Rétro-ajustement des brise-lames de la plage d`Hammam

Rétro-ajustement des brise-lames de la plage d’Hammam-Lif et
scénarii de leur modification
I.
Introduction
L’érosion marine est un risque naturel qui menace la plupart des littoraux dans le monde. Les
côtes du golfe de Tunis, situées au nord-est de la Tunisie n’échappent pas à ce phénomène.
L’érosion est essentiellement due aux diverses actions anthropiques (destruction des dunes
bordières, piégeage des apports solides par les barrages, aménagements côtiers sans études
d’impact, etc.). En outre, le golfe de Tunis a été affecté par des tempêtes violentes en 1981 qui
ont provoqué une perte considérable de sables de plages notamment au niveau de la côte de
Hammam-Lif. Pour assurer la protection de la côte de Hammam-Lif, une batterie de huit
brise-lames émergés et successifs (de HL1 à HL8) a été construite entre 1985 et 1986. Les
brise-lames permettent de limiter, en dissipant l’énergie de la houle, l’érosion d’un tronçon de
plage. Les brises lames présentent l’intérêt de créer des zones abritées qui constituent une
protection contre l’attaque des houles.
Ils peuvent être émergents ou submersibles, agir quelles que soient les caractéristiques des
houles ou n’avoir qu’une action limitée aux plus fortes houles, isolés au large ou reliés à la
cote...
Le présent travail présente l’effet de ces huit brise-lames sur le comportement du trait de côte
et leur impact sur l’hydrodynamique de la zone de baignade et la qualité de ses eaux. Nous
effectuerons un rétro-ajustement de leur dimensionnement pour diagnostiquer les anomalies
de leur construction afin d’apporter les corrections nécessaires pour assurer une meilleure
circulation de l’eau dans la zone de baignade en évitant la formation de tombolos au niveau
des brise-lames.
II.
Rappel sur les notions d’onde, de vague et de houle
II.1 Notions d’onde
II.1.1 Définition, typologie et représentation mathématique
Les ondes correspondent à des déformations périodiques d'une interface. En océanographie,
les ondes de surface se matérialisent par une déformation de la surface de la mer, c'est-à-dire
de l'interface entre l'atmosphère et l'océan.
II.1.2 Caractéristiques
Une onde se caractérise par :
-
sa période T ou sa fréquence 2  / T
sa longueur d'onde : 
sa vitesse de propagation (ou vitesse de phase) : c = / T
son amplitude : A
son rapport d'aspect : d = 2A / 
Fig1. Caractéristiques d’une onde avec exagération de l’amplitude par rapport à la profondeur
de la mer
II.2 Notions de vague
II.2.1 Définition, typologie et représentation mathématique
Une vague est une déformation de la surface d'une masse d'eau le plus souvent sous l'effet du
vent. À l'interface des deux fluides principaux de la Terre, l'agitation de l'atmosphère
engendre sur les océans, mers et lacs, des mouvements de surface sous la forme de
successions de vagues, de même allure mais différentes.
Les trains de vagues provoqués par le vent se propagent en se dispersant, les vagues les plus
cambrées peuvent déferler en créant des turbulences et des courants marins. Il s'agit d'ondes
de gravité, la force de rappel étant la pesanteur : leur évolution est déterminée par les
propriétés communes aux ondes comme la réflexion, la réfraction et la diffraction.
La hauteur des vagues varie de quelques centimètres à 32,3 m pour la plus haute enregistrée
par un instrument, voire plus de 34 m pour la plus haute vague observée visuellement 2,3 et
36 m de maximum extrapolés d'une moyenne de 20,1 m lors de la tempête Quirin en février
2011.
La tendance à parler de houle pour désigner tous les types de vague, vagues régulières et
vagues irrégulières, est un abus de langage.
L'astronome et mathématicien George Biddell Airy a fourni la théorie la plus simple pour des
vagues régulières (périodiques). L'onde d'Airy possède une surface libre de forme sinusoïdale.
