#16: Carrying out hydraulic studies in the Mediterranean

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Juillet 2019

July 2019

Les études hydrauliques : Méditerranée, mode d’emploi

Carrying out hydraulic studies in the Mediterranean


FR

EN

Introduction Monaco, une indispensable recomposition du paysage urbain

Introduction Monaco, an essential reconstruction of the urban landscape

Une vue de la Principauté de Monaco. A view of the Monaco Principality.

Depuis plus de 150 ans, Monaco adapte son urbanisme à l’étroitesse de son territoire de 2 km2 contraint entre montagne et mer. La Principauté façonne sans cesse son paysage urbain à travers de grands projets structurants et répond ainsi aux exigences de la progression de sa démographie, de son attractivité économique et de son développement pérenne. Au siècle dernier, à partir des années 50, 20 % de la surface de la Principauté ont été gagnés sur la mer. Pour continuer de soutenir et d’accompagner ses évolutions et répondre aux responsabilités et défis qui lui sont posés, Monaco doit

For more than 150 years, Monaco has adapted its urban planning to the narrowness of its two squared km territory, which is constrained between mountains and sea. The Principality is constantly shaping its urban landscape through major structural projects in order to meet the requirements of its demographic growth, economic attractiveness and sustainable development. In the last century, from the 1950s onwards, 20% of the Principality’s surface area was reclaimed from the sea. To continue to support and accompany its developments and respond to the responsibilities and

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poursuivre le développement de l’emprise au sol de son territoire. Les évolutions successives des technologies de construction et les nouveaux concepts architecturaux qu’elles autorisent, permettent le développement de structures toujours plus innovantes et audacieuses en utilisant des méthodes et des matériaux plus performants et durables. C’est pourquoi le gouvernement princier a lancé en mai 2013 un appel à candidatures pour la réalisation d’un nouveau quartier à travers un projet d’urbanisation en mer. La SAM L’Anse du Portier, avec Bouygues Travaux Publics MC, a remporté cet appel d’offres. La réalisation de ce projet est un défi architectural et technique. Il concilie à la fois les ambitieux objectifs de la Principauté en matière de transition énergétique au regard des engagements pris de réduction des émissions des gaz à effet de serre (neutralité carbone en 2050) et la nécessité de croissance d’un pays dynamique et moderne. Ce défi s’incarne à travers la conception et l’application de méthodes de réalisation minimisant l’impact sur le milieu naturel tout en s’inscrivant dans un projet global de développement durable. Les superficies développées doivent permettre d’édifier un quartier préfigurant une

challenges it faces, Monaco must continue to develop the ground area of its territory. The continuing evolutions of construction technologies and the new architectural concepts they make possible, allow the development of ever more innovative and daring structures using more efficient and sustainable methods and materials. That is why the Prince’s Government launched a call for applications in May 2013 for the construction of a new district through an urbanisation project at sea. SAM L’Anse du Portier, with Bouygues Travaux Publics MC, won this tender. The realisation of this project is an architectural and technical challenge. It responds to the Principality’s ambitious energy transition objectives regarding its commitments to reduce greenhouse gas emissions (becoming carbon neutral by 2050) and to the need for growth in a dynamic and modern country. Part of the challenge is to design and apply construction methods which minimise the impact on the natural environment in agreement with Monaco’s global sustainable development project. The developed areas must make it possible to build a district at the forefront of a new responsible urban energy management, and of new

Le futur quartier de L’Anse du Portier. The future Anse du Portier district.

