Un ingénieur passé maître dans l'art de la courbe

Fondateur du bureau d’ingénieurs tessinois éponyme, Giovanni Lombardi est décédé en 2017, à l’âge de 90 ans. Les courbes auront marqué tous ses grands projets, des célèbres barrages-voûtes aux ouvrages souterrains.

Le problème posé dans les années 1960 au Tessin est ancien : un nouveau tunnel doit être creusé entre Göschenen et Airolo pour faire passer la route nationale. Le tunnel ferroviaire rectiligne de Louis Favre est déjà en service depuis 1882. Présentant une couverture moyenne de 1100 m, il constitue la liaison directe entre le canton d’Uri et le Tessin. En 1965, quatre bureaux d’ingénieurs sont invités à présenter leurs projets portant sur le tunnel routier qui est encore aujourd’hui le plus long des Alpes. Trois d’entre eux adoptent le tracé droit de la voie ferrée; l’un, le bureau d’ingénieurs de Giovanni Lombardi, propose une grande courbe s’étendant vers l’ouest jusqu’à 2.4 km. Lombardi est très expérimenté en géologie, il connaît la région et le terrain, puisqu’il construit à cette époque les quatre principaux viaducs de la nouvelle route du col du Saint-Gothard, dont le lacet de Fieud (tornante di Fieud), le virage situé le plus à l’ouest sur la rampe sud. La route s’écarte brièvement du versant au niveau de ce virage et semble conduire dans le vide pour vite revenir s’adosser à la crête de la montagne.

La proposition de Lombardi de tracer un tunnel courbe obtient l’adjudication : entre 1970 et 1980, le tunnel routier du Gothard voit le jour sous sa direction. Les avantages de sa réflexion sortie des sentiers battus, en l’occurrence plutôt sa réflexion autour des courbes, sont évidents: le déplacement du tunnel en direction du sillon du col du Saint-Gothard aboutit à un tunnel routier un peu plus long. En contrepartie, les puits de ventilation s’avèrent bien plus courts et encore plus facilement accessibles de la route du col. En outre, il a été possible de contourner un obstacle géologique. Ce concept génial, qui peut paraître banal aujourd’hui, a été novateur en son temps, peut-être même révolutionnaire, et il a permis de réduire le coût du projet de 100 millions de francs.

«L’ingénieur doit pouvoir imaginer des solutions sortant du schéma traditionnel, mais il doit ensuite pouvoir les analyser et les évaluer sereinement sans se laisser troubler par l’enthousiasme excessif que l’originalité de sa proposition est susceptible de susciter.» Cette phrase de Lombardi s’applique au tunnel routier du Gothard, mais elle vaut aussi pour d’autres grands projets dans lesquels s’est exprimé son esprit d’innovation et ses méthodes inédites.

Le parcours professionnel de Lombardi: une ascension rectiligne
Dès le début, il est apparu que la carrière d’ingénieur de Lombardi s’articulerait autour des courbes : sa thèse publiée à l’EPF de Zurich en 1955 sous le titre Les barrages en voûte mince a été consacrée à l’analyse statique de ces ouvrages. Auparavant, après des études effectuées également à l’EPF, le natif du district de Léventine, qui a grandi dans le Sud de la France avant de revenir en Suisse à cause de la Seconde Guerre mondiale, avait travaillé dans le bureau d’ingénieurs fribourgeois de Henri Gicot et chez Arnold Kaech à Berne. Gicot et Kaech se sont fait un nom dans le monde entier en leur qualité de constructeurs de barrages-réservoirs. En Suisse, Gicot a participé à l’édification du barrage de retenue de Montsalvens achevé en 1921 et du barrage-voûte de Rossens (1948), tandis que Kaech a œuvré au barrage de Spitallamm, érigé au col du Grimsel en 1932.

