Pont - Définition

Classification

Classification selon la structure

Cinq classes

De l’analyse de l'anatomie de l'ensemble des structures dans le monde, il ressort qu’il y a fondamentalement trois types d'éléments structurants : ceux qui transfèrent les forces axialement, par flexion ou par courbure. Une membrure dans un treillis est un élément transférant axialement les efforts, une poutre est un élément de flexion et les arcs des ponts en arc ou les câbles des ponts suspendus sont des éléments de courbure. Chaque structure est une combinaison de ces trois types d'éléments. Certains éléments peuvent avoir un type comme fonction principale et l'autre comme secondaire, comme par exemple le tablier d'un pont à haubans. Il agit avant tout comme un élément de transmission de force axiale puisqu’il transmet des efforts aux haubans, mais les efforts des charges portées induisent également une déformation de cet élément par flexion.

Une première approche selon la nature des efforts transmis aux appuis ou aux culées conduit à classer les ponts en trois catégories :

• les ponts à câbles, présentant une composante horizontale de traction ;
• les ponts à poutres, exerçant une action verticale de compression sur leurs appuis ;
• les ponts en arc, présentant une composante oblique de compression tendant à éloigner la culée.

Une deuxième approche selon la nature des efforts dans l'élément structurel porteur conduit à classer les ponts en cinq catégories :

• ponts voûtés et ponts en arc : efforts de compression ;
• ponts à poutres : efforts de flexion ;
• ponts suspendus et ponts à haubans : efforts de traction.

Si, dans la plupart des cas, l'élément porteur est facilement identifiable (poutre, arc ou câble), il existe des ouvrages où les efforts peuvent se répartir entre plusieurs éléments porteurs appartenant à des classes différents. Il s'agit alors de structures composées. La passerelle des Arts à Paris par exemple est ainsi à la fois un pont en arc et un pont en poutre. Le pont de Lézardrieux dans sa version de 1925 était un pont suspendu rigidifié par des haubans.

Les cinq familles de ponts

Pont à voûtes

Pont en arc

Pont à poutres

Pont suspendu

Pont à haubans

Ponts voûtés

Les ponts voûtés sont des ponts appartenant à la classe des ponts en arc. Ils ont été construits en pierre pendant plus de 2 000 ans, ce qui leur a valu la dénomination usuelle de ponts en maçonnerie. Puis le béton armé a supplanté la pierre, mais rapidement les ponts métalliques, autorisant des plus grandes portées, ont remplacé les ponts voûtés qui ne sont restés cantonnés qu’aux faibles portées.

Plusieurs critères peuvent différencier les ponts voûtés : la forme de la voûte, le type d’appareillage de la voûte, le type d’avant-bec ou d’arrière-bec. Ainsi la voûte peut être en plein cintre (demi-cercle parfait), en arc de cercle (segment d’arc), en ogive, en anse de panier ou en ellipse. L’appareil de la voûte, c'est-à-dire le mode de construction de la voûte, peut être en pleine épaisseur, à plusieurs rouleaux, par redents, à anneaux juxtaposés. Les becs peuvent être triangulaires, en amande, rectangulaires, ou circulaires.

Les ponts voûtés couvrent les portées de 2 à 100 mètres. Pour les très petites portées, les ponceaux voûtés massifs et en plein cintre, essentiellement employés comme ouvrages de décharge hydraulique, sont des ouvrages plutôt rustiques, mais ils constituent une solution simple et robuste. Des ouvrages en voûte mince, constitués d'éléments préfabriqués en béton ou métalliques, sont souvent employés pour des ouvrages courants jusqu'à 9 mètres d'ouverture à condition que la hauteur de couverture du remblai reste inférieure à 7 mètres et que le rapport de leur hauteur à leur ouverture soit compris entre 0,6 et 1. Au-delà des ouvrages utilisés actuellement dans le domaine des ponts en arc sont en béton armé.

