Les ouvrages métalliques de la LGV Est

L’Otua en partenariat avec RFF, le CETE de l’Est, et avec le soutien des constructeurs métalliques Baudinchateauneuf, EIFFEL, Victor Buyck et les fournisseurs d’acier ARCELOR et DILLINGER HÜTTE-GTS, a organisé le 21 octobre à Pont-à-Mousson à l’Abbaye des Prémontrés, une journée technique dédiée aux ouvrages d’art métalliques et mixtes de la LGV Est Européenne.
Cette journée a rencontré un vif succès et a rassemblé près de 130 personnes représentant : maîtres d’ouvrage, maîtres d’oeuvre, constructeurs, bureaux d’études et de contrôle, architectes, enseignants et universitaires.

Cette journée comprenait des conférences axées sur les présentations des ouvrages d’art de Champey-sur-Moselle, Vandières et Jaulny, sur les aspects de la conception, de la fabrication et du montage. Ces conférences ont été suivies des visites commentées des viaducs situés près de Champey-sur-Moselle (viaduc sur la Moselle) et près de Vandières (viaduc enjambant le canal de la Moselle et le voie ferrée Métrolor)

La LGV Est européenne, outre le fait qu’elle soit la première ligne à être financée par les collectivités des territoires qu’elle traverse, est aussi la première ligne à grande vitesse réalisée sous maîtrise d’ouvrage directe de Réseau Ferré de France.
Le projet complet constitué de 2 phases, compte 406 kilomètres de ligne nouvelle jusqu’à Vendenheim dans le Bas-Rhin.

La première étape, financée par l’Etat, RFF, la SNCF et les collectivités territoriales sans oublier le grand Duché du Luxembourg et l’Europe, comprend 300 kilomètres entre Vaires-sur-Marne en Seine-et-Marne et Baudrecourt en Moselle, ainsi que les raccordements au réseau existant.

La vitesse commerciale sera alors de 320 Km/h pour une vitesse potentielle de 350 Km/h.

Une deuxième phase de travaux devrait démarrer vers 2010 pour relier Baudrecourt à Vendenheim près de Strasbourg, mettant ainsi Strasbourg à 1h50 de Paris au lieu de 2h20 à mi 2007 date de mise en service de la première phase et 3h50 aujourd’hui !

Les dates clés

Le rappel des dates principales qui ont jalonné l’historique de ce grand projet permet de réaliser la durée nécessaire à l’aboutissement d’une telle opération :

• De 1985 à 1990 : études préliminaires
• De 1992 à 1993 : avant-projet sommaire
• De 1994 à 1996 : procédure d’utilité publique
• De 1996 à 1999 : études de phasage et mise au point du financement
• A partir de 1999 : études détaillées
• Novembre 2000 : convention de financement
• Eté 2000 : début des grands travaux de génie civil
• Eté 2004 : début de la pose des équipements ferroviaires

Les études détaillées ont pu démarrer en 1999, avec la désignation des maîtres d’œuvre, grâce à un protocole spécifique de financement établi à cet effet. Les travaux et les approvisionnements de matériaux n’ont pu être engagés qu’après la signature effective, en novembre 2000, de la convention de financement, qui concrétisait le montage financier de l’opération, arrêté dans ses principes le 29 janvier 1999.

Le génie civil en chiffres

Le projet comporte donc 300 kilomètres de ligne nouvelle auxquels il faut ajouter les 44 kilomètres de raccordement et les trois gares nouvelles Champagne Ardenne, Meuse et Lorraine.