Il s'agit d'une représentation très simplifiée de la réalité, valable en principe pour des vagues
régulières de faible cambrure. La cambrure est définie comme le rapport de la hauteur sur la
longueur d'onde.
Si on regarde avec attention les vagues en mer, nous constatons que la plupart d'entre elles ne
sont pas sinusoïdales : les crêtes sont plus pointues, les creux plus aplatis. Cet aspect est pris
en compte en remplaçant l'approximation d'Airy, au premier ordre, par des approximations
périodiques d'ordre supérieur généralement attribuées à Stokes.
II.1.2 Propagation des vagues
Comme toutes les ondes, en particulier les ondes lumineuses décrites par l'optique, les vagues
peuvent se réfléchir, se diffracter et se réfracter. Ces phénomènes, faciles à caractériser pour
des vagues régulières, se compliquent pour les vagues naturelles tout en restant
qualitativement analogues.
Réflexion :
La réflexion se produit sur un ouvrage de hauteur immergée importante par rapport à la
profondeur et de largeur importante par rapport à la longueur d'onde.
Lorsque des vagues arrivent parallèlement à une digue verticale il se produit une réflexion
totale, phénomène d'onde stationnaire. Sur la paroi et à des distances proportionnelles à la
demi-longueur d'onde on observe des ventres où l'amplitude est le double de l'amplitude
incidente. Entre deux ventres successifs il y a un nœud où l'agitation semble disparaître.
Devant une digue à talus se produit une réflexion partielle avec des ventres dont l'amplitude
est inférieure au double de l'amplitude incidente tandis que les nœuds n'ont plus une
amplitude nulle.
Si les vagues arrivent obliquement la superposition d’ondes incidentes et réfléchies produit
une mer gaufrée.
Diffraction :
Les phénomènes se compliquent au voisinage d'un obstacle de dimensions relativement
petites vis-à-vis des longueurs d'onde, comme un navire, ou de l'extrémité d'une jetée.
Face à un obstacle, l'approximation de l'optique géométrique décrit le comportement de la
lumière aux échelles supérieures aux longueurs d'onde, ce qui fait apparaître une zone
d'ombre derrière l'obstacle. Les obstacles rencontrés par les vagues ayant toujours des
dimensions de l'ordre des longueurs d'onde, il faut faire appel à la notion de diffraction selon
laquelle il se produit toujours une agitation dans l'ombre géométrique.
Réfraction :
La diminution de la célérité avec la profondeur conduit à des phénomènes de réfraction qui
s'interprètent simplement en remarquant que la longueur d'onde varie proportionnellement à la
célérité. Un élément de crête arrivant obliquement par rapport aux isobathes (lignes d'égale
profondeur) possède une extrémité qui se trouve sur une profondeur inférieure à celle de
l'autre extrémité. Les longueurs d'onde étant différentes la crête bascule de manière à se
rapprocher de la direction de l'isobathe. De manière imagée on dit que les hauts fonds freinent
les vagues.
Sur une plage, les crêtes se rapprochent donc de la ligne de rivage jusqu'à ce que la
profondeur soit assez faible pour que s'amorce le déferlement. Sur une pointe il y a
concentration des orthogonales (analogues aux rayons lumineux), donc augmentation de
l'agitation et une atténuation liée à l'épanouissement dans une baie. Le contournement d'un
îlot peut créer dans l'« ombre géométrique » une augmentation de l'agitation par superposition
des vagues provenant des deux côtés.
Les courants modifient aussi la vitesse de phase et la relation de dispersion. Ils induisent donc
aussi une réfraction.
III. Etat de l’art sur les brise-lames
II.2 Rôle des brise-lames
L’effet de ces brise-lames sur l’allure de la côte et la sédimentation dépend directement de
leurs paramètres géométriques (longueurs et angles) et des paramètres de houles (hauteurs,
périodes, et angles).
