Assainissement du viaduc de Chillon: Le défi du Béton Fibré à Ultra-hautes Performances
Ouverts à la circulation en 1969, les viaducs de Chillon sur l'A9 se sont sérieusement dégradés ces dernières années et nécessitent un assainissement important. Débutés en 2012, les travaux devaient s'achever cet automne. Mais mauvaises surprise : la découverte de RAG a retardé le chantier qui ne sera fini qu'en 2015. En charge de cette réhabilitation, Philippe Schaer, responsable de projets à l'Office fédéral des routes, division Infrastructure des routes, fait le point en toute transparence.
Pour bien comprendre les enjeux des travaux sur le viaduc de Chillon, il est important de savoir quel est l'état de l'ouvrage. Qu'est-ce qui vous a convaincu d'entreprendre cette réhabilitation conséquente ?
C'est en 2009, suite à des inspections, qu'il a été décidé d’entreprendre une réhabilitation de l'ouvrage, un assainissement complet à plusieurs niveaux. Le premier concernait tout particulièrement le béton qui était le problème le plus apparent. Des coulures d'eau étaient visibles sous les porte-à-faux, elles avaient pénétré dans le béton et corrodé l'armature qui avait gonflé et provoqué des éclats de béton.
En 2009, on s'est rendu compte que cette dégradation était particulièrement avancée. Les coulures descendaient via les bordures ; on voyait des vagues jusqu'aux âmes du pont dont l'armature était également touchée par endroits. Cette atteinte peut avoir de graves conséquences d'un point de vue statique. Il était donc important de bloquer les infiltrations d'eau et de refaire les bordures, de changer l'étanchéité et d'assainir les sous-faces du béton. D'autant plus qu'il y avait aussi des questions de sécurité : des blocs de béton étaient tombé du viaduc.
Vous avez dit qu'il y avait aussi d'autres atteintes à réparer ou colmater.
Un deuxième niveau d'intervention concernait les mesures antisismiques. L'ouvrage n'était pas conforme aux normes actuelles. Par rapport à la construction des années 1970, les normes ont changé et prennent en compte les sollicitations liées aux tremblements de terre, ce qui n’était pas le cas à l’époque. En cas de secousses, les sollicitations peuvent faire bouger l'ouvrage, on peut admettre certains déplacements, mais on doit pouvoir assurer sa stabilité, afin qu'il reste debout et que les dégâts occasionnés n’impliquent pas des coûts de réparation disproportionnés.
Le système statique a ainsi dû être changé pour répondre à ces nouvelles exigences. Des joints seront ainsi mis en place aux culées afin d’en désolidariser l’ouvrage. Il a fallu aussi changer les appuis au niveau de certaines piles et en renforcer d'autres.
Le projet d'intervention a été établi par le bureau d'ingénieurs Monod-Piguet Associés Ingénieurs Conseils, à Lausanne, et approuvé par l’OFROU le 1er juin 2011. Un appel d'offre a été lancé en 2011 et les travaux ont été adjugés à l’entreprise Walo Bertschinger à Berne fin 2011. Le début des travaux a eu lieu début avril 2012 avec la réhabilitation complète des bordures et des glissières. Ils devaient normalement s'achever en automne 2014 avec les travaux d'étanchéité et les nouvelles couches de roulement.
Sauf que nous sommes en 2014 et que des travaux supplémentaires ont lieu qui prolongeront le chantier encore une année...
En 2012, pendant que les travaux se déroulaient comme prévus, nous avons procédé à des tests d'hydrodémolition et de ragréage des surfaces touchées par la corrosion. En enlevant le béton défectueux par jet à haute pression, nous avons eu la mauvaise surprise de constater que pas mal de granulats cassaient et pas uniquement le ciment qui l'enrobait. Ce phénomène nous a interpellé et les experts ont vite soupçonné qu'il y avait la présence de RAG (Réaction Alcali-Granulat). Nous avons procédé à des carottages qui ont été testés en laboratoire et ont confirmé ceci.
A long terme, le béton soumis à cette réaction voit ses caractéristiques mécaniques (notamment en premier lieu la résistance à la traction et le module d'élasticité) diminuer. La fissuration qui apparaît au niveau des granulats peut se propager à la matrice de ciment.
Heureusement, nous l'avons détecté alors qu'il n'était qu'en phase de développement. Si nous ne l'avions pas constaté et traité, on peut estimer qu'une intervention dans 15-20 ans serait problématique et hors de prix. On peut même imaginer que la question du remplacement de l'ouvrage se poserait. Heureusement aussi, qu'au moment de la construction il y a quarante ans, ils ont utilisé un béton excellent avec des caractéristiques mécaniques au-dessus de la moyenne de l'époque.
Et comment procédez-vous pour contrer cette RAG ?
En 2013 l’OFROU, sur recommandation d’un groupe d'experts, a validé le choix des mesures à prendre. Avec pour principale solution préconisée, la mise en place de Béton Fibré à Ultra-hautes Perfomances (BFUP). Un des avantages, c'est que la couche de BFUP sur la dalle de roulement est beaucoup plus légère. Elle ne fait que 4 centimètres d'épaisseur, alors qu'une couche de béton armé normal avec les mêmes caractéristiques mécaniques aurait environ 20 centimètres d’épaisseur. Cette couche de BFUP permet de renforcer l’ouvrage vis-à-vis de l’effort tranchant transversal et offre de plus un renfort et une rigidification longitudinale qui permettra de palier à une perte de rigidité. Autre intérêt: la couche de BFUP est aussi étanche et offre ainsi une sécurité supplémentaire vis-à-vis de la RAG.
Cela entraîne un surcoût important ?
