Génie civil : techniques de construction des ponts

La première route qui ait existé est sans conteste possible le fleuve. Il contournait les obstacles et occupait les zones où le sol offrait le moins de résistance rendant ainsi possible la vie à aux sociétés qui dès l'aube de l'humanité s'installèrent sur ses rives (villages lacustres). Les fleuves en France représentent plus de 275.000 kilomètres et le réseau navigable 8.500 km. Tous les fleuves ne sont pas comparables les uns avec les autres. Les gros navires peuvent remonter la Seine du Havre à Rouen tandis que la Loire (1012 km) reste peu utilisée pour la navigation en raison de son cours irrégulier et rapide.

Les hommes construisent des ponts afin de franchir : ravins, fleuves, fossés, estuaires, enjamber des axes autoroutiers, transporter des personnes, du fret (pont transbordeur) ou assurer la navigation (pont canal). Le plus ancien pont de pierres et de bois serait apparu il y a plus de 4.000 ans au dessus de l'Euphrate. Si les ponts en bois suffisaient pour soutenir le poids des cavaliers, l'avènement du chemin de fer a rendu nécessaire des ouvrages plus robustes. Plus de 266.000 ponts routiers (largeur supérieure à 2 m) se doivent de résister à la circulation des véhicules et plus question de construire des ponts sur-dimensionnés afin de garantir un coefficient de sécurité lié à l'imprécision des calculs faits à la main ou à la règle à calcul. L'ordinateur prend en compte le poids mort (piles, câbles, tablier, revêtement) et le poids vif (trafic attendu, aérologie, sismologie). Pour réduire la charge due au vent qui est parfois plus importante que celle liée au trafic, les ingénieurs ont conçu des tabliers au profil aérodynamique et les ouvrages modernes sont placés sous vidéo-surveillance et bardés de capteurs électroniques dédiés à leur entretien.

Si l'acier, le béton précontraint, le verre et la préfabrication ont révolutionné les ponts et rendu possible d'enjamber de grands fleuves sans pile intermédiaire, il n'en pas été toujours ainsi. Le type de pont retenu repose sur : la nature des terrains - la longueur à franchir - le dénivelé - le trafic fluvial ou maritime - le tirant d'air - la circulation des véhicules - l'aérologie - le coût de la main d'œuvre et celui des matériaux - les délais de construction - l'attrait touristique et l'égo de l'architecte... Les extrémités des ponceaux reposent sur des culées (pied-droit qui résiste par sa masse à la poussée) situées de part et d'autre sur chaque rive. L'emploi d'arcs reliant plusieurs piles (supports verticaux) supportant les travées (portée d'une poutre comprise entre deux piles) remonte aux Romains. Si on applique une charge verticale sur un arc, les efforts verticaux supportés par la voûte sont reportés sur celle-ci qui les reporte sur ses points d'appuis. Ce n'est qu'à la renaissance que l'on découvrit le principe de l'arc surbaissé qui permet une plus grande portée entre les piles d'où une économie de temps et de matériaux. Jean Perronet détermina que la hauteur des arches devait être égale au onzième de l'ouverture (distance intérieure entre deux lignes d’appui consécutives) de l'arche ; le pont de la Concorde (1791) à cinq travées de 34 mètres a un peu plus, hauteur de 4,30 m). Par contre, une surcharge à la verticale du pied-droit fait dévier les lignes de force verticalement, il est facile de comprendre que si la ligne de force dépasse la géométrie du pied-droit, celui-ci risque de s'effondrer. Pour obvier ce risque, il suffit d'en élargir la base (dans un pied droit supportant deux arcs successifs la ligne de force doit être verticale).

Pour bâtir un pont, il faut que les fondations de ses piles reposent sur une assise solide. Le début des travaux commence par aménagement du terrain suivi des fondations chargées d'assurer la stabilité de l'ensemble reposant sur le substratum. Le lit des fleuves est souvent composé d'un sol nécessitant la pose d'appuis. La plus simple des fondations est faite de pilotis : pieux de bois, béton, acier, tubes dans lequel le béton est coulé (certains atteignent deux mètres de diamètre) enfoncés dans le lit du cours d'eau jusqu'à en atteindre le bed roc. Si les pilotis supportent le pont, ils servent parfois d'assise aux piles (palées de certains ponts parisiens).

