Pont - Définition et Explications

Source: Wikipédia sous licence CC-BY-SA 3.0.
La liste des auteurs de cet article est disponible ici.

Histoire

Les ponts primitifs

Tarr Steps - Pont en dalle de pierre préhistorique

L'art de construire les ponts remonte aux temps les plus reculés. Selon toute apparence, le premier pont (Un pont est une construction qui permet de franchir une dépression ou un obstacle (cours...) a été un arbre (Un arbre est une plante terrestre capable de se développer par elle-même en hauteur, en...) renversé par le vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface...) et resté fixé en travers d'un cours d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) ou une arche (Une arche est un élément naturel ou construit qui adopte une forme géométrique proche de l'arc....) naturelle, sculptée dans la roche (La roche, du latin populaire rocca, désigne tout matériau constitutif de l'écorce...) par l’érosion, comme il s'en trouve en Ardèche en France ou dans le parc (Un Parc est un terrain naturel enclos,[1] formé de bois ou de prairies, dans lequel ont été...) national des Arches, en Utah, dans l'Ouest américain (L'Ouest américain, parfois appelé Far West (Extrême-Ouest en anglais, pendant...). À mesure que l'homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo...) est parvenu à se créer des outils et des engins de plus en plus perfectionnés, il a dû tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) naturellement imiter ce pont primitif, abattre des arbres pour les placer en travers des rivières, après les avoir convenablement façonnés, établir des points d'appui intermédiaires lorsque la largeur (La largeur d’un objet représente sa dimension perpendiculaire à sa longueur, soit...) du lit l'exigeait et aboutir ainsi, par degrés, à la construction de véritables ponts en charpente tels qu’ils ont été réalisés ultérieurement.

De même des ponts en liane ont été construits bien avant le premier arc en maçonnerie (La maçonnerie est l'art de bâtir une construction par l'assemblage de matériaux...). Les éléments porteurs des passerelles suspendues primitives étaient des câbles formés de lianes ou de bambous tressés, attachés à chaque extrémité à des rochers ou des troncs d’arbre.

L'assemblage de roches brutes surmontées d'une dalle, dans sa forme rudimentaire, est-il postérieur ou antérieur au pont de bois préhistorique ? De nos jours, il ne subsiste aucune trace (TRACE est un télescope spatial de la NASA conçu pour étudier la connexion entre le...) des ponts en bois contemporains de ces ponts en dalles de pierre, les Tarr Steps édifiés au début du Ier millénaire av. J.-C., dans le comté de Somerset, au sud-ouest (Le sud-ouest est la direction à mi-chemin entre les points cardinaux sud et ouest. Le...) de l'Angleterre (L’Angleterre (England en anglais) est l'une des quatre nations constitutives du Royaume-Uni....).

Les ponts voûtés

Les voûtes à pierres horizontales

Trésor d'Atrée – section de la tombe.

Les premières voûtes sont constituées de pierres horizontales posées en saillie les unes sur les autres, disposition dite « en encorbellement ». À Abydos, dans le palais d'Ozymandias, dont le règne remonte à environ 2 500 ans avant notre ère, on a trouvé une voûte (Une voûte (ou voute) est un élément architectural de couvrement intérieur d'un...) de ce type. On retrouve la même disposition à Thèbes, dans le temple d’Amon-Rê. Toutefois la plus belle voûte antique de ce type est probablement celle du trésor d'Atrée, une impressionnante tombe à tholos située à Mycènes, en Grèce et construite autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) de 1250 av. J.-C. Elle est formée d'une pièce semi-souterraine à plan circulaire avec une couverture à section ogivale. Avec une hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.) intérieure de 13,5 m et un diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre...) de 14,5 m, elle a été le plus grand et le plus large dôme () dans le monde (Le mot monde peut désigner :) pendant plus d'un millénaire (Un millénaire est une période de mille années, c'est-à-dire de dix siècles.) jusqu'à la construction des thermes de Mercure à Baïes et du Panthéon de Rome.

Les voûtes à joints convergents

Des voûtes à joints convergents, c'est-à-dire dont les joints sont perpendiculaires à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) de l'intrados, typiques des ponts en maçonnerie, existent en fait déjà dans divers monuments de l'Égypte antique. En Nubie, dans l'une des pyramides de Méroé, se trouve une véritable voûte en plein cintre composée de voussoirs régulièrement appareillés. À Gebel Barkal, deux portiques donnant accès à des pyramides sont couverts l'un par une voûte en ogive, le second par une voûte en plein cintre, exécutées l'une et l'autre avec voussoirs à joints convergents. Une voûte en berceau de forme elliptique, exécutée en briques se voit dans le tombeau d'Amenhotep Ier et doit dater par conséquent d'environ dix-huit siècles avant notre ère.
Plus récemment, en Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un...), on peut trouver sur l'enceinte étrusque de la ville (Une ville est une unité urbaine (un « établissement humain » pour...) de Volterra, datant du IIIe ou IIe siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui...) avant J.-C., la Porta all'Arco reprenant ce principe de construction d'un arc.

