Les en­ro­che­ments. Nou­veaux ou­vrages de pro­tec­tion la­custres dans la Rade de Ge­nève

La conception des digues passe notamment par la définition des couches et des types de matériaux à même de leur garantir un comportement satisfaisant à long terme. Les digues doivent non seulement résister aux violents impacts des vagues, mais aussi être conçues de façon à éviter que les matériaux plus fins qui forment leur corps ne soient progressivement emportés par les courants. Pour y parvenir, les couches sont définies d’une part par des caractéristiques géométriques comme leur épaisseur ou leur pente, et d’autre part, par la taille ou le poids des matériaux qui doivent les composer. Ces données sont alors précisément reproduites sur des plans destinés à l’entreprise. Une précision toute théorique puisque, comme nous le verrons plus loin, le plus délicat reste à faire : construire effectivement des digues remplissant les exigences figurant sur les plans. Avant d’aborder les cas concrets en cours de réalisation dans la Rade de Genève, un aperçu des principes appliqués pour la conception des digues et de leurs enrochements semble nécessaire.

Considérations économiques et dimensionnement

Jusqu’à une profondeur de six à huit mètres, et compte tenu de la proximité de nombreuses carrières dans la région lémanique, il est économiquement préférable de réaliser des ouvrages avec des remblais déposés sur le fond du lac plutôt que de fabriquer des structures en béton ou en acier. Les enrochements étant plus chers que le concassé de carrière, le plus gros du volume doit être construit avec ce dernier, qui est ensuite protégé par une carapace d’enrochements. À noter encore qu’il est sensiblement meilleur marché (environ 30%) d’effectuer les travaux de mise en place depuis la terre ferme plutôt que depuis des barges.

Pour le dimensionnement des digues ou des palplanches, c’est l’action des vagues produites par la Bise qui est déterminante. Par comparaison, les charges de vent, les chocs et les vagues dus aux bateaux sont négligeables. L’action des vagues est prise en compte dans les calculs à l’aide du modèle de Goda, qui permet de définir une répartition statique des pressions qui soit équivalente aux efforts dynamiques des vagues. Selon des études probabilistes réalisées à l’EPFL, les principaux facteurs d’influence sont la hauteur des vagues, leur vitesse, leur longueur d’onde et leur fréquence (période de retour des épisodes de Bise). Les efforts dépendent aussi de l’angle d’incidence des vagues (orientation de la digue par rapport à la direction principale du vent) et de la géométrie des digues. La hauteur des digues et la profondeur du lac étant variables, plusieurs situations ont été analysées et seule la plus défavorable a été retenue. Il en découle une répartition des pressions du type de celle décrite sur le schéma ci-dessus (fig. 1), avec trois valeurs de pic : en pied de digue, en sommet de digue et au niveau de l’eau. Ces charges statiques servent ensuite de base au géotechnicien pour les calculs de résistance des ouvrages de protection.

Pour les enrochements à proprement parler, le dimensionnement consiste essentiellement à s’assurer que le poids des blocs est suffisant pour résister aux impacts des vagues : dans le cas présent, le poids nécessaire pour s’opposer à une vague de Bise ayant un temps de retour 100 ans est de 1,3 à 2 to, soit une sphère de 60 cm de diamètre. C’est ainsi le tonnage, et non la taille comme c’est généralement le cas avec les matériaux granulaires, qui sert de descriptif pour les blocs. À noter encore que ces blocs doivent impérativement être non gélifs.

Provenance des matériaux et exigences

Le choix de la provenance des matériaux est du ressort de l’entreprise. Dans le cas présent, les carrières du Salève et la région du Bugey dans le Jura assurent l’essentiel de la fourniture. Le Salève offre plutôt des enrochements massifs, cyclopéens de forme relativement sphérique. Du côté du Bugey, les carrières sont des découvertes, creusées depuis la surface et composées de bancs successifs conférant une forme de parallélépipèdes aux blocs. La dimension, la composition chimique, la provenance et la gélivité des enrochements doivent être garanties par l’entrepreneur. Des contrôles, essentiellement visuels, sont entrepris sur le chantier. Des tests chimiques en laboratoire sont aussi effectués afin de détecter d’éventuelles pollutions, par exemple par des explosifs.

