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Un géant enjambe le Tarn

Philippe Donnaes

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- Un peu plus de trois années de travaux, 320 millions d'euros d'investissement et un nouveau record mondial de hauteur à 343 mètres. - Cet ouvrage impressionnant de 2 460 mètres de long, aux nombreuses solutions innovantes, s'imposera comme une référence en matière de génie civil.

Beaucoup de Millavois n'y croyaient plus. Les premiers tracés, réalisés par le Centre d'études techniques (CETE) d'Aix- en-Provence (Bouches-du-Rhône) remontent à 1987. Certains en étaient venus à qualifier "d'Arlésienne du BTP" le "grand viaduc" censé enjamber le Tarn à Millau (Aveyron). N'en déplaise aux sceptiques : le dernier maillon de l'A75, l'autoroute reliant Clermont-Ferrand à Béziers, est aujourd'hui une quasi- réalité. En témoignent les sept piles de béton qui dressent leur tête au-dessus de la vallée et le tablier métallique qui commence à surplomber le vide.

Une solution mixte

Ce temps de gestation n'a, en fait, rien d'exceptionnel eu égard à la formidable complexité de cet ouvrage haubané. À son achèvement, début 2005, il représentera une référence de tout premier plan en matière de génie civil. Il détiendra aussi le record mondial de hauteur avec des piles culminant à 343 mètres.

Première difficulté qu'ont dû surmonter ses concepteurs : le vent. Cette contrainte majeure a nécessité de nombreuses études en amont afin d'optimiser le profil de l'ouvrage. Le Centre scientifique et technique du bâtiment (CSTB) a modélisé, à partir de 1996, toutes les mesures météorologiques recueillies entre 1994 et 1996 sur le site, en les corrélant avec les données collectées par Météo-France depuis trente ans sur la région. Les différentes simulations numériques, suivies d'essais en soufflerie sur des maquettes de 2 mètres de long, représentant des tronçons de tablier et de pile, effectués à partir de 1997, permirent d'affiner l'aérodynamisme du tablier. Résultat : la version triangulaire initiale, jugée trop pénalisante vis-à-vis du vent, a été remplacée par une forme trapézoïdale avec une sous-face de 4 mètres de large (au lieu de 6 mètres au départ).

C'est finalement la solution mixte proposée par le groupe Eiffage, concessionnaire de l'ouvrage pour une durée de 75 ans - au travers de sa filiale, la Compagnie Eiffage du Viaduc de Millau - qui a été retenue. Avantage : l'option d'un tablier métallique « permet de réaliser 96 % des heures de travail sur des plates-formes usine, en arrière des culées », explique Marc Buonomo, le responsable du chantier d'Eiffel (groupe Eiffage). Traduction : la suppression des dangers et de la pénibilité (neige, vent, gel) qu'auraient générés les conditions de travail en grande hauteur liées à une solution béton classique, par encorbellements successifs.

Le tablier est donc assemblé sur deux aires spécifiques, situées en retrait des culées nord et sud. Le montage de ce Meccano géant s'apparentant à un gigantesque puzzle en 3D.

« Les 152 caissons centraux de 4 x 4 m de section, qui forment l'âme de la structure, sont acheminés par convoi exceptionnel depuis notre usine de Fos-sur-Mer », explique Jean-Pierre Gerner, le directeur des travaux d'Eiffel. Ces vertèbres d'acier, longues de 12 à 20 mètres et pesant entre 55 et 88 tonnes, sont positionnées selon la géométrie finale de l'ouvrage, le contrôle s'effectuant au tachéomètre et au GPS. Elles sont ensuite assemblées par soudage, comme l'ensemble des autres pièces métalliques - préfabriquées à Lauterbourg (Bas-Rhin) - donnant au tablier sa géométrie (largeur 32 mètres). Précision : toutes les soudures sont vérifiées à 100 % par un organisme externe.

Un planning bien huilé

Cet énorme vaisseau d'acier sera ensuite lancé dans le vide, par tronçons successifs de 171 mètres, deux tiers étant poussés depuis la culée sud et l'autre tiers depuis le nord, la jonction et le raccordement final devant s'opérer au printemps 2004, à l'aplomb du Tarn. Un programme qui implique un planning parfaitement huilé, les sept appuis devant, bien entendu, être achevés le plus rapidement possible afin d'autoriser la progression du tablier.

