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dossier

nant de dranceMise en place des prises d’eau Caverne des machines

141e année / 18 septembre 2015Bulletin technique de la Suisse romande

Schindler 3300.Notre ascenseur le plus vendu, désormaissans superstructure de toiture.Dorénavant, le modèle à succès Schindler 3300 est disponible avec une hauteur de

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nant de drance

6 Un concentré de technologie aU cœUr de la montagne Christel Varone et Gérard Seingre

10 Faire nager Un colosse Georges Lauener, Gérard Seingre, Samuel Jucker et Thomas Ihly

15 des travaUx à Une échelle hors norme Etienne Garin, Gérard Seingre et Nima Nilipour

19 projet de la caverne des machines Etienne Garin et Nima Nilipour

Paraissent chez le même éditeur :

Sainte-Barbe dans la caverne des machines de Nant de Drance (BG ingénieurs conseils SA)

tec21 Nr. 37 (11.9.2015) Analoge Architektur I: die Lehre | Analogien und Attitüden | «Wir antworten mit leisen Tönen» Nr. 36 (28.8.2015) Handel im Wandel Holländischer Hybrid | Sexy, nicht arm | Sternstunde einer sterbenden StadtarcHi no 4 (8.2015) Il Centro Svizzero di Armin Meili a Milano Testi di Francesco Collotti | Karin Gimmi | Gabriele Neri Il lac trasforma il paesaggio di Lugano

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5 Tracés 18/2015

e 26 juin dernier, dans la rubrique « Débats » du quotidien Le Temps, Philippe Thalmann, professeur d’économie à l’EPFL, posait la question suivante : « Qu’attendons-nous pour nous affranchir du pétrole et ses dérivés ? » Pour appuyer sa démonstration des avantages que la Suisse aurait à « trouver le moyen de favoriser l’électricité renou-velable » pour alimenter en énergie le trafic routier, il pre-nait pour exemple la décision politique radicale qui fut prise, dans la première moitié du 20e siècle, d’électrifier notre réseau de chemin de fer, soulignant l’enthousiasme et la créativité dont firent preuve les ingénieurs et les entreprises suisses pour y parvenir. S’il est probable qu’un projet comme celui de Nant de Drance pourra jouer un rôle essentiel pour faire évoluer la production d’électri-cité vers le renouvelable, aborder cette impressionnante entreprise nous offre aussi l’occasion d’observer quelques vestiges de l’esprit de pionnier qui animait notre pays et ses ingénieurs il n’y a pas si longtemps.

Commençons par rappeler que l’installation de pompage-turbinage de Nant de Drance constitue la quatrième étape du développement d’un site qui vit successive-ment la construction des barrages de Barberine en 1925, du Vieux-Emosson trente ans plus tard, puis d’Emosson entre 1969 et 1975. Toujours plus grand, toujours plus puissant : Nant de Drance est, de ce point de vue, le descendant naturel d’une belle lignée de réalisations ambitieuses.

Malheureusement pour les personnes à l’origine du projet qui comptaient sur une forte valorisation de l’énergie dite « de pointe », le monde des réalités humaines évoluant toujours plus vite, il est chaque jour plus difficile à anticiper. Dans le cas présent, victime impuissante de l’incroyable complexité du marché de l’énergie, le pompage-turbinage ne générera peut-être pas les gains escomptés. Avec un peu de volonté politique, Nant de Drance devrait toutefois facilement trouver sa place dans le futur paysage énergétique de notre pays. En effet, quelle que soit l’évolution du marché de l’énergie, la future centrale présentera toujours l’atout majeur de pouvoir fonctionner à la fois comme une batterie à même de stocker la surproduction élec-trique (plutôt que d’avoir à l’éliminer). Elle pourra aussi participer à la régulation du réseau en étant capable d’y injecter quasi instantanément une quantité considérable d’électricité.

Finalement, le pari de Nant de Drance est sans doute risqué, mais une telle prise de risque est réjouissante. D’abord parce qu’elle montre que la capacité d’entreprendre des projets à la limite du raisonnable – comme celui de créer une gigantesque cavité au cœur de nos montagnes – n’est pas morte dans notre pays et, qu’aujourd’hui aussi, nous sommes en mesure d’affronter les importants défis qui nous attendent. Ensuite, par le sain enthousiasme que les travaux de Nant de Drance génèrent auprès de toutes les personnes que nous avons rencontrées dans le cadre de la préparation de ce dossier.

Jacques Perret

esprit d’entreprise

éditorial

dossier6 Tracés 18/2015

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Un concentré de technologie aU cœUr

de la montagnela centrale de pompage-turbinage de nant de drance est actuellement en construction dans la région de Finhaut en valais et sera mise en service progressivement dès la fin de 2018. elle permettra de stocker l’électricité

excédentaire sur le réseau.

Christel Varone et Gérard Seingre

nant de drance 7 Tracés 18/2015

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a vec une puissance installée totale de 900 MW, la centrale de Nant de Drance produira environ 2,5 milliards de kWh d’énergie de pointe par

an. Elle sera l’une des infrastructures énergétiques les plus importantes de Suisse. Le projet est porté par trois entreprises électriques – Alpiq (39 %), IWB (15 %), FMV (10 %) – et les CFF (36 %) qui investissent ensemble près de 2 milliards de francs.

Le fonctionnement de la future centrale repose sur la différence de niveau entre les lacs existants du Vieux-Emosson (bassin supérieur, capacité de 25 mio de m3) et d’Emosson (bassin inférieur, capacité de 227 mio de m3). Lorsque les besoins en électricité sont importants, l’eau stockée dans le lac du Vieux-Emosson chute vers la centrale souterraine par le biais de deux puits verticaux de 425 m de haut. Elle y est turbinée pour produire de l’électricité puis est déversée dans le lac d’Emosson. A l’inverse, lorsque les besoins en électricité sont moindres, l’eau du lac d’Emosson est pompée vers le lac du Vieux-Emosson. La centrale de Nant de Drance permettra ainsi de stocker l’électricité lorsque celle-ci est excédentaire sur le réseau.

La centrale est équipée de six pompes-turbines réver-sibles de type Francis qui disposent d’une puissance de 150 MW chacune. Ces six groupes sont des prototypes spécialement conçus par l’entreprise Alstom pour Nant de Drance. Ils sont en cours d’installation dans la caverne des machines, véritable cœur de la centrale. Avec ses dimen-sions imposantes – 194 m de long, 32 m de large et 52 m de haut – la caverne est l’un des plus grands ouvrages souter-rains d’Europe. Elle se situe entre les deux lacs d’Emosson et du Vieux-Emosson à 600 m de profondeur sous la roche. L’excavation de la caverne a été effectuée à l’explosif en

vingt-cinq mois. Pas moins de 14 000 ancrages ont été installés pour soutenir sa voûte et ses parements jusqu’à la pose du revêtement final. Pour y accéder, un tunnel long de 5,6 kilomètres a été creusé au départ de Châtelard au moyen d’un tunnelier pour roches dures de grand diamètre (9,45 m de diamètre et 142 m de long).

Les excavations ont représenté l’essentiel des travaux pendant toute la première moitié du chantier de 2008 à 2014. Au total, 17 kilomètres de galeries ont été creusés et environ 1,7 million de m3 de roche excavé. Mis à part la galerie d’accès principale, toutes les galeries et cavernes ont été excavées à l’explosif au moyen d’équipements de forage de dernière génération. Trois galeries ont été creu-sées à la descente, ce qui nécessite un équipement de pompage conséquent en cas de forte venue d’eau et d’une noria de dumpers de marinage extrêmement puissants en raison de la pente importante des galeries d’accès (12 %).

La caverne des machines et les excavations ne sont pas les seules réalisations d’envergure sur le chantier de Nant de Drance. Le barrage du Vieux-Emosson a été rehaussé de 20 m afin de doubler sa capacité et accroître la flexibilité de la future centrale. Près de 68000 m3 de béton ont été coulés sur l’ancien mur qui atteint désor-mais 76,5 m de haut. Pour diminuer le volume de béton à mettre en place, la forme du barrage a été optimisée : le barrage hybride poids-voûte existant a été transformé en un barrage voûte à double courbure. Au total, 475 étapes de bétonnage ont été nécessaires pour réaliser cette opération unique en son genre. Après le clavage des joints prévu au printemps 2016, le barrage sera mis en eau selon un programme convenu avec l’Office fédéral de l’énergie.

1 Vieux-Emosson après les travaux de bétonnage, avec le lac d’Emosson en contrebas (©François Perraudin)

2 Représentation schématique de l’installation de pompage-turbinage


Les deux prises d’eau situées dans le lac d’Emosson ont été construites et installées selon une technique inédite en Suisse. Les ingénieurs ont eu recours à la méthode des tunnels immergés pour réaliser ces ouvrages pesant 1700 tonnes chacun (lire article p. 10).

Un chantier hors du commun En 2014, le projet Nant de Drance a reçu le

International Tunnelling & Underground Space Awards, dans la catégorie grands projets (dont le coût s’élève à plus de 500 millions de dollars).

