De nombreux ponts en béton armé ont été conçus pour supporter des charges de trafic et des poids de véhicules qui, d’un point de vue actuel, sont dépassés. Parallèlement, les chlorures, l’eau et le gel font souffrir les ouvrages depuis des décennies. Les rénovations classiques se heurtent à des limites lorsque les éléments de construction sont déjà fortement fissurés ou durablement déformés.
C’est là qu’intervient le nouveau système de l’Empa. Il combine une méthode éprouvée, la couche supplémentaire de béton ultra-résistant renforcé par des fibres, avec un élément de renforcement actif qui développe de manière ciblée des forces de précontrainte internes. L’objectif n’est pas seulement d’augmenter la capacité de charge, mais de redresser littéralement les tabliers de ponts endommagés.
UHPFRC rencontre l’acier à mémoire de forme
Aujourd’hui déjà, des ponts sont rééquipés d’une fine couche de béton fibré à ultra-haute résistance, appliquée directement sur le tablier. Ce béton haute performance est très dense, résiste à l’eau et aux sels de déverglaçage et se laisse facilement armer. Une « armure de protection » robuste avec une valeur ajoutée structurelle.
L’équipe de l’Empa dirigée par Angela Sequeira Lemos et Christoph Czaderski remplace maintenant dans cette couche l’armature conventionnelle en acier par des barres en acier à mémoire de forme à base de fer. Une fois installées, les barres sont chauffées à environ 200 degrés Celsius et tentent de se contracter, mais le béton les en empêche. Il en résulte une précontrainte interne qui referme les fissures, repousse les déformations et place durablement la dalle dans un état de tension plus favorable.
Les fissures se referment visiblement
Dans un premier temps, l’équipe a étudié l’effet de liaison entre l’UHPFRC et l’acier à mémoire de forme. Quelle est la qualité de l’assemblage après le chauffage ? Quelle est la fiabilité de la transmission des forces ? Ensuite, des essais à grande échelle ont été réalisés avec cinq plaques de béton de cinq mètres de long chacune, qui simulaient des tabliers de pont en porte-à-faux.
Une dalle est restée non renforcée, les autres ont reçu une couche d’UHPFRC, soit avec une armature classique, soit avec des barres Fe-SMA. Afin de reproduire des conditions réalistes, les plaques ont d’abord été chargées de manière ciblée jusqu’à la formation de fissures et n’ont été renforcées que par la suite. Après le chauffage des barres Fe-SMA, les fissures existantes se sont visiblement refermées, les zones de relâchement se sont à nouveau soulevées. Dès cette phase d’activation, les déformations se sont nettement améliorées.
Plus rigide, plus résistant, plus durable
Les essais ont été accompagnés d’un concept de mesure dense. Des caméras numériques ont observé les images des fissures, tandis qu’à l’intérieur des panneaux, des capteurs à fibres optiques ont enregistré les allongements le long des barres. Un peu comme les câbles à fibres optiques dans les télécommunications, sauf qu’ici, c’est la lumière rétrodiffusée qui sert à mesurer les déformations.
Tant le renforcement conventionnel avec UHPFRC que le nouveau système avec acier à mémoire de forme ont permis de doubler au moins la capacité de charge par rapport à la plaque non renforcée. Cependant, sous des charges quotidiennes, comme celles dues au trafic routier normal, la variante Fe-SMA s’est révélée nettement plus avantageuse. La plaque est devenue plus rigide, les déformations permanentes sont apparues plus tard ou ont complètement disparu, les fissures existantes ont pu être comblées. Le système agit donc comme une « réactivation » de la structure porteuse existante.
Champs d’application et prochaines étapes
Le béton fibré à ultra-haute résistance et l’acier à mémoire de forme sont encore relativement chers. D’un point de vue économique, le système est donc le plus intéressant là où d’autres méthodes de renforcement ne suffisent plus. Par exemple, dans le cas de ponts fortement déformés et déjà endommagés ou, en particulier, d’ouvrages sensibles avec un espace d’intervention limité.
En perspective, l’utilisation ne se limite pas aux ponts. On peut imaginer des applications dans le bâtiment, par exemple pour des balcons en porte-à-faux, des toits plats ou des éléments de construction sensibles, pour lesquels des solutions de renforcement compactes et une surface très étanche sont nécessaires. Le projet, soutenu par Innosuisse, est né d’une collaboration entre l’OST, la spin-off de l’Empa re-fer et cemsuisse. Après les essais réussis, l’équipe cherche maintenant un pont approprié pour la première utilisation pilote. Si cette étape réussit, le béton armé « intelligent » pourrait devenir un outil important dans la gestion de l’infrastructure vieillissante des ponts suisses.