Les ponts mycéniens

Il subsiste en Argolide, dans le Péloponnèse, trois ponts, dont le pont mycénien de Kazarma, construits suivant la technique des voûtes en encorbellement (L’encorbellement est une construction en saillie du plan vertical d’un mur, soutenue en...), à l'aide d'un empilement de pierres assez grossièrement taillées.
Ces ponts furent probablement construits vers -1300, à l'époque mycénienne (Âge du bronze), et plus précisément, de l'helladique IIIb (env. -1340/-1200), pour la route (Le mot « route » dérive du latin (via) rupta, littéralement « voie...) qui reliait les grandes cités mycéniennes de Mycènes, Argos et Tirynthe au port de Palea Epidavros.

Les ponts romains

Le pont Milvius sur le Tibre à Rome.

C'est aux Romains que l'on doit la reprise de la technique de la voûte, son perfectionnement et son utilisation partout en Europe pour la construction des ponts. Un empire aussi vaste supposait une voirie (La voirie désigne à la fois :) fiable, praticable en toutes saisons et dotée de constructions plus solides que les simples ponts en bois. On suppose que le plus ancien ouvrage voûté romain est un égout connu sous le nom de Cloaca Maxima exécuté sous le règne de Tarquin l'Ancien, dont la construction a été entreprise 600 ans environ avant J.-C..

Les ponts romains sont robustes, en plein cintre, c'est-à-dire avec une voûte en arc de cercle (Un cercle est une courbe plane fermée constituée des points situés à égale...), reposant sur des piles épaisses, d'une largeur égale à environ la moitié de l'ouverture de la voûte. L'une des plus anciennes réalisations de la voirie romaine est le pont Milvius, construit sur le Tibre par le consul Caius Claudius Nero en -206. Situé à 3 km de Rome, là où la via Flaminia et la via Cassia se rejoignent pour franchir le fleuve (En hydrographie francophone, un fleuve est un cours d'eau qui se jette dans la mer ou dans...), c'était le passage obligé d'accès à Rome pour tout voyageur venant du nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.). Du fait de sa position stratégique, le pont Milvius fut le théâtre de nombreuses luttes. C'est là qu'en 312, l'empereur Constantin battit son rival Maxence dans un affrontement resté célèbre sous le nom de bataille du pont Milvius.

Croquis du pont de Limyra en Turquie.

C'est en Espagne et au Portugal que l'on peut observer des ouvrages parmi les plus spectaculaires tels que le pont de Mérida, dans l'Estrémadure, et surtout le pont d'Alcantara, érigé sur le Tage en 103 et 104 apr. J.-C..

Au IIIe siècle apparaissent les ponts à arc surbaissé, ou ponts segmentaires. Le pont de Limyra, situé près de Limyra en Lycie, une région de la Turquie actuelle, en est un des premiers représentants au monde. Le pont mesure 360 mètres de longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus...) et possède 26 arcs segmentaires et deux semi-circulaires.

Les ponts voûtés en Asie (L'Asie est un des cinq continents ou une partie des supercontinents Eurasie ou Afro-Eurasie de la...)

En Asie, la voûte ogivale en Orient (L'orient correspond au point cardinal est, et s'oppose à l'occident (l'ouest).) prédomine. Le pont de Zhaozhou, construit vers l'an 605, est le pont en maçonnerie à arc segmentaire et à tympan ouvert le plus ancien du monde. C'est également le plus ancien pont de Chine encore en service. Il est situé dans le district de Zhao de la ville-préfecture de Shijiazhuang, dans la province du Hebei.

Les ponts médiévaux en Occident (L'Occident, ou monde occidental, est une zone géographique qui désignait initialement...)

Pont d'Avignon sur le Rhône (Le Rhône est un fleuve d'Europe. Long de 812 kilomètres, il prend sa source, dans le...), avec des arcs en ogives

Rares sont les ponts construits en Occident avant le XIe siècle, mais le Moyen Âge voit s'édifier un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) considérable d'ouvrages aux formes variées et hardies. Ces ouvrages se composent d'arches souvent très inégales, dont les voûtes sont en arc peu surbaissé, en plein cintre ou en ogive, cette dernière forme permettant de diminuer les poussées ; ils reposent sur des piles épaisses aux extrémités très saillantes au moins en amont. Les largeurs entre murs sont faibles et le passage présente toujours des rampes et des pentes très fortes.

En France, parmi les ponts médiévaux les plus remarquables peuvent être mentionnés le pont Saint-Bénézet (Le pont Saint-Bénézet, couramment appelé pont d'Avignon en dehors d'Avignon, est un...) à Avignon sur le Rhône (1177-1187), l'ancien pont de Carcassonne sur l'Aude (1180), le Petit-Pont à Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région...) sur la Seine (1186), le pont Valentré (Géographie > Europe > France > Lot > Cahors > Le Pont Valentré) à Cahors sur le Lot (1231), le pont Saint-Martial à Limoges sur la Vienne (1215).

