En conclusion, il semble que de nombreux itinéraires ainsi que de nombreux ouvrages seraient justiciables de l'une ou l'autre technique, apportant un gain monétaire, une plus grande vitesse et/ou une meilleure insertion écologique. 

Sommaire (cliquer sur le numéro du paragraphe pour y accéder directement)

I. L’ONDE BLEUE

I.1. S’affranchir de l’écluse

I.1.1 Historique

I.1.2 Principe

I.1.3 Comment ça marche

I.1.4 Régulation électronique du mouvement des bateaux

I.1.5 Fractionner la chute pour diminuer la consommation d’eau

I.1.6 Les inconvénients des écluses

I.1.7 L’Onde Bleue se prête à toutes les évolutions, dans la taille des bateaux ou dans leur vitesse

I.2. Augmenter la vitesse et diminuer l’impact écologique

I.2.1 Les canaux profonds et étroits, confirmation théorique

I.2.2 Des normes surdimensionnées

I.2.3 Un nouveau profil en travers

I.2.4 Une voie d’eau passe-partout, moderne et performante

2. CALCUL ECONOMIQUE

2.1 Un procédé d’un coût maîtrisé

2.2 Réduction du coût des procédures d’autorisation

2.3 Réhabilitation des écluses peu profondes

3. DETAILS TECHNIQUES DES CANAUX A GRAND GABARIT ECOLOGIQUE

3.1 Le profil trapézo-rectangulaire AFTM pour transformer le réseau Freycinet

3.2 Une section rectangulaire profonde

3.3 Relation entre la taille des bateaux et la vitesse de consigne

3.4 Attentes et retards dans une Onde Bleue

4.°PRECISIONS TECHNIQUES SUR L’ONDE BLEUE

4.1 Problèmes liés à l’eau

4.1.1 Besoin moyen horaire : 2.9m³/s (Classe Vb), 1,3m³/s (Classe Va)

4.1.2 Débit et vitesse instantanée en bief : env. 0.2m/s

4.1.3 Débit et vitesse instantanée aux portes : nuls

4.1.4 Risque de seiche ou d’ondes de surface : semblable à celui d’une écluse

4.2 Problèmes liés à la vitesse de consigne

4.2.1 Taille minimale du bief: pour 8km/h, 450m (Classe Vb) ou 300m (Classe Va)

5.° LA DEMIE-ONDE BLEUE

La réalisation d'une voie d'eau moderne suppose généralement l'utilisation d'écluses de forte chute, de façon à minimiser le nombre d'écluses rencontrées. Cette manière de faire n'est pas toujours bien perçue par les riverains, ou difficile à inscrire dans le paysage.

L'utilisation de l'Onde Bleue permet d'éviter d'y avoir recours, lorsque la topographie ou l'environnement ne s'y prêtent pas, tout en gardant la même vitesse moyenne de parcours.

Elle rend également possible de faire passer des voies à grand gabarit dans l'emprise actuelle de voies existantes plus petites, sans toucher aux propriétés environnantes.

Par ailleurs, lorsque le tracé d'une voie à moderniser reprend celui d'une voie d'eau existante, il est fréquent d'y rencontrer des écluses d'une taille suffisante, mais insuffisamment profondes. Un dérivé de l'Onde Bleue permet d'y remédier sans reconstruction totale.

On verra successivement ces différentes options.

L'observation du temps total passé par les bateaux sur les canaux de navigation met en lumière le poids du temps consacré au passage des écluses, qui varie entre 90% (Vosges) et 30% (Seine-Nord) du temps de transit. Il peut donc être plus rentable de s'attaquer à réduire ce temps, plutôt que d'augmenter la vitesse limite des bateaux sur ce canal. Arriver à faire les deux serait donc idéal. C'est ce que tente de réaliser le nouveau procédé de l'Onde Bleue, en affranchissant les bateaux du passage par les écluses et en suggérant une forme de canaux plus rapide que l'actuelle forme trapézoïdale classique.

Le passage par une écluse constitue en premier lieu une consommation de temps par rapport à la marche en bief. Il est donc tentant de s'en abstraire. Ceci n'est cependant possible que si la voie d'eau est suffisamment alimenté en son médium porteur, l'eau.

S'il n'y a pas assez d'eau, l'écluse paraissait jusqu'aujourd'hui indispensable, car elle consomme le moins d'eau possible, pour une chute donnée. Mais elle interrompt l'avance des bateaux.

Afin de ne pas les arrêter, il y a longtemps que l'on a appliqué le principe de voies d'eau sans écluses dans les voies d'eau abondantes mais qui ne sont pas naturellement navigables par défaut de profondeur.

Le plus ancien système est celui du pertuis ouvert, qui suppose un débit suffisant dans la rivière. A l'étiage, toute l'eau passe par le pertuis, qui est étroit et profond. A chaque pertuis est associé un seuil déversant ou un barrage.

L'autre est celui de l'écluse simple (flash-lock), encore appliqué dans certains ports maritimes ou sur certaines rivières non canalisées pour réaliser des chasses ou des lâchures navigables (bonds d'eau). La navigation se fait alors sans écluse, un nombre limité de fois par jour ou par semaine. Les Romains la connaissaient déjà. C'est ce que l'on appelait au moyen âge les "portes marinières".

