Najib Cherfaoui : ingénieur des Ponts et Chaussées : Ports du Maroc et ensablement
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Ports du Maroc et ensablement
par Najib Cherfaoui, ingénieur des Ponts et Chaussées
A. Introduction
Les ingénieurs travaillant à la construction de digues ou de môles sont souvent confrontés à des situations imprévisibles telles que la disparition de plages ou la formation de nouvelles barres de sables.En effet, à l’approche des rivages, et en réaction au déferlement, une partie de l’énergie des vagues alimente la formation de remous turbulents et laminaires qui donnent naissance, le long de la frange littorale, au déplacement de grandes quantités de masses d’eau.
figure 1 : Port de Sidi Ifni ; quai îlot relié à la terre ferme par téléphérique équipé de wagonnets auto?tractés.
Réalisée entre 1962 et 1965, cette construction originale, unique au monde, présentait l’avantage d’éviter l’ensablement auquel est confronté aujourd’hui le bassin portuaire mitoyen achevé en 1988, puis agrandi en l’an 2000.Le régime de ces mouvements d’ensemble est très sensible à la morphologie côtière et aux fluctuations météorologiques. Une simple modification de la géométrie du trait de côte, comme par exemple l’édification d’un brise?lames, peut changer profondément le régime des courants[1], avec des conséquences souvent incalculables sur les activités humaines, à telle enseigne que ce phénomène, combiné aux transports sédimentaires, peut bouleverser le destin d’une région, et parfois même, faire ou défaire une civilisation entière.Par exemple, si c’est grâce à son port, que la ville de Bruges était devenue à partir du XIVème siècle le cœur de l’ordre marchand européen, c’est aussi à cause de l’ensablement de ce port qu’elle connut une récession grave et irrémédiable, étant donné que les bateaux l’ont peu à peu déserté.Parmi les villes qui se sont disputées sa succession, Venise gagna cette bataille, mais entre autres vicissitudes, l’envasement du port entraîna le déclin de cette cité jusqu’alors prospère.Anvers au Nord, puis Gênes au Sud prirent la relève et assurèrent successivement le rôle de place?forte de l’échange, mais subirent à leur tour, pour des raisons identiques, le même sort.C’est alors que la ville d’Amsterdam, toujours sur le qui?vive, accéda rapidement à un rang central dans les réseaux commerciaux, position qu’elle a maintenu jusqu’à nos jours.La longévité de cette hégémonie s’explique par une vision claire et lucide basée sur l’adaptation permanente de son port aux mutations de la navigation maritime.Pour faire face aux problèmes d’ensablement, cette cité a su, dès l’avènement de l’ère industrielle, délocaliser ses activités portuaires vers le pôle stratégique de Rotterdam pour y construire des quais par des profondeurs compatibles avec la taille sans cesse croissante des navires.
figure 2 : Embouchure de l’Oued Sebou : pour couper la barre de sable qui gêne la navigabilité, deux jetées longitudinales concentriques furent construites entre 1921 et 1932.
En enserrant le jusant, mouvement de marée basse, ces ouvrages donnaient à ce courant de reflux, la vitesse et la force nécessaires pour chasser et entraîner les sables vers le large. Trois cents ans plus tôt, le Sultan Saadien, Moulay Zidane avait envisagé la même technique pour faire disparaître la barre d’alluvions de l’Oued Oum Er Rabii, et améliorer ainsi l’accès maritime au port fluvial d’Azzemour.Des villes comme Kénitra ou Larache sont confrontées à des difficultés de développement en raison, notamment, de la diminution des tirants d’eau de leurs bassins. Le port de Boujdour[2] fut complètement ensablé en cours de construction, ce qui empêcha sa mise en service en 1982.
figure 3 : Construit à partir de 1978, le port de Boujdour n’a pu être mis en service à son achèvement en 1982, car totalement submergé par les sables.
