Pont en arc

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Ponts en arc dans le centre-ville d'Amsterdam.

Un pont en arc est un pont, à savoir une construction qui permet de franchir une dépression ou un obstacle (cours d'eau, voie de communication, vallée, ravin, canyon), dont la ligne de la partie inférieure (intrados), est en forme d'arc. Dans ces ponts, l'ensemble des charges permanentes ou temporaires appliquées au pont est repris dans l'arc en compression pour être transféré sur les appuis en rives, les culées.

Classification[modifier | modifier le code]

Les ponts à voûtes[modifier | modifier le code]

Les ponts à voûte font partie de la famille des ponts en arc, par leur forme, mais ils constituent une famille à part, autant par leur calcul, qui relève de la théorie des voûtes, que par leur procédé de construction. Leur appellation usuelle est pont en maçonnerie, le matériau les constituant l'ayant emporté dans la dénomination.

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[1]. Des ouvrages en voûte mince, constitués d'éléments préfabriqués en béton ou métalliques, sont souvent employés pour des ouvrages courants jusqu'à 9 m d'ouverture à condition que la hauteur de couverture du remblai reste inférieure à 7 m 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[1].

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[2]. Le bandeau de la voûte peut être extradossé à pierres rayonnantes, à double rouleau, bloqué, à double rouleau non extradossé, en tas de charge, avec platebande en tas de charge[2]. Les becs peuvent être triangulaires, en amande, rectangulaires, ou circulaires[3].

Classement selon la forme de la voûte[modifier | modifier le code]

Type d'ouvrage Schéma Photo Commentaire
Arc en plein cintre
Pont-voûte-plein-cintre.svg
Vieux pont de Gien (7).JPG
Vieux pont de Gien
L'arc de plein cintre est composé d'un demi-cercle complet, c'est le type de voûte le plus rencontré, présent dans environ 67 % des ponts ferroviaires en maçonnerie du réseau français. Les voûtes peuvent être surhaussées (c'est le cas pour le vieux pont de Gien), outrepassées (légère extension du demi-cercle) ou bombées (légère diminution du demi-cercle. Les Romains utilisèrent quasi exclusivement ce type de voûte[4].
ogival
Pont-voûte-ogive.svg
Limoges Pont Saint-Martial.jpg
Pont Saint-Martial
L'ogive est formée de deux arcs de cercle qui se coupent à la clef, on dit également arcs brisés. La forme est très ancienne mais c'est au Moyen Âge qu'elle fut largement employée, car elle présente entre autres l'avantage de réduire les efforts horizontaux, et facilite ainsi la construction arche par arche dans le cas de ponts à travées multiples[5].
arc de cercle
Pont-voûte-arc-cercle.svg
Invalides-bridge.jpg
Pont des Invalides
Ces voûtes sont conçues à l'aide d'un arc de cercle inférieur à un demi-cercle. Le surbaissement des voûtes se développa à partir du XVIe siècle ; toutefois, c'est au XVIIIe siècle et sous l'influence de Jean-Rodolphe Perronet que les voûtes des ponts en maçonnerie devinrent beaucoup plus surbaissées qu'auparavant et les piles s'affinèrent de façon à favoriser l'écoulement des eaux[6].
anse de panier
Pont-voûte-anse-panier.svg
Pont de Tolbiac Paris FRA 002.JPG
Pont de Tolbiac
Très proche de l'ellipse, la voûte en anse de panier est composée d'un nombre impair d'arcs de cercle successifs dont les rayons varient au droit de la clef. Les concepteurs optaient généralement davantage pour ce type de voûte qui était plus facile à tracer que la forme elliptique. Elle possède également l'avantage de laisser passer un plus grand volume d'eau[7].

Les ponts en arc[modifier | modifier le code]

Pont en arc

Avec le perfectionnement des propriétés de l'acier et des capacités de calculs apparurent les ponts en arc. Généralement, 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. Le pont en arc associe 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[8] :

  • 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 dans les années 1990 en Chine : 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 m de portée[9].

