne (Ostia) PHASE DE CHARGEMENT La drague suceuse porteuse à élinde traînante opère par passages successifs sur l aire d emprunt en tirant le tuyau d aspiration sur le lit de la mer, à la manière d un énorme aspirateur. La vitesse du navire dans cette phase est de 2-3 nœuds. A la fin d un passage, le tuyau d aspiration est relevé pour permettre à la drague de virer, après quoi il est reposé sur le lit de la mer pour entamer un nouveau passage sur l'aire d'emprunt. La tête de dragage est la partie inférieure du tuyau d aspiration qui balaie le lit de la mer : elle est dotée de dents preneuses et permet d injecter des jets d eau à très haute pression afin de désagréger les bancs de sable ou des matériaux particulièrement compacts. Ce système fournit de l eau à haute pression aux tuyères de la tête (6-10 bars) afin de fluidifier le lit de la mer. L utilisation d eau à haute pression à un double objectif : - Améliorer la fragmentation des couches dures; - Pré-mélanger les sédiments et l eau de mer pendant la phase d aspiration. Les dragues sont équipées d un amortisseur de vagues monté sur le(s) conduite(s) d aspiration afin d en permettre l utilisation par mer agitée. Ce système permet à la tête de dragage de rester collée au lit de la mer même en cas de vagues de 2-3 m. www.beachmed.it 285
Le tuyau d aspiration est commandé par une ou plusieurs pompes de dragage centrifuges placées à bord de la drague ou dans le tuyau même. Cette dernière option assure de meilleurs résultats aux plus grandes profondeurs. Une pression d aspiration réduite augmente le débit et la densité du mélange eau / sable, diminuant ainsi le temps nécessaire au remplissage de la marie-salope. Sans entrer dans les détails physiques, il est évident que l utilisation de pompes sous-marines est requise lorsque l on dépasse une certaine profondeur. Si l on considère qu un mélange diphasique de sable et d eau doit être pompé à bord, que la densité spécifique du mélange se situe entre 1,25 et 2,00 kg/m³, qu un débit minimum doit être maintenu dans le tuyau d'aspiration afin d'éviter la séparation des phases, voire l'obstruction par le sable, on comprendra qu'à une profondeur de 35 à 50 m, la pompe sous-marine devient une nécessité physique et permet d augmenter la productivité. DEVERSEMENT SUR LA COTE Tout comme n importe quel autre navire, une drague a besoin d une certaine profondeur d eau pour naviguer correctement. La sécurité d approche du littoral dépend du tirant d eau de la drague à pleine charge sur le site de déchargement et de la profondeur bathymétrique de la zone côtière où s effectue l opération. Les dragues modernes sont équipées d un système de conduite de refoulement de proue qui, à l arrivée du navire sur le site, doit être raccordé à une conduite en place qui est acheminée vers la côte. Cette opération demande parfois l assistance d un navire auxiliaire et prend quelques minutes. La profondeur utile doit bien entendu être supérieure de 1,5 à 2,5 m au moins au tirant d'eau de la drague à pleine charge. En d autres mots : drague de 1.500 m³ ± 5,00 m de tirant d eau 7 m de profondeur nécessaire drague de 6.000 m³ ± 7,00 m de tirant d eau 9 m de profondeur nécessaire drague de 10.000 m³ ± 10,00 m de tirant d eau 12 m de profondeur nécessaire drague de 20.000 m³ ± 12,00 m de tirant d eau 14 m de profondeur nécessaire (m³ = volume de la marie-salope) Par conséquent, plus le bateau est grand, plus la distance à la côte est grande. Raccordée à la drague, cette conduite se dirige perpendiculairement vers le littoral où elle distribue le sable via des dérivations parallèles à la plage. En général, le site de déchargement est choisi au large, au centre de la plage à remblayer, de manière à permettre le déchargement du mélange sable / eau dans les deux directions. Ce système hydraulique permet de déverser le sable dans le profil de plage voulu de manière contrôlée, pourvu que l on dispose d engins de terrassement auxiliaires capables de suivre le rythme de déchargement et de traiter les volumes déchargés par la drague. A cet égard, il est important