Viaduc de Millau

Piles

Les piles ont les dimensions suivantes:

• dans la direction longitudinale: 16 à 17 m
• dans la direction transversale: variable de 10 m en tête à 27 m en pied pour la pile la plus haute.

Les fûts de pile sont dédoublés sur les 90 m supérieurs. Les fûts dédoublés sont précontraints sur toute leur hauteur à l'aide de 8 câbles 19. La dimension de ces fûts dans la direction longitudinale varie de 5 m en tête à 8,60 m à la base.

Avec les piles les plus hautes du monde, ce viaduc surpasse même la tour Eiffel.

Tablier

Le tablier est haubané. Le haubanage en nappe axiale comporte 11 haubans par nappe disposés en semi-éventail et espacés de 12,51 m.

Pylônes

La hauteur totale des pylônes est de 87 m. Les pylônes ont la forme d'un Y inversé. La hauteur des jambes du Y est de 38 m.

Chaque pylône a un poids de 650 tonnes et une hauteur de près de 89 mètres. Leur assemblage est fait en temps masqué à l'arrière des culées. Ils sont ensuite transportés à la horizontale de chaque pile en un seul bloc à l'aide de chariot automoteur du type Kamag. Ils sont levés en une demi-journée par l'intermédiaire d'une palée comportant deux tours équipées de vérins hydrauliques et d'un système de cales.

Le 16 décembre 2004, le viaduc de Millau a été ouvert à la circulation, comblant ainsi la dernière lacune de la deuxième liaison française nord-sud, l'A 75. Il mérite vraiment le nom de pont record, non seulement parce qu'il est le plus haut pont du monde, traversant le Tarn à une hauteur de 270 m, mais aussi parce que sa construction a duré 38 mois et que son coût (environ 400 millions de Euros) est tout à fait record. Pourtant, les études pour ce projet exceptionnel ont commencé dès la fin des années 1980. La liaison classique nord-sud française A7 à travers la vallée du Rhône étant constamment surchargée pendant les mois d'été, l'idée d'installer une deuxième liaison – à travers le Massif central au cœur de la France s'est imposée. Il y avait surtout un obstacle naturel : la vaste vallée de la rivière Tarn près de la petite ville de Millau – connue surtout pour ses interminables embouteillages en été. Il a donc été décidé de construire un viaduc de 2.460 m de long pour franchir la vallée. En 1996, il a été décidé de construire une série de ponts à haubans. La construction et l'exploitation du projet ont été réalisées dans le cadre d'une procédure de concession, qui prend fin 78 ans après le début des travaux. Au total, la durée d'utilisation totale est estimée à 120 ans. L'objectif était de raccourcir la durée de construction et de pouvoir ainsi bénéficier des recettes de péage à un stade précoce. Cela a incité le groupe de construction français Eiffage, avec sa filiale Eiffel Construction Métallique, à présenter, contre le projet initial d'un pont en béton précontraint, une alternative avec des poutres et des pylônes en acier. Cette solution a été retenue en mars 2001 et les travaux de construction ont débuté en octobre 2001. Les avantages de la solution en acier par rapport à la solution en béton sont:

• Légèreté et élancement du tablier (36.000 t contre 120.000 t en béton),
• Réduction de la hauteur de construction du tablier à 4,20 m (moins de sensibilité au vent),
• Sécurité : réduction des étapes de travail nécessaires en hauteur grâce au prémontage et au procédé de poussée cadencée,
• Minimisation du nombre de haubans ainsi que des fondations,
• Réduction du coût total du projet (déterminante).

En l'espace de 2,5 ans, près de 43.000 tonnes d'acier ont été utilisées pour le tablier, les pylônes et les supports auxiliaires de montage. Pendant toute la phase de conception, Michel Virlogeux a été l'ingénieur de référence pour le SETRA, l'agence française des autoroutes, et pendant la phase de construction, il a joué un rôle important de conseil pour l'exécution des travaux.

