Le viaduc Morandi, à Gênes, avant sa rupture.

On ne connaît pas encore la cause et l’origine de la rupture du viaduc Morandi à Gènes. La cause immédiate, car la cause profonde semble être liée à des défauts de fabrication du béton et au vieillissement de la structure. Tout le monde se demande pourquoi ce viaduc s’est effondré. Pour ma part, ce qui me surprend plutôt, c’est que si peu de ponts ou de viaducs s’effondrent. Tous les éléments sont pourtant réunis pour de telles catastrophes :

Le béton armé n’est pas un matériau pérenne :

– le béton des ouvrages de génie civil est soumis à des contraintes élevées, à des vibrations et aux intempéries, sa composition et sa fabrication doivent être particulièrement soignées et contrôlées pour obtenir un matériau résistant et de faible porosité ; la moindre modification du dosage des différents ingrédients : graviers, sables, ciment, additifs, ou la moindre modification des conditions de mise en œuvre : température extérieure, traitement des reprises de bétonnage, vibration, cure du béton (pour éviter sa dessication)  peut faire chuter considérablement ses caractéristiques mécaniques et physiques.

– les armatures en acier du béton se corrodent irrémédiablement et inéluctablement au cours du temps, lorsque l’ouvrage est jeune elles sont protégées de l’oxydation par le béton qui les enrobe, le béton naturellement alcalin passive et protège les aciers de la corrosion, mais au fil du temps, l’action de l’eau de pluie et du gaz carbonique de l’air provoque la carbonatation du béton, ce qui a pour effet de diminuer son pH et d’annuler son action passivante sur les armatures, ce qui provoque leur corrosion. La rouille fait gonfler les aciers et ceux-ci font éclater le béton, provoquant sa ruine.

Le béton précontraint lui aussi est peu pérenne.

Rappelons que dans le béton précontraint, les aciers sont tendus pour exercer en permanence une contrainte de compression sur le béton et augmenter ainsi la résistance du matériau composite béton acier. Cependant :

– le béton flue dans le temps sous l’effet de la précontrainte et perd ainsi ses qualités mécaniques,

– les aciers fluent aussi, ce qui diminue l’effet de la précontrainte.

Il faut imposer une durée de vie maximales aux ouvrages

Au bout d’une trentaine d’années, la plupart des ouvrages d’art en béton armé ou précontraint, comme les ponts et les viaducs ne sont plus en mesure de résister aux charges et aux contraintes pour lesquelles ils ont été conçus.

Comme dans le nucléaire civil, où les ouvrages, construits pour une période de temps déterminée au départ (30 à 50 ans), à l’issue de laquelle ils doivent être démantelés, il serait pertinent d’estimer la durée de vie des ouvrages d’art tels que les ponts et les viaducs dés leur conception et de provisionner leur remplacement ou leur réfection totale au bout d’un certain nombre d’années. Cela permettrait lors de l’appel d’offres de privilégier les projets les plus durables dans le temps.

Au moment où j’écris cet article, je regarde C dans l’air où un architecte intervenant dans l’émission, Boris Weliachew, interrogé sur la différence* entre un pont et un viaduc, n’a pas su trouver la réponse et a bredouillé qu’un viaduc c’est plus important qu’un pont. Quand à Axel de Tarlé, voulant parler du viaduc de Gennevilliers, il a cité le pont d’Aubervilliers…

(*) un pont franchit une rivière, un viaduc franchit une vallée.

Pourquoi certains ponts et viaducs romains sont encore debout ?

Le pont du Gard (un viaduc en réalité)

Parce que ces ouvrages étaient construits en pierre, un matériau beaucoup plus durable que le béton (qui n’est qu’une pierre artificielle) et en acier (qui rouille), et parce que ces pierres étaient assemblées de façon à ne subir que des contraintes de compression (piles et voutes), alors que les ouvrages en béton armé sont soumis à des contraintes de flexion et de traction qui provoquent l’ouverture de fissures et à terme la rupture de l’ouvrage.

Paradoxalement, plus un ouvrage est ancien, plus il est résistant, nos ouvrages modernes calculés au plus juste, sont souvent mal construits, et nécessitent une maintenance lourde et difficile.