De la Renaissance au XVIIIe siècle

En Asie, les ponts voûtés chinois atteignent l’apogée de leur splendeur dans le Fujian avec des arcs très fins. Le pont de Xiao construit en 1470 a une hauteur libre de 7,2 m avec une épaisseur d’arc de seulement 20 cm, la moitié d’un arc normal. Il est toujours en service et supporte le trafic actuel. Un autre pont remarquable de cette époque est celui de Gao-po, situé dans le Yongding et construit en 1477. Sa portée est de 20 m et son arc n’a que 60 cm d’épaisseur, sans un quelconque mortier de liaison.

Le Ponte Vecchio entre Oltrarno et Lungarno.

En Occident, entre le XVe siècle et le XVIe siècle, les architectes des célèbres ponts de Florence (Florence (en italien Firenze) est une ville d'Italie, capitale de la région de Toscane et...), Venise et autres villes italiennes s'inspirèrent de formes régulières empruntées au passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble...), mais leur propension à se poser davantage en artistes qu'en constructeurs les conduisit parfois à abuser des superstructures et autres décorations. Les deux exemples les plus significatifs sont le Ponte Vecchio à Florence et le pont du Rialto sur le Grand Canal à Venise.

Le pont devient un élément central de grands projets d’urbanisme. En France, les premiers architectes de renom apparaissent, comme Androuet du Cerceau à qui l’on doit le pont Neuf (Le pont Neuf est, malgré son nom, le plus ancien pont de Paris qui traverse la Seine. Toujours...) de Paris qui, commencé en 1578, ne sera achevé qu’en 1604 du fait des guerres de religion. Il facilite le passage entre le palais du Louvre et l'abbaye (Une abbaye (du latin abbatia) est un monastère ou un couvent catholique placé sous la...) de Saint-Germain-des-Prés, il jouxte le monument érigé à la gloire (La Gloire fut le premier cuirassé de haute mer de l'histoire. Elle fut lancée en 1859 pour la...) d'Henri IV situé sur la pointe en aval de l'île (Une île est une étendue de terre entourée d'eau, que cette eau soit celle d'un cours d'eau, d'un...) de la Cité (La cité (latin civitas) est un mot désignant, dans l’Antiquité avant la...) et constitue le pont en service le plus ancien de Paris. C’est à cette époque qu’est introduit l’arc en anse de panier, courbe (En géométrie, le mot courbe, ou ligne courbe désigne certains sous-ensembles du...) à trois ou plusieurs centres, sans jamais toutefois se substituer à la courbe en plein cintre.

Le pont Neuf : le plus ancien pont de Paris.

La période qui s'étend du XVIIe siècle à la fin du XVIIIe siècle est marquée par la construction de ponts plutôt médiocres tant sur le plan artistique que structurel. Le développement des chemins de fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le...) au XIXe siècle induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de...) l'apparition de grands viaducs en maçonnerie comme, en France, le viaduc (Un viaduc est un ouvrage d'art routier ou ferroviaire qui franchit une vallée, une...) de Nîmes, d'une longueur de 1 569  m, parmi les plus longs de France, le viaduc de Barentin (1844) en Seine-Maritime, ou le viaduc de Saint-Chamas (1848) dans les Bouches-du-Rhône, un ouvrage curieux fait de voûtes en plein cintre imbriquées symétriquement.

L’acquisition des connaissances théoriques

Le problème de la stabilité des voûtes en maçonnerie

Rupture en quatre blocs des voûtes : voûtes en plein-cintre, en ellipse ou en anse de panier (I) – voûtes très surbaissées (II) - voûtes en arc de cercle (III) – voûtes ogivales ou surhaussées (IV), d’après Jules Pillet (1895)

Au début du XIXe siècle, les architectes et les ingénieurs avaient l'acquis d'une longue pratique de la construction des ponts en pierre et en bois. Mais la voûte de pierre et mortier relève encore d'un certain empirisme, ce qui fait dire à Paul Séjourné, dans la première phrase de ses « Grandes Voûtes » : « On fait une voûte d'après les voûtes faites : c'est affaire d'expérience.  »

Les formules courantes, déduites de l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) et de la pratique, étaient nombreuses. L’épaisseur à la clef (Au sens propre, la clef ou clé (les deux orthographes sont correctes) est un dispositif amovible...), celle des reins, des piles ou des culées, étaient déduites simplement de l’ouverture du pont. La Hire en 1695, puis en 1712 tente une première approche du calcul des voûtes, calcul qui consiste à vérifier, a posteriori, que la voûte dessinée a quelque chance d'être stable, et que les matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) qui la constituent ne s'écraseront pas sous les charges. Il ne réussit pas à obtenir des résultats suffisants pour la pratique, mais il a toutefois le mérite de mettre en évidence deux notions qui, un siècle plus tard, se révèleront extrêmement fécondes :

  • la courbe des pressions : c'est l'enveloppe de la résultante des actions qui s'exercent sur un joint quelconque de la voûte,
  • la rupture par blocs : la voûte est supposée se casser en trois blocs indépendants qui se séparent par glissement, le frottement (Les frottements sont des interactions qui s'opposent à la persistance d'un mouvement relatif entre...) est supposé nul. Ces hypothèses, fausses, permirent néanmoins d'approcher le calcul des culées.