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nouvelle gestion énergétique urbaine responsable, mais aussi des nouvelles modalités de construction dont l’objectif constant est de réduire l’impact sur l’environnement. Les apparences sont trompeuses : bien qu’il semble posé, comme en apesanteur, quelques mètres au-dessus de la Méditerranée, l’éco-quartier de L’Anse du Portier ne flotte pas ! Il repose solidement ancré sur une infrastructure sous-marine. Cette infrastructure est essentiellement composée de deux éléments : le remblai d’assise et la ceinture de caissons. Ces ouvrages sont situés en pleine mer et soumis en conséquence à d’importantes contraintes physiques. Ces contraintes agissent à la fois sur l’espace marin et sur les ouvrages immergés. Ce seizième dossier de la SAM L’Anse du Portier présente l’activité des ingénieurs hydrauliciens qui, prenant en compte l’ensemble des paramètres, développent les solutions qui permettent de réaliser l’infrastructure maritime. Des pages de calculs, des simulations numériques, des essais en 2D et en 3D sur maquettes, ont guidé leurs choix. Les solutions retenues définissent la géométrie du remblai d’assise et celle des caissons, leurs dimensions et leurs positions. Elles ont enfin permis de satisfaire les exigences de sécurité et de pérennité des structures, mais aussi le projet fonctionnel et les options esthétiques des architectes. Au final, ces études ont tracé une voie originale et inédite pour le développement d’une urbanisation durable en milieu maritime.

construction methods whose constant objective is to reduce the impact on the environment. Appearances can be deceptive: although it seems to be delicately placed, as if it were weightless, a few metres above the Mediterranean, the eco-district of Anse du Portier is not floating! It is firmly anchored on an underwater structure. This construction is essentially composed of two elements: the backfill and the belt of caissons. These structures are located in the open sea and are therefore subject to significant physical constraints. These constraints affect both the marine space and the submerged structures. This 16th SAM L’Anse du Portier themed feature looks at the work of hydraulic engineers who develop solutions adapted to the special features of the project in order to make it possible to build the maritime infrastructure. Their choices were made using calculations, digital simulations and tests on models in both 2D and 3D. The solutions chosen define the geometry, dimensions and positions of the backfill and the caissons. They also made it possible to meet the safety and durability requirements of the structures and to respect the functional and aesthetic design defined by the architects. In the end, these studies have paved an original and unprecedented path for the development of sustainable offshore urbanisation.

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Les spécificités du milieu naturel et les contraintes de l’esthétique architecturale

The distinctive characteristics of the natural environment and the constraints of architectural aesthetics

Un jour de houle sur le site du chantier A day of swell on the construction site.

It is well known that in the Mediterranean the tides are small (the average tidal range is only 40 centimetres), but there are significant fluctuations in water levels. The movement of the waves puts strain on the structures built to protect the district (the backfill, the caissons). These forces can have an effect on the stability of the structures and can even damage them. The strength, intensity and frequency of the waves are related to the effects of wind (blowing towards the coast), storms and atmospheric depressions that can raise sea level by several decimetres. There are also swell patterns to consider. The swell is a non-breaking wave characterised by an undulating movement generated by a wind far from the observed area. Two swell patterns affect the Anse du Portier area, one from the east and one from the south. In addition, the legendary ‘Ligurian current’ circulates in the area of construction, a current that can neither be ignored nor hindered, as it is useful for oxygenating and renewing the seabed. In addition to these local conditions, there are the effects of global climate change accompanied by an inevitable general

C’est bien connu, en Méditerranée les marées sont de faible ampleur (le marnage moyen n’est que de 40 centimètres), mais il n’en demeure pas moins que se produisent d’importantes fluctuations des hauteurs d’eau. En effet, le mouvement des vagues crée des efforts sur les structures (le remblai d’assise, les caissons), édifiées pour protéger le quartier. Elles peuvent avoir une influence sur la stabilité des ouvrages et risquent même de les dégrader. Ces vagues, leur force, leur intensité et leur fréquence, sont liées aux effets du vent (il souffle vers les côtes), des tempêtes et des dépressions atmosphériques capables de soulever le niveau de la mer de plusieurs décimètres. Il faut également compter avec les régimes de houle. La houle est une vague non déferlante qui se caractérise par un mouvement ondulatoire généré par un vent éloigné de la zone observée. Deux régimes de houle touchent la zone de L’Anse du Portier, un régime d’Est et un régime de Sud. Par ailleurs circule dans la zone du chantier le légendaire « courant Ligure », un courant qui ne peut ni être ignoré, ni entravé, car il est utile à l’oxygénation des fonds marins et à leur renouvellement.

