LE SUIVI DES TRAVAUX DE CONSTRUCTION DE L EXTENSION DU PORT DU HAVRE : GROS PLAN SUR LE SOUBASSEMENT DES DIGUES. MONITORING CONSTRUCTION WORKS OF THE EXTENSION OF LE HAVRE PORT IN THE SEINE ESTUARY (FRANCE) Paul SCHERRER 1, Pascal GALICHON 2, Luc HAMM 3, Dominique MAIRE 4, Jan VANDENBROECK 5, 1 Directeur Technique, Port Autonome du Havre,Terre-Plein de la Barre, BP 1413, F-76067 Le Havre cedex, France Email: tech-dir@havre-port.fr 2 Directeur Service Dragages et Hydrographie., Port Autonome du Havre,Terre-Plein de la Barre, BP 1413, F-76067 Le Havre cedex, France. Email: pascal.galichon@havre-port.fr 3 Directeur Technique, SOGREAH Maritime,6, rue de Lorraine, F-38130 Echirolles, France. Email: luc.hamm@sogreah.fr 4 Directeur de Projet, GTM TerrassementDPAM2000, route de l Estuaire, F-76000 Le Havre, France. Email: dmaire@gtm-construction.com 5 Co-directeur Cellule Dragages, Dredging InternationalDPAM2000, route de l Estuaire, F- 76000 Le Havre, France. Email: vandenbroeck.jan@dredging.com RÉSUMÉ La construction de PORT 2000, le nouveau terminal à conteneurs du Port du Havre, induit une modification de la morphologie de l estuaire de la Seine. La gestion des conditions environnementales par le phasage des travaux et par la recherche d un équilibre optimal déblai-remblai impliquait l utilisation des matériaux sablo/graveleux pour la construction des digues. L utilisation adaptée de ces matériaux dans des conditions maritimes inhabituelles a fait l objet de plusieurs études réalisées en partenariat entre le Port Autonome du Havre, SOGREAH et le groupement DPAM 2000. 1. Brève description de l extension Le projet Port 2000 est une extension portuaire dédiée au trafic de conteneurs, en cours de construction au Havre dans l'estuaire de la Seine. Elle consistera à terme d un quai rectiligne d'une longueur potentielle totale de 4200 m bordé par un terre-plein de 500m de large représentant un total de 12 postes à quai. Elle est visible en arrière-plan des bassins actuels du port du Havre sur la figure 1. Figure 1. Vue d artiste du nouveau port prise du nord-est. 265
Le bassin portuaire a une cote d'exploitation de -16 m CMH (Cote Marine du Havre) et est protégé par des digues extérieures d'une longueur totale de 5500m. On y accède par un chenal de 9000m de long dont le plafond se situe aussi à la cote -16m CMH se rattachant au chenal actuel du port du Havre. Le tiers Est de cette nouvelle installation est construit à terre (en grisé sur le plan-masse) et le reste est gagné sur l estuaire de la Seine (fig.2). Une digue d enclôture délimite les terre-pleins gagnés sur la mer. On notera également la présence d un cercle d évitage à l intérieur du port. 1 I' Figure 2. Plan-masse du nouveau port incluant la digue d accès provisoire. 2. Le déroulement général des travaux Les travaux de construction ont démarré en février 2002 par la construction de la digue d'enclôture (fig. 3) construite pour contenir le remblai hydraulique servant de base aux futurs terres-pleins portuaires. Figure 3. La digue d enclôture en construction (Décembre 2002). 266
Cette digue, d une longueur totale de 4200m, est construite par voie terrestre sur un soubassement de tout-venant graveleux de 50m de large émergeant à basse mer à la cote +3,5m CMH (fig. 4). Figure 4. Vue à basse-mer de la digue d enclôture construite sur le soubassement Ce soubassement est construit par voie maritime en extrayant le matériau du cercle d évitage et du chenal d accès du futur port (fig. 5). Figure 5. Vue du soubassement en construction à basse-mer. En arrière plan le Diffuseur à Positionnement et Guidage Dynamique BAYARD II. Ces travaux se sont terminés en août 2003 et se sont poursuivis par la construction de soubassements des digues extérieures qui est resté exposé durant tout l hiver 2003-04 à l action des courants et des vagues (fig. 6). Le suivi des évolutions morphologiques de ce soubassement et la mise en place d actions permettant de limiter la perte de matériaux constitue un élément clé dans l avancement des travaux et fait l objet de la présente communication. 267
