Sciences et Techniques LES CONSTRUCTIONS SOUS-MARINES
Publié le 05/02/2019
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Les plongeurs revêtent leurs combinaisons autonomes et prennent place dans le sas du caisson, où les pressions sont égalisées comme dans les exemples précédents avant que ne soit ouverte l’écoutille donnant sur la mer. Les plongeurs se glissent dans l’eau et entreprennent leurs travaux avec l’aide d’outils divers, parfois de robots télécommandés. Une fois leur intervention terminée, les plongeurs réintègrent le sas puis le caisson, et celui-ci est remonté vers la surface en observant des temps d’arrêt à différents paliers pour permettre aux plongeurs d’évacuer les gaz de leur organisme. Ces méthodes de travail sous-marin sont parfois
menées jusqu’à des profondeurs de 200 mètres, soit dans les mers peu profondes qui bordent les continents. Le record établi pour le travail en scaphandre autonome atteint 600 mètres, mais il l’a été à titre expérimental et sous une étroite surveillance médicale. Pour le travail à plus grande profondeur, on fait plutôt appel à des engins automatisés et guidés par télécommande depuis la surface.
Lors de la construction d'un barrage de retenue au pays de Galles, ces conduites d’eau en acier servaient à évacuer l’eau pour permettre la construction à sec des infrastructures. Aujourd’hui, alors que le réservoir est en service, ces mêmes tuyaux servent à siphonner périodiquement le trop-plein du réservoir.
volume d’eau dans un réservoir naturel ou artificiel en bloquant l’issue vers l’aval. La résistance du mur érigé est critique : tout défaut de conception ou de construction peut entraîner la rupture du barrage et l’inondation catastrophique des zones en aval -comme ce fut le cas lors de la catastrophe de Gujarat en Inde en 1970, lorsque l’effondrement du barrage de Manchhu fit près de cinq mille victimes.
La plupart des barrages sont construits à sec, l’eau en amont étant évacuée par des conduites ménagées dans le socle de la construction. Ces conduites servent par la suite à évacuer le trop-plein d’eau du lac de retenue lorsque le barrage est opérationnel. Afin de résister aux hautes pressions engendrées par la masse d’eau accumulée, l’arche du barrage est généralement construite en arc de cercle (en voûte), dirigeant la force des eaux vers les versants de roc plutôt que sur la construction elle-même. Celle-ci, faite généralement de béton, augmente d’épaisseur du haut vers le bas, là où les pressions sont les plus fortes.
Un exemple particulier de barrage sont les barrages d’estuaire, qui régulent les courants de marée entrant et sortant de l’embouchure des fleuves. Dans le cas du barrage de Woolwich Reach sur la Tamise (voir encadré), des écluses ferment le lit du fleuve lors des grandes marées montantes, afin d’éviter les inondations en amont et de protéger la ville de Londres. Le barrage construit sur l’estuaire de la Rance en Bretagne a une fonction tout autre : il laisse passer la marée montante pour recharger un vaste réservoir en amont et, à marée descendante, il utilise le courant par des vannes à turbine pour générer de l’électricité.
Science-fiction ou réalité : les maisons sous la mer
L’utilisation de caissons pour travailler à grandes profondeurs implique des temps assez longs de décompression. C’est pourquoi, à travail équivalent, les temps de réalisation sous l’eau sont nettement supérieurs à ceux réalisés sur terre. Ainsi, on est arrivé à concevoir la « maison sous la mer ».
Les hommes, après leur travail, pourraient se reposer dans de confortables installations sous-marines dont l’air serait à la pression du milieu extérieur. La dépressurisation se ferait, certes lentement, mais à la fin des travaux, lors de la remontée de la maison. De nos jours, des opérations sont possibles grâce à des expériences désormais fameuses connues sous le nom de Précontinent III, Sealab, Tektite, Helgoland. Ces expériences ont permis d’étudier le comportement physiologique et psychologique de l’homme maintenu sous l’eau dans des maisons immergées, même pendant quelques semaines et à des profondeurs supérieures à 100 mètres.
Aujourd’hui, certains de ces projets n’appartiennent plus au domaine de la science-fiction mais sont au contraire réalisables. On prévoit déjà des agglomérations urbaines, en particulier des fermes sous-marines, où savants et techniciens pourront travailler sans remonter à la surface.
«
Les
constructions sous-marines
hydraulique, que ce soit sous la forme de simples
murs pour dévier l'eau d'un site en construction
le long d'une berge, ou sous la forme d'enclos
complets pour travailler au milieu d'un cours
d'eau.
En remplacement des poutres de bois
d'antan, les coffres d'aujourd'hui sont le plus
souvent constitués d'éléments en tôle d'acier ou
en béton précontraint.
Le principe
élémentaire des caissons
Une autre technique de travail à sec consiste à
utiliser des cylindres préfabriqués appelés cais
sons, qui sont descendus sur le lit du fleuve ou
sur le fond marin.
La section supérieure du cais
son, qui dépasse généralement de l'eau, est fer
mée de façon étanche.
La section inférieure du
caisson est ouverte à l'eau, mais comme le
cylindre est rempli d'air, l'eau ne monte que légè
rement à l'intérieur du caisson.
