EP4193022A1 - Procédé et dispositif d'atténuation des vagues - Google Patents

Procédé et dispositif d'atténuation des vagues

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Publication number
EP4193022A1
EP4193022A1 EP21759111.4A EP21759111A EP4193022A1 EP 4193022 A1 EP4193022 A1 EP 4193022A1 EP 21759111 A EP21759111 A EP 21759111A EP 4193022 A1 EP4193022 A1 EP 4193022A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
opening
module
cavity
waves
modules
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21759111.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Emmanuel Robert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bluerium
L'ECOLE SUPERIEUR DE PHYSIQUE ET DE CHIMIE INDUSTRIELLES DE LA VILLE DE PARIS
L'universite Du Mans
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Sorbonne Universite
Original Assignee
Bluerium
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bluerium filed Critical Bluerium
Publication of EP4193022A1 publication Critical patent/EP4193022A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B3/00—Engineering works in connection with control or use of streams, rivers, coasts, or other marine sites; Sealings or joints for engineering works in general
    • E02B3/04—Structures or apparatus for, or methods of, protecting banks, coasts, or harbours
    • E02B3/06—Moles; Piers; Quays; Quay walls; Groynes; Breakwaters ; Wave dissipating walls; Quay equipment
    • E02B3/062—Constructions floating in operational condition, e.g. breakwaters or wave dissipating walls
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A10/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE at coastal zones; at river basins
    • Y02A10/11—Hard structures, e.g. dams, dykes or breakwaters

Definitions

  • TITLE Method and device for wave attenuation
  • This document relates to wave attenuation devices and methods.
  • a wave visible on the surface of the water represents the visible part of a wave phenomenon, another part of which is located under the surface of the water. Indeed, a wave propagates on the surface of the water but also on a certain depth which depends on the wavelength of said wave. For example, considering a water depth of 6m, a wave 10 with a wavelength of 17m will cause a movement of fluid over a depth of about 3m which can be called penetration height. Beyond this depth, water movement becomes negligible. To completely or partially stop the propagation of this wave, it is known to place a wall 12 partially submerged over a height of 3 m (FIG. 1). This wall will then be able to stop any wave whose penetration height is less than 3m or with wavelengths less than 17m.
  • the wave period at sea generally varies between 3 and 8 seconds. In a port area with a water depth of 6m, it generates waves with a wavelength of 14m to 60m.
  • Figure 3 represents the variation of the transmission rate (ratio of the amplitude of the transmitted wave compared to the amplitude of the incident wave) according to the wavelength of the waves. It is further observed that the wave that a wall 12 of 3m as mentioned above is effective at at least 50% transmission only for wavelengths less than 30m, which is not satisfactory in the context of a fixed installation, expensive and complicated to install.
  • each module comprising at least one cavity, for example tubular, comprising a first opening and a second opening; wherein the modules are placed in a position in which the first opening of each cavity is permanently submerged and in which the second opening is in communication with the ambient air, the dimensions of the cavities and the openings being determined so that at least one cavity of each module forms a resonant cavity at the given center frequency.
  • each cavity forms a resonant cavity at the given center frequency.
  • the method according to the invention consists in fixing the frequency which it is desired to be absorbed with a cavity, then in determining the dimensional parameters of the first opening in combination with the width of the cavity to obtain the desired resonant frequency for said cavity.
  • the method according to this document makes it possible to attenuate the waves, that is to say makes it possible to limit the transmission of the amplitude of the incident waves from one side of the modules to the other.
  • the implementation of the process at the level of a coastline makes it possible to protect it from the waves.
  • the cavity or cavities used in the invention are so-called resonant cavities, which implies that they have the ability to achieve resonance, which is not the case with devices or installations of the prior art.
  • the cavity is not a resonant cavity.
  • This document also relates to an assembly comprising one module or several modules, each module comprising N resonant cavities, comprising a first opening and a second opening, with at least k cavities having different widths in pairs, k being less than or equal to N
  • the width of each of the k cavities is thus adapted to achieve a resonance at a central frequency different from the other k cavities, so that when a wave impacts a module, some of the k cavities among the N cavities will be able to achieve an attenuation of the amplitude of the waves at a first resonant frequency and other of the k cavities among the N cavities will be able to achieve an attenuation of the amplitude of the waves at a second resonant frequency different from the first resonant frequency.
  • k cavities as defined above, it is thus possible to attenuate the amplitude of the waves over a wide frequency range.
  • the first opening is intended to be submerged and the second opening is intended to be in communication with the ambient air.
  • the width corresponds to the direction of propagation of the waves and the length corresponds to a direction perpendicular to the direction of propagation of the waves, the width and the length being perpendicular to the vertical in use.
  • each module may comprise at least two first cavities with a first width and arranged side by side and two other cavities whose sum of the widths is equal to the first width.
  • a second cavity may have a second width and a third cavity may have a third width, the latter possibly being greater than the second width.
  • the second cavity and the third cavity can be arranged one behind the other according to the direction of propagation of the waves.
  • the first two cavities, the second cavity and the third cavity may have the same length.
  • the device thus formed comprises modules juxtaposed next to each other, each module comprising an upstream wall and a downstream wall with respect to the natural direction of propagation of the waves and two side walls, the side walls of the modules being opposite each other. screws with each other, the upstream and downstream walls of each module being free of contact with another module, the upstream wall being oriented facing the waves and the downstream face facing the part to be protected from the waves.
  • Each resonant cavity also includes a bottom wall facing the bottom of the water.
  • each dimension of a cavity is at least ten times smaller than the central wavelength of the waves.
  • the discretization of the resonant cavities allows the wavefront to be almost identical over the entire width of each resonant cavity.
  • the lateral dimension of each cavity is chosen to be able to make the assumption that the amplitude of the wave front of an impacting wave is the same over the entire width of a resonant cavity, i.e. say over the entire lateral dimension of a cavity.
  • resonant cavities operates according to the principle of an oscillation of the liquid mass contained in the cavity, in phase opposition with the incident wave on the upstream walls of the modules, thus making it possible to reduce the transmission of waves by a side to side resonant cavities.
  • a set formed by the modules can thus form a substantially straight line.
  • a resonant cavity may have the shape of a tube having a section, for example square or rectangular, or any other suitable shape and which comprises a first submerged opening arranged on one of an upstream face, a downstream face and a back face and a second opening which is formed at one end of the tubular shape, this end being the one which opens to the ambient air.
  • the attenuation method according to this document proves to be simpler to install than a wall of the prior art, due in particular to the low mass of the modules to be moved in comparison with the structural elements necessary for the construction of a wall.
  • Each module can comprise at least two, for example three resonant cavities arranged side by side.
  • Each module could include a lower or higher number. The number of three resonant cavities turns out to be interesting since, given the dimensions of the cavities, it is the best compromise for handling the modules.
  • the first opening of each cavity can have a cross section of between 0.5 and 5 m 2 .
  • This section of the first opening makes it possible to stop waves whose period varies between 3 and 8 s, this period corresponding to that generally observed on a coast and being equivalent to a wave wavelength of between 15 and 55 m.
  • the shape of the section has little impact on the central frequency stopped by the resonant cavities, it is the area, that is to say the section which essentially defines the resonance frequency, in plus the dimensions of the resonant cavity.
  • the first opening can have any shape, which can be a rectangle which can be horizontal or vertical, a square, a circle, or even a disc portion having an angular opening which can for example have an angular opening of 90°.
  • the first opening can be placed on the upstream wall and therefore facing the waves, on the downstream wall or even on a bottom wall, that is to say facing the bottom of the water.
  • the height of water separating a bottom from each cavity should be less than half the height of water separating the bottom.
  • water level means the water level measured in the absence of waves.
  • the device may comprise a movable element making it possible to vary the section of the first opening. In this way, the resonant frequency of the resonant cavity can be adjusted.
  • the device may comprise means for measuring the central frequency of the waves, these means being connected to means for controlling means for moving the mobile element.
  • Each module may include means capable of varying the position in height of the second opening of each cavity.
  • Each module may comprise a first part comprising the first opening and a second part comprising the second opening and movable with sealing relative to the first part so as to vary the position in height of the second opening.
  • the second part can be configured to slide with sealing relative to the first part and comprises float means.
  • Each module can comprise a movable panel with sealing on an upstream wall of the module, this panel comprising float means.
  • the modules can be structurally distinct from each other and can be connected to each other by an isostatic connection. In this case, the modules can be placed on the bottom of the water. Each module can be connected to a first lateral end at the bottom of the water by a point connection and to its second lateral end by a reannular linear connection to the first end of an adjacent module. If these connections are based on leveled embankments, then this type of connection makes it possible to compensate for variations in the level of the bottom of the water on which the modules are intended to be placed.