Peu après sa promotion, Giovanni Lombardi et son camarade d’université Giuseppe Gellera (1925–1976) ont ouvert leur propre bureau d’ingénieurs à Locarno, Lombardi & Gellera. Employant plus de 100 collaborateurs, l’entreprise s’est toutefois scindée en 1964.

Dans ces années d’expansion de l’après-guerre, l’essor économique et la construction de grandes centrales hydrauliques sont allés de pair. Quelques chiffres venus d’Italie, le pays ayant la plus grande part de l’espace alpin, sont cités à ce propos en guise d’illustration. Jusqu’en 1920, près de trente lacs de retenue y étaient recensés. Jusqu’à la Seconde Guerre mondiale, il y en avait 200, car le fascisme visait l’autarcie énergétique grâce à la «houille blanche», mais l’irrigation des terres agricoles a également joué un rôle. Depuis 1950, environ dix barrages-réservoirs par an ont été construits rien qu’en Italie, si bien que leur nombre a approximativement doublé jusqu’en 1970.

Le développement de l’énergie hydraulique au cours de ces années n’a pas concerné uniquement l’Italie, mais toutes les régions qui s’y prêtaient, notamment les Alpes et les Pyrénées. Sur les 25 grands barrages de retenue présentés à l’exposition Twentieth Century Engineering (Ingénierie du vingtième siècle) du Musée d’art moderne de New York, durant l’été 1964, sept se trouvaient dans les montagnes françaises, quatre en Italie et quatre en Suisse.

Dans la vallée de l’eau verte: le barrage de Contra
Le bureau Lombardi & Gellera prend une part active à l’essor des grandes centrales hydrauliques: entre 1957 et 1966, il conçoit et réalise le barrage-voûte de Contra, qui retient le lac de Vogorno dans la vallée de la Verzasca.

La construction à voûte à double courbure présente une longueur de crête de 380 m et une hauteur de 220 m, ce qui en fait la quatrième plus haute de Suisse. De par son faible volume de béton de 660 000 m³ – l’épaisseur de sa paroi variant de 25 m à la base jusqu’à 7 m à la crête –, elle représente l’un des ouvrages les plus audacieux de Suisse. Elle a acquis une notoriété internationale depuis que James Bond s’est élancé dans le vide du haut du barrage dans le prologue du film Goldeneye. De nos jours, chacun peut en faire autant grâce à une installation de saut à l’élastique.

Si les actes du concepteur n’ont guère été mis en avant, ils n’en demeurent pas moins authentiques, impressionnants et riches en anecdotes : lorsque des roches de mauvaise qualité sont apparues au moment de la mise à nu du rocher servant d’appui aux fondations à venir, la paroi du barrage a été rapidement replanifiée par Lombardi et l’entrepreneur de travaux de manière à être décalée de quelques mètres, puis elle a été édifiée. Les autorités n’ont appris la modification que plus tard.

L’ordinateur au service du barrage de Contra
Le barrage-voûte de Contra a été le premier barrage-réservoir au monde à avoir été calculé à l’aide d’un ordinateur. Un ordinateur se trouvait à Zurich, l’autre à Lausanne; en raison des limites de performances spécifiques des machines, ils ont été utilisés dans différentes phases de calcul. Lombardi et son bureau peuvent être ainsi considérés comme des précurseurs en matière de calculs appliqués à un barrage. Mais des essais traditionnels sur modèle ont aussi été exécutés, l’un à l’institut Ismes (Istituto Sperimentale Modelli e Strutture) de Bergame, un second au laboratoire VAW (aujourd’hui laboratoire de recherches hydrauliques, hydrologiques et glaciologiques de l’EPF de Zurich).

Le modèle de Contra à l’Ismes a été élaboré à l’échelle de 1:66.6 avec une hauteur d’environ 3.5 m. Constitué d’un mélange de ciment et de pierre ponce, du «micro-béton» a servi de matériau. Il présente un comportement physico-mécanique semblable à celui du béton non armé, avec lequel la paroi effective devait être construite.