de savoir que l utilisation de grandes barges peut poser des problèmes au niveau de l enlèvement des sédiments. Une drague suceuse porteuse à élinde traînante Jumbo décharge jusqu à 500 m³/mlongueur de plage. Dans la région méditerranéenne, le déchargement se fait généralement au rythme de quelque 300 m³/mlongueur, ce qui est suffisant pour construire des plages de ± 100 m de large. En résumé, les principaux facteurs qui influencent le coût d un projet de remblayage de plage sont : Facteurs liés au navire : Facteurs liés au projet : Coût de mobilisation / démobilisation Capacité de la marie-salope Profondeur de dragage Capacité de pompage Vitesse du navire Caractéristiques de chargement/déchargement Volume total du projet Profondeur de l aire d emprunt Situation de l aire d emprunt (recouvrement?) Distance à la plage Bathymétrie de l estran Profil de plage requis ( degré de remblayage ) Longueur de la conduite Qualité du sable Régime de temps (facteur de capacité) Efficacité / pertes en sable www.beachmed.it 286
Eléments de coût d un projet de remblayage de plage L objectif principal du présent rapport est de fournir des éléments d information pour le choix de la classe de drague la plus appropriée pour un type de projet de remblayage de plage donné. Le choix d une drague optimale par le type et la taille aura des répercussions favorables sur le coût du projet. Le coût d un projet de remblayage de plage est fonction de plusieurs paramètres qui doivent être tous clairement définis et analysés pour le calcul du prix. Une connaissance approfondie des opérations de dragage et des caractéristiques des navires est indispensable pour comprendre l interaction entre les facteurs de coût et donc pour le calcul du prix. On notera que chaque projet est unique par sa conception et ses conditions d exécution. Par conséquent, il est impossible de standardiser les coûts en matière de remblayage de plage. La détermination des principaux éléments constitutifs du prix de ce type de projet ne peut se faire qu après évaluation de tous les problèmes opérationnels et du coût du cycle de dragage : 1. L aire d emprunt : - son emplacement (distance entre l aire d emprunt et le site de remblayage) - la profondeur d extraction du sable - la qualité du sable 2. Le site de remblayage : - la quantité à récupérer, la largeur et l épaisseur du nouveau profil de plage - la distance de pompage entre la drague et les extrémités de la plage à remblayer - la qualité du sable 3. Le moment de l exécution (saison, durée) 4. Le choix de l équipement et sa disponibilité 5. La mobilisation / démobilisation de la drague et de son équipement auxiliaire. En ce qui concerne ce dernier facteur - le coût de mobilisation - il faut bien savoir que chaque cas est unique et que son impact sur le coût final sera important. La différence est en effet énorme si l'on dispose d'une drague dans la région ou s'il faut la faire venir d'extrême-orient par exemple. Le voyage peut prendre 20-30 jours. Le prix par jour de ces navires peut dépasser 50.000. Il est évident que ces coûts ne peuvent se justifier pour un projet portant sur 200.000 m³ de sable. D autre part, si la profondeur est importante au niveau de l aire d emprunt (plus de 45-50 m), la plupart des dragues suceuses de petite et moyenne taille sont exclues. La conclusion s impose donc : pour que le projet soit rentable, il faut que la quantité de remblayage soit suffisamment importante pour optimiser l'effet du coût de mobilisation / démobilisation. Comme il a déjà été dit, chaque projet a ses caractéristiques uniques. Chaque entrepreneur devra établir pour lui-même la proposition la plus économique en tenant compte de tous les paramètres spécifiques du projet. Dans le calcul et la préparation d une offre, l entrepreneur devra prendre en compte la disponibilité d'un équipement donné (adéquat) à proximité du chantier, en fonction du calendrier imposé par le client. Même si l équipement choisi n est pas le plus performant ni le plus économique en soi, il est possible que le choix en soit défendable d un point de