PM 4815 Figure 6. Soubassement des digues extérieures en construction (Janvier 2004) 3. Conditions environnementales L estuaire de la Seine est soumis à un marnage important atteignant 7,5m en vives-eaux. Le niveau moyen de la mer est situé à la cote +4,85m CMH et les courants de flot culminent à 1,5/ 2,5 m/s dans le chenal principal de navigation. L agitation est modérée avec une hauteur significative décennale au large de 4,5m. Lors de sa propagation entre le large et le site des travaux, les houles sont atténuées. Situés à l extrémité nord-ouest de l embouchure de l estuaire, les travaux de construction vont réduire la section hydraulique conduisant à une augmentation temporaire des courants. Des études hydrosédimentaires détaillées incluant des modélisations numériques et physiques ont été effectuées au préalable pour évaluer l impact du projet sur l environnement. Ces études sont résumées dans Scherrer et al.(2002). Pendant les travaux, un suivi complet des conditions environnementales a été également organisé (agitation, niveaux d eau, courants). La bathymétrie des fonds et du soubassement fait également l objet de relevés réguliers. 4. Caractéristiques du soubassement 4.1 L équilibre déblai-remblai du projet Le creusement de la darse du nouveau port et de son chenal d accès nécessitent le dragage d environ 60 millions de m3 de terrains en place. D autre part, la construction des terre-pleins gagnés sur la mer ainsi que des digues et des plages nécessite l apport de 17 millions de m3 de matériaux. L optimisation de l utilisation des matériaux dragués pour la construction des digues et des terre-pleins constitue l une des caractéristiques majeures de ce chantier. 268
Concernant le soubassement, cette optimisation s est effectuée de la façon suivante : des relevés géotechniques assez anciens (années 60) avaient mis en évidence la présence de bancs de tout-venant graveleux (TVG) situés au sud du port actuel. Ce matériau, constitué d un mélange de sables, graviers et galets, avait été utilisé avec succès pour construire le soubassement de la nouvelle digue ouest en 1972 pour protéger le terre-plein CIM. Une actualisation de ces relevés a permis de préciser les limites de deux bancs de TVG situés d une part à l est du site, à l emplacement du futur cercle d évitage, et d autre part à l ouest dans le futur chenal d accès. Le volume total de ces deux gisements a été estimé à 17 millions de m3 ce qui permettait d utiliser à nouveau ce matériau pour la construction du soubassement des digues de Port 2000 pour un linéaire total de 10 km et un volume de 4 à 5 millions de m3. Le surplus a été utilisé ensuite pour construire une partie du noyau des digues ainsi que pour différents travaux à vocation écologique (plages, soubassement de l épi du Banc de la Passe, ilôt-reposoir). 4.2 Le phasage des travaux A partir de ce principe de base, le Port Autonome du Havre, concepteur du projet, a imaginé un phasage des travaux permettant la mise en œuvre effective de ce TVG dans la construction des digues, phasage prenant en compte la stabilité limitée de ce matériau sous l action des courants de marée et des vagues ainsi que différentes contraintes environnementales. Le groupement d entreprises DPAM2000, adjudicataire de la construction des digues et des accès maritimes, a imaginé ensuite une variante à ce phasage, respectant également les contraintes imposées, mais permettant une réalisation rapide des soubassements par voie maritime. Un Diffuseur à Positionnement et Guidage Dynamique, le DPGD BAYARD II a d ailleurs été imaginé et construit par l entreprise pour accélérer cette mise