Le risque d'incendie pour les ponts : cas du pont Mathilde

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1 Journées techniques Ouvrages d Art 2013 Dijon, Mercredi 05 et Jeudi 06 juin Le risque d'incendie pour les ponts : cas du pont Mathilde J. BERTHELLEMY F. ZIMMERMANN Sétra Laboratoire de Nancy J. Berthellemy F. Zimmermann / Incendies sur les ponts métalliques / cas du pont Mathilde 1/30

2 Risque pour les ponts : l incendie Parution prochaine d un guide sur les risques liés à l incendie pour tous les types de ponts, préparé avec la DRIEA et l IFSTTAR Guide Sétra - Céréma Conseils pour les maîtres d ouvrages sur la marche à suivre après l incendie J. Berthellemy F. Zimmermann / Incendies sur les ponts métalliques / cas du pont Mathilde 2/30

3 Sinistre du pont Mathilde à Rouen Rouen, le 29 octobre 2012, rive gauche de la Seine à proximité de la foire Saint Romain J. Berthellemy F. Zimmermann / Incendies sur les ponts métalliques / cas du pont Mathilde 3/30

4 Vers 10 heures 30 Deux foyers : - sur le pont - sous le pont Sur le pont, un camion-citerne transportant des hydrocarbures plus de litres de gasoil et litres de super se renverse Une partie de ce combustible se déverse sous le pont Sous le pont, véhicules forains stationnés là J. Berthellemy F. Zimmermann / Incendies sur les ponts métalliques / cas du pont Mathilde 4/30

5 Localisation de l incendie : Bras navigué Plaisance Seine ILE LACROIX Seine ILE LACROIX Projet du Sétra réalisé par Quille + CFEM J. Berthellemy F. Zimmermann / Incendies sur les ponts métalliques / cas du pont Mathilde 5/30

6 Circulation des fumées : Échauffement de toute la travée, longue de 115 m du tablier Sud en dalle orthotrope de franchissement du bras entre l île Lacroix et la rive gauche de la Seine. Pont construit par CFEM ( Eiffage CM ) en 1978, devenu depuis propriété du Conseil Général Seine Maritime. CG76 Photo prise depuis l île Lacroix J. Berthellemy F. Zimmermann / Incendies sur les ponts métalliques / cas du pont Mathilde 6/30

7 Vue d ensemble J. Berthellemy F. Zimmermann / Incendies sur les ponts métalliques / cas du pont Mathilde 7/30

8 Pas de victime Le chauffeur du camion a pu s échapper J. Berthellemy F. Zimmermann / Incendies sur les ponts métalliques / cas du pont Mathilde 8/30

9 Dégâts sur l ouvrage - Béton armé des culées, - Blocage des appareils d appui - Joints de chaussée hors d usage et surtout : - Platelage très déformé sur 40m environ - Déformations des poutres dans cette zone, ( en particulier poutre aval sur les 12 premiers mètres modélisés ) Mesures immédiates prises par le Conseil Général de Seine Maritime : Coupure complète des circulations fluviale et routière. La navigation sera rétablie après les premières investigations. Le pont restera fermé jusqu à réparation définitive en Le présent exposé est purement pédagogique. Ses informations sommaires sont extraites des rapports du Comité d Experts associant CG76 et Ministère ( MEDDE ). J. Berthellemy F. Zimmermann / Incendies sur les ponts métalliques / cas du pont Mathilde 9/30

10 Dégâts sur la culée : 1ère auscultation au marteau Après purge au marteau des dégradations de surface, Pas de fissuration profonde visible Pas d aciers apparents Rosissement des granulats épaufrures des angles saillants écaillage de surface micro-fissuration thermique de refroidissement J. Berthellemy F. Zimmermann / Incendies sur les ponts métalliques / cas du pont Mathilde 10/30

11 Dégâts sur les appareils d appui Pas de symptômes visibles à l extérieur des pots État du téflon des appareils glissant non visitable Vérinage impossible car risqué du fait de l état de la structure Risque d efforts dans la structures si les appareils étaient bloqués D où chauffage provisoire vis-à-vis du risque de rupture fragile. Puis enregistrement des températures et des déformations /12/ : /12/ :00 Comparaison des déformations du tablier avec prise en compte de l'inertie thermique des matériaux : acier 115m - béton 154m 27/12/ :00 01/01/ :00 06/01/ :00 11/01/ :00 16/01/ :00 21/01/ :00 26/01/ :00 31/01/ :00 05/02/ :00 10/02/ :00 15/02/ :00 20/02/ :00 25/02/ :00 Temp_Moy - V C Dl calculé mm Dl mesuré mm T beton C DRIEA Analyse du Comité d Experts d après les mesures SITES Comportement rassurant J. Berthellemy F. Zimmermann / Incendies sur les ponts métalliques / cas du pont Mathilde 11/30