En 1810, Louis-Charles Boistard montre, à la suite de nombreux essais, que la rupture des voûtes se produit par la rotation de quatre blocs. Ces résultats permettent à E. Méry de publier en 1840 une méthode de vérification des voûtes qui allait être utilisée pendant tout le XIXe siècle et l'est encore parfois de nos jours. En 1867, Durand-Claye améliore cette méthode, mais sa proposition connaît moins de succès car elle nécessite des calculs laborieux.

Dans les dernières années du XIXe siècle, les voûtes étaient calculées comme des solides « élastiques », c'est-à-dire comme s'il s'agissait d'arcs métalliques.

Naissance de la science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire...) de la résistance des matériaux (La résistance des matériaux, aussi appelée RDM, est une discipline particulière...)

Poutre posée sur deux appuis simples, chargée en son centre (poids P) – Représentation des réactions d’appui et des moments fléchissants en (I), de la déformée en (III) et de l’effort tranchant en (IV) - Jules Pillet - 1895

Pour que de nouvelles formes de ponts apparaissent, il fallait une amélioration des matériaux d’une part, et de la connaissance de ces matériaux d’autre part. La mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...) avait pris sa forme quasi définitive avec Joseph-Louis Lagrange ; il restait à l'appliquer de façon pratique aux constructions. En 1800, quelques résultats fragmentaires sont déjà acquis : Galilée (Galilée ou Galileo Galilei (né à Pise le 15 février 1564 et mort à Arcetri près de Florence,...) s'est préoccupé de la résistance des poutres-consoles et des poutres sur appuis simples.

Hooke, en 1678, émet l'hypothèse qu'en deçà d'une certaine limite, l'allongement ou le raccourcissement d'un barreau de fer est proportionnel à l'effort axial qui lui est appliqué. En 1703, Jacques Bernoulli établit l'équation (En mathématiques, une équation est une égalité qui lie différentes quantités, généralement...) de la courbe déformée - qu'il appelle « courbe élastique » - d'une console.

Dès le milieu du XVIIIe siècle, de nouvelles briques de calcul de résistance des matériaux apparaissent. En 1744, Euler montre qu'une colonne « flambe » lorsqu'elle est soumise à une charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement...) axiale , c'est-à-dire qu'elle ondule comme une flamme, et par conséquent elle est tout à fait instable à partir d’une certaine « charge critique », dite (aujourd'hui) charge d'Euler. En 1773, Coulomb indique pour la poussée (En aérodynamique, la poussée est la force exercée par le déplacement de l'air...) des terres, supposées horizontales au niveau supérieur, une formule retrouvée plus tard par Rankine en 1857. À la fin du XVIIIe siècle, Young étudie le cœfficient de proportionnalité (On dit que deux mesures sont proportionnelles quand on peut passer de l'une à l'autre en...) de la loi de Hooke (La loi de Hooke est une loi de comportement des solides soumis à une déformation élastique de...).

Mais ces éléments étaient encore trop dispersés pour que les constructeurs, à l'exception de quelques-uns, puissent les appliquer utilement. Ce n'est qu'une vingtaine d'années plus tard qu'ils commencent vraiment à pratiquer la résistance des matériaux, qui prendra véritablement naissance avec le Résumé des leçons données à l'école des Ponts et Chaussées, sur l'application de la mécanique à l'établissement des constructions et des machines, professé par Navier à Paris en 1833. Henri Navier (Claude Louis Marie Henri Navier, (Dijon, 10 février 1785- Paris, 21 août 1835), ingénieur et...), Lamé, Cauchy, Clapeyron, Barré de Saint-Venant, Boussinesq développent ensuite la Théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...) de l'Élasticité, qui permettra d'asseoir la résistance des matériaux (RDM) sur des bases solides.

La diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de...) du savoir

Page de couverture d’un exemplaire de la revue des Annales des Ponts et Chaussés. Le premier exemplaire est paru en 1831

. Enfin le XIXe siècle voit se développer et se diversifier la formation, la documentation et la diffusion du savoir. Les Écoles d'arts et métiers d’Angers et de Châlons sont créées dès le premier Empire. L'École des arts et manufactures (Centrale de Paris) est créée en 1829. De très nombreuses publications technico-scientifiques à parution périodique voient le jour : les Annales des Mines, les Annales des Ponts et Chaussées (1831), les Annales de la voirie vicinale, les Annales de la Construction, Le Portefeuille du Conducteur, le journal Le Génie Civil, etc. Dans les dernières années du siècle, des « collections » d'ouvrages techniques apparaissent : Bibliothèque du Conducteur, Encyclopédie des Travaux Publics...

Enfin, à la fin du siècle, les écoles d'application de l'École polytechnique ouvrent leurs portes aux élèves-ingénieurs non fonctionnaires ; d'autres écoles d'ingénieurs sont créées.

Du fer à l'acier (L’acier est un alliage métallique utilisé dans les domaines de la construction...)

L'Iron Bridge en Angleterre comporte cinq arcs parallèles de 30,5 m de portée.