Cette contrainte de temps incompressible, seize mois pour construire les sept piles, « nous a conduits à opter pour une attaque simultanée, chaque pile étant donc considérée et traitée comme un chantier parfaitement autonome », explique Jean-Pierre Martin, le directeur du chantier d'Eiffage TP.

Les premières difficultés ont été logiquement rencontrées au niveau des fondations, la présence d'un horizon de marne compacte obligeant l'entreprise à réaliser des "pattes d'éléphant" sur les quatre piles sud. Ces excroissances de 7 mètres de diamètre et de 2,50 mètres de hauteur, difficiles à exécuter, accroissent la capacité portante des quatre pieux de 15 mètres de profondeur moyenne (diamètre 4,50 à 5 m) sur lesquels reposent des semelles de 3 à 5 mètres d'épaisseur (section de 17,50 x 18,50 à 18 x 27 m).

Autre difficulté au niveau de la troisième pile, l'une des plus hautes du viaduc : des terrains de faible qualité comportant une épaisse couche d'éboulis. D'où l'obligation de réaliser une structure de soutènement provisoire de 10,50 mètres de haut et 42 mètres de long, dans une largeur d'emprise très limitée, la base de la plate-forme étant située au coeur d'un talweg. C'est le procédé Tervoile, de la société SATS, qui a permis de résoudre ce cas de figure délicat. La solution se distingue des techniques classiques par un fonctionnement structurel radicalement différent : la stabilité de l'ouvrage de rétention des terres est obtenue au moyen de cellules - constituées principalement d'un parement et d'étriers d'encastrement en U - travaillant en butée et non pas en frottement.

Une fois les fondations et les semelles terminées - le coulage de ces dernières a nécessité des opérations de bétonnage non stop de vingt-quatre heures, les volumes à mettre en oeuvre atteignant parfois 2 000 m3 - la construction des piles proprement dite a pu démarrer.

Cette fois, les principales difficultés résultent des choix architecturaux comme l'explique Marc André, le conducteur de travaux des piles : « La section des fûts varie à chaque levée et l'on ne trouve rien de linéaire dans leur géométrie. » Effectivement, la partie basse se présente, vue du dessus, sous la forme d'un losange de 25 mètres de long sur 16 mètres de large, cette section se rétrécissant au fur et à mesure de l'élévation.

Autre facteur compliquant ce casse-tête aérien : les piles les plus hautes se dédoublent à partir de 90 mètres sous le tablier en créant une sorte de forme en diapason, les deux branches porteuses n'atteignant qu'une surface totale de 30 m2 au sommet (à comparer aux 200 m2 de la base...).

Des outils modulables

Afin de pouvoir résoudre cette complexité tridimensionnelle extrême, les ingénieurs ont retenu des outils coffrant modulables mis au point par Peri. « Nous avons opté pour une solution tout métal, explique Thomas Moench, le responsable Peri du chantier, car une conception bois nous aurait obligés à pratiquer des découpes systématiques, à chaque levée, la forme des piles imposant de suivre une forme parabolique qu'il aurait été très difficile de respecter. » Résultats : six ensembles d'outils, capables de coller à toutes les variations de géométrie grâce à un système de panneaux interchangeables.

Ces choix techniques ont prouvé leur efficacité. Les piles poursuivent aujourd'hui leur croissance régulière au rythme de 4 mètres tous les trois jours. Le décor est donc bien planté pour le deuxième acte qui a démarré fin février avec le premier lançage du tablier. Un "vrai-faux" décollage, souligne Jean-Pierre Gerner, « puisque cette partie s'est déplacée... au sol, l'atelier de la culée sud étant implanté à environ 150 mètres en retrait du vide ». Cette option obligera certes à pousser, au final, quelques mètres supplémentaires, mais offre l'avantage de pouvoir valider, sur la terre ferme, toute la méthodologie avant d'expédier la gigantesque structure au-dessus du vide. Ensuite, les phases de poussage s'effectueront par passes successives de 171 mètres (soit à une demi-travée courante), la distance séparant deux piles consécutives ayant été divisée par deux au moyen de palées métalliques autogrimpantes servant d'appuis intermédiaires. Autrement dit, des tours télescopables dont les éléments s'empilent comme un Lego.

Un système de poussage hydraulique

Pour atteindre ces portées record de 171 mètres, Eiffel a fait appel à un système de poussage hydraulique mis au point par Enerpac. Le dispositif est constitué de chaises de lançage, réparties sur les culées et les différents appuis, chacune pouvant soulever le tablier d'environ 2 cm et le translater par passes de 600 mm avec une synchronisation parfaite.

