Con­ce­voir des struc­tures in­no­vantes grâce au CFUP

Dans la famille des matériaux cimentaires, le composite cimentaire fibré ultra-performant (CFUP) ne se résume pas à un béton plus résistant. Il s’agit d’un matériau à part entière, dont les propriétés et les contraintes de mise en œuvre lui sont spécifiques et appellent une conception différente. En combinant de très hautes performances mécaniques et une durabilité exceptionnelle, le CFUP s’est progressivement imposé comme un matériau particulièrement pertinent pour les ouvrages d’art. Il permet de concevoir des sections très élancées, proches de la logique des structures métalliques, tout en conservant la liberté formelle associée au béton. Encadré depuis 2016 par le cahier technique SIA 2052 Béton fibré ultra-performant (BFUP), ce matériau offre aux architectes et aux ingénieurs de nouvelles opportunités d’explorer des formes et des structures singulières grâce à des solutions durables, à faible teneur en carbone et économiquement compétitives. À partir de plusieurs réalisations récentes, sélectionnées parmi plus de 500 applications en Suisse, cet article met en lumière quelques-unes des innovations structurelles rendues possibles par les propriétés uniques du CFUP.

La recette originale du CFUP

Le CFUP est un matériau cimentaire composé de ciment (environ 700 kg/m3), de sable fin (granulométrie maximale de 1 mm), de fumée de silice, d’eau (avec un rapport eau/liant compris entre 0.15 et 0.20), d’adjuvants et d’une forte teneur en fibres d’acier courtes et fines (> 3% en volume, soit 250–300 kg/m3). Sa résistance caractéristique à la compression peut atteindre 180 MPa et son module d’élasticité est d’environ 45 GPa. En traction, son comportement écrouissant se traduit par une résistance caractéristique pouvant atteindre 12 MPa pour une déformation de 2‰. Le matériau demeure exempt de fissures jusqu’à une déformation en traction de 1‰. À l’état non fissuré, sa perméabilité à l’eau est environ 50 à 100 fois inférieure à celle d’un béton non fissuré, ce qui améliore fortement sa durabilité et contribue à protéger les armatures.

Une nouvelle philosophie de conception

À volume égal, le CFUP est nettement plus coûteux qu’un béton conventionnel (jusqu’à dix fois) principalement en raison de sa forte teneur en fibres d’acier et en ciment. De même, les émissions de CO² associées à la production d’un kilogramme de CFUP sont environ six fois supérieures à celles d’un béton ordinaire. Concevoir en CFUP exige donc une utilisation très maîtrisée de la quantité de matériau. Une règle empirique consiste à considérer qu’un élément en CFUP doit être environ trois fois plus léger qu’un élément comparable en béton armé afin d’exploiter efficacement ses propriétés mécaniques. Cette logique conduit fréquemment à privilégier des éléments nervurés plutôt que massifs (p. 31, en bas), rappelant les premières expérimentations du béton armé et faisant écho à la construction en acier.

Préfabriquer des structures légères et durables

Le rapport résistance/poids élevé du CFUP facilite la préfabrication d’éléments structurels de grande longueur puisqu’ils restent suffisamment légers pour être transportés et mis en place. La passerelle de Chaumény (p. 30) à Montreux illustre bien la légèreté des structures en CFUP. Conçue en 2021 par C-Design¹, la passerelle est construite à partir de segments d’auge post-contraints entre eux. Sa travée principale de 22.5 m est constituée d’un seul segment de 22 t, posé en une nuit afin de limiter les perturbations sur la voie ferrée en contrebas. L’escalier en porte-à-faux de 9 m a quant à lui été réalisé en trois segments préfabriqués, assemblés sur site, formant un ouvrage à la silhouette singulière. Les âmes des poutres présentent un fin relief original; les épaississements liés à la précontrainte y sont intégrés dans des motifs organiques, transformant une nécessité structurelle en ressource architecturale. 