La logistique de chantier est le premier défi du projet Nant de Drance. L’aménagement est implanté dans un environnement alpin difficilement accessible. Le village des ouvriers (600 personnes) et la place d’ins-tallation principale du chantier sont situés à Châtelard-Village à 1100 mètres d’altitude dans une vallée très étroite. Certains travaux se déroulent au-dessus de 2200 mètres d’altitude en zone d’avalanches, avec égale-ment des risques de chutes de blocs et de laves torren-tielles. Pour relever ce défi, le maître d’ouvrage s’est assuré les services, dès le début du projet, d’une équipe de spécialistes des dangers naturels. Un pool de guides de montagne a notamment été constitué pour assurer la sécurité de certains travaux très spéciaux.

La logistique de chantier a été adaptée à cette topogra-phie difficile. Les chantiers, places d’installation, ateliers, installations de préparation des granulats, centrales à béton et dépôts de matériaux sont répartis sur une distance de 20 kilomètres et situés aussi bien à l’extérieur que dans des cavernes souterraines dédiées uniquement à la logistique de chantier.

Le prix a également récompensé les travaux d’injec-tion réalisés depuis le tunnelier lors de la traversée de la zone de faille de la Veudale. Pour éviter un accident simi-laire à celui survenu au barrage du Zeuzier en 1978, des injections de coulis de ciment ont été réalisées devant la machine de forage sous une pression hydrostatique de 32 bars. Neuf mois de travaux et 10 kilomètres de forages ont été nécessaires pour étancher le rocher sur un tronçon de 300 mètres.

Un autre gros défi du projet Nant de Drance est la coordination des travaux et des différents intervenants, assurée par le maître d’ouvrage. En raison du nombre important de sous-traitants, de l’environnement alpin et de la réalisation en souterrain, un accent particulier est mis sur la sécurité des travaux et la coordination avec les forces d’intervention en cas d’événement grave.

Comme pour tout chantier de cette importance, la protection de l’environnement est une préoccupation centrale. Les impacts sur l’environnement sont sous étroite surveillance pendant toute la durée de la construction. Un groupement de bureaux spécialisés a été mandaté pour effectuer le suivi environnemental des travaux. Il effectue notamment des contrôles qualité de l’air et de l’eau ainsi que la surveillance de la gestion des déchets. Un bureau spécialisé en biologie vérifie également que tout est mis en œuvre pour protéger le paysage, la faune et la flore.

Christel Varone, communication, Alpiq Gérard Seingre, ing. EPFL génie civil, Nant de Drance SA

Un instrUment essentiel à la sécUrité d’approvisionnement

La future centrale de Nant de Drance s’inscrit dans la stra-tégie énergétique du Conseil fédéral. L’énergie de réglage mise à disposition permettra d’équilibrer la production et la consommation d’électricité. Grâce à sa très grande flexibi-lité, la centrale de Nant de Drance pourra, en moins de dix minutes, passer du turbinage à pleine puissance au pompage à pleine puissance. Lorsque les besoins en électricité sont importants, elle pourra, par exemple, injecter très rapidement près de 900 MW sur le réseau, soit l’équivalent de la puis-sance de la centrale nucléaire de Gösgen, dans le canton de Soleure.Nant de Drance est ainsi un instrument indispensable pour valoriser les nouvelles énergies renouvelables dont la pro-duction est irrégulière et aléatoire. Elle sera une ressource importante pour assurer la stabilité du réseau électrique à l’échelle européenne et garantir la sécurité d’approvisionne-ment en Suisse. La future centrale permettra également aux CFF de couvrir leurs besoins en énergie lors des pointes de puissance sur le réseau ferroviaire.

3 Travaux de bétonnage du barrage du Vieux-Emosson depuis le lac vide, en amont (©François Perraudin)(Les documents illustrant cet article ont été fournis par les auteurs.)

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Faire nager Un colosseaménager une prise d’eau dans un barrage alpin existant nécessite de jongler entre les impératifs de rentabilité,

les spécificités du cycle annuel d’exploitation et les aléas météorologiques propres à un chantier d’altitude. dans

le cadre de l’aménagement de pompage-turbinage de nant de drance, une variante d’entreprise, innovante et économiquement intéressante, a finalement été retenue.

Georges Lauener, Gérard Seingre, Samuel Jucker et Thomas Ihly

QuAlité photo insuffisAnte

1


l a construction des prises d’eau dans le bassin inférieur de l’aménagement de Nant de Drance était soumise à de nombreuses contraintes. Ces

prises doivent en effet se situer le plus au fond possible de la retenue afin de ne pas en limiter le volume utile, une exigence en contradiction avec la nécessité de perturber au minimum le cycle annuel d’exploitation de la retenue. De plus, l’environnement alpin (neige, danger d’avalanche et températures négatives) rend très délicate l’exécution des travaux. Enfin, la fonte des neiges marquant la remontée du plan d’eau, la période de construction disponible est restreinte.

Dans le cas du projet Nant de Drance, la solution retenue a consisté à réaliser les prises d’eau sur une plate-forme située plus haut dans la retenue que leurs empla-cements définitifs, puis à les y déplacer en utilisant la variation annuelle du plan d’eau comme moyen de levage. Cette méthode permet de maintenir en exploitation l’ouvrage existant durant les travaux de construction et représente une plus-value financière énorme : son surcoût est environ 30 fois plus faible que la perte d’exploitation évitée. Cette solution atténue en outre le risque lié aux avalanches sur les routes d’accès, tout en rallongeant la période de construction à disposition après la fin des températures négatives.

Les prises d’eau Les prises d’eau sont des ouvrages en béton offrant

chacune un débit de 156 m3/s en pompage et de 180 m3/s en turbinage. En plan, elles ont une forme de trompette. En élévation, elles présentent un radier et une dalle plats qui s’ouvrent avec 3 % de pente relative en direc-tion du lac. Chaque ouvrage mesure 22 m de long, 10 m de haut et 22,5 m de large et pèse 1700 tonnes hors de l’eau (1032 tonnes dans l’eau). Les grilles en acier zingué qui marquent leurs entrées ont une surface de 178 m2 et pèsent 36 tonnes. Une fois posées, les prises d’eau seront chargées par 1,80 m de gravier sur leur toit comme couche d’amortissement et de protection de la dalle de toiture contre les chutes de blocs.

Solution mise en soumissionLa solution envisagée par le projeteur pour le déplace-

ment et la mise en place de l’ouvrage consistait à : - Remplir partiellement l’ouvrage avec 1200 m3 de

panneaux d’isolation afin de le faire flotter avec une revanche de 60 cm ;

- Utiliser la montée annuelle du niveau d’eau de la retenue en automne pour mettre l’ouvrage en flottaison ;

- Laisser l’ouvrage flotter sur le plan d’eau pendant l’hiver

1 Prise d’eau partiellement immergée, avant sa mise en place

2 La plateforme de construction en remblai pour les prises d’eau avec l’armature du radier

3 Prise d’eau en cours de construction1

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en générant autour de lui un rideau de bulles susceptible d’empêcher son emprisonnement par la glace ;

- Déneiger l’ouvrage et entretenir le système de génération du rideau de bulles par des interventions hebdomadaires en hélicoptère durant la saison hivernale de turbinage ;

- Régler la longueur des amarres pour maintenir l’ouvrage à la verticale de sa position finale en dépit de la variation du niveau d’eau dans la retenue ;

- Au printemps, un fois le lac presque vide, poser l’ouvrage à son emplacement définitif avec une précision de l’ordre de 3 à 5 cm par une descente du plan d’eau contrôlée par turbinage.Une méthode similaire avait déjà été utilisée en

Suisse pour la construction de deux prises d’eau pour les Kraftwerke Oberhasli (KWO) : en 1976, pour une prise d’eau circulaire métallique réalisée dans le cadre de l’amé-nagement du Grimsel, puis, en 1978, pour une prise d’eau en béton en forme de trompette horizontale installée dans la retenue de l’Oberaarsee.

Lit de pose et plateforme de constructionLa pose d’un ouvrage préfabriqué à son emplacement

définitif est étroitement liée à la qualité de sa fondation et de son lit de pose. Les tassements différentiels, lors de la pose ou après celle-ci, doivent impérativement être évités sinon l’ouvrage pourrait se fissurer et les panneaux de la grille présenter des problèmes de montage et de démontage. La géométrie du dessous du radier de la prise d’eau doit en outre parfaitement correspondre à celle du lit de pose.

La solution retenue consiste à fonder l’arrière de l’ou-vrage directement sur la roche en place et à pallier l’ab-sence de celle-ci sous la moitié avant par la construction de cinq blocs de béton de 3 m de long et 1 m de large situés sous l’extrémité avant des cinq murs verticaux (fig. 9). Une fois ces éléments construits, l’entier de la surface de pose a été recouverte par une couche uniforme de grave légèrement compactée de 10 cm servant de lit de pose. Celui-ci permet d’éviter que des défauts de géomé-trie du rocher sous-jacent provoquent des points durs et des déformations imposées dans l’ouvrage, en particulier dans ses murs.

La plateforme de construction en remblai sur laquelle la structure a été construite était recouverte d’une couche de béton maigre talochée à l’hélicoptère pour assurer la géométrie, puis de deux feuilles de plastique comme surface de coffrage pour séparer le béton du radier coulé sur le béton maigre en place (fig. 2 à 4).