Les brise-lames peuvent être construits sous forme d’une seule structure ou en séries. Une
seule structure est généralement utilisée pour protégé une zone localisée, tandis qu’un système
de multiple segments (série supérieure à 2) est conçu pour protéger un tronçon étendue de
côte. Les distances entre ces segments (brise-lame) sont spécifiques aux conditions hydrosédimentaires locales.
Un seul brise-lames
une série de brise-lames
II.2 dimensionnement des brise-lames
Le dimensionnement des brises lames est difficile. Il est fonction du but recherché et nécessite
de trouver un compromis acceptable entre coût et efficacité.
Indépendamment de l’aspect structure, les paramètres rattachés au brise-lames, plus au moins
interdépendants, peuvent être classés en trois catégories (J. Bougis, 2000 et Birben A.R et al.,
2007):
1-Les caractéristiques liées au site:
- Climat d’agitation, durée d’action des houles (longueur d’onde de la houle, direction de la
houle, hauteur des lames)
- mer à marée (moyenne à forte), mer sans marée (ou à très faible marnage)
- bathymétrie, pente des fonds
- transit littoral
- granulométrie des sédiments
2-Les paramètres d’implantation:
- distance à la cote (D), profondeur d’implantation
- postions respectives, espacement dans le cas de batterie d’ouvrages (E)
- positionnement et orientation par rapport à la cote.
3-Les caractéristiques propres au brise-lames:
- Longueur (LB)
- hauteur /cote d’arase
- largeur en crête
- pente des talus
- rugosité et perméabilité du brise-lames
Il n’existe pas, actuellement de critères bien définis quant aux caractéristiques optimales des
brise- lames, mais un certain nombre de règles de dimensionnement basées sur la théorie
(aspect diffraction de la houle notamment), sur des recherches expérimentales en modèle
réduit (aspect transmission de la houle par dessus un brise-lames immergé, étude des
possibilités de formation de tombolo, analyse des profils de plage à l’abri du tombolo...) et sur
l’examen des sites existants et des réalisations in situ, se trouvent dans la littérature, nous
allons en rappeler l’essentiel.
La formation des saillants et tombolos dépendent (D’après VAN RIJN L. C..2013) :
-
La longueur de brise lame (LB)
Distance à la plage du brise-lame (D)
Espacement entre deux brises lames (Lg)
Un tombolo permanent : « LB/D>3 »






L doit être plus grande que Lg pour former un tombolo : LB/Lg>1. Aucune érosion sur
la plage de chaque côte du brise lame est observée pour Lg/D<0.08.
Un tombolo derrière une structure de LB=200m et LB=200m avec une profondeur de
3m peut se former en une à trois années.
Le tombolo sera formé si la structure est placée tout proche de la zone de déferlement
ou si le transport littoral est important.
Le tombolo fonctionnera comme un épi bloquant le transport littoral.
Le tombolo poussera les courants de retour entre les brise-lames à emporter le sable
vers les eaux de profondeur.
Le tombolo engendrera une grave érosion de la côte avale dans les conditions
d’attaque par houles dominantes obliques.
Tombolo permanent ou périodique : « 2<LB/D<3 »


Un tombolo périodique disparaitra durant les tempêtes (si la profondeur inférieur à
3m).
Formation d’un saillant si la profondeur est supérieur à 3m.
Un saillant bien développé « 1<LB/D<2 » :


Le saillant crée moins d’érosion en zone aval.
La formation d’un saillant peut être favorisée par une énergie suffisante de la houle
dans la zone aval.
Un saillant moyennement développé : 0.5< LB/D<1
Un saillant peu prononcé : 0.2< LB/D<0.5
Aucun effet : LB/D< 0.2
IV. Matériel et Méthodes
III.1 Description de la zone d’étude
La côte d’Hammam-Lif est située au nord-est de la Tunisie. Il s’agit d’une côte oblique
direction NW-SE qui s’étend sur une longueur d’environ 20 km (figure1). Le régime est
micro tidal et le marnage est de l’ordre de 0,35 m. Les houles dominantes viennent,
généralement, du secteur Nord-Est. Les brise-lames édifiés pour protéger la côte ont des
longueurs allant de 84 m à 184 m.
