Simulation hydrodynamique des ouvrages anti-tsunami
L’importance de la protection contre les tsunamis a toujours été dans les esprits mais elle devient un sujet de plus en plus récurrent eu égard à la densification démographique et foncière de toutes les régions côtières de par le monde. Nous savons que ces catastrophes naturelles peuvent, par effet de déferlement et de submersion, causer des destructions massives et des pertes humaines considérables et les conceptions de structures capables de stopper ou de réduire l’impact d’une vague de tsunami sont donc cruciales et urgentes.
Les Littoraux Exposés aux Risques de Tsunami
Les tsunamis représentent une menace majeure pour les littoraux situés dans les régions sismiquement actives que l’on retrouve aussi bien sur les côtes du Pacifique, de l’Atlantique et de l’Océan Indien. La présence de failles sismiques actives et de l’activité volcanique sous-marine en sont les causes.
Le Japon, l’Indonésie, le Chili et l’Alaska se distinguent notamment par leur historique de tsunamis dévastateurs. Le Japon, par exemple, est situé sur la ceinture de feu du Pacifique, une zone de forte activité sismique. L’Indonésie, quant à elle, est fréquemment touchée par des séismes sous-marins qui génèrent des tsunamis.
Les Risques des tsunamis en Méditerranée
La Méditerranée, bien que moins connue pour ses tsunamis que le Pacifique, a un historique notable de ces événements. Des tsunamis ont été enregistrés depuis l’Antiquité, causés par des séismes sous-marins ou des éruptions volcaniques. Par exemple, l’éruption de Santorin en 1600 av. J.-C., proche de la Crête, a généré un tsunami dévastateur. On notera également le risque présent en Méditerranée occidentale, sur les côtes Liguriennes et Maghrébine.
Les tsunamis en Méditerranée se distinguent par des hauteurs de vagues généralement plus modestes que ceux des océans Pacifique ou Indien, mais la hauteur de la vague peut cependant atteindre plusieurs mètres. Il n’en demeure pas moins que la densité de population et des infrastructures côtières accroissent le potentiel de destruction et impliquent de prendre des mesures de protection tout aussi rigoureuses.
Dispositifs de Résistance aux Vagues de Tsunami
Les digues et barrières sont des structures couramment utilisées pour la protection contre les tsunamis et pour protéger les littoraux. Leur conception repose sur des principes hydrodynamiques visant à dissiper l’énergie des vagues et à réduire leur impact en stoppant la progression de l’onde. Elles diffèrent assez notablement des brise-lames développés pour la lutte contre les houles extrêmes, la raison reposant essentiellement sur des caractéristiques physiques assez différentes entre ces deux phénomènes, notamment la période des vagues
L’efficacité de ces structures dépend principalement de leur hauteur et de leur épaisseur. Eu égard à la rareté relative de ces évènements, l’approche statistique sur le potentiel de hauteur de vague doit absolument être associé à un coefficient de sécurité ultra-majoré. Visiblement, ce n’était pas le cas pour la conception du mur d’enceinte de la centrale nucléaire de Fukushima, la vague étant passée par-dessus.
Structures d’atténuation naturelles et artificielles pour la protection contre les tsunamis
Les mangroves et les récifs coralliens sont des barrières naturelles qui peuvent atténuer l’impact des tsunamis. Les mangroves, avec leurs racines denses, absorbent l’énergie des vagues, tandis que les récifs coralliens brisent les vagues avant qu’elles n’atteignent le rivage. La préservation de ces écosystèmes est essentielle pour la protection des littoraux.
Par extension, les récifs artificiels, permis par les innovations récentes dans les matériaux et les techniques de construction, pourraient apporter une protection additionnelle permettant de diminuer l’impact des tsunamis.
Simulation Numérique d’un Tsunami et des Efforts Hydrodynamiques sur la Structure
La simulation numérique est cruciale pour comprendre et prévoir les impacts des tsunamis sur les ouvrages de protection. Elle permet d’anticiper les efforts hydrodynamiques et d’optimiser la conception des structures.
Simulation de la CFD (Dynamique des Fluides Numérique)
La CFD est utilisée pour modéliser les vagues de tsunamis et permet d’évaluer très finement les efforts hydrodynamiques sur des structures de protection existantes ou en cours de développement. Elle met en œuvre les équations de Navier-Stokes appliquées à des calculs transitoires instationnaires mixant le mélange air-eau.
Une exigence élevée est mise en œuvre sur la captation des phénomènes aux endroits clés, notamment à l’interface entre l’eau et l’air, mais aussi au plus proche de la paroi des ouvrages. Les simulations s’apparentent aux expérimentations physiques que l’on peut trouver dans les installations de type canal à houle, à la différence qu’il est beaucoup plus facile et beaucoup moins coûteux de générer une vague de tsunami en simulation que dans un canal.
Les résultats des simulations fournissent des données précieuses sur les efforts hydrodynamiques, la turbulence et la vitesse d’écoulement. Elles donnent également accès aux coefficients hydrauliques des ouvrages ce qui permet d’apprécier de manière rationnelle et scientifique leur efficacité sur la transmission, la dissipation et la réflexion de l’onde et de l’énergie du tsunami.
Conception et Design des Ouvrages de Protection contre les Tsunamis
La conception des ouvrages de protection contre les tsunamis doit suivre une méthodologie rigoureuse et précise en respectant des principes de base. Elle est souvent le fruit d’une collaboration interdisciplinaire entre ingénieurs, designers et chercheurs. Chaque discipline apporte une expertise unique, permettant de créer des solutions innovantes et efficaces. Cette émulation est essentielle pour développer des structures qui protègeront les côtes tout en étant durables et économiquement acceptables.
Intégration des résultats de simulation dans le design final
Les résultats des simulations numériques sont intégrés dans le design final des ouvrages de protection sous certaines conditions. Il faut en effet d’abord démontrer leur fiabilité notamment par la corrélation avec des cas d’essais expérimentaux. Puis leur apport est magnifié par un plan d’expérience numérique permettant de tester différents scénarios et de prévoir les performances des structures sous diverses conditions de vagues. Au final l’intégration de ces résultats assure que les structures sont bien optimisées pour résister aux tsunamis les plus puissants.