Variante d’entrepriseTrois des quatre entreprises invitées à soumettre

une offre pour les travaux de flottaison et mise en place sous-marine des prises d’eau ont fait une proposition. Le consortium d’entreprises situé en deuxième position a aussi proposé une variante d’entreprise qui, en plus d’être plus économique que toutes les offres de base, éliminait les risques liés au passage de l’entier de l’hiver en flottaison sur le lac (risque d’emprisonnement de l’ou-vrage par la glace, risque d’une vague provoquée par une avalanche dans le lac et risque de voir les accès bloqués par la météo). La variante retenue consistait à :1. Créer dans l’ouvrage, à l’aide d’une charpente métal-

lique et de tôles, un volume d’air ouvert telle une

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4 Prise d’eau terminée avant son immersion5 Prise d’eau prête pour la flottaison 6 A droite, plateforme en pontons entiè-

rement équipée. A gauche, plateforme secondaire avec une grue mobile pour le transbordement des équipements

7 Vue de la plateforme de pontons désé-quipée, avec les extrémités supérieures des quatre câbles de guidage

8a-d Vision schématique de la mise en place d’une prise d’eau

9 Cinq blocs de béton positionnés sous l’extrémité avant des murs de la prise d’eau, pour éviter des tassements diffé-rentiels. L’arrière repose sur du rocher


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cloche à plongeurs dont le poids du volume d’eau déplacé correspondrait à 79 % du poids total de l’ouvrage immergé. Le volume d’air est de 816 m3, sa hauteur nominale atteignant 3,43 m du côté des grilles et 3,04 m du côté montagne. La hauteur et le volume réel de la cloche peuvent être réglés par quatre petites vannes glissières de 80 cm de course, positionnées sur les extrémités des tôles de fermeture avant et arrière.

2. Une fois le lac plein, soulever la prise d’eau à l’aide d’une plateforme, constituée de 21 éléments de pontons assemblés, située au droit de la plateforme de construction de l’ouvrage. La plateforme est capable de reprendre les 21 % restants du poids de l’ouvrage immergé, avec une large réserve de capacité (FS = 2). L’ouvrage peut ainsi être suspendu à la plateforme à l’aide de quatre jeux de câbles de torons manipulés par des vérins (fig. 6 et 7).

3. A l’aide de moteurs hors-bord, déplacer la plateforme et l’ouvrage au-dessus de son emplacement définitif, à une distance de 1 km.

4. En dessus de l’emplacement de pose, fixer aux extré-mités de l’ouvrage et de la plateforme quatre câbles de guidage, préalablement ancrés au fond du lac au prin-temps précédent, puis les mettre en tension depuis la plateforme, une opération essentielle pour garantir la précision de la mise en place. Les câbles de guidage sont liés à la prise d’eau par des pièces de passage (fig. 8).

5. Descendre la prise d’eau le long des câbles de guidage à plus de 120 m de profondeur. Deux compresseurs assuraient le remplissage continu de la cloche d’air : au fur et à mesure de la descente, la pression augmen-tant, le volume d’air aurait diminué s’il n’avait pas été compensé par un apport permanent. Chaque compres-seur a une capacité de 18 m3/min à 14 bars, bien supérieure à la capacité totale requise. Le deuxième compresseur assure la redondance. Deux inclino-mètres, fixés à la dalle, permettent de mesurer en continu l’inclinaison de l’ouvrage pendant sa descente et de la corriger à l’aide des quatre vérins.

6. Garantir la précision de pose à l’aide d’un système de positionnement prenant en charge le guidage sur le dernier mètre de descente. Ce système se compose de deux pièces métalliques, une « mâle » fixée sur un des socles en béton de la place de pose, ainsi qu’une « femelle », boulonnée directement sur le radier de la prise d’eau. Deux caméras permettent de voir l’inté-rieur de la cloche jusqu’à la pose. Elles sont équipées de projecteurs LED et positionnées dans la cloche sous la dalle. Un cadre témoin, au centre du champ de la caméra, est fixé au plafond. Il permet de surveiller le plan d’eau de visu. Une bouée sous-marine, fixée sur la pièce « mâle », doit se positionner au milieu du cadre témoin pour donner une confirmation visuelle immé-diate du succès de l’opération.

7. Pour la pose de la première prise d’eau, un filet composé d’un treillis de câbles doublé d’un treillis industriel plus fin a été placé sur le lit de pose. Il a été retiré sous l’eau à l’aide de câbles, juste avant la pose de l’ouvrage, permet-tant ainsi de dégager des rochers et blocs de petite taille qui y seraient éventuellement tombés pendant les quatre à cinq mois de remplissage du lac.


Le système de guidage avec les quatre câbles ayant été jugé suffisant pour garantir la précision finale requise de 3 cm, la mise en place de la seconde prise d’eau a été simplifiée en renonçant à la bouée sous-marine permettant la confirmation visuelle de la précision de pose ainsi qu’au système de positionnement final avec les pièces « mâle » et « femelle ». Une autre simplification a consisté à renoncer au filet pour évacuer d’éventuels blocs tombés sur la place de pose sous-marine pendant la saison de remplissage.

L’exploitant mais aussi l’environnement sont les grands gagnants

Malgré un temps de préparation très court, la bonne planification des travaux a permis de prévoir et régler tous les détails à temps pour l’exécution. Un premier ouvrage a été posé par 120 m de fond en septembre 2011 et le second en septembre 2012. Tous les deux ont été posés avec succès avec une précision de l’ordre du centimètre perpendiculai-rement à l’axe. En raison de la grande profondeur de mise en place, le volume d’air intérieur est ouvert vers le bas, selon le principe de la cloche à plongeur. A notre connais-sance, il s’agit d’une première mondiale.

Cette méthode a évité la perte d’une saison d’accumu-lation de l’aménagement hydroélectrique d’Emosson, équivalant à plus de 560 GWh. S’il avait fallu produire cette électricité ailleurs en Europe, cela aurait conduit à l’émission de 200 000 tonnes de CO2. Nous pensons donc que ce genre de procédé est appelé à se répéter pour la construction, dans un aménagement existant, d’un nouvel aménagement hydroélectrique.

Georges Lauener, ing. EPFL génie civil, AF-Consult Switzerland ltdGérard Seingre, ing. EPFL génie civil, Nant de Drance SASamuel Jucker, B. Sc. en génie civil, Willy Stäubli Ingenieur AGThomas Ihly, ing. EPFL génie civil, AF-Consult Switzerland ltd

10 Les prises d’eau du lac inférieur terminées (©François Perraudin)(Les documents illustrant cet article ont été fournis par les auteurs.)

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des travaUx à Une échelle

hors normeles travaux pour excaver la gigantesque caverne des machines de nant de drance ont nécessité

la mise en œuvre de moyens mécaniques et logistiques spectaculaires.

Etienne Garin, Gérard Seingre et Nima Nilipour

l es travaux d’excavation de la caverne des machines ont été exécutés à l’explosif, en neuf étapes du haut vers le bas (fig. 2). Chaque étape était divisée en

trois ou quatre sections partielles, avec profilage soigneux des parements (postdécoupage au cordeau détonant, trous resserrés).

Ils ont débuté en août 2011 depuis la galerie d’accès en calotte, à partir de l’attaque secondaire installée au bord du lac d’Emosson et de la galerie descendante longue de 2 km. L’accès principal depuis le Châtelard était alors encore en cours de forage par le tunnelier, ce lien logis-tique avec la vallée n’était pas disponible avant août 2012 (fig. 3).

A cause du danger d’avalanches menaçant les routes d’accès, l’attaque depuis Emosson devait être interrompue pendant l’hiver. Il n’a donc pas été possible de terminer la première étape d’excavation de la caverne en 2011. L’avancement a repris en avril 2012, avec une cadence moyenne de plus de 500 m3 de roche abattue chaque jour. Le forage des trous de mine était réalisé par un jumbo à deux bras de forage et une nacelle (fig. 5). Les matériaux, abattus par volées de 4 m de longueur, étaient chargés sur des camions qui les remontaient jusqu’à la place d’installa-tion du collecteur ouest.

Le soutènement immédiat des parois de la caverne était constitué de béton projeté fibré, renforcé d’un boulon-nage et de béton projeté armé réalisés en temps masqué, à l’arrière des fronts. Les parois provisoires des sections centrales (cœur) étaient laissées nues. Les travaux s’effec-tuaient en postes, 24h/24 et 7j/7. 1

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06_SuvaRisk_Gips_220x76_f_coa_0001 1 29.04.15 10:53Unbenannt-7 1 18.05.15 12:56


Une fois l’excavation de l’étape A2 réalisée sur 160 m de longueur (fig. 7), les travaux de bétonnage de la voûte suspendue ont été réalisés entre l’automne 2012 et le prin-temps 2013. Ils se sont déroulés parallèlement au forage, à l’injection et à la mise en tension des 380 ancrages de suspension de la longrine en béton armé sur laquelle repose la voûte (longrine ancrée visible au premier plan de la figure 8). Le tunnelier étant arrêté en attente de son démontage quelques mètres en dessous du niveau de l’étape A2 du côté opposé à l’accès de la calotte, les longrines ancrées ont été réalisées jusqu’à ce point, l’exca-vation des derniers 35 m de roche de l’étape A2 se faisant pendant que le bétonnage de la voûte commençait depuis l’autre bout de la caverne.

