PORTUAIRE (GÉNIE)


PORTUAIRE (GÉNIE)
PORTUAIRE (GÉNIE)

Le développement des échanges maritimes est lié tant à la recherche de nouveaux marchés qu’à celle de nouvelles sources d’approvisionnement, ainsi qu’à l’abaissement des prix de revient du transport grâce à l’apparition de nouvelles techniques; cela a entraîné, notamment pendant les dernières décennies, la réalisation d’importants équipements dans les ports maritimes du monde entier [cf. PORTS MARITIMES].

1. Implantation et aménagement intérieur

Un port doit offrir aux navires les installations nécessaires à la manutention des marchandises et permettre le stationnement des navires en attente, en ravitaillement ou en réparation. Pour l’exécution de ces opérations, les ports sont implantés de préférence dans des endroits abrités des houles; mais, mis à part le cas où le port peut être aménagé dans une baie ou le long d’un fleuve, le tracé du rivage n’assure pas, en général, aux navires un abri naturel suffisant. Aussi est-il souvent nécessaire de protéger les plans d’eau par des digues.

Parfois, les navires sont reçus à des postes spécialisés, aménagés au large des côtes, sans protection particulière. On trouve ainsi des postes pétroliers sur bouées, reliés à la terre par des canalisations (sea-lines ), ou des postes de chargement de minerai qui s’avancent en pleine mer. Mais il est indispensable que la mer soit calme pour que puisse s’effectuer la manœuvre d’accostage (les installations ne sont pas, en effet, utilisées par gros temps). Ainsi, dans la plupart des cas, les opérations de chargement et de déchargement des navires sont faites à l’intérieur d’un port protégé par des digues, comprenant un avant-port dans lequel la houle est amortie, ainsi que des bassins équipés de quais, de hangars, de magasins, de grues et de divers outillages spécialisés (fig. 1). Les bassins peuvent être en libre communication avec la mer: il s’agit alors de bassins de marée, dans lesquels le niveau du plan d’eau varie suivant la marée. Le niveau peut être, au contraire, maintenu constant. C’est le cas des bassins séparés de l’avant-port ou des bassins de marée isolés par une écluse.

Les principes d’implantation des ports

On distingue deux types principaux de ports: les ports extérieurs gagnés sur la mer et à l’abri d’une protection avancée, dont Casablanca offre un exemple (fig. 2), et les ports intérieurs constitués, comme Dunkerque (fig. 3), de canaux et de bassins qui s’enfoncent à l’intérieur des terres, creusés dans les zones littorales ou aménagés le long des cours d’eau.

Les conditions naturelles dictent le plus souvent le parti à prendre en ce qui concerne l’aménagement: le long d’une côte rocheuse ou de relief élevé, il serait très coûteux de creuser des darses à l’intérieur des terres; aussi les bassins seront-ils aménagés en avant du rivage, et d’importantes digues devront être construites pour les protéger. En revanche, en bordure d’un littoral alluvial, de vastes bassins pourront être creusés d’une manière économique à l’intérieur des terres. Ils s’ouvriront sur un avant-port protégé par des digues, en général plus petites. Mais, parfois, les ports sont à la fois creusés dans les terres et gagnés sur la mer; c’est, en particulier, le cas de ports qui sont limités dans leur extension du côté de la terre en raison, par exemple, de l’existence de concentrations urbaines et industrielles, et que l’on est conduit à étendre sur la mer en créant de nouveaux bassins et de nouvelles digues.

Le tracé des accès et des ouvrages de protection

Le tracé des accès d’un port et des ouvrages de protection est un compromis entre diverses considérations: par exemple, conditions de manœuvrabilité des navires, protection vis-à-vis de la houle, des courants, des vents et des transports de matériaux par la mer, coût des ouvrages. Le chenal d’accès doit être dragué de manière à réserver, sous la quille des navires les plus grands, un « pied de pilote » suffisant. Ce pied de pilote est de l’ordre de 10 p. 100 du tirant d’eau. La largeur du chenal est voisine de la longueur du plus grand navire destiné à l’emprunter. Le chenal est délimité par des balises flottantes. Les moyens modernes de navigation – radar, Decca, Loran (Long Range Navigation), Toran (Topographic Radio Navigation), Sylédis (Système léger de mesure de distance), Rana P. 17 (Radio Navigation), Omega différentiel et Trident – sont utilisés de manière à définir le plus précisément la position du navire. Les passes et bassins doivent être orientés, autant que possible, dans le lit des courants et des vents. Lorsque le courant est traversier, le navire navigue avec une dérive et doit conserver une vitesse assez grande (5 nœuds ou plus) pour rester manœuvrant. L’avant-port a une longueur au moins égale à quatre ou cinq fois celle du navire, pour permettre à celui-ci de « casser son erre », c’est-à-dire de s’arrêter; au cours de cette manœuvre, le navire est maintenu sur sa route à l’aide de remorqueurs; sinon, il peut « abattre » sur bâbord ou tribord lorsque les machines battent en arrière pour obtenir l’arrêt. À l’intérieur de l’avant-port, le navire doit « éviter », c’est-à-dire changer son cap d’environ 1800: pour cela, le plan d’eau doit permettre l’inscription d’une zone d’évitage dont les dimensions sont influencées par les conditions locales et que l’on assimile souvent à un cercle dont le diamètre est généralement égal à deux fois au moins la longueur du navire. Certaines données dictées par les besoins de la navigation, et, notamment, la largeur de la passe et l’orientation du chenal d’accès, sont difficilement conciliables avec l’efficacité des protections.

La figure 4 montre de quelle manière la direction de la houle est influencée, d’une part, du fait d’une modification des profondeurs (réfraction) et, d’autre part, du fait de la présence d’ouvrages de protection (diffraction). On voit comment le mouvement de la houle au travers de la passe entraîne la rotation des crêtes de houle. Le phénomène de diffraction entraîne également une réduction de l’amplitude; le tracé des ouvrages de protection est établi à partir de l’étude de la diffraction, de manière que l’agitation dans le port ne dépasse pas l’amplitude admissible pour l’exécution des opérations de manutention (0,50 m, en général, parfois sensiblement plus pour les très gros navires pétroliers). Les études théoriques de diffraction sont faites avec des modèles de calcul sur ordinateur et les résultats sont comparés aux résultats d’études sur modèle réduit effectuées en laboratoires d’hydraulique.

