Phares à vis et phares sur caisson
Le problème des fonds meubles
La construction d'un phare sur un rocher compact, aussi difficile que cela soit, résout un problème fondamentalement différent de la construction sur un fond sableux ou vaseux. Sur un rocher, l'ingénieur dispose d'une assise solide sur laquelle il peut ancrer sa maçonnerie — les techniques développées à Eddystone, Bell Rock et Bishop Rock reposent toutes sur la qualité mécanique de la roche. Mais que faire lorsque le danger à signaler — un banc de sable, un chenal peu profond, un hauts-fond de coquillages — est recouvert d'un fond meuble dans lequel aucune maçonnerie massive ne peut tenir ?
Ce problème, particulièrement aigu dans la baie de Chesapeake, dans les eaux peu profondes du golfe du Mexique, dans le delta du Mississippi et sur les côtes basses de la mer du Nord, a conduit au développement de deux familles de solutions distinctes mais apparentées : les phares à pieux à vis (screwpile lighthouses) et les phares sur caisson.
Les pieux à vis : l'invention de Mitchell
La fondation à vis a été inventée par l'ingénieur irlandais Alexander Mitchell, qui a conçu le premier pieu à vis en 1833 — initialement pour ancrer des bouées et des estacades dans des estuaires vaseux. Un pieu à vis est simplement une tige métallique dotée d'une hélice à sa base, qui s'enfonce dans le sol meubles par rotation, comme une vis dans le bois. Une fois en place, il est extrêmement difficile à extraire et peut supporter des charges considérables en résistant à la fois aux forces verticales de compression et aux forces latérales des courants et des vagues.
Le premier phare fondé sur pieux à vis a été le Maplin Sands Light, à l'embouchure de la Tamise, inauguré en 1841. La structure reposait sur neuf pieux en fonte, vissés à la main dans les sables par des équipes de plongeurs et de travailleurs en palans. La plate-forme portée par ces pieux supportait une maison de gardien et une lanterne — une construction légère mais stable, capable de résister aux courants de marée de la Tamise tout en ne s'opposant pas frontalement aux forces de l'eau, comme l'aurait fait une tour en maçonnerie massive.
Les phares à pieux de Chesapeake
La Chesapeake Bay, avec ses centaines de milles de hauts-fonds et ses eaux peu profondes, a été la grande laboratoire des phares à pieux à vis américains. Le United States Lighthouse Board, créé en 1852, a supervisé la construction de plusieurs dizaines de phares à pieux dans la baie, utilisant des techniques dérivées de celles de Mitchell et adaptées aux conditions locales — notamment aux glaces qui se forment chaque hiver et peuvent exercer des pressions latérales considérables sur les fondations.
Le Thomas Point Shoal Lighthouse, construit en 1875 dans la baie de Chesapeake près d'Annapolis, est l'un des rares phares à pieux à vis encore en service sur sa structure d'origine aux États-Unis. Sa plate-forme hexagonale en bois repose sur sept pieux en fonte vissés dans le fond de la baie. La maison de gardien à étage, couronnée d'une lanterne, est caractéristique du style vernaculaire de ces constructions. Automatisé en 1986, il reste allumé chaque nuit avec un feu de caractéristique Fl(6)30s et portée de 16 milles. En 2012, il a été inscrit sur la liste du patrimoine mondial de l'UNESCO comme exemple remarquable de l'ingénierie des phares du XIXe siècle.
Le Seven Foot Knoll Lighthouse (1855), aujourd'hui déplacé à l'Inner Harbor de Baltimore où il sert de musée, illustre la version en fonte de ces structures — une plate-forme circulaire sur pieux, avec une maison de gardien préfabriquée en fonte boulonnée sur place. Cette construction industrialisée était plus rapide et moins coûteuse que la maçonnerie sur mesure, et sa structure en métal était moins sensible aux dommages par les glaces.
Les fondations sur caisson
Là où les courants étaient trop forts pour les pieux à vis, ou les fonds trop compacts pour le vissage mais trop meubles pour la maçonnerie directe, une autre technique s'est développée : le caisson. Un caisson est une enceinte creuse, souvent cylindrique, que l'on laisse s'enfoncer dans le fond par son propre poids, tandis que l'on retire le sédiment à l'intérieur — par dragage, par jets d'eau sous pression, ou à l'air comprimé. Une fois à la profondeur voulue, le caisson est rempli de béton et devient une fondation massive d'une grande stabilité.
Cette technique a été développée simultanément en Europe (notamment pour les fondations des ponts) et aux États-Unis dans les années 1870-1880. Pour les phares, elle a été utilisée avec succès pour des structures aussi diverses que le Race Rock Light (1879) dans le Long Island Sound, fondé sur un caisson posé sur un fond de sédiments meubles à l'aide d'un brise-glace et de gabions de pierres, et le Fourteen Foot Bank Lighthouse (1887) dans la Delaware Bay, dont le caisson pneumatique a permis d'atteindre la roche sous plusieurs mètres de sable.
En Europe, la technique du caisson a été utilisée pour plusieurs phares de la mer du Nord, notamment dans les Wadden Zee néerlandaises et dans les estuaires danois. Le Roter Sand, construit entre 1883 et 1885 à l'embouchure de la Weser, est le premier phare allemand en mer ouverte : son caisson pneumatique, développé par des ingénieurs qui avaient travaillé sur des fondations de ponts fluviaux, a permis de fonder la tour sur la roche à 26 mètres sous le niveau de la mer. Désaffecté en 1986, Roter Sand est aujourd'hui un hôtel flottant accessible par bateau depuis Bremerhaven.
La conception des structures en élévation
La partie émergée des phares à pieux et des phares sur caisson a été conçue pour minimiser la résistance aux forces hydrodynamiques. Les phares à pieux présentent une plate-forme surélevée qui laisse passer les vagues en dessous, réduisant les efforts exercés sur les fondations. Les maisons de gardien construites dessus sont légères et souvent préfabriquées en bois ou en fonte.
Les phares sur caisson, à l'inverse, ont souvent des corps de maçonnerie plus massifs — le caisson étant assez robuste pour supporter une structure substantielle. Certains, comme le Spectacle Reef Lighthouse (1874) dans le lac Supérieur, sont construits entièrement en pierre de taille. Spectacle Reef a été érigé par James Isham sous la supervision du United States Lighthouse Board dans des conditions hivernales extrêmes, avec des glaces de plusieurs mètres d'épaisseur qui s'accumulaient contre le caisson pendant les travaux. La tour cylindrique en calcaire de 33 mètres a résisté sans modification majeure à plus d'un siècle et demi d'hivers des Grands Lacs.
Localiser ces structures sur la carte
Les phares à vis et sur caisson sont inégalement répartis dans le monde — concentrés dans les zones à hauts-fonds meubles qui ont posé les problèmes de fondation les plus aigus. Ouvrir la carte permet d'explorer la distribution de ces types architecturaux spécifiques, de la Chesapeake Bay aux estuaires de la mer du Nord, et de mesurer à quel point la géologie et la bathymétrie locales ont déterminé les choix constructifs des ingénieurs qui ont ponctué ces côtes de lumières.