Il était possible d’avoir en action simultanément les ferrailleurs préparant des cages d’armature pour la voûte et la longrine, les ateliers de coffrage et de bétonnage de la longrine, le forage et le scellement des ancrages précon-traints, le coffrage et le bétonnage de la voûte (fig. 6). Les cages d’armature de la voûte et de la longrine étaient suspen-dues au soutènement dès qu’elles étaient prêtes. Le coffrage de la voûte couvrait 288 m2, pour une quantité moyenne de 300 m3 de béton par étape de 10 m. Celui-ci était livré par camions en empruntant les 6 km de galerie à 12 % de pente. La hauteur d’étayage maximale était de 12,6 m.

Dès le mois de mars 2013, la voûte étant bétonnée sur la moitié de la longueur de la caverne, l’approfondissement a repris, en réalisant en une seule fois les étapes A3 et A4 grâce à la bonne qualité du rocher. Les cadences d’abat-tage ont augmenté pour atteindre une moyenne de 650 m3 par jour. Le tunnel d’accès principal étant terminé en août 2012, le tapis roulant utilisé par le tunnelier lors du percement a été transformé pour descendre les matériaux jusqu’au Châtelard, les transports par camion se limi-tant alors à de courtes rotations jusqu’à un stock tampon souterrain.

Les forages des trous de mine de la partie centrale des étapes ont été réalisés par des foreuses de carrière dès l’étape A3, pour un abattage en gradins (rangée de trous verticaux de gros diamètre fortement chargés), le jumbo étant affecté au minage des parements (trous horizontaux de petit diamètre faiblement chargés) et le soutènement.

Dès la 5e étape, tirant profit de l’excavation de la galerie des eaux basses (SDR) qui débouche au point le plus bas de la caverne, un puits vertical a été miné pour relier le plan de travail de l’étape d’excavation et une chambre excavée au débouché de cette galerie dans la caverne. Les déblais ont dès lors été poussés dans ce puits pour être repris dans la galerie SDR, raccourcissant encore le chemin de marinage (fig. 4). La Sainte-Barbe 2013 a permis de rassembler dans la caverne ayant atteint le niveau A7 plus de 600 personnes, le chantier étant par ailleurs le plus gros consommateur d’explosifs en Suisse cette année-là (en couverture). Le dernier des 235 000 m3 de la caverne a été abattu en mars 2014.

Méthode observationnelle et optimisation des travaux Une surveillance rapprochée des mouvements du

massif et un contrôle régulier des hypothèses de base du dimensionnement ont été mis en œuvre, conformément aux principes de la méthode observationnelle. Les seuils d’alarme et d’alerte ont été déterminés sur la base des calculs aux éléments finis.

1 La caverne des machines entièrement excavée

2 Soutènement avec les 9 étapes d’excavation de la caverne des machines

3 Situation générale des travaux (a) et détail de la zone vers la caverne des machines (b)

4 Travaux d’excavation avec, au premier plan, le puits vers la galerie SDR

(©François Perraudin)5 Mise en place du soutènement de l’étape

A1, vue des sections partielles6 Ateliers simultanés grâce aux dimensions

de la caverne : ferraillage, coffrage et bétonnage des longrines et de la voûte

7 Excavation de l’étape A28 Excavation des étapes A3 et A4 en une

seule fois, pendant que le bétonnage de la voûte se poursuit sur l’autre moitié de la caverne (niveau A2)

2

3a

3b


4

65

87


Cinq profils de contrôle ont été instrumentés afin de suivre les déformations, constitués chacun de douze cibles pour mesures optiques. Trois d’entre eux ont de plus été équipés de sept extensomètres mesurant la déforma-tion à 4, 8, 12 et 16 m de profondeur. La tension dans les ancrages de suspension de la voûte est également surveillée sur 18 têtes spécialement équipées.

Les informations récoltées lors de l’avancement sur les caractéristiques du rocher et de ses discontinuités ainsi que son comportement à l’excavation ont été systé-matiquement intégrées au projet d’exécution. Les résul-tats des mesures ont été exploités pour recaler les para-mètres utilisés dans les calculs et adapter ainsi le modèle à la réalité du massif, permettant d’optimiser le soutène-ment. Les relevés de front des géologues ont également été intégrés dans l’analyse, conduisant notamment à une

adaptation locale du boulonnage pour prendre en compte une nouvelle famille de fracture et la présence de joints graphiteux.

L’excavation terminée, on a pu constater que les défor-mations, limitées à 40 mm, ce qui est faible compte tenu des dimensions de l’ouvrage, correspondaient aux pronos-tics des calculs.

Etienne Garin et Nima Nilipour, ing. EPFL génie civil, BG Ingénieurs Conseils SA, LausanneGérard Seingre, ing. EPFL génie civil, Nant de Drance SA, Martigny

9 Travaux d’excavation dans la caverne des machines (©François Perraudin)(Les documents illustrant cet article ont été fournis par les auteurs.)

9

Unbenannt-2 1 09.09.15 13:42


projet de la caverne des machines

la caverne des machines, qui accueillera les turbines du complexe de pompage-turbinage de nant de drance, figure parmi les plus grandes du monde. avec ses 32 m de portée, 52 m de haut et 194 m de long, elle dépasse

allégrement les dimensions intérieures de la cathédrale notre-dame de paris. les transformateurs prennent place dans une caverne parallèle, longue de 130 m

pour une portée de 19 m et une hauteur de 15 m. leurs dimensions et leur implantation à 600 m de profondeur

en font un projet hors du commun.

Etienne Garin et Nima Nilipour

1


l es deux cavernes sont implantées dans des roches métamorphiques d’origine sédimen-taire, appartenant au socle cristallin du massif

des Aiguilles Rouges. Les lithologies rencontrées possèdent globalement des bonnes caractéristiques. Il s’agit de paragneiss, micaschistes et métagrauwackes (schistes riches en chlorite), alternant en proportions variables suivant les sondages. Ces roches sont saines, dures, laminées et litées.

Situation géologiqueLa schistosité présente un pendage moyen de 70 à

80°, selon un azimut proche de la perpendiculaire par rapport à l’axe des cavernes. Cette schistosité n’a prati-quement pas d’influence sur la stabilité du massif, qui est dans l’ensemble bonne à très bonne.

Le massif est parcouru par un réseau de disconti-nuités, très redressées pour la plupart. L’état de fractu-ration est faible, même si l’on rencontre quelques zones tectonisées caractérisées par la présence de kakirites en faible épaisseur. La plupart des fractures sont fermées par recristallisation de quartz, épidote ou calcite. De fins niveaux graphiteux, parallèles à la foliation, sont parfois observés : ils peuvent altérer la tenue du massif rocheux en facilitant le glissement de blocs sur leurs surfaces.

Six familles de discontinuités ont été identifiées. Hormis la schistosité, elles ne sont que peu persistantes. Leurs plans sont assez lisses mais ondulés (longueur d’onde métrique à plurimétrique), ce qui garantit une imbrication relativement bonne.

Le Geological Strength Index estimé pendant l’excava-tion variait entre 70 et 90. Cette roche de bonne qualité intrinsèque présente néanmoins un comportement mécanique anisotrope suite à sa foliation (fig. 1).

SondagesTrois sondages profonds ont été réalisés en 2007 dans

le cadre du projet d’ouvrage. Deux sondages supplémen-taires ont été effectués en 2010 depuis une niche latérale pendant l’excavation de la galerie d’accès descendante. Les informations recueillies grâce à ces reconnaissances complémentaires ont confirmé l’implantation hors zone de faille des cavernes. Du fait de l’orientation subverti-cale de la lithologie, l’analyse des relevés des fronts des deux galeries d’accès surplombant la caverne a permis d’avoir une évaluation réaliste et statistiquement signi-ficative des discontinuités, conduisant à une première optimisation du projet de soutènement.

L’état de contrainte in situ a été déterminé au moyen d’essais de fracturation hydraulique réalisés dans trois forages. La contrainte horizontale majeure vaut 1,1 fois la contrainte verticale et la contrainte horizon-tale mineure les deux tiers de celle-ci. L’azimut de la contrainte majeure forme un angle de 60° avec l’axe principal de la caverne des machines. Il apparaît que l’état de contrainte horizontale est déterminé majoritai-rement par la topographie.

Peu de venues d’eau ont été relevées. Les débits d’ir-ruption étaient faibles et n’ont jamais dépassé 0,1 l/s pour un débit de drainage total de 0,6 l/s.

