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Coques composites pour renforcer les voûtes d'une église
Les voûtes est et ouest de la nef de l'église Saint-Pierre de Freigné (49) présentaient des désordres importants, d'où la nécessité de les consolider et de les renforcer. - © © RENOFORS

Coques composites pour renforcer les voûtes d'une église

Stéphane Miget |  le 07/12/2011  |  Loire-AtlantiqueTechnique

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Alternative à la solution tout béton, ce système composite de renforcement des voûtes présente l'avantage de la légèreté. Il a permis dans cette église le renfort de l'extrados des voûtes sans intervention sur la structure et les fondations pour reprise de charges.

Les voûtes en brique de la nef de l'église Saint-Pierre à Freigne (49) montraient d'inquiétants signes de faiblesse : fissurations diverses et, plus grave, détachement d'éléments de décor avec fragmentation d'un arc de la croisée de la voûte, tendant à prouver le basculement d'une partie de celle-ci. Après la mise en place d'une protection, un diagnostic a confirmé la nécessité de renforcer trois voûtes pour stopper le processus de dégradation et éviter qu'elles ne finissent par s'écrouler (basculement et affaissement sous leur propre poids). Ce type de problématique est habituellement résolu par la réalisation d'une coque en béton sur l'extrados des voûtes. Une solution efficace mais qui a l'inconvénient du poids. En effet, la réalisation d'une chape béton de 10 cm d'épaisseur entraîne un surpoids de 250 kg/m² sur la structure. Nouvelles charges qui ne sont pas sans conséquence puisqu'il peut être nécessaire de prévoir un renforcement de la structure et des fondations pour reprendre les charges. Cela demande également de prévoir un étaiement extrêmement poussé.

Coque sandwich

Une autre solution, retenue ici par la maîtrise d'œuvre pour deux voûtes particulièrement dégradées, consiste en la mise en œuvre d'une coque sandwich en matériaux composites et tissu fibre de verre sur l'extrados (procédé breveté Renofors Coque de Renofors) desdites voûtes. Le dimensionnement de ce renfort est obtenu après modélisation des éléments finis de la voûte par un bureau d'étude spécialisé. Concrètement, le système permet de consolider la voûte existante en la raccrochant à une « survoûte » suffisamment rigide. Cette « survoûte » ou coque est composée de matériaux composites (tissu en fibre de verre, caissons nid-d'abeilles composites) présentant le double avantage d'être inertes (absence de corrosion, peu de dilatation thermique) et d'être très légers. Avec cette solution, l'avantage poids est évident puisque, pour un résultat équivalent à la mise en place d'une chape béton, le poids du complexe fini est de l'ordre de 12kg/m² pour une épaisseur de moins de 10 cm, soit un procédé vingt fois plus léger que la solution béton.

Consolidation in situ

La mise en œuvre du procédé se déroule en plusieurs étapes bien distinctes. Elle débute par la mise en place de cheveux en fibres de verre. Scellés dans les percements pour atteindre les briques les plus basses de la voûte, ces cheveux assurent une meilleure répartition des efforts, notamment lorsqu'il y a, comme ici, plusieurs épaisseurs superposées. Ensuite, la voûte propre est badigeonnée de résine pure pour coller un premier tissu de fibres de verre sur l'extrados. Cette opération permet de liaisonner la coque et la voûte en brique. L'étape suivante consiste à coller la coque composite nid-d'abeilles.  C'est cet élément qui forme la nouvelle coque de l'extrados. Après remplissage à la résine des jointures et des vides éventuels au niveau des liaisons entre les différentes plaques nid-d'abeilles, la dernière étape consiste à coller en plein un second tissu de fibres de verre qui vient en recouvrement de l'ensemble de la coque. Cette consolidation est donc réalisée in situ sur l'existant, sans démontage de la voûte. Ce qui assure la sauvegarde historique et esthétique de l'église dans son ensemble, et ce dans le respect du schéma structurel et de la descente de charges, y compris en phase travaux.

Treillis de carbone

La troisième voûte de l'église dont le diagnostic a montré qu'elle s'affaissait moins que les autres, a, elle aussi, été traitée mais par un procédé plus simple et plus économique. Il s'agit là d'une  solution de renforcement (procédé breveté Renofors Filet de Renefors) qui consiste en la mise en place d'un treillis soudé en fibres de carbone sur l'extrados de la voûte. Ce système permet d'ajouter en surface de la voûte un élément fonctionnant en traction et travaillant conjointement avec celle-ci afin de lui donner une meilleure stabilité tout en réduisant de façon significative sa capacité d'affaissement. Ce filet est fixé sur l'extrados de la voûte par des petits scellements non traversants et répartis tous les 30 cm (voire plus en zone de recouvrement entre 2 bandes de treillis). On scelle ensuite sur chaque « plot » à la résine un fil de fer galvanisé, point d'attache au treillis carbone. Lequel est maintenu légèrement écarté de l'extrados de la voûte au moyen de cales à béton posées à plat, ce qui permet de noyer le treillis dans une chape plâtre/chaux. Cette solution stabilise et soulage la voûte mais ne peut pas faire l'objet d'une modélisation ou d'un calcul précis, son mode de fixation selon les termes du fabricant « étant plus empirique que pour la solution coque sandwich ».

Fiche technique

Maître d'ouvrage : commune de Freigné (49)

Maître d'œuvre : cabinet d'architecture Archi Trav' (49)

Architecte en chef des monuments historiques : François Jeanneau (49)

Entreprise : Renofors, agence de Nantes (44) /

Procédés brevetés : Renofors Coque et Renofors Filet de Renofors

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