vue économique général si l'on considère tous les paramètres spécifiques de ce projet particulier. Afin d établir un jugement économique, il est nécessaire de considérer le contexte local, et plus précisément les prix locaux, et d'évaluer chaque opération génératrice de coûts. Cette opération complexe requiert une connaissance approfondie des performances de la drague, qui peut s obtenir par l étude des coûts d opérations précédentes et de ses performances antérieures. La section suivante présente quelques exemples de ces interdépendances. Ils sont le résultat des calculs de coût effectués par tous les entrepreneurs* engagés dans le projet Beachmed, sur la base de conditions de projet théoriques. Les conditions de référence sont : - Saison d été www.beachmed.it 287
- Calibre du grain de sable : 200 µ - Distance à la plage : 35 km - Profondeur de l aire d emprunt : 30 m - Déchargement : - Profil linéaire à proximité de la côte (1%) - +150 m de lignes flottantes - + 500 m de distribution à terre - + conduites nécessaires pour le raccordement à la barge - Volume du projet (sauf pertes) : 350.000 m³ - Indice de coût du carburant / gazole (27 novembre 2003) Les paramètres ont été variés pour l estimation du coût des quatre types de dragues définis plus haut au tableau, mais en excluant le coût de mobilisation / démobilisation. Le coût relatif est converti en coût/m³ de sable déversé et la variation de coût est exprimée en pourcentages (axe des Y). L axe des X représente le paramètre spécifique examiné. Le diagramme présenté montre l influence du temps d inactivité prévu en raison de mauvaises conditions météorologiques sur la partie variable du coût de déchargement par m³ (les coûts fixes de mobilisation / installation et démobilisation / démontage) ne sont pas pris en compte dans le graphique ci-dessus). Les lignes bleues délimitent une zone dans laquelle le coût unitaire peut varier; le cas de référence (la ligne 100%) représente le coût opérationnel d une drague suceuse de taille moyenne travaillant dans des conditions météorologiques optimales (0% de retard dû au climat). Les limites bleues ont été obtenues en variant uniquement la taille de la drague suceuse, tous les autres paramètres restant constants. Workability - Unit Rate 350% 325% 300% 275% 250% 225% 200% 175% 150% 125% 100% 75% 50% 25% Effet des conditions météorologiques et climatiques Cas de référence Petites dragues Grandes dragues 0% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% 55% 60% Weather Delay Les dragues plus grandes tendront à suivre la limite inférieure, tandis que les dragues plus petites se rapprocheront de la limite supérieure. Une première conclusion à tirer de ce graphique est donc que le coût opérationnel d une drague de plus petite taille tend à être plus sensible aux mauvaises conditions météorologiques que celui d'une drague plus grande. Ce graphique montre également que les conditions météorologiques (et donc la saison dans laquelle le travail doit s effectuer) joue un rôle important dans la détermination du coût unitaire. En moyenne, on peut considérer que les coûts unitaires peuvent doubler dans les cas où l on prévoit 60% de retard dû aux conditions climatiques; c est là un facteur qui mérite d être pris en compte lorsque l on repousse une intervention à l hiver pour des raisons autres que techniques. www.beachmed.it 288
Le diagramme suivante montre comment la partie variable du coût par m³ est influencée par les distances de navigation entre l aire d emprunt et le site sur lequel le matériau doit être déversé sur le littoral (les coûts fixes de mobilisation / installation et démobilisation / démontage ne sont pas pris en compte dans le graphique ci-dessus). Une fois encore, les lignes bleues représentent les limites entre lesquelles le coût unitaire peut varier; le cas de référence (la ligne 100%) est le coût opérationnel d une drague suceuse de taille moyenne transportant du sable sur une distance de 35 km, entre l aire d emprunt et le site de déversement. Les limites bleues ont été obtenues en variant uniquement la