ModélisationLe massif encaissant présentant une anisotropie de

résultats des essais uniaxiaux (42)

fc [MN/m2]

(résistance à la com-pression)

ft [MN/m2]

(résistance à la traction)

e(50%)

(module de défor-mation)

ψk

(angle de dilatance)

ν (coeffi-cient de Poisson)

γ (poids spéci-fique)

matrice joint matrice joint [MN/m2] [°] - [kN/m3]

Xm

Valeurs moyennes62,4 36,3 9,7 5,6 25799 20 0,13 27,9

Xk

Valeurs caractéristiques28,2 16,6 7,1 2,1 17000 20 0,13 27,9

Cv

Coefficient de variation0,29 0,51 0,20 0,52 0,28 0,05 0,41 0,02

1 Micaschistes de bonne qualité sur un front partiel de la caverne

2 Résultats des essais de laboratoire3 Critères de rupture retenus pour la modé-

lisation du rocher4 Caverne des machines (gauche) et des

transformateurs (droite)

2

3

résUltats des essais de laboratoire


résistance, le comportement du rocher à l’excavation est déterminé en grande partie par la résistance au cisaille-ment des plans de discontinuité. Une analyse prélimi-naire basée sur les méthodes semi-empiriques de classi-fication montre que le massif peut être considéré comme fortement sollicité et fortement fracturé, compte tenu des dimensions relatives de l’excavation et de l’espa-cement des discontinuités. Le dimensionnement de la structure de soutènement requérait donc l’établissement d’un modèle élaboré de comportement du rocher et de l’interaction sol-structure.

La modélisation comprend le massif encaissant, les galeries d’accès, le corps de la caverne et les éléments du soutènement, en interaction les uns avec les autres. Les lois constitutives pour le comportement du massif ont été définies conformément aux normes SIA 197 Projets des tunnels - Tunnels routiers et SIA 267 Géotechnique.

Le processus de dimensionnement comprenait les étapes suivantes :1. Détermination des scénarios de risque et des états

limites associés (lire encadré) ;2. Analyse à court et long terme de la stabilité globale de

l’excavation (modèle global) ;3. Analyse des instabilités de blocs (modèle local) ;4. Dimensionnement des éléments du soutènement et du

revêtement.Les caractéristiques du rocher ont été déterminées

à partir d’essais de laboratoire sur des échantillons prélevés dans le secteur de la caverne traversé par les sondages. Une centaine d’essais de mécanique des roches (compression uniaxiale et triaxiale, traction indirecte, cisaillement direct) ont permis de constituer une base statistiquement significative. Les essais ont confirmé le caractère anisotrope de la résistance et de la déformabi-lité du rocher, les minima étant liés aux ruptures le long des plans de schistosité (fig. 2).

De ce fait, un modèle multilaminaire a été retenu pour caractériser le comportement du massif, avec une loi de rupture type Hoek-Brown dans la matrice rocheuse et un critère de Mohr-Coulomb pour les discontinuités. Les valeurs caractéristiques Xk des grandeurs géotechniques ont été déterminées pour que la probabilité d’une valeur plus défavorable soit inférieure à 5 %.

Les paramètres du critère de rupture de Hoek-Brown ont été calés sur la courbe enveloppe des résultats d’essais et non déterminés sur la base de considéra-tions empiriques. Les paramètres du critère de Mohr-Coulomb ont été définis sur la base des essais de cisail-lement direct. Ces valeurs ont ensuite été réduites par des facteurs partiels pour prendre en considération les éventuelles variations défavorables des paramètres par rapport aux valeurs caractéristiques (fig. 3).

Il a été considéré comme valeur caractéristique pour le module E la valeur moyenne tirée des essais de compression simple, réduite d’un facteur 1,5 pour tenir compte de l’effet d’échelle, soit 17 GPa. Cette valeur correspond par ailleurs à la valeur moyenne du module mesuré dans les 20 essais au dilatomètre réalisés en sondage. La prise en compte d’une valeur moyenne est représentative du comportement du massif rocheux à l’état-limite ultime, puisque c’est l’ensemble du volume environnant les cavernes qui est impliqué dans les déformations.

sitUations de risqUes

Chutes de blocs : la chute de blocs représente le principal risque qui doit être prévenu par le soutènement mis en place. Leur chute survient par gravité après destruction de la résis-tance de pointe existant sur la surface du joint. Ce phéno-mène se développe en particulier à la suite de déformations plastiques, avec le développement de la décompression et l’ouverture des fractures. La présence de joints graphiteux augmente le risque.Effondrement en zone de faille : l’implantation des cavernes a été faite de manière à ne pas rencontrer de zone de faille. La structure de soutènement a néanmoins été conçue pour pouvoir être renforcée en cas de présence inattendue d’un tronçon de roche tectonisée ou de passées de cataclasites.Ecaillages et décompressions violentes (Bergschlag) : considérant l’excavation à l’explosif et la schistosité mar-quée de la roche, le risque de décompressions violentes a été évalué comme faible à la profondeur de 600 m. Cette prédiction a été vérifiée. Des écaillages progressifs suite à la décompression ont néanmoins été observés sur les surfaces favorisant ce phénomène (tympans).Venues d’eau : compte tenu de la faible perméabilité en grand du massif, de la position en profondeur des cavernes et des observations dans les sondages de reconnaissance, le risque de venues d’eau importantes a été considéré comme improbable.Déformations plastiques : les résultats des reconnaissances ont permis d’exclure le risque de formation de vastes zones plastiques s’étendant en profondeur.

4


Analyse structurelleL’évaluation des risques a conduit à retenir deux

scénarios déterminants pour l’analyse structurelle : - Instabilité de blocs ; - Déformations suite au développement de zones plas-

tiques dans le massif en périphérie de l’excavation (« poussée » du rocher). Deux analyses différentes ont donc été réalisées. Les

calculs avaient pour but d’assurer que les états-limites ultimes de la sécurité structurale n’étaient pas atteints pour les scénarios critiques. La capacité porteuse et le comportement du soutènement et du revêtement ont été évalués selon deux méthodes : un modèle de milieu continu et un modèle d’éléments disloqués.

Le premier a été utilisé pour établir la stabilité globale de l’excavation, les déformations d’ensemble (tenant compte des différents ouvrages souterrains, de leurs étapes partielles d’excavation et de leurs interactions réciproques) et le développement de la plasticité dans le massif, ainsi que le comportement à long terme du revê-tement. Le second a été utilisé pour déterminer la stabi-lité locale des potentiels blocs instables.

Des calculs éléments finis 3D ont été réalisés pour définir les fonctions de déconfinement utilisées dans les modèles 2D, afin de prendre en considération l’effet spatial du relâchement des contraintes lors des excava-tions partielles (fig. 5). Ils ont aussi servi au dimension-nement des intersections entre ouvrages, ainsi que pour la longrine suspendue de support provisoire de la voûte.

Les calculs 2D ont servi à optimiser le soutènement (en particulier le maillage des ancrages) et à dimen-sionner le béton armé du revêtement définitif (prise en compte du retrait, du fluage et de la fissuration progres-sive du béton). Lors de l’avant-projet, le soutènement de la caverne comportait des ancrages à câble précontraints (maille 6 m par 6 m), des boulons scellés au mortier (maille 1,5 m par 1,5 m) et du béton projeté armé de fibres et de treillis soudés. Les calculs réalisés pour le projet d’exécution ont permis de supprimer les ancrages précontraints. Il a également été possible de raccourcir

les boulons scellés au mortier.Le revêtement définitif est constitué de béton armé épais

de 60 cm. La voûte a été bétonnée après excavation de la calotte, avant l’approfondissement, pour limiter la hauteur d’étayage du coffrage. En effet, la hauteur entre la dalle du hall et la voûte au stade final est supérieure à 25 m. La voûte est donc suspendue pour une durée de quatre ans à l’aide d’ancrages précontraints de 2670 kN de charge ultime (une pièce par mètre linéaire de chaque côté), jusqu’à ce que la structure définitive des murs de pare-ment, construite de bas en haut, ferme l’anneau. La voûte suspendue doit également supporter le poids des deux ponts roulants de chantier de 15 tonnes de charge utile.

De l’utilité des reconnaissances et étudesGrâce à une campagne de reconnaissance extensive,

l’auteur du projet a acquis une bonne compréhension des caractéristiques géomécaniques du massif rocheux et a pu développer un modèle adapté et précis de l’interaction sol-structure. Les calculs réalisés ont conduit à la défini-tion d’un soutènement approprié, qui a pu être optimisé en cours de travaux grâce aux observations faites sur l’ouvrage. Les résultats des rétro-analyses ont montré la bonne représentation de la réalité par les modèles adoptés.

Ce projet démontre que les investissements consentis par le maître d’ouvrage pour les reconnaissances géologiques, essais de mécaniques des roches et prestations d’ingénieur ont été plusieurs fois compensés par les économies réalisées sur les structures porteuses. Les hypothèses faites ayant été pleinement vérifiées pendant les travaux, aucune modi-fication de projet n’a été nécessaire. Il a même été possible d’accélérer les travaux en autorisant l’ouverture simultanée de deux étapes de stross.

