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Le bois dans la construction d'infrastructures
La construction d'infrastructures compte parmi les plus gros émetteurs de CO₂ en Suisse. La cause principale en est l'utilisation de béton armé. En utilisant davantage de bois, la construction d'infrastructures pourrait contribuer à la décarbonisation. Les premiers bons exemples ont été construits. Mais il existe encore un grand potentiel de développement.
Dès 1998, Stefan Zöllig a démontré dans un rapport de base que le bois, en tant que matière première locale, était une alternative économique et écologique pour les ponts destinés à la faune. Plus de 20 ans plus tard, nous construisons de tels ouvrages en bois. Aujourd'hui, le bois est également utilisé avec succès pour les murs antibruit et d'autres ouvrages d'infrastructure. Nous sommes convaincus que le bois sera un jour utilisé de manière standard dans la construction d'infrastructures.
Timbatec s'engage dans des projets de recherche et au niveau politique pour que le bois soit davantage utilisé à l'avenir dans la construction d'infrastructures. Nous croyons que le cadre politique et les nouvelles connaissances issues de la recherche permettront au bois de percer dans le domaine des infrastructures.
Motion "Recherche et développement Innovation du matériau bois pour la construction d'infrastructures en vue d'une Contribution à la décarbonisation"
Le Conseil des Etats et le Conseil national ont adopté la motion "Recherche et innovation sur le matériau bois pour la construction d'infrastructures en tant que contribution à la décarbonisation". Le Conseil fédéral est maintenant chargé d'explorer les possibilités de décarbonisation de la construction d'infrastructures en collaboration avec les hautes écoles et les commissions de normalisation concernées. Il s'agit notamment d'examiner ou de viser à compléter ou à remplacer le béton armé par des matériaux stockant le CO₂. La recherche et l'innovation du matériau bois pour une large utilisation dans la construction d'infrastructures sont prioritaires.
Le bois comme réservoir de CO₂ - également dans la construction d'infrastructures ?
Le béton est de loin le matériau de construction le plus utilisé. En Suisse, nous en utilisons environ 40 millions de tonnes par an. Cela a une grande influence sur le climat. Avec des émissions annuelles de CO₂ d'environ 2,5 millions de tonnes, la production de ciment contribue à elle seule à plus de 5 pour cent des émissions nationales de CO₂.
Le bois, quant à lui, est un réservoir de CO₂. Un mètre cube de bois soulage l'atmosphère d'environ une tonne de CO₂, car les arbres, en grandissant, transforment le CO₂ en oxygène et en carbone grâce à la photosynthèse.
Dans chaque mètre cube de bois de construction est ainsi stockée environ une tonne de CO₂. Les constructions en bois deviennent ainsi un réservoir de CO₂ à long terme, car le CO₂ reste stocké dans le bois jusqu'à ce qu'il soit brûlé ou qu'il pourrisse. À ce moment-là, la quantité de CO₂ qui retourne dans l'air est exactement la même que celle qui a été stockée autrefois lors de la croissance du bois. Si le bois est réutilisé, le CO₂ reste stocké pendant un autre cycle de vie.
Stratégie de recherche et de mise en œuvre avec la Haute école spécialisée bernoise
Timbatec a élaboré une stratégie de recherche et de mise en œuvre en collaboration avec la Haute école spécialisée bernoise. Nous avons identifié neuf domaines dans lesquels le bois pourrait être davantage utilisé à l'avenir. Pour la construction d'infrastructures, dans le bâtiment mais aussi dans d'autres domaines comme le secteur routier, il existe aujourd'hui déjà différentes solutions avec des matériaux qui ne produisent pas de CO₂ lors de leur fabrication, mais qui le stockent, comme le bois par exemple. Des passages à faune, des murs antibruit ou des ponts perpendiculaires à l'axe sont déjà construits en bois.
Pour que le bois soit un jour utilisé dans les projets de construction de tunnels et de ponts pour charges lourdes, différentes questions de recherche doivent encore être résolues. Pour ce faire, nous sommes en contact étroit avec les principales universités.
La stratégie de recherche et de mise en œuvre de la Haute école spécialisée bernoise, sur les domaines possibles où le bois peut être utilisé à l'avenir et ainsi remplacer l'acier et le béton. La quantité de CO₂ ainsi économisée apporte une contribution considérable à la protection du climat.
Construirons-nous à l'avenir des ponts en bois pour des camions de 40 tonnes ?