Dans l’ordre, les matériaux les plus résistants au temps et aux intempéries sont : la pierre, le bois, la fonte, le fer*, l’acier, le béton. Les ouvrages d’art modernes sont réalisés en béton et en acier.

(*) la Tour Eiffel a été réalisée en fer, pas en acier, Gustave Eiffel l’a voulu ainsi car le fer présente une durabilité supérieure à l’acier, et il se déforme beaucoup avant de rompre, ce qui évite des ruptures brutales.

Cet article fait suite à Terre armée : une technique à proscrire, que j’ai publié il y a quelques jours. Guillaume, de la Direction de la Communication Terre Armée, m’a fait l’honneur d’apporter un commentaire et je l’en remercie.

La terre armée, qu’est-ce que c’est et à quoi ça sert ?

Le but de la technique est de réaliser des remblais avec des parements verticaux, de façon économique, sans utiliser la technique du béton armé plus lourde et plus onéreuse.

On va associer pour cela 3 éléments : de la terre de remblai, des armatures en acier ou en fibres synthétiques et des plaques de béton de parement (écailles). En tirant partie des qualités de chaque matériau : le faible coût et la résistance à la compression de la terre, la résistance à la traction de l’acier, la tenue du béton vis à vis des intempéries et la possibilité d’obtenir un parement architectonique adapté à l’environnement.

Les armatures de la terre armée

Contrairement aux ouvrages de génie civil qui font appel à des armatures rondes de forte section (jusqu’à 50 mm de diamètre), les armatures utilisées en terre armé sont des plats en acier galvanisé d’une épaisseur maximale de 5 mm (3mm pour les premiers ouvrages). Il existe également des armatures synthétiques, cependant, selon le constructeur, elles sont réservées aux ouvrages légers.

La durée de vie des ouvrages

La tenue dans le temps des ouvrages en terre armée est essentiellement liée à la vitesse de corrosion des armatures en acier. La durabilité des ouvrages varie considérablement selon la qualité des armatures et l’environnement. Dans un milieu sec, comme dans les zones désertiques des Etats-Unis ou de l’Australie, les armatures ne se corrodent presque pas et les ouvrages résisteront probablement au-delà d’une centaine d’années. Dans un milieu humide ou avec une alternance de sècheresse et de précipitations, la perte d’épaisseur des armatures liée à la corrosion diminue inéluctablement leur résistance jusqu’à provoquer la ruine de l’ouvrage. La présence de chlorures dans le remblai ou dans les eaux d’infiltration est un facteur aggravant.

La prévention

Le problème est que les armatures ne sont pas visibles et les travaux d’approche pour les atteindre et les inspecter sont difficiles : il est impossible de retirer une écaille sans risque de voir le remblai s’écouler et se décompacter, aussi il faut procéder par forage et c’est délicat. Cependant, depuis quelques années des témoins sont mis en place à la construction qui permettent d’effectuer des contrôles périodiques de l’état de la corrosion des armatures.

La réparation

Dès lors qu’une corrosion plus rapide que prévue a été détectée, il est possible de conforter les ouvrages sans avoir à démonter les écailles. La méthode consiste à forer des ancrages dans le remblai, en perçant les écailles, et à les relier ensuite aux écailles à l’aide de croix de Saint André en saillie.

Obsolescence programmée

Les techniques modernes de construction permettent d’édifier rapidement des ouvrages spectaculaires et souvent peu chers. Cependant ces ouvrages ne sont pas pérennes, leur obsolescence à court terme est certaine, il est parfois possible de la mesurer ou de la reporter.

La plupart des oeuvres humaines sont calculées pour tenir jusqu’à la fin de leur durée de garantie contractuelle, de 2 à 7 ans pour les voitures, 10 ans pour le gros oeuvre des maisons. Pour les gros ouvrages, centrales nucléaires, ouvrages d’art, on estime qu’une durée de 30 à 70 ans est un bon objectif, cependant personne, ni le constructeur, ni l’assureur, ne garantira l’ouvrage au-delà de 10 ans.

Lorsqu’un maître d’ouvrage se voit proposer deux techniques différentes, l’une pérenne (plusieurs centaines d’années) et chère, l’autre bon marché mais peu durable, il se voit le plus souvent contraint d’utiliser cette dernière, économiquement plus rentable.

Nous vivons dans une ère moderne…