en œuvre. Le DPGD BAYARD II était couplé directement à une drague stationnaire à désagrégateur qui le fournissait en tout-venant graveleux. Le phasage comprenait d abord la construction de la digue d enclôture des terre-pleins, puis la construction de la partie ouest du soubassement du brise-lames extérieur permettant une déviation importante des courants de flot vers le sud du chantier. Dans cette seconde phase, le soubassement a démarré au nord-ouest, est descendu vers le sud avant d obliquer vers le sudest puis vers l est jusque vers l extrémité de la digue d accès provisoire (figure 2). La construction de cette digue provisoire, qui permet de construire la digue extérieure par voie terrestre avec deux fronts d avancement, a ensuite été effectuée. Puis les travaux de construction de la digue extérieure ont pu démarrer en premier lieu vers l ouest. Une troisième phase a consisté à creuser l entrée du port et à mettre en place les deux caissons-musoirs marquant cette entrée. Les travaux de construction du soubassement et de la digue à l est de l accès provisoire font l objet de la quatrième phase actuellement en cours (juin 2004). La finalisation de la digue (mur de couronnement) ainsi que des dragages constituent la cinquième phase de travaux. Nous nous intéresserons ici à la seconde phase de travaux qui a été la plus critique pour la stabilité du soubassement (figure 6). En effet, durant cette phase, le soubassement a été construit très rapidement et est resté exposé dix mois aux vagues et aux courants avant d être protégé par la digue. 4.3 Caractéristiques granulométriques et hydrauliques du TVG Les carottages effectués lors de la conception du projet ainsi que les prélèvements effectués au démarrage du chantier ont mis en évidence la dispersion granulométrique de ce matériau dragué (figure 7). 269
100% Port 2000 - Le Havre Material used to build the berm 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% IIIb min IIIc min mean 10% 0% 0.1 1 10 100 sieve diameter (mm) Figure7. Courbes granulométriques du tout-venant graveleux utilisé pour la construction du soubassement. L estimation des conditions hydrauliques de stabilité sous l action des courants a été effectuée en laboratoire sur un modèle physique à l échelle du 1/12 ème en utilisant la courbe moyenne (en rouge) ainsi que la courbe 10-percentile (voir tableau I). Tableau I : Granulométries du tout venant graveleux testé Courbe moyenne Courbe 10-Percentile 100 mm 100% 100% 63mm 94% 100% 40mm 85% 100% 31.5mm 78% 91% 20mm 61% 78% 10mm 40% 50% 5mm 31% 38% 4mm 28% 33% 2mm 21% 27% 0.5mm 11% 14% 0.2mm 5% 5% 0.08mm 3% 3% Les essais effectués ont permis d observer un départ des particules de la fraction inférieure à 6 mm. Cela conduit à un phénomène de pavage avec un D50 en surface valant environ le D75 du matériau nature. La vitesse critique de début d entraînement sous l action d un courant seul a ensuite été mesurée et comparée à différentes formules théoriques. C est finalement la formulation de Soulsby(1997) qui s est révélée la plus proche des mesures avec une contrainte critique adimensionnelle se situant à 0,055 et le diamètre D75 du matériau. En nature, cela conduit à des vitesses critiques variant de 1,4 à 2,3 m/s selon les granulométries et les hauteurs d eau testées sur le modèle. En particulier, le phasage de construction du soubassement par tranches horizontales incluant une première couche jusqu à la cote +0 m CMH puis d une seconde couche à la cote finale de +3,5m CMH décalée de 100m à l avancement a été validé, les essais ayant montré la très bonne stabilité de la première couche pour toutes les conditions envisageables. 270
