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Monuments en fer : l'architecture métallique

Dossier - Le fer tombe le masque
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Le fer est un élément chimique courant dans la vie quotidienne mais que sait-on réellement de lui ? Partez à la découverte de ce fabuleux métal aux propriétés étonnantes.

  
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En cent ans, l'acier a vraiment pris une place primordiale dans notre vie. Quelques exemples très célèbres de monuments en fer méritent que l'on s'y arrête un instant, comme la tour Eiffel. Zoom sur l'architecture métallique.

La tour Eiffel a été construite uniquement avec du fer. © Muratart, Shutterstock

Ponts célèbres en acier : Brooklyn, ponts cantilever et viaduc de Millau

Quelques ponts qui ont une histoire propre retiennent d'abord l'attention.

Brooklyn par exemple. Ce pont suspendu à 40 mètres au-dessus de l'East River a été construit par J. A. Roebling et son fils entre 1863 et 1883. Il mesure 1.052 mètres sans les voies d'accès et sa largeur atteint 26 mètres. Les câbles d'acier qui le soutiennent font 28 centimètres de diamètre ; 5.700 fils les composent. Les piliers en arc gothique lui donnent l'allure d'une porte médiévale s'ouvrant sur les cubes de verre de Manhattan... une légende !

Voir aussi notre top 18 des plus beaux ponts du monde.

Un pont cantilever (à gauche) et le viaduc de Millau (à droite).

Arrêtons-nous quelques instants sur les ponts cantilever, ponts en acier de la fin du XIXe... pour comparer leur architecture avec le fleuron des ponts actuels, le viaduc de Millau, par exemple. Quelques ponts célèbres en acier sont ainsi regroupés dans le tableau suivant.

Iron Bridge sur la Severn Angleterre177430 m de long---
Pont de Saint-Louis (Mississippi)Etats Unis18743 arches d'acier de portée de 155 m---
Viaduc de ViaurFrance1898Cantilever central de 220 m de portéePont en acier
Pont sur le ZambèzeZambie1907Arc en acier d'une portée de 152 m---
Pont de QuébecCanada1917Travée principale de 548 mL'un des plus longs ponts cantilever
Pont du port de SydneyAustralie1932Travée de 503 m, 4 voies ferrées et 6 voies routièresArc d'acier le plus grand du monde
Pont du Niagara entre l'Ontario et l'état de New YorkÉtats Unis 1965Arche de 305 m de longLa plus longue arche en acier à nervures fixes du monde
Pont Astoria sur la Columbia, OregonÉtats Unis 1966Travée de 375 m Le plus long pont continu en treillis
New River Gorge BridgeÉtats Unis 1978Arc de 518 m d'ouverture et de 924 m de longLe plus grand arc d'acier du monde

Découvrez aussi notre dossier sur le viaduc de Millau.

La Tour Eiffel

Gustave Eiffel fait ses études à Dijon, puis au collège Sainte-Barbe, à Paris, avant d'intégrer l'École Centrale. Il en sort en 1855, muni d'un diplôme de chimiste qui le destinait à reprendre l'usine de son oncle. Il préfère rejoindre une entreprise de constructions métalliques à Paris. Le pont de chemin de fer de Bordeaux, qui franchissait la Garonne, sera la première grande réalisation du jeune ingénieur. Eiffel s'installe à son compte en 1864.

Il construira son premier pont en arc, le pont Maria Pia, sur le Douro, au Portugal, en 1875. Il entreprend la construction du viaduc de Garabit, dans le sud de la France, en 1884. La gare de Pest, en Hongrie, la coupole de l'observatoire de Nice ainsi que l'ossature de la statue de la Liberté comptent parmi les chantiers réalisés.

Plan de la Tour Eiffel réalisé par Koechlin.

Le projet d'une tour de 300 mètres est né à l'occasion de la préparation de l'Exposition universelle de 1889. C'est une extrapolation hardie à la hauteur de 300 mètres (soit l'équivalent du chiffre symbolique de 1.000 pieds) du principe des piles de ponts que l'entreprise maîtrise alors parfaitement.

La courbure des montants est mathématiquement déterminée pour offrir la meilleure résistance possible à l'effet du vent. Comme l'explique Eiffel : « Tout l'effort tranchant dû au vent passe ainsi dans l'intérieur des montants d'arête. Les tangentes aux montants menées en des points situés à la même hauteur viennent toujours se rencontrer au point de passage de la résultante des actions que le vent exerce sur la partie de la pile au-dessus des deux points considérés ». Toutefois, Eiffel reste méfiant quant aux technologies nouvelles et choisit le fer puddlé plutôt que l'acier Bessemer pour sa tour...