  • modules When the modules are floating they can be connected to the bottom by chains which can form a trellis.
  • the length of the chains is adjusted to allow the modules to be level and to be aligned.
  • the device may comprise at least two sets of the aforementioned type, connected to each other so as to have a V-shape.
  • the device may also comprise a plurality of assemblies of the aforementioned type so as to present a succession of V-shapes.
  • the V-shape may have an angular opening of between 30 and 120°.
  • the device can comprise four assemblies assembled in such a way as to form a diamond thus offering multidirectional protection.
  • the device may comprise a plurality of assemblies connected to each other so as to form a structure with a closed outline making it possible, for example, to protect device objects placed inside said outline.
  • the modules can be placed on the bottom of the water or have positive buoyancy and are retained at the bottom of the water.
  • each cavity may have a width, that is to say a dimension along the direction of propagation of the waves, which is approximately 10 times smaller than the central wavelength of the wave whose amplitude we wish to attenuate.
  • the width of the cavity is one tenth of the wavelength incident on said cavity.
  • each cavity may have the shape of a cylinder, for example the shape of a right cylinder.
  • the cylinder can be open at one end along a generatrix so as to form the second opening.
  • the resonance frequency of a cavity is thus a function of the width of the cavity, that is to say of its dimension according to the incident direction of the waves on said cavity and of the dimensional parameters of the first opening.
  • Each module can have a constant width, which facilitates the installation, manufacture of a module and also its transport since the width is fixed.
  • Figure 1 schematically illustrates the wave attenuation principle according to the prior art and comprises a part A named Figure 1 A and a part B named Figure 1 B, Figure 1A corresponding to waves having a first wavelength ( smaller), FIG. 1B corresponding to waves having a second (larger) wavelength;
  • FIG. 2 is a graph of the rate of transmission of the amplitude of the incident wave of the waves in percentage according to the wavelength of the waves;
  • FIG. 3 shows a module comprising several resonators arranged side by side with openings in the direction of the bottom;
  • FIG. 4 is a schematic illustration of several variants of a resonator usable with the invention.
  • figure 5 comprises a part A named figure 5A and a part B named figure 5B, figure 5A illustrating the principle of attenuation according to the invention and figure 5B is a graph of the wave transmission rate in percentage as a function of the wave wavelength for a fixed geometry and presented in FIG. 5A;
  • Figure 6 comprises three parts A, B and C, respectively named Figures 6A, 6B and 6C, Figure 6A representing a variant of a resonator whose submerged opening has a variable section, Figure 6B being a graph representing the variation of transmission rate as a function of wavelength for several sections and FIG. 6C being a graph representing the variation of the wavelength at zero transmission as a function of the height of the submerged opening section;
  • Figure 7 comprises two parts A and B, respectively named Figures 7A and 7B, Figure 7A representing another variant of a resonator whose submerged opening has a variable section, Figure 7D being a graph representing the variation of the wavelength at zero transmission as a function of the angle of the submerged opening section;
  • FIG. 8 shows a device according to the invention comprising a second opening adapted to be positioned at a variable height depending on the waves;
  • Figure 9 comprises two parts A and B, respectively named Figures 9A and 9B, Figure 9A being a sectional view of the device according to the present disclosure and according to a sectional plane passing through several modules, Figure 9B being a view in section along section plane AA of FIG. 9A;
  • Figure 10 comprises two parts A and B, respectively named Figures 10A and 10B and representing two variants for connecting the modules to the sea floor;
  • FIG. 11A and 11B show two variant embodiments of a module according to the invention.
  • Figure 12 shows an example of an assembly comprising a plurality of modules as shown in Figure 11A;
  • FIG. 13 shows a variant of integration of an assembly according to the invention on a coastline
  • FIG. 14 shows another variant of integration of an assembly according to the invention on a coastline
  • FIG. 15 is a variant of a module according to the invention.
  • FIG. 16 is another variant of a module according to the invention. Detailed description of the invention
  • FIGS. 3 et seq. illustrate the invention as set out in the following.
  • resonators 16 formed by resonant cavities 16 in which an oscillation of the water is generated in phase opposition. with the waves incident on the device 15 described below.
  • These resonators have a width, that is to say a dimension according to the direction of propagation of the waves, a length according to a direction perpendicular to the direction of propagation of the waves, these said two directions being perpendicular to a vertical direction (corresponding to the direction of Earth's gravity).
  • Each cavity has a width chosen to be approximately 10 times less than the central wavelength of the waves. In practice, the length of the cavities may take variable values without this affecting the operation of the device.
  • the width of each cavity is chosen to have a width equal to approximately 1/10 of the wavelength of the wave whose amplitude is to be attenuated.
  • the device according to this document comprises a plurality of modules 18 juxtaposed next to each other in a given direction D ( Figure 11 A and Figure 11 B). Modules 18 thus juxtaposed form an assembly which extends in said direction D.
  • the device 18 may comprise a single set of resonators or else several sets as shown in FIG. 11 and which will be described later.
  • Each module 18 comprises at least one cavity 16 comprising a first opening 20 and a second opening 22.
  • each module 18 comprises three cavities 16a, 16b, 16c but it could comprise fewer or more depending the ability to move a module 18.
  • the illustrated module 18 comprises three resonant cavities, a first cavity 16a, a second cavity 16b and a third cavity 16c, each comprising a first opening 20a, 20b, 20c and a second opening 22a, 22b , 22c.
  • Each module 18 comprises an upstream wall 24 and a downstream wall 26, the upstream wall 24 being intended to be arranged facing the waves and the downstream wall 26 facing the port or the coastline to be protected.
  • Module 18 also includes two side walls 28, 30 which define side walls of first cavity 16a and third cavity 16c. It is understood that when the module 18 comprises only one resonant cavity, then the two side faces 28, 30 of the module laterally delimit the same cavity. In the case represented in FIG. 3, the module 18 comprises two intermediate walls 32, 34 which together delimit the second cavity.
  • Each cavity 16 is also delimited by a bottom wall 36.
  • each first opening 20 is formed in the bottom wall 38 but the first openings 20a, 20b, 20c are not placed at the same location on the bottom wall 36. Note that the first openings 20a, 20b, 20c could also be aligned.
  • the first openings 20a, 20b, 20c have the shape of a slot, and more generally the shape of a rectangle of larger dimension extending in a direction perpendicular to the direction of propagation of the waves and vertically when the device 15 is in use.
  • each second opening 22a, 22b, 22c is delimited by the upper edge of the side walls 28, 32, 34, 30 and of the upstream 24 and downstream 26 walls of each resonant cavity 16.
  • a second opening 22 could have another shape without this having any effect on the operation of the invention.
  • the second opening 22 which is open to the ambient air allows air to enter and leave the cavity in order to allow a variation of the water level in the resonant cavity 16 so that the latter can ensure the desired resonance function.
  • the aim here is to limit the height of the device to the strict height necessary for the operation of the invention to avoid any negative visual impact that the device could cause walkers or boaters to feel.
  • a resonant cavity can have a first opening having a variable shape, this having little effect on the desired resonance phenomenon.
  • the shape of the first opening can be:
  • variant D Similar to variant A but with a more central positioning of the first opening on the upstream wall (variant D),
  • the first openings 16 described in figure 4 could be formed on the downstream wall 26 or the bottom wall 38 or the upstream wall 24.
  • the assembly formed by the modules 18 is arranged facing the waves, for example perpendicular to the direction of propagation of the waves in the case where a single assembly is used.
  • the modules 18 are placed in a position in which the first opening 20 of each cavity 16 is permanently immersed and in which the second opening 22 is in communication with the ambient air, that is to say that the second opening 22 is never submerged, the dimensions of the cavities 16 being determined so that each cavity 16 forms a resonant cavity at the central wavelength of the waves.
  • the waves have a central wavelength, that is to say that the bulk of the energy of the waves is at a known and fixed frequency, at least over a given period of time. which changes little during a day, which makes the method and the device according to the present document particularly advantageous.
  • FIG. 5A illustrates the positioning of the device 15 according to the present document in water with the first opening 20 submerged and the second opening in communication with the ambient air.
  • the use of resonant cavities 16 makes it possible to reduce the transmission of waves (amplitude of the transmitted wave over the amplitude of the incident wave) through the modules 18 for a greater range of length d waves.
  • the first opening 20 of each resonant cavity 16 has a section of between 0.5 and 5 m 2 .
  • the height of water separating a bottom from each cavity 16 is less than half the height of water separating the bottom.