Les principales quantités sont résumées ci-dessous :

• Déblais : 49.5 millions de m³
• Remblais : 34.0 millions de m³
• Dépôts : 21.5 millions de m³
• Approvisionnements de matériaux de carrière : 10 millions de tonnes

Ouvrages d’art :

• 234 rétablissements de communications routières ou ferroviaires
• 8 sauts de mouton (franchissements de raccordements)
• 53 franchissements de cours d’eau
• 24 passages faune
• 5 tranchées couvertes
• 14 viaducs

La maîtrise d'ouvrage

Elle est assurée directement par RFF Etablissement Public Industriel et Commercial qui est, depuis sa création en 1997, gestionnaire, modernisateur et développeur du réseau ferroviaire national.
RFF a pour mission l’aménagement, le développement, la cohérence et la mise en valeur du réseau ferroviaire national dont il est propriétaire soit 33 000 kilomètres de lignes.
Avec plus de 100 000 hectares sur 11 000 communes, RFF est le deuxième propriétaire public de France après le Ministère de la Défense.

S’agissant de l’organisation de la maîtrise d’ouvrage :

• L’équipe dédiée de RFF, basée à Paris, est appuyée par des missions externes d’assistance à maîtrise d’ouvrage de nature technique (la mission Cohérence, Optimisation, Pilotage de la SNCF), pour la gestion de projet (SETEC Organisation) et pour la coordination des actions en matière de sécurité (Planitec).

• Pour les opérations foncières, RFF a partagé des missions d’assistance foncière entre la SNCF et la SCET

• Pour les aménagements sur le réseau en exploitation, RFF a confié des mandats de maîtrise d’ouvrage aux Régions SNCF concernées

RFF en quelques lignes

L'organisation du projet

La maîtrise d’œuvre

RFF a ouvert à la concurrence européenne les missions de maîtrise d’œuvre de Génie Civil après avoir découpé le projet en huit tronçons dont six à réaliser pour cette première étape.
Cet appel d’offres européen a conduit à retenir cinq groupements avec la répartition suivante des huit tronçons de la ligne :

Pour les six tronçons de la première étape (études et supervision des travaux) :

• Tronçon A (63 km) – de Vaires-sur-Marne (77) à Château-Thierry (02) : SNCF-Arcadis.
• Tronçon B (56 km) – de Château-Thierry à Taissy (51) : ISL (Ingérop-Thalès-Luxconsult)
• Tronçon C (47 km) – de Taissy à Tilloy-et-Bellay (51) : Tractebel Development Engineering – Coyne et Bellier
• Tronçon D (63 km) – de Tilloy-et-Bellay à Bannoncourt (55) : SNCF-Arcadis
• Tronçon E (42 km) – de Bannoncourt à Champey-sur-Moselle (54) : Scetauroute
• Tronçon F (28 km) – de Pont-à-Mousson (54) à Baudrecourt (57) : SNCF-Arcadis

Pour les deux tronçons de la seconde étape (études détaillées seules) :

• Tronçon G (71 km) – de Baudrecourt à Danne-et-Quatre-Vents (57) : SNCF-Arcadis.
• Tronçon H (35 km) – de Danne-et-Quatre-Vents à Vendenheim (67) : SETEC

A noter que la Direction de l’Ingénierie de la SNCF assure la maîtrise d’œuvre de la réalisation des équipements ferroviaires.

Les entreprises

Les travaux de Génie Civil ont été répartis en 23 lots principaux, 13 TOARC (Terrassements, Ouvrages d’Art, Rétablissements des Communications) et 10 lots d’ouvrages d’art.

Ils ont été attribués à des groupements d’entreprises de dimension variable selon l’importance de la tâche selon une procédure d’appel d’offre à l’échelle européenne.

On peut noter que malgré l’ouverture à l’Europe, rares sont les intervenants étrangers sur ce projet.
Parmi les lots d’ouvrages d’art, le viaduc de Jaulny est un cas à part : compte tenu de la sensibilité de la vallée traversée, il a fait l’objet d’un concours, et le marché a été passé sous la forme d’un contrat de conception-réalisation ; le groupement titulaire est à la fois entreprise et maître d’œuvre.

L'avancement du projet

Voilà aujourd’hui un peu plus de deux ans que les tous premiers marchés de Génie Civil ont été attribués.