Le modèle réduit est également nécessaire à l’étude des phénomènes de sédimentation. Celle-ci provient du transport des matériaux qui sont mis en suspension sous l’action de la houle, puis transportés soit par la houle, soit par les courants. Lorsque l’action de la houle sur un rivage est symétrique, les mouvements de matériaux ont lieu tantôt dans un sens tantôt dans l’autre; sur une période assez longue, ces mouvements s’équilibrent. En revanche, lorsque la houle a une direction dominante, les mouvements ne s’équilibrent pas, et les transports de sédiments ont une résultante qui n’est pas nulle: le littoral s’érode. La présence d’un épi ou d’une digue perpendiculaire au rivage interrompt ce mouvement; il se produit alors une accumulation de matériaux sur l’une des faces de l’épi et une érosion sur l’autre face. Le tracé des digues doit être étudié de manière à éviter qu’un éventuel dépôt de matériaux ne progresse au point de venir, à la longue, obstruer le chenal d’accès et le port.

La disposition intérieure des ports

Les quais pour marchandises diverses sont constitués par des ouvrages rectilignes permettant l’accostage de plusieurs navires. Le quai borde un terre-plein équipé de grues. En arrière, chaque poste à quai est pourvu d’un hangar le long et à l’arrière duquel sont chargés ou déchargés wagons et camions. Entre le moyen de transport terrestre, d’une part, et la grue en bordure du quai, d’autre part, les manutentions sont effectuées à l’aide de chariots élévateurs. Les marchandises, avant d’être chargées ou après avoir été déchargées, sont regroupées sous hangar. Lorsque les marchandises sont transportées par conteneurs, les grues sont remplacées par des portiques puissants capables de soulever un conteneur de 40 tonnes. Le quai est bordé par un terre-plein de 300, voire 500 ou 600 mètres de largeur sur lequel les conteneurs sont stockés. Le transport terrestre est effectué par route (le conteneur est chargé sur remorque) ou par fer (des voies ferrées bordent le terre-plein de stockage), ou encore par voie fluviale (sur barges adaptées à cet effet). Un terminal maritime pour conteneurs comprend, en outre, un ou plusieurs hangars dans lesquels les conteneurs peuvent être vidés ou remplis.

Les marchandises peuvent également être transportées par car-ferries à manutention horizontale (roll-on , roll-off ), dans lesquels pénètrent les camions, ce qui évite toute rupture de charge et toute manutention. Le navire alors accoste des ducs-d’albe (cf. infra ), et une passerelle dont l’inclinaison varie avec le niveau du plan d’eau assure la liaison entre le terre-plein et le navire.

Les ports sont également équipés de quais à marchandises sèches en vrac, qui comportent en général des engins de manutention (portiques à bennes de 10 à 85 tonnes, aspirateurs à grains), un système de courroies transporteuses, une installation de stockage (silo ou terre-plein) et des engins de chargement ou de déchargement des wagons, camions et bateaux de navigation intérieure. Pour faire face au développement des trafics de vracs secs (minerais, céréales, charbons), on assiste également à la création de centres appelés centres « multivracs », équipés d’engins les plus modernes destinés à répondre à la croissance de ces trafics.

Les postes pétroliers comportent seulement deux ducs-d’albe d’accostage, des points d’amarrage pour fixer les extrémités d’aussières, une plate-forme équipée des appareils permettant de brancher les flexibles de liaison entre les canalisations d’évacuation et le navire, un système de canalisation et un dépôt.

2. Les ouvrages portuaires

Les ouvrages de protection ou digues

On distingue trois types de digues: les digues à talus comprenant un massif d’enrochements sur lequel la houle, en déferlant, se brise et perd son énergie; les digues verticales constituées par une muraille en béton sur laquelle la houle se réfléchit; les digues mixtes comprenant une muraille verticale construite sur un massif d’enrochements. Celles-ci sont utilisées dans les mers à marée et fonctionnent comme une digue verticale lorsque la mer est haute et comme une digue à talus dans le cas contraire. L’emploi des digues à talus est préférable du point de vue de la sécurité. Les digues verticales ne sont utilisées que lorsque le coût des enrochements est trop élevé. Il existe, enfin, de nombreux autres types d’ouvrages de protection qui seront signalés plus loin.

Digues à talus

Le terminal pétrolier du Havre-Antifer est un exemple d’utilisation d’une digue à talus. Le port, de type semi-abrité, comprend une zone de manœuvre et deux appontements, abrités des courants de marée et de la houle des secteurs ouest à nord-est par la digue. Sa longueur est de 3 500 mètres. Les digues à talus comprennent: un corps de digue, ou noyau, composé par une ou plusieurs catégories d’enrochements, une carapace extérieure dans la zone d’action de la houle, un revêtement de protection du côté intérieur et une superstructure couronnant l’ouvrage. Pour choisir la nature et le poids des matériaux à employer, il faut déterminer le talus d’équilibre de ces matériaux sous l’effet de la houle. Sur le talus extérieur, la houle déferle, provoquant de violentes projections d’eau et des pressions très importantes. À vague baissante, la houle agit par ruissellement sur le talus et par écoulement vers l’extérieur de l’eau sous pression accumulée à l’intérieur même du massif.

Des formules empiriques permettent de déterminer le poids des blocs en fonction de l’amplitude de la houle. Toutefois, la détermination complète du profil nécessite l’exécution d’essais sur modèle réduit dans un canal où la houle est reproduite.

Les blocs de la carapace de protection extérieure sont constitués soit par des enrochements naturels, soit par des blocs parallélépipédiques en béton posés en vrac ou en assises réglées, soit enfin par des blocs de forme spéciale en béton.