  • the cavities have characteristic dimensions smaller than the wavelength and able to achieve resonance at the central frequency of the waves. In practice, each of the dimensions of the cavity is at least 10 times smaller than the central wavelength of the waves.
  • FIG. 6A illustrates another embodiment of the invention in which each resonant cavity 16 comprises a movable element 42 making it possible to vary the section of the first opening 20, this movable element 42 possibly being a movable door with vertical sliding.
  • the mobile element 42 thus makes it possible to reduce or increase the section of the first opening 20.
  • FIG. 6B represents three curves of the transmission rate in percentage as a function of the wavelength for three different sections. It is observed that the variation of the section makes it possible to move the resonant frequency of the cavity 16, which makes the invention even more advantageous when the movable element 42 is coupled to means for controlling means for moving the element mobile and that the control means receive as input information from means for measuring the frequency of the waves. Active control of the resonant frequency of the resonators or resonant cavity 16 is then possible.
  • the graph of figure 6C illustrates the variation of the resonant wavelength according to the section of the first opening in meters. This graph indicates that the larger the section of the first opening, the smaller the resonant wavelength, which is also observed in the graph of FIG. 6B.
  • FIG. 7A illustrates a variant embodiment in which the first opening 20 has a variable cross-section with a movable element 42 around an axis of rotation, the first opening 20 having the shape of a disc portion whose cross-section can vary between 0° and 90°.
  • FIG. 7B illustrates the same type of graph as that explained with reference to FIG. 6C.
  • FIG. 8 illustrates an embodiment which can be coupled with a first opening 20 of variable section as has been described previously but which is not illustrated in the figures.
  • each module 18 comprises a first part 18a comprising the first opening 20 and a second part 18b comprising the second opening 22 and movable with sealing relative to the first part 18a so as to vary the position in height of the second opening 22.
  • This second part can be configured to slide with sealing relative to the first part 18a and comprises medium floats.
  • each module 18 comprises a movable panel 44 with sealing on an upstream wall of the module, this panel comprising float means.
  • the movable panel 44 with a medium float can follow the movement of the waves by rising and falling successively to prevent the wave does not pass over the first part of the module.
  • the second part 18b follows the movement of oscillation of the water level preventing the water from the resonant cavity 16 from leaving the latter, thus allowing the cavity 16 to continue to ensure its resonant cavity function, the second opening 22 thus always being emerged.
  • FIG. 9 represents the connection between several modules 18 arranged side by side.
  • the modules 18 can be structurally distinct from each other and connected to each other by an isostatic connection.
  • Each module 18 can be connected to a first lateral end at the bottom of the water by an annular linear connection 46 and to its second lateral end by a point connection 48 to the first end of an adjacent module 18. If these connections are based on leveled embankments, then this type of connection makes it possible to compensate for variations in the level of the bottom of the water on which the modules are intended to be placed when they are placed on the bottom of the 'water.
  • the annular linear connection of each module 18 at the bottom of the water is made on studs added to the bottom.
  • the point connection 46 can be made by a spherical foot resting on a plane and the linear-annular connection 48 can be made by a V-shaped groove in which spherical feet are mounted.
  • each module comprises three resonant cavities 16a, 16b, 16c, each resonant cavity comprising a first opening 20 and a second opening 22 visible in FIG. 9B.
  • Each module 18 comprises a first lateral recess 50, for example L-shaped, formed at a first lateral end of the module 18 and optionally a second lateral recess 52, for example L-shaped, formed at a second lateral end of the module 18.
  • the device comprises several modules 18a, 18b, 18c, 18d arranged side by side laterally.
  • the first recess 50 is delimited by a first side wall 54 of the module 18b and by a projecting part 55 laterally towards the adjacent module 18a laterally on a first side.
  • the first side wall 54 of the module 18b is arranged lateral facing a second side face 56 of the adjacent module 18a.
  • This lateral projecting part 55 is arranged vertically between a second end of the adjacent module 18a and a supporting structure 58 or support placed at the bottom of the water.
  • the modules 18 cooperate by interlocking with each other so that: the first recess 50 of a given module 18b receives the second end of an adjacent module 18a laterally from a first side, the projecting part 55 of the given module 18b being inserted vertically between said second end of the adjacent module 18a and a supporting structure 58, and that the second recess 52 receives the projecting part 55 of the adjacent module 18c laterally by a second side, said protruding part 55 being inserted vertically between the second end of the given module 18b and another supporting structure 58 .
  • each module 18 makes a point connection with the projecting part of an adjacent module, this projecting part 55 making an annular linear connection with the supporting structure 58.
  • each second end of a module 18, 18b comprises a spherical foot 60 resting on a substantially flat surface of the projecting part 55 of the adjacent module 18c on a second lateral side. Note that the foot 60 could be formed on the projecting part 55 and could bear on a substantially flat surface of the second end of the module 18b.
  • each projecting part 55 comprises two spherical feet 62 (FIGS. 9A and 9B) engaged in a V-section groove of a supporting structure 58 or support.
  • Each supporting structure 58 comprises at least two upstream 58a and downstream 58b legs connected to each other by the V-groove, the legs 58a, 58b extend upwards by low walls 64a, 64b upstream and downstream whose upper edges are positioned respectively so as to be arranged opposite an upstream wall and a downstream wall of the module providing the point connection with the module comprising a projecting part 55 .
  • the upper edges of the low walls 64a, 64b can also be arranged opposite an upstream wall and a downstream wall of the module comprising a projecting part 55. In this way, the low walls provide simultaneous support for two adjacent modules.
  • Each supporting structure can include three legs so as to achieve an isostatic connection of the leg to the bottom of the water.
  • Backfill is placed in each V-shaped groove and between the low walls 64a, 64b and a projecting part 55 of a module 18c and between the low walls 64a, 64b and the upstream and downstream walls of the module 18b making the point connection with the module 18c comprising said projecting part 55.
  • the embankment 54 makes it possible to prevent any tilting of the modules 18 linked to the buffering effects of the energy of the waves. This embankment 54 makes it possible to compensate for the defects of horizontality of the modules 18 between them.
  • the load-bearing structures or supports 50 coupled to the systems of feet 60a 60b and 61, as well as the use of embankments 52 level and 54 anti-tilt make it possible to compensate for the orientation and level defects of the modules 18 between them.
  • FIG. 10 illustrates a first variant (FIG. 10A) for fixing studs to the bottom of the water using studs for example as described with reference to FIG. 9 and a second variant (FIG. 11B) in which the modules are connected to each other by means of chains or cables.
  • the modules include floating means and are anchored to the bottom of the water by tensioned cables or chains.
  • the device 15 comprises two sets A, B of modules, connected to each other so as to have a V-shape whose vertex C is oriented towards the arrival of the waves.
  • the V-shape can have an angle between 30 and 120°.
  • the device 15 may comprise several pairs of V-shaped assemblies A, B successively arranged so as to have a VV or VW shape, for example, the extent of the device 15 depending on the area of the extent of the area to be protect.
  • FIG. 11A illustrates a module 66 comprising N resonant cavities, each cavity comprising a first opening and a second opening which are not shown in this figure.
  • N cavities at least k cavities have different widths in pairs, k being less than or equal to N.
  • the width of each of the k cavities is thus adapted to produce a resonance at a central frequency different from the other k cavities, so that when a wave impacts a module, each of the k cavities will thus resonate at a different frequency.
  • N is equal to 4 and k is equal to 3.
  • two first cavities 661 are dimensionally identical and have the same first width and the same length.
  • any dimensional parameter other than the width being identical between the cavities 661, 662, 663, the cavities 661 resonate identical frequencies.
  • the module comprises a second 662 and a third 663 cavities whose sum of the widths is equal to the first width.
  • the second width of the second cavity 663 is less than the third width of the third cavity 663.
  • the first openings of the cavities 662 and 663 can be identical but can also be different.
  • the second openings of these cavities 662, 663 may be identical.
  • the first two cavities 661 are arranged side by side.
  • the second cavity 662 and the third cavity 663 are arranged one behind the other according to the direction of propagation of the waves.
  • the second 662 and the third 663 cavities are arranged at a lateral end of the module 66. They could also be arranged between the first two cavities 661.
  • FIG. 12 illustrates an assembly 68 comprising a plurality of modules 66 as shown in FIG. 11A. One could also make a module assembly 66' as illustrated in FIG. 11B or even a combination of modules 66 and 66'.
  • the assembly 70 can comprise several modules 68 (or any other module described above) and the modules can have a shape comprising an even or odd succession of modules 68 with a V-shaped slotted shape as illustrated in FIG. 13. ensemble can also have a more general zigzag shape which can follow a straight or curved guideline.