Critère Type d'ouvrage Élévation Exemple Descriptif
Position
relative du tablier
tablier suspendu
ou
tablier inférieur
Pont-arc-béton-suspendu.svg
Elgin Bridge 4, Dec 05.JPG
Pont Elgin
Le tablier peut-être suspendu à l'arc à l'aide d'un système de suspentes reliant les deux éléments par l'intermédiaire de nœuds d'extrémité communs. Différents types de suspentes peuvent-être employés : câbles ou barres métalliques, potelets en béton armé, poutres en bois.
tablier intermédiaire
Pont-arc-métallique-intermediaire.svg
La Conner 32328.JPG
La Conner's Rainbow bridge
Les ponts à tabliers intermédiaires ont l'avantage d'autoriser de grands gabarits fluviaux ou maritimes, et dans le cas où les pieds d'arc se situent sur la rive de l'obstacle à franchir, cela minimise grandement le risque d'éventuels chocs avec des bateaux dans des zones à fortes navigations, comme ce fut malheureusement le cas pour le pont de Tjörn en Suède.
tablier porté
ou
tablier supérieur
Pont-arc-béton-supérieur.svg
Bloukrans Bridge.jpg
Pont de Bloukrans
Particulièrement adaptés au franchissement de brèches profondes où il n'est pas concevable de construire d'appuis intermédiaires, les ponts en arc à tabliers portés doivent cependant disposer de supports extrêmement stables pour transmettre tous les efforts de flexion au sol.
Matériau Acier
Pont-arc-métallique-suspendu.svg
Aggersundbroen1.jpg
Aggersundbroen
L'acier autorise une grande liberté au niveau architectural, ainsi, des constructions tout à fait particulières ont vu le jour à l'exemple des ouvrages de l'architecte Santiago Calatrava.

De plus, les plus grandes portées sont réalisées avec l'acier, le pont de Chaotianmen avec sa structure triangulée, atteint la portée record de 552 m[10].

Béton armé
Pont-arc-béton-intermediaire.svg
Pont sur la Seine, Saint-Pierre-du-Vauvray 01 09.jpg
Pont de Saint-Pierre-du-Vauvray
Le béton est le matériau le plus économique pour les ponts en arc dont la plage de portées s'étend de 35 à 200 m, les formulations de plus en plus sophistiquées permettent d'affiner les ouvrages pour des questions esthétiques et dans le but de réduire les quantités nécessaires, favorisant davantage ces économies et la mise en œuvre des différents éléments[11].
Pont CFST
Pont-CFST.svg
Hubei-S334-Liantuo-Bridge-4886.jpg
Pont de Liantuo
Les arcs des ponts CFST sont des tubes en acier remplis de béton. Le béton à l’intérieur du tube d’acier empêche celui-ci de flamber, tandis que le tube d'acier renforce le béton pour résister à des contraintes de tension et améliore sa résistance à la compression et la ductilité. Ce type de pont est apparu en Chine en 1990. En mars 2005, 229 ponts en arc CFST de plus de 50 mètres de portée avaient été construits ou étaient en construction en Chine[12],[11].
Bois
Pont-arc-bois.svg
Kintai bridge.jpg
Kintai kyo
Matériau écologique et particulièrement esthétique, le bois s'adapte bien aux ponts en arc du fait de sa bonne résistance en compression. L'ossature de ces ouvrages peut être très variée : poutres cintrées, structures triangulées, en bois massif, en lamellé-collé, avec une large gamme d'essence disponible. Leur plage de portées s'étend généralement jusqu'à 60 m[13].
Nombre d'articulations Deux
Pont-arc-métallique-supérieur.svg
France Cantal Viaduc de Garabit 05.jpg
Viaduc de Garabit
Les articulations autorisent des déplacements latéraux et verticaux des structures, cela accorde alors une certaine souplesse à l'ensemble. Elles sont employées par exemple sur les ouvrages en arc ferroviaires et plus particulièrement sur les lignes à grande vitesse (LGV) qui conduisent à des sollicitations beaucoup plus importantes dans les différents éléments du pont. Dans le cas de ponts en béton, une articulation à la clef évitera l'apparition de fissures si des tassements surviennent aux appuis[14],[15].
Trois
Pont-arc-trois-articulations.svg
Viaduc du Viaur vue from west 02 08.jpg
Viaduc du Viaur
Cas particuliers Pont lenticulaire
Pont-lenticulaire.svg
Royal Albert Bridge -Saltash -England-17Dec2009.jpg
Royal Albert Bridge
Ces ouvrages disposent de deux structures porteuses en arc opposées l'une face à l'autre, rappelant la forme d'une lentille convexe[16],[17]. Certains possèdent uniquement une arche inférieure en position retournée placée sous le tablier comme c'est le cas pour le pont de Shiosai au Japon[18].
Pont bow-string
Structure de pont bow-string à arc central-vierge.svg
Viaduc-de-Briare (16).JPG
Viaduc de Briare
Des tirants rejoignent les deux extrémités de l'arc et reprennent en grande partie les efforts de flexion. À la différence des ponts en arc, les ponts de type bow-string transmettent des efforts verticaux sur leurs appuis[19], ils sont donc souvent classés parmi les ponts à poutre, on peut trouver par ailleurs la dénomination poutre bow-string. Ces ouvrages peuvent être métalliques ou en béton, ils s'adaptent à de nombreux domaines : ponts routes, ponts ferroviaires, passerelles.
Schéma avec représentation des différents ponts en arc.