Il suffit alors
d'augmenter la pression de l'air dans le caisson
par pompage pour y faire baisser le niveau d'eau
jusqu'à obtenir des conditions de travail idéales.
Le principe du caisson peut d'ailleurs être illus
tré par une expérience toute simple : prenez un
bocal en verre dépourvu de couvercle et immer
gez-le à l'envers dans une bassine pleine d'eau.
La poche d'air empêchera l'eau de l'envahir
complètement, le niveau ne montant que légère-
amont ment
dans le bocal.
En pompant davantage d'air
dans le bocal au moyen d'une pompe à bicyclette,
on peut faire baisser le niveau de l'eau jusqu'au
ras de l'ouverture.
La technique du caisson fut introduite dans les
ouvrages fluviaux et maritimes vers le milieu du
XIX' siècle.
L'une des premières applications cou
ronnées de succès fut l'utilisation, en 1854, de
caissons destinés à la construction des piles du
pont de Rochester en Grande-Bretagne.
La tech
nique fut ensuite appliquée à de nombreux autres
ponts, comme celui de Brooklyn à New York.
Sas et clapets
L' air d'un caisson est soumis aux hautes pres
sions du milieu qui l'entoure, pressions qui aug
mentent avec la profonde ur.
Pour les ouvriers
travaillant dans cet environnement se posent les
mêmes problèmes d'adaptation physique que
pour les plongeurs sous-marins.
En premier lieu, comme l'air d'un caisson est à
plus forte pression que l'air extérieur en surface, il
est impossible de simplement ouvrir les portes en
haut du caisson pour laisser entrer ou sortir les
ouvriers: une telle ouverture laisserait l'air sous
pression du caisson s'échapper, et le niveau de
l'eau en bas du caisson monterait dans le cylindre
et noierait ouvriers et installations.
Afin de
résoudre le problème, la partie supérieure des
caissons est munie de sas étanches ou «clapets» permettant
le déplacement du personnel en toute
sécurité.
Un sas consiste en une chambre com
portant deux portes étanches, l'une donnant sur
le caisson, l'autre sur l'extérie ur.
Tout ouvrier dési
rant quitter le caisson actionne d'abord une valve
qui équilibre la pression d'air entre le caisson et le
sas.
Les pressions une fois égalisées, l'ouvrier
ouvre la porte, pénètre dans le sas et ferme la
porte derrière lui.
Puis il ferme la valve communi
quant avec le caisson et ouvre celle qui commu
nique avec l'extérieur.
Le trop-plein d'air est éva
cué jusqu'à ce que la pression du sas tombe au
niveau atmosphérique : l'ouvrier peut alors ouvrir
la porte et sortir à l'air libre sans dommage.
Pour entrer dans un caisson sous pression , il
suffit d'effectuer la manœuvre inverse: l'ouvrier
entre dans le sas qui est à pression atmosphé
rique et referme la porte derrière lui.
Puis il ouvre
la valve communiquant avec le caisson ; l'air qui
s'engouffre dans le sas fait monter la pression jus
qu'à ce qu'elle égale celle du caisson.
L'ouvrier
n'a plus alors qu'à ouvrir la porte et à pénétrer
dans son lieu de travail.
Les sas ou clapets à air sont utilisés non seule
ment dans les caissons mais aussi pour l'accès
aux chantiers souterrains, comme ceux des tU!,
nels.
Lors des opérations de forage de tunnel·
sous la mer par exemple, les compartiments de
travail sont remplis d'air à haute pression par de
puissantes pompes pour refouler toute infiltration
d'eau éventuelle : au cas où le percement du
ÉCLUSE EN POSITION OUVERTE
FERMETURE DE L'ÉCLUSE ÉCLUSE
FERMÉE REFOULANT LA MARÉE
ÉCLUSE EXONDÉE POUR ENTRETIEN
L'ÉCLUSE DE LA TAMISE
À l'embouchure de certains fleuves comme la
Tamise, en Angleterre, la marée montante
refoule périodiquement les eaux marines vers
l'intérieur des terres, entraînant une brusque
remontée du niveau du fleuve.
Ces change
ments de niveau sont particulièrement pronon
cés les jours de grande marée, lorsque les
plaines côtières bordant le cours inférieur de la
Tamise sont menacées d'inondation.
Afin d'en
diguer le phénomène, une écluse fut construite
sur toute la largeur du fleuve, soit sur près de
520 mètres, à la hauteur du village de Woolwich
Reach.
La structure est composée de neuf piles
en béton séparées par des vannes.
Chaque
vanne a la forme d'une coupole mobile de
61 mètres de diamètre et pèse 3 700 tonnes.
Dans sa position ouverte (en haut, à gauche),
la coupole repose dans un creux aménagé
dans le lit du fleuve, et laisse libre le passage
pour l'eau et les navires.
À l'heure de la marée
montante sont mises en action de puissantes
roues (visibles sur la photographie) qui soulè
vent les coupoles en position verticale et bar
rent l'accès au fleuve, empêchant la marée de
remonter son cours (en haut, au centre).
La
� mise
en place prend trente minutes.
Lorsque
g des
réparations sont nécessaires sur une cou-
5 pole,
celle-ci est dressée hors de l'eau par une
� rotation
des roues motrices (en haut, à droite).
0
u.
»
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