  • the modules 68 can be arranged at right angles to each other and successively connected to each other by their ends.
  • the assembly 72 can also comprise three modules 68 as illustrated in FIG. 14 or any other embodiment of a module described in the present document, the three modules 68 having a general U shape, the opening of the U allowing the boat access to the protected area located inside the U.
  • Figure 15 illustrates a module 74a in which the downstream wall 76a of each module 74a has a height greater than the height of the upstream wall 78 so as to prevent a wave from submerging the device.
  • This makes it possible to compensate for any weak filtering in wave frequency. For example, when a series of waves having a central frequency that is difficult to attenuate by the device (because not provided from a dimensional point of view because the series of waves is rare) arrives on the latter, the raised downstream wall 78 can allow to block the propagation of the wave as in a conventional device such as a dike.
  • the downstream wall 76b of the raised module 74b may further comprise an upper end part which is oriented upstream so as to create a counter-current to further limit submersion of the device.

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Abstract

Le présent exposé concerne un procédé d'atténuation de l'amplitude des vagues (12) présentant une longueur d'onde centrale donnée, le procédé comprenant l'utilisation d'un dispositif (15) comprenant : - un ensemble (A, B) d'une pluralité de modules (18) juxtaposés les uns à côté des autres selon une direction donnée (D), chaque module (18) comprenant au moins une cavité (16) comportant une première ouverture (20) et une seconde ouverture (22); dans lequel les modules (18) sont placés dans une position dans laquelle la première ouverture (20) de chaque cavité est immergée en permanence et dans laquelle la seconde ouverture (22) est en communication avec l'air ambiant, les dimensions des cavités (16) étant déterminées de manière à ce que chaque cavité forme une cavité résonante à la fréquence centrale donnée.

Description

DESCRIPTION
TITRE : Procédé et dispositif d’atténuation des vagues
Domaine technique de l’invention
Le présent document concerne les dispositifs et procédés d’atténuation des vagues.
Etat de la technique antérieure
Une vague visible à la surface de l’eau représente la partie visible d’un phénomène ondulatoire dont une autre partie se situe sous la surface de l’eau. En effet, une vague se propage à la surface de l’eau mais également sur une certaine profondeur qui dépend de la longueur d’onde de ladite vague. A titre d’exemple, en considérant une profondeur d'eau de 6m, une vague 10 avec une longueur d'onde de 17m provoquera un mouvement de fluide sur une profondeur d'environ 3m que l'on peut appeler hauteur de pénétration. Au-delà de cette profondeur, le mouvement de l'eau devient négligeable. Pour stopper totalement ou partiellement la propagation de cette onde, il est connu de placer un mur 12 partiellement immergé sur une hauteur de 3m (figure 1 ). Ce mur sera alors capable de stopper toute vague dont la hauteur de pénétration est inférieure à 3m soit avec des longueurs d'onde inférieures à 17m.
Toutefois, en considérant une vague 14 avec une longueur d'onde de 34m avec une hauteur de pénétration d'environ 6m, le mur 12 tel que représenté en figure 1 ne sera pas assez haut et une partie de la vague 14 passera dessous celui-ci, ce qui rendra le mur 12 inefficace (figure 2).
Hors, la période des vagues en mer varie généralement entre 3 et 8 secondes. Dans une zone portuaire avec une profondeur d'eau de 6m, cela génère des vagues avec une longueur d'onde de 14m à 60m.
La figure 3 représente la variation du taux de transmission (ratio de l’amplitude de la vague transmise par rapport à l’amplitude de la vague incidente) en fonction de la longueur d’onde des vagues. On observe de plus que la vague qu’un mur 12 de 3m tel que précité n’est efficace à au moins 50 % de transmission que pour des longueurs d’onde inférieures à 30m, ce qui n’est pas satisfaisant dans le cadre d’une installation fixe, coûteuse et compliquée à installer.
Par ailleurs, on connaît le document US2016273512A1 comprenant une cavité comportant deux ouvertures dont l’une est communication avec un écoulement liquide et l’autre est en communication avec l’air. Ce type de dispositif permet de réduire l’amplitude des vagues à la traversée du dispositif mais s’avère très encombrants.
Résumé de l’invention Le présent document propose ainsi un procédé d’atténuation de l’amplitude des vagues transmise au travers d’un dispositif présentant une fréquence centrale donnée, le procédé comprenant l’utilisation du dispositif comprenant :
- un ensemble d’une pluralité de modules juxtaposés les uns à côté des autres selon une direction donnée, chaque module comprenant au moins une cavité, par exemple tubulaire, comportant une première ouverture et une seconde ouverture ; dans lequel les modules sont placés dans une position dans laquelle la première ouverture de chaque cavité est immergée en permanence et dans laquelle la seconde ouverture est en communication avec l’air ambiant, les dimensions des cavités et des ouvertures étant déterminées de manière à ce qu’au moins une cavité de chaque module forme une cavité résonante à la fréquence centrale donnée.
Dans une réalisation, chaque cavité forme une cavité résonante à la fréquence centrale donnée.
Le procédé selon l’invention consiste à fixer la fréquence que l’on souhaite absorbée avec une cavité, puis à déterminer les paramètres dimensionnels de la première ouverture en combinaison avec la largueur de la cavité pour obtenir la fréquence de résonance souhaitée pour ladite cavité.
Le procédé selon le présent document permet d’atténuer les vagues, c’est-à-dire permet de limiter la transmission de l’amplitude des vagues incidentes d’un côté à l’autre des modules. La mise en oeuvre du procédé au niveau d’un littoral permet de protéger celui-ci des vagues. La ou les cavités utilisées de l’invention sont des cavités dites résonantes, ce qui implique qu’elles présentent la capacité de réaliser une résonance, ce qui n’est pas le cas des dispositifs ou installation de la technique antérieure. Par exemple, dans US2016273512A1 , la cavité n’est pas une cavité résonante.
Le présent document concerne également un ensemble comprenant un module ou plusieurs modules, chaque module comprenant N cavités résonantes, comportant une première ouverture et une seconde ouverture, avec au moins k cavités présentant des largeurs différentes deux à deux, k étant inférieur ou égal à N. La largeur de chacune des k cavités est ainsi adaptée à réaliser une résonance à une fréquence centrale différente des autres k cavités, de sorte que lorsqu’une vague impacte un module, certaines des k cavités parmi les N cavités vont pouvoir réaliser une atténuation de l’amplitude des vagues à une première fréquence de résonance et d’autres des k cavités parmi les N cavités vont pouvoir réaliser une atténuation de l’amplitude des vagues à une seconde fréquence de résonance différentes de la première fréquence de résonance. En utilisant k cavités comme défini précédemment, il est ainsi possible de réaliser une atténuation de l’amplitude des vagues sur une gamme de fréquence large. Comme décrit précédemment, la première ouverture est destinée à être immergée et la seconde ouverture est destinée à être en communication avec l’air ambiant.
La largeur correspond à la direction de propagation des vagues et la longueur correspond à une direction perpendiculaire à la direction de propagation des vagues, la largeur et la longueur étant perpendiculaire à la vertical en utilisation.
Par ailleurs, chaque module peut comprendre au moins deux premières cavités avec une première largeur et agencés côte à côte et deux autres cavités dont la somme des largeurs est égale à la première largeur. Parmi les deux autres cavités, une deuxième cavité peut avoir une deuxième largeur et une troisième cavité peut avoir une troisième largeur, cette dernière pouvant être supérieure à la deuxième largeur. La deuxième cavité et la troisième cavité peuvent être agencées l’une derrière l’autre selon le sens de propagation des vagues. La deux premières cavités, la deuxième cavité et la troisième cavité peuvent avoir une même longueur.
Le dispositif ainsi formé comprend des modules juxtaposés les uns à côté des autres, chaque module comprenant une paroi amont et une paroi aval par rapport au sens de propagation naturel des vagues et deux parois latérales, les parois latérales des modules étant en vis-à-vis les unes avec les autres, les parois amont et aval de chaque module étant libre de contact avec un autre module, la paroi amont étant orientée face aux vagues et la face aval en vis-à-vis de la partie à protéger des vagues. Chaque cavité résonante comprend également une paroi de fond orientée en vis-à-vis du fond de l’eau.
Les dimensions des cavités sont déterminées de façon à ce que chaque cavité forme une cavité résonante à la fréquence centrale donnée. En pratique, chaque dimension d’une cavité est au moins dix fois inférieure à la longueur d’onde centrale des vagues.