Les principaux parmi ces derniers sont le tétrapode, le quadripode, le tribart, l’acropode, le stabilopode, le dolos, le dinosaure et les cobs. Ils sont conçus pour dissiper au maximum l’énergie de la houle grâce au pourcentage de vides qu’ils renferment et pour avoir un très bon coefficient d’accrochage assurant leur stabilité (fig. 5).

Digues verticales

Les digues verticales comprennent une muraille composée de blocs de béton, bâtie sur un massif d’enrochements dont le talus du côté tourné vers le large est protégé par des blocs naturels ou artificiels (fig. 6).

Les fondations de ces digues sont à une profondeur suffisante pour éviter le déferlement de la houle sur le soubassement. La paroi verticale de la digue constitue un écran sur lequel la houle se réfléchit totalement. À la houle incidente s’ajoute la houle réfléchie sur la paroi verticale, qui se propage en sens inverse avec la même célérité; l’addition de ces houles conduit à un phénomène d’ondes stationnaires, ou clapotis, dont l’amplitude est sensiblement double de celle de la houle incidente. Ce type de digue est particulièrement vulnérable: sa destruction brutale peut être provoquée par une seule vague plus haute que les autres. Aussi calcule-t-on la digue pour une vague dont la probabilité d’apparition est d’une fois tous les cent ans.

L’ouvrage est sollicité alternativement par des efforts dirigés vers l’intérieur du port et vers l’extérieur. Pour éviter le déferlement, la profondeur H au pied de la muraille à basse mer doit être supérieure à une fois et demie l’amplitude de la houle centennale.

La stabilité de l’ouvrage est vérifiée sous le poids de l’ouvrage, la pression de la houle et les sous-pressions qui s’exercent sur l’ouvrage. On s’attache, en particulier, à disposer d’une bonne sécurité vis-à-vis du renversement et du glissement aux différents niveaux, ce qui donne lieu, ici encore, à des études sur modèle réduit.

Digues mixtes

Les digues mixtes comportent une muraille verticale fondée sur un soubassement arasé à un niveau qui se situe généralement entre le niveau de la basse mer et le niveau moyen de la mer (fig. 7).

Lorsque la mer est haute et que l’amplitude de la houle n’est pas trop importante, celle-ci ne déferle pas sur le soubassement, mais elle est réfléchie par la muraille qui joue le rôle de digue verticale. Lorsque la mer est basse, la houle déferle sur le soubassement en enrochements qui se comporte comme une digue à talus. Dans les autres cas, la houle déferle chaque fois que la profondeur de l’eau au-dessus du soubassement est inférieure à 1,5 ou 2 fois l’amplitude de la houle. Alors, la muraille est soumise, en raison du déferlement, à des efforts extrêmement violents qu’il n’est pas possible de calculer. Ce type de digue est utilisé dans des ports à marée, sur des fonds situés à quelques mètres seulement au-dessous du niveau des basses mers.

Ouvrages divers

Avec l’accroissement du tonnage des navires affectés aux trafics spécialisés (pétrole, solides en vrac, céréales), les possibilités maximales des ports existants ont été exploitées, et de nouveaux avant-ports ou des postes au large ont été créés pour la réception de nouvelles unités de 300 000 t.p.l. à 500 000 t.p.l. (tonnes de port en lourd ou d.w.t., dead-weight tons ).

La réalisation du nouveau terminal pétrolier du Havre-Antifer permet d’accueillir les navires de 550 000 t.p.l..

Les perspectives d’exploitation de gisements pétroliers en site marin conduisent les grandes sociétés pétrolières à rechercher la possibilité de stocker du pétrole dans des réservoirs immergés et d’établir en pleine mer (off-shore ) des postes de chargement.

L’aménagement des nouveaux espaces marins dans les zones de hauts fonds oblige à envisager, pour la protection des plans d’eau, des procédés inédits en remplacement des digues traditionnelles dont le coût serait trop élevé. Aussi a-t-on étudié:

– des brise-lames flottants, où un flotteur lesté et ancré constituerait l’écran;

– des brise-lames discontinus, qui sont constitués par une poutre portée par des piles (ils interceptent la houle dans sa partie supérieure où se trouve concentrée la majeure partie de l’énergie, réduisant ainsi l’agitation en aval de l’ouvrage);

– des brise-lames pneumatiques, qui injectent de bas en haut un fort courant d’air au moyen d’un tube perforé posé sur le fond (l’écoulement de l’air provoque un courant de direction opposée à celle de la propagation de la houle dont on obtient ainsi le déferlement; la turbulence créée par l’air absorbe une partie de l’énergie de la houle);

– des caissons à parois perforées, qui ont un alvéole avant percé de trous (la vague montante remplit cet alvéole et l’eau emmagasinée est restituée à la mer lorsque le creux de la vague se présente devant l’ouvrage).

Les ouvrages d’accostage

Généralités

Les ouvrages d’accostage ont pour rôle d’assurer l’accostage et l’amarrage des navires qui stationnent dans un port, les liaisons nécessaires aux opérations commerciales entre le navire et la terre et la limitation des terre-pleins du port (cf. photo).

Les quais assurent simultanément les trois fonctions. Les appontements assurent seulement les deux premières. Les ducs-d’albe , constitués par des piles isolées, assurent seulement la première.

Le navire, lorsqu’il accoste, s’appuie sur l’ouvrage d’accostage: à ce moment, sa vitesse est faible mais non nulle, et il se produit un choc auquel doivent résister à la fois la coque du navire et l’ouvrage.

Les quais sont équipés de défenses interposées entre le mur et le navire, défenses constituées d’organes élastiques absorbant par leur déformation l’énergie cinétique du navire au moment de l’accostage (1/2mv 2). La vitesse d’accostage v est, pour le calcul des ouvrages, comprise entre 0,30 m/s (cas de petits navires en site exposé du point de vue des courants et des vents) et 0,10 m/s (cas des grands navires en site abrité). La masse m est celle du navire, majorée pour tenir compte de la masse hydrodynamique, ou masse du volume d’eau qu’entraîne le navire dans son mouvement. Lorsque le navire est amarré à son poste, il est soumis à l’action du vent. Si le vent souffle vers le large, le navire est retenu par des amarres passées autour d’organes d’amarrage appelés « bollards » ou « crocs ».