Les matériaux sont livrés sur le chantier par des camions. Pour les travaux effectués depuis le lac, notamment les Digues Ouest, les matériaux sont transportés sur leur lieu d’utilisation soit à l’aide d’un transporteur, soit à l’aide de barges sur lesquelles les camions montent. Si la mise en place se fait depuis la terre, les camions versent directement leur chargement au bon endroit. 

Sur les plans, les concassés de carrière sont caractérisés par la taille des grains minimaux et maximaux, ainsi  mque par leur répartition en classes granulométriques. À titre d’exemple, le corps de la Digue Nord est fait de «Concassé de carrière 30-450 mm : 20% de 30-80 mm, 40% de 80-150 mm et 40% de 150-450 mm». Pour les enrochements à proprement parler, c’est le poids, le mode de mise en place et l’épaisseur qui sont indiqués sur les plans.

Toujours à titre d’exemple, la Digue Nord est recou-verte de «Parement en enrochements placés, 1.3-2 to, ép. 2 m». Le descriptif des enrochements précise si la mise en œuvre se fait par voie terrestre ou lacustre, si les blocs doivent être calibrés (deux faces parallèles avec précision de la hauteur) ou cyclopéens (de forme quelconque) et s’ils doivent être appareillés par bancs horizontaux ou juste placés. 

Finalement, ce sont des critères de filtre qui définissent l’épaisseur minimale requise des couches d’enrochements, avec pour objectif que les concassés de carrière du corps de la digue ne puissent pas circuler et s’échapper entre les blocs de la carapace.

Travail «à l’aveugle», mais avec l’aide du GPS

Livrés en vrac sur le chantier, les cailloux utilisés pour la construction des digues sont ensuite mis en place à l’aide de gigantesques pelles mécaniques. La précision des travaux dépend alors beaucoup de l’adresse des machinistes : assistés par des outils GPS, ils doivent alors être capables, avec l’extrémité de leur immense bras mécanique, de soigneusement répartir selon la géométrie souhaitée les matériaux relativement fins du corps de la digue. Le savoir-faire des machinistes est encore plus important pour la seconde étape, lorsqu’ils doivent choisir, saisir puis empiler minutieusement les gros blocs de formes plus ou moins alétoires destinés aux enrochements servant de carapace.

Le contrôle de la mise en œuvre est très délicat,  puisque les machinistes travaillent pour ainsi dire «à l’aveugle» depuis la surface, avec l’extrémité du bras de leur pelle souvent dans de l’eau trouble. Les pelles sont équipées de senseurs permettant de reporter sur un écran la position du grappin sous l’eau et de la visualiser sur les dessins du géomètre. Ces outils GPS et l’habileté des machinistes permettent en général d’obtenir des positionnements relativement précis. Des contrôles sont ensuite effectués par un plongeur guidé par micro depuis la surface et dont les films sont visionnés en direct. 

La profondeur à laquelle le plongeur se situe et l’émergence des bulles qui remontent à la surface sont utilisées pour positionner ses observations. L’expérience montre toutefois qu’il faut attendre une année et plusieurs épisodes de Bise pour que l’ouvrage se mette définitivement en place, et y apporter d’éventuelles rectifications.

Lorsqu’il s’agit de positionner des élément-blocs calibrés et appareillés, le machiniste effectue généralement un tri préalable des blocs avant de procéder à un montage à vide au grand air. Une fois la distribution des blocs définie, ceux-ci sont numérotés afin de faciliter leur mise en place définitive sous l’eau. Dans le cas où ils doivent être appareillés, il est parfois nécessaire de rectifier les bords des blocs en les sciant.Comme nous allons le voir dans les exemples qui suivent, les travaux des chantiers du Port et Plage publique des Eaux-Vives et du Port de la Société Nautique de Genève (voir représentation générale page 45) offrent une déclinaison variée des principes exposés jusqu’ici.

