Discrétion et élégance pour le 15ème pont de Nantes
Long de 300 m, ce pont métallique relie l'île de Nantes à Saint-Sébastien en franchissant l'un des bras est de la Loire, dit "de Pirmil". Il vient compléter les 14 ponts existants à Nantes pour alimenter le maillage nécessaire à l’extension de l’agglomération.
Priorité aux circulations douces
A la différence des autres ouvrages de Nantes, ce pont ne se veut pas une pénétrante nord-sud prolongée par des voies de transit. Il est davantage un ouvrage de desserte locale. Cette spécificité a conduit les architectes à le considérer comme une « passerelle accueillant les voitures ». C’est pourquoi le tablier (14,70 m de largeur) accueille tous les types de transport en faisant la part belle aux modes de déplacement doux : la place de la voirie automobile (2 chaussées de 3 m chacune) est proportionnellement très inférieure à celle dévolue aux piétons, deux trottoirs (3 m chacun) en platelage de chêne situés en encorbellement de part et d’autre de la chaussée, au plus près du paysage. Prises en sandwich, deux pistes (1,50 m chacune) sont dédiées aux cyclistes.
La légèreté d’une structure ouverte sur l’horizon
« L’objectif de réaliser une passerelle accueillant les voitures nous imposait de trouver la transparence, la légèreté attachée à ce type d’ouvrage, rappelle Arnaud Delugeard de l’agence Mimram Ingénierie. Grâce à l’utilisation de 2 500 tonnes d’acier à performances élevées, Mimram Ingénierie a su créer un ouvrage à la ligne sobre et élégante. Les cinq appuis fondés dans le fleuve permettent le déploiement d'arcs surbaissés en acier qui supportent un tablier mixte en acier et béton. Les piles sont identiques, à l’exception de la longueur du fût, selon son emplacement. Les deux travées de rive se raccordent au plus près des berges pour s'intégrer naturellement dans le paysage des rives de Loire. Leur ancrage très léger rend possible des cheminements piétons sous l’ouvrage. C’est pourquoi la composition de la structure en sous face est particulièrement soignée.
Principes structurels
Il s’agit d’un pont en arcs métalliques et tablier mixte. Chaque travée de la charpente est constituée de la manière suivante :
Un faisceau de quatre arcs adossés en V
Jumelés deux par deux et entretoisés tous les 5 m. Chaque arc se compose d’un caisson continu et se prolonge par :
- Un tirant jusqu’au niveau de la pile
- Un bracon qui rejoint la tête de pile pour effectuer l’appui
© Mimram Ingénierie
© Mimram Ingénierie
Des arcs variables dans l’espace
Les caissons porteurs sont posés dans la partie centrale du tablier, sous la chaussée qui accueille les plus fortes charges roulantes. « Ces caissons à inertie variable permettent un affinement à la clé qui tend la structure pour la voir s’épanouir au coeur de la portée en se dédoublant et se concentrer sur les piles en s’élégissant explique Arnaud Delugeard. Ce dispositif géométrique est sophistiqué, mais il est compatible avec les outils de découpe numérique et de fabrication développés et couramment utilisés dans les usines de charpente métallique. En rendant directement compatibles nos outils de conception assistée par ordinateur avec ceux de la fabrication assistée nous avons ainsi, sur différents projets récents, renoués avec les capacités de mise en oeuvre issus de la tradition dont s’enorgueillit Nantes et les chantiers navals ».
A la liaison du bracon et du tirant, le caisson du bracon est raidi par une « palme » qui fonctionne comme une âme intérieure, véritable noeud où transitent tous les efforts.
© Mimram Ingénierie
© Mimram Ingénierie
Eléments transversaux
- Consoles en encorbellement pour le trottoir
- Entretoises latérales et centrales pour la voie cyclable et le caisson central. Les réseaux circulent dans l'espace créé entre la semelle supérieure des entretoises latérales et la sous-face des prédalles
Charpente métallique
- 2 450 tonnes d’acier
- 650 pièces (S355 K2+N pour les faibles épaisseurs ≤ 30 mm, S355N pour les fortes épaisseurs > 30 mm et
≤ 80 mm, qualité Z35 pour l’assemblage en T dans les zones des palmes).
- 60 000 h d’atelier
- 20 000 h de chantier
- 3 000 h d’études d’exécution
- 9 000 h de soudage, 18 soudeurs.
Le tablier adopte un comportement mixte grâce aux quatre caissons métalliques munis de connecteurs qui assurent la liaison avec la dalle en béton armé. Les prédalles sont également collaborantes dans le sens transversal. A l’extrémité des trottoirs, les garde-corps métalliques sont constitués de montants, de trois lisses et d’une maille. La liaison avec les piles est assurée par des appuis à pot intégrés dans le fût. Les pieds d’arc sont conçus avec des dispositifs en acier qui permettent à la charpente métallique de ne pas se déchausser en cas de choc de bateau contre une pile.
