Les ponts (Sciences et Techniques) (Travaux Pratiques Encadrés - Espaces pédagogiques interactifs)

« un matériau connu depuis longtemps puisqu'il était utilisé par les forgerons pour fabriquer des armes en Inde et en Chine plus de 2 000 ans auparavant Ce n'est qu'au milieu du XlX' siècle que l'on est parvenu à produire de l'acier en quantité industrielle et il faudra attendre la chute de son prix à la fin du siècle pour que l'acier remplace définitivement le fer puddlé et la fonte .

La première invention déterminante avec l'acier est la poutre en 1.

Les ingénieurs ont remarqué que lorsqu'on tord une poutre , ce sont les parties situées le plus à l'extérieur qui se déforment le plus.

!:acier situé au cœur de la poutre se déforme peu et intervient donc très peu dans son comportement général.

Les ingénieurs ont donc décidé de supprimer au maximum l'acier situé au cœur de la poutre car il est inutile et de le rajouter à l'endroit où la poutre se défo rme le plus, permettant ainsi de rigidifier celle­ ci.

En effet , plus la quantité d'acier à déformer est grande , plus il est difficile de déformer la poutre .

Avec la poutre en 1.

les ingénieurs ont donc créé, avec la même quantité d'acier , une poutre extrêmement rigide mais qui garde un comportement élastique.

Durant la même période, le béton va aussi voir le jour.

Ce nouveau matériau ne va pas être utilisé tout de suite dans la construction car c'est un matériau fragi le.

Il résiste très bien à la compression mais quand on l'étire ou le tord, il se fissure.

Cependan~ on découvre un peu plus tard la technique de la précontrainte : le béton va être comprimé avant d 'être utilisé .

Ainsi , en étirant du béton précontraint, celui-ci ne se fissure pas puisqu'en réalité , il est encore en compr ession.

En calculant la force de traction maximale que va subir le béton, on peut au préalable comprimer celui-ci avec une force supérieure à celle que l'on a calculée .

Cette compression est en général réalisée à l'aide d'une grande tige en acier : on la fait traverser le béton dans sa longueur, puis on l'accroche à des plaques aux extrémités que l'on serre contre le béton avec des boulons .

Enfin , la dernière grande découverte de cette période est le béton armé .

Les ingénieurs ont découvert qu'en plaçant des tiges en acier Oes armatures ) dans le béton, celui-ci pouvait être étiré sans se fissurer .

Ce sont les tiges en acier qui résistent à cette force d'étirement et non le béton .

Toutes ces découvertes vont permettre aux constructeurs de concevoir des ponts de plus en plus grands à l'aide de techniques toujours plus innovantes .

Même si l'on continue à utiliser la poutre-treillis avec les poutres en 1, petit à peti~ on va commencer à associer cette technique avec d'autres que l 'on avait abandonnées .

!:arche va donc faire son grand retour .

Le principe est le même qu'avec les ponts en pierre sauf que ces nouveaux matériaux n'obligent plus à faire passer la route au-dessus de l'arche en · remp lissant l 'espace séparant l'arche de la route avec de la pierre .

On peut maintenant évider la structure en liant la route à l'arche avec , par exemple, une structure en poutre -treillis ou des câbles, autre innovation rendue possible par l'acier.

On trouve ainsi parmi les ponts modernes plusieurs modèles différents de ponts à arche : le tablier (partie du pont sur laquelle est construite la route ou la voie ferrée ) peut être au-dessus de l'arche , reposant sur des poutres fixées sur l'arche ; en dessous de l'arche, soutenu par des câbles accrochés à l'arche ; ou dans une position intermédiaire (la partie centrale du tablier sous l 'arche et les structures peuvent aussi bien être en acier qu'en béton.

Ces innovations vont pe rmettre d'augmenter considérablement la longueur des travées en arche, qui passent ainsi de quelques dizaines de mètres à quelques centaines de mètres .

les découvertes du béton et de l'acier, en plus de repousser les limites des techniques déjà connues, vont permettre d'inventer de nouvelles techniques encore plus efficaces .

Principe de la poutre en 1 Déformation Déformation D PIMdre Hl Types de ponts à arche avec: tabli er Tablier au-dessus de l'arche Tablier en dessous de l'arche Tablier en position intermediaire L IS PONT S À POUTRE·CAI SSON En partant du même constat que pour les poutres e n 1, les ingénieurs ont l'idée de construire des ponts dont le tablier serait porté uniquement par une poutre gigantesque mais creuse.

Cette idée va permettre de construire des ponts de portée moyenne en diminuant considérablement le nom bre de piliers par rapport aux ponts const ruits avec des poutres traditionnelles .

Le principal avantage des ponts à poutres-caissons est lié à la simplicité de la construction.

La pout re­ caisson est construite en petits morceaux puis assemblée sur le chant ier.

Les moyens mis en œuvre sont minimes .

Ainsi, la construction se résume à la montée des piliers et à l 'assemblage des morceaux de poutre en partant de chaque pilier et en avançant de manière symétrique pour ne pas apporter de déséquilibre .