Selon le procédé proposé, la discrétisation des cavités résonantes permet que le front d’onde soit quasi identique sur toute la largeur de chaque cavité résonante. Ainsi, la dimension latérale de chaque cavité est choisie pour pouvoir faire l’hypothèse que le l’amplitude du front d’onde d’une vague qui impacte soit la même sur toute la largeur d’une cavité résonante, c’est-à-dire sur toute la dimension latérale d’une cavité.
L’utilisation de cavités résonantes fonctionne selon le principe d’une oscillation de la masse liquide contenu dans la cavité, en opposition de phase avec l’onde incidente sur les parois amont des modules, permettant ainsi de réduire la transmission des vagues d’un côté à l’autre des cavités résonantes.
Un ensemble formé par les modules peut former ainsi une ligne sensiblement droite.
Une cavité résonante peut avoir la forme d’un tube présentant une section par exemple carrée ou rectangulaire ou tout autre forme adapté et qui comprend une première ouverture immergée agencée sur l’une d’une face amont, d’une face aval et d’une face de fond et une seconde ouverture qui est formée au niveau d’une extrémité de la forme tubulaire, cette extrémité étant celle qui débouche à l’air ambiant.
Le procédé d’atténuation selon le présent document s’avère plus simple à installer qu’un mur de la technique antérieure, du fait notamment de la faible masse des modules à déplacer en comparaison des éléments de structure nécessaire à réalisation d’un mur.
Chaque module peut comprendre au moins deux, par exemple trois cavités résonantes agencées côte à côte. Chaque module pourrait en comprendre un nombre inférieur ou supérieur. Le nombre de trois cavités résonantes s’avère intéressant puisqu’aux dimensions des cavités, il s’agit du meilleur compromis pour la manutention des modules.
La première ouverture de chaque cavité peut présenter une section comprise entre 0,5 et 5 m2.
Cette section de la première ouverture permet de stopper des vagues dont la période varie entre 3 et 8 s, cette période correspondant à celle généralement observée sur un littoral et étant équivalente à une longueur d’onde de vague comprise entre 15 et 55 m.
On note que la forme de la section n’a que peu d’impact sur la fréquence centrale stoppée par les cavités résonantes, c’est l’aire c’est-à-dire la section qui définit essentiellement la fréquence de résonance, en plus des dimensions de la cavité résonante.
La première ouverture peut avoir une forme quelconque, qui peut être un rectangle qui peut être horizontal ou vertical, un carré, un rond, ou encore une portion de disque ayant une ouverture angulaire qui peut par exemple avoir une ouverture angulaire de 90°.
La première ouverture peut être placée sur la paroi amont et donc en vis-à-vis des vagues, sur la paroi aval ou encore sur une paroi de fond c’est-à-dire en vis-à-vis du fond de l’eau.
La hauteur d’eau séparant un fond de chaque cavité devrait être inférieure à la moitié de la hauteur d’eau séparant le fond.
Cet agencement permet de réaliser un bon compromis entre les dimensions des modules et l’atténuation des vagues. On entend ici par « hauteur d’eau » la hauteur d’eau mesurée en l’absence de vagues.
Le dispositif peut comprendre un élément mobile permettant de faire varier la section de la première ouverture. De cette manière, on peut ajuster la fréquence de résonance de la cavité résonante.
Le dispositif peut comprendre des moyens de mesures de la fréquence centrale des vagues, ces moyens étant reliés à des moyens de commande de moyens de déplacement de l’élément mobile.
Cette configuration permet de réaliser une adaptation en temps réel de la fréquence de résonance des cavités résonantes de manière à bloquer la transmission de l’amplitude des vagues. Chaque module peut comprendre des moyens aptes à faire varier la position en hauteur de la seconde ouverture de chaque cavité.
Chaque module peut comprendre une première partie comportant la première ouverture et une seconde partie comportant la seconde ouverture et mobile à étanchéité relativement à la première partie de manière à faire varier la position en hauteur de la seconde ouverture.
La seconde partie peut être configurée pour coulisser à étanchéité relativement à la première partie et comprend des moyens flotteurs.
Chaque module peut comprendre un panneau mobile à étanchéité sur une paroi amont du module, ce panneau comportant des moyens flotteurs.
Les modules peuvent être structurellement distincts les uns des autres et peuvent être reliés les aux autres par une liaison isostatique. Dans ce cas, les modules peuvent être posés au fond de l’eau. Chaque module peut être relié à une première extrémité latérale au fond de l’eau par une liaison ponctuelle et à sa seconde extrémité latérale par une liaison linéai reannulaire à la première extrémité d’un module adjacent. Si ces liaisons s’appuient sur des remblais mis à niveau, alors ce type de liaison permet de palier les variations du niveau du fond de l’eau sur lequel les modules sont destinés à être posés.
Lorsque les modules sont flottants ils peuvent être reliés au fond par des chaînes qui peuvent former un treillis. La longueur des chaînes est ajustée pour permettre aux modules d’être de niveau et être alignés.
Selon une autre caractéristique, le dispositif peut comprendre au moins deux ensembles du type précité, reliés l’un à l’autre de manière à avoir une forme en V.
Le dispositif peut encore comprendre une pluralité d’ensembles du type précité de manière à présenter une succession de forme en V. La forme en V peut présenter un ouverture angulaire comprise entre 30 et 120°.
Le dispositif peut comprendre quatre ensembles assemblés de manière à former un losange offrant ainsi une protection multidirectionnelle.
Dans encore une autre réalisation, le dispositif peut comprendre une pluralité d’ensemble reliés les uns aux autres de manière à former une structure à contour fermé permettant par exemple de protéger des objets dispositifs placés à l’intérieur dudit contour.
Les modules peuvent être posés sur le fond de l’eau ou bien présentent une flottabilité positive et sont retenus au fond de l’eau.
Dans les différentes variantes ou exemples précités de l’invention, chaque cavité peut présenter une largeur, c’est-à-dire une dimension selon la direction de propagation des vagues, qui est environ 10 fois plus petite que la longueur d’onde centrale de la vague dont on souhaite atténuer l’amplitude.
Dit autrement, en moyenne, la largeur de la cavité est de un dixième de la longueur d’onde incidente sur ladite cavité. Lorsque le module comprend plusieurs cavités pouvant atténuer différentes longueur d’onde centrale de vagues, il faudra alors dimensionner les cavités selon le critère précité et en fonction des paramètres dimensionnelles des ouvertures au regard des longueurs d’ondes à atténuer.
Selon une autre caractéristique, chaque cavité peut présenter la forme d’un cylindre, par exemple la forme d’un cylindre droit.
Selon une autre caractéristique, le cylindre peut être ouvert à une extrémité suivant une génératrice de manière à former la seconde ouverture.
Dans cette dernière configuration, la fréquence de résonance d’une cavité est ainsi fonction de la largeur de la cavité, c’est-à-dire de sa dimension selon la direction incidente des vagues sur ladite cavité et des paramètres dimensionnelles de la première ouverture.
Chaque module peut présenter une largeur constante, ce qui permet de faciliter l’installation la fabrication d’un module et également son transport puisque la largeur est fixe.
Brève description des figures
- la figure 1 illustre schématiquement le principe d’atténuation des vagues selon la technique antérieure et comprend une partie A nommée figure 1 A et une partie B nommée figure 1 B, la figure 1A correspondant à des vagues ayant une première longueur d’onde (plus petite), la figure 1 B correspondant à des vagues ayant une seconde longueur d’onde (plus grande) ;
- la figure 2 est un graphe du taux de transmission de l’amplitude de l’onde incidente des vagues en pourcentage en fonction de la longueur d’ondes des vagues ;
- la figure 3 représente un module comportant plusieurs résonateurs agencés côte à côte avec des ouvertures en direction du fond;
- la figure 4 est une illustration schématique de plusieurs variantes d’un résonateur utilisable avec l’invention ;
- la figure 5 comprend une partie A nommée figure 5A et une partie B nommée figure 5B, la figure 5A illustrant le principe d’atténuation selon l’invention et la figure 5B est un graphe du taux de transmission des vagues en pourcentage en fonction de la longueur d’ondes vagues pour une géométrie fixée et présentée figure 5A ;
- la figure 6 comprend trois parties A, B et C, respectivement nommées figures 6A, 6B et 6C, la figure 6A représentant une variante d’un résonateur dont l’ouverture immergée présente une section variable, la figure 6B étant un graphe représentant la variation du taux de transmission en fonction de la longueur d’onde pour plusieurs sections et la figure 6C étant un graphe représentant la variation de la longueur d’onde à transmission nulle en fonction de la hauteur de la section de l’ouverture immergée ;
- la figure 7 comprend deux parties A et B, respectivement nommées figures 7A et 7B, la figure 7A représentant une autre variante d’un résonateur dont l’ouverture immergée présente une section variable, la figure 7D étant un graphe représentant la variation de la longueur d’onde à transmission nulle en fonction de l’angle de la section de l’ouverture immergée ;
- la figure 8 représente un dispositif selon l’invention comprenant une seconde ouverture apte à être positionné à une hauteur variable en fonction des vagues ;
- la figure 9 comprend deux parties A et B, respectivement nommées figures 9A et 9B, la figure 9A étant une vue en coupe du dispositif selon la présente divulgation et selon un plan de coupe passant par plusieurs modules, la figure 9B étant une vue en coupe selon le plan de coupe AA de la figure 9A ;
- la figure 10 comprend deux parties A et B, respectivement nommées figures 10A et 10B et représentant deux variantes pour liaison des modules au plancher marin ;
- les figures 11A et 11 B représentent deux variantes de réalisation d’un module selon l’invention ;
- la figure 12 représente un exemple d’un ensemble comprenant une pluralité de modules comme représenté en figure 11A ;
- la figure 13 représente une variante d’intégration d’un ensemble selon l’invention sur un littoral ;
- la figure 14 représente une autre variante d’intégration d’un ensemble selon l’invention sur un littoral ;
- la figure 15 est une variante d’un module selon l’invention ;
- la figure 16 est une autre variante d’un module selon l’invention. Description détaillée de l’invention
On se réfère maintenant aux figures 3 et suivantes qui illustrent l’invention telle qu’exposé dans ce qui suit.