Les murs de quais sont soumis aux efforts d’accostage, à ceux qui sont exercés par les amarres, à la poussée des terres, aux surcharges d’exploitation (surcharges mobiles dues aux engins de manutention et surcharges fixes dues aux stockages), aux efforts pouvant résulter des conditions particulières du site (houle, séismes...). Les calculs de stabilité comportent la vérification de la stabilité vis-à-vis du renversement et du glissement et le calcul des contraintes sur le sol de fondation.

Les murs de quai massifs

Les murs de quai massifs sont fondés en surface ou à faible profondeur. Ils sont utilisés chaque fois que l’on rencontre le sol résistant au fond du bassin ou à quelques mètres de profondeur.

On distingue notamment:

– les murs construits en maçonnerie ou en béton, soit dans une fouille asséchée, soit sous l’eau, par la technique des travaux à l’air comprimé;

– les murs blocs constitués par un empilage de blocs préfabriqués en béton d’un poids unitaire généralement compris entre 100 et 300 tonnes (ils sont fondés sur une assise en enrochements et cailloux; la partie haute au-dessus du niveau de l’eau est construite sur place; un cavalier de matériaux pierreux en arrière du quai réduit la poussée de terre et évite l’écoulement du sol au travers des joints des blocs);

– les murs massifs en caissons (ceux-ci comportent une embase en béton armé et des parois d’épaisseur voisine de 0,50 m, raidies par des cloisons; ils reposent sur une assise en enrochements et en cailloux et sont remplis de sable);

– les piles circulaires havées (dans ce dernier cas, le quai est constitué de piles, ou caissons circulaires en béton armé, sans fond, dont la fondation est effectuée par havage, en extrayant le sol à l’intérieur de l’enveloppe en béton; ces piles sont havées de quelques mètres pour atteindre le terrain résistant, puis emplies de remblai compacté).

On connaît deux procédés principaux de construction, l’un consistant à édifier les murs de quai dans une fouille asséchée, l’autre à utiliser des éléments préfabriqués (blocs-caissons). Dans cette dernière technique, la mise en place peut être effectuée soit par l’emploi de grues flottantes, soit par flottaison ou échouage.

Les murs de quai en palplanches

Les murs de quai en palplanches constituent souvent une solution économique et d’exécution rapide. Les palplanches sont des poutres métalliques, en général de grande longueur et de faible largeur (0,50 m, par ex.). Ces poutres sont enclenchées les unes dans les autres pour former un rideau continu, le rideau principal étant ancré sur un rideau arrière de moindre importance.

Parfois, les palplanches forment des enceintes emplies de remblai. Le quai constitué par de telles cellules appelées « gabions » est ainsi un ouvrage massif. Les palplanches peuvent être combinées avec des pieux métalliques pour constituer un rideau de plus grande inertie.

Les murs de quai en paroi moulée

On remplace parfois le rideau en palplanches par une paroi moulée en béton armé (fig. 8). Le béton est coulé dans une tranchée de 0,50 à 1,50 m de largeur qui est emplie, au fur et à mesure du forage, de boue thixotropique grâce à laquelle les parois sont maintenues verticales (le principe est le même, à cet égard, que celui des forages des puits de recherche du pétrole). Une fois le forage terminé, la boue est ensuite remplacée par du béton. La paroi peut de plus être ancrée en tête par des tirants précontraints forés dans le sol. Pour augmenter l’inertie, la paroi peut présenter des contreforts ou avoir un tracé en forme de palplanches.

Les plates-formes sur pieux ou sur piles

Lorsque le terrain en surface ne présente pas de qualités suffisantes pour permettre la fondation de murs de quai massifs, on construit, au-dessus du talus délimitant le terre-plein, une plate-forme qui est appuyée sur des pieux ou des piles.

Le talus, incliné à 3 de base pour 1,5 à 2,5 de hauteur, est revêtu d’enrochements. Les pieux ou les piles peuvent être en béton armé ou être constitués par des tubes emplis de béton. Dans certains cas, ce type de structure peut être combiné avec un rideau de palplanches permettant de réduire l’emprise du talus et ainsi la largeur de la plate-forme.

Les ducs-d’albe

Les ducs-d’albe sont des organes d’accostage rigides ou souples. Dans le premier cas, ce sont des piles circulaires ou un ensemble de pieux reliés en tête par un massif de béton. En général, ces ducs-d’albe ont à résister aux efforts d’amarrage. Quant aux organes souples, ils sont constitués par un groupe de pieux tubulaires ou de palplanches métalliques flexibles encastrés dans le sol et solidaires dans leur déplacement grâce à un cadre qui les relie en tête.

Écluses

Une écluse, ou écluse à sas, est un bassin de forme allongée fermé à chaque extrémité par une porte, dans lequel on introduit le navire pour le faire sortir dans un bassin à niveau différent, après égalisation des niveaux par échange d’eau entre le sas et ce bassin.

La coupe transversale de tels ouvrages ressemble à un U. Le bassin comprend un fond, appelé « radier », des parois, ou « bajoyers », et une tête servant d’appui à la porte. Les ouvrages anciens ont été construits en maçonnerie; on utilise aujourd’hui le béton armé, le béton précontraint ou des palplanches métalliques.

Les bajoyers sont soumis à la poussée des terres et aux pressions hydrostatiques introduites par la nappe d’eau qui règne dans le sol.

La modification du niveau de l’eau est obtenue par gravité. Une écluse est pourvue à cet effet d’aqueducs courts aménagés dans les têtes et équipés de vannes.

Les portes des écluses sont en général des ouvrages en construction métallique soudée. Il peut s’agir de portes busquées, de portes à secteur, de portes rabattantes, de portes glissantes ou de portes roulantes.