La maîtrise des emprises est acquise, la déviation des réseaux interceptés est quasiment terminée ainsi que les opérations d’archéologie préventive, les 23 lots de terrassement et d’ouvrages d’art ont tous été lancés et le chantier de génie civil est en cours sur les 300 km de la première phase. Il durera jusqu’à la fin de l’année 2005.

A fin septembre 2004, environ 11 millions de tonnes de matériaux de carrière ont été approvisionnés par RFF sur les différentes aires de stockage réparties le long de la trace, dont plus de 80% transportées par chemin de fer ; 80% des volumes de terrassement prévus ont été réalisés ; 170 ouvrages d’art sont achevés et 150 sont en cours de construction. Trois sections de génie civil, commencées en 2002, sont achevées.
Depuis cet été le chantier des équipements ferroviaires a pu engager les travaux en ligne avec la pose des câbles de télécommunications et des poteaux caténaires par voie routière ; la pose du premier rail du 19 octobre 2004 a donné le « top » de la pose de voie.

Les prévisions

Quatre vingt pour cent des travaux de génie civil sont terminés. Les équipements ferroviaires s’achèveront fin 2006. Ensuite, ce sera la période des réglages, des essais et surtout des opérations d’homologation simultanément avec la formation du personnel du futur exploitant SNCF.

Globalement, les travaux se déroulent conformément au calendrier directeur de l’opération, avec l’objectif de la mise en service de la première étape de la LN6 à la mi 2007.

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Les ouvrages métalliques de la LGV Est

Le chemin de fer est bien au travers de l’utilisation du mot fer une opportunité pour l’utilisation et le développement de l’acier. Même si l’intitulé chemin de fer fait plutôt référence à la continuité du rail, c’est également le fer qui a été la matière indispensable pour assurer la continuité du chemin par la construction des ouvrages d’art. En effet sans le métal, il n’aurait pas été possible de construire viaducs et ponts qui ont assuré l’essor du chemin de fer au XIXème siècle.

Paradoxalement, il aura fallu attendre la construction de la troisième ligne nouvelle à grande vitesse en l’occurrence la LGV Nord pour redécouvrir les mérites de l’acier dans la construction des grands ouvrages d’art.

RFF et la SNCF n’ont par pour vocation de favoriser tel ou tel matériau. Ils se doivent de construire, d’entretenir et de faire circuler un maximum de trains en toute sécurité et il aura fallu que toutes les preuves de sécurité de l’adéquation entre structures métalliques et grande vitesse soient apportées pour que ces structures réapparaissent et se développent.

Pour la LGV Est européenne c’est le maître d’ouvrage RFF qui a défini les besoins et les règles, ce sont les maîtres d’œuvres qui ont eu la charge de la conception et ce sont les entreprises qui ont assuré et assurent la réalisation des ouvrages.

Bien qu’il ne s’agisse pas de dresser aujourd’hui quelque bilan que ce soit sur les conséquences de la nouvelle organisation mise en place dans le domaine des innovations d’ouvrages, force est néanmoins de constater que le métal reste d’actualité même si la géographie rencontrée par la LGV Est européenne ne conduit pas à franchir les mêmes brèches que la LGV Méditerranée.

Les ouvrages métalliques, de réputation relativement souples, lorsqu’ils sont construits sur ligne à grande vitesse se doivent de respecter les exigences de l’exploitation :

La sécurité

La sécurité impose la continuité du rail et la permanence du contact rail-roue. Cet impératif se traduit essentiellement par les conditions suivantes :

C’est avant tout le calcul de la contrainte dans le rail, issue de l’interaction voie-ouvrage (conséquences des déplacements de l’un sur l’autre et vice-versa) qui régit ce critère.

Limitation de l'accélération
La limitation de l’accélération (sous tout type de circulation envisagé) dans l’ouvrage à 0.35g ; cette condition traduit la stabilité de la voie ballastée.