Histoire[modifier | modifier le code]

Le pont du Gard est un pont en maçonnerie sur trois niveaux construit à l'époque romaine.

Ponts en maçonnerie[modifier | modifier le code]

Ce type de pont remonte à l'Antiquité. Plus tard, les Romains ajoutèrent du ciment à leurs constructions. Les Romains ne réalisèrent pas que des ponts en demi-cercles, mais aussi des ponts plus longs, fins et elliptiques sont aussi possibles. Plusieurs de ces anciens ponts sont toujours debout de nos jours.

Ponts en bois[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Pont en bois.

Le pont de Trajan sur le Danube est représenté sur la colonne Trajane.

Ponts métalliques[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Pont métallique.

Ponts en béton armé[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Pont en béton armé.

Le pont Camille-de-Hogues est un des premiers ponts en arc construit en béton armé en 1900, à Châtellerault.

Conception[modifier | modifier le code]

Fonctionnement et descriptif[modifier | modifier le code]

Les ponts voûtes[modifier | modifier le code]

Pont de la Planche à Liré (Maine-et-Loire).

L'ensemble des charges est reporté sur les voûtes qui les transmettent aux culées, ces forces sont généralement verticales et dirigées vers le bas. Les ponts en arc sont ainsi constamment comprimés. la pierre étant un matériau incompressible, facilement disponible et durable, les ponts voûtés furent les premiers à être imaginés. Ils résistent à la flexion et à la compression et le poids est reparti sur ses poutres.

Viaducs[modifier | modifier le code]

Par endroits, il est nécessaire d'enjamber un espace large à une altitude relativement élevée, comme quand un approvisionnement en eau doit enjamber une vallée. Plutôt que construire des voûtes extrêmement grandes ou des colonnes de support gigantesques, une série de structures arquées est érigée, plaçant les voûtes les unes sur les autres, les plus larges à la base. Les ingénieurs romains ont développé ce type de construction en utilisant seulement les matériaux, l'équipement, et les mathématiques simples de l'époque. Ce type de construction est encore utilisé pour des viaducs ou des chaussées, car il a une forme visuellement agréable, en particulier pour enjamber des cours d'eau, où les reflets donnent l'impression de voir des cercles ou des ellipses.

Construction[modifier | modifier le code]

Les ponts en arc les plus longs[modifier | modifier le code]

La portée, distance entre les piles de la travée principale, est l'indicateur servant à classer les ponts en arc. Le pont de Chaotianmen, situé à Chongqing, en Chine, est, avec ses 552 mètres de portée, le pont en arc le plus long au monde. Il devance le pont de Lupu, situé à Shanghai, qui détenait l'ancien record avec 550 mètres.

Les dix ponts en arc ayant les plus longues portées sont les suivants.

Rang Nom Portée mètres Longueur
(mètres)
Matériau de l’arc Terminé en Lieu Pays
Chaotianmen Yangtze River Bridge.JPG 1 Pont de Chaotianmen 552 1741 acier 2009[20] Chongqing (centre urbain)
29° 35′ 20″ N, 106° 34′ 39″ E
Drapeau de la République populaire de Chine Chine
Lupu Bridge, Huangpu River.JPG 2 Pont de Lupu 550 3900 acier 2003 Shanghai (centre urbain)
31° 11′ 26″ N, 121° 28′ 33″ E
Drapeau de la République populaire de Chine Chine
New River Gorge Bridge West Virginia 244750516.jpg 3 New River Gorge Bridge 518 924 acier 1977[21] Fayetteville (Virginie-Occidentale)
38° 04′ 15″ N, 81° 04′ 48″ O
Drapeau des États-Unis États-Unis
Bayonne Bridge Collins Pk jeh-2.JPG 4 Bayonne Bridge 504 1761 acier 1931 Kill Van Kull (New Jersey, New York)
40° 38′ 31″ N, 74° 08′ 31″ O
Drapeau des États-Unis États-Unis
SydneyHarbourBridge1 gobeirne.jpg 5 Harbour Bridge 503 1149 acier 1932 Sydney
33° 51′ 09″ S, 151° 12′ 38″ E
Drapeau de l'Australie Australie
YangtzeRiverBridge.jpg 6 Pont de Wushan 460 612 acier/béton 2005 Wushan (Chongqing)
31° 03′ 40″ N, 109° 54′ 23″ E
Drapeau de la République populaire de Chine Chine
Zhijinghe River Bridge-1.jpg 7 Pont de Zhijinghe 430 547 acier/béton 2009 Dazhipingzhen (Hubei)
30° 38′ 29″ N, 110° 11′ 37″ E
Drapeau de la République populaire de Chine Chine
Bridge at Guangzhou-2.jpg 8 Pont de Xinguang 428 782 acier 2008 Guangzhou (Guangdong)
23° 03′ 10″ N, 113° 19′ 18″ E
Drapeau de la République populaire de Chine Chine
Wanxian Yangtze River Bridge.JPG 9 Pont de Wanxian 420 864 béton 1997 Wanzhou (Chongqing)
30° 45′ 36″ N, 108° 25′ 11″ E
Drapeau de la République populaire de Chine Chine
Caiyuanba bridge.jpg 10 Pont de Caiyuanba 420 1741 acier 2007[22] Chongqing (centre urbain)
29° 32′ 38″ N, 106° 32′ 52″ E
Drapeau de la République populaire de Chine Chine