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rise in water levels. When designing and developing the project, the engineers in charge of hydraulic studies collaborated with URBAMER and used the pessimistic hypotheses formulated by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC2) as a basis for calculation. They agree on a two-step sea-level rise of 70 cm by 2100. This increase is expected to be around 30 cm by 2060 and a further 40 cm over the following 40 years. This rise in sea level will be accompanied by an increase in violent or extreme weather conditions that will increase the risk of erosion and flooding. There are also significant architectural constraints. For its designers, Anse du Portier is “an urban maritime structure" which means that constructions such as the coastal promenade and waterfront buildings have been designed as close as possible to the water surface, precisely six metres above. This configuration allows the newly created space to be harmoniously integrated into the natural environment. This is also why buildings and facilities on land are only a few metres away from the marine structures, designed to counteract the effects of waves. This method is the opposite of what has been done in the past. Traditionally, the rule applied in offshore construction involves placing these structures as high and as far away as possible, to limit the effects of the sea on the buildings. Here, it is the opposite: the choice has been made to place the various developments as close as possible to the Mediterranean, thanks to an adapted design of the maritime infrastructure.

À ces facteurs locaux s’ajoutent les effets du changement climatique global accompagnés d’une inéluctable montée générale des eaux. Alors qu’ils concevaient le développement du projet, les ingénieurs chargés des études hydrauliques ont pris comme base de calcul, en coordination avec URBAMER, les hypothèses pessimistes formulées par le Groupe d’Experts Intergouvernemental sur le Climat (GIEC2). Ils s’accordent sur une montée du niveau des mers, en deux temps, de 70 cm d’ici 2100. Cette augmentation devrait s’établir autour de 30 cm d’ici 2060 puis 40 cm supplémentaires sur les quarante années suivantes. Cette surélévation du niveau des mers va de pair avec une multiplication d’événements météorologiques violents ou extrêmes qui accroît les risques d’érosion et de submersion. Il existe par ailleurs une contrainte architecturale forte : pour ses concepteurs, L’Anse du Portier est « un ouvrage maritime urbain ». Ce qui signifie que les constructions telles que la promenade littorale et les immeubles du front de mer ont été imaginées aussi près que possible de la surface de l’eau, à 6 mètres très précisément. Cette configuration est de nature à permettre une intégration harmonieuse de l’espace nouvellement créé dans le milieu naturel. C’est également pourquoi les ouvrages terrestres, bâtiments et aménagements, ne se trouvent qu’à quelques mètres de distance des ouvrages maritimes, conçus pour contrecarrer les effets des vagues. Cette ambition prend à revers les habitudes du passé. Traditionnellement, la règle appliquée dans le monde de la construction offshore, consiste à placer ces ouvrages le plus haut et le plus loin possible, pour limiter les effets de la mer sur les ouvrages. Ici, c’est l’inverse : le choix a été fait de placer les différents aménagements au plus près de la Méditerranée, grâce à une conception adaptée de l’infrastructure maritime.

La promenade basse borde l’ensemble du quartier. Elle se trouve 6 mètres au-dessus du niveau de la mer. The promenade runs along the entire district. It is 6 meters above the level of the sea.

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Le dimensionnement de l’infrastructure maritime est défini par la compréhension du milieu

The size of the maritime infrastructure is defined by the understanding of the environment

Il a donc fallu innover pour palier cette situation complexe. Les ingénieurs hydrauliciens ont d’abord évalué sur une période de 100 ans les houles moyennes et les vagues extrêmes susceptibles d’atteindre L’Anse du Portier. Ils se sont également appuyés sur les connaissances des spécialistes en météo marine. Ceuxci se sont comportés en « historiens de la mer » pour reconstituer le climat de ces 20 dernières années. Ces reconstitutions ont été corrélées à des données satellitaires et des éléments contemporains sur le comportement de la houle. De cet ensemble de savoirs, sont nées ce que l’on peut appeler « des vagues scélérates », c’est-à-dire la définition de situations qui ne se produisent qu’une fois par siècle. Phénomène extrême, ces “vagues scélérates” se caractérisent par la hauteur de la vague, sa longueur d’onde et l’orientation des intempéries prévues. À ces résultats, les ingénieurs hydrauliciens ont ajouté une valeur de 10% afin de renforcer la capacité des ouvrages à faire face aux événements météorologiques auxquels ils pourraient être confrontés.

