Technique et chantier

Ingénierie fluviale Modélisation 3 D pour les écluses de Panama

Mots clés : Conception - Transport fluvial - Travail

Les études d’un troisième jeu d’écluses dans le cadre de l’élargissement du célèbre canal sont réalisées par la Compagnie nationale du Rhône. La modélisation mathématique en trois dimensions constitue une première, bien que la modélisation physique reste indispensable.

Dans la tradition de l’ingénierie française impliquée dès l’origine dans la construction du canal de Panama, la Compagnie nationale du Rhône (CNR) à Lyon s’investit dans une mission de longue haleine avec l’étude d’un troisième jeu d’écluses, élément phare de l’élargissement du canal (1). Du jamais vu au niveau mondial avec un jeu d’études sur modèles mathématiques et physiques qui marquera l’ingénierie hydraulique !

Le canal de Panama est aujourd’hui équipé de deux lignes d’écluses. En 2015, il en comprendra une troisième, composée d’un ensemble de trois écluses en série côté Atlantique et côté Pacifique. Chaque sas sera complété par trois bassins d’épargne d’eau et de doubles portes roulantes ballastables.

Depuis 2002, la CNR, avec ses partenaires du groupe Suez rassemblés dans le Consortium Post Panamax (CPP) décline la totalité de ses compétences et savoir-faire en matière d’ingénierie hydraulique, du modèle mathématique au modèle physique.

En réponse à l’Autorité du canal de Panama (ACP), le CPP a modélisé le système d’alimentation en eau des futures écluses, en une dimension (tuyau d’écoulement), en deux dimensions (efforts sur les amarres des navires) et en trois dimensions pour affiner les dernières réflexions. « Nous avons étudié toutes les hypothèses en termes environnemental, technique et économique », explique Jean-Louis Mathurin, directeur de l’ingénierie de la CNR.

Quatre consortiums. Soucieux de valider les propositions du consortium, l’ACP lance début 2007 une dernière étude sur modèle physique réduit confiée à la CNR (2). Entre avril et septembre, la CNR le construit au 30e dans son laboratoire d’hydraulique et mesures à Lyon. En complément, la maquette d’un navire porte-conteneurs (gabarit Post-Panamax) permet l’étude du comportement d’un bateau pendant une éclusée.

« Cette étude en cours a pour objectifs de valider le système d’alimentation en eau, de mesurer les temps de remplissage-vidange des sas, de mesurer les efforts exercés sur les amarres des navires (3), enfin de mesurer les vitesses à l’intérieur du système hydraulique », détaille Mattia Scotti, responsable du laboratoire d’hydraulique et mesures.

En septembre 2008, sur cette base, les quatre consortiums internationaux de construction désignés fin 2007 remettront leurs offres pour un démarrage du chantier au 1er janvier 2009.

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Calendrier

2002.

Au Consortium Post-Panamax (CNR, Technum, Tractebel Development Engineering, Coyne et Bellier) la conception d’un 3e jeu d’écluses côté Pacifique.

2004.

Harmonisation par le CPP des études américaines côté Atlantique.

Septembre 2005.

Attribution au CPP des études complémentaires et l’assistance technique du maître d’ouvrage.

Février 2007.

Nouvelles études du CPP (conception, validation des choix techniques, préparation de l’appel d’offres construction).

29 mars 2007.

Attribution au CPP de l’étude et de la réalisation du modèle physique des nouvelles écluses.

Mi-octobre 2007.

Démarrage des essais.

31 mars 2008.

in des études avec participation à la définition du document de consultation des entreprises (appel d’offres design & build).

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Les quatre candidats constructeurs en lice

Quatre consortiums internationaux sont en lice pour décrocher la construction des nouvelles écluses. Un premier consortium est composé des espagnols ACS, Sner Ingieneria, Accciona, FCC, de l’allemand Hochtief, du britannique Mott Macdonald, du mexicain ICA et du néerlandais Haskoning. Un deuxième consortium comprend les français Bouygues Travaux Publics, Vinci Construction et Alstom, l’allemand Bilfinger Berger, l’américain AECOM et les brésiliens Camargo Correa, Andrade Gutierrez, Queiroz Galvao et Bardella Industrias Mecanicas. Un troisième consortium est composé de l’américain Bechtel International associé aux japonais Taisei et Mitsubishi Corporation. Enfin, un quatrième consortium comprend les américains Tetra Tech, Montomery Watson Harza, Heerema, le néerlandais Groepde, l’italien Impregilo, l’espagnol Sacyr Vallehermoso, le belge Jan de Nul et le panaméen Constructora Urbana de Panama. Le coût total des travaux est estimé à 5,2 milliards de dollars, dont 60 % pour les écluses dont la construction commencera fin 2008.

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L’EXPERT Mattia Scotti, responsable du laboratoire d’hydraulique et mesures de la CNR

« La modélisation mathématique jusqu’à la 3 D »

En matière d’écluses, le modèle mathématique ne résout pas tout : il n’existe d’ailleurs pas de modèle mathématique global dans ce domaine. Pour Panama, nous avons poussé la modélisation mathématique jusqu’à la 3 D – une première pour les écluses – en collaboration avec Modelys et le milieu universitaire lyonnais. Autant de facteurs qui justifient la construction d’un modèle physique pour valider et compléter les conclusions mathématiques dans une sorte d’aller-retour. Le modèle mathématique permet le choix et la discrimination entre les hypothèses, la comparaison entre les scénarios, ce qui minimise les essais physiques. En quelque sorte, au premier le relatif et au second l’absolu. Il y a un peu plus d’une décennie le modèle physique aurait sans doute été le seul outil opérationnel au niveau hydraulique pour dimensionner et vérifier les circuits d’alimentation d’une écluse et les efforts sur les amarres. Aujourd’hui les modèles mathématiques ont notablement évolué et même les phénomènes tridimensionnels complexes commencent à être représentés. Cependant la précision de ces modèles reste globalement insuffisante et le prolongement par une modélisation physique adaptée s’avère nécessaire.

(1) Ce projet adopté en octobre 2006 comprend de nouvelles voies d’accès, l’élargissement et l’approfondissement du chenal de navigation du lac Gatùn et la construction d’un troisième jeu d’écluses. Le coût est estimé à 5,25 milliards de dollars financés sur fonds propres par l’Autorité du canal de Panama. (2) Ces dernières années, la CNR a travaillé sur les écluses de Crémone (Italie), Vallabrègues (Gard) et Chautagne et Belley (Ain). 3) Les navires seront tractés par des remorqueurs et non plus par des locomotives sur les quais.
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