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a et b Anne Bernard-Gély, Jean-Armand Calgaro - Conception des ponts 1994, p. 40
  2. a et b Marcel Prade - Les Ponts, Monuments historiques 1986, p. 20
  3. Marcel Prade - Les Ponts, Monuments historiques 1986, p. 32
  4. Eugène Viollet-le-Duc, Dictionnaire raisonné de l’architecture française du XIe au XVIe siècle, , Tome 1 - Arc, consultable sur Wikisource
  5. Eugène Viollet-le-Duc, Dictionnaire raisonné de l’architecture française du XIe au XVIe siècle, , Tome 6, Ogive, consultable sur Wikisource
  6. [PDF]Ministère des Transports, Direction des routes, « Les ponts en maçonnerie, constitution et stabilité », sur Publications et logiciels du SETRA, (consulté le 14 avril 2010)
  7. J. B. Berard, Statique des voûtes, Paris, Courcier, , consultable sur Books.google.fr , p.137
  8. Jean Resal (1885), tome I, p 309
  9. (en) « Examples of Concrete Filled Steel Tubular Arch Bridges », sur Congrès internationaux sur les ponts en arc (consulté le 17 mars 2010)
  10. « Le pont de Chaotianmen », sur http://fr.structurae.de (consulté le 30 mars 2010)
  11. a et b (en)[PDF]Baochun Chen, « An overview of concrete and CFST arch bridges in China », sur site de l’université de Fuzhou (Chine) consacré aux ponts en arc, (consulté le 28 mars 2010)
  12. (en)[PDF]Baochun Chen, « New development of long span CFST arch bridges in China », sur site de l’université de Fuzhou (Chine) consacré aux ponts en arc, (consulté le 28 mars 2010)
  13. Jacques Berthellemy, Vincent Barbier, « Les ponts en bois : points de repère sur un matériau mal connu. », sur http://www.piles.setra.equipement.gouv.fr/ (consulté le 22 septembre 2018)
  14. « Les ponts de Robert Maillart » (consulté le 1er avril 2010)
  15. Thierry Couet, « Le viaduc du Viaur » (consulté le 1er avril 2010)
  16. (en) Thomas Boothby, « Designing American Lenticular Truss Bridges 1878–1900 », sur http://www.historycooperative.org (consulté le 30 mars 2010)
  17. (en) « Berlin Iron Bridges in Connecticut », sur Public Archaeology Survey Team, Inc. (consulté le 30 mars 2010)
  18. « Le pont Shiosai », sur http://fr.structurae.de (consulté le 30 mars 2010)
  19. [PDF]« Typologie IQOA des ouvrages et critères dimensionnels », sur Plateforme ouvrages d'art PILES du SETRA (consulté le 22 septembre 2018)
  20. (en) « Annonce d'ouverture du pont de Chaotianmen en mai 2009 », sur Chongqingnews.net (consulté le 15 mai 2010)
  21. (en) « New River Gorge Bridge », sur National Park Service, U.S. Department of the Interior (consulté le 30 mai 2010)
  22. (en)[PDF]« Design and construction of Caiyunba Yangtze river bridge in Chongqing », sur Université de génie civil de Fuzhou, Arch-bridges.cn (consulté le 15 mai 2010)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Bibliographie[modifier | modifier le code]

De très nombreux ouvrages ont été écrits sur les ponts. La liste ci-après recense les plus significatifs et ceux qui ont servi de source à l'article.