Limitation des gauches
La limitation des gauches sous circulation à grande vitesse ; cette condition traduit la comptabilité des déformations de la voie avec les boggies.

Limitation des rotations
La limitation des rotations ; cette condition assure la continuité du rail aux extrémités d’ouvrages.

Le confort des voyageurs

Cet impératif se traduit par la limitation de la déformabilité des ouvrages sous charges ferroviaires ; cette condition traduit en fait la limitation de l’accélération dans les véhicules ferroviaires.

La pérennité des structures qui impose :

- des conceptions simples et une accessibilité de toutes les parties d’ouvrages
- un dimensionnement de l’ouvrage à la fatigue

L’analyse et le respect de ces critères principaux ont permis de voir émerger un ensemble d’ouvrages métalliques bien adaptés à la grande vitesse. En dehors de certains ouvrages exceptionnels construits sur la LGV Méditerranée, les formes de base adoptée sur les lignes déjà réalisées sont :

• Les tabliers mixtes bi-poutres.
  
• Tablier mixte quadripoutres
  
• Les tabliers à poutres latérales à âmes pleines (type RAPL)
  
• Bi-caissons mixtes

• Les ponts à poutrelles enrobées

Après la réalisation de la ligne LGV sud est (Paris Lyon) et de la ligne LGV Atlantique où aucun ouvrage métallique n’a été exécuté, les lignes suivantes ont vu apparaître la construction de nombreux ouvrages métalliques :

• 13000t d’acier sur la LGV Nord représentant 3600 m de viaducs
• 8000t d’acier sur les contournements de Paris et de Lyon représentant 2000 m de viaducs
• 42500t d’acier sur la LGV Méditerranée représentant 9500 m de viaduc

En dehors des ouvrages à poutrelles enrobées et petites passerelles en particulier dans les gares nouvelles qui représentent tout de même quelques 2800 tonnes d’acier, les principaux ouvrages métalliques de la LGV Est, conçus par les différents maîtres d’œuvre représentent plus de 26000 t d’acier répartis sur les six premiers tronçons de cette première étape.

L’ensemble des viaducs est réalisé avec des solutions mixtes ou métalliques. Les structures restent « classiques », bi-poutres mixtes, multipoutres mixtes, poutres latérales à âmes pleines (RAPL) et bi- caissons.

Au total ce sont vingt ouvrages métalliques mixtes auxquels s’ajoutent les quatre ouvrages à poutrelles enrobées (dont un pont route) qui auront été réalisés sur les différents tronçons.

Contrairement à ce qui avait pu se pratiquer pour les lignes nouvelles précédentes où les appels d’offres « viaducs » pouvaient comporter pour le tablier une solution métal et une solution béton dans le cadre d’un appel d’offre « combiné » le choix du type de tablier a été arrêté au terme du processus de conception, avant l’établissement des Dossiers de Consultation des Entreprises. Rares ont été d’ailleurs au cours de cette conception les cas où ce choix a fait l’objet d’un arbitrage du maître d’ouvrage. L’expérience acquise sur les projets précédents tant en maîtrise d’œuvre proprement dite qu’en études d’exécution pour les entreprises a bénéficié à l’ensemble des acteurs de la phase études.

Toutefois, le choix de la structure finale du tablier a en général fait l’objet, chez les maîtres d’œuvre, d’analyses multicritères sur différentes solutions potentielles.

Tout cela a conduit à la réalisation de treize ouvrages bi-poutres mixtes, quatre ouvrages à poutres latérales RAPL, deux ouvrages mixtes quadri-poutres et un ouvrage bi-caissons mixte.

L’ouvrage le plus long est l’ouvrage de franchissement de la vallée de la Moselle avec ses 1510 mètres.

