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Des progrès spectaculaires dans la construction des ponts

Pont Champlain, Montréal Québec

Plus d’un demi-siècle s’est écoulé depuis la construction du pont Champlain. Alors que l’on s’apprête à le remplacer, quels sont les atouts désormais à la disposition des ingénieurs pour construire des ouvrages d’art plus durables?

Cent ans. C’est la durée de vie exigée par le ministère fédéral de l’Infrastructure pour le nouveau pont Champlain, dont la construction doit débuter en 2015. Tout un contraste avec l’actuel pont, qui n’a que 52 ans, et dont la dégradation, largement médiatisée, s’aggrave de jour en jour.

Pour parvenir à concevoir un ouvrage qui durera une centaine d’années, les ingénieurs en génie civil disposent aujourd’hui d’outils qui auraient sûrement fait rêver leurs prédécesseurs. «Il y a eu beaucoup de progrès dans le génie civil par rapport à ce qui se faisait dans les années 1950, confirme Lotfi Guizani, professeur au Département de génie de la construction à l’École de technologie supérieure de Montréal. Nous avons tiré beaucoup de leçons des expériences passées, mieux compris le cycle de gel et dégel ainsi que l’action corrosive des sels de déglaçage sur le béton.» L’hiver constitue en effet le principal défi que les bâtisseurs de ponts doivent surmonter sous nos latitudes. L’état de l’actuel pont Champlain en est une preuve.

Des matériaux de pointe

Parmi les nombreux progrès dont a bénéficié le génie civil, les plus spectaculaires proviennent en grande partie des matériaux utilisés pour la construction. «Les 30 dernières années ont été quasi révolutionnaires dans la compréhension des processus chimiques qui interviennent lors de la fabrication et de l’utilisation du béton», affirme Brahim Benmokrane, professeur titulaire au Département de génie civil de l’Université de Sherbrooke et directeur du Centre de recherche sur les infrastructures en béton.

Les bétons haute performance sont presque imperméables, ce qui prévient l’infiltration d’ions chlorure, issus des sels de déglaçage, qui corrodent les armatures et fragilisent la structure.

Depuis la fin des années 1970, on maîtrise ainsi beaucoup mieux l’utilisation d’additifs chimiques qui permettent d’obtenir un béton moins poreux. «Pour faire du béton, il faut du ciment et de l’eau à hauteur de 20 % du mélange, en moyenne. Cependant, on en ajoutait quasiment le double afin de le malaxer plus aisément, ce qui augmentait sa porosité. Aujourd’hui, on ajoute plutôt un superplastifiant pour fluidifier le mélange, sans avoir recours à davantage d’eau», explique Brahim Benmokrane.

Les bétons haute performance sont presque imperméables, ce qui prévient l’infiltration d’ions chlorure, issus des sels de déglaçage, qui corrodent les armatures et fragilisent la structure. Cependant, l’utilisation de ces matériaux augmente en moyenne de 2 à 3 % le coût global de la construction, d’après Brahim Benmokrane.

Les ingénieurs regardent désormais du côté des bétons renforcés par une armature en matériaux composites, comme la fibre de carbone ou de verre. Non seulement ces fibres réduisent le risque de fissures, mais elles agissent également à titre de première ligne de défense pour limiter l’extension des crevasses en créant des jointures entre les lèvres des fentes. Le tout premier pont à profiter de cette technologie est d’ailleurs canadien : il s’agit du pont de Nipigon, en Ontario, dont la construction s’achèvera en 2017. «Ces technologies sont encore en développement, même s’il existe des projets pilotes», tempère Lotfi Guizani.

Une conception révolutionnée

Comme les autres disciplines scientifiques, le génie a bénéficié de la formidable évolution de l’informatique au cours de la dernière décennie. Plus rapides, plus puissants, les ordinateurs permettent aujourd’hui de développer des modélisations numériques plus performantes que jamais. «On peut désormais effectuer des simulations extrêmement complexes pour étudier le comportement d’un pont dans son entier et de chaque élément de sa structure selon une multitude de paramètres», se réjouit Brahim Benmokrane. La simulation numérique permet ainsi de choisir les matériaux optimaux pour chaque partie de l’ouvrage, une condition essentielle pour assurer sa durabilité.

Cette révolution informatique ne doit pas cacher celle, moins visible, qui touche à la manière même de concevoir les ponts. «Désormais, les ingénieurs sont conscients qu’il faut s’assurer, dès la conception, de pouvoir inspecter, voire remplacer les éléments importants de la structure», affirme Lotfi Guizani. Ainsi, les parties vitales du pont ne sont plus fixées dans le béton, mais exposées pour pouvoir être facilement inspectées. Et les leçons du passé ont porté leurs fruits : par exemple, la sortie des drains est située plus bas pour éviter que l’eau évacuée du pont n’éclabousse la structure, et les armatures sont galvanisées, au zinc notamment, pour limiter les risques de corrosion.

Que les futurs bâtisseurs de ponts se rassurent : les défis inhérents à la construction des ponts sont loin d’avoir été tous surmontés. Il existe en effet un décalage d’une bonne dizaine d’années entre la recherche sur les matériaux et son application sur le terrain. De nombreux tests doivent encore être effectués avant de songer à modifier le Code de la construction ou les normes en vigueur. «Il y a aussi de l’éducation à faire auprès des jeunes générations d’ingénieurs en génie civil pour les former à ces nouvelles techniques et ces nouveaux matériaux», estime Brahim Benmokrane.

Au chevet du pont Champlain

Comprendre les erreurs du passé permet de préparer l’avenir. Directeur de l’ingénierie à la société Les Ponts Jacques Cartier et Champlain Incorporée (PJCCI), et responsable de la gestion, l’entretien et la réfection de ces deux ouvrages, Juan Echague est bien placé pour le savoir. «Chaque catastrophe fait évoluer les connaissances des ingénieurs sur ces structures et leur comportement, voire les règles de l’art pour les construire», dit-il. L’effondrement du Mississippi River Bridge à Minneapolis, aux États-Unis, en 2007, est un cas emblématique. La catastrophe a fait 13 victimes et 155 blessés. «Cet événement a totalement bouleversé la conception des ponts en acier», affirme l’ingénieur.

Dans le cas du pont Champlain, ses déboires ont aussi permis de faire émerger quelques innovations. «Nous avons installé un programme de surveillance des poutres de rive qui nous informe en temps réel de la moindre déformation», illustre-t-il. Son équipe a également développé un système de renforcement par arbalète à deux poinçons. Fixées sous le tablier du pont et ancrées aux poutres, ces barres d’acier supportent le tablier et ajoutent une résistance aux travées endommagées, une première au Québec.

«Nous appliquons des techniques d’avant-garde», assure Juan Echague, qui cite l’utilisation de fibres de carbone pour entourer d’adhésif les poutres du pont et prévenir les risques de fissures. La technique était connue, mais les ingénieurs de la société PJCCI ont développé un système permettant de renforcer l’adhérence de ces membranes de carbone au béton, même corrodé.

«Toutefois, il faut se garder de juger des décisions techniques du passé à la lueur des connaissances d’aujourd’hui», prévient l’ingénieur. Selon lui, le pont Champlain était une conception innovante à l’époque, notamment au regard de sa vitesse de construction ou des matériaux utilisés…

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