Le premier canal à bief de partage du monde, le Canal LIN en Chine deux siècles avant notre ère, appliquait un système voisin de l'écluse simple, le "dohmen". Ce système a subsisté sur le Grand Canal pendant plusieurs siècles. On connaît mal son fonctionnement exact.

Le Professeur Verneaux a proposé en 1983 un système dénommé bief mobile, basé sur un système de pertuis obturables, pour des rivières abondantes, avec des dénivellations à chaque pertuis, ce qui rend nécessaire un attelage élastique ou autoredresseur. Ceci rejoint un brevet pris par le Professeur Aubert en 1965, sous le nom de "canalisation pulsatoire", dans lequel des barrages mobiles plus ou moins ouverts assuraient par leur rétention et leur remous cadencés une surprofondeur à l'aval des barrages, franchis sans écluses.

Enfin existent les écluses longues, d'environ 1 km de long, que l'on peut passer pratiquement sans arrêt complet (Écluses Sans Temps Mort, voir livre du Centenaire de l'AIPCN, p.219/222). Les premières réalisations pratiques datent du XX° siècle, sur des rivières canalisées.

Le progrès des techniques de régulation permet aujourd'hui, dans les voies d'eau disposant d'un débit relativement limité (moins de 6m³/s), de donner à la navigation la possibilité de passer à pleine vitesse de bief à bief. C'est le concept de l'Onde Bleue, qui utilise un canal dans sa pleine largeur, et permet donc la navigation dans les deux sens, sans ralentissement au passage des portes, couplée avec une régulation informatisée.

L'ONDE BLEUE (figure 1) permet à un engin de navigation de franchir sans s'arrêter la dénivellation entre un niveau A et un niveau B. Pour cela, il traverse une succession de biefs horizontaux séparés par des portes (31, 32, 33, etc.) s'ouvrant en cadence, l'une d'entre elles (33) au moins s'abaissant entre deux portes relevées (32 et 34). Les niveaux de deux biefs successifs s'égalisent ainsi, l'un d'entre eux montant alors que l'autre descend, ce qui permet la navigation dans les deux sens en tant que de besoin. Le passage au droit de la porte intermédiaire abaissée s'effectue après l'égalisation des niveaux, sans qu'existe à cet endroit la moindre pente locale de la surface de l'eau, donc sans remous.

Il est facile de visualiser le phénomène même pour un non-spécialiste. A l'instar du Professeur Aubert, qui expliquait l'écluse en se référant à une baignoire, nous pouvons schématiser simplement le procédé, de la façon suivante.

Quiconque prend une douche dans une baignoire délimite avec ses pieds trois biefs : Un bief aval, celui du côté de l'évacuation ; un bief amont, du côté opposé, et un bief central, entre ses deux pieds. La paroi " amont " de la baignoire constitue la porte 31 du dessin, le pied amont la porte 32, le pied aval la porte 33.

Si le canard de votre enfant flotte à l'amont de votre pied " 32 ", en écartant ce pied vous verrez le canard passer dans le " bief " central, dont le niveau se sera rehaussé de quelques centimètres, tandis que le " bief " amont aura baissé d'autant.

Le mouvement du canard peut se continuer si vous replacez le pied amont et écartez le pied aval. Si par contre on avait un jouet motorisé, il pourrait passer de bief en bief contre le courant, et croiser le canard qui suit le courant. Le système fonctionne donc dans les deux sens.

Techniquement, la séquence est la suivante :

Le bateau 3 circule, quant à lui, en sens inverse entre le niveau B et le niveau A. Il est parti du niveau B, et selon des étapes successives telles que celles qui viennent d'être décrites, le bateau montant 3 se trouve dans le bief 43 au niveau 5.

Autre analogie, révélée par la parenté des dénominations, entre l'Onde Verte régulant les feux d'intersection dans les villes, et l'Onde Bleue : Rien ne sert d'aller plus vite que la vitesse de consigne, au contraire, les conducteurs de 2CV qui dépassent des voitures de sport en arrivant " juste-à-temps " aux feux le savent bien. La consommation est par ailleurs bien inférieure avec une conduite régulière, comparée à une conduite nerveuse, qui oblige à s'arrêter quelques secondes à chaque feu et à relancer le bolide.

Les Ondes Vertes sont très performantes, car leur synchronisation évite de perdre les quelques 30 secondes (en moyenne) d'un cycle de feux. On peut ainsi traverser une ville à 45 km/h en quelques minutes, au lieu de rencontrer un certain nombre de feux imposant des arrêts cumulés de plusieurs minutes.

De la même façon, en ne s'arrêtant pas dans des écluses, les bateaux utilisant une Onde Bleue peuvent avoir une vitesse moyenne plus élevée que des bateaux utilisant un canal classique.

A section mouillée équivalente, la vitesse moyenne de bout en bout pourra être jusqu'à 50% supérieure (12km/h, 1 écluse tous les 8km, 20minutes par écluse). Si la topographie ne s'y prête pas et que les portes sont trop rapprochées pour autoriser cette vitesse, on se contentera de vitesses de consigne moindres, mais dans ce cas on pourra gagner sur la section mouillée. La vitesse limite des mobiles est en effet fonction de la section des canaux. La vitesse moyenne prévue pour parcourir Seine-Nord est par exemple voisine de 8 km/h, alors qu'il est facile de concevoir une Onde Bleue pour 9 km/h, avec un canal sensiblement plus petit.