Actuellement, beaucoup de ports, de par le monde, souffrent des problèmes d’ensablement, et ne survivront que ceux qui, à l’instar d’Amsterdam, auront retenu la leçon de l’Histoire.A l’inverse, l’ensablement peut être mis à profit pour construire naturellement le noyau d’un ouvrage de protection. C’est grâce à cette idée originale que la digue du port d’Agadir fut judicieusement édifiée, de 1920 à 1952, en plusieurs étapes, chaque tronçon bénéficiant de la flèche d’ensablement provoquée par le tronçon précédent.Il est par ailleurs bien connu que l’érosion d’une plage peut devenir problématique, auquel cas l’ensablement est recherché.L’importance de l’étude du couple, courants et transports de sédiments, étant maintenant établie, nous allons en décrire les principales caractéristiques ainsi que leur impact sur le littoral.
figure 4 : Pièce maîtresse de l’édifice portuaire marocain, le wharf minéralier de Laâyoune permet d’aller chercher les profondeurs de 18 mètres tout en évitant de les perdre par ensablement. Construit de 1963 à 1967 et long de 3 100 mètres, il est réalisé en béton précontraint et composé de 260 piles, 474 poutres, 137 chevêtres, 44 000 m2 de tablier.
B. Mouvements de houle
Partout où existe une certaine épaisseur d’eau, les mouvements dus à la houle ne sont que de va?et?vient, et peuvent être considérés comme des courants éphémères. C’est ainsi qu’en eau profonde, les particules liquides décrivent des courbes quasi-circulaires, dont les diamètres décroissent avec l’altitude.Lorsque des vagues, de longueur d’onde L, commencent à pénétrer en eau peu profonde, c’est à dire en profondeur inférieure à L/20, les trajectoires s’aplatissent à mesure que la profondeur décroît, et deviennent à la limite des segments de droite, sur lesquels le maximum de vitesse horizontale est donné par :
Cette formule montre que lorsque le creux H s’amplifie et la profondeur d diminue, situation qui se produit sur la frange littorale, alors le maximum de vitesse orbitale tend à augmenter.Par exemple, pour H = 5 m et d = 10 m, nous obtenons nœuds.
C. Jet de rive
Sur les fonds du rivage, juste après le déferlement, le mouvement des particules devient chaotique ; l’eau se déplace horizontalement vers l’avant et l’arrière avec des variations verticales brèves et intenses au moment où les vagues éclatent, c’est ce que l’on appelle le jet de rive.
figure 5 : Ascension des vagues le long d’une plage après le déferlement.
Celui-ci est caractérisé par une translation de l’eau vers le haut de la plage au moment de l’arrivée de la vague, et le retrait ou ruissellement en nappe de cette même eau retournant à la mer selon la plus grande pente. A un moindre degré, la période de la houle, en réglant le lieu de la rencontre entre le retrait d’une vague et le jet de rive de la suivante, accentue l’ascension sur l’estran.Les vagues courtes mises en mouvement par les vents locaux donnent des jets de rive hachés, qui prolongent directement le déferlement, et sont de ce fait assez vigoureux, bien que seulement une faible quantité d’eau soit mise en jeu.Au contraire, les majestueux rouleaux des houles longues, dont le déferlement s’effectue assez loin du trait de côte, donnent un jet de rive médiocre par rapport à la masse d’eau sollicitée ; le retrait, par contre, est très actif, d’autant plus qu’il a le temps de descendre assez loin avant que la vague suivante n’arrive.
