Histoire des pieux vissés

L’invention

Les pieux vissés ont été utilisés pour la première fois par Alexandre Mitchell, dans les années 1830, pour installer des phares dans les sables mouvants d’Angleterre. Le premier phare sur pieux vissés était celui des Maplin Sands, sur la Tamise. Les pieux de l’époque étaient faits en fonte forgée, et avaient le diamètre de 5 pouces avec une hélice de 1.2 mètres de diamètre.

Le premier phare réalisé sur pieux vissés
Le premier phare réalisé sur pieux vissés. On remarque les erreurs de pose qui sont rattrapées par la plate-forme supportant le phare

Avec le temps, les ingénieurs civils ont changé l’arbre central plein avec un tube creux.

Alexandre Mitchell dans son brevet décrivait deux propriétés de l’hélice:

  • Elle rentre dans le sol en entrainant le pieu: il est plus facile de visser le pieu que de le battre
  • Elle reprend une partie de charge en augmentant la capacité portante du pieu

En 1848 Mitchell a donné un rapport détaillé sur le chantier de Maplin Sands. 40 personnes, salariés de la société Trinity House, travaillaient sur un radeau de 100 mètres carrés. En utilisant des longs bâtons, les tournaient le pieu jusqu’à ce qu’il rentre dans le sol. Lorsque le pieu a atteint la profondeur de vissage de 27 pieds (environ 8 mètres), dessus a été montée une plate-forme où sont montées 12 personnes. La masse totale était supérieure à une tonne. Il n’y a pas eu de mouvement significatif quelconque du pieu.

L’utilisation des pieux vissés dans les zones maritimes a donné une forte croissance aux lieux, qui étaient abandonnés pendant des années. Les quais sur pieux se construisaient pour des ports commerciaux ou de plaisance aux États-Unis, en Afrique, en Inde.

Les quais océaniques

Avec le succès que Mitchell a connu avec ses phares, il a élargi l’utilisation de son invention aux autres chantiers. En 1847 il entreprend la construction du quai à 12 miles au sud d’Arklow, en Irlande. Dans son rapport il indique, qu’au début il a connu des difficultés phénoménales: malgré la solidité des barges et des radeaux utilisés sur d’autres chantiers des pieux, le large non-protégé envoyait des vagues de telle ampleur, que l’utilisation de cette technique devenait impossible. La technique utilisée donc consistait à partir de la berge en mettant les pieux, et, par tronçon de 17 pieds rentrer dans la mer.

Schéma technique de construction de quai océanique. Le cabestan à palans larges est placé sur un pieu.
Schéma technique de construction de quai océanique. Le cabestan à palans larges est placé sur un pieu.

Cette méthode de construction s’est avérée très facile et économique. Les pieux étaient rentrés dans le sol à l’aide d’un cabestan de diamètre de 32 pieds, qui se mettait en rotation avec un ruban. Mitchell décrit le sol et les pieux de façon suivante: « Le fond était composé du sable et des graves jusqu’à la profondeur de 8 pieds, ensuite commençait la couche d’argile dure. Pour cette raison les pieux de 5 pouces avec les hélices de 2 pieds de diamètre, mis dans la terre à la profondeur de 11 à 15 pieds suffisaient ».

Une dizaine d’hommes réalisaient une travée de 17 pieds en une journée, malgré la météo difficile. Le moyen de pose choisi était une méthode très sécurisée pour l’époque.

En même temps Mitchell enregistre une société qu’il appelle The Screw Pile Company. En fait, ce chantier a pu montrer une nouvelle utilisation pour les pieux: les quais et les ponts. Ceci a causé une forte hausse d’activité autour des pieux, grâce à un des constructeurs du quai  de Wexford – Eugenius Birch.