Finalement, en poussant jusqu'au bout le raisonnement, on voit qu'une même vitesse moyenne pourra être obtenue avec une Onde Bleue dans un petit canal (la 2CV) et avec des écluses dans un Grand Canal (le bolide).

Pour un besoin d'eau identique comparé à une écluse de 10m de chute, et compte tenu d'une "marche" moyenne de 50 cm (1m d'eau utilisé par cycle), chacun des biefs d'une Onde Bleue peut être par exemple 3,3 fois plus long que l'écluse et 3 fois plus large. C'est à dire, dans une voie d'eau de Classe Vb (écluses de surface totale 200x12 m), utiliser des biefs de 36 m de large et 660 m de long, ce qui est plus que suffisant pour une Onde Bleue à Grand Gabarit (si les biefs ont moins de surface, le débit nécessaire sera réduit en conséquence). Il faudra alors 20 "marches" pour égaler la chute d'une écluse de 10 m, soit 21 ou 22 portes selon la disposition des lieux.

L'équation est donc simple. Il faut que chaque porte coûte 1/20 d'une écluse complète, ou moins, pour que le système soit plus économique qu'une écluse. Il est trop tôt pour pouvoir s'avancer avec certitude. Seule l'expérience peut trancher, mais le prix auquel en sont arrivées les écluses modernes laisse quelques espoirs.

Le besoin d'eau nécessaire, pour une Onde Bleue à grand gabarit avec un cycle par heure, 20 fois par jour (20 Mt de capacité par sens), est en moyenne de 4,5 m³/s. On se rend compte alors que le système utilise généralement moins d'eau qu'une écluse.

La logique de l'écluse impose en effet d'en faire le moins possible, ce qui conduit en moyenne à des biefs horizontaux d'au moins 10 km de long, pour une chute de 10 m, hauteur considérée comme la plus économique. C'était par exemple le parti adopté dans le projet de Canal Rhin-Rhône à Grand Gabarit, au moins dans la vallée du Doubs.

Les conséquences sont de deux ordres:

- La nature n'étant que rarement horizontale, les voies d'eau doivent être portées par des remblais élevés, ou nécessitent des déblais profonds. Ceci coûte cher et n'est pas invisible, ce qui provoque parfois des réactions de rejet.

- L'utilisation d'eau d'une écluse à grand gabarit de 10 m de chute, et de seulement 12m de large, est de près de 24 000 m³. Avec un cycle par heure, ceci correspond à plus de 6,5 m³/s, davantage que l'Onde Bleue. Et pour ne pas augmenter cette consommation, on fige la largeur des bateaux pour plusieurs siècles.

L'avantage de l'Onde Bleue, c'est que, avec moins d'eau qu'une écluse, on obtient la possibilité de faire transiter, sans arrêt, des bateaux de Grand Gabarit à plein enfoncement, et donc qu'on réserve l'avenir.

La vitesse de progression des bateaux avec l'Onde Bleue serait de 8 à 10 km/h, voisin de ce qui se réalise aujourd'hui en bief sur de bons canaux français. On économiserait donc la durée de passage des écluses (20 min. environ chacune).

En période de forte hydraulicité, il n'y aurait aucune attente autre que celle de l'arrivée aléatoire (5 à 10 min, selon les caractéristiques de l'Onde), chaque sens étant libre de progresser avec sa régulation (jusqu'à 10 " ondes " par heure).

En saison sèche, on limiterait le nombre de cycles par heure à ce qui est disponible dans le canal ou la rivière.

La seule difficulté consiste à trouver un système de bouchure qui soit suffisamment bon marché pour donner au procédé un prix global voisin de celui d'une écluse.

L'idée d'un système préfabriqué semble s'imposer. Il est clair que le prix de chaque porte conditionnera la compétitivité du système

Enfin, la largeur qui conditionne le besoin d'eau de l'ONDE BLEUE est celle au plan d'eau, au "miroir", alors que celle qui conditionne le gabarit de bateaux qui peuvent y transiter est celle au "plafond", ou plutôt celle correspondant à l'enfoncement maximal autorisé. Il est donc tentant de réduire la largeur au miroir, et d'approfondir la voie d'eau, lui donnant ainsi, avec des portes d'une largeur voisine de celle du canal, la possibilité de laisser passer facilement des bateaux à Grand Gabarit.

L'un des modes de réalisation préférés de l'invention incorporera donc des canaux à "Grand Gabarit Ecologique", beaucoup plus faciles à implanter dans les sites, du fait de leur encombrement réduit car ils suivent le terrain de manière quasi insensible.

Il est ainsi possible de faire passer une voie d'eau à grand gabarit dans l'espace occupé actuellement par un canal Freycinet. Dans l'encombrement d'un tel canal, on peut en effet inscrire un canal avec profil profond ayant la même efficacité qu'un canal trapézoïdal de 50m au miroir et 4m de profondeur^. Ce type de profil peut donc trouver de multiples applications pratiques ponctuelles. En effet, réutiliser le tracé d'un canal existant peut être fort utile lorsque les tracés prévus pour une voie à grand gabarit sont bloqués par la résistance de certains propriétaires ou certaines communes.

