Un nou­veau pont fer­ro­viaire sur le Rhône

Du 22 mars au 1er avril 2016, le pont ferroviaire métallique possédant la plus longue portée de Suisse a été lancé avec succès au-dessus du Rhône, à Massongex (VS). Trois opérations de ripage successives le verront remplacer définitivement les anciens ponts et permettront ainsi de lever des restrictions de trafic marchandises sur la ligne Lausanne-Brigue.

Date de publication
27-04-2016
Revision
29-04-2016

La ligne CFF Lausanne-Brigue enjambe le Rhône entre Bex et Massongex grâce à deux ponts métalliques parallèles. Ces ouvrages ont été construits en 1903 (amont) et 1923 (aval). Ils portent chacun une voie unique et ont une portée identique de 70 m. Deux paires de ponts de 10 m de portée les complètent, amenant leur longueur totale à 90 m. Les voies existantes ne sont pas ballastées ; elles se trouvent en position haute sur les ouvrages de rives et en position médiane sur les ouvrages au-dessus du Rhône. En raison du vieillissement de la structure, la catégorie de trains la plus lourde (D4) n’est plus admise sur le pont amont, pénalisant l’exploitation ferroviaire. Sur cette base, et tenant compte du projet de 3e correction du Rhône, les CFF ont décidé de remplacer les six ouvrages existants par un nouveau pont unique portant les deux voies ballastées sans limitation de catégorie de trains et permettant la réalisation d’éventuels travaux d’élargissement du fleuve.

Compte tenu des importantes charges de trafic liées au caractère ferroviaire de l’ouvrage et de la distance à franchir, le système porteur qui s’est imposé est un pont de type bow-string (lire encadré «Pont bow-string» ci-dessous). Il est composé de deux arcs métalliques et d’un tablier mixte avec une auge en béton armé. Le nouvel ouvrage a une portée simple de 125.80m, la plus grande de Suisse pour un pont ferroviaire métallique. La hauteur maximum de l’arc par rapport au plan de roulement est de 22.7m. Les deux poutres longitudinales ont une hauteur de 4m.

Projet sous contraintes

La structure métallique a été montée in situ, sur la rive gauche du Rhône, et en amont des ouvrages existants. La zone de construction a été définie par l’axe de ces derniers, ainsi que par la position de la ligne aérienne haute tension côté Bex. Outre le maintien du trafic ferroviaire, le chantier est également contraint par la présence d’un oléoduc sur la rive gauche et d’un gazoduc sur la rive opposée. Le choix d’un ripage de l’amont vers l’aval a été imposé par l’obligation de maintenir le trafic marchandises, et donc de conserver aussi longtemps que possible le pont aval actuel qui le supporte à lui seul.

La structure métallique a été lancée au-dessus du cours d’eau entre le 22 mars et le 1er avril 2016. Trois opérations de ripage successives, du printemps à l’automne 2016, permettront de le positionner définitivement. Elles s’effectueront selon une chorégraphie savamment orchestrée afin de perturber au minimum l’exploitation du réseau ferroviaire. En effet, la circulation des trains ne sera interrompue totalement que durant deux nuits définies longtemps à l’avance, et qu’il n’est pas possible de repousser. Le nouveau pont sera également utilisé pour soutenir les ouvrages existants pendant leur déconstruction.

Infrastructures provisoires
En complément aux palées provisoires soutenant la structure métallique dans la zone de montage, le chantier a nécessité l’aménagement de deux bancs de lancement/ripage (un sur chaque rive) et d’une paire de piles provisoires sur une plateforme réalisée dans le Rhône.

Les deux bancs de lancement/ripage sont conçus de manière similaire et fondés sur huit pieux de 1.50 mètre de diamètre et 20m de profondeur. Ils serviront également au vérinage lors du montage des appuis définitifs. Le banc de lancement en rive gauche a accueilli les vérins ayant permis de tirer le pont lors du lancement, au moyen de câbles fixés à l’extrémité valaisanne de la structure métallique.

Pour des raisons liées aux contraintes hydrauliques du Rhône, les piles provisoires se situent à 68m du banc de lancement côté Massongex : le lancement d’une poutre simple nécessitant une distance entre les appuis provisoires inférieure à la moitié de la portée, il a fallu équiper le pont d’un avant-bec de 30m de longueur. Ce dernier a été préfabriqué et installé sur place. Les piles provisoires sont installées sur une plateforme composée d’une digue en enrochement sur laquelle est créée une rampe d’accès, puis de la plateforme elle-même, soutenue par un rideau de palplanches ancré côté Rhône et par une digue en enrochement en aval.