Conception

Le pont de Millau a une longueur totale de 2.460 m et comprend 8 travées, 2 travées latérales de 204 m et 6 travées intérieures de 342 m. La section transversale est constituée d'un caisson en acier avec un tablier orthotrope, deux poutres intérieures verticales et des sous-faces latérales inclinées. Les âmes sont nécessaires pour la fabrication par poussage, les poutres de rive triangulaires créent une section aérodynamique qui réduit les charges de vent sur la structure. Des déflecteurs sont installés à l'extérieur de la poutre pour éviter le renversement des camions hauts. Les arrondis des deux côtés du pont améliorent le comportement aérodynamique et l'aspect. En raison de la grande hauteur au-dessus de la vallée, une solution de poutre centrale avec un seul niveau de câbles s'imposait. Le caisson fournit la rigidité torsionnelle de la poutre nécessaire à cet effet. La conception du pont a été guidée par l'exigence que les piles, qui peuvent atteindre 244 m de haut, soient suffisamment rigides pour supporter des charges asymétriques dans le sens de la longueur. D'autre part, ils doivent être suffisamment souples pour pouvoir suivre les déformations longitudinales de la poutre dues à la température. La solution consiste en une solide section de caisson au niveau de l'encastrement inférieur, qui est fendu verticalement sous la poutre. La dissolution de la section fermée permet d'obtenir la souplesse de flexion nécessaire. Les pylônes de 87 m de haut situés au-dessus du tablier sont des poutres A rigides dans le sens longitudinal du pont. Les pieds écartés des pylônes rejoignent au niveau de la poutre les deux pieds également écartés des piles. Il en résulte un système complet de piles + pylônes qui décompose le moment appliqué à la pointe du pylône par des charges excentriques en composantes verticales de traction et de compression. Les fûts de piles divisés, d'une longueur de 90 m, ont été précontraints verticalement afin de contrecarrer les contraintes de traction dues au vent sur les piles centrales et aux variations de température sur les piles périphériques. Entre la superstructure en acier et les piles en béton se trouvent quatre appuis qui sont précontraints dans les fûts de piles pour éviter le soulèvement. Sous des charges asymétriques et des vents extrêmes, la force de compression sur chaque appui peut atteindre 100 MN. De nouveaux types d'appuis à calotte ont été utilisés à cet effet. Le pylône situé au-dessus de la superstructure est en acier afin d'être le plus léger et le plus mince possible. Le niveau central du câble est ancré entre les tôles extérieures longitudinales.

Fabrication

Piles

Les piles ont des sections variables, mais leurs dimensions ont été choisies de manière à faciliter le coffrage. Quatre côtés ont des dimensions fixes et les quatre autres changent régulièrement à chaque étape de la construction. Ceci a permis la fabrication avec un coffrage grimpant extérieur et un coffrage intérieur, déplacé par sections par la grue à tour.

Poutre-caisson

A partir de tôles et de raidisseurs creux, près de 2 100 panneaux raidis ont été fabriqués dans les ateliers de construction métallique d'Eiffel Construction Métallique à Lauterbourg (Alsace), soit environ 4 par jour de fabrication. Après le transport vers le chantier, l'assemblage par soudage a été réalisé sur les deux postes de prémontage de 170 m de long. Les caissons centraux avaient été préalablement pré-assemblés à Fos-sur-Mer. Au total, jusqu'à 75 soudeurs sont intervenus par poste de prémontage.