taille de la drague suceuse, tous les autres paramètres restant constants. Les dragues de plus grande taille tendent à suivre la limite inférieure, tandis que les dragues plus petites se rapprocheront de la limite supérieure. On peut donc conclure de ce graphique que le coût opérationnel des dragues de plus petite taille augmente avec les grandes distances et donc que, pour parcourir de grandes distances, les dragues de plus grande taille seront beaucoup plus économiques. Sailing Distance - Unit Rate 500% 450% 400% Effet de la distance de navigation entre l aire d emprunt et le site de déversement 350% 300% 250% Petites dragues 200% 150% 100% 50% Cas de référence Grandes dragues 0% 0.00 km 20.00 km 40.00 km 60.00 km 80.00 km 100.00 km 120.00 km 140.00 km 160.00 km 180.00 km 200.00 km Distance On notera une fois encore que ce graphique ne présente que la relation avec un cas de référence particulier; il est donc possible qu une drague de petite taille puisse se révéler plus économique qu une drague plus grande dans un cas particulier, même lorsque les distances à parcourir sont relativement importantes, lorsque d autres paramètres prévalent (par ex. difficultés d approche de la côte, coûts de mobilisation / démobilisation,...). Il ressort du graphique que les distances de navigation ont un impact important sur le coût unitaire (475% pour 200 km, contre 90% pour 10 km dans le cas d une petite drague). Le diagramme suivante montre l influence du volume à traiter sur le coût unitaire total par m³ (les coûts fixes de mobilisation / installation et démobilisation / démontage sont inclus). Une fois encore, les lignes bleues représentent les limites approximatives entre lesquelles le coût unitaire peut varier; le cas de référence (la ligne 100%) est le coût unitaire d une drague suceuse de taille moyenne déversant 350.000 m³ sur le rivage, mobilisée du Nord de l Europe vers la région méditerranéenne. Les limites bleues ont été obtenues en variant uniquement la taille de la drague suceuse, tous les autres paramètres restant constants. La ligne jaune représente la variation de coût unitaire d une grande drague. La ligne rouge représente la même variation pour une drague plus petite. Ces lignes montrent que les dragues plus grandes deviennent généralement plus intéressantes pour des volumes plus importants, alors qu elles deviennent beaucoup plus chères que les petites dragues pour de petits volumes. www.beachmed.it 289
Dredging Volumes - Unit Rate 500% 450% 400% 350% 300% 250% 200% 150% 100% 50% 0% Cas de référence 0 m³ 250,000 m³ 500,000 m³ 750,000 m³ 1,000,000 m³ 1,250,000 m³ 1,500,000 m³ 1,750,000 m³ 2,000,000 m³ Volumes Petites dragues Grandes dragues On notera dans tous les cas que les coûts fixes ont une grande influence sur le coût unitaire lorsqu il s agit de petits volumes (taux unitaires élevés), alors que leur influence devient relativement faible pour les grands volumes (taux unitaires plus bas). On rappellera une fois encore au lecteur que ces courbes ne sont valables que pour l ensemble exact de paramètres utilisés dans cette étude et ne doivent donc être interprétées que comme une représentation de la tendance d évolution des coûts unitaires en fonction des quantités à traiter dans un projet. Même si une grande drague devient plus économique qu une petite drague à partir d un certain volume de projet, la quantité exacte à laquelle ce passage Pumping Distance - Unit Rate 180% 170% Effet de la distance de pompage 160% 150% 1000µ 140% 130% 120% 110% 100% 350µ 200µ 90% 80% 250 m 500 m 750 m 1,000 m 1,250 m 1,500 m 1,750 m 2,000 m 2,250 m 2,500 m 2,750 m 3,000 m 3,250 m Distance www.beachmed.it 290