Au milieu du XIX° siècle, la construction des fondations faisait encore appel aux caissonniers. Les fondations du pont de Brooklyn (1883) par exemple, sont situées 26 mètres sous la surface. Le caisson ouvert à sa base était descendu jusqu'à ce qu'il repose sur le fond où ses parois venaient s'enfoncer dans la vase et en assurer l'étanchéité, on y envoyait ensuite de l'air sous pression pour en chasser l'eau emprisonnée. Cette étape terminée, les terrassiers pénétraient dans le sas et en refermaient la porte supérieure, l'équilibrage du sas avec la pression extérieure libérait la porte inférieure (principe des tourelles de plongée) et les ouvriers descendaient sur le chantier pour creuser le lit du fleuve. Les débris étaient évacués à travers un sas conçu à cet usage. Au fur et mesure que la fouille progressait, le caisson s'enfonçait dans le sol sous l'effet de sa masse.

En présence d'un sol stable, on commence par y dresser un caisson ouvert (rideau de palplanches) que l'on assèche au moyen de puissantes motopompes afin d'en extraire la vase avec des dragues et mettre le sol à nu et procéder à son remplissage avec du béton sur lequel les ouvriers pourront élever la pile. Les piles sont prolongées d'un avant-bec (tourné vers l'amont) qui évite aux matières charriées par le courant d'y stagner (embâcle), et d'un arrière-bec (vers l'aval) qui réduit les remous. Les ouvertures dans la partie supérieure, ou écluses, facilitent le débit en période de crue (pont de Toulouse). Les piles peuvent être protégées par un enrochement qui réduit les dégâts de l'érosion et à la poussée des glaces. Quel que soit le nombre de piles que comportera l'ouvrage, elles sont bâties généralement de façon simultanée de part et d’autre des rives.

Une technique voisine (havage) consiste à remplir le caisson avec du sable afin de former un îlot sur lequel on élevait un énorme bloc de béton sans fond (pourvu à sa base de poutres couteaux) afin de permettre à la drague d'extraire les sédiments ; le caisson de s'enfoncer sous son propre poids. Le sol capable de supporter l'ouvrage atteint, on y déverse le béton sur lequel les fondations reposeront suivies de l'édification des piles. Lorsque le sol offre une résistance insuffisante pour supporter l'édifice, il faut se tourner vers un pont flottant. Un caisson apporté in situ est rempli d'eau jusqu'à ce qu'il se trouve dans la position voulue, des pieux insérés à travers l'armature vont s'arrimer dans la vase et y être maintenus en place par du béton coulé, le caisson est ensuite vidé pour flotter.

Les ponts sont composés d'une infrastructure et d'une superstructure pouvant faire appel (selon les époques) au : bois, à la maçonnerie, à la fonte (fin XVIII°) ou aux profilés métalliques (XIX°). La superstructure d'un pont comprend : le tablier (chaussée reposant sur les piles, les culées ou soutenue par des câbles pour les ponts suspendus) - les poutres maîtresses qui constituent l'élément porteur - les entretoises qui solidarisent les poutres maîtresses et forment le treillis - le tympan partie remplie située entre l'arche et le tablier - le contreventement qui assure la résistance latérale de l'ouvrage - de barrières de sécurité et les gardes-corps. Les piles reposent sur leurs fondations et sont indépendantes du tablier, des joints de dilatation assurent la continuité avec les berges et contribuent à l'absorption des vibrations.

Le pont en poutres métalliques : la voie est supportée par les poutres reposant entre les piles. Les poutres faciles à manipuler et à assembler entre elles offrent une bonne résistance à la flexion (sensible aux variations de températures). Ces ponts comportent des travées (partie comprise entre deux points d’appuis) sur fermes (pièces disposées dans un plan vertical et transversal). Ce type de pont est souvent assemblé sur la berge ou sur une barge avant d'être transporté jusqu'à son emplacement définitif. Des anodes contribuent à lutter contre la corrosion.