Le fer est un matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne...) plus résistant que la pierre. Sa résistance à la traction est faible, mais toutefois nettement plus élevée que celle de tout autre matériau disponible avant la production de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) de l’acier. Le tout premier grand pont (Le Grand Pont, initialement appelé Pont Pichard, est un pont de Lausanne (Suisse).) en chaîne (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :) de fer a été construit en Chine environ 600 ans avant J.C. Il s’agit du pont suspendu (Un pont suspendu désigne un ouvrage métallique dont le tablier est attaché par...) de Lan Chin dans la province du Yunnan avec une portée d'environ 60 mètres.

En Europe, les premiers ponts métalliques en fonte sont construits en Angleterre dès le milieu du XVIIe siècle. Le premier est le Iron Bridge, conçu par Thomas Farnolls Pritchard et construit en 1779 par Abraham Darby III, sur la Severn. Une trentaine d'ouvrages en fonte sont ainsi construits dans ce pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue...) avant 1830, le plus important étant celui de Sunderland, en 1793, qui atteignait 72 m de portée. Tous ces ponts s'inspiraient étroitement des formes et des techniques employées pour les ponts en maçonnerie, mais la plupart d'entre eux eurent une très faible durée de vie (La vie est le nom donné :), car la fonte est un matériau fragile.

L'un des premiers ponts suspendus modernes a été le pont suspendu de Menai conçu par Thomas Telford basé sur le brevet de James Findley aux États-Unis et achevé en janvier 1826. La portée de 176  m de cet ouvrage constitue un jalon important dans la construction des ponts. Beaucoup de ces premiers ponts suspendus n'ont pas résisté à l'épreuve du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...).

Le viaduc de Garabit (Le viaduc de Garabit est un ouvrage ferroviaire situé près et sur la commune de...) en France avec sa portée de 164  m.

Aux États-Unis, les poutres triangulées se développent rapidement, en s'inspirant des ponts en bois. En Europe, les ouvrages pionniers sont le viaduc de Crumlin, en Angleterre, et celui de Fribourg, en Suisse (1857). Le fer, se substituant à la fonte, a aussi été employé pour construire des arcs, mais il a surtout permis de créer des arcs triangulés, notamment pour les deux grands viaducs d'Eiffel : le pont Maria Pia à Porto (1877) et le viaduc de Garabit sur la Truyère (1884).

Avec l'invention du convertisseur Bessemer en 1856 puis des procédés Siemens-Martin en 1867, la production industrielle de l'acier se développe rapidement. L'acier, possédant des caractéristiques mécaniques bien supérieures à celles du fer, remplace progressivement le fer dans tous les types d'ouvrages et permet un allégement des structures. De nombreux ouvrages en arc en acier, d'une portée voisine de 150 m, sont construits vers la fin du XIXe siècle comme le pont Alexandre-III (Le pont Alexandre-III est un pont franchissant la Seine entre le 7e et le 8e arrondissement de...) à Paris, construit pour l'Exposition universelle de 1900, remarquable tant par l’élégance de son arc que par sa décoration. En 1890, le pont du Forth en Écosse (1890) constitue un nouveau type d'ouvrage : la portée est étendue à 521 m grâce à une travée (Une travée, dans le domaine de l'architecture, est une ouverture délimitée par deux supports...) indépendante de 107 m en appui, non pas sur des piles, mais sur chacun des bras de 107 m de l'ouvrage, qui s'appuient quant à eux sur les piles en rivière (En hydrographie, une rivière est un cours d'eau qui s'écoule sous l'effet de la...).

Du béton armé (Le béton armé est un matériau composite constitué de béton et d'acier qui...) au béton (Le béton est un matériau de construction composite fabriqué à partir de...) précontraint

Béton armé

Le pont de Gladesville en Australie (L’Australie (officiellement Commonwealth d’Australie) est un pays de...) est un pont en béton armé de 304 m de portée.

Les ciments naturels ne sont redécouverts qu'à la fin du XVIIe siècle et il faut attendre le début du XIXe siècle pour que les ciments artificiels voient le jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) grâce au Français Louis Vicat et à l'Anglais Joseph Aspdin. Leur production industrielle ne démarre qu'en 1850. À partir de 1890 apparaissent les premiers ponts en béton armé, suite au brevet de François Hennebique déposé en 1892 qui présente la première disposition correcte des armatures d'une poutre en béton armé, sous le nom de poutre à étrier.

En 1911, Hennebique construit le pont du Risorgimento à Rome, qui atteignait 100 m de portée. Après la Première Guerre mondiale, la construction de ponts en béton armé de grande portée se développe, notamment en France sous l'impulsion de deux remarquables ingénieurs : Albert Caquot (Albert Caquot, né le 1er juillet 1881 à Vouziers (Ardennes) et mort le...) et surtout Eugène Freyssinet. Les records se succèdent : pont de la Caille(Haute-Savoie), en 1928, avec un arc de 137,5 m en béton massif (Le mot massif peut être employé comme :), et le majestueux pont de Plougastel (Finistère), en 1930, avec ses trois arcs de 186 m. Un grand nombre de petits ouvrages ou de très grands arcs en béton armé sont encore construits de nos jours, avec des portées quelquefois remarquables : le pont de Gladesville dans la région de Sydney en Australie, construit en 1964, a une portée principale de 305  m, et surtout l'extraordinaire pont de Krk (Le Pont de Krk est un pont en arc mesurant 1430 m de longueur, il relie l'île croate de Krk...) en Yougoslavie, construit en 1980, présente une portée principale de 390 m. La construction des arcs, abandonnée vers le milieu du XXe siècle à cause du coût du cintre, a retrouvé un intérêt économique pour le franchissement de grandes brèches grâce à la méthode de construction en encorbellement avec haubanage provisoire.