L'insertion de la poutre : le bureau Greisch de Liège, Belgique, a été chargé de la planification de l'exécution, y compris le montage des éléments métalliques de l'ouvrage – poutres, pylônes et supports auxiliaires –. Le responsable était Jean-Marie Crémer. Lors de l'insertion des deux culées, différentes astuces ont été utilisées afin de maîtriser l'énorme force exercée. Ainsi, pour le montage, la portée a été réduite de moitié grâce à des supports télescopiques provisoires, un bec d'avant-bec a été utilisé et un pylône avec une partie des câbles obliques définitifs a été inséré. Ces câbles n'ont pas été retenus pendant le déplacement ! Après la fermeture du pont le 28 mai 2004, les pylônes et les haubans restants ont été montés et les supports auxiliaires ont été retirés. La poutre en acier a été insérée simultanément par les deux extrémités avec un joint de fermeture au-dessus du Tarn. Des poteaux auxiliaires en treillis ont été installés au milieu des grandes portées, à l'exception de la portée moyenne qui a été pontée de chaque côté par un cantilever. Les appuis de poussée, espacés de 20 m, réduisaient les moments des poutres pendant le déplacement dans un rapport de (151/171)2 = 0,78, un soulagement non négligeable. Les appuis auxiliaires sont constitués de tirs préfabriqués de 12 m de haut. Ils sont construits comme une grue. Les éléments en profilés tubulaires d'acier montés au sol étaient soulevés à l'aide d'un dispositif de levage situé à l'intérieur, de telle sorte que l'élément suivant pouvait être monté par le bas et également soulevé, jusqu'à ce que les piles auxiliaires atteignent finalement une hauteur de 175 m de manière télescopique. La charge la plus importante était d'environ 7.000 tonnes, ce qui correspond à peu près au poids de la Tour Eiffel.

Des échafaudages auxiliaires ont été ajoutés aux piles définitifs uniquement au sommet pour le déplacement. Une particularité du déplacement était que, pour des raisons de coûts et de temps, le lieu de prémontage se trouvait à la hauteur du niveau de la future route, 4,8 m au-dessus du bord inférieur du pont. Sur la vue raccourcie, l'élasticité de la poutre en acier lors du franchissement de ce saut de terrain est particulièrement évidente. Chacune des deux superstructures a été poussée sur sa travée latérale extérieure à l'aide d'un étai auxiliaire et d'un bec d'avant-bec. Ensuite, le pylône définitif avant a été installé comme support auxiliaire, mais avec une hauteur réduite de seulement 70 m au lieu de 87 m, afin de limiter les charges de vent dans le sens transversal pendant le déplacement. La vitesse maximale du vent autorisée lors du déplacement était de 37 km/h. En raison de la hauteur extrêmement élevée des piles, les forces de frottement pendant le déplacement devaient être équilibrées à l'intérieur de chaque pointe de pile. C'est pourquoi des appuis de poussée actifs ont été installés sur chaque pilier, à raison de deux par ligne d'appui. Des presses hydrauliques horizontales sur les paliers produisaient le déplacement horizontal, des capteurs et un contrôle central garantissant que chaque tête de pilier restait immobile pendant le déplacement. Enfin, la travée intérieure était surmontée de chaque côté par des cantilevers soutenus par les pylônes. La planification et la construction de ce montage inhabituel ont été une performance d'ingénierie tout à fait extraordinaire.

Les pylônes

Une fois la poutre en acier terminée, les pylônes en acier ont été prémontés derrière les culées. Chaque pylône était ensuite amené à sa position finale par deux grues sur chenilles au-dessus de la poutre du pont. Le poids d'un tel convoi était de 8 MN, ce qui représentait une charge d'essai extrême pour le pont. Les pylônes ont été redressés de leur position couchée à l'aide d'un pylône auxiliaire temporaire haubané. Enfin, ils ont été reliés à la poutre dans leur position définitive et les câbles ont été installés.

Pont terminé

Le pont de Millau est un exemple significatif d'une série de ponts à haubans. Dans un paysage impressionnant, il s'agit d'un ouvrage d'une grande élégance qui franchit la vallée à grande hauteur avec une grande facilité.

Extrait de : Svensson, Holger : Schrägkabelbrücken (1ère édition),Wilhelm Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH, Berlin (Allemagne), ISBN 3433029776, 2011 ; pp. 413-419

.