Le béton fibré : la révolution du secteur des tunneliers

Le béton fibré s’impose désormais comme une réelle alternative au béton armé dans certains secteurs d’application, et notamment pour les pièces de voussoirs des tunnels. Alcimed, société de conseil en innovation, vous propose un état des lieux de cette technologie à l’avenir prometteur.

Les fibres métalliques comme renfort structurel des ouvrages en béton sont apparues au début des années 80s avec des promesses de gains en temps et financier comparées à la traditionnelle solution de l’armature ou treillis soudé. Mais qu’en est-il aujourd’hui ? Les fibres ont-elles gagné leur pari ?

Le béton fibré, une alternative attractive au béton armé pour les voussoirs des tunnels

Historiquement, une armature métallique est incorporée dans la masse du béton afin d’en améliorer les performances, notamment en traction et cisaillement. Un tel béton est communément appelé béton armé. Malgré les performances mécaniques exceptionnelles largement reconnues du béton armé, ce dernier présente certains inconvénients, en particulier au niveau de sa mise en œuvre perçue comme fastidieuse lors des étapes de soudures et de mise en place des barres d’acier. De plus, cette armature avec son design dit « en continue » est reconnue pour favoriser la propagation de la corrosion.

L’incorporation de fibres métalliques est une alternative attractive au béton armé notamment pour la construction de tunnels car le béton fibré permet de s’affranchir des points limitant du béton armé: les fibres n’étant pas continues, il n’existe aucun mécanisme de propagation de l’activité de corrosion et le processus de fabrication est simple et automatisable.

Le béton fibré, une technologie qui a mis près de 20 ans pour s’imposer dans le secteur de la construction

Au départ, le manque de données techniques, l’absence de retour d’expérience et l’esprit conservateur de l’industrie de la construction ont été les freins au développement du béton fibré. Une traversée du désert de plus de 20 ans pour convaincre et montrer tout le potentiel de la technologie…

Au début des années 2000, le marché décolle notamment dans les pays anglo-saxons, Angleterre et US en tête. Aujourd’hui on décompte environ 180 projets à base de voussoirs en béton fibré à travers le monde, dont 80% sont des tunnels de voies ferrées (train, métro) et de transport d’eau (approvisionnement, eaux usées, égouts…). Ce sont les pays anglo-saxons, l’Angleterre en tête, suivi des Etats-Unis et de l’Australie, qui ont adopté le plus largement cette technologie et représentent environ 40% des projets de tunnels à base de voussoirs en béton fibré. Parmi les projets d’envergures, nous pouvons citer le tunnel de l’aéroport de Brisbane, inauguré en 2012 et dont le diamètre intérieur est de 11,4 m.

Des avantages économiques significatifs

Si le béton fibré remporte tous les suffrages, c’est surtout en raison des avantages économiques associés. En effet des gains significatifs de l’ordre de 10% sont souvent revendiqués sur les projets de tunnels à base de voussoirs en béton fibré principalement au niveau de la production et de la mise en œuvre des voussoirs. Par exemple le projet de tunnel de l’Hobson Bay en Nouvelle Zélande a estimé à 50% le gain de temps sur la production et à 10% les économies réalisées sur le projet total (NZ$118.6 millions). Ces réductions de coût importantes sur la production s’expliquent en partie par le très faible taux de rejet des voussoirs en béton fibré.  Par exemple concernant le projet du tunnel de l’Hobson Bay, sur les 15 000 segments produits, 7 segments seulement ont été rejetés (0,05%) et 6 segments ont été endommagés pendant la production (0,04%), soit un taux de rejet total inférieur à 0,1%.

Généralement, une fois testé sur un projet, le béton fibré devient une norme dans le pays. C’est notamment le cas en Angleterre et en Australie.

La France a pris du retard…

La France est restée en retrait sur ce sujet à l‘exception de quelques projets que l’on peut citer : 38 voussoirs en béton fibré sur le tunnel des Blagis (un ouvrage d’assainissement), un pilote sur la ligne 14 et des voussoirs provisoires en béton fibré au niveau des stations de la ligne 2 du tramway de Nice.  Cela s’explique en partie par l’absence de grands projets d’infrastructure ces 10-20 dernières années. Mais aujourd’hui, la question prend toute son importance dans le cadre du projet du Grand Paris.

Une réglementation qui évolue

Il reste encore des barrières réglementaires à franchir mais la donne devrait changer d’ici 2020 avec la révision de l’Eurocode 2 permettant l’implémentation d’une réglementation à l’échelle européenne. En effet un groupe de travail dédié dont l’objectif est d’étudier l’intégration des fibres dans le futur Eurocode2 a été mis en place. A l’heure actuelle il existe différentes réglementations ou codes nationaux disponibles pour le design des éléments en béton fibré et notamment des voussoirs (par exemple en Espagne, Italie, Allemagne…). Un pas majeur a été franchi lorsqu’en 2012, le FIB Model code 2010 (une référence dans le design des structures) a intégré les fibres en tant qu’élément structurel.

Vers les fibres synthétiques ?

Avec des revendications de performances supérieures aux fibres métalliques (gain de poids, moins abrasif, moins de risques pour les utilisateurs, ne rouillent pas…), les fibres synthétiques pourraient être l’innovation de demain. Néanmoins, cela nécessite un comportement proactif pour acquérir les retours d’expérience et valider la technologie. Alors que les fibres synthétiques sont présentes sur le marché depuis plus de 20 ans, quelques projets de tunnels de voussoirs en fibres synthétiques commencent à faire leur apparition à l’instar du tunnel de l’aéroport de Malaga en Espagne.

« La France a indéniablement pris du retard sur le béton fibré. Le projet du Grand Paris est une belle opportunité pour se remettre à niveau sur cette technologie mais pourquoi ne pas aller plus loin en termes d’innovation et de leadership technologique en initiant une démarche proactive sur les fibres synthétiques ? Le projet du Grand Paris pourrait être l’occasion de réaliser des tests pilotes sur les voussoirs à base de fibres synthétiques afin de préparer l’avenir » souligne Vincent Pessey, responsable de mission chez Alcimed.