Construction de la tour Eiffel.

Construction de la tour Eiffel

Le montage des piles commence le 1er juillet 1887 pour s'achever vingt-et-un mois plus tard. Tous les éléments sont préparés à l'usine de Levallois-Perret, à côté de Paris, siège de l'entreprise Eiffel. Chacune des 18.000 pièces de la tour est dessinée et calculée avant d'être assemblée. Sur le site, entre 150 et 300 ouvriers s'occupent du montage.

Toutes les pièces métalliques de la tour sont fixées par des rivets, un mode de construction bien rôdé à l'époque. Les assemblages sont d'abord réalisés sur place par des rivets posés à chaud. En se refroidissant, ils se contractent, ce qui assure le serrage. Il faut quatre hommes pour poser un rivet : un pour le chauffer, un pour le tenir en place, un pour former la tête, un dernier pour achever l'écrasement à coups de masse. Un tiers seulement des 2.500.000 rivets ont été directement posés sur le site.

Chaque arête métallique dispose de son propre massif, lié aux autres par des murs, sur lequel elle exerce une pression de 3 à 4 kilos par centimètre carré. Côté Seine, on a employé des caissons métalliques étanches, où l'injection d'air comprimé permettait aux ouvriers de travailler sous le niveau de l'eau. Commencé en janvier 1887, le chantier s'achève le 31 mars 1889.

Maintenant, on construit des tours de plus en plus hautes... avec des procédés d'avant-garde ; il s'agit de constructions de prestige, exactement comme le fut la tour Eiffel en son temps !

Voir aussi sur Futura :

Des grandes tours de plus de 400 m de haut.

Histoire du train : du chemin de fer en France au Canadian Pacific Railway

Le troisième exemple de construction en fer (après les ponts et la tour Eiffel) sera le train, et en particulier la célèbre locomotive Pacific 231 (voir ci-dessous)...

Voici donc une petite histoire de trains... des voies entre le passé et l'avenir :

  • 1825 : premier transport de passagers en train : le mécanicien anglais Georges Stephenson crée la première ligne ferroviaire ouverte au public. Elle relie Stockton à Darlington.
  • 1837 : les débuts du chemin de fer français : la première rame de chemin de fer transportant des voyageurs est inaugurée. La ligne entre Paris et Saint-Germain-en-Laye fait 18 kilomètres.
  • 1866 : inauguration du Canadian Pacific Railway : la première ligne ferroviaire transcontinentale en Amérique du Nord qui rejoint l'est du Canada à la côte Pacifique est achevée.
  • 1869 : jonction du transcontinental américain : les deux équipes chargées de la construction du chemin de fer qui traverse les États-Unis d'est en ouest opèrent une jonction à Promontory Point (Utah).

De l'Orient-Express à l'Eurostar

Poursuivons cette chronologie :

  • 1883 : mise en service de l'Orient-Express : le train destiné à relier Paris à Istanbul, en passant par Munich, Vienne et Belgrade, est inauguré sous le nom d'Orient-Express.
  • 1890 : inauguration du premier tramway électrique : Clermont-Ferrand inaugure le premier tramway électrique français.
  • 1900 : Paris inaugure son métro : la ligne numéro 1 du métro parisien reliant la porte Maillot à la porte de Vincennes est mise en service.
  • 1989 : record du monde pour le TGV atlantique : la rame 325 du TGV Atlantique atteint la vitesse de 482,4 km/h. Le record du monde de vitesse, détenu par la RFA, est alors battu de 73 km/h. La 18 mai 1990, la SNCF réitérera son exploit en faisant grimper son TGV à 515,3 km/h.
  • 1994 : l'Eurostar prend du service : le trafic dans le tunnel sous la manche est ouvert aux TGV Eurostar. Ceux-ci permettent de rallier le centre de Paris à celui de Londres en trois heures. La liaison Bruxelles-Londres est plus rapide : 2 h 40. Construit avec les compagnies ferroviaires belge (SNCB), française (SNCF) et anglaise (BR), l'Eurostar est le premier train véritablement européen. Il peut accueillir 766 passagers et compter 24 départs par jour depuis Paris.
La locomotive Pacific 231.