D. Courants de marée
Générés par les oscillations du niveau de la mer consécutives aux marées, ils en suivent la périodicité et se manifestent différemment au large ou au voisinage des côtes. C’est ainsi que près des rivages, ils sont alternatifs en direction et progressifs en force ; tantôt dans un sens, tantôt dans l’autre ; faibles au début, puissants à mi-marée avant de s’affaiblir à nouveau. Leur vitesse peut être considérable, dépassant 8 nœuds à certains endroits.Le courant qui suit la marée montante est alors appelé courant de flot et celui qui accompagne la marée descendante le courant de jusant.Au large, ils sont giratoires et font le tour de l’horizon pendant une marée complète. Ils tournent, sous l’influence de la force de Coriolis, vers la droite dans l’hémisphère Nord et vers la gauche dans l’hémisphère Sud.E. Dérive littorale
Quand les vagues approchent une côte rectiligne avec une inclinaison, un courant côtier longitudinal s’établit avec un écoulement ayant une vitesse de l’ordre de 0.3 à 1 m/s. La vitesse de ces courants est en relation avec, à la fois, la vitesse orbitale maximale dans la zone de déferlement et l’angle que les fronts d’onde font avec les lignes d’égale profondeur.
figure 6 : Processus de formation de la dérive littorale par la houle.
Ces courants jouent un rôle important dans le profilage des côtes, en particulier quand il s’agit de plages, et leur connaissance est essentielle pour l’étude du transport des sédiments et des polluants en suspension.
F. Courant de retour
A partir du déferlement, les houles longues produisent au voisinage du rivage des accumulations liquides. Pour qu’un équilibre puisse être atteint, il faut qu’il y ait un retour. Il s’ensuit une poussée des eaux qui empruntent les voies profondes pour s’échapper à travers la zone de déferlement, c’est ce qu’on appelle le courant de retour, perpendiculaire à la côte et orienté vers le large. Il est à noter que ce phénomène est accentué par la rencontre de deux courants longitudinaux de directions opposées. Les courants de retour sont étroits, et ont une vitesse de l’ordre de 2 m/s, ce qui est relativement élevé. Ils sont potentiellement très dangereux ; un baigneur pris dans un courant de retour peut être rapidement entraîné et noyé en haute mer après avoir été exténué par ses tentatives de sortir à contre courant ; le meilleur moyen d’en réchapper consiste d’abord à évoluer parallèlement au rivage pendant quelques mètres pour s’éloigner du courant de retour, et ensuite à nager vers la côte.
figure 7 : Vue en plan montrant la formation des courants de retour due à la variation de la longueur d’onde le long des lignes de crêtes.
G. Régimes sédimentaires
Le sol marin est composé en général de grains de matière qui se différencient essentiellement par leur taille ou leur aspects minéralogiques ou organiques.C’est ainsi que nous distinguons les vases, éléments fins de diamètre moyen de l’ordre de 60 μm, mais pouvant atteindre 0.1 mm. Elles sont non élastiques, compressibles et lisses, donc difficiles à éroder.Ensuite, il y a les éléments de la tranche de diamètres compris entre 0.1 et 2 mm appelés sables, constitués de fragments de calcaires ou de grains de silices résultant de l’ultime érosion des roches cristallines. Blanc, le sable est riche en quartz ou contient des débris de coquillages. Le rouge révèle la présence de coraux. Les « ocres » sont dus à l’oxyde de fer qui entoure les grains. Le noir est basaltique, donc d’origine volcanique.En dernier lieu, nous trouvons les morceaux de roche plus ou moins roulés qui proviennent de l’embouchure des oueds torrentiels ou de l’écroulement des falaises comme à Safi par exemple. Ils sont composés de gravillons (resp. de galets) de diamètres allant de 2 à 26 mm (resp. 2 à 50 cm).La mise en mouvement des sédiments se fait lorsque la force du courant turbulent ou non, dépasse ou bien la force de gravité qui agit sur les grains ou bien celle de frottement entre les grains et le lit ou bien encore les deux à la fois.
figure 8 : Impact de la jetée du port de Tanger sur les mouvements des sables dans la baie avoisinante.