Principes de construction par voie terrestre
« Des estacades métalliques provisoires
En raison de l’important marnage de la Loire (5 m) et des difficultés de navigation dans cette zone, le groupement d’entreprises a opté pour une construction par voie terrestre grâce à deux estacades provisoires (260 m au total) ancrées dans le fleuve. Conçues pour supporter des grues télescopiques de 200 à 250 tonnes nécessaires à la pose de la charpente métallique, ces estacades en acier ont permis d’acheminer à pied d’oeuvre l’ensemble des matériels et matériaux nécessaires à la construction des appuis et de la mise en place du tablier.
Les estacades en chiffres
- 260 m de longueur
- 7,50 m de largeur
- Travées de 8,50 m de longueur
- 460 m3 de béton
- 640 tonnes de tubes métalliques
- 600 tonnes de profilés métalliques
Phasage de construction des estacades
- Le guide est avancé en porte-à-faux puis réglé à la verticalité des appuis grâce à des bracons.
- Les tubes métalliques sont vibrofoncés (pour mettre en liquéfaction le sol) jusqu’au toit du rocher, puis battus avec un marteau (pour connaître la capacité portante du tube).
- Quand le porte-à-faux est construit, un platelage de profilés métalliques (2 HEB650 transversaux + 5 HEB600 longitudinaux) préfabriqué en amont, à l’arrière de l’estacade, est amené dans son intégralité par la grue, posé, puis soudé aux têtes de tubes.
- Enfin, des dalles de béton armé, également préfabriquées sur site, sont posées sur l’armature et liaisonnées aux profilés via une cornière pour répondre aux problématiques de versement.
Piles et culées
De la culée C0 à la pile P4, les fondations sont profondes et ancrées sur pieux. P5 et C6 sont fondées superficiellement. Le phasage de la réalisation s’est déroulé comme suit :
- Mise en place du niveau de liernes et butons.
- Fermeture des trappes et vidange du batardeau.
- Recépage des pieux.
- Coffrage, ferraillage et bétonnage de la semelle en béton armé.
- Mise en place de la cage d’armatures préfabriquée de la pile.
- Coffrage et bétonnage en deux phases.
- Recépage du batardeau au niveau du fond de Loire.
Les piles et les culées sont réalisées avec un béton clair très résistant vis-à-vis des agressions chimiques.
Fabrication de la charpente métallique
La charpente métallique a été dimensionnée aux Eurocodes et a été fabriquée en totalité dans les ateliers suisses de ZM.
Séquences de soudage des caissons
- Pré-assemblage des palmes dans des gabarits de fabrication
- Assemblage avec les âmes intérieures
- Soudage de la zone centrale
- Habillage avec les deuxâmes extérieures
- Soudage des âmes intérieures et des semelles.
- Contrôle des soudures
Le tablier a été décomposé en 9 tronçons principaux d’environ 30 m chacun. Les 5 tronçons sur les piles ont été subdivisés en éléments secondaires – palmes et tirants. Les tronçons des travées sont constitués des caissons formant les arcs. Ils peuvent atteindre 34 m pour les travées centrales (entre P2 et P3 et P3 et P4 et peser 41 t.
Les arcs sont jumelés deux par deux. Ils sont distants d’un mètre en clé de voûte et se rejoignent sur les piles. De ce fait, l’entraxe des semelles inférieures des poutres principales est variable (vues en plan, elles sont courbes d’une pile à l’autre), alors que celui des semelles supérieures est constant. Il en résulte une variation de l’inclinaison des âmes sur la longueur des caissons, et cette géométrie variable a constitué l’une des principales difficultés de leur construction.
Protection contre la corrosion en atmosphère « C4 » (corrosion élevée, selon NF EN ISO 12944-2, système C4ANV) :
- Couche de fond époxy,
- Couche intermédiaire époxy vinyle 140 μ (qui donne la garantie C4),
- Couche de finition polyuréthane appliquée sur chantier.
Cinématique de montage de la charpente métallique
La charpente métallique a été acheminée par transport routier et montée à la grue sur 8 palées provisoires disposées dans le fleuve. Les 650 éléments (palmes, tirants, travée centrale et entretoises) ont été soudés in situ par une équipe de soudeurs qualifiés. Le montage principal s’est déroulé par voie terrestre, à la grue, grâce à l’estacade depuis C0 jusqu’à P2, et de C6 jusqu’à P3, la passe navigable étant située entre P3 et P2.
Le clavage effectué sur la passe navigable a été complexe en raison du poids des quatre caissons (41 tonnes, 34 m de long) et des portées des grues qui ne permettaient pas de mettre directement les pièces en place. D’autant que le travail s’effectue au-dessus de l’eau, au bout des estacades. Approvisionnés par l’estacade depuis C6, ils ont nécessité 2 grues de 250 t (avec contrepoids de 97 t chacune) pour leur installation au milieu du chenal de navigation. Le clavage a été suivi du dévérinage de la travée. Tout s’est correctement déroulé, au rythme d’une pièce par jour.
© Thomann
© ThomannLe tablier
Il est constitué de prédalles collaborantes en béton armé de 10 cm d’épaisseur posées à la grue sur les caissons de la charpente métallique. Le hourdis supérieur (20 cm) a ensuite été coulé en place.
L’inauguration est prévue pour mars 2010.