Brise-lames au niveau de la côte d’Hammam-Lif
V.
Résultats et Discussion
Application :
En appliquant ce dimensionnement au niveau des brise-lames d’Hammam-Lif, nous obtenons
comme résultat :
Brises Longueur
Distance par rapport Espacement entre
Lames (LB)
à la côte (D)
brises lames (Lg)
Google
APAL Google
APAL
Google
APAL
1
90,2
100
52
52
2
106,5
115
68
68
88,5
3
84
90
72
72
72
4
95
100
57
57
81
5
184,5
185
60
60
55
6
138,3
143
29
29
31
7
140
140
58
58
22,5
8
115
120
46
46
35,8
LB/D
LB/Lg
Lg/D
Google APAL Google APAL Google
1,73 1,92
1,02 1,19
1,70
1,57 1,69
1,48 1,72
1,06
1,17 1,25
1,04 1,13
1,13
1,67 1,75
1,73 2,00
0,96
3,08 3,08
5,95 6,17
0,52
4,77 4,93
6,15 5,72
0,78
2,41 2,41
3,91 4,00
0,62
2,50 2,61
APAL
1,62
0,99
1,11
0,88
0,50
0,86
0,60
Largeur du tombolo (Lt)
Google
84
67
80
50
30
25
35
41
6,74
33,76
22,48
118,42
101,76
85,07
74,98
Condition
LB/D>3
2<LB/D<3
1<LB/D<2
formation
Un tombolo
permanent
Tombolo
permanent ou
periodique
Un Saillant
bien
développé
Un Saillant
moyennement
développé
Briselames
satisfaisant
la
condition
5,6
7,8
1,2,3,4
aucun
Brise
0,5<LB/D<1
Lames
aucun
Un Saillant
Brise
0,2<LB/D<0,5 peu prononcé Lames
aucun
Brise
LB/D<0,2
Aucun effet
Lames
pas d'érosion
côtière entre
les brises
Lg/D<0,8
Lames
faible érosion
côtière entre
les brises
0,8<Lg/D<1,3 Lames
forte érosion
côtière entre
les brises
Lg/D>1,3
Lames
L<ou= Lg
<ou= LB
5_6,7_8
2_3, 3_4,
4_5, 6_7
1_2
1_2
2_3
3_4
4_5
5_6
6_7
Beaufort
12_période6
Beaufort
11_période6
Beaufort
12_période6
Beaufort
9_période6
Beaufort
5_période6
Beaufort
5_période5
7_8
condition de
tombolo
Beaufort
6_période6
LB/D=1,5
D’après notre mesure on a un tombolo permanent au niveau de brise-lames numéro 5 et 6 :
Brise-lames,Hammam Lif
On a un tombolo permanent ou périodique au niveau de brise-lames 7 et 8 :
Brise-lames, Hammam Lif
Et au niveau des brise-lames numéro 1,2,3,4 on a un saillant bien développé :
Brise-lames, Hammam Lif
 En ce qui concerne l’érosion côtière entre les brise-lames, nous aurons pour :
-
Lg/D<0.8 : pas d’érosion côtière entre les brise-lames
0.8<Lg/D<1.3 : faible érosion côtière entre les brise-lames
Lg/D>1.3 : forte érosion côtière entre les brise-lames.
On a obtenir donc une forte érosion côtière entre les brise-lames (1/2), une faible érosion
côtière entre les brise-lames (2/3, 3/4, 4/5), et pas d’érosion côtière entre les brise-lames
(5/6, 6/7, 7/8).