Des investigations de berges ainsi qu’une bathymétrie ont été effectuées durant l’été 2015 afin d’établir les bases solides nécessaires aux calculs de dimensionnement de la plateforme. Lors des travaux préliminaires avant l’intervention principale, un confortement de la berge valaisanne a été réalisée sur 70m pour éviter tout risque d’érosion. Des essais ont été effectués afin de valider la portance du système et d’estimer au plus proche les tassements lors du lancement de la charpente métallique.

Le système mixte palplanches et blocs a été retenu car il permet de limiter au maximum la réduction du gabarit fluvial en phase travaux et assure la stabilité de la plateforme même avec des affouillements généraux et locaux. Les palplanches étant faciles à retirer, le lit du Rhône sera restitué libre de tout reste de construction puisque les piles provisoires seront démontées après le lancement.

Appuis définitifs

Le pont reposera sur quatre appuis de type sphérique, libres transversalement et bloqués longitudinalement sur la seule culée côté Massongex. Les efforts transversaux en service, et surtout les charges sismiques, sont repris par le biais de butées transversales à l’axe de l’ouvrage aux deux extrémités. Le côté mobile du pont se trouve côté Bex, où les voies seront équipées d’appareils de dilatation.

Les deux culées sont en béton armé avec fondations profondes. La culée fixe comporte trois rangées de cinq pieux de 1.50m de diamètre et d’une longueur de 27m. Afin de pouvoir reprendre les efforts horizontaux notamment dus au séisme (±21 000kN en sens longitudinal et ±16 000kN en sens transversal), les pieux extérieurs ont été inclinés à 5.7°, la largeur de l’enceinte de fouille étant limitée par la portée des ponts provisoires à disposition lors des travaux (17.50m). La position des pieux des deux culées a été fixée en fonction des conditions d’exploitation ferroviaire. Les pieux les plus sollicités par les efforts dus au séisme ont nécessité la mise en place d’une double cage d’armature en partie haute. La culée mobile quant à elle comporte deux rangées de cinq pieux de 1.50 m de diamètre pour une longueur de 20m. La géométrie des culées a été définie en fonction des étapes de ripages avec mise en service intermédiaire de la voie amont mais également de manière à pouvoir procéder facilement aux futures inspections et changement d’appuis.

Afin de maintenir du trafic ferroviaire, la réalisation des culées à leur emplacement définitif a nécessité la pose de quatre ponts provisoires. Deux enceintes de fouilles ont été nécessaires pour permettre les terrassements au-dessous des ponts provisoires. Cette phase du projet a vu la réalisation de 32 micropieux (ROR 139.5-12 S355 avec injections répétitives et sélectives de 21 m de longueur), 90 pieux (ROR 323-16 S355 de 12 m de longueur avec forage excentrique), 145 ancrages et 5800m3 de terrassement par étapes.

Structure métallique et tablier

La structure métallique primaire du bow-string se compose de deux arcs métalliques inclinés de 12° vers l’intérieur de l’ouvrage et de deux poutres longitudinales faisant office de tirants et créant la rigidité flexionnelle nécessaire (fig 4a et 4b). Les arcs ont une section rectangulaire en caisson composé-soudé avec une troisième âme centrale dans l’axe des suspentes. Leur hauteur varie de 1.85m à la base pour 1.20m à la clé. Ils sont stabilisés par quatre entretoises en caisson et étayés pendant la phase du lancement. Le pied de l’arc est encastré dans les deux poutres transversales sur appui, d’une hauteur de 1.10m, qui assurent la transmission de l’action sismique transversale aux culées.

Les poutres longitudinales sont également inclinées dans le même plan de 12°. Elles sont constituées de composés-soudés en I d’une hauteur constante de 4m avec une âme centrale traversant la semelle supérieure et sur laquelle viennent se fixer les suspentes. Dans la zone du nœud à l’extrémité de la poutre et à l’intersection avec l’arc, les poutres sont caissonées. La déformation du pont sous charges ferroviaires excentrées est déterminante pour la hauteur de la poutre. Les poutres longitudinales ont une contre-flèche de 200mm, les poutres transversales de 20mm. Les poutres longitudinales sont reliées aux arcs par des suspentes (16 par côté) constituées de fers plats d’une section de 60mm × 300mm. Afin d’éviter une flexion trop importante dans les suspentes d’extrémité, des suspentes provisoires, plus souples, sont mises en place lors du montage. Après lancement et bétonnage du tablier, elles sont remplacées par les suspentes définitives. La partie métallique du tablier est composée de 36 poutres transversales espacées de 3.40m, toujours en composé-soudé, d’une hauteur de 0.90m et avec une contre-flèche de 20mm, qui forment une section mixte avec la dalle en béton.

