port
(latin portus)
Abri naturel ou artificiel pour les bâtiments de navigation, muni des installations nécessaires à l'embarquement et au débarquement du fret et des passagers.
Introduction
Le transport maritime a connu depuis 50 ans une évolution prodigieuse qui a été rendue possible par l'adaptation rapide des ports aux nouvelles conditions de travail.
On distingue aujourd'hui trois grandes catégories de trafics portuaires.
Les trafics de vracs liquides ou gazeux nécessitent une infrastructure légère, l'outillage portuaire étant essentiellement constitué de flexibles de raccordement. Le gigantisme des navires et les dangers qu'ils représentent pour l'environnement ont conduit à déplacer les sites d'accueil dans des zones éloignées des activités traditionnelles et à proximité immédiate de la haute mer. Les produits sont ensuite acheminés directement par pompage vers les lieux de dépôt ou de consommation.
Les trafics de charbon, de minerais ou de produits agroalimentaires, transportés par des vraquiers secs, ont très tôt imposé une spécialisation complète de la chaîne de transbordement : un outillage de quai très élaboré assure une grande cadence de manutention, l'évacuation des produits par bandes transporteuses vers les stockages sur parc, en silo ou en magasin, ainsi, enfin, qu'un chargement direct sur barges, camions ou wagons.
Les autres trafics, appelés par commodité « marchandises diverses », de plus en plus conditionnées en conteneurs standards, ont progressivement été touchés par cette spécialisation.
Le développement et la spécialisation des porte-conteneurs, dont la capacité unitaire maximale de transport a été multipliée par 4 en 10 ans, ont entraîné, eux aussi, des modifications profondes de l'infrastructure d'accueil. Les nouveaux terminaux à conteneurs sont devenus de véritables plates-formes industrielles de transit, caractérisées par l'extrême perfectionnement de l'outillage de quai et de parc, les cadences élevées de manutention, une maîtrise complète et une optimisation des flux documentaires qui accompagnent la marchandise et les mouvements des navires, et la recherche de meilleures connexions routières et ferroviaires. Aussi cette activité s'est-elle progressivement déplacée vers la haute mer, parfois au détriment de nombreux centres portuaires traditionnels, le long des estuaires.
Les ouvrages extérieurs
Introduction
La réfraction de la houle résulte de l'influence des fonds et de la côte sur sa propagation : elle se traduit par des changements de direction, une concentration ou, au contraire, une atténuation par dispersion. La diffraction est la modification de la houle autour des ouvrages ; la réflexion est la superposition d'une houle incidente sur l'ouvrage (quai, digue, etc.) avec une houle réfléchie.
L'étude de la houle commence par la définition d'un modèle théorique, établi à partir de l'étude de la houle réelle sur une période suffisamment longue et en fonction d'une période de retour définie au préalable. Une erreur sur le choix de la « houle de projet » peut avoir des conséquences catastrophiques sur la vie de l'ouvrage projeté.
Les calculs sur ordinateur permettent de déterminer la houle à la côte à partir de la houle de projet au large et de ses effets sur l'agitation en tout point du port.
Les trois grands types de digues
Les digues à talus
Les digues à talus sont constituées d'un noyau en « matériau tout venant », revêtu de couches d'enrochement, et sont protégées côté mer par une carapace de gros enrochements ou de blocs en béton. Le choix des blocs de la carapace est directement lié à l'amplitude de la houle de projet. Compte tenu du coût de ces ouvrages et de leur importance, leur réalisation est généralement précédée d'essais sur modèle réduit en laboratoire. Ces ouvrages peuvent être partiellement franchissables par la houle, voire complètement submersibles dans certains sites, la digue ne jouant alors dans ce cas qu'un rôle d'atténuateur de la houle en provoquant le déferlement.
Les digues verticales
Les digues verticales sont constituées de blocs ou de caissons en béton posés sur une assise en enrochements. Les blocs préfabriqués sont mis en place à l'aide de pontons. Lorsqu'il s'agit de caissons, ceux-ci sont amenés par flottage, échoués et lestés. Ces ouvrages, très onéreux et réfléchissants, ont néanmoins l'avantage de n'occuper qu'une emprise limitée et d'être accostables.