Un grand potentiel d'utilisation du bois dans la construction d'infrastructures se trouve dans le secteur des ponts, en particulier des ponts sur les autoroutes. Le réseau des routes nationales suisses, long de 2255 kilomètres, compte 4270 ponts, soit environ deux ponts par kilomètre de route. La plupart d'entre eux sont construits en acier et en béton. En revanche, le bois n'est actuellement présent que dans trois pour cent environ de la structure porteuse. Pourtant, ce matériau polyvalent présente un grand potentiel, notamment pour la construction de ponts destinés à supporter des charges importantes, comme des camions de 40 tonnes.
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Des chercheurs de l'Institut pour la construction en bois, les structures porteuses et l'architecture (IHTA) de la Haute école spécialisée bernoise (HESB) élaborent, en collaboration avec des partenaires de l'économie, une étude de faisabilité sur la manière dont les ponts pour charges lourdes pourront à l'avenir être construits de manière standard en bois. Timbatec s'engage fortement dans ce projet, car nous sommes convaincus que de tels ponts pourront bientôt être réalisés.
Modèle de travail de l'étude de faisabilité
Les éléments de pont présentés sont prévus pour un pont perpendiculaire à l'axe. Cela permet par exemple de réaliser une route cantonale au-dessus d'une autoroute à 6 voies avec un appui central (2 x 22,5 mètres de portée comme poutre à deux travées et 40 tonnes de charge utile).
Les éléments individuels du pont mesurent environ trois mètres de long et sont constitués d'une section de caisson creux en panneaux de bois contreplaqué. La technologie TS3 relie les différents éléments du pont entre eux de manière rigide, ce qui augmente la rigidité à la torsion et permet aux différents panneaux d'interagir efficacement.
Les éléments du pont sont un modèle de travail qui permet d'évaluer plus directement les détails actuels afin de tester de nouvelles solutions dans le cadre du projet de recherche en cours.
Projet WHFF 2021.15
- Durée : janvier 2022 à juillet 2023
- Organisme de financement : Office fédéral de l'environnement,
- Promotion de la recherche sur les forêts et le bois WHFF
- Montant de l'encouragement : CHF 107'945.
- Direction du projet : HESB, Prof. Dr. Steffen Franke
- Principaux partenaires de mise en œuvre : TS3, Timbatec, VSL SA
Plus d'informations sur le projet www.bfh.ch/ahb
Le banc d'essai de longue durée installé dans la cour intérieure de la HESB à Bienne a constitué une étape importante dans le développement de la technologie TS3. Inauguré officiellement en mai 2018, il a été démonté trois ans plus tard, les connaissances nécessaires ayant été acquises. Dans l'esprit de l'économie circulaire, le bois lamellé-croisé du banc d'essai de longue durée a été réutilisé pour la construction des éléments du pont.
Inauguration de la maquette de travail d'un pont en bois pour charges lourdes
hbs holzBaumarktSchweiz, numéro 4/2022 – Construirons-nous à l'avenir de grands ouvrages d'infrastructure tels que des ponts d'autoroute en bois? En utilisant davantage le bois, la construction d'infrastructures pourrait contribuer à la décarbonisation. Des ponts pour charges lourdes avec des éléments à caisson creux précontraints permettraient de construire de grands ouvrages tels que des ponts d'autoroute et des viaducs. Un modèle de travail à cet effet se trouve depuis le 9 mai à Bienne. (Rapport en allemand)
Ponts autoroutiers – en bois?!
Wir Holzbauer, numéro 5.2022 – Pour l'ingénieur en construction bois Stefan Zöllig, la construction en bois doit continuer à prendre de l'ampleur, portée par des projets de recherche comme le pont à charge lourde en bois. Son dernier projet a été présenté et inauguré début mai dans le cadre de la quatrième conférence internationale sur les ponts en bois ICTB sur le campus de la HESB à Bienne, avec un premier modèle de pont. (Rapport en allemand)
Les économies de CO₂ seraient importantes
Bieler Tagblatt, numéro 10.05.2022 – Construction en bois : peut-on également construire des ponts en bois pour le trafic lourd? C'est la question que se pose un consortium de recherche de la Haute école spécialisée bernoise. Un modèle de travail de dix mètres de long a été présenté hier à Bienne. (Rapport en allemand)
Des ponts en bois pour la prochaine génération de voies d'infrastructures
VSS, Special Edition Ponts en bois, édition n° 7-8/2022 – Le matériau bois et sa multitude de produits et de technologies peuvent non seulement être utilisés pour des ponts destinés au trafic lent, mais offrent également un potentiel pour le trafic lourd. Désormais, des ponts en bois de grande portée avec une section en caisson creux et une précontrainte doivent servir au trafic lourd. Pour une Suisse climatiquement neutre en 2050, des réponses issues de la recherche et du développement sont nécessaires afin de présenter au secteur de la construction de nouvelles solutions performantes et climatiquement neutres.
Après le passage à faune, un pont autoroutier en bois
Holz-Zentralblatt, numéro 26/2022 – La construction d'infrastructures est l'un des plus gros émetteurs de CO₂ en Suisse. La cause principale est l'utilisation de béton armé. En utilisant davantage le bois, la construction d'infrastructures pourrait contribuer à la décarbonisation. Des ponts pour charges lourdes avec des éléments de caisson creux précontraints en bois pourraient également permettre la construction de grands ouvrages tels que des ponts d'autoroute et des viaducs. (Rapport en allemand)
Quelles sont les limites des ponts en bois ?
Les limites sont dans la tête. Aujourd'hui, le bois peut faire presque tout ce que l'acier et le béton peuvent faire. Les ponts en bois sont particulièrement efficaces pour des portées allant jusqu'à 30 mètres, c'est-à-dire exactement la zone que la plupart des ponts suisses enjambent. Les possibilités d'utilisation du bois dans la construction de ponts vont bien au-delà des portées habituelles.
Timbatec a déjà élaboré en 2005, en collaboration avec Kissling und Zbinden AG, les architectes Bauart et l'université technique de Graz, une variante en bois pour le pont sur l'Inn de Vulpera en Basse-Engadine, long de 240 mètres, dans le cadre d'un concours. Le concept est basé sur quatre arcs en caisson creux juxtaposés.
Un modèle de travail du pont en bois de Vulpera, long de 240 mètres, avec une portée d'arc de 120 mètres et une hauteur de 70 mètres.
La clairvoyance est de mise
Malheureusement, le projet n'a pas remporté les faveurs du jury. La planification du pont sur l'Inn a bien entendu répondu à toutes les exigences. Le jury a toutefois considéré qu'il y avait eu "dépassement des limites du projet adapté aux matériaux" - une déception pour l'équipe. Toutes les conditions techniques nécessaires à la réalisation de grands projets comme le pont sur l'Inn à Vulpera sont aujourd'hui réunies. Il ne manque que l'acceptation à grande échelle et la clairvoyance des décideurs. Les nouvelles idées doivent parfois attendre longtemps avant d'être mises en œuvre.
Infrastructure construite Projets en bois
Le bois est déjà utilisé aujourd'hui dans différentes constructions d'infrastructures. Les murs antibruit le long des voies ferrées, des autoroutes et des grandes routes font écran aux bruits gênants. Des ponts pour la faune permettent aux chevreuils et aux cerfs de traverser ces routes. Et les ponts en bois existent déjà depuis plusieurs centaines d'années. Nous présentons des constructions d'infrastructures réussies.
Pont pour la faune Rynetel
Premier pont en bois pour la faune sauvage en Suisse
Lorsque les chevreuils traverseront l'autoroute A1 pour s'accoupler à partir de l'été 2021, ils ne remarqueront pas qu'ils passent sur le premier pont en bois pour animaux sauvages de Suisse. Pour eux, il est important que leurs territoires situés de l'autre côté de l'autoroute soient à nouveau accessibles. Comme les voies de communication coupent les habitats de la faune sauvage, l'Office fédéral de l'environnement définit des corridors faunistiques d'importance suprarégionale. Les ponts traditionnels pour la faune sont des constructions en béton armé. Ils servent aux animaux, mais sont tout sauf respectueux du climat. Il est tout à fait possible de combiner ces deux aspects environnementaux : Le corridor "AG6" relie la région du Jura au Plateau et passe au-dessus de l'A1 entre Gränichen et Suhr. Ici, la construction en bois de 50 mètres de large permet désormais aux animaux sauvages de traverser l'autoroute en toute sécurité.
Bois suisse
Pour la fabrication des 156 poutres en arc, la société Hüsser Holzleimbau AG de Bremgarten a transformé environ 850 mètres cubes de bois de construction. Une grande presse à encoller a pressé les planches d'épicéa dans la forme souhaitée jusqu'à ce qu'elles soient indéformables après le durcissement de la colle RF.
Plus de 1000 tonnes de CO₂ économisées
Un mètre cube de bois allège l'atmosphère d'environ une tonne de CO₂, car les arbres transforment le CO₂ en oxygène et en carbone lors de leur croissance grâce à la photosynthèse. En revanche, la fabrication d'un mètre cube de béton armé génère environ 500 kilogrammes de CO₂. La réalisation de la passerelle pour animaux sauvages en béton aurait entraîné une émission de 480 tonnes de CO₂ lors de la fabrication, du montage et du transport. Avec la variante en bois, la production du bois lamellé-collé et la fabrication des articulations en acier n'ont émis que 182 tonnes de CO₂.
Parallèlement, le bois mis en œuvre stocke 775 tonnes de CO₂ grâce à la photosynthèse. En net, 593 tonnes de CO₂ sont stockées dans le pont à gibier Rynetel. La différence entre la variante bois et la variante béton est donc de 1073 tonnes de CO₂. Cela correspond aux émissions de plus de trois millions de kilomètres en voiture. Le bois a donc clairement une longueur d'avance sur la question climatique. Si nous voulons atteindre les objectifs climatiques de Paris, nous devons renoncer à l'acier et au béton. Le pont pour animaux sauvages, avec sa superstructure en bois, est un premier pas dans cette direction.
Comparaison des émissions de gaz à effet de serre de la couverture en bois avec celles d'une couverture en béton. La comparaison a porté sur l'ouvrage de franchissement sans fondations et sans superstructures, sur la base de l'avant-projet. Calcul selon KBOB 2009/1:2022. La couverture en béton a été calculée selon l'avant-projet avec une surface de section de 28.64 m² et une longueur moyenne de 73.19 m, épaisseur au sommet 40 cm. Cela donne 2400 t de béton et 144 t d'acier d'armature. Le recouvrement en bois a été calculé comme réalisé avec 382 t de bois lamellé-collé et 54 t d'articulations en acier.
Construction et montage
Les 850 mètres cubes de bois de construction pour le passage à faune de Suhr ont poussé dans la forêt suisse en 3 heures et 26 minutes, en tenant compte de l'essence et des chutes de bois. A partir de là, 156 arcs en bois lamellé-collé ont été préfabriqués et collés de manière indéformable.
Les poutres, qui pèsent chacune deux tonnes, ont une portée de 17,4 mètres, une section de 24 par 76 centimètres et sont montées sur les murs en béton coulé sur place à l'aide d'articulations en acier.
Au sommet, la construction est recouverte de 70 centimètres de terre et de gravier d'infiltration, tandis qu'au niveau des murs extérieurs et de l'appui central (à droite sur la photo), la couche de terre fait plus de 4 mètres de haut !
Une protection anti-éblouissement de deux mètres de haut délimite le pont. Sur le côté du pont, la protection contre l'éblouissement est reliée à la clôture à gibier afin d'empêcher les animaux de pénétrer sur l'autoroute. La protection contre l'éblouissement est un élément important qui protège de la lumière des phares afin que les animaux puissent traverser le pont sans être dérangés.
Le montage des poutres a été effectué exclusivement de nuit. Pendant 24 nuits, de 21h30 à 5h du matin, la circulation a été réduite à une voie dans chaque sens et regroupée sur une seule voie. Les travaux ont ainsi pu être effectués au-dessus de l'autre voie. Une fermeture totale de l'autoroute a été exclue dès le début.
Le bois est la meilleure solution
Lors de la phase d'avant-projet du pont pour animaux sauvages de Rynetel, le maître d'ouvrage et l'équipe de planification ont comparé les réalisations en béton et en bois. Outre l'aspect économique, la construction devait nécessiter peu d'entretien, être résistante et durer 100 ans. Une extension ultérieure de l'autoroute de deux à trois voies doit être possible et la fluidité du trafic sur l'autoroute doit pouvoir être garantie à tout moment, même pendant la construction. Ces exigences ne posent aucun problème au bois.
Données de construction
- Portées : 2 x 17.4 mètres
- Longueur : 35.6 mètres (perpendiculairement à la chaussée)
- Largeur : 54 mètres (dans le sens de la longueur par rapport à la chaussée)
- Surface du pont : 1'922 m2
- Bois de construction : 850 m3 Épicéa
- Origine Suisse
Coûts de construction
- 13,9 millions de francs
Prestations de Timbatec
- SIA Phase 31 Avant-projet
- SIA Phase 32 Projet de construction
- SIA phase 41 Appel d'offres et comparaison des offres
- SIA phase 51 Projet d'exécution
- SIA Phase 52 Exécution
- SIA phase 53 Mise en service
- Planification spécialisée de la protection incendie
Maître d'ouvrage
Bundesamt für Strassen ASTRA
4800 Zofingen
Construction en bois
Häring AG
5074 Eiken
Photographie
NILS SANDMEIER
2501 Biel/Bienne
Planification
Ingenieurgemeinschaft WUEF;
Bänziger Partner AG, 5400 Baden et
Timbatec Holzbauingenieure
Maître d'ouvrage
Aravia Bau AG
5303 Würenlingen
Fournisseur bois lamellé-collé
Hüsser Leimbau AG
5620 Bremgarten
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Pont pour la faune de Neuenkirch
Pont pour animaux sauvages en bois local
A Neuenkirch, l'Office fédéral des routes OFROU a construit le deuxième passage à faune avec une couverture en bois après celui de Rynetel. Comme pour l'ouvrage de Rynetel, les travaux de montage à Neuenkirch ont dû être effectués de nuit. Pendant dix nuits, des charpentiers ont monté les poutres en bois de 17,5 mètres de long, 1,24 mètre de haut et pesant 8 tonnes.
Environ 2500 mètres cubes, en grande partie du bois d'épicéa de l'Entlebuch, ont été utilisés à cet effet. Le fait que le bois ait été coupé dans les forêts environnantes et transformé dans des entreprises régionales est un avantage pour l'économie locale. L'environnement aussi s'en réjouit. En effet, d'un point de vue écologique, le bois local est nettement plus avantageux que le bois provenant de l'étranger.
Construction et montage
A Neuenkirch également, le pont a été entièrement monté de nuit pour assurer le fonctionnement de l'autoroute. Pendant 21 nuits, la police a dévié la circulation sur la voie opposée afin que les voies de circulation situées sous le viaduc puissent être utilisées pour les travaux de montage.
En comparaison avec le viaduc de Rynetel, les éléments de construction en acier coûteux ont pu être fortement réduits. Sur les culées et le mur central en béton coulé sur place reposent des traverses en chêne (en jaune) et des bois de contact horizontaux, également en chêne, pour le stockage des poutres en épicéa de 17 mètres de long et pesant environ 8 tonnes.
Les poutres en bois lamellé-collé GL24k sont conçues comme des poutres à travée unique avec une surélévation de 10 centimètres. Elles présentent des dimensions de 720 x 1240 millimètres et sont disposées à une distance de saut d'environ 1,15 mètre. La structure porteuse secondaire est composée de panneaux en contreplaqué de 100 millimètres d'épaisseur, fixés directement sur les longerons et servant de support à l'étanchéité multicouche.
Pour l'ouvrage de Neuenkirch également, plusieurs couches destinées à assurer l'étanchéité et la protection contre les racines recouvrent la structure porteuse en bois. Contrairement au viaduc de Rynetel, les portails ont pu être réalisés sans talus. La protection contre l'éblouissement a été directement intégrée dans la conception des portails et montée sur le parapet.
Aujourd'hui, les automobilistes qui empruntent l'A2 entre Sursee et Lucerne passent devant le pont de la faune juste après l'aire d'autoroute de Neuenkirch, souvent sans même se rendre compte des matériaux utilisés pour sa construction.
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Données de construction
- largeur 50 mètres
- longueur 36 mètres
- Hauteur libre 4.80 mètres
- 2500 m3 Bois d'épicéa de la région
Coûts de construction
- CFC 1-9 : 10.7 millions de francs
- CFC 214 : env. 2.7 millions de francs
- Honoraires de planification : 198'000.francs (en tant que sous-planificateur de l'ingénieur civil)
Prestations de Timbatec
- SIA Phase 31 Avant-projet
- SIA phase 32 Projet de construction
- SIA phase 41 Appel d'offres et comparaison des offres
- SIA phase 51 Projet d'exécution
- SIA Phase 52 Exécution
- SIA phase 53 Mise en service
- Statique et construction
- Estimation des coûts
- Direction technique des travaux et contrôles de chantier
Maître d'ouvrage
Bundesamt für Strassen ASTRA
4800 Zofingen
Ingénieur construction en bois
Timbatec Holzbauingenieure (Schweiz) AG Bern
3012 Bern
Construction en bois
HUSNER AG Holzbau
5070 Frick
Ingénieur civil
IG 2B Ingenieurgemeinschaft
3000 Bern 15
GU/TU
Anliker AG
6021 Emmenbrücke
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Nous sommes convaincus que le matériau bois fera son entrée dans la construction d'infrastructures, car il s'agit de la variante la plus écologique. C'est pourquoi nous développons en permanence de nouvelles solutions de construction avec nos partenaires, calculons la statique et assurons la protection incendie des bâtiments d'infrastructure. Si l'on veut aujourd'hui contribuer à la protection du climat, on construit aujourd'hui avec du bois, y compris dans le domaine des infrastructures.