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Ouvrages d’art L’arc sous toutes ses formes
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Ouvrages d’art L’arc sous toutes ses formes

Dossier réalisé par Julien Beideler et philippe donnaes |  le 30/03/2007  |  ArchitectureRéalisationsAménagementHaute-CorseHérault

Ces dernières années ont vu le retour en grâce des ponts en arc, fruits d’une approche pluridisciplinaire conciliant architecture, ingénierie et paysage. Revue d’effectifs.

Il n’est qu’à regarder la production récente pour le constater : les ponts en arc sont de retour. Aussi bien dans le domaine routier que ferroviaire ou dans les passerelles. « Il est d’autant plus intéressant de noter le retour en grâce des ponts en arc qu’il ne s’agit pas de la solution de franchissement la plus économique », rappelle Jean-Marc Tanis, directeur général du bureau d’études Jean Müller International (groupe Egis). « Les premiers ponts en voûte étaient réalisés sur cintre et furent délaissés à partir des années soixante », rappelle Michel Placidi, conseiller technique de Razel (voir page 70). En 2001, des études du Setra (service d’études techniques des routes et autoroutes) ont montré que le prix de revient au mètre carré d’un pont en arc était de 2 206 euros HT, contre 1 830 pour un pont à haubans ou 1 264 pour un pont mixte. « Mais le pont en arc a d’autres atouts, notamment en terme architectural », complète Jean-Marc Tanis.

De fait, les architectes utilisent l’arc, le transcendent, le détournent… « Pour l’architecte, l’arc est certainement le geste le plus élégant, le plus symbolique », estime Thomas Lavigne, associé d’Architecture et Ouvrage d’Art (lire ci-dessous). L’architecte Alain Spielmann, dans le bulletin des ponts métalliques, explique « la réémergence des ponts en arc par deux facteurs. D’abord par une demande accrue de constructions intégrées à l’environnement, prenant en compte la nécessité de réaliser des ouvrages dont les proportions sont en harmonie avec les villes et les territoires dans lesquels ils s’insèrent. D’autre part, par la montée en puissance de nouveaux maîtres d’ouvrage comme les communautés de communes, les conseils généraux… »

Une nouvelle génération d’ouvrages. L’arrivée de nouveaux matériaux comme les aciers à haute limite élastique, le béton fibré à ultra-hautes performances (BFUP) a aussi permis aux ponts en arc d’explorer des domaines de portée où on ne les attendait pas. L’actuel détenteur du record du monde de portée, le pont Lupu à Shanghai, est un ouvrage métallique dont la travée atteint 550 m ! Il sera bientôt détrôné par un autre pont chinois, le pont de Chaotianmen (voir page 67) avec 552 m ! Ses concepteurs ont dessiné un arc à structure métallique en treillis et tablier intermédiaire, très similaire au Sydney Harbour Bridge en Australie. A Séoul, en Corée du Sud, l’architecte Rudy Ricciotti avait été pionnier dans l’utilisation du Ductal (le BFUP de Lafarge) pour la réalisation de la « passerelle de la paix » dont la partie centrale est une arche précontrainte de 120 m de portée ! Plus près de nous, à la frontière franco-allemande, entre Weil-am-Rhein et Huningue, l’architecte autrichien Dietmar Feichtinger vient de livrer la plus longue passerelle piétonne et cyclable du monde (238 m de portée), deux arcs métalliques, dont l’un incliné, au-dessus du Rhin.

Reste que la construction d’un pont en arc peut devenir un véritable casse-tête. Une solution séduisante d’arc central de 602 m proposée pour le viaduc de Millau avait achoppé, notamment pour des problèmes constructifs. Mais comme l’illustrent le pont de Serebryany Bor à Moscou ou la passerelle de Turin (voir pages 65 et 67), une nouvelle génération d’ouvrages apparaît. Preuve qu’après trois millénaires d’usage, l’arc fait toujours rêver.

L’EXPERT Thomas Lavigne, architecte

« L’arc est le geste le plus élégant pour un pont »

