Architecture Travaux ferroviaires

L’innovation à grande vitesse

Mots clés : Innovations - Travaux publics

La construction de deux nouvelles lignes en France a été l’occasion de mettre en œuvre des techniques de pointe.

Avec la construction quasi simultanée de quatre nouvelles liaisons, la « France ferroviaire » a connu, ces dernières années, une situation inédite. Après l’inauguration de la ligne à grande vitesse est-européenne en 2016, et avant celle du contournement Nîmes-Montpellier en octobre prochain, le réseau ferré français s’est renforcé avec la mise en service conjointe, ce 2 juillet, des lignes à grande vitesse Bretagne-Pays de la Loire (LGV BPL), entre Le Mans et Rennes (214 km), et Sud-Europe-Atlantique (LGV SEA), entre Tours et Bordeaux (302 km). Particularité des deux nouvelles infrastructures ? Leur réalisation a fait appel à des partenariats public-privé (PPP) : leur conception, leur construction et leur maintenance ont été confiés à une seule et unique entité concessionnaire, créée ex nihilo. Ainsi, Eiffage Rail Express s’est vu attribuer, en 2011, la concession durant vingt-cinq ans de la LGV BPL (pour 3,4 milliards d’euros), et Lisea – dont Vinci est actionnaire -, celle de la LGV SEA, pour une durée de cinquante ans (7,8 milliards).

Emprunt de techniques routières. Nouveau dans le monde ferroviaire, le modèle contractuel du PPP – importé du secteur autoroutier – a eu un impact direct sur la conception et même la construction des nouvelles lignes, car il fallait à la fois réduire au maximum les délais d’exécution des chantiers et optimiser la maintenance future des infrastructures. Cette articulation étroite de la conception-construction avec l’exploitation-maintenance a donné naissance à plusieurs innovations techniques. Une « révolution » dans un secteur ferroviaire où les méthodes constructives n’ont quasiment pas évolué depuis le milieu du XIXe siècle…

L’une des clés a résidé dans l’industrialisation de procédés qui, jusqu’à encore récemment, étaient empiriques. Ainsi, outre le recours à la préfabrication sur site, dans des usines dédiées, d’éléments en béton armé pour les ouvrages d’art (voussoirs, poutres de tablier, cadres enterrés, voûtes, corniches, etc. ), la réalisation des nouvelles lignes ferroviaires fait désormais de plus en plus souvent appel à des techniques… routières. La mise en œuvre d’enrobé en sous-couche de ballast sur la LGV BPL comme le renforcement de remblais par la technique de la terre armée sur la LGV SEA illustrent cette tendance de fond. Même les matériels mobilisés pour la pose des voies empruntent à la « culture routière » : des finisseurs ont par exemple été utilisés pour ballaster les plates-formes.

L’objectif est de maintenir des rendements de réalisation élevés et constants durant de longs mois.

Ingénierie concourante. Ces innovations techniques n’auraient ainsi peut-être pas eu lieu sans le recours aux PPP. Comme en témoigne Imed Ben Fredj, directeur technique de Clere (Eiffage), le groupement concepteur-constructeur de la LGV BPL, « le mainteneur a suivi le projet en amont, de A à Z, en intervenant, si besoin était, en phase de conception comme en phase de chantier ». « Pour chacun de nos choix d’optimisation constructive, nous avons systématiquement cherché à en évaluer les impacts en termes de maintenance », fait savoir, de son côté, Hervé Hérode, responsable de la conformité de la LGV SEA pour le groupement concepteur-constructeur Cosea.

Pour réduire encore davantage les délais de construction, une autre innovation, non pas technique mais organisationnelle, a été mise en œuvre sur la LGV SEA : l’ingénierie concourante.

Elle consiste à intégrer des modifications au projet – issues, par exemple, de la concertation des riverains – parallèlement à la réalisation des travaux. Une idée à suivre pour le Grand Paris Express ?

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Voies - La pose ne connaît pas de pause

La construction des lignes à grande vitesse Bretagne-Pays de la Loire (LGV BPL) et Sud-Europe-Atlantique (LGV SEA) aura offert aux entreprises ETF et Eiffage Rail l’opportunité de déployer deux solutions de pose de voies d’un genre nouveau. Différentes dans leur conception, celles-ci présentent toutefois un point commun : rendre inutile l’installation d’une voie provisoire. Une évolution remarquable qui a sensiblement allégé le dispositif de ces chantiers avec, en bout de chaîne, un gain de temps précieux et des rendements améliorés.

Sur la LGV SEA, le couple composé d’une remorque de pose de traverses et d’un wagon pousseur a ainsi permis aux équipes d’ETF d’atteindre un rythme moyen de 1 300 m par jour. Un résultat obtenu par le travail conjoint de ces deux machines permettant, pour l’une, de poser rapidement et précisément les traverses et, pour l’autre, de pousser de longs rails soudés de 432 m, avec l’assistance d’une pelle-araignée chargée du guidage.

Sur la LGV BPL, Eiffage Rail a utilisé pour sa part un train initialement conçu pour renouveler les voies existantes et modifié pour l’occasion. En lieu et place des systèmes de dégarnissage du ballast et de dépose du rail est venu s’intégrer un module de stockage des rails. Ces derniers, préalablement reliés par des éclisses pour former des éléments de 800 m de long, étaient ensuite poussés jusqu’à l’avant du train à l’aide de rouleaux latéraux, avant d’être tirés par un engin sur chenilles et installés sur les traverses. Là encore, l’efficacité était au rendez-vous, avec un rendement moyen de 1 500 m par jour.