Les dimensions des écluses sont fixées en considérant les conditions de manœuvre, non seulement du navire, mais aussi de ses remorqueurs. Elles sont liées à la longueur L et à la largeur l des plus grands navires, par les relations simples (en mètres):

Les plus grandes écluses actuellement en service sont les suivantes (les profondeurs correspondent au niveau de haute mer moyenne), en mètres; le dernier chiffre est celui de la profondeur au-dessous du niveau zéro des cartes marines:

Lorsque de nouveaux bassins doivent être creusés dans un port à marée, on peut réaliser soit des bassins de marée, soit des bassins à niveau constant. Le choix entre ces deux solutions est d’ordre essentiellement économique et fait intervenir le coût de construction des ouvrages, le coût de fonctionnement et d’entretien, ainsi que le coût du temps perdu par les navires au passage de l’écluse.

Les écluses sont implantées de manière à faciliter, autant que faire se peut, la manœuvre des navires. Elles sont souvent protégées par des ouvrages d’embecquetage dont le rôle est de guider le navire à son entrée dans l’écluse.

3. Les outillages portuaires

On a traité ci-dessus de ce qu’il est convenu d’appeler les « infrastructures portuaires »: essentiellement ouvrages de protection contre la mer, ouvrages d’accostage et écluses. Le présent chapitre traitera des « superstructures portuaires », qui peuvent se classer en trois catégories: les hangars, les engins de levage et de manutention, et les équipements de réparation navale.

Les hangars

Les marchandises en attente (d’un navire, de réexpédition, d’opération de dédouanement, d’opération de groupe ou regroupage, etc.) sont entreposées soit (ce qui est le cas général pour les conteneurs) sur les terre-pleins, soit sous abri. Dans ce dernier cas, on distingue habituellement les « hangars » et les « magasins généraux », suivant qu’il s’agit de stockages de courte, ou de moyenne et longue durée. Les premiers sont habituellement situés à quelques dizaines de mètres en arrière des quais, les seconds loin en retrait.

Autrefois, il était courant que les hangars comportassent des étages. Ce n’est plus le cas aujourd’hui, afin d’une part de réduire les coûteuses manutentions et, d’autre part, de permettre l’accès direct des camions et des chariots élévateurs à fourches.

La largeur des hangars modernes dépasse souvent 50 mètres. Leur surface atteint et dépasse couramment un, voire plusieurs hectares. Les progrès de la technique permettent, à l’heure actuelle, de construire d’amples portées entre les poteaux qui supportent la toiture et ainsi de supprimer la pile intermédiaire entre les deux longs pans. Dans certains cas (par exemple entreposage de fruits ou de viandes), les hangars sont pourvus d’installations maintenant une climatisation déterminée.

On peut, quant à leur fonction, assimiler à des hangars les silos, les chais à vin, les réservoirs de produits liquides ou chimiques, mais leur conception et leur construction relèvent évidemment de techniques particulières, alors que les hangars ordinaires ne relèvent que des techniques classiques du bâtiment.

Les engins de levage et de manutention

Les outillages de levage et de manutention utilisés dans les ports sont d’une très grande diversité, depuis les chariots élévateurs à fourches jusqu’aux grands portiques de manutention des conteneurs ou des minerais.

Parfois complétées par des grues sur roues à pneus, les grues de quai classiques, se déplaçant sur rails, ont une portée maximale de l’ordre d’une vingtaine à une trentaine de mètres, et une force de levage de 3 à 35 tonnes suivant la portée. La vitesse de levage est de l’ordre de un mètre à un mètre et demi par seconde, l’orientation nécessite 40 secondes environ (démarrage et arrêt compris) et la vitesse de translation le long du quai est d’environ un demi-mètre par seconde. Le rendement est voisin de 25 tonnes par heure par équipe de dockers.

Bien qu’on continue de construire de telles grues, de plus en plus modernes et performantes, leur nombre tend nettement à diminuer dans les ports qui reçoivent un trafic suffisant de conteneurs (leur rentabilité implique une utilisation minimale de 1 200 heures par an). Jusqu’à quelque 20 000 conteneurs par an, un port peut se contenter de manutentionner ceux-ci à l’aide de deux grues jumelées. Au-delà, il est nécessaire de faire appel à des portiques spécialisés dans la manutention des conteneurs. Ces portiques de quai, très onéreux (25 millions de francs en 1985), sont en règle générale capables de soulever une charge de 40 tonnes à quelque 35 ou 40 mètres de l’arête du quai, et de décharger un conteneur toutes les 2 minutes (cadence moyenne), voire 1 minute et demie (cadence de pointe). Comme les grues classiques, les portiques de quai à conteneurs roulent sur des voies ferrées implantées en bordure des quais, mais dont l’empattement est de l’ordre de 15 à 25 m. La flèche horizontale de ces portiques doit pouvoir se déplacer sans entrave au-dessus du navire; elle se trouve à une hauteur de 30 à 35 mètres au-dessus du quai. La vitesse de levage est de l’ordre de 1 m/s, celle de translation le long de la flèche de l’ordre de 2 à 2,5 m/s. Le portique prend les conteneurs par l’intermédiaire d’un cadre métallique horizontal, le spreader , qui, suspendu par câbles à l’avant-bec du portique, vient se placer le long des arêtes supérieures du conteneur et se verrouille automatiquement sur elles aux quatre angles. Des dispositifs particuliers empêchent le balancement de la charge. Le poids d’un tel portique est de l’ordre de 1 000 tonnes et la puissance installée atteint 1 000 kilowatts. Des portiques plus légers et moins onéreux peuvent être utilisés dans les ports qui reçoivent non pas les grands navires porte-conteneurs intégraux tels que ceux qui traversent l’Atlantique ou le Pacifique, mais des navires porte-conteneurs de plus petite dimension. Pour des raisons de gain de poids et de diminution de surface au vent, de facilité de construction et de facilité d’entretien, les ossatures métalliques des portiques à conteneurs sont aujourd’hui construites pour une large part en caisson ou en structure tubulaire. La France impose que le calcul des éléments constitutifs se fasse suivant les règles très détaillées de la Fédération européenne de manutention; dans la pratique, ce calcul s’effectue sur ordinateur. Les équipements électriques et électroniques des portiques modernes de quai à conteneurs sont hautement sophistiqués: convertisseurs statiques à thyristors, régulation de vitesse électronique, automates programmables.