Le pont à poutres en treillis est composée de deux membrures entre lesquelles sont assemblées des pièces inclinées plus légères (moins chères qu'une poutre pleine). Avec l'avènement du chemin de fer il fallu pouvoir disposer de ponts renforcés. Le treillis fut constitué de triangles emboités les uns dans les autres ; un triangle ne peut se déformer sans se briser.

Le pont cantilever : comporte deux consoles (pièces horizontales formant une saillie destinée à supporter une charge) se prolongeant en porte-à-faux de part et de la pile afin de s'équilibrer. Les travées sont construites en partant de chaque côté de la pile et symétriquement afin d'en repartir le poids, les travées sont ensuite ancrées aux massifs.

Pont en béton, sa construction peut être faite en une seule phase sur un cintre général ou par étapes successives en utilisant des cintres mobiles se déplaçant entre les piles et la partie du tablier déjà construites. La précontrainte permet de réaliser des ouvrages importants sans utiliser de cintre. Le voussoir (élément d'une voute) partant d'une culée qui sert d'amorce au tablier est d'abord mis en précontrainte, le coffrage déplacé vers l'avant, les ouvriers bétonnent le deuxième voussoir, l'opération de se répéter.

Pont à câble, s'affranchit d'échafaudages et d'étayage, le tablier est retenu par deux ou plusieurs câbles passant par le sommet de tours reliées à un massif de béton sur chaque berge. Le pont câbles peut appartenir à deux catégories. Le pont suspendu : les câbles sont ancrés dans des massifs sur berge, les câbles décrivent une parabole. Le pont haubané, les câbles sont rectilignes et obliques (Millau). Les câbles sont passés successivement avant d'être réunis ensemble et torsader, les torons réunis et ceinturés avec des bandes de contention afin de former un câble pouvant atteindre un mètre de diamètre ! Le pont suspendu de Tancarville construit entre le Havre et Rouen mis en service en 1952, fut pendant un temps le plus long d'Europe avec une portée de 608 mètres pour une longueur de 1.420 mètres.

Un pont peut par sa présence représenter un obstacle à la navigation, surtout ceux offrant un faible tirant d'air (hauteur libre entre la surface de l'eau et le point le plus bas du pont) aux navires empruntant le cours d'eau. Le pont à travée mobile se relève comme un pont levis (Tours de Londres avec leurs tabliers à double bascule) ou pivote pour venir se placer parallèle au lit du fleuve et permettre le passage de part et d'autre des navires. Le pont de la rade de Brest illustre la technique du pont levant, la travée mobile située entre deux tours se soulève à la manière d'un ascenseur d'une trentaine de mètres en quelques minutes.

Je vous ai réservé deux ouvrages de choix..., le retour du projet « Atlantropa », la construction d'un pont reliant la ville Houaria (Cap Bon en Tunisie) à Agrigente en Sicile. Le pont suspendu d'une longueur de 145 kilomètres reposerait sur quatre îlots artificiels et un tunnel au milieu du canal de Sicile (les séismes peuvent y atteindre la magnitude de 7 et les vents dépasser les 200 km/h). Rejoindre la botte de l'Italie sera ensuite un jeu d'enfant. Le projet du pont suspendu entre Messine (Sicile) et Villa San Giovani (Calabre) dont l'étude a déjà coûté plus de 600 millions d'euros a été tiré des oubliettes (on parle de 10.000 emplois créés). Ce pont d'une longueur de 5.000 mètres avec une portée de 3.660 mètres (fondations à 137 m de profondeur), large de 70 m offrant quatre voies routières (400 véhicules/heure) et deux voies ferrées (200 trains/jour) pour un coût estimé à 10 milliards d'euros attire les convoitises des hommes politiques et des affairistes, la N'dranghetta en salive déjà...

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