« Pour l’architecte qui imagine un pont, l’arc est certainement le geste le plus élégant, le plus symbolique. L’arc est aussi la forme enfantine du pont, un dessin d’enfant suffit à s’en convaincre. L’arc n’est pas seulement une forme. C’est une dynastie d’ouvrages qui traversent les âges, de la Rome antique aux arcs tendus actuels, en passant par les treillis en fer et acier du XVIIIe siècle. L’arc n’est pas figé. Il peut s’écrire en deux demi-arcs comme pour le viaduc de l’Anguienne. Il peut permettre d’organiser des cheminements piétonniers originaux, offrir une autre expérience de la traversée… Un temps mal aimés, les ponts en arc ont su redevenir séduisants, notamment en milieu urbain. Ils sont toujours un signal fort dans leur environnement et notre travail consiste à profiter de cette forme simple autant que de la mettre en valeur. Sans faux-semblants, ni fioritures. Le site, la forme de la brèche guide la position d’un tablier. Là commence le travail de l’architecte, pragmatique. Dans le choix des matériaux d’abord. Récemment, nous avons remporté le projet du pont du tramway d’Angers, un pont à tablier intermédiaire. Les naissances d’arc, immergées dans la Maine, sont en béton. La partie centrale, située au-dessus de la chaussée est métallique, comme le tablier. Nous avons porté beaucoup d’attention au système de couples de suspentes à barres qui soutient le tablier car, à travers lui, s’écrit le rythme de l’ouvrage. »

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Pont atypique près de Moscou

Le pont de Serebryany Bor, en construction à l’ouest de Moscou, est atypique. Il comporte une travée de 410 m et un arc métallique de 102 m de haut, d’un poids de 5 000 t, au sommet duquel sera aménagé un restaurant. La travée principale sera soutenue par 72 haubans fournis et mis en œuvre par Freyssinet (qui réalisera aussi la modélisation du pont). Sergei Ksenzhenko, un des responsables du projet, en fait une description laconique : « C’est un ouvrage à l’aérodynamique complexe, fondé sur un sol médiocre, dans une zone sensible en termes d’environnement. La mise au point de l’arche avec un restaurant en son sommet n’est pas simple. C’est pourquoi nous nous sommes entourés de nombreux spécialistes russes et étrangers pour valider la conception du pont. »

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Nouvelle méthode de construction Arc métallique pour le pont de Reynès

Pour remplacer l’ancien pont du Vila construit en 1893, les responsables du conseil général des Pyrénées-Orientales ont, sur les conseils de Michel Virlogeux, retenu la solution la plus innovante et non la moins disante. Le pont de Reynès, sur le Tech, est un pont métallique en arc (diamètre 60,80 m) légèrement incliné, avec hourdis en béton de 75 m de portée. L’ouvrage, constitué de deux demi-arcs reliés par une plate-forme centrale, a fait l’objet d’un montage à blanc dans l’usine d’Eiffel de Lauterbourg. La mise en œuvre sur site s’est déroulée « par basculement », les demi-arcs étant articulés provisoirement en pied.

L’opération a été réalisée au moyen d’une grue automotrice de forte capacité. Les deux éléments ont ensuite été clavés après mise en place de béquilles provisoires à axe mobile reposant dans le lit de la rivière.

L’innovation principale réside dans l’utilisation de la méthode de construction du hourdis par poussage, mise au point et brevetée par Razel. L’idée consiste à réaliser une connexion acier-béton différée afin d’éliminer le risque de fissuration inhérent aux solutions conventionnelles. La dalle béton est mise en œuvre par poussages successifs, la « solidarisation » n’intervenant qu’une fois le tablier achevé. Autrement dit lorsque toute la charpente est chargée par le poids propre du hourdis et que les différents retraits du béton sont au moins partiellement effectués.

Technologiquement, le procédé a évolué et le pont de Reynès est le premier ouvrage à en bénéficier. Ainsi, les armatures transversales présentes sur les deux précédentes générations ainsi que les rails de glissement ont été supprimés. D’où une simplification du ferraillage et une réduction des coûts. La dalle comporte désormais, dans sa partie inférieure, deux tunnels continus qui sont ensuite bétonnés, au moyen d’un béton autoplaçant. Seule une formulation de ce type – en l’occurrence Agilia Force de Lafarge – est à même de garantir une répartition optimale du mélange car les bétonnages sont réalisés en aveugle.

Maître d’ouvrage et maître d’œuvre : conseil général des Pyrénées-Orientales.

Assistant maîtrise d’ouvrage : Michel Virlogeux.

Architecte : Frédéric Zirk.

Etudes : Michel Placidi/Razel T & M.

Entreprises : groupement Razel (mandataire)/Eiffel.

Coût : 2,6 millions d’euros HT.

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Record mondial a Chaotianmen (Chine)

En termes d’infrastructures, la Chine est en train de battre tous les records mondiaux. A Chongqing (1 500 km à l’ouest de Shanghai), le pont en arc de Chaotianmen détiendra bientôt le record de la plus longue travée avec 552 m. L’arc en treillis métallique, de 142 m de hauteur totale, supportera un tablier intermédiaire à deux niveaux : l’étage supérieur large de 36,50 m recevra deux fois trois voies de circulation et deux trottoirs ; l’étage inférieur accueillera, sur une largeur de 29 m, deux voies routières supplémentaires et deux voies ferrées. Avec ses travées d’accès (en construction sur la photo), l’ouvrage franchit le fleuve Yangtze sur 932 m.