Le transport des conteneurs entre le navire, le terre-plein et les véhicules de transport vers ou à destination de l’arrière-pays fait appel tantôt à des remorques ou chassis attelés à des tracteurs, tantôt à des chariots cavaliers automoteurs sur roues qui enjambent le conteneur, tantôt à des portiques de parc également sur roues (cf. photo) mais capable d’enjamber à la fois plusieurs rangées de conteneurs, tantôt encore à de puissants chariots à fourches.

La manutention des marchandises pondéreuses solides en vrac (minerais, charbons, engrais, etc.) fait appel à l’utilisation de portiques de plus en plus puissants: il s’agit de décharger rapidement des navires de 150 000 ou 250 000 t.p.l., dont le coût d’immobilisation se chiffre en 1985 à environ un franc par tonne et par jour. Le déchargement s’effectue avec une benne suspendue par câbles à l’avant-bec du portique, benne qui descend dans la cale, en remonte chargée, et revient en arrière se déverser dans une trémie d’alimentation d’une courroie transporteuse évacuant le matériau en direction du parc de stockage. La force de levage du portique est habituellement inférieure à 50 tonnes. Mais en 1981 ce chiffre a été significativement dépassé au terminal E.M.O. (Europees Massagoed Overslagbedrijf), à Rotterdam, où a été mis en service un nouveau portique de 85 tonnes de capacité de levage (record mondial); la capacité de ce portique est de 12 millions de tonnes par an. D’une façon courante, la capacité de déchargement des portiques modernes pour vracs est de l’ordre de 2 500 t/h; la manutention de la benne preneuse se fait à grande vitesse: 2 m/s verticalement, 4 m/s horizontalement. La puissance installée atteint 2 000 kilowatts, le poids unitaire 1 000 à 1 500 tonnes. Les règles de calcul des portiques pour vracs sont les mêmes que celles des portiques pour conteneurs. Comme pour ceux-ci, le rapide développement des thyristors a redonné au moteur à courant continu une compétitivité que n’avaient pas les autres dispositifs à convertisseurs tournants, et l’on assiste depuis plusieurs années à une généralisation de l’emploi du courant continu et des automates programmables sur les portiques à hautes performances.

La reprise des matériaux sur stock implique l’utilisation de roues-pelles (c’est-à-dire de roues métalliques de 2 à 9 mètres de diamètre par exemple, et dont le pourtour est muni de godets) alimentant des bandes transporteuses.

Dans le domaine de la manutention des marchandises pondéreuses, une évolution se dessine vers l’utilisation, au lieu du système discontinu des bennes, de systèmes de déchargement continu par chaînes à godets alimentées ou non par des roues-pelles, descendues dans la cale par vis sans fin verticale alimentant une chaîne de transporteurs dans la flèche (système Siwertell), ou encore par un système de doubles tapis verticaux dont les bords sont serrés l’un contre l’autre au moyen d’air comprimé pour former une gaine élevant le produit jusqu’à un système de convoyeurs dans la flèche (système Simporter-Simon Carves).

Un procédé récent, désigné sous la dénomination anglaise slurry , consiste à broyer finement le produit à la sortie de la mine d’où il est extrait, à le transporter mélangé à un fluide par canalisation jusqu’au bateau de chargement et à pomper le liquide en excès dans le navire qui prend alors la mer. À l’extrémité du transport maritime, on réintroduit du fluide dans le navire, on aspire la cargaison par pompage, et on assèche ensuite le produit. Quelques exemples de cette technique existent en matière de transport de charbon. Depuis 1980, le port de Dunkerque reçoit sous cette forme un trafic de kaolin.

Le chargement de céréales en vrac s’effectue simplement par gravité, dans des goulottes alimentées par courroies, ou redlers , à partir des silos. Le déchargement se fait à l’aide d’aspirateurs pneumatiques, de chaînes-redlers (quelque peu assimilables à des chaînes à godets où les godets seraient remplacés par des plaquettes raclantes ou les systèmes Siwertell ou Simporter déjà cités). Ces aspirateurs peuvent être fixes (à quai) ou placés sur pontons (solution plus onéreuse mais plus souple sous l’angle de l’exploitation).

La manutention des liquides en vrac (vin, huiles, mélasses, soufre liquide, produits pétroliers, gaz liquéfiés) s’effectue par canalisation et pompage.

On peut classer parmi les outillages de manutention les passerelles d’accostage pour navires rouliers, grâce auxquelles les charges (camions, remorques, voitures, etc.) placées sur roues pénètrent dans le navire ou en sortent. Dans les ports sans marée, ou, dans les ports à marée, en amont des écluses s’il y en a, la passerelle se réduit à sa plus simple expression: il s’agit le plus souvent d’un plan incliné taillé dans le quai, ou d’un décrochement, sur lequel vient s’appuyer la rampe de déchargement du navire. Dans les postes d’accostage soumis à la marée, les passerelles doivent compenser le jeu de la marée: leur longueur est déterminée de telle sorte qu’à aucun moment la pente ne soit excessive pour les véhicules.

La nécessité, pour les ports, de s’équiper pour la manutention des colis lourds est apparue dans les années 1970, afin d’accompagner la tendance à transporter les ensembles industriels en éléments unitaires de plus en plus importants, de manière à limiter le plus possible d’onéreux et délicats montages in situ . À titre d’exemple, le port de Saint-Nazaire s’est équipé d’une bigue de 400 tonnes, celui du Havre d’une bigue terrestre de 650 tonnes (cf. photo), celui de Marseille d’une bigue flottante de 600 tonnes, celui d’Anvers d’un ponton-bigue de 800 tonnes.

Enfin, on pourrait multiplier les exemples d’engins spécialisés pour la manutention des grumes, le déchargement du poisson, etc.

Les équipements de réparation navale

Les pays anglo-saxons ont coutume de considérer que les engins portuaires destinés à la réparation navale doivent être financés, construits et exploités par les entreprises privées assurant la réparation navale. Dans les pays latins, et notamment en France, ces ouvrages sont en général propriété de l’État ou de son concessionnaire.