Etienne Garin et Nima Nilipour, ing. EPFL génie civil, BG Ingénieurs Conseils SA, Lausanne

5

5 Détermination du taux de déconfinement utilisé dans le 2D à l’aide du 3D(Les documents illustrant cet article ont été fournis par les auteurs.)

nant de drance 23 Tracés 18/2015 pages sia 23 Tracés 18/2015

pages d’information de la sia - société suisse des ingénieurs et des architectes

Protection incenDie : LégiSLAtion 2015

L’entrée en vigueur au 1er janvier 2015 des prescriptions suisses de protection incen-die de l’Association des établissements cantonaux d’assurance incendie (AEAI) a apporté son lot de modifications et a bous-culé quelques certitudes dans le monde de la prévention incendie ainsi que dans l’univers de la construction. Après seulement six mois d’application, nous constatons que de nom-breuses questions reviennent à intervalles réguliers. Le but de cet article n’est pas d’expliquer la nouvelle législation en détail, mais de mettre le doigt sur les modifications inf luant particulièrement sur les projets de construction.

En première lecture nous pouvons voir, ou avoir l’impression, que les changements assou-plissent les exigences de la législation 2003, alors que dans plusieurs situations l’assouplis-sement donné dans les généralités est assorti de beaucoup de particularités en fonction de l’affectation et/ou de la géométrie du bâtiment. Donc attention, dans le millésime 2015 de la protection incendie, l’adage populaire selon lequel « le diable se cache dans les détails » se vérifie fréquemment.

Quelles sont ces modifications impor-tantes, voire fondamentales pour la prévention incendie dans un projet de construction ?

objectifs identiquesLes objectifs de protection définis dans la

version 2003 ont été repris sans modification, la manière de les atteindre s’est élargie. Les nouvelles Directives de protection incendie (DPI) favorisent, pour les nouvelles construc-tions, la tendance à diminuer les moyens de protection incendie par la construction en considérant les concepts de « construction » et les concepts « techniques » (installation d’extinction) en tant que concepts standards, en exigeant la mise en place de mesures d’orga-nisation renforcées.

Dans le cadre de projets à caractères spé-ciaux pour lesquels les concepts standards ne peuvent s’appliquer, il est admis de recourir à des concepts alternatifs reposant sur l’ingé-nierie de protection incendie, pour autant que les objectifs définis soient atteints.

Une DPI « Assurance qualité en protection incendie » a été mise en œuvre afin de limiter, voire de supprimer les défauts de conception et/ou d’installation. Elle définit et réglemente les critères et conditions cadres qualitatives.

Elle donne les critères de choix pour le

niveau d’AQ ainsi que les qualifications et les tâches des responsables assurance qualité pour l’ensemble du projet de construction. Pour la phase d’exploitation qui couvre toute la vie du bâtiment, elle fixe les responsabilités du propriétaire ou de l’exploitant.

Dans la DPI « Protection incendie organi-sationnelle », il ne s’agit pas que de traiter de sécurité incendie au sens large, mais surtout de mettre en place les mesures d’organisation pour la vie du bâtiment. Les responsabilités du propriétaire ou de l’exploitant ainsi que la nécessité, les tâches et responsabilités d’un chargé de sécurité dans la phase d’exploitation sont traitées dans cette DPI.

De nouvelles règles touchant la construc-tion s’y sont ajoutées, en particulier sur les mises en exploitation partielles et les rénova-tions en cours d’exploitation. Parmi les nou-velles mesures introduites touchant l’alarme, certaines affectations doivent disposer de dis-positifs d’alarme par messages sonores.

termes et définitions: éliminer les ambiguïtésAvant d’aborder les principales adaptations

portées aux directives concernant les produits de construction, notons que les différentes défi-nitions ont été regroupées dans une nouvelle DPI « Termes et définitions ». Elles ont été adaptées et complétées en vue d’éliminer les ambiguïtés. Les mesures de protection incendie ne reposent désormais plus sur le nombre de niveaux, mais sur la géométrie du bâtiment, définition reprise de l’ Accord intercantonal harmonisant la ter-minologie dans le domaine des constructions (AIHC). Cette classification des bâtiments par leur géométrie a été fixée, en fonction des possi-bilités de lutte contre le feu par les sapeurs-pom-piers, en accord avec la Conférence suisse des inspecteurs sapeurs-pompiers.

La DPI « Matér iau x et élément s de construction » réglemente les classifications des produits de construction utilisables en Suisse, ceci par des tests quant à leur réaction au feu et à leur résistance au feu. Les classifi-cations européennes nouvelles ou manquantes dans la version 2003 ont été introduites. La principale modification touche la notion de combustibilité des matériaux de construction.

Pour pouvoir prendre en compte les 20 pos-sibilités de classification selon les tests AEAI, et intégrer les 287 classifications possibles selon les normes SN-EN en vigueur, il a été créé quatre groupes de réaction au feu (RF1-RF4), complétés par une catégorie particulière, dite « critique » pour les matériaux qui dégagent une importante fumée, qui produisent des gouttes en fusion ou encore des gaz corrosifs.

Les tableaux de la DPI « Utilisation des

matériaux et éléments de constructions » définissent les exigences pour les différentes parties de construction (façades, parois inté-rieures, etc.) selon les quatre groupes de réac-tion au feu. Dans une seconde phase, le choix se fera en fonction des 307 classifications pos-sibles, réparties dans les quatre groupes.

Modifications importantesDa ns la DPI « Dista nces de sécurité,

Structure porteuse et Compartimentage », plusieurs modifications importantes ont été introduites. Ces sujets sont regroupés dans une seule directive. En ce qui concerne les distances de sécurité, la distinction des bâti-ments en fonction de leur géométrie (hauteur) permet des réglementations différenciées, appropriées à la situation, mais attention aux détails. Par exemple, les bâtiments annexes, dont la surface a été portée à 150 m2, ne néces-sitent pas de distance de sécurité avec le bâti-ment principal. Par contre, il est exigé quatre mètres entre annexes de la même propriété. Autre modification dans ce domaine, aucune distance de sécurité n’est exigée entre les bâti-ments d’affectation similaire et présentant le même danger d’incendie situés sur une aire de 3600 m2. En cas de distances de sécurité insuf-fisantes, les annexes de la directive proposent des mesures compensatoires.

Le choix de la résistance au feu du système porteur se fait en fonction de la géométrie du bâtiment au moyen de tableaux incluant la résistance au feu des dalles d’étage, des com-partiments coupe-feu et voies d’évacuation horizontales ainsi que des voies d’évacuation verticales. Les différentes résistances au feu sont présentées selon le type de concept choisi, construction ou installation d’extinction.

Une nouvelle catégorie de bâtiment a été créée, ce sont les bâtiments de taille réduite pour lesquels la géométrie et les exigences de protec-tion incendie sont spécifiquement définies.

Dans le domaine des voies d’évacuation, le calcul du nombre de voies d’évacuation verti-cales à partir de 900 m2 se fait sur la base des longueurs de voies d’évacuation horizontales et non plus au prorata de la surface du niveau. A noter le passage à 35 mètres de la longueur des voies d’évacuation horizontales pour une seule issue de secours (à trois exceptions près).

La DPI « Méthodes de preuves en protec-tion incendie » traite, dans le sens de l’assu-rance qualité, du déroulement de l’étude et de la méthodologie de travail pour les ingénieurs. Le but final étant d’unifier les méthodes d’in-génierie en protection incendie (désenfumage [DPI spécifique], évacuation et calcul de struc-tures porteuses) sur l’ensemble des cantons et

23 TrACÉS 18/2015

dossier24 Tracés 18/2015pages sia24 Tracés 18/2015

ainsi de permettre aux autorités de traiter les cas de manière semblable. Toutefois, le concept global reste l’élément clé réunissant l’ensemble des règles applicables.

Les quelques directives abordées sont les principales sur lesquelles se posent actuelle-ment le plus d’interrogations, mais l’ensemble des directives et la norme de cette nouvelle législation forment véritablement une entité. Cette législation s’est-elle assouplie ou est-elle devenue plus restrictive par rapport à celle de 2003 ? Ce n’est qu’après un certain nombre de mises en œuvre simples ou complexes qu’un jugement objectif pourra être posé.

Jean-Paul Bassin, Swissi SA

prochains cours siA-form :Protection incendie pour le planificateur9 novembre 2015, Lausanne, 13h30 – 17h30, www.sia.ch/form/bsp04-1523 novembre 2015, Genève, 13h30 – 17h30, www.sia.ch/form/bsp05-15

congrèS « conStrUction De reMPLAceMent | rénoVAtion, critèreS De DéciSion » : conSoLiDer oU DéMoLir ?

Le congrès de la SIA abordera le thème de la construction de remplacement. Quatorze intervenants y débattront des arguments en faveur ou contre une rénovation énergé-tique du patrimoine bâti par la démolition et la construction de remplacement.

Le besoin constant de logements et les exi-gences accrues imposées par la Confédération et les cantons en matière d’efficacité énergé-tique des bâtiments appellent des stratégies innovantes dans le traitement du patrimoine

immobilier. Elles pourraient prendre le contre-pied de la pratique, aujourd’hui habituelle, de rénovation énergétique. Cette année, le congrès organisé, à Berne, par le conseil d’experts SIA énergie se penche sur le duo antinomique construction de remplacement-rénovation et fournira critères et repères aidant à la prise de décision dans des situations concrètes.