Suivant la nature des matériaux et des courants, nous observerons donc trois types de mécanisme de transport.Il y a tout d’abord le transport en suspension au cours duquel les particules restent dans la masse fluide avec une tendance à la décantation dès que l’entraînement s’affaiblit.On distingue ensuite le transport par charriage ; dans ce cas, les grains se déplacent en glissant ou en roulant, et restent en contact avec le fond. Ce mécanisme est principalement régi par les forces de gravité.Nous avons en troisième lieu le transport par saltation ; les grains se déplacent par petits sauts. Ce n’est ni du charriage car les grains ne restent pas toujours en contact avec le fond, ni de la suspension car les particules retombent rapidement.Chacun des quatre courants littoraux cités précédemment peut de manière combinée ou indépendante s’accompagner de l’un ou de plusieurs de ces trois régimes de transport. C’est par ces mécanismes que la mer remue et classe en permanence les matériaux du fond. Ainsi en haut de plage nous trouvons les sables fins, le gros sable et les galets se rencontrent sur les parties les plus agitées, tandis que les limons et les vases sont présents juste après la barre.Pour conclure ce paragraphe, il convient de signaler que face à la complexité des remaniements sédimentaires, la technique des traceurs radioactifs ou fluorescents s’est révélée particulièrement efficace pour en discerner les mécanismes et les rouages notamment dans le cas de la baie de Tanger[3], dont nous avons résumé les grandes tendances à travers la figure (8). La carte ci-après précise la situation géographique ainsi que la localisation des ports de Tanger et d’Asilah.
figure 9 : Littoral de Larache à Tétouan. Plan de situation des ports de Tanger et d’Asilah.
H. Transport par jet de rive
Lorsque la mer est peu agitée, les vagues courtes qui atteignent la plage déferlent à proximité immédiate du trait de côte. Toute la masse d'eau constituant la crête s’étale sur la plage. C'est au départ qu'elle a son maximum de vitesse. Le sable mis en suspension est transporté vers la terre, les galets pris dans les remous ascendants sont soulevés et projetés en avant. Mais en raison de l’énergie ainsi dépensée, la vitesse initiale diminue rapidement ; et une part de plus en plus faible de l'eau gravit la pente ; l'écoulement turbulent fait alors progressivement place, avec infiltrations, à un écoulement laminaire qui vient doucement mourir en haut de plage. Puis, sous l’influence de la gravité, le retour se fait progressivement ; moins brutal que le jet de rive, il dure plus longtemps. La nappe de retrait a un écoulement laminaire sur la majeure partie de son trajet. Les sédiments fins déposés lors de l’ascension à divers niveaux, sont repris par l'eau au cours de ce repli.En première approximation, la compétence de transport du jet de rive est donc régie par la violence du déferlement, alors que celle de la nappe de retrait est déterminée par la pente. C’est ainsi que les déplacements des matériaux sur la plage vont intervenir jusqu'à ce que les transports vers le haut par jet de rive soient en moyenne compensés par les transports de retrait vers le bas. Par ajustements itératifs, la plage va tendre vers une position d’équilibre en adaptant sa propre pente à la charge sédimentaire imposée par le climat de houle du moment. C’est selon ce processus que les houles courtes d’été engraissent les plages.A l’inverse, les houles longues de tempête, du fait de leur creux élevé, supérieur à 5 m, se brisent au large en donnant naissance à un transfert net de masses d'eau, une sorte de jet de rive qui glisse sur la surface de la mer ; quand il aborde l’estran, une partie de son énergie s'est déjà dissipée sous forme de frottements, mais surtout il a perdu le caractère soudain et turbulent qu'il avait sous le déferlement ; donc, à masse d'eau et à vitesse égales, sa compétence et sa capacité sont beaucoup moins élevées que si les vagues s'étaient cassées près du rivage. Le déferlement au large aboutit donc à favoriser la nappe de retrait, impliquant une pente d'équilibre plus faible. Ce qui signifie en particulier qu’une grande quantité de sables sera emportée vers le large[4].