s effectue est impossible à déterminer sur la base de la courbe, car elle dépend étroitement de l ensemble de tous les paramètres du projet. Le diagramme suivante montre comment la partie variable du coût par m³ est influencée par la distance sur laquelle les matériaux doivent être transportés par voie hydraulique via une conduite, pour un éventuel déversage final sur la côte (les coûts fixes de mobilisation / installation et démobilisation / démontage ne sont pas pris en compte dans le graphique ci-dessus). Etant donné que les performances des pompes embarquées et leur capacité de pomper les mixtures de sable / eau sur de grandes distances dépendant étroitement des caractéristiques des matériaux à transporter, deux courbes représentatives sont présentées ici. La ligne bleue représente l influence de la distance de pompage sur le coût opérationnel dans le cas d un sable fin de 200 microns en moyenne. On peut voir que cette influence est très faible, même pour de longues distances. La ligne rouge, d autre part, représente la même influence dans le cas d un sable grossier de 1000 microns en moyenne. Dans ce cas, le taux unitaire augmente fortement avec la distance de pompage et la courbe se caractérise par un point de décrochement au-dessus duquel la drague n est plus capable de pomper le matériau à terre sans l assistance d un surcompresseur, ce qui représente un important coût supplémentaire (non étudié ici). Dans le cas présent par exemple, ce point de décrochement est fixé à 2.250 m (pour 1000 microns). Ce point à partir duquel la mise en place d un surcompresseur est requise dépend étroitement des caractéristiques de la pompe, de la puissance installée et du diamètre de la conduite et est donc différent pour chaque drague, mais on peut dire de 130% Sand Quality - Unit Rate 120% 110% 100% 90% 80% 100 µ 200 µ 300 µ 400 µ 500 µ 600 µ 700 µ 800 µ 900 µ 1,000 µ 1,100 µ D50 manière générale que le sable fin peut être pompé sur de plus grandes distances. On notera également que les distances de pompage peuvent également avoir une influence sur les coûts fixes étant donné que le coût de mobilisation des conduites peut devenir important lorsque ces dernières sont longues. Cet effet ne peut se déduire du graphique ci-dessus, dont les coûts de mobilisation / démobilisation ont été exclus, mais on comprendra aisément que le coût de mobilisation d une conduite variera linéairement en fonction de la longueur de la conduite. Comme le montre également le graphique du paragraphe précédent, le calibre des grains du matériau à pomper exerce aussi une influence sur le taux unitaire. Toutefois, le calibre moyen des grains n étant qu une propriété parmi toutes celles qui caractérisent un type de matériau donné (par ex. l'arrondi, la distribution du calibre du grain autour du calibre moyen, la teneur en limon, la cohésivité, etc.), il est difficile de produire un graphique qui ne reflète que l influence du calibre moyen des grains. Nous avons toutefois tenté de le faire; le graphique ci-dessus ne représente qu une tendance pour les raisons présentées plus haut. www.beachmed.it 291
On peut déduire de ce graphique qu en règle générale, la courbe du coût unitaire présente un minimum aux alentours d un D50 de 300 à 400 microns, et que les coûts augmenteront très rapidement pour des calibres de grains plus petits, malgré la diminution de la puissance de pompage nécessaire. La raison en est principalement que le sable fin est cause d importantes pertes de sable au cours du cycle de dragage. Les sables grossiers génèrent également des taux unitaires élevés; la raison principale en est la puissance de pompage requise. PROFONDEUR DE L AIRE D EMPRUNT Ce paramètre ne peut pas être exprimé directement en termes d impact sur les coûts : son effet se marquera dans la distance de navigation. De manière générale, la profondeur de l aire d emprunt constitue une contrainte dans le choix des dragues. Les limites sont présentées dans le tableau ci-dessous : Profondeur < 35 m < 50 m < 75 m < 100 m Petite drague X Drague moyenne X X Grande drague X X Drague Jumbo (X) X X DEGRE DE REMBLAYAGE Ce paramètre s exprime en m³ de sable / m-longueur à déverser sur la plage. Il traduit l endommagement de la plage, la hauteur à restaurer ainsi que la largeur de la plage. Comme il a été dit plus haut, un projet de restauration de plage typique le long de la côte méditerranéenne demande un degré de remblai allant jusqu à 300 m³/m-longueur. Pour des valeurs plus élevées, le concept de la plage doit être modifié. Des projets plus petits peuvent bien évidemment exiger des réparations moins importantes. Le tableau suivant présente, en termes qualitatifs, la relation avec la taille de la drague : Degré de remblai m³ / m- longueur 50 150 300 500 Petite drague X X X Drague moyenne X X X (X) Grande drague (X) X X Drague Jumbo X X www.beachmed.it 292