Cette utilisation optimale de l'espace, peu connue, possède les appuis théoriques les plus sérieux qui soient.

Les fondements de la théorie moderne de calcul de la résistance des bateaux et de l'existence d'une vitesse limite pour chaque "couple canal-bateau" ont en effet été posés par Schijf dans une communication à l'AIPCN en 1949, amplifiée en 1953.

Dans sa communication de 1953, il publie un graphique (fig.4, version agrandie ici) qui donne "l'influence de l'élargissement et de l'approfondissement d'un canal" sur la vitesse limite et certains autres paramètres.

Il y affirme notamment: "Agrandir la section transversale en augmentant la profondeur est plus efficace qu'en augmentant la largeur" (AIPCN 1953, Section 1, Sujet 1, p. 181).

Le rapport continue: "Avec une augmentation identique de la section transversale, c'est à dire pour une égale quantité de terre remuée, approfondir (un canal) augmente davantage la vitesse limite que de l'élargir".

La preuve en est apportée par les lignes en tirets de la figure 4.

On voit par exemple que la même vitesse limite est atteinte dans un canal trapézoïdal de 60 m au miroir, avec 170 m² de section (n=8,5) , dans un canal de 50m au miroir, avec 152,5 m² de section (n=7,6) et dans un canal de 40m au miroir, avec 132 m² de section (n=6,66). L'équation 132=152=170 (en m²) paraît absurde, et pourtant elle est vraie d'après Schijf, si le canal de 132 m² a 6 m de profondeur, alors que celui de 170 m² n'en a que 3,42 m.

Il en découle aussi l'égalité 8,5=7,6=6.66: Une valeur du coefficient " n " (rapport entre la section transversale du canal et la section mouillée du bateau) de 6,66 dans un canal de 6 m de profondeur permet d'atteindre la même vitesse limite qu'un coefficient n de 8,5 dans un canal de 3,42 m de profondeur. L'écart dans les terrassements dépasse 25%.

Autre mode de lecture du graphique, on voit que, pour une même surface transversale (lignes verticales), la vitesse limite dans un canal de 6 m de profondeur (extrémité droite des courbes en tirets) est très nettement supérieure (+17%) à celle obtenue dans une profondeur de 3,5 m (lue sur la courbe en trait plein). On voit par exemple, en lisant verticalement, que la même surface transversale qui permet une vitesse limite de 3,5 m/s avec 3,5m de profondeur autorise 4,1 m/s avec 6m de profondeur.

Pour faciliter la lecture, on a matérialisé en traits pleins la courbe de la vitesse limite pour une profondeur de 6 m.

Pour une même vitesse de 3,5 m/s (trait horizontal), on voit que l'écart entre les deux courbes est supérieur à 60 m², ce qui signifie 60.000 m³, et plusieurs millions de francs, d'écart au kilomètre sur le simple poste des terrassements en eau.

L'économie en génie civil veut que les berges inclinées, autostables, soient le meilleur marché. Pourtant elles consomment de l'espace, au moins une dizaine de mètres de largeur, et ne donnent pas la meilleure forme de canal au point de vue hydrodynamique. Des berges verticales sont nettement supérieures à ces deux points de vue, permettant même une résistance hydrodynamique améliorée de 6% pour une profondeur et une section identique. Des canaux étroits peuvent donc être performants.

On a par ailleurs déjà rappelé (Congrès AIPCN de Séville en 1994, section I-3, rapport français, p.19) que le trafic attendu des liaisons transbassins était loin de saturer la capacité des voies d'eau de la Classe Vb, gabarit estimé nécessaire.

Par exemple, avec un trafic de seulement un cycle d'écluse par heure, ces voies Vb donnent déjà une capacité pratique annuelle de 1 million de tonnes par heure de navigation journalière et par sens de circulation: Avec 20 heures sur 24 d'ouverture des écluses, ce serait 20 millions par an par sens (convois de 4.400 tonnes).

Comme la vitesse en bief des convois est d'environ 10 km/h, et que les biefs ne font guère plus de 10 km dans ces liaisons, la navigation à trafic moyen se ferait sans interruption ni attente.

L'observateur sur le bord d'un canal ne verra donc passer qu'un convoi, ou groupe de bateaux, dans chaque sens chaque heure, ce qui correspond pourtant à une réduction du trafic sur la route parallèle d'un camion maxi-code toute les 18 secondes dans chaque sens !

Les mariniers quant à eux ne rencontreront qu'un seul convoi, ou groupe de bateaux, pendant cette même heure. Avec une régulation parfaite, la zone de croisement ne dépasserait guère 1 km. On retrouve l'observation déjà faite au Congrès de Séville, sur l'excès de sécurité des normes usuelles, puisque par sécurité les canaux sont conçus pour permettre un croisement en tout point.

On pourrait donc sur l'essentiel d'un itinéraire avoir des voies d'eau étroites, car grâce à la régulation on peut cadencer le trafic afin que les bateaux à grand gabarit ne se croisent pas.

Pour atteindre une vitesse de déplacement raisonnable avec un bateau à grand gabarit, et rester pourtant dans l'encombrement d'un canal Freycinet, on doit adopter un profil rectangulaire, ou trapézo-rectangulaire, et une forte profondeur, 6 m au moins. On sera alors en mesure de faire passer des bateaux de grand gabarit dans l'enveloppe des canaux Freycinet, si l'on se contente de voies à sens unique alterné.