Cote soubassement (m CMH) 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0-1.0-2.0-3.0 0 20 40 60 80 100 120 140 Distance (origine à l'aval) (m) 6% initial 6% intermédiaire 6% final Figure 8. Evolution du soubassement en laboratoire (essai 2). Des calculs courantologiques ont indiqué d autre part que des courants atteignant 2 à 2,5 m/s étaient attendus sur le soubassement ainsi que des agitations de 1 à 2 m de hauteur significative. Ces conditions hydrauliques vont donc déplacer les sables, graviers et galets composant cet ouvrage. Les tests en laboratoire ont donc été poursuivis pour des vitesses allant au-delà du seuil de démarrage. Un résultat typique est fourni sur la figure 8. Des vitesses d érosion ont alors été estimées principalement sous l action des courants. Des essais effectués en canal à houle ont indiqué pour leur part que la pente théorique du soubassement n était pas stable en tempête mais tendait vers une pente de 10/1 au-dessus du niveau des plus basses mers avec une remontée du TVG vers la crête. Ces résultats ont conduit alors l entreprise à proposer la construction d une planche d essai faisant l objet d un suivi bathymétrique et granulométrique afin de valider les études de laboratoire. Cette planche d essai a été construite début septembre avec une modification de la seconde partie du phasage de construction du soubassement. Ainsi, au lieu de mettre en une seule fois la couche comprise entre les cotes 0,0 et +3,5 m CMH, il a été proposé de construire tout d abord un cavalier central, suffisamment large pour jouer le rôle de déflecteur des courants, qui sera déformé par les actions hydrauliques tout en restant dans l enveloppe théorique de la section. Le suivi qui s est déroulé sur plus d un mois a confirmé le pavage de surface mais a précisé aussi les actions combinées de la houle et des courants (figure 9) 271
24 sept 08 sept 02 oct 14 oct PM 4950 PM 4860 Figure9. Evolution de la planche d essai avec un cavalier central (septembre-octobre 2004) Le Port du Havre a approuvé alors cette nouvelle méthode de phasage et l ensemble du soubassement de la digue sud-ouest a été construit selon cette méthode en incluant un décalage du cavalier central vers l extérieur du port pour tenir compte de la dissymétrie observée sur la planche d essai. Le suivi a confirmé l intérêt de cette gestion dynamique du soubassement (figure 10). Le profil noir a été mesuré en octobre 2003, juste après sa mis en œuvre par le DPGD BAYARD II. Le profil bleu est ce même profil en janvier 2004. Par l influence des courants et tempêtes le profil s est déformé. Cependant, les matériaux se trouvent encore entièrement dans le profil théorique final ce qui a permis de réaliser des économies sur le volume de TVG à mettre en place et de gagner du temps précieux dans l avancement des travaux. 5. Conclusions L utilisation combinée de modèles mathématiques, de modèles physiques adaptés, le suivi d une planche d essai et l utilisation de moyens de mise en œuvre adaptés (DSD combinée avec un diffuseur à positionnement et guidage dynamique) ont permis d adapter le concept de la construction d un soubassement en tout-venant graveleux dans des conditions inhabituelles de courants et de houles. Ceci a permis de réaliser des économies importantes sur le volume de tout-venant graveleux à mettre en place et de gagner du temps précieux dans l avancement des travaux. 272
Figure 10. Evolution du profil 4815 du soubassement de la digue sud entre sa mise en œuvre (octobre 2003) et janvier 2004 (voir fig. 6 pour sa localisation en plan) 6. Références bibliographiques Scherrer, P., Galichon, P., Kovarik, J.B., Delouis, A., Lerat, F. et Hamm, L. (2002). Port 2000- La combinaison d un projet portuaire et d un projet environnemental d amorce de réhabilitation de l estuaire de la Seine : vers une gestion globale. Comptes-rendus du 30 ième congrès de l AIPCN,Sydney, septembre 2002. Soulsby, R., (1997), Dynamics of marine sands, Thomas Telford Publications, London 273
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