La Digue Nord, protection de l’ensemble du projet

Commençons donc par l’ouvrage de protection le plus important, la Digue Nord du Port de la Société Nautique de Genève. De par sa situation dans la géométrie générale du projet, cette longue digue protège l’ensemble des nouvelles constructions et fonctionne comme une sorte de « pare-chocs » vis-à-vis des vagues de Bise. Elle a été conçue comme une digue poids qui, à l’instar de la plupart des autres digues de la Rade, émerge des eaux de quelque 1,6 m. Cette hauteur émergeante relativement modeste ne doit pas faire oublier qu’il s’agit en réalité d’un gigantesque ouvrage nécessitant la mise en place de volumes de pierres considérables, puisque, à son extrémité, sa hauteur totale par rapport au fond du lac dépasse largement les huit mètres.

Premier élément mis en place, le corps de la digue est composé d’un concassé de carrière 30 à 450 mm. Ce sont ces matériaux qui, au fur et à mesure de leur déversement dans le lac, font véritablement émerger la Digue Nord. Livrés directement par les camions sur la partie déjà construite, les cailloux sont ensuite répartis à la pelle mécanique. Étant donné la mauvaise qualité du fond lacustre, celui-ci a préalablement été protégé par des géo-grilles mises en place par des plongeurs et dont l’objectif est d’éviter une rupture du fond du lac par poinçonnement. Le corps de la digue est ensuite recouvert d’une carapace en enrochements cyclopéens destinée à absorber l’impact des vagues (figs. 2 à 5). Cette couverture, qui est composée de blocs dont le poids varie entre 1.3 et 2 to,  a une épaisseur théorique de 2 à 3 mètres, ce qui correspond approximativement à 2.5 à 3 fois le diamètre des plus gros blocs. Du côté du large, faisant face à la Bise, le parement est construit en enrochements placés : les blocs sont imbriqués les uns dans les autres au moyen d’une pince, en laissant entre eux des vides suffisamment réduits pour éviter que le corps intérieur de la digue ne se vide. L’agencement final des blocs de la carapace doit garantir leur stabilité tout en veillant à obtenir une surface aussi rugueuse que possible pour freiner les vagues et dissiper leur énergie. La pente de la digue (35°) correspond approximativement à l’angle de frottement interne des matériaux. De l’autre côté, à l’intérieur du port, la pente est plus accen-tuée (jusqu’à 45°) sur la partie supérieure de l’ouvrage, afin de garantir la navigation à proximité de la digue et l’accostage des voiliers ayant d’importants tirants d’eau. Il est alors nécessaire de réaliser des enrochements dit « appareillés », c’est-à-dire que les bords des blocs sont préparés de façon à s’emboîter aussi précisément que possible les uns dans les autres.

Zone de déferlement côté lac

Lors des tempêtes de Bise, les vagues se brisent contre les enrochements et le vent emporte des embruns en direction des bateaux amarrés juste derrière la digue. En hiver, lors de grands froids, ces embruns peuvent geler sur les bateaux et les alourdir jusqu’ à risquer de les faire couler. Pour se prémunir de ce danger, une zone de déferlement a été prévue en amont de la Digue Nord. (fig. 3). Il s’agit d’un haut fond, situé entre 20 et 60 cm sous la surface de l’eau et sur une distance variant entre 15 et 30 m, qui provoque le déferlement des vagues et une perte progressive de leur énergie. Le matériau utilisé, un concassé de carrière 50-150 mm, est à la fois suffisamment rugueux pour freiner les vagues sans être emporté par ces dernières. 

Ces enrochements sont sans doute les plus « raffinés » de l’ensemble du projet, puisqu’il s’agit de « pas d’âne » (marches rampantes très basses) permettant un accès à la baignade et des bains de soleil à proximité de l’eau. (fig. 6). Les blocs sont à la fois calibrés (deux faces horizontales parallèles) et appareillés (bord des blocs préparés pour s’emboiter), afin d’obtenir des surfaces aussi horizontales que possible. Leur poids propre important (entre 1,3 et 2 tonnes) leur permet d’encaisser directement l’impact des vagues de Bise.