O n appe lle cela de la constr uction par encorbellement.

Ce type de pont convient parfaitement pour les autoroutes ou les voies ferrées.

LEs PONTS SUSPEND US !:invention du pont suspendu a permis de rallonger de façon considérable la portée des ponts, rendant possible le franchi ss e ment de larges estuair es.

Après quelques essai s avec des chaînes puis des câbles en fer puddlé, le pont suspendu n'est devenu courant qu'avec l'apparition des câbles en acier dont le pont de Brooklyn à New york est le premier bénéficiaire .

Le principe des ponts suspendus est simple : on accroche un table au sommet de 2 piliers faits en poutre ­ treillis en acier, puis on fixe à ce câble d'autres câbles verticaux (les suspentes) qui soutiennent le tablier du pont.

Les suspentes transfèrent alors le poids du tablier au câble principal qui transfère cette même force aux 2 piliers.

Le câble principal tire donc les piliers vers lui ce qui a pour effet de tordre les piliers .

Pour contrer cet elfe~ il faut tirer les piliers dans l 'autre sens avec des câbles accrochés à leur sommet et que l'on tend dans l'autre sens .

Dans la pratique , on utilise un câble unique accroché au sol d 'un côté du pont et que l'on tire de l'autre côté jusqu 'à ce que l'on ait la tension désirée .

Cette technique a permis de construire des ponts gigantesques très célèbres comme le pont de Tancarville en France ou le Co/den Ctde à San Francisco dont la travée principale mesure plus d'l kilomètre .

Malgré les grandes qualités des ponts suspendus, ceux-ci ont un ennemi redoutable : le vent Les longs tabliers se comportent comme des rubans de papier : ils peuvent se tordre dans tous les sens , en particulier sous l'influence du vent.

Le prob lème des suspentes c'est qu'elles empêchent le tablier de descendre mais pas de monter et dans certaines circonstances , le vent peut soulever le tablier .

C'est le phénomène à l'origine de la ctdostrophe de Tocomo .

À l 'époque de sa construction, 1 les ingénieurs voulaient faire des travées toujours plus longues.

Cepen­ dant, le tablier du pont de Tacoma était trop souple par rapport à sa longueur et il ondulait dès que le vent soufflai~ lui valant le surnom de « Galoping Gertie » .

Cette particularité constitua d'ailleurs une attraction pour les utilisateurs et les touristes jusqu'au jour où le tablier ondula tellement qu'il se décrocha et alla s'écraser dans la rivière qu'il traversait.

Aprés cette catastrophe, tous les tabliers des ponts suspendus ont été renforcés par des structures en poutre-treillis.

LEs PONTS À HAUB ANS le pont à haubans est le successeur des ponts suspendus .

Les suspentes ne sont plus fixées à un câble porteur mais directement aux piliers et deviennent des haubans.

C'est le développement des tabliers en poutre-caisson, plus rigides et de forme trapézoïdale , qui a permis de réduire le nombre de câbles nécessaires à son soutien .

La forme trapézoïdale permet aussi de donner une forme d 'aile d'avion à l'envers au tablier.

A insi, lorsque le vent souffle sur le pon~ il tire le tablier vers le bas de la même manière que le vent qui s'écoule sur une aile d 'avion, tire l'avion vers le haut .

Les ponts à haubans ont de nombreux avantages .

Ils sont plus esthétiques , plus faciles à construire mais surtout , ils coûtent beaucoup moins cher que les ponts suspendus puisqu'il s utilisent beaucoup moins de matéria ux.

Deux techniques sont utilisées pour la construction de ponts à haubans .

La plus fréquente est la construct ion par encorbellement.

C'est celle qui a été utilisée pour la construction du pont de Normondie .

On construit d'abord les piliers puis on commence à assembler le tablier morceau par morceau, chaque morceau correspondant à ~-- ----• un hauban .

On fixe d'ab ord le hauban au pilier puis le morceau de tablier (un voussoir) au hauban .

On fixe ensuite le voussoir au tablier déjà assemblé et on tend le hauban .

Il faut bien faire attention de tendre les h auban s en même temps de chaque côté d'un pilier, sinon le tablier tire plus d'un côté que de l'autre, ce qui tord le pilier qui risque de se fissurer .

!:autre technique est celle utilisée pour la construction du vioduc d e Mil/ou , un pont multi-haubanné constitué de 7 jeux de haubans .

On construit d'abord les piliers sur lesquels va être posé le tablier qui est assemblé aux extrémités du pont.

Ensuite , on pousse le tablier au-dessu s du vide jusqu 'au premier pilier .

Le bout de tablier qui pend dans le vide est rigidifié par le premier jeu de haubans déjà fixé.

On pousse ainsi le tablier de chaque côté du pont jusqu'à ce que les 2 parties se rejoignent.

À ce moment, seuls les 2 jeux de haubans centraux sont fixés et le tablier est tordu entre chaque pilier .

On fixe donc les autres jeux de haubans dans le but de l'aplatir et de le rigidifier.. »