L’organisation des études sur modèle a nécessité de grands moyens : un prémodèle en bois a permis de déterminer les dimensions, des coffrages à base de blocs de plâtre renforcé ont dû être réalisés et les tiges d’ancrage utilisées ont servi à la simulation du poids propre. Le modèle ne reproduisait que douze joints verticaux (la moitié du nombre réel) ainsi que les galeries d’inspection intérieures et les puits verticaux. Pour obtenir une représentation fidèle à l’original de la poussée hydrostatique, le modèle a été soumis à 102 vérins hydrauliques qui ont respectivement appuyé sur des plaques de distribution en béton et en acier à l’aide d’une semelle en liège. Un système complexe d’instruments de mesure (comparateurs électro-­acoustiques et mécaniques ainsi que jauges de contrainte extensométriques) a été mis en œuvre pour déceler les déformations et les décalages apparus. Ce n’est qu’en atteignant 5.8 fois la valeur de la pression d’eau hydrostatique normale que la rupture s’est produite lors de cette modélisation analogique. La forme des trop-pleins et l’écoulement correct de l’eau ont été examinés entre autres sur le plus petit modèle hydraulique du laboratoire VAW.

Les barrages-voûtes à travers le monde
Le barrage-réservoir bâti dans la vallée de la Verzasca a préludé à de nombreux autres projets de ce type par Lombardi. En 1965, le barrage à double voûte de Roggiasca a été achevé dans les Grisons, tandis que le barrage de retenue de Kops l’a été dans le Vorarlberg en 1969. Comme plus tard dans le cas du tunnel routier du Gothard, Lombardi est parvenu à remporter le marché à l’aide d’une voûte en guise d’alternative. Il a suggéré de remplacer le barrage-poids planifié, trop onéreux et long de 600 m, par un plus court, en y adjoignant un barrage à double voûte, ce qui a diminué la consommation de béton et réduit ainsi les coûts.

Le savoir-faire et l’expérience de Lombardi ont été de plus en plus appréciés, même sur la scène internationale. S’élevant sur 200 m, le barrage-réservoir Kölnbrein, le plus haut d’Autriche, qui n’était vieux que de quelques années, a été réaménagé sur un projet de Lombardi de 1989 à 1992. En plus de la réhabilitation de nombreux autres barrages, l’expert en ouvrages hydrauliques qui a été aussi président du Comité suisse des barrages entre 1979 et 1985, avant d’occuper la présidence de la Commission internationale des grands barrages (CIGB) durant trois ans, n’a cessé de participer à de nouvelles constructions, mais désormais dans le monde entier. Le barrage de Karakaya a été érigé sur l’Euphrate en Turquie (1987). Lombardi a aussi été présent en Algérie, avec l’avant-projet du barrage-voûte du Tichi-Haf, et les barrages de Huites et de Zimapán ont été terminés au Mexique en 1995.

Des théories tirées de la pratique au service de la pratique
Lors de la planification et de la réalisation de ses grands projets, Lombardi s’est constamment heurté aux limites de ce qui était alors possible. Les restrictions liées aux calculs ont pu être certes de plus en plus repoussées au fil du temps à l’aide de l’informatique, mais Lombardi s’est vite aperçu qu’un calcul ne saurait à lui seul résoudre un problème. Son œuvre peut être plutôt considérée comme une inclination constante à apprendre, à comprendre et à mieux assimiler les rapports complexes existant entre l’environnement et l’ouvrage pour trouver finalement une solution appropriée au problème posé. «En effet, l’intuition de l’ingénieur, qui repose sur une connaissance approfondie et solide des lois de la physique, de la mécanique, de la géologie et de la géotechnique ou des sciences naturelles en général, devrait lui permettre de deviner la résolution du problème, avant même d’effectuer les calculs. Alors seulement, il peut évaluer la validité des résultats obtenus», écrivait Lombardi en 2004.1