Béton précontraint

Le pont de Nibelung en Allemagne est le premier pont en béton précontraint construit en encorbellement.

Les recherches portant sur l'utilisation du béton armé conduisent à la découverte d'un nouveau matériau : le béton précontraint. Eugène Freyssinet définit les principes essentiels de ce nouveau matériau en 1928. Quelques ouvrages modestes sont réalisés avant la seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui...) guerre mondiale, mais le premier grand pont en béton précontraint est le pont de Luzancy (Seine-et-Marne), achevé en 1946. Il a une portée de 55 m et fut entièrement préfabriqué à l'aide de voussoirs en béton précontraint, mis en place par des moyens mécaniques sans aucun cintre. Il fut suivi par cinq autres ponts similaires, également sur la Marne, de 74 m de portée.

La découverte de la technique de construction en encorbellement permet des portées plus importantes. Le premier pont construit selon cette technique est achevé à Worms en Allemagne en 1953, avec une portée principale fort respectable de 114 m. En Europe, à la fin des années 1970, le béton précontraint règne de façon quasi-exclusive sur un vaste domaine de portées, allant jusqu'à 200 m environ, et couvrant la très grande majorité des ponts. Il s'est également répandu sur les autres continents, tout particulièrement en Amérique (L’Amérique est un continent séparé, à l'ouest, de l'Asie et...) du Sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.) et en Asie. Le record de portée a longtemps été détenu par le pont de Gateway en Australie, construit en 1986, avec 260 m. Puis il a été successivement battu par cinq ouvrages construits en Norvège et en Chine. Le plus grand est actuellement le pont de Shibanpo (Le pont de Shibanpo (en sinogrammes simplifiés...), en Chine, avec 330 m, construit en 2005.

Architectures (Architectures est une série documentaire proposée par Frédéric Campain et Richard Copans,...) suspendues

Les ponts suspendus

Construit en 1937, l'emblématique pont du Golden Gate à San Francisco est un pont suspendu avec une portée de 1 280 m.

Les ponts suspendus du début du XIXe siècle étaient fragiles et de nombreux accidents se produisent en raison de la trop grande souplesse des tabliers en bois et de la corrosion des câbles insuffisamment protégés. Le pont suspendu de Brooklyn à Manhattan (Manhattan est l'une des cinq circonscriptions (borough) de la ville de New York (les quatre autres...), projeté par John Augustus Roebling et construit après sa mort (La mort est l'état définitif d'un organisme biologique qui cesse de vivre (même si...) par son fils, de 1869 et 1883, marque le retour en force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...) des ponts suspendus. Avec une portée de 487 m, il était une fois et demie plus long que tous les ponts construits jusque-là. Il avait six voies de circulation (La circulation routière (anglicisme: trafic routier) est le déplacement de véhicules automobiles...) et un trottoir ; les quatre câbles principaux sont mis en place suivant une méthode utilisée par la suite pour tous les grands ponts suspendus construits aux États-Unis. Pour éviter les incidents résultant d'oscillations provoquées par le vent ou la circulation, une carcasse rigide en acier est incorporée au tablier sur toute sa longueur.

Les États-Unis se lancent dès lors dans la construction de ponts suspendus gigantesques. En 1931, le pont George Washington à New York (New York , en anglais New York City (officiellement, City of New York) pour la distinguer de...), construit par l’ingénieur Othmar Ammann, avec une travée centrale de 1 067 m, faisait plus que doubler les portées alors existantes. Six ans plus tard, le pont du Golden Gate à San Francisco portait ce record à 1 280 m. La grande élégance de ses lignes, le site grandiose qu'il marque, l'exploit technique qu'a représenté sa construction ont fait de cet ouvrage le pont le plus célèbre du monde. Bien d'autres ponts suspendus de moindre portée ont également été construits aux États-Unis, avec une tendance constante à augmenter la finesse du tablier.

En 1940 est achevé le pont de Tacoma dans l'État de Washington, qui présentait un tablier particulièrement élancé. Quelques mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps...) après sa mise en service, il se met à osciller et à se vriller sous l'effet d'un vent modéré mais constant, jusqu'à son effondrement complet. En cause : l'instabilité aéroélastique des ponts à câbles, c'est-à-dire le couplage entre les mouvements propres du tablier et les effets du vent, et non un quelconque effet de résonance (La résonance est un phénomène selon lequel certains systèmes physiques...) comme cela a parfois été dit. À partir de cette époque, des études aérodynamiques poussées ont été faites pour tous les grands ponts.