L’ouvrage le plus haut est le viaduc de Jaulny avec une hauteur maximum de 50 m

L’ouvrage le plus atypique restera le franchissement de la Route Départementale 386 à Tramery (51) sur le tronçon B. Initialement prévu d’une longueur de 67 mètres pour trois travées il a, en cours de réalisation des travaux dans la zone, subi deux évolutions consécutives ; l’une après que la campagne de reconnaissance géotechnique complémentaire ait conduit à son allongement pour éviter une zone particulièrement instable pour un remblai d’approche, l’autre après qu’il se soit produit une ruine totale du remblai précédant l’ouvrage à l’ouest du bloc technique déjà réalisé. L’adaptation de la culée ouest de l’ouvrage (déjà modifié) sur la RD 386 a permis de prolonger celui-ci d’une longueur de 258.75 m au moyen de trois tabliers indépendants de travée maximale 43.25 m.

Les franchissements autoroutiers :

• A 104 à Pomponne en Seine et Marne
  Ouvrage mixte bi-poutres à deux travées, de 75 m de longueur (33 m + 42 m) ; hauteur totale du tablier 3,50 m.

• A 4 à Lucy-le-Bocage dans l’Aisne
  Ouvrage mixte à poutres latérales à cinq travées, de 163,55 m de longueur (23,91 m + 36,76 m + 42,57 m + 36,81 m + 23,50 m) ; hauteur du tablier variable de 2,87 m à 4.,20 m.
  

• A 4 à Billy-le-Grand dans la Marne
  Ouvrage mixte à poutres latérales à deux travées, de 90,74 m de longueur (2 x 45,37 m) ; hauteur totale du tablier 4,40 m.

• A 4 à Bussy-le-Château dans la Marne
  Ouvrage mixte à poutres latérales à deux travées, de 98,20 m de longueur (2 x 49,10 m) ; hauteur totale du tablier 4,40 m.
  

• A 31 à Lesmesnils dans la Moselle
  Ouvrage mixte bi poutres à cinq travées, de 92,61 m de longueur (19,40 m + 20,40 m + 22,00 m + 16,20 m + 13,00 m) ; hauteur totale du tablier 2,26 m.
  

Les franchissements de voies ferrées :

Viaduc de Baudrecourt en Moselle
Ouvrage mixte à poutres latérales à six travées, de 287 m de longueur (35 m + 42 m + 2 x 63 m + 45 m + 39 m) ; hauteur totale du tablier variable de 4,20 m à 5,70 m.

Les franchissements de cours d’eau, voies navigables ou de zones humides :

• Viaduc de Claye Souilly en Seine-et-Marne
  Ouvrage mixte bi-poutres à huit travées, de 415,50 m de longueur (41 m + 7 x 53,50 m) ; hauteur totale du tablier 3,85 m
  

• Viaduc de l’Ourcq à Ocquerre en Seine-et-Marne
  Ouvrage mixte bi-poutres à huit travées, de 452 m de longueur (46 m + 6 x 60 m + 46 m) ; hauteur totale du tablier 4,30 m.
  

• Viaduc des Rochets à Essômes-sur-Marne dans l’Aisne
  Ouvrage mixte bi-poutres à trois travées, de 100 m de longueur (30 m + 40 + 30 m) ; hauteur totale du tablier 2,85 m.

• Viaduc de l’Ardre à Tramery dans la Marne
  Ouvrage mixte bi-poutres à trois travées, de 111 m de longueur (32,6 m + 45,80 + 32,60 m) ; hauteur totale du tablier 3,40 m.
  

• Viaduc de la Meuse à Bannoncourt dans la Meuse
  Ouvrage mixte bi-poutres à douze travées, de 602,50 m de longueur (45 m + 10 x 52,50 m + 32,50 m) ; hauteur totale du tablier variable de 3,70 m à 4,40 m.
  

• Viaduc sur le Canal de l’est à Lacroix-sur-Meuse dans la Meuse

• Ouvrage mixte bi-poutres à onze travées, de 309,50 m de longueur (18,50 m + 4 x 26,50 + 30 m + 41 m + 3 x 30 m + 24 m) ; hauteur totale du tablier variable de 2,25 m à 3,00 m.