Innovative solutions had to be found to overcome this complex situation. Hydraulic engineers first assessed the average swells and extreme waves likely to reach Anse du Portier over a 100year period. They also relied on the knowledge of marine weather specialists. The latter have acted as ‘sea historians’ to reconstruct the climate of the last 20 years. These reconstructions have been correlated with satellite data and contemporary data on swell behaviour. From this body of knowledge emerged what can be called ‘100-year waves’, i.e. situations that occur only once a century. These ‘100-year waves’ are extreme phenomena that are characterised by wave height, wavelength and orientation of the expected bad weather. To these results, hydraulic engineers added a value of 10% to reinforce the capacity of the structures to cope with meteorological events with which they could be confronted.

L’infrastructure maritime est principalement composée du remblai d’assise et de la ceinture de caissons. The marine infrastructure is mainly composed of the backfill and the belt of caissons.

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Le port Hercule se trouve à proximité du projet. Port Hercule is located near the project.

Ainsi, dans les cas les plus extrêmes, les vagues pourraient atteindre jusqu'à 8 mètres de haut. C’est à partir de la description de ces situations particulières que les ouvrages composant l’infrastructure maritime ont été dimensionnés. Ils répondent à trois critères. La stabilité, car aucune variation des constructions (remblais, caissons) n’est acceptable, ni inclinaison, ni érosion, même sous l’effet de la pire des tempêtes. Le franchissement. Quand une vague frappe un mur vertical, elle a tendance à en faire l’ascension. Si le mur n’est pas assez haut, le risque de franchissement est réel. Ceci peut provoquer dans le quartier des impacts, des inondations, voire des dommages structurels sur les immeubles, des risques pour les promeneurs. La réflexion, si la force de la vague « rebondit » sur l’infrastructure, son onde se propage aux espaces voisins. Or le nouveau quartier se trouve entre deux réserves marines et à proximité du Port Hercule de Monaco au sud du projet. Ces réflexions ne sont pas acceptables.

This covers, in the most extreme cases, waves that could reach up to 8 metres in height. It is based on the description of these possible extreme conditions that the structures comprising the maritime infrastructure have been designed. They meet three criteria. Stability, because no variation in construction (backfill, caissons) is acceptable, nor slope, nor erosion, even under the effect of the worst storms. Overtopping. When a wave hits a vertical wall, it tends to ascend. If the wall is not high enough, there is a real risk of the wave overtopping the wall. This can cause floods or even structural damage to buildings in the district and can be dangerous for pedestrians. Reflection. If the force of the wave ‘bounces’ off the infrastructure, the wave spreads to neighbouring spaces. However, the new district is located between two marine reserves and near to Monaco's Port Hercule to the south of the project, meaning that these reflections must be avoided.

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Les solutions appliquées

The solutions applied

Le tracé de la ceinture composée de 17 caissons en front de mer n’a pas laissé beaucoup de latitude à ses concepteurs. Il épouse le courant sous-marin qui circule à cet endroit. D’où sa forme, sinueuse et profilée. En revanche, pour amortir la force des vagues, absorber la puissance de l’eau, casser l’onde de réflexion et conforter la stabilité de l’ouvrage, des solutions ont pu être travaillées pour s’adapter aux conditions spécifiques définies par « vagues scélérates ». Le remblai d’assise n’est pas conçu comme un mur aux parois rigoureusement verticales qui aurait constitué un obstacle pour les vagues. Il s’agit d’un talus. Sa base se trouve à moins 50 mètres. Ce talus se prolonge en remontant, jusqu‘a moins 20 mètres suivant une pente régulière. Son sommet est un plateau sur lequel les caissons sont posés puis ballastés définitivement. L’opération de ballastage fait doubler leur poids pour atteindre environ 20 000 tonnes par caisson. Mais le dispositif principal pour contrer l’effet des vagues se situe à l’avant des caissons. Sur 7 mètres de hauteur (dont 3 sous le niveau de la mer), des fentes, aujourd’hui couvertes de ces volets noirs (voir la photo ci-dessous), rendent la structure semi-ouverte. En cas de houle classique ou de tempête, les vagues vont s’engouffrer par ces ouvertures et dissiper leur énergie dans deux chambres successives. Ce dispositif connu sous le nom de « chambre Jarlan » est éprouvé.