La structure métallique est entièrement en acier S355 M/ML. Les épaisseurs des tôles constituantes vont de 20 mm pour les âmes des poutres transversales à 120mm pour les semelles des poutres longitudinales. La structure est revêtue d’un système de protection anticorrosion par métallisation, qui consiste à projeter du zinc en fusion sur l’acier grenaillé. Le système est complété par un bouche-pores, une couche intermédiaire et une couche de finition.

L’auge est constituée par une dalle de 52cm d’épaisseur à l’axe et minimale de 40cm aux points bas, et par deux poutres latérales d’épaisseur variable et de 2.20m de hauteur, bétonnées contre les poutres longitudinales en acier. L’arasée des poutres en béton est inclinée vers l’intérieur de l’ouvrage. Les eaux du tablier du pont s’écouleront directement dans le Rhône ou sur les berges. Le fond de l’auge en béton sera réalisé en facettes avec des pentes minimales de 2% permettant de conduire les eaux aux points bas situés de part et d’autre de l’ouvrage et espacés de 6.80m. Une étanchéité composée d’un lé collé en plein, type LBP, de 5mm et protégée par une couche d’asphalte coulé de 40mm recouvrira l’ensemble de la surface de l’auge. Le tablier recevra enfin une épaisseur de ballast de 75cm (55cm sous traverses), avec une réserve de bourrage de 12cm.

Fin juin 2016, une fois les travaux de génie civil majoritairement achevés, débutera la phase ferroviaire proprement dite, qui verra la pose des voies et des lignes de contact avant le dernier ripage, en novembre 2016. Place ensuite aux trains, qui pourront alors passer sous les arches du nouveau pont sur le Rhône!


Phasage des travaux

  • Mise en place de 2 × 2 ponts provisoires (longueur 18.20 m, portée 17.50 m) au droit des futures culées, s’appuyant sur des micropieux
  • Exécution de parois berlinoises pour les enceintes de fouille des nouvelles culées
  • Terrassement par étapes sous les ponts provisoires et ancrage des parois berlinoises par des tirants actifs
  • Exécution de pieux forés diamètre 1500 mm pour les culées, en partie avec déplacement des ponts provisoires lors d’une opération coup-de-poing sur un week-end
  • Construction des culées sous les ponts provisoires
  • Lancement de la structure métallique du nouveau pont
  • Bétonnage du tablier et des sommiers latéraux
  • Mise en place de l’étanchéité et pré-ballastage
  • Remplacement des suspentes provisoires près des culées par les suspentes définitives
  • Ripage du pont par étapes avec déconstruction des ponts existants
  • Ripage de la voie amont sur 800 mètres1
  • Ripage du pont en position définitive
  • Mise en service des deux voies CFF sur le nouveau pont et bétonnage du solde des murs en aile des culées

1. Les anciens ponts n’ayant pas été construits simultanément, l’écart entre les deux voies est plus grand que celui possible sur un pont unique ; cette opération permettra d’ajuster les voies au gabarit du nouveau pont.


Pont bow-string

Le terme bow-string vient des mots anglais bow = arc et string = corde, faisant tant référence à la géométrie du pont qu’à son principe statique. Il désigne une catégorie de pont constitué d'un tablier faisant fonction de tirant, et d’arcs encastrés aux extrémités dans les poutres latérales du tablier. En travée, le tablier est suspendu aux arcs par des suspentes.    
Les arcs sont soumis à des efforts de compression longitudinaux sous l’effet des charges verticales transmises par les suspentes. Les réactions d’appui horizontales des arcs qui en découlent sont intégralement reprises par les tirants, si bien que ne sont transmis aux culées que des efforts verticaux (exception faite des efforts liés aux accélérations/décélérations des trains, vent, choc et séisme).

Chiffres clés

Portée: 125.80 mètres

Largeur: 14.50 mètres

Hauteur totale: 25 mètres

Poids total: 8000 tonnes (2500 tonnes d’acier, 3000 tonnes de béton pour le tablier et 2500 tonnes
de ballast/voies)

Planification des travaux: avril 2015 à mars 2017

Coûts des travaux: 34 millions de francs

Intervenants

Maître d’ouvrage: CFF SA Infrastructure, Projets, Engineering, Centre de compétence ponts

Auteur du projet: Groupement Monod-Piguet + Associés Ingénieurs Conseils SA – Synaxis SA, Lausanne

Direction locale des travaux: Groupement Monod--Piguet + Associés Ingénieurs Conseils SA – Synaxis SA, Lausanne

Génie civil: Implenia Construction SA

Construction métallique: Zwahlen & Mayr SA

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