• Ouvrage de la Creüe à Lamorville dans la Meuse
  Ouvrage mixte bi-poutres à trois travées, de 90 m de longueur (27,50 m + 35 m + 27,50 m) ; hauteur totale du tablier variable de 2,65 m à 3,15 m.

• Viaduc du Canal de la Moselle à Vandières en Meurthe-et-Moselle
  

• Ouvrage mixte quadri-poutres à trois travées, de 191 m de longueur (54 m + 82 m + 55 m) ; hauteur totale du tablier 4,50 m.

• Ouvrage de décharge de la Moselle à Vandières en Meurthe-et-Moselle

• Ouvrage mixte quadri-poutres à quatre travées, de 181 m de longueur (38,50 m + 2 x 52 m + 38,50 m) ; hauteur totale du tablier 3,60 m.

• Viaduc de la Moselle à Vandières et Champey-sur-Moselle en Meurthe-et-Moselle

• Ouvrage mixte quadri-poutres à vingt-neuf travées, de 1510 m de longueur (2 x 40 m + 45 m + 4 x 55 m + 75 m + 55 m + 51 m + 13 x 56 m + 51 m + 2 x 52,50 m) ; hauteur totale du tablier variable de 3,95 m à 5,40 m.

• Viaduc de Jaulny en Meurthe-et-Moselle

• Ouvrage mixte bi-caissons à sept travées, de 478,80 m de longueur (60,50 m + 4 x 73,80 m + 65,60 m + 57,40 m) ; hauteur totale du tablier variable transversalement de 3,86 m à 4,26 m.

Les franchissements des voies routières:

• Viaduc de l’Ardre – RD 386 à Tramery dans la Marne
  Ouvrage mixte bi-poutres à neuf travées, de 370,50 m de longueur (42,50 m + 5 x 43,25 m + 33,25 m + 45,80 m + 32,60 m) ; hauteur totale du tablier 3,40 m.

• Ouvrage sur la RD 201 à Benoîte Vaux dans la Meuse
  

• Ouvrage mixte bi-poutres à trois travées, de 86 m de longueur (26 m + 34 m + 26 m) ; hauteur totale du tablier 3,05 m.

• Ouvrage sur la RD 121 à Woinbey dans la Meuse
  Ouvrage mixte bi-poutres à trois travées, de 87 m de longueur (26 m + 35 m + 26 m) ; hauteur totale du tablier 3,05 m.
  

Conclusion

La multiplicité des maîtres d’œuvre n’a donc pas inversé la tendance observée sur les dernières lignes nouvelles. Les ouvrages métalliques sont présents en force sur la LGV Est européenne.

Il n’y a pas de grands viaducs caissons précontraints sur cette ligne, pas plus d’ailleurs que de grands Bow strings…

Il faut sans doute y voir un aboutissement à des formes et structures plus simples et performantes, déjà validées sur les dernières lignes nouvelles réalisées et largement éprouvées à l’exploitation.

L’expérience a montré de plus la bonne maîtrise des techniques de réalisation de ces structures et une souplesse remarquable du phasage de cette réalisation.

Pour ce qui concerne les coûts il est encore un peu trop tôt pour savoir si sur la LGV Est européenne on constatera la même bonne maîtrise.

Quant à la maintenance, ces structures n’ont jusqu’ici posé de problèmes particuliers.

Il est cependant à noter que l’on n’a toujours pas vu apparaître de métal sur des structures de portée plus modeste mais plus nombreuses sur lesquelles on pourrait penser que des structures mixtes seraient pertinentes et compétitives.

Voir la vidéo du record de vitesse du 3 avril 2007

Le record de vitesse

Reportage en direct diffusé sur France 2 le 03 avril 2007

Vidéo du record de vitesse

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