Histoire[modifier | modifier le code]

  • Mao Yisheng, Les Ponts de Chine, Beijing (Chine), Éditions en langues étrangères, 1980.
  • Sous la direction de Guy Grattesat, Ponts de France, Paris, Presses des Ponts et Chaussées, , 294 p. (ISBN 2-85978-030-0)
  • Jean Mesqui, Le Pont en France avant le temps des ingénieurs (Grands manuels Picard), Paris, Picard, 1986, 304 p., 300 ill.
  • Marcel Prade, Les Ponts, Monuments historiques, Poitiers, Brissaud, (ISBN 2-902170-54-8)
  • Marcel Prade, Ponts et Viaducs au XIXe siècle, Poitiers, Brissaud, , 407 p. (ISBN 2-902170-59-9)
  • Marcel Prade, Les grands ponts du Monde, Poitiers, Brissaud, (ISBN 2-902170-68-8)
  • Marcel Prade, Ponts remarquables d'Europe, Poitiers, Brissaud, (ISBN 2-902170-65-3)
  • Bernard Marrey, Les Ponts modernes - XXe siècle, Paris, Picard, , 280 p. (ISBN 27084-0484-9)
  • Angia Sassi Perino, Giorgio Faraggiana, Les ponts, Paris, Gründ, , 184 p. (ISBN 2-7000-2640-3)

Conception[modifier | modifier le code]

  • Encyclopédie pratique du Bâtiment et des Travaux Publics - Tome I, Paris, Librairie Aristide Quillet, , 989 p.
  • Encyclopédie pratique du Bâtiment et des Travaux Publics - Tome II, Paris, Librairie Aristide Quillet, , 1035 p.
  • Encyclopédie pratique du Bâtiment et des Travaux Publics - Tome III, Paris, Librairie Aristide Quillet, , 1016 p.
  • Roger Valette, La Construction des ponts., Paris, Dunod, 1958.
  • Derrick Beckett, Bridges, Londres, Paul Hamlyn, 1969.
  • Les Ponts en maçonnerie, Bagneux, ministère des Transports, Direction des routes, , 333 p.
  • Guy Grattesat, Conception des ponts, Eyrolles,
  • J.A. Calgaro, M. Virlogeux, Projet et construction des ponts, Paris, Presses des Ponts et Chaussées,
  • Anne Bernard-Gély, Jean-Armand Calgaro, Conception des ponts, Paris, Presses des Ponts et Chaussées, , 360 p. (ISBN 2-85978-215-X)
  • Jean-Armand Calgaro, Projet et construction des ponts, Paris, Presses des Ponts et Chaussées, , 458 p. (ISBN 2-85978-327-X)
  • Guide technique, Cours d'eau et ponts, Bagneux, SETRA, , 170 p. (ISBN 978-2-11-094626-3)

Ponts en maçonnerie[modifier | modifier le code]

  • Tony, Fontenay, Prince Lubomirski, Construction des viaducs, ponts-aqueducs, ponts et ponceaux en maçonnerie, Paris, Carilian-Goeury & Victor Dalmont, 1852.
  • Eugène Degrand, Jean Resal, Ponts en maçonnerie - tome 2 - Construction, Paris, Baudry et Cie, , 662 p.
  • Fernand de Dartein, Études sur les ponts en pierre remarquables par leur décoration antérieurs au XIXe siècle., Paris, Librairie polytechnique Beranger,
  • Paul Séjourné, Grandes voûtes, Bourges, Impr. Vve Tardy, 1913-1916.
  • Auguste Jouret, Paul Séjourné, Lyon, Impr. réunies, s.d. v. 1946.

Ponts en béton ou en acier[modifier | modifier le code]

  • François Lebrun, Traité pratique de l'art de bâtir en béton., Paris, Carillan-Goeury, 1843.
  • J. Mathivat, Construction par encorbellement des ponts en béton précontraint, Eyrolles,
  • J. Chatelain et J. Bruneau, Les joints de voussoirs dans les ponts en béton précontraint, Annales de l’IBTP,
  • Précontrainte extérieure - Guide technique, Bagneux, SETRA, (ISBN 2-11-085674-2)
  • R. Lacroix, J. Perchat, R. Chaussin, A. Fuentes, La précontrainte, Paris, Presses des Ponts et Chaussées, (ISBN 2-85978-180-3)
  • Jean Résal, Les ponts métalliques, Paris, Baudry et Cie, 1885.
  • Georges Boll, Ponts métalliques, Paris, Eyrolles, 1957.

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]