Le plus grand pont du Moyen Âge a été celui de Trezzo, en Italie, construit en 1377, dont l'ouverture de 72 mètres dépassait largement tout ce qui avait été fait jusque là. Il a été détruit au cours d'une guerre locale en 1416. Le pont de Vieille-Brioude sur l'Allier, en France, avec ses 54 mètres d'ouverture, est alors devenu, pour plus de quatre siècles, la plus grande voûte du monde. Il s'est effondré en 1822, par défaut d'entretien.

Au XX^e siècle, le plus grand pont en maçonnerie construit en Occident est le pont du Syratal à Plauen qui présente une portée de 90 mètres. Il dépasse de 5 mètres le pont Adolphe, dit pont de Séjourné, construit sous le règne du Grand-Duc Adolphe et mis en service en 1903. L’arrivée de nouvelles techniques de construction utilisant l’acier, comme les ponts suspendus ou les ponts en béton armé, sonne brutalement la fin de la construction des ponts en maçonnerie dans le monde occidental.

En Chine, des ponts en maçonnerie de grande portée ont encore été construits au XX^e siècle. Le record absolu est atteint en juillet 2000 avec le pont de Dahne, sur l'autoroute de Jin-Jiao, dans la province de Shanxi en Chine avec une portée de 146 mètres.

Ponts à poutres

Les ponts à poutres désignent tous les ponts dont l’organe porteur est une ou plusieurs poutres droites. Ils n’exercent qu’une réaction verticale sur leurs appuis intermédiaires ou d’extrémités et les efforts engendrés dans la structure sont principalement des efforts de flexion. Deux critères permettent de différencier les poutres : la forme ou le matériau, le croisement des deux permettant de déterminer un grand nombre de poutres. Il existe quatre formes de poutres : les poutres à âmes pleines, les poutres caissons, les poutres treillis et les poutres bow-strings. Le matériau de constitution de la ou des poutres peut être le métal, le béton armé, le béton précontraint, le bois ou, plus récemment, des matériaux composites.

Parmi les ponts à poutres en bois, les ponts couverts forment une particularité puisque une ossature en bois et un toit recouvrent entièrement l'ouvrage. Apparus au XII^e siècle, en Europe, principalement en Suisse, ainsi qu'en Asie, ils se sont essentiellement développés aux États-Unis et au Canada au XIX^e siècle.

Les poutres métalliques peuvent être positionnées sous la chaussée ou de part et d'autre de celle-ci. Les poutres à âme pleine sont actuellement les plus utilisées car leur fabrication est relativement aisée. Les poutres caissons ont une meilleure résistance à la torsion que les poutres à âme pleine. Les poutres en treillis, constituées de barres métalliques horizontales, verticales ou obliques, appelées membrures, étaient très utilisées au XIX^e siècle ou pour les ponts-rails. Elles ne sont aujourd’hui utilisées que lorsque les contraintes constructives ne permettent pas de mettre en place des poutres sous chaussée. Les poutres bow-strings ne doivent pas être confondues avec les poutres en treillis de hauteur variable. Extérieurement elles y ressemblent, mais il s’agit bien d’arc dont la poutre inférieure de liaison sert de tirant.

Les poutres en béton armé sont parallèles sous la chaussée, presque toujours à âme pleine, solidarisées transversalement par des voiles en béton armé formant entretoise. La couverture (le hourdis) est une dalle en béton armé qui joue le rôle de membrure supérieure de liaison des poutres. Selon les dimensions respectives et les modes de liaison de ces deux éléments, on distingue trois types de tabliers de ponts en béton armé : les tablier à hourdis nervuré, les tabliers tubulaires (il existe un hourdis inférieur en plus du hourdis supérieur, on peut aussi parler de caisson) et les tabliers en dalle pleine (il n’y a pas de poutre). Ces ponts sont coulés en place. Beaucoup de ponts à portée modérée franchissant routes et autoroutes sont de ce type.