Les digues mixtes
Les digues mixtes sont des digues verticales fondées sur un massif en enrochement pouvant émerger à marée basse.
Les accès
Les zones de manœuvre des navires (freinage et évitage) sont en général abritées par les ouvrages extérieurs. Dès qu'il emprunte le chenal d'accès au port, le navire devient, du fait de sa faible vitesse, très sensible aux effets du vent et du courant. Dans les ports de commerce où le marnage est significatif, une grande partie du port est séparée par des écluses de l'avant-port, alors appelé bassin de marée. En effet, les courants de vidange et de remplissage dus à la marée conduisent à limiter la surface des bassins extérieurs. De plus, les quais qui y sont construits sont plus hauts et donc plus onéreux. Enfin, la variation rapide du niveau de l'eau peut gêner la manutention sur certains navires. Lorsque le plan d'eau est maintenu aux environs du niveau de la dernière marée haute par des écluses, systématiquement ouvertes à l'étale de haute mer, le bassin est « à flot ». Il est à niveau constant quand les écluses fonctionnent exclusivement en sas.
Les écluses maritimes sont des ouvrages particulièrement onéreux, construits pour une durée de vie très importante (50 à 100 ans). Les plus grandes sont aujourd'hui longues de 500 m, larges de 70 m et profondes de 25 m ; elles permettent le passage de navires de 250 000 tonnes. Elles sont en général réalisées à sec dans une souille isolée de la mer par un batardeau provisoire, après que le pourtour a été préalablement étanché par un rideau imperméable, ou après rabattement par pompage de la nappe phréatique. Les murs sont appelés bajoyers, le fond du sas est appelé radier.
Pour des raisons de sécurité, les écluses qui fonctionnent en sas sont équipées de deux séries de deux portes. Les portes sont busquées quand elles sont constituées par des vantaux verticaux qui s'arc-boutent l'un sur l'autre. Les grandes écluses sont équipées de portes brouettes qui coulissent latéralement, suspendues à l'arrière et roulant à l'avant sur des galets inférieurs. Le même principe de construction s'applique aux formes de radoub, ou cales sèches, utilisées pour la réparation à sec des navires.
La forme de radoub communique avec les autres bassins du port par une entré équipée d'un organe de fermeture mobile. Après vidange de la forme par pompage, le navire repose sur des lignes de tins et le carénage peut être effectué à l'air libre. La coupe transversale d'une forme est semblable à celle d'un sas d'écluse et comporte deux murs latéraux (bajoyers) reliés par un fond (radier).
Les ouvrages d'accostage
Sommairement, on distingue plusieurs types de quais. Les quais traditionnels sont des ouvrages « en poids », réalisés en maçonnerie, en béton coulé sur place ou constitués de blocs de béton préfabriqués, souvent évidés pour des commodités de manutention et mis en place par levage au-dessus d'une fondation rapportée.
Parfois, les caissons sont aussi préfabriqués à sec. Mis à l'eau par lancement ou en noyant le chantier de réalisation, ils sont amenés par flottage lorsqu'ils ont un fond définitif ou provisoire. Ils sont ensuite ballastés. Une autre solution consiste à les véhiculer sur leur emplacement définitif par un engin flottant. Là, ils sont havés, le matériau intérieur étant enlevé au fur et à mesure de l'enfoncement du caisson. Ces caissons cylindriques ou parallélépipédiques sont placés côte à côte. Ils sont ensuite reliés entre eux par une poutre de couronnement qui constitue la magistrale du quai. Ensuite sont constitués les terre-pleins et le lest des caissons par un remblai hydraulique (qui est pompé avec un mélange d'eau) ou terrestre.
Les ouvrages de type rideau sont constitués de voiles minces qui équilibrent la poussée des terres par la butée du sol mobilisée en pied du rideau, et par des ancrages en partie supérieure, constitués de tirants métalliques scellés dans le sol ou raccordés à un autre rideau arrière.