Ce principe de fonctionnement permet d'éliminer les efforts de frottement qu'engendrerait une méthodologie traditionnelle. « Les meilleurs matériaux de glissement employés lors d'un poussage classique offrent un coefficient de frottement d'au minimum 2 % », explique Jean-Pierre Gerner. Au passage d'une charge de 6 000 tonnes (en phase finale, 24 000 tonnes seront poussées côté sud), cela se traduirait par un effort de 120 tonnes en tête d'appuis. Force qui engendrerait des moments de flexion entraînant, vu l'élancement des structures, le déplacement des appuis !

LE VIADUC DE MILLAU

2 460 mètres - C'est la longueur totale de cet ouvrage mixte - piles en béton et tablier en métal - à huit travées. 36 000 tonnes - C'est le poids du tablier métallique (5 fois la tour Eiffel !) qui repose sur deux culées et sept piles en béton haute performance (B60), se dédoublant en forme de diapason. 70 à... 245 mètres - C'est la hauteur des piles. Chaque pile sera surmontée d'un pylône métallique de 90 mètres de haut, en Y renversé, sur lequel viendra s'arrimer la nappe de haubans centrale.

QUATRE INNOVATIONS TECHNOLOGIQUES MAJEURESLES APPUIS INTERMÉDIAIRES

- Les palées provisoires, construites à égale distance de deux piles consécutives, permettent de diviser par deux la longueur entre appuis au niveau des travées courantes, en ramenant celle-ci à 171 mètres. Ces structures métalliques, dont la plus lourde pèse 1 200 tonnes, seront entièrement assemblées au sol. Elles sont autogrimpantes, autrement dit, les quatre pieds de l'élément de base, d'une quinzaine de mètres de hauteur, sont équipés d'un dispositif hydraulique conçu pour télescoper les différents modules constitutifs (six à douze opérations selon la hauteur des palées), la synchronisation des mouvements étant assurée par un automate central.

QUATRE INNOVATIONS TECHNOLOGIQUES MAJEURESLES COFFRAGES

- Les six ensembles de coffrage métalliques en vigueur sur le chantier sont dimensionnés pour résister à des pressions de 100 kN/m2 en pied de coffrage et assurer des cycles de bétonnage correspondant à une élévation de quatre mètres tous les trois jours. La partie extérieure, de type autogrimpant, s'adapte très précisément à la géométrie difficile de l'ouvrage, la section des fûts variant à chaque levée. Autres points forts : un contrôle du réglage au GPS, une seule tige traversante dans le béton et des outils capables de résister à des vents atteignant 180 km/h.

QUATRE INNOVATIONS TECHNOLOGIQUES MAJEURESLE VÉRINAGE

- Le tablier sera lancé dans le vide, par tronçons successifs de 171 mètres. Deux tiers, soit 24 000 tonnes dans la phase finale, seront poussés depuis la culée sud, l'autre tiers depuis le nord. Chaque opération de lançage du tablier s'effectue par l'intermédiaire de chaises hydrauliques installées sur les culées et les différents appuis. Ces dispositifs de poussage sont reliés, par bus électronique, à un automate central qui supervise la synchronisation des mouvements et le contrôle des paramètres clés. Des procédures d'alarme se déclenchent automatiquement en cas de dépassement des seuils programmés : 2 à 3 mm en latéral, pour 2 à 3 cm en longitudinal. Les mouvements de translation se déroulent par cycles de 600 mm, la vitesse théorique de déplacement pouvant atteindre 10 m/h.

QUATRE INNOVATIONS TECHNOLOGIQUES MAJEURESLE SOUTÈNEMENT

- Certains travaux de terrassement, situés dans des terrains de faible qualité comportant une épaisse couche d'éboulis, ont nécessité la construction de massifs de soutènement atteignant 10,50 mètres de haut. Leur exécution, dans des conditions d'emprise limitée a été rendue possible grâce au procédé Tervoile : la stabilité de l'ouvrage de rétention des terres est obtenue au moyen de cellules travaillant en butée, contrairement aux solutions traditionnelles qui travaillent le plus souvent en frottement. La solution offre aussi des conditions de mise en oeuvre aisée - pas de matériels spécialisés ni d'obligation d'étayage lors du montage des cellules métalliques fonctionnant en butée - et la possibilité d'utiliser les matériaux du site.

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