Longueur
(LB)t=1,5*D
Google
Longueur
(LB)s=0,125*D
Google
78
102
108
Longueur (LB)s=0,5*D Lg pour(LB)s/Lg=0,5
(LB)s/LB
Google
APAL
7
26
52
4
9
34
68
3
9
36
72
3
85,5
90
43,5
87
69
7
8
4
7
6
29
30
15
29
23
57
60
29
58
46
 Les variables typiques inconnues, lors de la conception d’un tombolo sont la langueur
de la côte affectée par le brise-lames « 2B₁ », et la largeur d’attachement au briselames «2BK ».
B
Bk
Bk/B en pourcent
Google
APAL
Google
Google
APAL
45,10 50,00
20,50
45,45
41,00
53,25 57,50
3,37
8,02
5,86
42,00 45,00
16,88
40,19
37,51
47,50 50,00
11,24
23,66
22,48
92,25 92,50
59,21
64,18
64,01
69,15 71,50
50,88
73,58
71,16
70,00 70,00
42,54
60,76
60,76
57,50 60,00
37,49
65,20
62,48
Degré de
Beaufort
5
6
7
8
9
10
11
12
hauteur
de la
houle
2
3
4
5,5
7
9
11,5
14
célérité
Période
4,43
6
5,42
6
6,26
6
7,35
6
8,29
6
9,40
6
10,62
6
11,72
6
Calcul de largeur d’attachement eu brise-lames
par rapport à longueur de la côte affectée par le
brise-lames.
Longueur
d'ondes
26,58
32,55
37,59
44,07
49,72
56,38
63,73
70,32
Calcul de la célérité et la longueur
d’ondes selon le degré de Beaufort.
4
6
10
5
5
Bk/B
80
70
60
50
40
30
20
10
0
y = 32ln(x) + 9,996
R² = 0,931
Bk/B
Log. (Bk/B)
21
45
50
60
70
71,5
92,5
Evolution de rapport de largeur d’attachement par longueur de la côte affectée par le
brise-lames.
Esquisse de définition d’un tombolo.
On a obtenir donc une forte érosion côtière entre les brise-lames (1/2), une faible érosion
côtière entre les brise-lames (2/3, 3/4, 4/5), et pas d’érosion côtière entre les brise-lames (5/6,
6/7, 7/8).
Expérience de la brèche :
La technique de brèche est utilisée en 2014 au niveau de brise-lame numéro 2 de la série
de Hammam Lif, comme une solution pour évacuer le tombolo et les posidonies et pour
laisser l’eau circule entre le brise-lame et la côte.
13/82013
1/7/2015
La brèche de brise-lame
lame donne encore une formation d’un tombolo permanent et un
tombolo périodique et alors une accumulation de la posidonie autour de la côte.
Tableau d’évolution des tombolo et des saillant avant et après la brèche de brise
brise-lame
numéro 2 :
Année
Longueur Largeur
de
supérieur
tombolo de
tombolo
(Lt)s
Largeur
inférieur
de
tombolo
(Lt)i
Bk
Distance
par
rapport
à la cote
D
2004
88
2006
88
2008 81
2010 81
2012 93
Brèche
de la
brise
2014
45
2015
30
122
15
88
22
128
144
141
140
11
14
21
24
88
81
81
93
28
42
48
45(d’un
saillant
LSs)
9
120(d’un
saillant
LSi)
75
60
Le tombolo au niveau de brise-lame numéro 2 a une langueur très grande qui varie entre 81 et 93 m,
après la brèche de brise-lame il y a une apparition d’un saillant de 45 m au lieu de tombolo.
La largeur de la côte varie selon le temps et encore selon la forme et la langueur de la brèche, avant
la technique de brèche la distance par rapport à la côte a une valeur varie entre 81 et 93 alors sa
valeur est diminué après la brèche pour être varie entre 60 et 75 m.
Scénario et solution proposée :
L’influence de la longueur du brise-lame sur la houle et la contrainte de frottement et
comme représente cette schéma.
Plus que la longueur du brise-lame est petit et court plus la chance de disparition de tombolo
est plus grande.
 La solution d'élimination des tombolos est la diminution de longueur des brise-lames
de manière qu’elle soit la moitié de celle des espacements entre brise-lames.