Ces ouvrages sont constitués de palplanches métalliques, associées pour des grandes hauteurs à des caissons métalliques qui confèrent une inertie suffisante à l'ouvrage. Ils peuvent aussi être constitués de parois moulées dans le sol. Les rideaux de palplanches sont fichés dans le sol puis foncés avec des engins vibrants ou par battage à l'aide d'un mouton. Les parois moulées sont constituées directement à partir de la surface du sol, en excavant une tranche de grande profondeur, stabilisée par une boue spéciale. Après avoir mis en place des armatures métalliques, on coule dans cette tranchée le béton à partir du bas, en remontant la conduite d'injection. Certains ouvrages de ce type sont renforcés par des contreforts perpendiculaires à l'ouvrage, dont la stabilité est assurée par leur frottement.
Pour réduire l'influence négative de la poussée de la nappe phréatique du côté de la terre, et conférer ainsi aux ouvrages rideaux de grande hauteur un supplément de stabilité, on réalise sur certains quais un rabattement permanent de la nappe par un pompage à grande profondeur, à l'arrière de l'ouvrage. Cela n'est toutefois possible que si la sécurité totale des moyens de pompage est assurée. Plus simplement, certains ouvrages sont constitués de plates-formes en béton armé, fondées sur des pieux descendus au préalable à grande profondeur, et enjambant un talus stabilisé par des enrochements.
Pour atténuer le choc du navire pendant l'accostage, on équipe les quais de défenses qui absorbent en se déformant une partie de l'énergie. Lorsque seules les fonctions d'accostage et d'amarrage sont requises, l'ouvrage peut être réduit à un ensemble de ducs-d'Albe, aujourd'hui réalisés en tubes métalliques flexibles équipés de défenses. À Antifer, où accostent les plus gros pétroliers du monde, ces ouvrages sont constitués de 4 tubes d'acier de 3 m de diamètre, 60 m de longueur. Ils peuvent se déplacer horizontalement de 3 m sous l'effet du choc du navire.
Le calcul des ouvrages
Un ouvrage portuaire est soumis à de nombreuses sollicitations. Il s'agit de la réaction des terrains s'appuyant sur lui ou sur lesquels il est fondé, de la poussée hydrostatique de la nappe phréatique (côté terre), partiellement équilibrée par la poussée, d'intensité variable, due à la marée. La stabilité des ouvrages est généralement mieux assurée à marée haute. Les charges d'exploitation proviennent des engins de manutention (un portique à conteneurs peut peser plus de 1 500 tonnes), du stationnement des engins, du stockage des marchandises sur les terre-pleins adjacents. Les actions du vent ou des courants sur le navire sont transmises au quai par l'intermédiaire des bollards.
Si l'étude de ces différentes actions est déterminante pour le dimensionnement de l'ouvrage, il est de même nécessaire de prévoir les efforts engendrés par l'ouvrage sur les terrains de fondation, dont l'effet peut être ressenti parfois à de grandes profondeurs. Ce comportement des sols est appréhendé à partir de différents modèles rhéologiques. Ceux-ci permettent de déterminer les relations qui existent entre les contraintes appliquées et les déformations subies par le matériau. Ces relations dépendent à la fois de la nature du matériau (sable, marne, argile, etc.) et de son histoire (certains sols gardent la mémoire de certaines sollicitations antérieures).
Depuis les années 1970, les impératifs liés à la construction d'ouvrages exceptionnels dans un contexte économique difficile, incitant à la recherche systématique du moindre coût, ont favorisé le développement des modèles numériques. Leur emploi nécessite en contrepartie une excellente connaissance des propriétés des sols en place ou rapportés. La lutte contre la corrosion est une autre nécessité. L'oxygène dissous dans l'eau et le chlore contenu dans les sels marins imposent une protection accrue des éléments métalliques des ouvrages (tubes, palplanches, fer à béton), ainsi qu'une composition chimique adéquate du ciment.