Tout port de commerce, de pêche ou de plaisance, doit disposer des équipements permettant de réparer un navire afin d’éviter à ce dernier d’avoir, en cas d’avarie, à repartir en un autre lieu, avec tous les risques encourus. Il existe un grand nombre de types de ces équipements, adaptés aux problèmes à résoudre.

Dans les ports de pêche et de plaisance où la marée se fait sentir, la formule la plus simple est celle du gril de carénage. Au pied d’un quai, on fixe sur le sol, perpendiculairement au quai, des pièces de bois de section rectangulaire, parallèles les unes aux autres, appelées tins, et sur lesquelles, à marée descendante, le bateau à réparer vient s’échouer, tout en s’épaulant contre le quai. Les ports d’Audierne, de Concarneau, de Guilvinec, par exemple, en sont dotés.

Une formule plus récente et plus sophistiquée consiste à prendre le bateau par dessous la coque, à l’aide de sangles, et à le soulever pour l’amener sur le terre-plein de réparation. L’engin porteur des sangles est en fait un portique en acier monté sur roues équipées de pneumatiques et se déplaçant sur le terre-plein. Il vient, pour prendre le bateau, l’enjamber en roulant sur deux poutres horizontales de béton, enracinées sur le terre-plein, parallèles l’une à l’autre, supportées par des poteaux, et entre lesquelles le bateau flottant vient se placer. On lève ainsi aujourd’hui des bateaux de 225 tonnes de poids, ce qui correspond à des bateaux de pêche d’une trentaine de mètres de longueur. L’avantage de cet engin par rapport au gril de carénage est d’être utilisable par mer sans marée, de permettre la réparation simultanée d’un nombre de bateaux qui n’est limité que par la surface de terre-plein dont on dispose, et de mettre chaque bateau hors d’eau pour une durée aussi longue que souhaitée. Il en existe par exemple aux ports de pêche de Guilvinec et d’Étaples, ainsi que dans de nombreux ports de plaisance français.

Le slipway constitue un équipement destiné à des navires dont le poids peut aller jusqu’à quelques milliers de tonnes. Il s’agit de cale inclinée, généralement en béton, munie de rails sur lesquels roule un chariot qui, porteur de tins en bois, vient descendre sous le navire. Dans le slipway en long (exemple: port de pêche de Lorient), le navire est hissé perpendiculairement au rivage; pour éviter qu’il ne se casse au moment où sa proue est hors de l’eau pendant que son arrière flotte encore, les slipways en long ont une pente limitée, généralement à 5 p. 100. Dans le slipway en travers (exemple: port de Concarneau), le navire est hissé parallèlement à la rive, et la pente de la cale peut atteindre facilement 15 ou 20 p. 100.

Les ascenseurs verticaux dénommés élévateurs à bateaux connaissent aujourd’hui un développement important. Ils sont constitués d’une plate-forme horizontale soit suspendue par des câbles d’acier s’enroulant sur des treuils éléctriques, soit coulissant le long des poteaux en béton grâce à un jeu complexe de vérins. Le système moteur (treuils électriques ou vérins) doit être parfaitement synchronisé. La plate-forme est descendue dans l’eau à un niveau inférieur à celui de la quille du navire flottant; elle porte une ligne de tins sur lesquels s’échoue le navire lors de la remontée de la plate-forme. Il existe actuellement, de par le monde, quelque 150 engins de ce type, de force portante allant jusqu’à 12 000 t.p.l. de poids (ce qui correspond en gros à des navires de 25 000 t.p.l.). En 1981, le port de Concarneau s’est doté d’un appareil de ce type, soulevant les navires pesant 2 000 tonnes.

Les docks flottants sont constitués d’un flotteur qu’on immerge en remplissant d’eau des water-ballasts. En pompant l’eau, on provoque l’émersion simultanée du flotteur et du navire soulevé par le flotteur. Celui-ci est équipé latéralement de deux murailles qui qui portent les grues permettant le transfert des pièces et outillages divers nécessaires aux réparations. Les dimensions et les formes du flotteur et de ses water-ballasts doivent assurer l’équilibre et la stabilité de l’ensemble dock flottant-navire dans les diverses phases de la manœuvre. Les docks flottants en service en France ont des capacités de levage très variables: 11 000 tonnes à Marseille, 8 000 et 14 000 tonnes à Rouen, 13 000 et 20 000 tonnes à Dunkerque; Le Havre s’est doté en 1981 d’un dock flottant pour grands navires de 170 000 t.p.l. pesant 30 000 tonnes, ce qui correspond à une capacité de levage (compte tenu du lest) de 50 000 tonnes, qui en fait l’un des plus puissants du monde (San Francisco: 65 000 t; Göteborg: 55 000 t; Rotterdam: 54 000 t; Hambourg: 53 000 t). Les docks flottants ont ainsi une section en U, dont les parois, tant verticales qu’horizontales, sont constituées de caissons étanches: ce sont ces caissons qui servent de water-ballasts. La paroi horizontale, qui porte les tins (de 1 à 2 m de hauteur), est traversée par un tunnel abritant les conduites d’eau douce et d’air comprimé, ainsi que les câbles électriques et divers équipements d’asservissement. À l’arrière, côté entrée du navire, des défenses tournantes absorbent l’énergie des navires qui ne se présenteraient pas parfaitement dans l’axe du dock. À l’autre extrémité du dock, les parois verticales sont reliées, pour des raisons évidentes d’exploitation, par une passerelle pivotante. Les docks flottants sont aujourd’hui construits en général en acier soudé, parfois en béton, plus rarement avec un radier en béton et des parois verticales en acier. Ils sont calculés comme un navire. Autrefois maintenus en place par des chaînes ancrées au sol dans des massifs de béton, ils sont aujourd’hui amarrés sur des ducs-d’albe, structures verticales en béton ou acier, le long desquels ils coulissent, en fonction de la marée ou pour la manœuvre, à l’aide de dispositifs spéciaux. Il est ainsi possible d’amener en tête des parois verticales, grâce à des passerelles reliées à la terre, les véhicules chargés des pièces et appareils destinés à la réparation, et les déplacements de personnels entre la terre et le dock sont grandement facilités. Un dock flottant nécessite évidemment d’être placé au-dessus d’une souille creusée dans le fond marin à une profondeur suffisante.