12 Dégâts sur les joints de chaussée Ils restent largement ouverts car le pont, dilaté par l incendie, s est déformé irréversiblement, puis refroidi. Remarquer aussi le soulèvement de la première pièce de pont J. Berthellemy F. Zimmermann / Incendies sur les ponts métalliques / cas du pont Mathilde 12/30

13 Dégâts sur le platelage métallique orthotrope Ondulations du platelage en accordéon Les pièces de pont se sont alternativement soulevées et abaissées J. Berthellemy F. Zimmermann / Incendies sur les ponts métalliques / cas du pont Mathilde 13/30

14 Dégâts sur le platelage métallique orthotrope Platelage bien conçu et bien réalisé J. Berthellemy F. Zimmermann / Incendies sur les ponts métalliques / cas du pont Mathilde 14/30

15 Dégâts sur le platelage métallique orthotrope à noter la couleur blanche de la peinture au plomb en zones intermédiaires. Là où la peinture a disparu, la température a atteint au moins 600 C Déformations vues de dessous J. Berthellemy F. Zimmermann / Incendies sur les ponts métalliques / cas du pont Mathilde 15/30

16 Dégâts sur les poutres Cartographie des températures Là où la peinture a disparu, la température a atteint au moins 600 C Déformations les plus spectaculaires sur les 12 premiers m de la poutre avale J. Berthellemy F. Zimmermann / Incendies sur les ponts métalliques / cas du pont Mathilde 16/30

17 Dégâts sur les poutres About poutre avale J. Berthellemy F. Zimmermann / Incendies sur les ponts métalliques / cas du pont Mathilde 17/30

18 Premières investigations sur les aciers Objectif : Évaluer le risque de rupture fragile après un incendie Vérifier que la structure métallographique de l acier n a pas été dégradée si températures > 725 C puis trempe alors risque de structures fragiles ( bainitiques, martensitiques, ) Moyens : - Ressuage des cordons de soudure des zones très déformées - Dureté Vickers en de nombreux points in situ appareil portatif à pointe diamant - Répliques métallographiques en 10 points cruciaux in situ Il s agit d investigations non destructives Éviter les découpes inutiles dans des zones déformées! - Essais Charpy sur petits prélèvements sur raidisseurs J. Berthellemy F. Zimmermann / Incendies sur les ponts métalliques / cas du pont Mathilde 18/30

19 Prélèvements pour essais Charpy Essai Charpy Raidisseurs d âme Raidisseurs de platelage À 20 C : Kv entre 61 et 137 J/cm² Dans les normes. J. Berthellemy F. Zimmermann / Incendies sur les ponts métalliques / cas du pont Mathilde 19/30

20 Dureté Vickers appareil portatif à pointe diamant permettant la mesure in situ ( Institut de Soudure du Havre ) J. Berthellemy F. Zimmermann / Incendies sur les ponts métalliques / cas du pont Mathilde 20/30

21 Répliques métallographiques Après attache chimique, la structure métallographique s imprime in situ sur un film, qu on examine. ( Institut de Soudure du Havre ) Prélèvement infime sur la structure ( quelques atomes ) J. Berthellemy F. Zimmermann / Incendies sur les ponts métalliques / cas du pont Mathilde 21/30

22 Rappel de métallurgie D'après les couleurs prises par la protection anticorrosion au minium de plomb, la température a atteint au moins 600 c. Risque d'austénitisation : Passage d'une structure cubique centré à une structure cubique face centré. Ferrite Austénite Problème : Si le refroidissement est suffisamment rapide, risque de formation de martensite, structure fragile. J. Berthellemy F. Zimmermann / Incendies sur les ponts métalliques / cas du pont Mathilde 22/30