La passerelle de Hirschen (p. 32) est un arc particulièrement élancé en CFUP². Réalisée par Conzett Bronzini Partner en 2025 à Altendorf (SZ), elle jouxte deux ponts jumeaux en arc conçus par Robert Maillart en 1940, dont elle s’inspire. La nouvelle passerelle a une portée de 40 m, pour une longueur totale de 60 m et une largeur utile de 3 m. La section de l’arc adopte un caisson à hauteur variable. Compte tenu des performances mécaniques du CFUP et des contraintes du site (une voie ferrée en contrebas et un sol meuble), le CFUP a été préféré à une solution classique en béton armé. L’arc a ainsi pu être réalisé beaucoup plus finement qu’une conception conventionnelle en béton armé, ce qui a permis de préfabriquer les principaux éléments tout en assurant une continuité esthétique avec les ponts existants. La réduction du poids propre limite les sollicitations sur les fondations, un avantage décisif dans cette zone sensible aux tassements. Le système statique, un arc à trois articulations, reprend la logique historique de Maillart, mais l’interprète à l’aide du matériau cimentaire le plus performant disponible aujourd’hui.

Structures composites efficaces

Le CFUP se prête aussi à des associations avec d’autres matériaux au sein de structures composites qui exploitent les qualités propres à chacun. Le pont de Fruttli (p. 33), premier pont routier composite bois-CFUP, constitue un exemple convaincant. Conçu en 2020 par Ingenieurbüro Edgar Kälin AG, il se situe près du Rigi³. Dans cet ouvrage de 10.4 m de portée, quatre poutres en bois lamellé-collé local sont connectées à un mince tablier en CFUP, dont l’épaisseur varie de 9 à 14 cm. Le comportement composite entre la dalle en CFUP et les poutres en bois est assuré par des connecteurs en acier. La dalle étanche en CFUP protège le bois des intempéries, rendant la structure très durable. Les deux matériaux se complètent ainsi avec une grande efficacité: le bois apporte une structure légère et à faible impact environnemental, tandis que le CFUP assure protection, rigidité et durabilité. Par rapport à une solution classique en béton, ce principe permet de diviser environ par trois le poids propre et de réduire l’impact environnemental de 43%⁴. Le pont de Fruttli a été monté en une semaine seulement et a été ouvert au trafic la semaine suivante. La rapidité de prise du CFUP et la préfabrication ont permis d’éviter la mise en place d’une structure provisoire, ce qui a contribué à réduire le coût du projet de 39%.

Le CFUP constitue également une alternative intéressante aux tabliers en béton armé des ponts métalliques. À Zurich, le viaduc historique de Wipkingen (ci-contre), construit en 1896, a été réhabilité en 2024 grâce au CFUP⁵. L’ouvrage comprend des poutres rivetées en acier, avec des portées atteignant 22 mètres. Les tabliers massifs en béton, fortement détériorés, ont été remplacés par de nouveaux tabliers nervurés en CFUP. Beaucoup plus légers, ceux-ci améliorent à la fois la rigidité structurelle et la durabilité de l’ensemble. Les segments ont été préfabriqués, puis assemblés sur site aux poutres rivetées existantes restaurées séparément. En diminuant fortement le poids du tablier, la solution augmente la capacité portante de la structure métallique et permet ainsi de répondre aux exigences actuelles du trafic. Le viaduc Wipkingen illustre un principe appelé à se développer pour la modernisation des ponts en acier: remplacer des tabliers lourds et dégradés par des tabliers en CFUP afin de prolonger la durée de vie des ouvrages tout en augmentant leur capacité et leur durabilité.