Dans les ponts suspendus récents, le tablier métallique à dalle orthotrope, dont la section transversale est testée en soufflerie comme une aile d'avion (Un avion, selon la définition officielle de l'Organisation de l'aviation civile internationale...), a remplacé le tablier en treillis. La technique britannique est un certain temps en vedette avec la construction du pont sur la Severn (1966), du premier pont d'Istanbul (Turquie) (1973) et surtout du pont du Humber, achevé en 1981. Mais tous les plus grands ponts suspendus récents sont asiatiques, avec en particulier le pont Akashi-Kaikyō, qui détient le record de portée des ponts toutes catégories, avec 1 991 m.

Les ponts à haubans

Le pont de Saint-Nazaire (Le pont de Saint-Nazaire est un pont français à haubans multicâbles en éventail...) est un pont à haubans (Les ponts à haubans sont une variété de ponts où le tablier est suspendu par...) de 404 m de portée.

Bien que le principe des ponts à haubans soit aussi ancien que celui des ponts suspendus, ces ouvrages ne se développent que durant la première moitié du XXe siècle, notamment en France, avec les ponts conçus par Albert Gisclard et le pont de Lézardrieux (Côtes-d'Armor) (ce dernier a été transformé, en 1924, de pont suspendu en pont à haubans sans interruption de la circulation). Les premières réalisations importantes voient le jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) en Allemagne, avec les trois ponts de Düsseldorf construits dans les années 1950. Les premiers ponts à haubans comportaient un tablier métallique de façon à diminuer le poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la...). Mais l'ingénieur (« Le métier de base de l'ingénieur consiste à résoudre des problèmes de nature...) italien Morandi réalise plusieurs ouvrages haubanés avec tablier en béton, dont le plus important est celui de Maracaïbo au Venezuela, avec plusieurs travées de 235 m. Les ponts à haubans de la première génération étaient caractérisés par un tablier épais (donc rigide) et un faible nombre de haubans.

La France semblait se tenir frileusement à l'écart du développement de cette technique lorsque, presque simultanément au milieu des années 1970, deux ouvrages remarquables viennent battre le record mondial de portée dans leur catégorie : le pont de Saint-Nazaire en Loire-Atlantique, à tablier métallique, avec une portée de 404 m, et le pont de Brotonne (Le pont de Brotonne se situe en Haute-Normandie, entre Le Havre et Rouen. Il enjambe la Seine...), en Seine-Maritime, à tablier en béton, avec une portée de 320  m. Ce dernier marque, dans le domaine des ponts haubanés à tablier en béton, une étape décisive. Depuis, tous les grands ponts ont été construits en Asie.

Nouveaux matériaux, nouvelles techniques

L’ère des grands calculs

Application du calcul aux éléments finis - Visualisation des contraintes dans un voile déformé

La méthode des éléments finis (En analyse numérique, la méthode des éléments finis est utilisée pour...), apparue dans les années 1950, permet une approche du calcul des structures plus voisine de la réalité que celle, classique, de la résistance des matériaux . Cette nouvelle méthode détermine une structure par un nombre fini d’inconnues, en un nombre fini de points appelé nœuds auxquels sont associés des volumes élémentaires supposés petits : les éléments finis. L'application à chacun de ceux-ci des équations de la mécanique conduit à un système matriciel qui contient un très grand nombre d'inconnues. Le traitement du système final, à partir d’un maillage fin des nœuds, est inabordable à la main (La main est l’organe préhensile effecteur situé à...) et nécessite des moyens de calcul puissants. Cette méthode permet, dans bien des cas, d'éviter d’avoir recours à des essais sur modèles réduits, toujours délicats à mettre en œuvre et d'interprétation parfois difficile.

À la fin du XIXe siècle, les ingénieurs « calculaient » graphiquement leurs structures en treillis à l’aide de la statique (Le mot statique peut désigner ou qualifier ce qui est relatif à l'absence de mouvement. Il peut...) graphique issue des travaux de Karl Culmann et de Crémona. C'est par ce moyen qu'a été calculée la tour Eiffel (La tour Eiffel, initialement nommée tour de 300 mètres, est une tour de fer puddlé...), ainsi que bien des charpentes et des ponts. Entre les deux guerres apparaissent des machines à calculer électro-mécaniques, qui ne sont en fait que des machines de Pascal améliorées.

Au début des années 1960 les premiers ordinateurs font leur apparition, le calcul scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...) se développe. Avec les calculateurs rapides, la méthode des éléments finis permet d'augmenter le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) des investigations, d'aborder et de résoudre correctement les systèmes bi ou tridimensionnels. Enfin, on arrive maintenant à la conception assistée par ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant...) (CAO) qui permet d'effectuer et d'affiner rapidement les inévitables itérations qui précèdent la définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la...) et la vérification de tout projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...). Avec les microordinateurs, la miniaturisation toujours plus grande et l’augmentation constante de la puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) de calcul, les grands calculs sont maintenant à la portée de tous les bureaux d’études.