En 1862 Johnson, qui était l’agent de Mitchell en Inde, a décrit la construction du quai d’amarrage à Madras, Inde. Le quai de 1080 pieds de long pour 40 pieds de large était commencé en 1859. Johnson écrit: « Lorsqu’on apprend qu’il y a eu plusieurs tentatives de faire un quai à Madras, on comprend que l’affaire a été très dangereuse… A la fin de la construction, on ne sentait aucune fibration du quai sous l’effet de la houle, ce qui démontre l’avantage des pieux vissés sur tout autre système ».

Quai à Madras – la gravure parue dans London News en 1862.
Quai à Madras – la gravure parue dans London News en 1862.

Les quais en Angleterre

Parmi les ingénieurs les plus connus pratiquant les pieux vissés on doit citer Eugenius Birch, membre d’ICE. Il a probablement commencé son travail avec Mitchell, et en 1847 il a appris la fin du brevet de 7 ans sur les pieux vissés, ce qui l’a permis de construire sans payer de royalties à Mitchell. Son premier ouvrage était le quai de Margate Jetty.

Quai à Eastbourne, construit par Eugenius Birch en 1870 Quai à Eastbourne, construit par Eugenius Birch en 1870
Quai à Eastbourne, construit par Eugenius Birch en 1870

La fin du brevet de Mitchell a donné une grande liberté à de nombreux ingénieurs, désirant utiliser les pieux vissés. Birch a construit de nombreux quais, dont ceux de Hastings et Birbank, qu’on peut voir de nos jours. Nous pouvons voir que le schéma constructif des quais est très similaire, avec des pieux verticaux. Les données sur les pieux sont incomplètes. Nous savons seulement que les pieux utilisés avaient le diamètre de l’hélice entre 90 et 120 cm, et leur pas – de 6 à 8 pouces.

Quais de Hastings et Birback, par E. Birch, sur cartes postales
Quais de Hastings et Birback, par E. Birch, sur cartes postales

La durabilité de ces quais était considérable: quelques-uns sont en service de nos jours. La grande partie a été détruite aux années 1950, et la cause de la destruction était l’incendie dans un des pavillons sur les quais, ou un bateau rentré en collision avec la structure.

Cylindres à hélices: technologie alternative

De nombreux quais ont été construits sur des pieux vissés dans des ports du monde entier. Ils étaient destinés au chargement-déchargement de la marchandise, ou bien à la montée des passagers dans les navires.

Aux États-Unis les ingénieurs ont conçu des pieux en forme de cylindre en fonte, avec une hélice de faible diamètre par rapport à celui du pieu. L’épaisseur maximale du pieu était de 2.5 pouces, et baissait jusqu’aux 3/10 de pouce au bord de l’hélice.

Schéma du quai sur pieux cylindriques
Schéma du quai sur pieux cylindriques

L’ouvrage le plus remarquable de l’époque était celui de Woolrich, qui était utilisé pour charger l’équipement militaire sur les navires de la marine royale. Au bout du quai une grue de 80 tonnes était supportée par 5 pieux vissés de de 5 pouces, et un pieu central de 7 pouces, avec le diamètre de l’hélice de 9 pieds et 6 pouces. Tous les pieux ont été installés à l’aide du cabestan similaire à celui de Mitchell.

Remarquons que les pieux cylindriques pouvaient être utilisés avec un arbre central en bois, ce qui se faisait couramment en XIX siècle. Vers le début du XX siècle l’acier est devenu beaucoup plus accessible.

A l’époque le concurrent le plus fort des pieux vissés était le pieu Jetted Disc Pile, qui était une variante du pieu vissé où l’hélice était creuse et comportait des orifices. Une pompe faisait l’eau circuler à travers l’hélice par l’arbre central, ce qui, par l’effet de succion, faisait descendre le pieu. Lorsque le pompage s’arrêtait, le sol redescendait sur l’hélice, en assurant l’ancrage. Plusieurs installations de ce genre ont été faites, mais, visiblement, la technique était trop onéreuse pour faire concurrence aux pieux vissés « screw piles ».