Pour favoriser cette «intuition», Lombardi a conçu plusieurs approches et méthodes qui font désormais partie de la pratique courante en ingénierie : la méthode des courbes caractéristiques servant à analyser la stabilité d’ouvrages souterrains permet ainsi d’évaluer rapidement l’influence de la modification d’une contrainte (p. ex. la propriété différente des roches) lors de l’avancement d’un tunnel. Le modèle Fissured Elastic Saturated rock mass model (FES ou modèle d’étude de masses rocheuses fissurées, élastiques et saturées) renferme une loi de comportement des matériaux liée à l’hydraulique non linéaire et il est mis en œuvre pour analyser des roches fracturées, saturées d’eau. La méthode de l’intensité d’injection Grouting Intensity Number (GIN) sert à réaliser des injections d’étanchéité. Le coefficient d’élancement c des barrages-voûtes met le volume de béton utilisé en rapport avec la surface du barrage et il permet de comparer différents barrages. Pour surveiller les barrages-réservoirs, Lombardi a encore mis au point dans la foulée le modèle interprétatif combiné Modello Interpretativo Combinato (MIC). Lombardi doit une partie de sa notoriété auprès des ingénieurs aux outils qu’il a développés.

Des réalisations souterraines internationales
Les noms figurant sur la liste des projets du second grand secteur d’activité de Lombardi – la construction de tunnels – sont tout aussi éloquents: les contournements des villes de Hergiswil, de Neuchâtel, de Locarno et de Luxembourg y côtoient de très grands projets de renommée internationale : la recherche de haute technologie dans les installations souterraines du CERN près de Genève (à partir de 1981) et dans les laboratoires de physique des particules élémentaires sous le Gran Sasso dans l’Apennin se déroule dans des galeries creusées avec la participation de Lombardi et de son entreprise. Les études de faisabilité relatives au tunnel de base du Saint-Gothard portent la marque de Lombardi et son bureau a pris une part prépondérante dans pratiquement toutes les activités d’ingénierie de ce projet du siècle. Le dernier projet gigantesque conçu par Lombardi a même visé à relier deux continents l’un à l’autre : en 2006, Lombardi a remporté en coentreprise le concours d’aménagement portant sur le tunnel de Gibraltar entre l’Europe et l’Afrique. Comment pourrait-il en être autrement? Le tunnel ne chemine pas selon un tracé rectiligne en raison de la profondeur de la mer de 900 m, mais il dessine une courbe dans l’Atlantique pour suivre une dorsale sous-marine située à une profondeur d’eau de 300 m seulement.

Les réflexions de Giovanni Lombardi, le virtuose de la courbe, sont encore pertinentes aujourd’hui. Le cercle se referme.

Peter Seitz est rédacteur à TEC21.

 

Note

1. Giovanni Lombardi, «La modellazione nel campo delle dighe in calcestruzzo», Accademia Nazionale dei Lincei, Rome, 2004.

Pour aller plus loin

Le présent article est issu de plusieurs textes tirés de notre revue soeur Archi 3/2018:
Tullio Iori, Ilaria Giannetti, «Giovanni Lombardi nella storia dell ingegneria strutturale»;
Andrea Debernardi, «Una figura emblematica in un eppoca di grandi trasformazioni»;
Giovanni Barla, «Il contributo di Giovanni Lombardi alla comprensione della Statica delle Opere in Sotterraneo».

Voir aussi: «Hommage à Giovanni Lombardi» du Comité suisse des barrages;
nécrologie: Thomas Isler, «Ingenieur für Gigantisches» (L’ingénieur du gigantisme) NZZ en ligne;
Alexander Grass, «Über 1000 km Tunnel, ungefähr» (Plus de 1000 km de tunnel, environ), série estivale de SRF (22 juillet 2014).

Vous trouvez un hommage à Giovanni Lombardi sur espazium.ch/nachruf-lombardi

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