Cette forme trapezo-rectangulaire avait déjà été mentionnée dans les rapports allemands et français de 1953, comme permettant une efficacité supérieure de 5%, à profondeur et surface égale, à celle d'un profil trapézoïdal. La figure 3.1 présente un profil trapézo-rectangulaire profond, appelé "AFTM" puisqu'il a été breveté par un membre de cette Association. La courbe correspondante a été dessinée sur la figure 5, ici en version agrandie , extrapolée des données de Schijf.

Comme on le voit sur cette figure, pour la même vitesse de 3m/s, n varie de 5,75 à 7,6, et pour la vitesse de 3,5m/s il s'étage entre 7,5 et 11,1, le profil AFTM permettant d'économiser l'espace.

A vitesse égale, un encombrement moitié

Avec un profil profond, l'efficacité d'un canal de 33 m au miroir et 5 m de profondeur (90m²) est atteinte avec seulement une largeur de 16,25 m et 6 m de profondeur (75m²). Une vitesse économique de 7 km/h (vitesse limite de 2,2m/s) serait atteinte dans l'un ou l'autre de ces canaux par un bateau de 8m de large et 2,5m d'enfoncement. Or les plus petits canaux Freycinet ont au moins 18m au miroir, et reconstruit avec des Ondes Bleues et un profil AFTM, l'ensemble du réseau Freycinet pourrait accepter de tels bateaux (Classe III), d'un gabarit 4 fois supérieur.

Dans la plupart des cas, il sera possible d'inscrire un canal de 23,75 m au miroir, avec profil AFTM, dans l'espace constitué par le petit canal et ses chemins de halage, sans toucher aux rideaux d'arbres qui constituent l'essentiel du pittoresque des canaux Freycinet et du paysage qu'ils en sont venus à constituer. Un tel canal permet une vitesse économique de 8,5km/h pour des convois poussés à 3m d'enfoncement (vitesse limite 2,63m/s). Il est équivalent à un canal trapézoïdal de 41,6m au miroir et 5m de profondeur, en termes de résistance à l'avancement et de vitesse limite, et il permet en cas de panne d'un bateau en bief de le dépasser ou de le croiser, permettant son remorquage et évitant le blocage du canal.

Si un tel canal est en plus équipé d'un système d'Onde Bleue, les bateaux, n'ayant plus à s'arrêter, auront une vitesse moyenne de 8,5km/h (vitesse de consigne de l'Onde), égale ou supérieure à celle atteinte par des bateaux sur un canal à grand gabarit entrecoupé d'écluses.

Il semble donc que de tels canaux à grand gabarit écologique puissent être adoptés pour un certain nombre des itinéraires, délicats en terme d'écologie, du Schéma Directeur Européen des Voies Navigables. L'Onde Bleue est en effet très écologique, puisqu'elle suit au plus près le terrain naturel, et permet de s'abstraire des grands mouvements de déblai/remblai qui suivent et précèdent les écluses. Elle s'intègre de ce fait remarquablement dans le paysage.

Un tracé innovant, basé sur l'Onde Bleue et les canaux profonds, serait très respectueux du paysage et des usages actuels du territoire agricole traversé. Il pourrait donc sans doute obtenir le consensus nécessaire pour être mis en œuvre.

Un certain nombre de paramètres sont à prendre en considération : La largeur du canal, la taille du bateau de projet, et la pente moyenne du sol. On a pris l'hypothèse d'une pente moyenne du sol de 1m par km.

On épargnera au lecteur les détails du calcul. Il en ressort que le procédé en lui-même (excavations, palplanches, couronnement et portes de l'Onde Bleue) coûterait 5M€/km avec un profil AFTM, et 8M€/km avec un profil rectangulaire. Tous les 10km, ou à chaque fois que le canal quitte un bief de rivière, on placera une porte de garde, qui tiendra lieu de porte amont d'une Onde Bleue. Son surcoût sera de moins de 0,5M€/km.

Ce prix n'inclut pas le rétablissement des communications (ponts, etc.) et des réseaux, ni les dépenses d'insertion dans le site, supposé particulièrement pittoresque. On fera l'hypothèse qu'ils totalisent 3M€/km dans les deux cas, mais un canal à grand gabarit représente une somme identique, ou supérieure.

La seule hypothèse favorable au procédé a consisté à penser que les quelques millions de m² de palplanches, systématiquement présents, pourraient être battus à un prix sensiblement plus bas que celui estimé par les organismes officiels pour des travaux au coup par coup.

La comparaison avec le coût d'un canal à grand gabarit est malaisée, car il faut se rappeler que l'Onde Bleue suit le terrain naturel et minimise donc les remblais et déblais. Seules des applications pratiques permettraient de trancher à coup sûr.

Par contre, sur un terrain de pente idéalement régulière, un canal à grand gabarit représente une section d'environ 200m², et un déblai/remblai qui, même s'il est équilibré, totalise plus de 200 000m³ en eau et au moins autant hors d'eau. C'est donc environ 500 000m³ de terrassement que l'on doit prévoir au km, au lieu de 150 000m³ au maximum avec l'Onde Bleue. Ceci représente un gain de 2M€/km sur les simples mouvements de terre évités par le procédé.