Nouveaux matériaux

La recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes...) sur les bétons n’est entreprise qu’après 1940, sur la base des lois de Féret. Un béton ordinaire est composé d’un liant (Un liant est un produit liquide qui agglomère des particules solides sous forme de poudre....), de sable (Le sable, ou arène, est une roche sédimentaire meuble, constituée de petites...) et de gravier. Dès la théorisation de la composition des bétons dans les années 1940, on sait que pour obtenir un béton de meilleure qualité, il faut minimiser le pourcentage (Un pourcentage est une façon d'exprimer une proportion ou une fraction dans un ensemble. Une...) de vides. Dans les années 1980, on découvre le moyen de réduire ces vides avec l’ajout de microparticules et d’adjuvants de types plastifiants : ainsi naissent les bétons hautes performances. La résistance à la compression de ces bétons peut être de 50 à 100 MPa Une nouvelle rupture technologique intervient au début des années 1990 avec la mise au point (Graphie) des bétons dont la résistance est de 200 MPa en compression et de 40 MPa en flexion.

Les performances des aciers sont également sans cesse améliorées. Ces progrès permettent une réduction des coûts de transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus...) et de construction grâce à un gain de matière : désormais, la construction avec des tôles moins épaisses nécessite moins de soudages et moins de peinture, la surface étant réduite à épaisseur égale.. La réduction du poids propre autorise des charges d’exploitation plus élevées. Parallèlement ces aciers contribuent à réduire l’impact environnemental du fait d’une moindre utilisation de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) pour une fonction donnée (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...). Alors que l’acier puddlé du viaduc de Garabit avait une limite d'élasticité de 100 MPa, les aciers couramment utilisés résistent actuellement à 350 MPa, comme la passerelle Simone-de-Beauvoir (2006) à Paris. L’acier utilisé pour le tablier du viaduc de Millau (Le viaduc de Millau est un pont à haubans autoroutier franchissant la vallée du Tarn,...) est de nuance S460 ; celui du pont Akashi-Kaikyō, qui détient le record du monde de portée avec 1 991 m, résiste quant à lui à 780 MPa.

Fibres (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se...) de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C,...)

Les matériaux composites, comme des polymères renforcés de fibres (PRF) comportant des fibres de carbone (PRFC) ou des fibres de verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile...) (PRFV), sont une nouvelle évolution récente de matériaux qui ouvrent la voie vers de nouvelles perspectives. Utilisés en tant que renforts pour faire face aux pathologies de structures en béton ou en bois, ils présentent de nombreux avantages ; des tests en laboratoire sur des poteaux, dalles et poutres de béton armé enveloppés de PRF (carbone ou verre) et avec un système de protection incendie ont montré une résistance au feu (Le feu est la production d'une flamme par une réaction chimique exothermique d'oxydation...) de quatre heures (L'heure est une unité de mesure  :) minimum ; ils maintenaient des températures basses dans le béton et les armatures d'acier, favorisant le maintien des résistances de ces matériaux porteurs pendant les essais. Le critère économique est aussi mis en avant : des ouvrages de génie civil ont ainsi été réhabilités pour des coûts de l'ordre de 40 à 60 % par rapport à des solutions conventionnelles.

L'utilisation de ces nouveaux matériaux n'est pas seulement limitée au domaine de la réhabilitation de structures ; le PRFV présente un module d'élasticité très proche de celui du béton et permet donc une très bonne compatibilité avec celui-ci. Soumises en laboratoire à des charges cycliques, des tiges de PRFV ont montré une résistance à la fatigue vingt fois supérieure à celle des tiges d'acier classiques et avec une durée de vie plus importante. Les progrès ont permis récemment (2007) de réaliser une travée de pont de 24,5 m de longueur par 5 m de largeur, entièrement en matériaux composites, trente fois plus légers que le béton.

Nouvelles structures

L’accessibilité aux grands calculs et l’émergence de nouveaux matériaux permettent aux architectes de ne plus être limités dans leur conception et de laisser libre cours à leur imagination. Santiago Calatrava conçoit ainsi de nombreux ponts aux formes complexes sollicitant les matériaux de la structure en flexion et torsion (La torsion est la déformation subie par un corps soumis à l'action de deux couples opposés...), comme les arcs inclinés du pont Bac de Roda à Barcelone (Barcelone (Barcelona en catalan et en castillan) est une commune de Catalogne - Espagne, située...) en 1992 ou du Pont de l'Europe à Orléans en 2000 ou des ponts à haubans aux formes hardies comme le Puente de la Mujer à Buenos Aires (Buenos Aires est la capitale fédérale de l'Argentine, dont elle est la plus grande ville et le...) en 2001 ou le pont de l'Assut de l'Or à Valence en 2008.

Les bétons fibrés à hautes performances permettent des prouesses technologiques. La passerelle de Sherbrooke au Canada, réalisée en 1997 et d’une portée de 60 mètres, est constituée d’un hourdis en dalle nervurée dont le hourdis supérieur en BFUP n’a qu'une épaisseur de 30 mm. En 2002, le tablier de la passerelle de Séoul a, lui aussi, une épaisseur de 3 cm mais pour une portée de 120 m.

Page générée en 3.172 seconde(s) - site hébergé chez Contabo
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique