Les premiers voussoirs en béton fibré devraient être posés sur la ligne 16 du Grand Paris Express en 2020. L’opération sera une première en France.

La société Salini Impregilo s’est vu attribuer le marché du lot 2 de la ligne 16. Ces 11,1 km de voies en tunnel, jalonnés par quatre gares (Aulnay, Sevran Beaudottes, Sevran – Livry et Clichy – Montfermeil), marqueront une première dans l’histoire de la construction en France. Les voussoirs disposés en anneaux, qui composent le revêtement du tunnel, ne seront pas en béton armé mais en béton fibré. Retour sur les enjeux de cette décision.

Le béton fibré, qu’est-ce que c’est ?

Le béton est un mélange de ciment, de granulat et de sable. C’est le ciment qui permet de lier toutes ces particules entre elles. Jusqu’à présent, pour concevoir les voussoirs, on utilisait le béton armé, c’est-à-dire du béton coulé autour de cages d’armatures métalliques massives. Le béton fibré au contraire contient une multitude de morceaux de fibres métalliques de dimension centimétrique, telle une pelote métallique, répartie de manière homogène dans le béton. De l’extérieur, impossible de voir à l’œil nu la différence entre du béton fibré ou armé.

Pourquoi le béton fibré n’avait-il encore jamais été utilisé dans les tunnels ?

En soi, le béton fibré n’est pas une innovation récente puisqu’il est apparu au début des années 1980. On dénombre aujourd’hui environ 180 projets de tunnels avec des voussoirs en béton fibré dans le monde, dont environ la moitié dans quatre pays : le Royaume-Uni, les États-Unis, l’Australie et l’Espagne.  

Par ailleurs, le béton fibré a déjà été utilisé en France pour les revêtements de tunnels, mais uniquement à titre provisoire. En 1994, à l’occasion du projet MÉTÉOR (ligne 14), une petite portion du tunnel (quelques anneaux de béton) à Châtelet était en béton fibré, avant d’être démontée par la suite pour construire la station. Idem sur la ligne 14 Nord ou pour le tramway de Nice. Mais ces ouvrages provisoires ont tous été démolis, faute de réglementation française. Par ailleurs, alors que le béton fibré se répandait dans le monde, la France, elle, connaissait une pause dans la construction de ses projets d’infrastructures de tunnels. Une parenthèse bien refermée depuis le Grand Paris Express.

Pourquoi la Société du Grand Paris s’est-elle intéressée au béton fibré ?

Avec un projet hors-norme tel que l’aventure du Grand Paris Express, il fallait sortir des sentiers battus. L’occasion de relancer le débat sur le béton fibré. D’autant que ce matériau présente différentes opportunités.

Sur un plan technique, le retour d’expérience montre que le béton fibré a un meilleur comportement vis-à-vis de la fissuration et du feu que le béton armé classique. Notamment grâce à une répartition plus homogène de l’armature sur l’ensemble du voussoir. Les éléments en béton fibré s’éclatent moins  lors d’éventuels chocs durant les phases de manutention.

L’utilisation du béton fibré présente aussi l’avantage d’économiser environ 5 000 tonnes d’acier pour 10 kilomètres de tunnels. L’option s’avère ainsi autant économique qu’écologique.

Concrètement, comment la Société du Grand Paris a encouragé ce processus d’innovation ?

Pour la ligne 15 Sud, le choix du béton armé a prévalu. En revanche, sur la ligne 16, la politique d’innovation voulue par la Société du Grand Paris a permis d’ouvrir la voie. Celle-ci, dans son processus de passation des marchés, avait mis en place des leviers incitant les candidats à proposer des innovations et optimisations techniques ; le béton fibré a été proposé par plusieurs candidats comme solution variante pour les voussoirs.

 L’entreprise Salini Impregilo s’est inscrite dans ce processus de recherche d’innovation et d’optimisation technique. C’est elle qui a remporté le marché du lot 2 de la ligne 16.

Comment s’assurer que le béton fibré peut être utilisé dans les tunnels ferroviaires ?

L’accélération de l’utilisation des fibres dans les bétons en Europe et aux États-Unis  est liée à l’évolution de la réglementation. En France, le manque de retour d’expérience sur des projets réalisés en France ont conduit la Société du Grand Paris à travailler avec deux organismes indépendants, le CETU (Centre d'études des tunnels) et l’IFSTTAR (Institut français des sciences et technologies des transports, de l'aménagement et des réseaux). La Société du Grand Paris a mis autour de la table les différents acteurs qui sont tous tombés d’accord sur la nécessité de laisser sa chance au béton fibré.

Un benchmark international, confié à une société de conseil d’ingénierie, a été lancé. Après un tour du monde, il s’avère que le béton fibré est employé dans de nombreux pays pour construire des tunnels ferroviaires, mais aussi pour des tunnels routiers, où la problématique de résistance et de tenue au feu est pourtant encore plus sensible. Le contexte géologique a également été pris en compte et il s’avère que des voussoirs en béton fibré existent en  zones sismiques. Par ailleurs, on a noté qu’ils sont aussi utilisés pour des tunnels aux diamètres plus grands. Le Grand Paris Express n’est pas un tunnel routier, n’est pas construit en zone sismique et comprend des voussoirs moins grands que certains : l’emploi du béton fibré semble donc bien sécurisé.

Quelle est la suite ?

À la suite du partenariat de recherche et de développement engagé avec le CETU et l’IFSTTAR, des essais vont être réalisés pour déterminer très précisément les caractéristiques du béton (formule, dosage, nature des fibres…) en fonction du lot 2 de la ligne 16, en garantissant des performances au moins équivalentes à celles du béton armé.  Au regard de ces essais, le tunnelier qui creusera à partir de l’ouvrage Bel-Air, entre les gares de Clichy – Montfermeil et de Chelles, devrait poser les premiers voussoirs en béton fibré au printemps 2020.

Pour rappel, les travaux sur ce lot 2 de la ligne 16 intègrent la réalisation du génie civil des gares Aulnay, Sevran Beaudottes, Sevran – Livry et Clichy – Montfermeil ; d’un tunnel foré par deux tunneliers sur une longueur totale de 11,1 km ; du génie civil de 11 ouvrages annexes. La mise en service de ce tronçon est prévue à horizon 2024.

Pour le béton armé, le béton est coulé autour de cages d’armatures métalliques massives.
Au contraire, le béton fibré contient une multitude de morceaux de fibres métalliques de dimension centimétrique.