Selon la présente divulgation, au lieu d’utiliser un mur comme dans la technique antérieure, il est proposé de d’utiliser une pluralité de résonateurs 16 formés par des cavités résonantes 16 dans lesquelles une oscillation de l’eau est générée en opposition de phase avec les vagues incidentes sur le dispositif 15 ci-après décrit. Ces résonateurs présentent une largeur, c’est-à-dire une dimension selon la direction de propagation des vagues, une longueur selon une direction perpendiculaire à la direction de propagation des vagues, ces dites deux directions étant perpendiculaires à une direction verticale (correspondant à la direction de la gravité terrestre). Chaque cavité présente une largeur choisie pour être environ 10 fois inférieur à la longueur d’onde centrale des vagues. En pratique, la longueur des cavités pourra prendre des valeurs variables sans que cela affecte le fonctionnement du dispositif. La largueur de chaque cavité est choisie pour avoir une largeur égal à environ 1/10 de la longueur d’onde de la vague dont on souhaite atténuer l’amplitude.
Le dispositif selon le présent document comprend une pluralité de modules 18 juxtaposés les uns à côté des autres selon une direction donnée D (figure 11 A et figure 11 B). Les modules 18 ainsi juxtaposés forment un ensemble qui s’étend selon ladite direction D. Le dispositif 18 peut comprendre un seul ensemble de résonateurs ou bien plusieurs ensembles comme cela est représenté sur la figure 11 et qui sera décrite ultérieurement.
Chaque module 18 comprend au moins une cavité 16 comportant une première ouverture 20 et une seconde ouverture 22. Dans le cas illustré sur la figure 3, chaque module 18 comprend trois cavités 16a, 16b, 16c mais il pourrait en comprendre moins ou plus en fonction de la capacité à déplacer un module 18.
Comme cela est visible sur la figure 3, le module 18 illustré comprend trois cavités résonantes, une première cavité 16a, une deuxième cavité 16b et une troisième cavité 16c, comportant chacune une première ouverture 20a, 20b, 20c et une seconde ouverture 22a, 22b, 22c. Chaque module 18 comprend une paroi amont 24 et une paroi aval 26, la paroi amont 24 étant destinée à être agencée en vis-à-vis des vagues et la paroi aval 26 en vis-à- vis du port ou du littoral à protéger. Le module 18 comprend également deux parois latérales 28, 30 qui définissent des parois latérales de la première cavité 16a et de la troisième cavité 16c. On comprend que lorsque le module 18 ne comprend qu’une seule cavité résonante, alors les deux faces latérales 28, 30 du module délimitent latéralement la même cavité. Dans le cas représenté en figure 3, le module 18 comprend deux parois intercalaires 32, 34 qui délimitent ensemble la deuxième cavité. Chaque cavité 16 est également délimitée par une paroi de fond 36.
Comme on peut le voir sur la figure 3, chaque première ouverture 20 est formée dans la paroi de fond 38 mais les premières ouvertures 20a, 20b, 20c ne sont pas placées au même endroit sur la paroi de fond 36. Notons que les premières ouvertures 20a, 20b, 20c pourraient aussi être alignées. Les premières ouvertures 20a, 20b, 20c présentent la forme d’une fente, et plus généralement la forme d’un rectangle de plus grande dimension s’étendant selon une direction perpendiculaire à la direction de propagation des vagues et à la verticale lorsque le dispositif 15 est en cours d’utilisation.
Comme cela est bien visible en figure 3, chaque seconde ouverture 22a, 22b, 22c est délimitée par le bord supérieur des parois latérales 28, 32, 34, 30 et des parois amont 24 et aval 26 de chaque cavité 16 résonante. De manière plus générale, une seconde ouverture 22 pourrait avoir une autre forme sans que cela n’ait d’effet sur le fonctionnement de l’invention. En effet, la seconde ouverture 22 qui est ouverte à l’air ambiant permet à l’air d’entrer et de sortir de la cavité afin de permettre une variation du niveau d’eau dans la cavité résonante 16 pour que celle-ci puisse assurer la fonction de résonance souhaitée. Le but ici est de limiter la hauteur du dispositif à la stricte hauteur nécessaire au fonctionnement de l’invention pour éviter tout impact visuel négatif que le dispositif pourrait faire ressentir à des promeneurs ou plaisanciers. Comme cela est illustré sur la figure 4, une cavité résonante peut avoir une première ouverture ayant une forme variable, celle-ci n’ayant que peu d’effet sur le phénomène de résonance souhaité. Ainsi, la forme de la première ouverture peut être :
Rectangulaire avec la plus grande dimension s’étendant selon la direction D et agencé au voisinage de la paroi de fond (variante A),
Rectangulaire avec la plus grande dimension qui est verticale (variante B), Circulaire (variante C),
Similaire à la variante A mais avec un positionnement de la première ouverture plus centrale sur la paroi amont (variante D),
Similaire à la variante B mais avec un positionnement de la première ouverture à proximité d’une paroi latérale,
Une portion de disque ayant une ouverture angulaire qui peut par exemple être de 90°.
Les premières ouvertures 16 décrites en figure 4 pourraient être formées sur la paroi aval 26 ou la paroi de fond 38 ou la paroi amont 24.
L’ensemble formé par les modules 18 est agencé en vis-à-vis des vagues, par exemple perpendiculairement au sens de propagation des vagues dans le cas où un seul ensemble est utilisé. Les modules 18 sont placés dans une position dans laquelle la première ouverture 20 de chaque cavité 16 est immergée en permanence et dans laquelle la seconde ouverture 22 est en communication avec l’air ambiant, c’est-à-dire que la seconde ouverture 22 n’est jamais immergée, les dimensions des cavités 16 étant déterminées de manière à ce que chaque cavité 16 forme une cavité résonante à la longueur d’onde centrale des vagues.
L’hypothèse est ici faite que les vagues présentent une longueur d’onde centrale, c’est-à-dire que l’essentiel de l’énergie des vagues est à une fréquence connue et fixe, du moins sur une période de temps donnée qui évolue peu durant une journée, ce qui rend le procédé et le dispositif selon le présent document particulièrement intéressant.
La figure 5A illustre le positionnement du dispositif 15 selon le présent document dans l’eau avec la première ouverture 20 immergée et la seconde ouverture en communication avec l’air ambiant.
A la différence de la technique antérieure, l’utilisation de cavités résonantes 16 permet de réduire la transmission des vagues (amplitude de la vague transmise sur l’amplitude de la vague incidente) au travers des modules 18 pour une plus grande plage de longueur d’ondes. Le graphe de la figure 5B illustre la variation du taux de transmission en pourcentage en fonction de la longueur d’onde, la courbe 40 correspondant à la courbe de la figure 2 et la courbe 42 correspondant à un ensemble dont les caractéristiques dimensionnelles sont : largeur de cavité = 3m, largeur d’ouverture =0.5m, la première ouverture 20 étant agencée sur la paroi de fond 38. Sur ce graphique, on observe que la transmission est moins importante que pour la technique antérieure jusqu’à une longueur d’onde de 37 m.