En effet, les uns tablent sur une rénovation prudente du bâti, tandis que les tenants de la construction de remplacement affirment qu’il est souvent, en matière de politique de déve-loppement urbain, plus économique mais aussi plus pertinent de raser des quartiers entiers et de les remplacer par de nouveaux. Les com-munes, les propriétaires de biens immobiliers ou les concepteurs doivent prendre ici des décisions qui auront une grande portée. Ne devrait-on pas alors éventuellement remettre en question l’objectif d’une efficacité énergé-tique à grande échelle, presque maximale, du parc immobilier ? Pour cela, il est important de savoir si, considérées dans leur ensemble, les nouvelles constructions préservent réelle-ment davantage les ressources qu’un renforce-ment prudent des bâtiments existants.

la nécessité d’une approche énergétique globaleSi on limite ce questionnement à la « véri-

table » construction de remplacement, c’est-à-dire au bâtiment érigé sur un terrain déjà construit et non sur des zones de construction nouvelles « dans la verdure », il semble clair que les nouvelles constructions soient plus rentables, même dans une approche énergé-tique globale. Mais qui peut affirmer avec certitude que les constructions actuelles satis-feront encore aux exigences fonctionnelles en vigueur au bout de vingt à vingt-cinq ans d’amortissement ? Toutes ces questions seront à l’ordre du jour du congrès, de même que la « manière douce » en faveur d’un maintien du

patrimoine. On se demandera, par exemple, comment pondérer la valeur culturelle et l’ac-ceptation sociale d’un bâtiment au moment du choix entre rénovation et construction de rem-placement.

L e c on g r è s pr é s e nt e t r oi s b lo c s : « Perspectives », « Cas pratiques » et « Critères de décision ». Pour chaque volet, les quatre exposés, présentés par des responsables du développement urbain, des conservateurs du patrimoine, des experts en énergie et des archi-tectes, seront suivis d’une brève table ronde, qui permettra aux intervenants de détailler leurs points de vue et d’en débattre.

(SIA)

ConGRÈs siA ConstRuCtion De ReMplACeMent | RénoVAtion, CRitÈRes De DéCision Date + lieu : le 24 septembre 2015 à Berne, 9h-17hInformation et inscription : www.sia.ch/energie(ou inscription sur le site Internet de SIA-Form)Coûts d’inscription : membres bureaux SIA : CHF 350.- ; membres individuels SIA : CHF 400.- ;Non-membres : CHF 450.-

réViSion DeS norMeS reLAtiVeS à LA MAçonnerie SiA 266 et SiA 266/1 : intégrAtion DeS DernierS DéVeLoPPeMentS

Les normes SIA 266 Construction en maçonnerie et SIA 266/1 Construction en maçonnerie – Spécifications complémen-taires publiées en 2003 ont été soumises à une révision technique en profondeur. Les normes remaniées sont entrées en vigueur au début du mois de juillet 2015.

Les normes révisées SIA 266:2015 et SIA 266/1:2015 sont des outils actualisés et faci-lement utilisables dans la pratique. Elles complètent la série de normes relatives aux structures porteuses déjà publiées. La révi-sion doit aussi permettre de mieux exploiter les potentiels structuraux de la maçonnerie.

Définition et terminologieLa norme SIA 266 utilise les notions de

« maçonnerie standard » et « maçonnerie spé-cifiée ». Elle introduit le nouveau concept de « maçonnerie avec capacité de déformation accrue ». La « maçonnerie standard » est une maçonnerie aux propriétés mécaniques norma-lisées qui sont à démontrer conformément aux normes d’essai. Etant donné que la maçonnerie standard peut désormais aussi être réalisée

L’excavatrice grignote l’acier et le béton : démolition en 2013 du bâtiment Swiss Re zurichois érigé en 1969 (© Henrietta Krüger)

nant de drance 25 Tracés 18/2015 pages sia 25 Tracés 18/2015

Cette norme a été publiée en français en août. Les versions italiennes et anglaises sui-vront au second semestre 2015. Des cours de formation continue consacrés à l’introduction des nouvelles normes seront par ailleurs orga-nisés en automne.

Dr Nebojša Mojsilović préside la commission normative SIA 266, [email protected] Heike Mini est responsable des normes portant sur les structures porteuses au sein de la SIA, [email protected]

RéVision Des noRMes RelAtiVes À lA MAÇonneRie siA 266 et siA 266/1Les normes SIA 266:2015 Construction en maçonnerie, 56 p., format A4, broché, CHF 135.- et SIA 266/1 Construc-tion en maçonnerie – Spécifications complémentaires, 16 p., format A4, broché, CHF 27.-, ainsi que toutes les autres normes relatives aux structures porteuses sont disponibles sur www.shop.sia.ch ou par e-mail : [email protected]

Offre de formation continue : la norme siA 266 « Maçonnerie » révisée – modifications et application illustrée par des exemplesPrestataires : Compétences pour la construction et SIA-Form 6 octobre 2015, HEIG-VD, Yverdon-les-Bains, informations et inscription : www.sia.ch/formCoûts : membres bureaux SIA CHF 425.- ; membres SIA CHF 475.- ; non-membres CHF 555.-

avec un mortier colle, elle doit encore satisfaire à une condition supplémentaire, à savoir qu’une éventuelle rupture en f lexion doit exclusive-ment se produire dans un joint d’assise, ce qui signifie que la force d’adhérence entre le mor-tier et le parpaing (dans le joint) doit être infé-rieure à la résistance en traction du parpaing. Cela peut être vérifié au moyen d’un essai per-mettant de déterminer la résistance en traction par flexion de la maçonnerie.

La « maçonnerie spécifiée » est une maçon-nerie aux propriétés spécifiques indiquées par les fabricants respectivement par les soumis-sionnaires. N’importe quelle maçonnerie peut donc être proposée et produite sous forme de maçonnerie spécifiée à condition de remplir certaines exigences minimales en matière de résistance et de rigidité. Cette classification permet de mieux recenser les produits propo-sés sur le marché et facilite l’application de la norme pour les nouveaux développements. La maçonnerie spécifiée doit désormais afficher en plus une résistance à la compression mini-male fyk de 0,5 N/mm2 parallèlement au joint d’assise (valeur caractéristique).

La norme introduit la nouvelle notion de « maçonnerie avec capacité de déformation accrue ». Ce type de maçonnerie doit être prévu pour tous les ouvrages de la classe d’ouvrage III ainsi que pour les ouvrages de la classe d’ouvrage II dans les zones de séisme 3. Cette maçonnerie doit satisfaire à un catalogue d’exigences minimales et requiert une liaison adéquate entre les murs et les dalles. Dans le cas de la maçonnerie avec capacité de défor-mation accrue, des valeurs δu ≥ 2,0 % doivent être atteintes pour l’inclinaison d’étage. Elles doivent être vérifiées sur des murs soumis au cisaillement par des essais statiques cycliques. L’enveloppe de la courbe sollicitation/défor-mation obtenue par les essais doit montrer un comportement non linéaire bien marqué.

MatériauxLes valeurs de résistance nécessaires pour

les maçonneries de type MBL (briques de terre cuite légères) et MP (agglomérés de béton cel-lulaire) ont été réduites.

DimensionnementLa vérification de la sécurité structurale

comprend désormais, outre les contrôles simples, de nouvelles vérifications plus pous-sées. Ces vérifications plus poussées peuvent être réalisées à l’aide de diagrammes de calcul ou d’une procédure générale. Les diagrammes de calcul requis pour la vérification générale de la sollicitation à l’effort normal sont inclus dans l’annexe A de la norme. En cas de véri-fication générale de la sollicitation à l’effort de cisaillement, il est admis de superposer une contrainte verticale dans la zone de la bielle inclinée.

séismesDans le cas du dimensionnement aux

séismes, en plus des méthodes classiques basées sur les forces, le mode de calcul basé sur les déformations est désormais autorisé. Par ailleurs, la commission a défini des recomman-dations pour les valeurs de rigidité en flexion et au cisaillement ainsi que pour le coefficient de comportement q. Dans certaines conditions, un coefficient de comportement q de 2 peut être appliqué. L’annexe B comprend des informations supplémentaires facilitant l’application pour l’analyse structurale basée sur les déformations.

eléments incorporésDans le chapitre 3, une nouveauté concerne

les appuis d’introduction de charges et les appuis amortisseurs phoniques qui sont utili-sés en tant qu’éléments incorporés avec la défi-nition d’exigences correspondantes auxquelles ils doivent satisfaire. Les autres commen-taires concernant la disposition des assises se trouvent maintenant dans les chapitres 5 et 6.

Maçonnerie – spécifications complémentairesLa norme SIA 266/1 Construction en maçon-

nerie – Spécifications complémentaires se rap-porte aux normes européennes concernant les essais relatifs à la maçonnerie, à ses composants et aux éléments incorporés. Or, étant donné que les normes européennes correspondantes ne comprennent ni les essais de la résistance en compression de la maçonnerie perpendiculai-rement aux joints verticaux ni le nouvel essai de la résistance à la compression sur un élément à trois briques, ces éléments sont définis ici.