The layout of the belt composed of 17 caissons on the waterfront did not leave much freedom for its designers. It follows the underwater current that flows through this area. Hence its sinuous and streamlined shape. On the other hand, to dampen the force of the waves, absorb the power of the water, break the reflection of the wave and reinforce the stability of the structure, solutions had to be worked on to adapt to the specific conditions that characterise ‘100-year waves’. The backfill was not designed as a mere vertical wall acting as an obstacle to waves. It is a bank with a base 50 metres deep and which extends upwards to -20 metres on a gradual slope. Its top is a plateau on which the caissons are placed and then permanently ballasted. The ballasting operation doubles their weight to about 20,000 tonnes per caisson. But the main device to counter the effect of the waves is located on the front side of the caissons. 7 metre high compartmentalised openings (3 metres of which are below sea level), are now covered with black shutters (see photo below), making the structure semi open. In the event of a conventional swell or a storm, the waves will rush through these openings and dissipate their energy in two successive chambers. This device known as the ‘Jarlan chamber’ is a proven technique. It has been optimised for its operation in Monaco. Tests were conducted in a ‘wave flume’ to precisely calculate the size

Des caissons ballastés. Ballasted caissons.

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Il a été optimisé pour son exploitation à Monaco. Des essais ont été réalisés dans un « canal à houle » afin de définir avec précision la taille des ouvertures. Ces chambres, visibles sur l’ensemble de la ceinture de caissons (sur environ 500 mètres de long) peuvent absorber pour chaque vague, jusqu’à 45 000m3 d’eau. Mécaniquement, cette eau se retire avec le ressac. Les caissons qui émergent à 7 mètres au-dessus de la surface de l’eau intègrent des murs chasse-mer. Ces dispositifs permettent, comme l’indique leur nom, de stopper l’ascension des grandes vagues et de protéger la promenade de bord de mer. Là encore, ce dispositif est connu. En revanche, son design final a fait l’objet de plusieurs évolutions pour optimiser son efficacité dans le cadre de l’extension en mer de Monaco.

of the openings. These chambers, visible over the entire caisson belt (approximately 500 metres long) can absorb up to 45,000m3 of water with each wave. Mechanically, this water withdraws with the backwash. The caissons that emerge seven metres above the water surface have integrated wave-return walls. As their name suggests, these devices make it possible to stop the ascent of large waves and protect the seaside promenade. This is a tried and tested technique. However, its final design has undergone several changes to optimise its effectiveness in the context of the Monaco offshore extension.

Des murs chasse-mer. Wave-return walls.

Les chambres Jarlan. The Jarlan chambers.

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Des calculs sophistiqués et des essais 3D en bassin pour vérifier le dimensionnement

Verifying the sizing through sophisticated calculations and 3D tests in a tank

Des calculs hydrauliques complexes ont été menés pour comprendre et gérer l’interaction entre les structures et la puissance de la mer, en période calme comme agitée. Des essais en bassin sont également nécessaires pour modéliser ce que le calcul ne peut représenter. Des essais en 2 dimensions en canal à houle, permettent de déterminer des coefficients de réflexion des caissons et des capacités de franchissement des vagues. Ces essais, menés au laboratoire Océanide à La Seyne-sur-Mer (France) ont permis de finaliser la forme définitive des chambres Jarlan et la double chambre de dissipation de l’énergie des vagues à l’intérieur des caissons. Des calculs hydrauliques à partir de différents scénarios, menés avec le logiciel REFONDE, déterminent l’agitation dans le port d’animation et permettent de mettre en oeuvre les solutions pour en limiter l'importance. Enfin, ce qui ne peut pas être calculé est mesuré grâce à des essais 3D. Ils ont été réalisés à Wallingford en Angleterre où l’on trouve le plus grand laboratoire hydraulique d’Europe et l’un des plus grands au monde pour ce type de simulation.