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La passerelle des jo de Turin

Livrée à l’occasion des Jeux olympiques d’hiver 2006, la passerelle de Turin conçue par le cabinet Hugh Dutton Associés (Paris) se signale par une arche orange de 70 m de hauteur. D’un poids de 370 tonnes en acier S355, sa section est en forme de triangle équilatéral de 3 m de côté. Autour de l’arche s’organise une « toile » de câbles métalliques. Huit paires de câbles (75 mm de diamètre) la maintiennent inclinée tandis que huit autres paires (55 mm de diamètre) suspendent le tablier. Divisé en deux parties structurellement indépendantes, ce tablier métallique, qui franchit les voies ferrées par une portée de 150 m, totalise 365 m de longueur.

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Deux demi-arcs pour le viaduc de l’Anguienne

Un arc classique ne paraissait pas satisfaisant à l’équipe de conception du viaduc de l’Anguienne (Charles Lavigne, Ingérop, Safège), ouvrage essentiel du contournement Est d’Angoulême. Il aurait semblé trop artificiel dans ce vallon facilement accessible. D’où l’idée de dessiner deux demi-arcs de 125 m de développé, naissant au fond de la vallée, qui se croisent à 15 m de haut et viennent s’adosser horizontalement sur les versants. Pour sa réalisation, l’entreprise DV Construction a conçu des outils coffrants spécifiques, notamment pour s’adapter aux trois rayons de courbure des arcs. Ceux-ci ont d’abord été réalisés jusqu’à la croisée, puis les demi-arcs de part et d’autre avant les piles adjacentes aux arcs. Dans un second temps, ont été érigées les huit pilettes qui soutiennent le tablier central.

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Harpe géante en italie

Signé par l’architecte espagnol Santiago Calatrava, ce pont en arc à tablier inférieur allonge sa silhouette blanche sur 221 m pour franchir l’autoroute A1 (non loin de la ville de Reggio Emilia, Italie) et la ligne ferroviaire à grande vitesse entre Milan et Bologne. L’arc en caisson de section octogonale évidée culmine à 46 m. Il s’élargit en prenant de la hauteur, passant de 2,2 m à la base à 5,2 m au sommet. Via 58 paires de câbles, l’arc suspend un tablier en caisson large de 26 m entièrement soudé. Fabriqué dans les ateliers de Costruzioni Armando Cimolai, l’arc a été installé par trois gigantesques pylônes de levage.

Optimiser la matière Arc en béton au-dessus de l’Hérault

Le pont sur l’Hérault se situe sur l’autoroute A750, entre Gignac et Saint-André-de-Sangonis (Hérault). L’ouvrage dissymétrique est en béton précontraint de 130 m de longueur. Le tablier comporte deux nervures précontraintes, des poutres intermédiaires ainsi que des poutres en encorbellement en béton armé. L’ensemble supporte un hourdis précontraint transversalement. Ce tablier plan s’appuie sur l’arc principal, sur une contre béquille ainsi que sur deux culées. En rive droite, la culée est fondée sur des semelles superficielles; sur l’autre rive, elle a été réalisée sur un grand remblai consolidé par des pieux métalliques battus jusqu’à 26 m de profondeur. Ceci afin de maîtriser les risques d’affouillement dans l’hypothèse d’une crue centennale.

L’appui en rivière a été exécuté à l’abri d’un batardeau qui sera conservé pour protéger les fonds des risques d’affouillement. Au plan structurel, cet appui est constitué de deux massifs reliés par un tirant précontraint empêchant l’écartement des pieds d’arc. Les risques de crues interdisant d’implanter une grue à tour en bordure de rivière, les onze files de palées provisoires destinées à supporter le cintre de réalisation de l’ouvrage ont été battues depuis la rivière.

Côté béton, c’est un C70/85 qui est employé. Il intègre des fumées de silice afin d’améliorer ses caractéristiques vis-à-vis du fluage. « Les principales causes de désordre susceptibles de se produire sur une structure en arc résultent en effet des risques liés à son raccourcissement », explique Jean-Christophe Dupoux, responsable du chantier de GFC Construction. Les poutres en béton armé, préfabriquées sur le chantier, sont posées transversalement (tous les 2,50 m) avant que des prédalles de 7 cm d’épaisseur également produites in situ ne soient positionnées après décintrement. Chacune des deux nervures est précontrainte longitudinalement au moyen de 18 câbles 19T15S, le tablier étant également précontraint transversalement, dans le hourdis, par l’intermédiaire de torons gainés graissés (4T15 tous les 1,25 m). « L’ouvrage est très optimisé en termes de matière afin de réduire son coût », conclut Jean-Christophe Dupoux.