Les trois digues de protection des ports à l’Ouest

Quasi parallèles aux trains des vagues, les trois Digues Ouest sont conçues pour fonctionner plus comme des glissières que pour reprendre de plein fouet les vagues. Sans liaison directe avec les berges, elles sont construites à l’intérieur d’un double rideau de palplanches stabilisé par des tirants et sont remplies avec du gravier 50-150 mm depuis des barges. Émergeant aussi de 1,6 m au-dessus de l’eau du côté du large, le couronnement des deux digues parallèles au quai Gustave-Ador est composé d’enrochements cyclopéens appareillés. Côté ports, les enrochements sont un peu moins hauts et sont recouverts par une simple couche de gravier grossier (fig. 7). Légèrement plus basse, la troisième digue ne comprend que des enrochements recouverts de gravier grossier (fig. 8). Ces trois grèves insulaires ont été conçues de manière à offrir aux espèces d’oiseaux limicoles des zones d’accueil isolées de la berge et à l’abri des dérangements et des prédateurs terrestres. Il s’agit d’une mesure compensatoire mise en œuvre dans le cadre du projet.

Côté ville, la Plage publique des Eaux-Vives et le Jardin d’Eau

Recouverte de gravier alluvionnaire de 4 à 32 mm, la plage a été divisée en cinq anses séparées par quatre épis de contention. Ces épis ont pour objectif de cloisonner le gravier dans des casiers afin de limiter sa migration vers l’aval, sous l’effet des vagues de Bise. D’abord émergeants et horizontaux, ils plongent dans le lac, suivant la pente de la grève en direction du large. (figs. 10, 11). Dans leur partie émergeante, les épis se composent d’un corps en concassé de carrière entouré de lits réguliers d’enrochements calibrés et appareillés, assez similaires aux emmarchements de Genève-Plage. Ils sont recouverts par de grandes plaques horizontales dont la surface présente une rugosité agréable au contact, afin de pouvoir s’y allonger confortablement sur un linge (fig. 9).

Travail minutieux

Lorsque les travaux seront achevés, seule une faible part des rochers mis en place sera encore visible, selon des géométries plus ou moins précises. La plupart des cailloux extraits du Salève ou de la région de Bugey dans le Jura auront définitivement été noyés. Les plans précis n’auront plus vraiment de raison d’être. Et le majestueux balai des gigantesques pelles lissant des surfaces de concassés ou saisissant délicatement entre leurs pinces géantes des rochers d’un peu plus d’un tonne ne subsistera qu’à travers le témoignage figé des photographies de Serge Fruehauf.

Le journal "La plage"

 

Le journal "La plage" retrace toutes les étapes du chantier de la plage publique des Eaux-Vives à Genève. Tiré à 3000 exemplaires et gratuit, il est publié tous les quatre mois. Cette pubilcation offre un témoignage précieux et régulier sur le rythme du chantier. Avant les plaisirs de la baignade estivale, le journal veut d’abord relater et donner à lire un autre plaisir doublé d’une expérience unique : le chantier. Le projet éditorial de La plage ne cherche pas tant à décrire le futur projet qu’à témoigner des réalités des hommes et des femmes qui y sont à l’œuvre. Afin de diffuser le plus largement possible ce projet éditorial sur l'art du chantier, espazium.ch diffuse une sélection d’articles issus de chaque numéro du journal La plage. Nous remercions chaleureusement toute l'équipe oeuvrant sur le projet ainsi que Jacques Perret, responsable éditorial des journaux. Bonne lecture.

 

La plage n°1, journal de chantier
Observer des processus créateurs
Les palplanches
Portrait: Roger Nauer, responsable des travaux lacustres pour le projet Port et Plage publique des Eaux-Vives à Genève

 

La plage n°2, journal de chantier
Il n'y a pas de plage sans vagues
Les enrochements. Nouveaux ouvrages de protection lacustres dans la Rade de Genève
Portrait: David Ballatore, contremaître pour les travaux lacustres de l’extension du Port de la Société Nautique de Genève
La formation de la Rade de Genève

 

La plage n°3, journal de chantier
La Rade de Genève, de la dernière glaciation à nos jours
Encadrer des processus créateurs: comment interpréter l'interdiction  de principe de réaliser une plage
Les remblais
Portrait: Philippe Sautier

 

La plage n°4, journal d'un chantier
Les stations lacustres de la rade de Genève
Pas­se­relle et pla­te­formes mé­tal­liques sur pieux
Por­trait: Laurent Sci­boz
47 siècles d’his­toire sous la plage