Complex hydraulic calculations have been carried out to understand and manage the interaction between the structures and sea power, both in calm and agitated periods. Basin tests were also necessary to simulate what the calculations could not represent. Two-dimensional tests in a wave flume allow the reflection coefficients of the caissons and the wave overtopping capacities to be determined. These tests, carried out at the Oceanide laboratory in La Seyne-sur-Mer (France), made it possible to finalise the shape of the Jarlan chambers and the double wave energy dissipation chamber inside the caissons. Hydraulic calculations based on different scenarios, carried out using the REFONDE software, determine possible agitation in the port d’animation and make it possible to set upsolutions to limit their effect. Finally, what could not be calculated was measured through 3D tests carried out in Wallingford, England, in the largest hydraulic laboratory in Europe and one of the largest in the world for this type of simulation.

Le logiciel REFONDE permet de visualiser les zones d’agitation. En rouge, les parties les plus exposées. The REFOND software allows to view the agitation areas. The most exposed parts are highlighted in red.

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Le centre d’essai en bassin de Wallingford est le plus grand d’Europe. The Wallingford Basin Test Centre is the largest in Europe.

Les essais 3D ont deux objectifs :

The 3D tests have two objectives:

• vérifier la stabilité du remblai d’assise et sa carapace d’enrochement sous l’influence des houles extrêmes, • vérifier et mesurer les franchissements au-dessus des caissons et dans le port d’animation en cas de tempête extrême.

• Checking the stability of the backfill and its breakwaters in the case of extreme swells. • Checking and measuring water overtoppings above the caissons and in the port d’animation in the event of an extreme storm.

Les tests sont réalisés sur une maquette à l’échelle 1/60ème dans une cuve à houle. Le passage d’un scanner permet d’observer ce qui s’est passé sur le remblai d’assise. Des bacs récupérateurs sont aussi positionnés à des endroits spécifiquement choisis. Ils mesurent la quantité d’eau qui passe dans ces conditions particulières. Avec ces résultats, il est désormais possible d’établir la nature du dispositif à mettre en oeuvre pour garantir la stabilité de l’ouvrage comme le poids des enrochements qui protègent le remblai d’assise (blocs de 1 à 3 tonnes).

The tests are carried out on a 1:60 scale model in a wave tank. A scanner allows what happens on the backfill to be observed. Water collection tanks are also positioned in specifically chosen locations. They measure the amount of water that passes in these particular conditions. With these results, it is possible to establish what type of device should be used to guarantee the stability of the structure, such as the weight of the rockfill that protects the backfill (blocks of 1 to 3 tonnes). Pressure sensors are also installed to measure the forces that will be applied to the structures. Cameras placed all around the model record the different situations. The images offer the possibility to check the consistency between 3D models and digital models.

Des capteurs de pression sont aussi installés pour mesurer les efforts qui vont s’appliquer sur les structures. Des caméras disposées tout autour de la maquette, enregistrent les différentes situations. Les images offrent la possibilité de vérifier la cohérence entre les modèles 3D, et les modèles numériques.

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Entretien avec Pierre Aristaghes

Interview with Pierre Aristaghes

Pierre Aristaghes est Directeur Technique « Travaux Maritimes » chez Bouygues Travaux Publics. À ce titre, il participe en première ligne au développement du chantier de l’infrastructure maritime et tout particulièrement au sujet des interactions entre les ouvrages immergés et l’action de la mer. Il revient dans cet entretien sur les spécificités qui en font une expérience particulière, à la limite des connaissances en matière de construction offshore.

Pierre Aristaghes is the Technical Director of Maritime Works at Bouygues Travaux Publics. This role puts him at the forefront of the development of the marine infrastructure project, particularly with respect to the interaction between submerged structures and the sea. In this interview, he discusses the specific factors that make this construction unique, pushing the limits of knowledge in offshore construction.

[TA] [PA]

Thierry Apparu Pierre Aristaghes

TA Quel est l’élément le plus complexe à gérer sur les questions hydrauliques ?