Dans une réalisation pratique de l’invention, la première ouverture 20 de chaque cavité résonante 16 présente une section comprise entre 0,5 et 5 m2. La hauteur d’eau séparant un fond de chaque cavité 16 est inférieure à la moitié de la hauteur d’eau séparant le fond. Les cavités présentent des dimensions caractéristiques inférieures à la longueur d’onde et aptes à réaliser une résonance à la fréquence centrale des vagues. En pratique, chacune des dimensions de la cavité est au moins 10 fois inférieure à la longueur d’onde centrale des vagues.
La figure 6A illustre une autre réalisation de l’invention dans laquelle chaque cavité 16 résonante comprend un élément mobile 42 permettant de faire varier la section de la première ouverture 20, cet élément mobile 42 pouvant être une porte déplaçable à coulissement verticalement. L’élément mobile 42 permet ainsi de réduire ou d’augmenter la section de la première ouverture 20. La figure 6B représente trois courbes du taux de transmission en pourcentage en fonction de la longueur d’onde pour trois sections différentes. On observe que la variation de la section permet de déplacer la fréquence de résonance de la cavité 16, ce qui rend l’invention encore plus intéressante lorsque l’élément mobile 42 est couplé à des moyens de commande de moyens de déplacement de l’élément mobile et que les moyens de commande reçoivent en entrée une information de moyens de mesure de la fréquence des vagues. Un pilotage actif de la fréquence de résonance des résonateurs ou cavité 16 résonantes est alors possible.
Le graphe de la figure 6C illustre la variation de la longueur d’onde de résonance en fonction de la section de la première ouverture en mètres. Ce graphe indique que plus la section de la première ouverture est grande plus la longueur d’onde de résonance est petite, ce qui s’observe également sur le graphe de la figure 6B.
La figure 7A illustre une variante de réalisation dans laquelle la première ouverture 20 présente une section variable avec un élément mobile 42 autour d’un axe de rotation, la première ouverture 20 ayant la forme d’une portion de disque dont la section peut varier entre 0° et 90°.
La figure 7B illustre le même type de graphe que celui explicité en référence à la figure 6C. La figure 8 illustre un mode de réalisation qui peut être couplé avec une première ouverture 20 à section variable comme cela a été décrit précédemment mais qui n’est pas illustré sur les figures. Dans cette variante, chaque module 18 comprend une première partie 18a comportant la première ouverture 20 et une seconde partie 18b comportant la seconde ouverture 22 et mobile à étanchéité relativement à la première partie 18a de manière à faire varier la position en hauteur de la seconde ouverture 22. Cette seconde partie peut être configurée pour coulisser à étanchéité relativement à la première partie 18a et comprend des moyens flotteurs. Par ailleurs, chaque module 18 comprend un panneau mobile 44 à étanchéité sur une paroi amont du module, ce panneau comportant des moyens flotteurs. Comme cela est illustré sur la figure 8, lorsqu’une vague incidente présente une amplitude importante est susceptible de submerger la première partie du module 18, le panneau mobile 44 à moyen flotteur peut suivre le mouvement des vagues en montant et descendant successivement pour éviter que la vague ne passe par-dessus la première partie du module. Dans la cavité résonante, on observe que la seconde partie 18b suit le mouvement d’oscillation du niveau d’eau évitant que l’eau de la cavité résonante 16 ne sorte de celle-ci permettant ainsi à la cavité 16 de continuer d’assurer sa fonction de cavité résonante, la seconde ouverture 22 étant ainsi toujours émergée.
La figure 9 représente la liaison entre plusieurs modules 18 agencées côte à côte. Les modules 18 peuvent être structurellement distincts les uns des autres et reliés les uns aux autres par une liaison isostatique. Chaque module 18 peut être relié à une première extrémité latérale au fond de l’eau par une liaison linéaire annulaire 46 et à sa seconde extrémité latérale par une liaison ponctuelle 48 à la première extrémité d’un module 18 adjacent. Si ces liaisons s’appuient sur des remblais mis à niveaux, alors ce type de liaison permet de palier les variations du niveau du fond de l’eau sur lequel les modules sont destinés à être posés lorsqu’ils sont posés sur le fond de l’eau. La liaison linéaire annulaire de chaque module 18 au niveau du fond de l’eau est réalisée sur des plots rapportés sur le fond. La liaison ponctuelle 46 peut être réalisée par un pied sphérique en appui sur un plan et la liaison linéaire-annulaire 48 peut être réalisée par une gorge à forme en V dans laquelle sont montés des pieds sphériques.
Dans l’exemple représenté en figure 9, et visible en figure 9A, chaque module comprend trois cavités résonantes 16a, 16b, 16c, chaque cavité résonante comprenant une première ouverture 20 et une seconde ouverture 22 visible en figure 9B. Chaque module 18 comprend un premier renfoncement latéral 50, par exemple de forme en L, formé à une première extrémité latérale du module 18 et optionnellement second renfoncement latéral 52, par exemple de forme en L, formé à une seconde extrémité latérale du module 18.
Comme on peut le voir sur la figure 9A, le dispositif comprend plusieurs modules 18a, 18b, 18c, 18d agencés côte à côte latéralement. Pour un module donné 18b, le premier renfoncement 50 est délimité par une première paroi latérale 54 du module 18b et par une partie en saillie 55 latéralement vers le module adjacent 18a latéralement d’un premier côté. La première paroi latérale 54 du module 18b est agencée en vis-à-vis latéral d’une seconde face latérale 56 du module adjacent 18a. Cette partie 55 en saillie latérale est agencée verticalement entre une seconde extrémité du module adjacent 18a et une structure portante 58 ou support posée au fond de l’eau. Comme on peut le voir sur la figure 9A, les modules 18 coopèrent par emboitement les uns avec les autres de manière à ce que : le premier renfoncement 50 d’un module donné 18b reçoive la seconde extrémité d’un module adjacent 18a latéralement d’un premier côté, la partie en saillie 55 du module donné 18b étant intercalée verticalement entre ladite seconde extrémité du module adjacent 18a et une structure portante 58, et que le second renfoncement 52 reçoive la partie en saillie 55 du module adjacent 18c latéralement d’un second côté, ladite partie 55 en saillie étant intercalée verticalement entre la seconde extrémité du module 18b donné et une autre structure portante 58 .
La seconde extrémité de chaque module 18 réalise une liaison ponctuelle avec la partie en saillie d’un module adjacent, cette partie en saillie 55 réalisant une liaison linéaire annulaire avec la structure portante 58. Pour réaliser une liaison ponctuelle, chaque seconde extrémité d’un module 18, 18b comprend un pied sphérique 60 en appui sur une surface sensiblement plane de la partie en saillie 55 du module adjacent 18c d’un second côté latéral. On remarque que le pied 60 pourrait être formé sur la partie en saillie 55 et pourrait venir en appui sur une surface sensiblement plane de la seconde extrémité du module 18b. Pour réaliser une liaison linéaire annulaire, chaque partie 55 en saillie comprend deux pieds sphériques 62 (figure 9A et 9B) engagés dans une gorge à section en V d’une structure portante 58 ou support. On remarque les pieds sphériques 62 pourraient être formés sur la structure portante 58 et la gorge de réception des pieds formée sur la partie 55 en saillie. Chaque structure portante 58 comprend au minimum deux pieds amont 58a et aval 58b reliée l’un à l’autre par la gorge en V, les pieds 58a, 58b prolongent vers le haut par des murets 64a, 64b amont et aval dont les bords supérieurs sont positionnés respectivement de manière à être agencés en vis-à-vis d’une paroi amont et d’une paroi aval du module réalisant la liaison ponctuelle avec le module comportant une partie 55 en saillie. Les bords supérieurs des murets 64a, 64b peuvent également être agencés en vis-à-vis d’une paroi amont et d’une paroi aval du module comportant une partie 55 en saillie. De cette manière, les murets réalisent un maintien simultané de deux modules adjacents. Chaque structure portante peut comprendre trois pieds de manière à réaliser une liaison isostatique du pied sur le fond de l’eau.
Du remblai est disposé dans chaque gorge en V et entre les murets 64a, 64b et une partie en saillie 55 d’un module 18c et entre les murets 64a, 64b et les parois amont et aval du module 18b réalisant la liaison ponctuelle avec le module 18c comportant ladite partie en saillie 55.
Le remblais 54 permet d’empêcher tout basculement des modules 18 liés aux effets de tamponnement de l'énergie des vagues. Ce remblais 54 permet de compenser les défauts d'horizontalité des modules 18 entre eux. Ainsi les structures portantes ou supports 50 couplés aux systèmes de pieds 60a 60b et 61 , ainsi que l'utilisation de remblais 52 de niveau et 54 d'anti-basculement permettent de compenser les défauts d'orientation et de niveau des modules 18 entre eux.
