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Un aquarium géant pour simuler la houle

le 20/07/2018  |  CalvadosFrance entière

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Grâce à un outil unique en France, l'ESITC de Caen analyse l'impact des vagues sur le littoral.

Avec l'élévation du niveau de la mer, le développement des énergies marines et du trafic maritime, les canaux à houle sont devenus indispensables à l'ingénierie côtière. Ils servent à étudier l'incidence des phénomènes hydrauliques sur le trait de côte et les ouvrages maritimes. Or, la plupart d'entre eux, profonds de seulement 50 cm, ne permettent pas de reproduire fidèlement tous les phénomènes. Pour pallier cette lacune, un canal, haut de 1,50 m, dit « de profondeur intermédiaire », vient de prendre place dans les murs de l'école d'ingénieurs ESITC de Caen. Il mesure 40 m de long et 1 m de large. Des dimensions qui en font un équipement unique en France. « Le besoin industriel et la nécessité de former nos futurs ingénieurs nous ont incités à développer ce nouvel équipement », confie Guillaume Carpentier, responsable ingénierie et international de l'ESITC Caen. Sa réalisation a été confiée à Edinburgh Designs, entreprise écossaise leader de la conception des canaux à houle et des bains océaniques. Toutes les pièces, notamment le batteur qui permet de reproduire la houle, ont été fabriquées en Ecosse avant d'être acheminées et assemblées à Caen.

Le canal abrite un générateur de houle capable de reproduire des états de mer réels. Il est bardé d'équipements de pointe, pour mesurer les vagues et les efforts sur les structures, enregistrer les paramètres et gérer le batteur en temps réel. Une cuve de récupération d'eau, de 14 m de long et 3 m de diamètre en poly éthylène, sera installée et enterrée à l'extérieur du bâtiment cet été pour permettre le recyclage des 50 m3 d'eau brassés dans la veine d'essai et un remplissage rapide de celle-ci.

Car le canal est amené à être régulièrement vidé pour y installer les modèles à étudier : digues, enrochements, éoliennes ou hydroliennes réduits du 1/10e au 1/40e. Des pompes de refoulement seront installées pour vidanger et remplir le canal en moins d'une heure.

Ce dispositif permettra d'améliorer sensiblement la productivité de l'outil en mini misant les temps morts d'utilisation. Un traitement par UV sera aussi adjoint au circuit afin d'éviter le développement d'algues, ainsi qu'un dispositif de filtration des particules solides pour limiter, le cas échéant, la turbidité générée par les modèles étudiés.

Intégrer un bâtiment existant. La principale problématique de réalisation portait sur l'intégration de ce dispositif dans un bâtiment existant. Le gigantesque aquarium vitré s'est finalement logé dans trois salles au rez-de-chaussée de l'école. « Dès le démarrage du projet, il y a cinq ans, nous avons lancé des études de faisabilité, en lien avec des bureaux d'études et de contrôle, indique Guillaume Carpentier. Il fallait s'assurer que la longueur soit suffisante pour recevoir cette veine, que la hauteur de plafond limitée à 3,30 m n'empêche pas d'accueillir le batteur et, enfin, vérifier la capacité portante du sol. » Le canal à houle n'est pas une machine ordinaire : « En plus de la charge classique de la structure et des modèles étudiés - la masse des modèles de digues en enrochements peut dépasser 5 tonnes -, il s'agit de considérer les phénomènes dynamiques liés aux impacts cycli ques des houles », poursuit-il.

« Le besoin industriel et la nécessité de former nos futurs ingénieurs nous ont incités à développer ce nouvel équipement. » Guillaume Carpentier , responsable ingénierie et international de l'ESITC Caen.

Une étude destinée à s'assurer que la capacité portante de la dalle de fondation était suffisante a été menée, ainsi qu'une analyse dynamique de l'ensemble « canal à houle/dalle ». Il a fallu ouvrir quatre murs, dont deux porteurs, et déporter la charge sur un trumeau. Le réseau électrique a dû, lui aussi, être modifié et adapté pour respecter les normes liées au stockage de l'eau à l'air libre. Un éclairage à leds a été installé de manière homogène sur toute la longueur afin de faciliter l'observation et la prise de vues. Enfin, le bâtiment a été mis aux normes pour recevoir du public. La région Normandie, propriétaire des murs, a financé les travaux nécessaires. « Le chantier en lui-même a duré six mois », conclut Guillaume Carpentier.

Aujourd'hui, le plan de charge du canal est déjà en partie défini : trois mois dédiés aux travaux du Cerema et de ses tutelles, trois autres mois pour la formation des ingénieurs, et le reste du temps pour les prestations aux entreprises.

Maître d'ouvrage : ESITC Caen. Conception, installation et mise en œuvre : Edinburgh Designs (Ecosse). Durée du chantier : six mois. Budget : 300 000 euros, financés à parts égales par l'ESITC Caen, l'Etat et la région Normandie.

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Panneaux de verre - Un alignement au millimètre près sur 40 m de long

Pour obtenir des mesures fiables, il fallait un alignement optimal des panneaux qui constituent le canal à houle. Un travail effectué au millimètre près sur 40 m de long. L'utilisation du verre était exigée pour les évaluations optiques. « Il a fallu trouver un verre à traitement thermique qui supporte la pression d'une houle déferlante et résiste à l'abrasion », explique Jean-Baptiste Richon, coordinateur technique du projet pour Edinburgh Designs. Chaque plaque, d'une épaisseur de 19 mm, pèse 140 kg. Elles servent de parois et de fonds vitrés.

Ces éléments sont maintenus ensemble grâce à des profilés en acier en forme de H. Disposés tous les 2 m, ils constituent un ensemble de 20 segments homogènes. L'assemblage de la structure en milieu confiné a nécessité l'utilisation de palans adaptés. L'ensemble a été ajusté à l'aide d'un dispositif à base de vis micrométriques, segment par segment. La même méthode d'ajustement a été appliquée suivant les trois axes (X, Y, Z) au niveau de chaque H. L'étanchéité est assurée par un matériau siliconé spécifique.

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