TA What is the most complex element to manage regarding hydraulics?

PA Sans hésitation, le caisson C0, le caisson piscine, celui qui se trouve à l’entrée du port d’animation. Sa fonction est de protéger la passe d’entrée du port et de limiter l’agitation à l’intérieur. Au départ du projet, il n’existait pas. Il avait été évoqué la possibilité de réaliser une digue. Mais une digue, comme un ingénieur portuaire pourrait en concevoir une, est un ouvrage maritime, ce n’est que fonctionnel et ça n’entre pas dans les critères esthétiques recherchés. Les paysagistes et les architectes ont donc proposé de transformer cette digue, qui structurellement est comme un caisson, en piscine. Comme il s’agit de conserver la proximité avec la mer, cette piscine est devenue un objet extrêmement bas, de conception unique en matière de structure offshore avec ses baies vitrées donnant sur la mer.

PA Without a doubt, the C0 caisson, the pool caisson, the one at the entrance of the port d’animation. Its function is to protect the entrance to the port and limit agitation inside. At the beginning of the project it did not exist. The possibility of building a seawall had been mentioned. But a seawall, as could be designed by a port engineer, is a maritime structure that is functional but does not fit into the aesthetic criteria. Landscape designers and architects therefore proposed to transform this seawall, which is structurally similar to a caisson, into a pool. As it is a question of maintaining proximity to the sea, this pool of unique design in terms of offshore structure and equipped with bay windows overlooking the sea was positioned extremely low. TA In what respect is this complex?

TA Où réside la complexité ? PA

PA To date, there is no reference to an offshore structure of this nature.

Il n’existe à ce jour aucune référence d’ouvrage offshore

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de cette nature : D’une part, une structure avec des « fenêtres » en PMMA3 soumise à des vagues de l’importance décrite par les études, d’autre part, des vagues qui peuvent franchir le caisson. Ici, le franchissement n’est plus un critère à respecter. Autour de ce caisson, il n’y a pas d’habitation, pas de piéton qui circule en cas de tempête. Mais de ce fait, nous sommes confrontés à un nouveau type d’impact, celui des vagues qui retombent dans la piscine d’une hauteur de 7 à 8 mètres. C’est extrêmement violent. La piscine n’a qu’une profondeur de 2 mètres. Ceci ne suffit pas à atténuer les ondes de choc qui se propagent. Les impacts venant de la mer sont classiques. Ceux venant de l’intérieur d’une piscine sont inédits. Il faut tenir compte de cette surpression pour la conception des vitres. C’est si spécifique que cela a donné lieu à des présentations dans des congrès spécialisés.

On the one hand, we have a structure with PMMA3 ‘windows’ subjected to waves of the magnitude described in the studies, and on the other hand, waves that can overtop the caisson. Here, overtopping is no longer a concern. There are no residential buildings around this caisson, nor any pedestrian traffic to worry about in case of a storm. But, as a result, we are confronted with a new type of impact: that of the waves falling back into the pool from a height of 7 to 8 metres. It's extremely violent. The pool is only 2 meters deep. This is not enough to attenuate the shock waves that propagate. The impacts from the sea are well known. Those coming from inside a swimming pool are new. This excessive pressure must be taken into account when designing the windows. It is so specific that it has led to presentations at specialised conferences.

TA Il y a beaucoup d’innovations sur ce chantier ?

PA The challenges came from architectural constraints putting us in situations where there were no longer any reference points in terms of engineering, as we have just mentioned with the C0 caisson. More generally, the originality of urban offshore extensions, but also the difficulty compared to ports or oil rig projects, lies in the fact that it is necessary to be out of reach of the waves to protect the buildings, but at a very low level compared to the water level. It is logical to want to position it this way, but it is from there that new problems arise. Such situations will be more common in the future as this is the trend that is emerging.

TA Are there many innovations on this site?