Les portes, par hypothèse, ne seront pas plus chères qu'une écluse ramenée au mètre de chute (2,3M€ le mètre de chute environ). Les ouvrages d'art, ayant une portée moindre, seront certainement moins chers que ceux d'un grand gabarit. Il semble donc avéré au total qu'un canal à profil AFTM équipé d'une Onde Bleue aura un prix inférieur à un canal à grand gabarit classique, tout en ayant une efficacité technique voisine.

Au total, un canal écologique profond avec une Onde Bleue coûterait 10M€/km pour une vitesse de consigne de 8km/h et 13M€/km pour une vitesse de consigne de 9km/h (section rectangulaire).

L'intérêt de réutiliser un canal existant réside surtout dans l'utilisation d'un espace déjà affecté au transport fluvial, par opposition à des espaces affectés à d'autres usages. Son impact dans le paysage sera quasi imperceptible. Par conception, son insertion dans l'environnement représente des avantages par rapport à l'existant. On peut donc penser qu'on pourra réaliser avec ce procédé des liaisons interbassins en respectant l'Accord Européen sur les Grandes Voies Navigables (canaux de classe IV et au-dessus).

L'économie sur les coûts d'instruction des dossiers ne sont pas réellement quantifiables, mais le coût de ne pas faire un canal est à l'évidence extrêmement élevé.

Comme on le verra plus loin, une Demie-Onde Bleue peut augmenter d'1m l'enfoncement autorisé dans une écluse.

Le coût en est nettement moins cher qu'une nouvelle écluse, même si l'avant-port aval a 300m de long. Dès que la chute dépasse 5m, le gain est supérieur à 10M€.

On envisagera un canal de 23,75m de largeur utile, réutilisant l'emprise d'un canal Freycinet. L'ancien canal avait 18,80m de largeur au plan d'eau, et son gabarit était de 250t.

Le profil AFTM (fig.3.1) comporte un talus revêtu à 1/2 , d'une hauteur de 1 à 2m, se raccordant sous l'eau à un couronnement béton, située à la cote du plus bas niveau rencontré pendant les opérations de l'Onde Bleue.

Entre le couronnement et le talus, on implantera des végétaux aquatiques du type roseau, pour briser les vagues provoquées par l'Onde Bleue et les bateaux.

On trouve en dessous de ce couronnement une palplanche de hauteur généralement inférieure à 6m. Son but est de retenir le terrain environnant, et ainsi de fournir une section mouillée suffisante pour le passage de bateaux jusqu'à 3,5m d'enfoncement. Par conception, cette palplanche n'est jamais émergée, et ne se corrode donc pas. Jusqu'à ce point, le profil AFTM est très semblable au profil allemand KRT.

En pied de cette palplanche, on trouve une risberme à la cote -3,5m par rapport au sommet du couronnement, d'une largeur de 2m, puis un talus à 2/1 , descendant jusqu'à la cote -6m.

Le plafond du canal aura une largeur d'environ 9,75m, suffisant pour un canal prévu pour fonctionner à sens unique avec alternat. Mais le rectangle de navigation aura 23,75m.

Ce profil fournit un habitat satisfaisant à la faune et à la flore aquatiques.

La section AFTM serait de 120 m². Il faut rajouter la partie superficielle, où se produira le débattement de l'Onde Bleue, ce qui correspond à environ 25 m² supplémentaire. Chaque mètre linéaire aura ainsi 115 m³ de déblais nouveau.

Au point de vue hydraulique, le coefficient "n" doit se calculer à mi-hauteur d'Onde Bleue, soit avec une section totale de 132,5 m². "n" est alors pratiquement égal à 4, pour un grand rhénan à 3m d'enfoncement (2.500t). La vitesse économique correspondante avec profil AFTM sera de 8 km/h.

Avec 3,5m d'enfoncement, "n" égale 3,37, et la vitesse économique sera de 7 km/h.

On remarque l'intérêt d'un canal profond, car avec des coefficients n aussi réduits, on considère d'habitude non rentable de naviguer.

Cet intérêt se remarque également si l'on passe du profil AFTM au profil rectangulaire de 142,5 m².

Dans le cas de l'élargissement des canaux Freycinet, le surcoût de palplanches plus longues est contrebalancé par le meilleur rendement hydraulique, qui se traduit par une augmentation de la vitesse de 12%.

"n" passe à 4,5, et la vitesse économique à 9 km/h, supérieure à celle envisagée en moyenne sur la Liaison Seine-Nord. Pour 3,5m d'enfoncement, n=3,87 et v=7,8km/h. Avec une Onde Bleue, ce seront les vitesses en moyenne sur une partie de canal, ou même sur l'ensemble du trajet d'un canal inter-bassins.

Sur une Onde Bleue, la taille maximale des bateaux admis dépend de leur vitesse, qui conditionne l'espacement des portes. A faible vitesse, un "convoi exceptionnel" pourrait donc emprunter un tel canal.

Supposons par exemple un canal Freycinet transformé sur ses derniers 10 ou 30 km en Canal à Grand Gabarit Ecologique, fonctionnant comme antenne du réseau à Grand Gabarit.