Maître d’ouvrage : ministère de l’Equipement.

Maître d’œuvre : DDE de l’Hérault.

Architecte : Charles Lavigne.

Bureau de conception : Michel Virlogeux-Secoa.

Entreprise : GFC Construction.

Durée du chantier : 19 mois.

Coût des travaux : 7,6 millions d’euros HT.

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L’EXPERT Michel Placidi, conseiller scientifique et technique de Razel, maître de conférences à l’Ecole nationale des ponts et chaussées

« Les arcs modernes ne travaillent plus uniquement en compression »

« Les premiers ponts en voûte étaient réalisés sur cintre, ce qui explique, eu égard à l’évolution du coût de la main-d’œuvre, qu’ils furent peu à peu délaissés à partir des années soixante. Parallèlement, la précontrainte et la construction par encorbellement prenaient leur essor. Les ponts en arc ont fait leur retour, surtout en Afrique du sud et en ex-Yougoslavie, justement avec le développement de la méthode de construction par encorbellement et l’application du haubanage provisoire. Le premier ouvrage français réalisé selon cette méthode est celui de Trellins, sur l’Isère, en 1983. Structurellement parlant, ces ouvrages qui ne sont plus des voûtes pleines ne travaillent donc pas uniquement en compression. Il faut distinguer l’arc à tablier supérieur, l’arc à tablier intermédiaire et l’arc à tablier inférieur (ou bow-string). Le premier, dans lequel la descente de charges s’effectue de manière discontinue, via les pilettes, est également sollicité en flexion.

La réaction d’appui, au droit de ses culées, n’est pas verticale, mais inclinée suivant la tangente de l’arc à la naissance.

La stabilité de l’ouvrage est donc fortement dépendante de la stabilité des fondations, donc de la nature du terrain. Dans le cas du tablier inférieur, ce dernier est utilisé comme un tirant qui reprend la composante horizontale de la réaction d’appui inclinée. L’ouvrage se comporte alors comme une poutre isostatique, avec réactions d’appui verticales. Ce type de structure autorise de grandes portées tout en permettant d’avoir des tabliers très minces le tout sans fortes contraintes géotechniques. Le problème réside dans le phasage de construction puisque l’arc a besoin du tablier pour tenir et réciproquement ! Une quadrature du cercle qui est généralement résolue moyennant une construction à terre et une mise en œuvre par ripage ou lançage. A condition, bien entendu, que le site se prête à ce type de méthode. »

Structure Des arcs qui n’en sont pas...

Vrai ou faux arc ? Vrai esthétiquement parlant, faux sur le plan structurel. Un des plus beaux exemples en la matière est le pont sur le Vecchio, en Corse (notre photo). L’ouvrage de 10,30 m de large, à une vingtaine de kilomètres de Corte, offre l’apparence d’un arc très tendu de 137 m de portée. En réalité, il se comporte comme une poutre continue à trois travées, avec réactions verticales sur les appuis. Il s’agit en effet d’un ouvrage à trois travées (42, 137 et 42 m) dont les travées de rive, partiellement habillées de murs enveloppes en panneaux préfabriqués, sont presque totalement masquées. « Berdj Mikaelian, l’architecte, était en effet parti sur l’idée d’une structure en arc mais il aurait fallu descendre à mi-hauteur des flancs de la vallée encaissée pour construire les culées », explique Charles Bertocchi, le directeur de chantier de Razel. D’où une démultiplication des coûts et le risque de dégrader fortement le site.

Au final, la travée centrale a été construite en encorbellement, au moyen d’un équipage mobile, le tablier étant constitué d’une poutre caisson en béton précontraint dont la hauteur varie de 10,50 m, sur les piles, à 3,50 m à la clef. Cette forte variation de hauteur procure la sensation d’arc tendu.

Autre exemple : le pont de l’Entre-Deux à La Réunion. Conçu par Jean Müller International avec l’architecte Alain Amadéo et réalisé par Bouy-gues TP, il franchit la ravine du Bras de la Plaine à 110 m de haut par l’intermédiaire d’une travée unique de 280 m. Là encore, la construction s’est déroulée en encorbellement, les efforts étant repris par deux culées poids ayant nécessité chacune 3 000 m3 de béton. Le tablier est constitué d’un hourdis supérieur de largeur constante (12 m) relié au hourdis inférieur (largeur et épaisseur variable) par deux plans de triangulation formés de 84 diagonales métalliques. La conception a nécessité la mise au point d’un BHP (B60) produit in situ, une première pour La Réunion.

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