Le nouvel essai introduit pour déterminer la résistance en compression de la maçonnerie sur des éléments à trois briques peut être effec-tué pour autant que certaines conditions d’as-surance qualité soient remplies au niveau de la fabrication des composants de la maçonnerie. La résistance en compression de la maçonne-rie doit toujours être déterminée sur la base de la norme SN EN 1052-1. En raison de la cor-rélation désormais insuffisante de ses résul-tats avec la résistance à la compression de la maçonnerie, la commission a décidé d’enlever de la norme l’essai de la résistance à la traction transversale des parpaings.

techniques de communication pour mieux présenter vos projets1er octobre 2015, Lausanne, 13h30 – 17h30Code TC02-15, informations et inscription : www.sia.ch/form

Gérer vos risques de projet2 octobre 2015, Lausanne, 9h00 – 16h00Code CP01-15, informations et inscription : www.sia.ch/form

le Règlement siA 144 dans la pratique2 octobre 2015, Lausanne, 9h00 – 12h00Code WB13-15, informations et inscription : www.sia.ch/form

l’architecte et son rôle-clé dans l’étude des installa-tions d’eau chaude sanitaire (siA 385/1 et 385/2)6 octobre 2015, Lausanne, 17h00 – 19h00Code IEESerie06-15, informations et inscription : www.sia.ch/form

la succession d’entreprise6 octobre 2015, Lausanne, 14h00 – 18h00Code SE03-15, informations et inscription : www.sia.ch/form

normes siA180 et siA382/1+27 octobre 2015, Yverdon, 8h30 – 12h30Code Fe303-15, inscription en ligne : www.fe3.ch

séminaire Vendanges fiscales7 octobre 2015, Genève, 17h30 – 19h30Code SVF01-15, information en ligne : www.bdo.ch

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« Torri d’Albenga », dans le centre historique d’Albenga, Ligurie (© Nebojša Mojsilovic)

26 Tracés 18/2015offres d’emploi

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Si ce poste auprès d’un employeur progressisteau cœur de Zurich vous intéresse, n’hésitez pas ànous faire parvenir votre candidature par e-mailà l’adresse : [email protected]. Monsieur MichelKaeppeli, responsable du département Règlements,se tient à votre disposition au 044 283 15 21 pourrépondre à vos questions.

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27 Tracés 18/2015 offres d’emploi

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Adjoint-eaudéléguéàl'environnement (80% à100%)| Missions: contribuer au respect de la LPE et de sesordonnances dans la politique de la commune | participerà la réalisation des études spécialisées et au suivi relatifaux axes de protection de l'environnement (bruit, climatet qualité de l'air, énergie, dangers naturels, rayonnementnon ionisant, sol, etc.) | participer à la planificationurbaine pour toutes les questions environnementales |gérer le suivi des mandats confiés aux bureauxspécialisés, participer au développement de l'outil SIG,élaborer les documents de synthèse destinés auxautorités | assurer l'information relative au domaine etparticiper à la représentation du service.| Votreprofil:Master EPF ou universitaire en ingénierieou sciences de l'environnement |minimum 3 annéesd'expérience professionnelle dans le domaine | bonnesconnaissances des bases légales relatives à la protectionde l'environnement | bonnes connaissances du territoirelausannois, un atout | esprit d'analyse et de synthèse,aisance en communication et présentation |maîtrise desoutils informatiques (MS Office, SIG) et excellenterédaction en français.Entrée en fonction: 1er janvier 2016 ou à convenir Contact:M.Claude Thomas, délégué à l'environnement, 021 315 55 63Dossier: Service d'urbanisme, M. Keo Zahn, conseiller RH, Ruedu Port Franc 18 - CP 5354, 1002 Lausanne |Délai depostulation:05.10.2015


Cette rubrique est destinée à informer nos lecteurs des concours organisés selon le réglement SIA 142 ou UIA. Les informations qu’elle contient ne font pas foi sur le plan juridique. Pour tout renseignement, prière de consul-ter les sites www.konkurado.ch et www.sia.ch/142i. Les résultats des concours importants sont présentés sur www.espazium.ch.

concoUrs28 TrACÉS 18/2015

date reddition sUjet organisateUr et renseignements

procédUre

05.10.2015nouveau

construction d’un quartier mixte au centre-ville de fribourg

PostFinance P/a deillon delley architectes SA Lécheretta 1 CH – 1630 Bulle [email protected]

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Procédure sélective

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ems à orbe Dolci Architectes rue des Pêcheurs 8CH – 1400 [email protected]

Concours de projets

Procédure ouverte

28.09.2015nouveau

construction des maisons m15/m16 et adaptation des infrastructures, établissement socio-éducatif, echichens

Fondation Cité radieuse P/a graf & rouault architectes rue des Terreaux 20 CH–1003 Lausanne [email protected]

MeP


04.12.2015 nouveau

fondation silo - structure d’accompagnement médico-sociale (sams)

M&r conseils projets immobiliers SA A l’att. de Gregory rebeschini Av. de riond-Bosson 12CH – 1110 [email protected]

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Procédure ouverte

04.12.2015 (projet)17.12.2015 (maquette)

agrandissement et transformation de l’ems les mouettes à estavayer-le-lac

p.a. ACArCHITeCTeSAlexandre Clerc architectes SIAFonderie 8c - CP 142CH – 1705 [email protected]

Concours de projets

Procédure ouverte

04.12.2015 (projet)18.12.2015 (maquette)

nuova sede di scuola elementare di primo ciclo e ampliamento della palestra a tesserete

Avv. Andrea FerrariVia Carlo BattagliniCH – 6950 [email protected]

Concours de projets

Procédure ouverte

11.12.2015 (projet)18.12.2015 (maquette)

fondation du midiems « projet les tines » à nyon

Plarel SA Boulevard de Grancy 19ACH – 1006 [email protected]

Concours de projets

Procédure ouverte

23.12.2015nouveau

maison des vins de la côte Glatz & Delachaux SAGrand-rue 13 CH – 1260 Nyon022 365 22 [email protected]

Concours de projets

Procédure ouverte

22.01.2016 (projet)05.02.2016 (maquette)

(b1519) projet de rénovation totale et d’amélioration de l’utilisation des bâtiments de la taubenhalde, berne

OFCLGestion de projets Suisse I A l’att. de Marchés publicsFellerstrasse 21CH – 3003 [email protected]

Concours de projets


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2015/16

Salaires actuels des ingénieurs et architectesCHF 95.– plus frais d’expédition

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30 agenda

01.10 / 18:30 CONFéRENCE daniel libesKind architecte, etats-Unis Pavillon Sicli, Genève www.ma-ge.ch

05.10 / 18:30 DéBAT URBANITéS géobiologie et environnement bÂti : ésotérisme oU science occUlte avérée ? F’ar, Lausanne www.vd.sia.ch/urbanites

22.09-02.10 qUINzAINE DE L’URBANISME constrUire la ville en préservant nos sols Pavillon Sicli, Genève www.pavillonsicli.ch

jusqu’au 27.09 ExPOSITION Un pont c’est toUt ! F’ar, Lausanne www.archi-far.ch

26.09 / 17:00 CONFéRENCE nie wieder Krieg ! conférence inclusive et optimiste de matthieu jaccard Théâtre de Vidy www.vidy.ch

jusqu’au 18.10 ExPOSITION spatial positions 10: tHe soUnd of arcHitectUre S AM, Bâle www.sam-basel.org

26.09.15-28.02.16 ExPOSITION tHe baUHaUs #itsalldesign Vitra Design Museum, Weil-am-Rhein www.design-museum.de

21.09-02.10 ExPOSITION formes & strUctUres – pHotograpHies d’arcHives d’entreprises hepia, Genève http://hepia.hesge.ch

26.09 / 09:30-12:15 SIA EN VISITE théâtre l’oriental, vevey et salle del castillo, vevey (architecum) les marroniers, vevey (U15 architectes, novello eligio) Inscription : [email protected]

20.09 / 11:00-14:00 PERFORMANCE le città invisibili 1 d’après italo calvino Théâtre du Galpon, Genève www.galpon.ch

01-15.10 ExPOSITION « stUdiolo » Les diplômés d’architecture de l’EPFL exposent leur projet Arches du Grand Pont 17-18, Lausanne

jusqu’au 25.09 ExPOSITION albUms de jeUnes arcHi-tectes et paysagistes Concours européen de la jeune création architecturale & paysagère Dans les rues de Chambéry www.maison-architecture-savoie.org

26.11 / 08:00-13:00 jOURNéE D’éTUDE conférence jeri « problèmes insolUbles résolUs » SwissTech Convention Center, EPFL, Lausanne www.confjeri.ch

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jusqu’au 12.12 ExPOSITION la ville expose sa maqUette 2/3: réalisation de constructions et d’aménagements 25, rue du Stand, Genève www.ville-geneve.ch

29.09 / 18:30 CONFéRENCE dominiqUe perraUlt « groUndscape » architecte, france Dans le cadre de la Quinzaine de l’Urbanisme Pavillon Sicli, Genève www.ma-ge.ch

01.10 / 12:00 CONFéRENCE 2:00 forUm rolex learning center, epfl Kazuyo sejima, architecte, tokyo, conceptrice du rolex learning center Rolex Learning Center, EPFL

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