Avec des portes espacées de 170m, il accepterait des bateaux de plaisance à 15km/h, des automoteurs Freycinet à 11km/h, un "Canal du Nord" à 8km/h, un automoteur-pousseur (2x38,50m) à 6,5km/h, un RHK à 4,7km/h et même un grand Rhénan de 2500t à 2,5km/h. Le logiciel cadencerait le déplacement des bateaux en fonction de leur longueur, en s'aidant par exemple d'un système de portables interactifs de type GSM.

Du fait que l'Onde Bleue permet la navigation dans les deux directions simultanément, la durée d'un cycle est au moins moitié plus courte que la durée du passage dans l'ouvrage complet.

Cette durée est fonction du nombre de zones de croisement dans l'ouvrage, s'il n'est pas assez large pour permettre le croisement en tout point. Elle peut être seulement du double du temps de transit dans un bief, augmentant graduellement jusqu'à atteindre celle de l'écluse correspondante. Pour une Onde Bleue de Classe Va, cela signifie un minimum de 7 minutes. Par contre, pour la petite Onde Bleue Freycinet mentionnée ci-dessus, ce serait un minimum de 3 minutes, si les portes sont assez rapides.

L'attente en arrivée aléatoire est en moyenne la moitié d'un cycle, soit 5 minutes pour la Classe Vb, et est souvent imperceptible.

Une seconde attente est conditionnée par les ressources hydrauliques. S'il y a assez d'eau, le bateau pourra entrer dans l'ouvrage dès qu'un cycle devient disponible. En période sèche, il devra attendre que les ressources se soient reconstituées.

Enfin, lors des pointes de trafic, une attente de congestion pourra se produire, mais il est très peu probable que cela se produise sauf en période sèche.

4.1.1 Besoin moyen horaire: 2.9m³/s (Classe Vb), 1,3m³/s (Classe Va)

Les besoins en eau des canaux à grand gabarit sont classiquement estimés sur la base d'1 cycle d'écluse à l'heure, ce qui correspond à un aller et retour d'Onde Bleue par heure.

Pour 10m de chute, on obtient la même utilisation d'eau avec une Onde Bleue dont chaque bief aurait 36m de large au miroir et 650m de long. De telles caractéristiques rendraient possible une vitesse de consigne de l'Onde de 12,3km/h. Le concept d'Onde Bleue n'introduit donc aucune restriction quant à la navigation des engins de navigation.

Le débit hydraulique moyen correspondant est de (36x650x1/3600) soit 6,5 m³/s. On vérifie qu'il correspond bien à un sas de 12m de large et de 195m de long entre portes (23.400 m³) vidé une fois par heure

Mais, dans notre monde économe en eau, le calcul d'un débit horaire moyen génère une image inutilement pénalisante pour la Voie d'Eau, car il laisse à penser que ce débit est nécessaire en permanence, ce qui est loin d'être le cas. On a pu voir un tel impact négatif lors du projet Rhin-Rhône.

Dès qu'un des biefs possède une tranche mobilisable de l'ordre de 175.000m³ (8 heures sans trafic chaque jour), il serait logique de calculer une utilisation d'eau moyenne sur la journée.

Selon cette présentation, que l'on retiendra désormais, un trafic moyen déjà élevé, correspondant à 16 cycles de 1heure par jour, suppose une utilisation moyenne horaire d'eau (sur base journalière) inférieure d'un tiers, soit environ 4m³/s. Ce raisonnement s'applique aussi bien à une écluse qu'à une Onde Bleue, puisqu'il dépend du trafic et non du procédé utilisé. Mais dans le cas d'une Onde Bleue, on l'a vu, cela permet une vitesse de consigne de 12,3km/h, c'est à dire à une infrastructure d'une qualité bien supérieure à celle d'un canal entrecoupé d'écluse.

Pour réaliser une comparaison économique équitable des deux concepts, la vitesse de consigne de l'Onde Bleue sera prise identique à celle observée en moyenne dans un canal à grand gabarit entrecoupé d'écluse, de 6 à 8km/h de bout en bout.

Pour 8km/h, un gabarit Vb (36m au miroir) et des paliers de 50cm, en moyenne journalière, une telle Onde Bleue n'a en fin de compte besoin que de 2,9 m³/s, avec un potentiel de trafic de 11.520 "bassinées" par an.

Ce chiffre raisonnable permet d'envisager des voies d'eau modernes dans des zones peu alimentées. En saison sèche, la cadence des Ondes peut même être espacée, ramenant alors le besoin d'eau en dessous de 1m³/s.

Dans le cas de Canaux Profonds Ecologiques équipés d'Onde Bleue, réutilisant l'emprise d'un canal Freycinet existant, le besoin d'eau est encore inférieur, puisqu'il s'agit de voies de Classe Va, pour des bateaux de 110m de long au maximum. Avec des biefs de 300m correspondant à une vitesse de consigne de l'Onde de 8km/h, on descend à 1,9m³/s, et 1,3m³/s en moyenne journalière.

4.1.2 Débit et vitesse instantanée en bief: env. 0.2m/s

Lors de la vidange d'un bief de l'Onde, le débit moyen est fonction de la loi d'ouverture des portes séparant chaque bief.