Applications dans le bâtiment

Les qualités du CFUP ne se limitent pas aux infrastructures. Elles se révèlent également précieuses dans les éléments architecturaux, où elles permettent de réaliser des composants minces, légers et très détaillés⁶. La surélévation du Musée olympique de Lausanne (VD), réalisée en 2013 par MFIC et Brauen Wälchli Architectes (p. 32), en est un exemple marquant. Le nouveau toit du musée, long de 71 m et large de 21 m, est constitué d’une grille de poutres élancées en CFUP (d’une longueur de 18 à 21 m, pour une hauteur de 1 m et une épaisseur de 8 à 10 cm) formant une légère pergola de grande portée. Les poutres précontraintes en CFUP ont des portées allant jusqu’à 9 m. La légèreté et la durabilité de ces éléments ont rendu possible la surélévation avec une surcharge minimale sur les murs, poteaux et fondations existants. Grâce à ses hautes performances mécaniques, le CFUP permet ainsi des interventions rapides, économiques et peu invasives sur le bâti existant, tout en limitant les coûts de chantier et la durée d’indisponibilité du bâtiment.

Des explorations à poursuivre

Au-delà de son usage désormais bien établi pour le renforcement des structures existantes⁷, le CFUP accompagne aujourd’hui une nouvelle génération d’innovations structurelles. Sa combinaison de résistance, de ductilité et de durabilité permet de dépasser certaines limites des matériaux traditionnels: portées plus longues, sections plus fines, systèmes composites plus efficaces. Les exemples présentés ici illustrent les nouvelles possibilités ouvertes par ce matériau. Ils suggèrent surtout que le potentiel du CFUP est encore loin d’être entièrement exploré et que de nouvelles formes structurelles devraient émerger au cours des prochaines années.

L’innovation, toutefois, ne suffit pas à justifier une bonne solution constructive. Les structures en CFUP doivent aussi démontrer leur pertinence économique et environnementale. Cette pertinence potentielle ne résulte pas uniquement d’une réduction de la quantité de matière: elle est aussi liée aux bénéfices associés à la construction légère, à la préfabrication, aux portées plus grandes, aux systèmes composites efficaces et à la diminution des besoins d’entretien. Finalement, pour juger correctement de la pertinence d’un projet en CFUP, les analyses de coûts et d’impacts environnementaux doivent donc être menées à l’échelle du projet et sur l’ensemble du cycle de vie car ce nouveau matériau modifie la conception, les vitesses de construction et les opérations d’entretien.

Cet article est paru dans espazium quaderni 1/2026.

Notes

 

1 Géhin, Dominique, Eugen Brühwiler, Numa Bertola and Laurent Widmer. 2022. «Design and Construction of the Chaumény Footbridge in Posttensioned UHPFRC.» IABSE Symposium Prague 2022, no. CONF: 285–92. 
doi.org/10.2749/prague.2022.0285

 

2 Hegner-van Rooden, Clementine. 2025. «Dritter Bogen in UHFB Neubau Fussgängerbrücke Hirschen, Altendorf», espazium June 26. 

 

3 Kälin, Edgar and Peter Rogenmoser. 2021. «Fruttli- and Rigiaa-Bridge, Timber-UHPC Composite Structure, 4.» ICTB

 

4 Bertola, Numa, Célia Küpfer, Edgar Kälin, and Eugen Brühwiler. 2021. «Assessment of the Environmental Impacts of Bridge Designs Involving UHPFRC.» Sustainability 13 (22): 22.

 

5 Brühwiler, Eugen. 2025. «About the Process of Technology Transfer from Research to Engineering Practice.» Structure and Infrastructure Engineering, 21:11-12, 1872-1882,

 

6 Bertola, Numa, Célia Küpfer, Philippe Schiltz, and Eugen Brühwiler. 2024. «UHPFRC for the Preservation, Strengthening, and Transformation of Existing Buidlings.» UHPFRC 2024. 

 

7 Bertola, Numa, Philippe Schiltz, Emmanuel Denarié, and Eugen Brühwiler. 2021. «A Review of the Use of UHPFRC in Bridge Rehabilitation and New Construction in Switzerland.» Frontiers in Built Environment 7: 155.