Les poutres en béton précontraint sont utilisées pour construire des ouvrages dont la portée est au moins de 30 ou 40 mètres. La panoplie des solutions comporte : les dalles nervurées, les ponts à poutres précontraintes par post-tension, les ponts-caissons mis en place par poussage et enfin ceux construits en encorbellement, permettant d'atteindre couramment des grandes portées de l'ordre de 130 ou 140 mètres, mais dont le domaine d'emploi s'étend jusqu'à 200 mètres de portée principale et, exceptionnellement, jusqu'à 300 mètres.

Les ponts à poutres cantilever, c’est-à-dire comportant une travée en appui en porte-à-faux sur deux éléments de travées permettent des portées très importantes. Le plus grand pont à poutres est un pont cantilever métallique, le Pont de Québec, au Québec, construit en 1917 et détenant depuis cette date le record de portée avec 549 mètres. Le plus grand pont à poutres en béton précontraint est le pont de Shibanpe, construit en 2005 en Chine.

Pont en arc

Avec le perfectionnement des propriétés de l'acier et des capacités de calcul apparaissent les ponts en arc. Dans un pont en arc, la rivière ou la brèche est franchie en une seule fois par une seule arche alors que dans le pont à voûtes, le tablier repose sur des piles intermédiaires. Les ponts en arc associent la compression à la flexion. Ils se caractérisent par le fait qu’ils exercent sur les culées un effort oblique tendant à écarter les points d’appui. Ils peuvent être différenciés selon la nature des matériaux de l’ouvrage (métal, béton armé, bois), selon la structure ou selon la position du tablier (porté, suspendu ou intermédiaire).

La structure permet de différencier principalement trois types de ponts en arc :

• les ponts encastrés sur leurs points d'appui. Ces ouvrages ne peuvent être réalisés que si le sol est très résistant car ils exercent des poussées importantes sur leurs culées et le moindre déplacement de celles-ci met l’ouvrage en péril ;
• les ponts articulés aux deux points d'appui et au milieu de l'ouverture ;
• les ponts articulés aux deux points d'appui seulement.

Un autre type de ponts est apparu récemment : les ponts CFST (Concrete Filled Steel Tubular Arch Bridges) qui mixtent plusieurs types de structures et de matériaux. L’arc de ces ponts est constitué de treillis de tubes métalliques remplis de béton. Ils permettent des portées très importantes pour des ponts en arc puisque les plus grands dépassent 400 mètres de portée.

Le pont de Chaotianmen, en Chine, présentant un arc en treillis métallique, est le plus grand pont en arc avec une portée de 552 m. Il est suivi par le pont de Lupu, un pont dont l’arc est un caisson métallique, de portée 550 mètres.

Ponts suspendus

Les ponts suspendus se présentent sous la forme d'une structure comportant un tablier en acier ou en béton, assurant la continuité de la voie portée et la répartition des charges, et des organes porteurs : les suspentes, les câbles et les pylônes. Les suspentes supportent le tablier et transmettent les charges aux câbles porteurs. Ces derniers, d'allure parabolique, transmettent une réaction verticale sur les pylônes et des efforts de traction dans des câbles de retenue amarrés sur des massifs d'ancrages, excepté pour les ouvrages dits « auto-ancrés » où les câbles sont amarrés sur le tablier.

Dans le cas des ouvrages à travées multiples, les efforts de traction induits par les charges roulantes sont transmis jusqu'aux câbles de retenue par des câbles accrochés sur des selles ou des chariots mobiles en tête des pylônes et appelés « câbles de tête ». Dans le cas général, les câbles de retenue, situés entre les ancrages et les pylônes, ne supportent pas de charge. Les suspentes verticales peuvent être complétées par des haubans inclinés afin de réduire les déformations du tablier.

Les ponts suspendus permettent, grâce à leur principe de fonctionnement et aux qualités des matériaux employés, de franchir les portées les plus importantes. Le Pont Akashi-Kaikyō, un pont suspendu construit au Japon, est le pont ayant la plus grande portée au monde : 1 991 m.

Ponts haubanés

Les ponts à haubans se présentent sous la forme d'une structure comportant un tablier en acier ou en béton et des organes porteurs : pylônes, en acier ou en béton, travaillant en compression, et câbles inclinés, appelés haubans, travaillant à la traction.