Si le débit était uniformément réparti, il serait égal au volume de l'Onde (Surface du bief multipliée par hauteur de l'Onde, c'est à dire la moitié du volume utilisé sur un cycle) divisé par la durée de vidange, liée à la durée de parcours du bief correspondant. On comprend ainsi que le débit soit fonction de la vitesse de consigne.

Pour la vitesse retenue dans la comparaison, c'est à dire 8km/h, la vitesse de l'eau est de 0,215m/s, et le débit moyen est de 45m³/s. Cette valeur est couramment rencontrée sur les grands canaux lors de la vidange des écluses.

On tendra à assurer un débit en bief quasiment constant, de façon à éviter des pics de célérité qui pourraient être gênants pour les bateaux.

Une vitesse voisine, 0,24m/s, est constatée dans un Canal Profond Ecologique, dans lequel le débit moyen est d'environ 34m³/s.

4.1.3 Débit et vitesse instantanée aux portes: nuls

Le débit est identique aux portes à ce qu'il est en bief. Par contre, par définition, les bateaux ne franchissent les portes que lorsque les niveaux sont égaux de part et d'autre, et qu'aucun débit ni pente locale de l'eau ne subsiste plus entre les deux biefs. C'est d'ailleurs l'un des points qui fait l'originalité du concept, par rapport à d'autres brevets antérieurs. Les bateaux traversent donc les portes en toute tranquillité.

4.1.4 Risque de seiche ou d'ondes de surface: semblable à celui d'une écluse

La décharge d'un fort débit dans un canal de dimension réduite peut générer des phénomènes de surface, bien connus des navigants.

Cependant, on peut penser que les canaux à profil AFTM sont peu propices à ces phénomènes.

En effet, les seiches sont d'autant plus sévères que la hauteur d'eau, et la profondeur sous la quille, est petite. Ici, rien de tel, puisqu'il s'agit de canaux profonds, avec plus de 2,5m sous la quille. Par ailleurs, les portes sont avantageusement inclinées dans le sens de la pente, créant un biais qui amortira très rapidement les ondes de surface.

De plus, les bords inclinés et plantés de roseaux, efficaces contre le batillage, devraient également participer à l'amortissement des ondes de surface.

Enfin, la loi d'ouverture des portes peut certainement être étudiée pour minimiser ces phénomènes.

4.2.1 Taille minimale du bief: pour 8km/h, 450m (Classe Vb) ou 300m (Classe Va)

En fait, la taille minimale de bief est également optimale pour la consommation en eau. Mais, par sécurité, on ne peut avoir des biefs trop courts.

La formule suivante, basée sur l'expérience des navigants, donne la distance minimale de sécurité entre deux portes délimitant un bief parcouru à la vitesse de consigne, considérant le fait que la porte intermédiaire pourrait ne pas s'ouvrir, et qu'il y a un certain temps mort pour le fonctionnement des portes.

-  longueur minimale de chaque bief en mètres égale à:

On obtient avec cette formule une sécurité suffisante, puisque déjà à 8km/h le bateau dispose devant lui d'au moins 1,5 fois sa longueur propre, ce qui est la distance d'arrêt imposée sur le Rhin, cap à l'aval, à une vitesse double. En canal, à 8km/h, l'arrêt se fait sur des distances beaucoup plus courtes.

Le temps de manœuvre des portes devra être nécessairement très bref, sous peine de rendre le procédé inopérant. On s'est basé sur un délai d'une quinzaine de secondes, déjà atteint sur certains ouvrages (Montech par exemple).

Le principe consiste à créer un avant port aval à niveau variable, délimité par une porte de type Onde Bleue. L'eau contenue dans l'écluse s'écoule dans cet avant-port, dont la porte est fermée, ce qui élève automatiquement son niveau. Cela permet de faire transiter des bateaux à grand enfoncement dans des écluses peu profondes, ce qui peut être utile pour certaines écluses limitantes du réseau à grand gabarit, ainsi que sur le réseau Freycinet.

nul,  ou au pire moins de 10min lorsque deux convois chargés se croisent dans l'ouvrage

Les calculs figurent dans le paragraphe précédent, les deux grandeurs (longueur de l'avant-port et délai) étant intimement liées ; on en donnera seulement un tableau résumé.

Le croisement dans l'avant-port aval de deux convois chargés ne se produira qu'en cas de pointe de trafic, ou à saturation de l'écluse. Dans les autres hypothèses de trafic, une fausse bassinée pour chaque convoi pourrait être prévue.

Enfin, du fait de la diminution de chute dans l'écluse, le temps de passage en fausse bassinée est identique ou légèrement inférieur à celui enregistré aujourd'hui.

Ces nouveaux procédés peuvent être économiques sur toutes les voies d'eau dont les écluses sont trop peu profondes pour la navigation moderne, ou lorsque le tracé d'une voie à grand gabarit classique rencontre des résistances, que ce soit pour des raisons d'écologie ou de protection des sites.

Ils permettent également de concevoir des voies d'eau d'un prix acceptable, qui réutilisent l'emprise des voie à petit gabarit existantes. De telles voies d'eau ne provoquent pas de changements visibles dans le paysage, ni dans le profil en long de la voie d'eau antérieure, et sont donc très écologiques.

On peut espérer que de nombreuses opportunités d'utilisations de ces concepts se révèlent sur tous les continents, et permettent de répondre aux besoins éprouvés par les ingénieurs du monde entier.