PA Les challenges sont venus des contraintes architecturales, qui nous ont mis dans des situations où il n’y avait plus de référence en termes d’ingénierie comme nous venons de l’évoquer avec le caisson C0. De façon plus globale, l’originalité des extensions urbaines en mer, mais aussi toute la difficulté par rapport à des projets portuaires ou pétroliers, réside dans le fait qu’il faut se mettre hors d’atteinte des vagues pour protéger les structures, mais en étant très bas par rapport au niveau de l’eau. Il est logique que l’on recherche cette Le caisson C0 a pour fonction de protéger le port d’animation en cas de mer agitée. The caisson CO’s function is to protect the port d’animation in cas of stormy sea.

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disposition, mais c’est de là que viennent de nouvelles problématiques. Ces situations à l’avenir vont se multiplier puisque c’est la tendance qui se dessine.

TA You mentioned the dialogue between the engineer and the architect with regard to the C0. With such complex subjects, a close relationship is required to drive the project. Is that how the solutions arise?

TA Vous avez évoqué à propos du C0 ce dialogue entre l’ingénieur et l’architecte. Sur des sujets aussi complexes, il faut une relation étroite pour conduire le projet. C’est de là que peuvent venir les solutions ?

PA This is essential. Everyone must be able to raise the issues impacting their work. The engineer must state his constraints and the architect his wishes. We need to know all the points of view and define what is negotiable and what isn’t. That's how we find solutions. We worked well in advance with the architectural firms involved in the offshore extension project. They adapted to our constraints. They found a functionality or advantage to structural elements that we needed for physical reasons. The use of mock-up tests is very interesting from this point of view. The scale model is first and foremost a design tool, but it is also a communicationtool. Thanks to it, everyone can really feel the problems and difficulties. It's more effectivethan sending a report saying, "It doesn't work"! It also gives rise to new ideas,and everyone brings new solutions.

PA C’est primordial. Il faut que chacun puisse exposer son problème. L’ingénieur doit livrer ses contraintes et l’architecte doit faire état de ses souhaits. Il faut connaître l’ensemble des points de vues et définir ce qui est négociable et non négociable. C’est ainsi qu’on arrive à trouver des solutions. Avec les cabinets d’architectes impliqués sur le projet de l’extension en mer, nous avons travaillé très en amont. Ils se sont appropriés nos problématiques. Ils ont trouvé une fonctionnalité ou un avantage, à des éléments de structures dont nous avions besoin pour des raisons physiques. Le recours aux essais à partir de maquette est de ce point de vue très intéressant. Le modèle réduit est d’abord un outil de conception. Mais, c’est aussi un outil de communication. Autour d’une situation, chacun peut réellement ressentir les problèmes et les difficultés. C’est plus efficace que d’envoyer un rapport pour dire : « ça ne fonctionne pas » ! Cela donne aussi des idées et chacun apporte de nouvelles solutions.

TA In order to complete your tasks, you must have to do an enormous amount of calculations… PA To design the structures in the office, we use digital models. They simulate wave propagation, structural forces and repercussions around structures. Before this, it was necessary to digitally translate all the data and working hypotheses to obtain the simulations. This represents many pages of calculations and lots of thought. When we move on to testing on a model or in the wave flume, some developments work, others do not and new directions emerge. Again, after these sessions, a lot of time is spent analysing the results and calculations to find new solutions.

TA Pour l’exécution de vos missions, on imagine aisément qu’il faut développer une grande quantité de pages de calculs… PA Pour concevoir en bureau d’étude les ouvrages, nous nous basons sur des modèles numériques. Ils simulent la propagation des vagues, les efforts sur les structures et les répercutions autour de celles-ci. Préalablement, il a fallu traduire numériquement l’ensemble des données et l’ensemble des hypothèses de travail pour obtenir les simulations. Cela représente beaucoup de pages de calculs et de réflexion. Quand nous passons aux essais sur maquette ou dans le canal à houle, certains développements fonctionnent, d’autres pas et des orientations nouvelles surviennent. Là encore, après ces sessions, il y a un long temps consacré à l’analyse des résultats et de calculs pour trouver de nouvelles solutions.

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Copyright

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Page 1 — Photo © Principauté de Monaco – SAM L’Anse du Portier – Renzo Piano Building Workshop – Valode & Pistre Architectes – Michel Desvigne Paysagiste

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