Locomotives : la Pacific 231

Les voitures entièrement métalliques, tout confort, avec de l'espace et résistantes aux chocs accrus, posèrent cependant un gros problème au début du siècle : les locomotives existantes ne pouvaient tirer des trains de 400 à 600 tonnes, les wagons pesant chacun entre 40 et 50 tonnes... Le PLM (Paris, Lyon, Méditerranée) entreprit donc la construction de locomotives de vitesse à trois essieux : la 230 et la 231.

Surnommée Pacific par les Américains, cette dernière devint franchement mythique au fil des ans. Locomotive de prestige, en effet, avec un bogie à deux essieux à l'avant, trois essieux moteurs et deux essieux porteurs à l'arrière, elle fonctionna jusque dans les années 60, même si certaines compagnies utilisaient déjà la 241...

Après une longue période pendant laquelle le train fut déconsidéré, on est revenu à des trains de prestige avec les TGV actuels qui sont aussi des prouesses techniques, en quelque sorte la suite logique de ces locomotives de légende.

Locomotive Eurostar.

La grue Titan de Nantes

Le quatrième exemple de monuments en fer que nous prendrons, ce sont les grues. Ces machines n'existaient pas en tant que telles lors de la construction de la tour Eiffel par exemple : on imagine les problèmes rencontrés pour monter ces poutrelles métalliques jusqu'à de telles hauteurs ! Quelques-unes de ces grues sont intéressantes du point de vue du patrimoine industriel, comme la grue Titan de Nantes, qui est maintenant classée.

Cette dernière est une grue de chantier naval. Elle a été construite en 1966 par l'entreprise nantaise Joseph Paris, spécialisée depuis 1863 dans les charpentes métalliques, ponts, grues, etc. Il s'agit d'une grue « marteau » à crinoline sur fût fixe et portique roulant asymétrique. D'un poids de 352 tonnes, elle autorisait un levage de 30 tonnes à 42 mètres et de 60 tonnes à 25 mètres, à la vitesse de 9 m à la minute.

Grue Titan de Nantes.

La grue de Bouin

La grande grue à treillis utilisée à Bouin, pour l'édification des éoliennes, en 2002, permet une comparaison avec un engin ultramoderne de levage. Il n'y a que trois exemplaires de cette grue géante en Europe... En effet celle-ci peut lever 100 tonnes à 100 mètres de haut telle qu'elle est montée ici. Les nacelles (partie centrale) des éoliennes pèsent chacune 97 tonnes et sont montées à 65 mètres pour être insérées sur les fûts de 60 mètres qui les supportent.

Cette grue a des chenilles de 12 mètres de long et 2 mètres de haut chacune. Son poids total est de 500 tonnes environ et elle nécessite une vingtaine de semi-remorques pour son déplacement ; on ne peut, en effet, mettre qu'une chenille par camion à cause du poids ! Le problème principal lors des levages de ce genre, c'est le vent et il y a, sur le chantier, une personne, et une seule, responsable des levages : les décisions lui incombent et ne se discutent pas : s'il y a trop de vent le chantier est arrêté, quel qu'en soit le coût !

Grue à treillis géante utilisée pour la construction des éoliennes de Bouin (85) en 2002.

Câbles en acier

Voici un cinquième et dernier exemple, que l'on ne peut passer sous silence quand on parle de l'acier : les câbles. Ils ont permis un progrès considérable quand on s'est rendu compte qu'ils pouvaient transporter l'électricité. Pour mémoire, sachez encore que la France ne fut complètement électrifiée qu'à la fin des années 60... ce n'est donc pas si vieux.

Câbles haute tension.

En 1890, Thomas Edison inventeur ingénieux doublé d'un homme d'affaires impitoyable, se lance dans une croisade contre le courant alternatif développé par son concurrent George Westinghouse et... il va perdre cette bataille.

Vue d'un câble au microscope électronique (ME).

L'électricité en chiffres (source gouvernementale) :

Consommation d'électricité en France en 1973180 TWh
Consommation d'électricité en France en 2003420 TWh
T° du filament dans une ampoule actuelle2.400 à 2.600 °C
Chiffre d'affaire d'EDF en 200344,92 milliards d'euros
Exemples de sections de câbles.

La fabrication des câbles fut une prouesse technique : longueur, absence de défauts, continuité, rajouts... bref autant de problèmes difficiles à résoudre qui nous paraissent aujourd'hui évidents !