Installation du pieu à hélice creuse
Installation du pieu à hélice creuse

Développement des pieux au temps moderne

La première maison sur pieux vissés a été construite à Boston en 1900.

Au début du XX siècle la technique des pieux a cédé sa place aux pieux battus pour les raisons suivantes: le béton est devenu une matière plus économique que le métal de l’époque, le coût de la main d’œuvre a baissé à cause de nombreuses crises du début du siècle, et, surtout, le marteau-pilon a été inventé et est devenu répandu.

Pendant 80 ans la technique n’était utilisée que par des militaires, et a connu sa deuxième jeunesse seulement aux années 80. Cette époque se caractérise par des installations hydrauliques puissantes et compactes, qui apparaissent sur le marché. Cette tendance diminue le coût de l’installation des fondations sur pieux vissés par rapport aux autres types de fondations, et rend cette technique avantageuse si on tient compte du coût de la main-d’œuvre dans les pays développés.

École britannique contre l’école soviétique

En URSS, explorant et exploitant ses immenses territoires après la Deuxième Guerre Mondiale, la technique des pieux vissés est devenue la plus répandue dans beaucoup de régions, surtout celles avec du permafrost. Les avantages de la technique ont été démontrés par prof. Vladislav Dmokhovski.

Historiquement il est arrivé que dans les années 50-60 du XX siècle en URSS ont été développés les bases théoriques d’utilisation des pieux vissés, la technologie d’exécution des travaux, et ont été conçues les installations pour la mise en place des pieux. Un apport immense dans la technologie a été fait par G. Shpiro, N. Bibina, E. Kriukov et al. Dans leurs travaux sont données des critères de choix de la géométrie et des caractéristiques techniques des pieux, ainsi que les recommandations sur les matériaux. Des expérimentations à large échelle ont donné des informations sur l’utilisation des pieux dans les sols divers, ce qui a permis de développer la méthode optimale de mise en place des pieux. La première norme sur les pieux vissés date de 1955. Vers les années 1961-64 il y a eu la première norme sur l’utilisation des pieux vissés comme fondations pour des pylônes des lignes à très haute tension de hauteur jusqu’à 245 mètres.

Char soviétique sur un pont temporaire construit sur des pieux vissés
Char soviétique sur un pont temporaire construit sur des pieux vissés

L’utilisation intensive des pieux vissés dans l’énergétique date des années 60 du XX siècle. Ceci est du au boom de construction dans les villes, et l’augmentation de la quantité des travaux de montage lors de la construction des ouvrages de télécommunication.

En URSS le développement des pieux vissés se passait indépendamment des travaux des scientifiques occidentaux, et les objectifs prioritaires de ce développement était la vitesse et la simplicité de pose dans les sols à haute densité. Le pieux qui répondait au mieux à ces objectifs était celui développé par Prof. Viktor Zhelezkov.

Les développeurs occidentaux, au contraire, ont mis un accent sur le fait d’assurer la portance maximale du pieu en diminuant la quantité des matériaux utilisés. Ceci a mené à la configuration où l’hélice est soudée directement à l’arbre du pieu, et reprend une partie de charge. Afin d’augmenter la capacité portante, le nombre de tours de l’hélice et son diamètre ont été augmentés.

Aujourd’hui – pieux vissés français

Les pieux vissés ont pris, au niveau mondial, 11% du marché des fondations, et ce pourcentage ne cesse d’augmenter.

Malgré ça, en France il est considéré que les pieux vissés sont la prérogative de certains bâtiments industriels seulement, tandis que les pieux vissés développés par AE-pieux permettent de rendre la fondation sur pieux vissés la plus économique et efficace, grâce à son adaptation aux sols français. Les calculs spécifiques ont permis de concevoir une solution optimale pour la France: différente des écoles existantes, elle allie la facilité de pose avec la portance maîtrisée.

(Sources d’information: articles par Alan J Lutenegger et Viktor Zhelezkov)