Les ponts à haubans sont principalement différenciés selon leur nombre de pylônes. On distingue ainsi les ponts symétriques à trois travées, les ponts à pylônes uniques et les ponts à travées haubanées multiples. La première famille est la plus nombreuse. Dans de tels ponts les haubans les plus proches des culées sont appelés haubans de retenue. Ils donnent à l’ouvrage l’essentiel de sa rigidité. Dans le cas des ouvrages à pylônes uniques, celui-ci peut être central, encadré par deux travées d’égale longueur, ou bien en position décalée. L’ouvrage peut être entouré ou non de viaducs d’accès. Les structures haubanées à travées multiples permettent de limiter, par rapport à une solution plus classique, le nombre des fondations qui sont en général onéreuses.

Le viaduc de Millau est le pont avec le tablier haubané le plus long au monde : 2 460 mètres et sept pylônes. Il possède également le pylône le plus haut au monde (343 mètres) et le tablier le plus haut (270 mètres). Il franchit le Tarn en France. Le pont Rion-Antirion détient la deuxième plus grande longueur de tablier suspendu par haubans avec ses 2 352 mètres. Il franchit l’isthme de Corinthe près de Patras, Grèce. Le pont de Sutong, en Chine, détient quant-à lui la portée la plus longue au monde depuis le 30 juin 2008 : 1 088 mètres.

Plages de portées selon le type

Le graphique ci-contre présente les plages de portées pour lesquelles chacun des types de ponts présentés ci-dessus est le plus adapté. Il s'agit d'optima financiers, qui peuvent être remis en cause pour des raisons esthétiques ou techniques.

Les ponts à voûtes, ou ponts en maçonnerie, n'acceptent que des portées courtes puisque la voûte du pont de Trezzo, en Italie, construit en 1377 dont l’ouverture était de 72 mètres, détint le record du monde jusqu’au XIX^e siècle. Aujourd’hui le record est détenu par le pont de Danhe en Chine, avec une portée de 146 mètres et seulement 18 ponts en maçonnerie au monde ont une portée de plus de 100 mètres.

Le record mondial des ponts à poutres est quant à lui détenu par le pont Rio-Niterói au Brésil, construit en 1974, avec une portée de 300 mètres. En France, c'est le pont de Cornouaille à Bénodet (1972) qui détient le record avec 200 mètres de portée principale. Il s'agit du mode de construction le plus répandu pour la plage allant de 5 à 200 mètres de portée.

Particulièrement apte aux très grandes portées, le pont haubané n’est pas pour autant absent du champ des autres portées. Le record est détenu par le pont de Suzhou (ou pont de Sutong) avec 1 088 mètres.

De 100 mètres de portée jusqu'aux 1 991 mètres du pont du détroit d'Akashi (ou pont Akashi-Kaykio), le pont suspendu est incontournable, lorsqu'il est nécessaire de franchir de très grandes brèches.

Autres classifications

La voie portée peut être un critère de différenciation. On parle de pont-route ou pont routier, de pont-rail ou de pont ferroviaire, de passerelle, de pont-aqueduc, de pont-canal, etc.

La mobilité ou non de parties de l’ouvrage permet de différencier les ponts fixes et les ponts mobiles. Parmi ces derniers figurent les ponts levants, les ponts tournants ou les ponts transbordeurs dont la structure métallique permet de faire passer les véhicules et les personnes d'une rive à l'autre dans une nacelle par translation horizontale. Les ponts-levis et les ponts flottants entrent également dans la catégorie des ponts mobiles.

Un pont provisoire permet d'apporter une solution temporaire de franchissement d'un cours d'eau ou à la dénivellation d'un carrefour, relativement utilisé dans le domaine du génie militaire : les ponts Bailey ou certains « toboggans » en sont des exemples.

Un pont habité permettait au Moyen Âge à certains usagers de se loger, il assure plus généralement certaines fonctions liées à la ville.