Le coût du BFUP (3'500 fr le m3) est dix fois supérieur à celui du béton standard. Toutefois, grâce aux caractéristiques mécaniques exceptionnelles de ce matériau, les surcoûts liés à la présence de RAG ne sont pas forcément plus élevés par rapport à une variante plus traditionnelle. En effet, nous mettons beaucoup moins de béton qui aurait alourdit l'ouvrage, donc nous n'avons pas de précontraintes additionnelles à ajouter. Clairement, c'est la solution la plus propre adaptée à notre problématique.
L'ensemble des travaux de réhabilitation était budgétisé à 40 millions de francs. Avec cette mauvaise surprise qui a prolongé le chantier d'une année, il a augmenté de 50% : environ 20 millions supplémentaires.
Quel industriel est en charge de livrer le BFUP ?
Avec l'aide de nos experts, notamment le professeur de l'EPFL Eugène Brühwiller, ainsi que Bernard Houriet du bureau GVH à Tramelan et Blaise Fleury du bureau OPAN à Neuchâtel, nous avons validé les exigences à respecter par le BFUP sur la base d’un cahier technique à la pointe du savoir dans le domaine du BFUP, et qui sera prochainement intégré dans les publications de la SIA. Deux industriels, spécialistes européens du béton, Lafarge et Holcim ont soumis des offres. Après avoir procédé à des essais sur site et des essais en laboratoire l’OFROU a validé la proposition du fournisseur de l’entreprise, à savoir Lafarge. Pour l’anecdote l'union entre les deux géants du béton a été annoncée deux semaines après cette décision. Ceci n’aura toutefois aucun impact sur notre chantier. Le matériau sera livré depuis Lyon par Lafarge.
Quel est le calendrier de ces travaux ?
Dès fin avril, le revêtement et l’étanchéité ont été enlevés sur le viaduc lac. Une buse rotative a commencé à traiter le support béton par hydrodémolition, de manière à rendre la couche plus rugueuse pour recevoir le BFUP. En juillet et août, une finisseuse à béton posée sur roues sera installée pour mettre en place le BFUP. Un travail qui nécessite un réglage très fin. Fin août, nous passerons à l'étape de l'étanchéité. En septembre, l'asphalte sera coulé, puis une couche de roulement d'enrobé bitumineux qui réduit les émissions sonores sera mise en place. Les travaux s'achèveront fin octobre. Et l'année prochaine, nous passerons au viaduc côté montagne.
En Suisse, personne n'a jamais posé du BFUP sur un chantier aussi pharaonique...
Vous avez raison. Pour les 2,2 kilomètres du viaduc, nous allons poser 50'000 m2 de BFUP. Quelques ponts, notamment en Valais, ont déjà été réhabilités avec du BFUP. Mais il ne s'agissait que d'ouvrages d'art sur des routes cantonales ou communales ou d’ouvrage de taille plus modeste, où le BFUP était mis en place à la main, au râteau, utilisé pour des bordures ou des piles.
Le viaduc de Chillon est une première dans son genre en Suisse, car on n'a jamais utilisé du BFUP dans une si grande ampleur et avec des moyens industriels. Et ici c'est sur la dalle de roulement qu'il est appliqué. D'ailleurs, une centrale va être construite in situ qui fabriquera le mélange à raison de 80 à 100 m3 par jour. C'est une première qui récompense quelque part les compétences de l'EPFL puisque le professeur Eugène Brühwiller est un des plus grands spécialiste du BFUP.
Les contraintes météo présentent-elles un problème ?
Pas vraiment. Un gros avantage de l'utilisation de BFUP, c'est qu'il n'est pas trop tributaire des mauvaises conditions météo. Le support a besoin d'être humidifié. Donc à moins d'un gros orage et d'inondations, on peut le travailler en permanence. Il prend rapidement et on le protège tout de suite avec une feuille plastique.
Le seul souci se situe au niveau des hautes températures. En effet, par canicule, 30̊ ou plus, il y a des risques que le BFUP fasse prise trop rapidement et ne permette plus une mise en place adaptée. C'est la raison pour laquelle, il est prévu cet été de travailler au milieu de la nuit, dès 2 heures du matin, lorsque les conditions météorologiques l’imposeront.
Cette découverte de RAG est-elle spécifique au viaduc de Chillon ou en avez-vous retrouvé ailleurs sur le réseau autoroutier ?
Sur le réseau actuel, nous contrôlons régulièrement la RAG. Mais aucun pont ne présente des risques aussi élevés que le viaduc de Chillon. Certains ouvrages sont touchés au niveau des murs de soutènement qui sont soumis à des variations climatiques plus importantes. Nous y parons en mettant des nouveaux parements devant les murs en question pour s’affranchir de la RAG.
Pourquoi Chillon est-il si particulièrement touché par le RAG?
C'est difficile de répondre avec précision. Les sollicitations mécaniques avec une dalle de roulement de faible épaisseur (20 centimètres) ont probablement eu un effet accélérateur. A cela, on ajoute l'exposition à l'humidité et les variations de températures qui toutes jouent un rôle dans le RAG. Et puis, on sait que les granulats utilisés sont réactifs et que la recette de béton, avec beaucoup de ciment, donc d'alcali, a facilité la réaction.
A part ça, il faut quand même constater que l'ouvrage tient depuis plus de 40 ans alors même que les agressions extérieures ont été démultipliées au-delà de tout ce qui était imaginé à l'origine. Qu'il s'agisse de l'augmentation du trafic et des sollicitations ou même de l'augmentation du salage.
Ce viaduc a été réalisé en fonction des connaissances de l'époque. Le RAG n'est un phénomène connu que depuis 20 ans, et faisant l’objet de recommandations depuis un peu plus de 10 ans. Le cahier technique SIA 2042 n'est d’ailleurs sorti que l'année dernière. (Propos recueillis par Jean-A. Luque)
