Des chercheurs des Laboratoires fédéraux suisses pour la science et la technologie des matériaux ont combiné du béton fibré à ultra-hautes performances avec des armatures en alliage à mémoire de forme à base de fer, créant une couche de renforcement capable d’appliquer activement une précontrainte sur les tabliers de ponts existants, offrant ainsi une nouvelle solution pour la réparation des ponts vieillissants dans le monde entier.
Aux États-Unis, les données de la Federal Highway Administration montrent que des dizaines de milliers de ponts sont classés comme structurellement déficients, et plusieurs pays européens sont confrontés à des problèmes similaires d’infrastructures vieillissantes. Le remplacement pur et simple des ponts étant coûteux et perturbateur, l’industrie se tourne vers des stratégies de prolongation de la durée de vie. Les méthodes de renforcement traditionnelles reposent sur la post-tension externe, les plaques d’acier ou les stratifiés en polymère renforcé de fibres, nécessitant généralement un matériel d’ancrage complexe et un temps d’installation considérable.
L’innovation de l’équipe de recherche suisse réside dans le remplacement des armatures traditionnelles de la couche de recouvrement par des armatures en alliage à mémoire de forme. Ces armatures sont installées dans un état pré-étiré. Chauffées à environ 200°C, l’alliage tente de retrouver sa forme originale. Comme il est ancré dans le béton et ne peut pas se contracter librement, des contraintes de compression sont générées à l’intérieur de la structure, introduisant une précontrainte sans utiliser de vérins hydrauliques ou de systèmes de tension. L’alliage à mémoire de forme à base de fer contient des éléments tels que le manganèse, le silicium et le chrome. Le chauffage déclenche son retour à la configuration d’origine, et les contraintes de compression sont transmises au matériau environnant par les zones d’ancrage, ce qui peut refermer les fissures et légèrement relever les éléments affaissés.
L’équipe de recherche a mené des expériences à grande échelle en utilisant des dalles de béton de cinq mètres de long représentant des tabliers de pont en porte-à-faux. Ces dalles ont été délibérément fissurées avant le renforcement pour simuler la dégradation réelle des ponts. Après l’installation, les armatures à mémoire de forme ont été activées par chauffage, et les observateurs ont enregistré une fermeture immédiate des fissures ainsi que la disparition des déformations résiduelles. L’équipe a surveillé le comportement structurel à l’aide de caméras optiques de suivi des fissures et de capteurs à fibre optique intégrés le long des armatures. Le chercheur Christoph Czaderski explique : « Les capteurs que nous utilisons fonctionnent de manière similaire aux câbles à fibre optique dans les télécommunications. Au lieu d’envoyer des données codées à travers la fibre, nous analysons la lumière rétrodiffusée, ce qui nous permet de voir précisément comment l’armature se déforme. »
Par rapport aux échantillons non traités, la capacité de résistance à la charge des dalles renforcées a au moins doublé. Les dalles renforcées avec des armatures à mémoire de forme ont montré une plus grande rigidité, des déformations permanentes plus faibles et un meilleur contrôle des fissures lors de cycles de charge répétés. Angela Sequeira Lemos, qui a dirigé l’étude, déclare : « Nous avons pu démontrer que notre système est non seulement efficace, mais qu’il peut réellement revitaliser les ponts existants. » Ce projet, financé par Innosuisse et développé en collaboration avec la Haute école spécialisée de Suisse orientale, la spin-off re fer et l’Association suisse de l’industrie du ciment, est actuellement en quête d’une démonstration sur un pont réel.