Activité 4 : Etude Des Technologies D intervention Optimales Analyse comparative des coûts pour la construction d œuvres de défense côtière Région Lazio Observatoire Régional des Littoraux Centre de Monitorage www.beachmed.it 293
Analyse comparative des coûts pour la construction d œuvres de défense côtière Région Lazio (Observatoire Régional des Littoraux Centre de Monitorage) Introduction La nécessité d introduire un système de défense côtière comporte une attentive analyse de tous les aspects qui rendent cette intervention utile à la collectivité. Les autorités compétentes choisissent, parmi des différentes typologies d intervention, celle qui satisfait en même temps des qualités d efficacité, économicité, vitesse d intervention et mineur impact environnemental. Souvent ces éléments qualitatifs ne peuvent pas être satisfaits en même temps, la réussite de l un d eux comporte une réduction des autres. Un exemple est constitué par la nécessité de construire des œuvres de défense côtière qui soient en condition de garantir une bonne résistance au mouvement houleux avec relative diminution de l érosion des plages pendant des élevées périodes de temps. Ces qualités sont satisfaites par une œuvre de type rigide (ex. écueils longitudinaux) qui comporte une inévitable augmentation des coûts et des temps de construction. En effet, entre un choix de défense de type souple (remblaiement pur) et un choix de projet de type rigide (remblaiement protégé par des structures rigides), l aspect économique revêt des caractéristiques plutôt différentes: tandis que le premier nécessite d un emploi de ressources initiales limitées et majeurs coûts d entretien, le deuxième est caractérisé par un engagement monétaire initial remarquable avec, en échange, une majeure efficacité et durée de l œuvre. Cette étude a l objectif d évaluer les coûts d intervention de différentes typologies d œuvres de défense côtière et fournir une analyse des investissements à travers la comparaison des coûts actualisés. En particulier on a analysé quatre typologies d intervention de différente approche de projet dont on fournit une rapide description dans le paragraphe successif. Description des œuvres de défense Parmi les différentes typologies d interventions adoptées pour la sauvegarde et l entretien des littoraux, on considère de particulier intérêt soit les remblaiements en sable de type souple ou pur (en absence de structures de protection), soit de type rigide (protégé par des écueils longitudinaux ou épis transversaux à la plage). On reporte à suivre une rapide description des quatre typologies de remblaiement choisies comme modèle de comparaison dans cette étude ; pour toutes les méthodologies on a considéré une longueur du littoral à défendre d 1 Km. REMBLAIEMENT PUR (TYPOLOGIE A) Versement de sable le long du littoral dans des quantités telles à fournir une contribution positive sur le bilan solide littoral, en déterminant une augmentation artificielle de la bande littorale. La fonction de défense de cette typologie d intervention est liée justement à l augmentation de la bande de plage à quantifier en termes d extension non seulement de portion de plage émergée, mais aussi de celle submergée dans le but de garantir une majeure distance entre l action directe du mouvement houleux et les éléments d intérêt placés le long du littoral, derrière la zone de remblaiement. Sans vouloir considérer, pour l instant, les éventuels désavantages de caractère environnemental dus à l augmentation passagère de la turbidité des eaux côtières, (surtout pendant les phases exécutives), la limite principale des interventions de remblaiement est liée aux difficultés techniques et économiques www.beachmed.it 294