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Enrobé - Sous les rails, le bitume

Pas moins de 105 km, sur les 180 à grande vitesse de la ligne Bretagne-Pays de la Loire, ont été réalisés avec de l’enrobé… routier. Classiquement appliquée dans les couches d’assise des routes, une grave-bitume de type 4 (GB4) a été mise en œuvre en sous-couche de ballast, sur une épaisseur de 12 cm. L’emploi de cet « enrobé ferroviaire » riche en bitume (4,8 %), en lieu et place de la sous-couche en grave non traitée (GNT), présente de nombreux avantages, selon Clere (Eiffage), le groupement concepteur-constructeur de la LGV BPL.

Le premier d’entre eux ? La GB absorbe les vibrations dues aux passages des trains – la première cause d’endommagement des infrastructures ferroviaires. L’usage de ce matériau permet aussi de diminuer l’épaisseur de la couche d’assise de la plate-forme (de l’ordre de 35 cm en moins, sur 70), ce qui équivaut à une réduction significative de la consommation de matériaux granulaires nobles. En outre, sa surface permet une évacuation plus efficace des eaux de ruissellement, entraînant un moindre dévers transversal des voies (2,5 % contre 4 % habituellement).

Résistance à l’érosion. De plus, la GB assure, lors du passage des trains, une meilleure répartition des charges sur le sol. Sa déformabilité et sa résistance à la fatigue et à l’érosion sont, par ailleurs, remarquables, offrant à l’infrastructure une durée de vie centenaire. Au-delà de ses performances techniques, la GB peut être mise en œuvre facilement, par tout temps, et accueillir des engins de chantier, sans se détériorer, ce qui optimise la pose des équipements (traverses, rails, poteaux-caténaires, etc. ).

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Ouvrages d'art - Les viaducs entrent en action

Sur la ligne à grande vitesse Bretagne-Pays de la Loire, la plate-forme ferroviaire n’est pas le seul composant de l’infrastructure à avoir fait l’objet de méthodes constructives innovantes ( lire p. 72 ). Trois des viaducs de la nouvelle ligne – ceux du Quartier (263 m), du Vicoin (337 m) et de la Courbe (374 m) -ont été réalisés selon le concept de la double action mixte. « La majorité des ouvrages ferroviaires construits jusqu’à ce jour en France ont des structures de tablier de type bipoutre mixte, c’est-à-dire des dalles en béton armé reposant sur une charpente en acier, explique Imed Ben Fredj, directeur technique du projet pour le groupement concepteur-constructeur Clere (Eiffage). Notre innovation a consisté à rendre “ collaborants ” les hourdis inférieurs de chacun des trois tabliers, c’est-à-dire à les faire participer pleinement à la résistance en flexion des viaducs, lors du passage des trains. Pour ce faire, ils ont été rendus continus sur les appuis intermédiaires, par la mise en place d’éléments préfabriqués en béton armé de 15 cm d’épaisseur, en lieu et place des habituels contreventements métalliques, disposés entre les poutres. »

Les hourdis inférieurs des tabliers participent à la résistance en flexion des viaducs.

Jusqu’à 20 % d’économies d’acier. Le responsable met en avant le caractère inédit de l’opération : « Il s’agit des premiers ouvrages bipoutres à double action mixte construits en France. » Selon le constructeur, cette « astuce » structurelle a permis à la fois d’économiser entre 15 et 20 % d’acier au niveau des trois charpentes métalliques – soit près de 600 tonnes – et de réduire la hauteur des poutres, dégageant ainsi davantage d’espace sous les ouvrages. Pour les trois viaducs concernés, les tabliers, préalablement dotés des éléments préfabriqués composant les hourdis inférieurs, ont été mis en place par lançage.

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Terrassements - Des remblais bien armés pour le passage des trains

Pour tenir – voire réduire – les délais de réalisation de la ligne à grande vitesse Sud-Europe-Atlantique (LGV SEA), Cosea (Vinci), le groupement concepteur-constructeur de l’infrastructure, a recouru à des techniques constructives inédites. Outre la mise en place d’éléments préfabriqués en béton – peu courants sur des viaducs ferroviaires -, neuf ouvrages d’art, dont six sur lesquels les trains circuleront à 320 km/h, ont été réalisés en terre armée. Soit un linéaire de 1,8 km environ. « Il s’agit d’une première mondiale dans le secteur ferroviaire », souligne Hervé Hérode, responsable de la conformité de la LGV pour Cosea.

Remblai instrumenté. Structure de soutènement gravitaire, la technique de la terre armée a été inventée il y a une cinquantaine d’années pour les secteurs routier et autoroutier. Elle consiste à renforcer des remblais granulaires en y ancrant horizontalement des armatures métalliques ou synthétiques reliées à des écailles de parement modulaires en béton. La hauteur des sols renforcés de la LGV, réalisés en prolongement des piédroits de sauts-de-mouton, peut atteindre 12,7 m. « Entre autres avantages, comme la réalisation d’ouvrages moins imposants que les murs de soutènement classiques, la terre armée s’avère compatible avec les impératifs de la maintenance : un intervalle de 7 m (au lieu de 4 m habituellement) est systématiquement aménagé entre le mur et la voie la plus proche », indique Hervé Hérode. Sur la LGV SEA, un remblai renforcé a été instrumenté en collaboration avec l’Ifsttar (1) dans le but de mieux comprendre la diffusion, en son sein, des sollicitations dynamiques provoquées par le passage des trains.

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