Les formes de radoub ou cales sèches ont des principes de conception et de construction analogues à ceux des écluses (portes, pompage, etc.). Elles s’en distinguent essentiellement par le fait que, dans les écluses, l’élévation du niveau de l’eau est obtenue par simple gravité, alors que dans les formes de radoub elle l’est par pompage, ce qui implique la réalisation d’un réseau d’aqueducs de vidange, prolongés dans le radier par des caniveaux reliés à une station de pompage, laquelle est équipée de pompes entraînées par des moteurs électriques. Les commandes des vannes d’aqueducs sont également rassemblées dans cette station. Avant de recevoir un navire, on opère souvent une première mise à sec de la forme de radoub pour régler les lignes de tins en fonction des caractéristiques du navire. Les pompes d’épuisement permettent d’effectuer cette opération en trois ou quatre heures. Le remplissage de la forme se fait par gravité. Les dimensions des formes de radoub sont fixées en fonction d’une part des conditions de manœuvre du navire ou de ses remorqueurs, mais aussi des surlargeurs nécessaires pour travailler entre la coque du navire et les bajoyers de la forme. On peut considérer que ces dimensions sont liées à la longueur L et à la largeur l des plus grands navires par les relations simples (en mètres):

Les dimensions en mètres, des plus grandes formes de radoub existant dans le monde sont les suivantes (le dernier chiffre est celui de la profondeur au-dessous du niveau zéro des cartes marines):

Les formes de radoub comportent évidemment un dispositif de fermeture; celui-ci est constitué:

– soit par un bateau-porte, qui est un caisson à flottabilité réglable, réalisé en acier et quelquefois en béton; pour fermer la forme de radoub, on échoue le bateau-porte dans une rainure du radier; l’étanchéité est assurée par des feuillures de caoutchouc, ou, mieux, de polypropylène;

– soit par des portes rabattantes, pivotant autour d’un axe horizontal placé à leur partie inférieure; ces portes possèdent un caisson étanche pour soulager la porte lors de ses manœuvres. Les dispositifs d’étanchéité sont analogues à ceux qui sont utilisés en cas de bateau-porte.

Comparons les docks flottants et les cales sèches du point de vue de leurs avantages et inconvénients respectifs.

Pour les docks flottants, les avantages sont: la rapidité de construction; le prix moins élevé pour l’engin proprement dit; la possibilité d’échouer des navires légèrement plus longs que le dock; la mobilité, permettant sa construction en des points éloignés, et éventuellement son changement de site ou sa revente lorsqu’il n’est plus adapté aux besoins; le volume à pomper, proportionnel au tirant d’eau du navire à échouer; et la possibilité pour le remorqueur de tête de précéder le navire à son entrée sur le dock. Notons, de plus, la possibilité de donner de la gîte et de l’assiette pour recevoir des navires présentant des défauts de flottabilité et celle d’approcher de grosses pièces à l’aide de bigues flottantes de grande puissance. Quant aux inconvénients, signalons: des ouvrages annexes très importants (souille, ducs-d’albe, piles) qui rendent en général le coût total de construction aussi ou plus élevé qu’une forme de radoub; le coût d’entretien plus élevé (nécessité de caréner régulièrement le dock et de lutter contre la corrosion; l’exploitation délicate, en raison du risque de déformations des water-ballasts (erreurs de manœuvre entraînant des surpressions dans ces ballasts); la durée de vie limitée (30 ans); l’empattement du portique des grues réduit (d’où moindre stabilité de ces grues); et, enfin, des équipements plus compliqués (mesures de contraintes et de pressions tout au long des opérations de ballastage).

Pour les formes de radoub, les avantages sont: la durée de vie importante (100 ans et plus); les frais d’entretien réduits; l’exploitation sûre et commode et une fiabilité de l’équipement. Les inconvénients se résument en une quantité d’eau à épuiser inversement proportionnelle à la taille du navire et une construction parfois délicate en fonction de la nature du terrain.

En France, en 1980, les investissements portuaires (infrastructures plus outillages) s’élèvent à environ un milliard de francs par an. Dans le monde, le rythme de ces investissements continuera à croître d’une manière considérable dans l’avenir en même temps que seront réalisés des équipements nouveaux extrêmement différents des réalisations traditionnelles. Déjà pour le chargement des matières premières – pétrole ou minerais – ont été créées de nouvelles installations appelées terminaux, constituées par des postes sur bouées ou encore par des appontements au large, reliés au rivage par des canalisations posées soit sous l’eau, soit sur viaducs (cf. PÉTROLE - Le transport). De tels équipements assurant un service spécialisé très différent des équipements classiques se multiplieront encore dans l’avenir.

Bien plus, l’exploitation des richesses marines qui a déjà commencé par la découverte et la mise en valeur de puits pétroliers, semble promise à un grand développement, ainsi que la création d’îles artificielles équipées de postes, d’unités de stockage et même d’usines telles que des usines de liquéfaction du gaz naturel. Parallèlement, de nouveaux terminaux devront être aménagés pour assurer la liaison avec ces îles artificielles. En outre, il faut rappeler que la mise en place de structures portuaires modernes dans les pays en voie de développement doit permettre à ceux-ci de jouer pleinement leur rôle dans le concert des échanges internationaux.

Enfin, le développement de la civilisation industrielle requiert, d’année en année, la conquête de nouveaux espaces sur la mer. Les Pays-Bas figurent, à cet égard, comme des précurseurs. Leur exemple est suivi maintenant par de nombreux pays. Des équipements touristiques, résidentiels ou industriels se multipliant sur les côtes, des milliers d’hectares pris sur la mer sont remblayés, et, en Grande-Bretagne, la construction d’un nouvel aéroport sur un terre-plein artificiel a été envisagée.

Ainsi, avec l’aménagement intensif du littoral marin et l’exploitation des océans s’amorce un nouvel âge de la civilisation industrielle, dont l’équipement d’infrastructure héritera de la technique traditionnelle de construction des ports.

Encyclopédie Universelle. 2012.

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