23 Risque de trempe Hausse de la température (incendie) + Refroidissement rapide (lance incendie pompier) Risque de trempe martensitique (fragilisation) Structure «classique» : ferrite (en blanc) + perlite (en noir) Martensite : structure dure et fragile Notion de métallurgie : + un acier est dur, + il est fragile (cassant). À l exception d'un durcissement par baisse de la taille de grain (loi de Hall-Petch). J. Berthellemy F. Zimmermann / Incendies sur les ponts métalliques / cas du pont Mathilde 23/30

24 Résultats des métallographies - Métallographies par répliques : ( Contrôle non destructif ) - Choix de 9 points de répliques plus point de référence ( Sétra + IS ) - Polissage de la surface - Attaque chimique - Microstructure : - Réalisation d'une empreinte Examen de la microstructure en laboratoire : Structure ferrito-perlitique Pas de trace de martensite J. Berthellemy F. Zimmermann / Incendies sur les ponts métalliques / cas du pont Mathilde 24/30

25 Dureté et analyse chimique sur échantillons - Essais de dureté in situ : ( Contrôle non destructif ) - Application d'un pénétrateur pyramidal - Mesure de l'empreinte Dureté Vickers de l'acier Résultats compris entre 150 et 176 Hv, en accord avec les microstructures observées (estimation Rm 480 à 560 MPa ). - Analyses chimiques par spectrométrie d'étincelle à Nancy : L'incendie modifie-t-il la composition chimique? Non : Résultats en accord avec la norme de l'époque. (NF A ) Laboratoire du CETE de l Est J. Berthellemy F. Zimmermann / Incendies sur les ponts métalliques / cas du pont Mathilde 25/30

26 Conclusion sur la métallographie - Métallographies : Pas de modification notable de la microstructure. - Essais de dureté : Résultats en accord avec les microstructures observées, et avec les caractéristiques mécaniques attendues. - Analyses chimiques : Résultats en accord avec les exigences normatives de l'époque. Il n'y pas eu de trempe martensitique dans les zones observées. Pas de modifications métallurgiques importantes. J. Berthellemy F. Zimmermann / Incendies sur les ponts métalliques / cas du pont Mathilde 26/30

27 Calcul de la capacité portante résiduelle Le CG76 décide de faire faire : - des relevés topo laser de la déformée ( SITES ) - un modèle éléments finis ( SETRA ) Modèle Code_Aster du Sétra ( Code Aster : logiciel d EdF R&D ) J. Berthellemy F. Zimmermann / Incendies sur les ponts métalliques / cas du pont Mathilde 27/30

28 État de contraintes à vide 1- Calcul élastique ( décembre 2012 ) Contraintes de membrane sous l'effet de 1.35 x G + T 327 MPa en traction Contraintes de membrane + flexion coque fibre SUP sous l'effet de 1.35 x G + T 366 MPa en traction J. Berthellemy F. Zimmermann / Incendies sur les ponts métalliques / cas du pont Mathilde 28/30

29 Calcul de la capacité portante résiduelle 2 - Calcul doublement non linéaire - comportement plastique - avec effets de membrane ( 2e ordre ) Contraintes sous l'effet de 2 x G = 600 tonnes flexion coque fibre SUP et INF À ce niveau de charge, on a encore convergence numérique. Mais les zones plastifiées sont très étendues! On serait au-delà des ELU réglementaires. J. Berthellemy F. Zimmermann / Incendies sur les ponts métalliques / cas du pont Mathilde 29/30

30 Lest pour la dépose Réparation à l identique prévue à quai Dépose complète par voie fluviale, selon le même principe que lors de la pose initiale Les travaux, réalisés à quai, permettront : de remplacer la section endommagée ( environ 40 m de la travée longue de 115 m ), puis de rénover toute la protection anticorrosion ( après décapage délicat du minium de plomb ). Autres scenarii écartés : réparation de la travée sur place, avec palée en Seine remplacement complet de la travée renforcements pour satisfaire aux eurocodes Choix du Conseil Général de Seine-Maritime : J. Berthellemy F. Zimmermann / Incendies sur les ponts métalliques / cas du pont Mathilde 30/30

31 Remerciements - Conseil Général de Seine Maritime - CGEDD - DRIEA - L Institut de Soudure et SITES - Laboratoire du CETE de Normandie - et autres partenaires Merci pour votre attention J. Berthellemy Sétra F. Zimmermann Laboratoire de Nancy, CETE de l Est J. Berthellemy F. Zimmermann / Incendies sur les ponts métalliques / cas du pont Mathilde 31/30