La figure 10 illustre une première variante (figure 10A) de fixation des plots sur le fond de l’eau à l’aide plots par exemple comme décrit en référence à la figure 9 et une seconde variante (figure 11 B) dans laquelle les modules sont reliés les uns aux autres à l’aide de chaines ou câbles. Les modules comprennent des moyens flotteurs et sont ancrés au fond de l’eau par des câbles ou chaines mises en tension.
On observe que le dispositif 15 comprend deux ensembles A, B de modules, reliés l’un à l’autre de manière à présenter une forme en V dont le sommet C est orienté vers l’arrivée des vagues. La forme en V peut avoir un angle compris entre 30 et 120°. Le dispositif 15 peut comprendre plusieurs couples d’ensembles A, B à forme en V agencés successivement de manière à présenter une forme en VV ou VW par exemple, l’étendue du dispositif 15 dépendant de la zone de l’étendue de la zone à protéger.
La figure 11A illustre un module 66 comprenant N cavités résonantes, chaque cavité comportant une première ouverture et une seconde ouverture qui ne sont pas représentées sur cette figure. Parmi ces N cavités, au moins k cavités présentent des largeurs différentes deux à deux, k étant inférieur ou égal à N. La largeur de chacune des k cavités est ainsi adaptée à réaliser une résonance à une fréquence centrale différente des autres k cavités, de sorte que lorsqu’une vague impacte un module, chacune des k cavités va ainsi résonner à une fréquence différente.
En utilisant k cavités comme défini précédemment, il est ainsi possible de réaliser une atténuation de l’amplitude des vagues sur une gamme de fréquence large.
Dans l’exemple représenté, N est égal à 4 et k est égal à 3. Ainsi deux premières cavités 661 sont dimensionnellement identiques et présentent une même première largeur et une même longueur.
Dans l’exemple représenté, en figure 11 A, tout paramètre dimensionnel autre que la largeur étant identique entre les cavités 661, 662, 663, les cavités 661 résonnent des fréquences identiques.
Il serait encore possible d’avoir une configuration d’un module 66’ telle qu’illustré en figure 11 B. Dans celui-ci, on observe que les cavités 661 et 66-r présentent une largeur identique mais présentent des fréquences de résonance différentes car les ouvertures sont différentes, en particulier les premières ouvertures des cavités 661 et 66-r sont différentes et les secondes ouvertures des cavités 661 et 66r sont identiques.
Le module comprend une deuxième 662 et une troisième 663 cavités dont la somme des largeurs est égale à la première largeur. La deuxième largeur de la deuxième cavité 663 est inférieur à la troisième largeur de la troisième cavité 663. Les premières ouvertures des cavités 662 et 663 peuvent être identiques mais peuvent aussi être différentes. Les secondes ouvertures de ces cavités 662, 663 peuvent être identiques. Les deux premières cavités 661 sont agencés cote à cote. La deuxième cavité 662 et la troisième 663 cavité sont agencées l’une derrière l’autre selon le sens de propagation des vagues. La deuxième 662 et la troisième 663 cavités sont agencées à une extrémité latérale du module 66. Elles pourraient encore être agencées entre les deux premières cavités 661. La figure 12 illustre un ensemble 68 comprenant une pluralité de modules 66 comme représenté en figure 11A. On pourrait aussi réaliser un assemblage de module 66’ comme illustré en figure 11 B ou encore une combinaison de modules 66 et 66’.
L’ensemble 70 peut comprendre plusieurs modules 68 (ou tout autre module décrit précédemment) et les modules peuvent avoir une forme comprenant une succession paire ou impaire de modules 68 avec une forme en créneaux à forme en V comme illustré en figure 13. L’ensemble peut aussi avoir une forme plus générale en zigzag qui peut suivre une ligne directrice droite ou bien courbe. Les modules 68 peuvent être agencés à angle droits les uns des autres et reliées successivement les uns aux autres par leurs extrémités. L’ensemble 72 peut encore comprendre trois modules 68 comme illustré sur la figure 14 ou tout autre mode de réalisation d’un module décrit dans le présent document, les trois modules 68 ayant une forme générale en U, l’ouverture du U permettant l’accès aux bateaux à la zone protégée située à l’intérieur du U.
La figure 15 illustre un module 74a dans lequel la paroi aval 76a de chaque module 74a présente une hauteur supérieure à la hauteur de la paroi amont 78 de manière à éviter qu’une vague puisse submerger le dispositif. Cela permet de compenser une éventuelle faiblesse de filtration en fréquence des vagues. Par exemple, lorsqu’une série de vagues ayant une fréquence centrale difficilement atténuable par le dispositif (car non prévu d’un point de vue dimensionnel car la série de vagues est rare) arrive sur celui-ci, la paroi aval 78 surélevée peut permettre de bloquer la propagation de la vague comme dans un dispositif classique tel qu’une digue.
La paroi aval 76b du module 74b surélevée peut encore comprendre une partie d’extrémité supérieure qui est orientée vers l’amont de manière à créer un contre-courant pour limiter encore la submersion du dispositif.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé d’atténuation de l’amplitude des vagues (12) transmise au travers d’un dispositif
(15), les vagues présentant une fréquence centrale donnée et le procédé comprenant l’utilisation du dispositif (15) comprenant :
- un ensemble (A, B) d’une pluralité de modules (18) juxtaposés les uns à côté des autres selon une direction donnée (D), chaque module (18) comprenant au moins une cavité
(16) comportant une première ouverture (20) et une seconde ouverture (22) ; dans lequel les modules (18) sont placés dans une position dans laquelle la première ouverture (20) de chaque cavité est immergée en permanence et dans laquelle la seconde ouverture (22) est en communication avec l’air ambiant, les dimensions des cavités (16) et des ouvertures étant déterminées de manière à ce qu’au moins une cavité de chaque module forme une cavité résonante à la fréquence centrale donnée.
2. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chaque module (18) comprend au moins deux cavités (16a, 16b, 16c) résonantes agencées côte à côte.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la hauteur d’eau séparant un fond de chaque cavité (16a, 16b, 16c) est inférieure à la moitié de la hauteur d’eau séparant le fond.
4. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif (15) comprend un élément mobile (42) permettant de faire varier la section de la première ouverture.
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le dispositif (15) comprend des moyens de mesures de la longueur d’onde centrale des vagues, ces moyens étant reliés à des moyens de commande de moyens de déplacement de l’élément mobile (42).
6. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chaque module (18) comprend des moyens aptes à faire varier la position en hauteur de la seconde ouverture (22) de chaque cavité (16).
7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel chaque module (18) comprend une première partie (18a) comportant la première ouverture (20) et une seconde partie (18b) comportant la seconde ouverture (22) et mobile à étanchéité relativement à la première partie (18a) de manière faire varier la position en hauteur de la seconde ouverture (22).
8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel la seconde partie (18b) est configurée pour coulisser à étanchéité relativement à la première partie (18a) et comprend des moyens flotteurs.
9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, dans lequel chaque module (18) comprend un panneau mobile (44) à étanchéité sur une paroi amont du module, ce panneau (44) comportant des moyens flotteurs.
10. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les modules (18) sont structurellement distincts les uns des autres et reliés les aux autres par une liaison isostatique.
11 . Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif (15) comprend au moins deux ensembles (A, B) du type précité, reliés l’un à l’autre de manière à avoir une forme en V.
12. Procédé selon la revendication dans lequel le dispositif (15) comprend une pluralité d’ensemble du type précité de manière à présenter une succession de forme en V.
13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel la forme en V présente un ouverture angulaire comprise entre 30 et 120°.
14. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les modules (18) sont posés sur le fond de l’eau ou bien présentent une flottabilité positive et sont retenus au fond de l’eau.
15. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chaque module comprend N cavités résonantes avec au moins k cavités présentant des largeurs différentes deux à deux, k étant inférieur ou égal à N, la largeur étant mesurée selon la direction de propagation des vagues.
16. Procédé selon l’une des revendications précédentes, chaque cavité présente une largeur, c’est-à-dire mesurée selon la direction de propagation des vagues, qui est environ 10 fois plus petite que la longueur d’onde centrale d’une vague à atténuer.
17. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chaque cavité présente la forme d’un cylindre, par exemple la forme d’un cylindre droit.
18. Procédé selon la revendication 17, dans lequel le cylindre est ouvert à une extrémité suivant une génératrice de manière à former la seconde ouverture.
19. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chaque module présente une largeur qui est constante.
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