Les palplanches innovantes d’ArcelorMittal protègent les Pays-Bas des inondations

ArcelorMittal Projects, ArcelorMittal Europe – sheet piling et Global R&D ont participé à un projet financé par le gouvernement néerlandais pour améliorer la conception des digues et protéger les Pays-Bas des inondations.

Explorer une solution économique et innovante pour la sécurité

Les Pays-Bas sont un pays de basse altitude protégé de la mer par des digues et des dunes. Pendant des décennies, des renforcements de digues ont été effectués pour maintenir le pays au sec et prévenir les inondations. En raison de l’augmentation continue des exigences de sécurité et des charges, un tiers des digues néerlandaises ne répond plus au niveau de sécurité requis.

La macro-instabilité est l’une des causes les plus fréquentes. Cela peut se produire lorsqu’un niveau d’eau élevé pousse contre le remblai. Cela provoque une saturation du sol et une perte de stabilité, entraînant le glissement de grandes parties du corps de la digue.

Quand il y a un manque d’espace dû à l’agriculture autour de la digue, des renforcements pour empêcher la macro-instabilité sont nécessaires. Les digues avec des murs de palplanches en acier sont très solides et ne doivent pas être élargies, ce qui réduit les soucis avec les riverains et les longues procédures juridiques.

Compte tenu du grand défi de sécurité néerlandais, l’envie de réaliser des économies a augmenté ces dernières années. Le gouvernement fait d’énormes efforts pour trouver des innovations qui réduiront les coûts.

Participation à l’équipe d’étude gouvernementale

Pour étudier la manière dont les normes de conception des palplanches peuvent être optimisées, le gouvernement a décidé de financer des essais de digues à Eemdijk, dans la province d’Utrecht.

Les tests visent à mieux comprendre l’interaction entre le sol et les palplanches. Une équipe composée d’ArcelorMittal Projects, d’ArcelorMittal Sheet Piling et du département Recherche &
Développement a contribué au processus de conception. ArcelorMittal a également fourni les palplanches GU8N et AZ26-700 pour les tests. Elles ont été produites par l’usine d’ArcelorMittal Sheet Piling à Dabrowa en Pologne et à Belval au Luxembourg.

Combiné à la qualité de l’acier, le choix du profil de palplanche était notamment crucial pour un test réussi. Toutes les dimensions des palplanches ont été testées de manière approfondie pour assurer une cartographie précise des caractéristiques du profil. Des essais de traction supplémentaires ont été effectués pour déterminer les caractéristiques mécaniques exactes.

Ce programme de test fait partie du projet d’exploration transcendante de macrostabilité (POV-M) 1, qui relève du Programme de Protection contre les Crues (HWBP)2. Par ailleurs, les tests ont gagné un niveau d’attention international ; de l’US Army Corps of Engineers aux délégués de la Corée du Sud et de la Chine.

Tests d’installation et de processus

Sur le site d’essai d’Eemdijk, une digue ovale de 5 mètres de haut, 60 mètres de long et 40 mètres de large a été construite en six mois. La digue a été munie d’un équipement de mesure et n’a été utilisée que pour cette expérience qui contribue à accroître les connaissances sur l’interaction sol-structure. Après les tests, la digue sera complètement enlevée. Trois tests ont été réalisés sur le site avec nos palplanches produites à Dabrowa et Belval.

Essai grandeur nature de la digue verte : cette partie de la digue a été construite avec un noyau de sable et une couche extérieure d’argile. Le niveau de l’eau souterraine à l’intérieur du noyau de la digue a été lentement augmenté jusqu’à +2,80 mètres, moment où un glissement s’est produit et la digue s’est effondrée. Ce test a servi de mesure de référence pour l’essai final.

Essais de renversement : quatre configurations de palplanches différentes ont été installées à 14 mètres de profondeur, puis elles ont été retirées avec un vérin hydraulique. L’objectif était de voir à quel niveau de force (avec un maximum de 100 tonnes pour AZ26-700) et de déformation la paroi de palplanches s’effondre. De plus, les quatre configurations ont donné un aperçu des différences de comportement d’un mur continu et de panneaux lâches ainsi que du comportement élastique et plastique des palplanches en acier.

Essai grandeur nature des digues bleues : cette partie de la digue a été construite de la même façon que la digue verte, à l’exception du renforcement de plus de 60 mètres avec des palplanches GU8N. Ces palplanches ont été placées en triplés et échelonnées de 18 et 9 mètres. Ce test combinait les tests mentionnés ci-dessus et était le test principal de la recherche.

Un fossé de 2 mètres de profondeur a été creusé au fond de la digue bleue. Le niveau de l’eau souterraine dans le corps de la digue a été lentement augmenté et le remplissage du bassin d’eau derrière la digue a été effectué au fil du temps. Cela a conduit à un niveau d’eau au sommet de la digue situé à +5m de hauteur. En outre, 7 conteneurs remplis d’eau ont été placés sur le dessus de la digue, créant une charge supplémentaire de 40 tonnes par conteneur. Malgré l’impressionnante combinaison de charges, la digue renforcée de palplanches a refusé de céder.

En s’infiltrant dans la pente du côté terre de la digue et en abaissant le niveau d’eau dans le fossé, la digue s’est finalement effondrée. Deux millions de litres d’eau ont coulé du bassin vers l’arrière-pays ; mettant en évidence le succès des tests.

Economie de 20 à 30 % d’acier

La digue, renforcée de palplanches d’acier, s’est finalement effondrée mais seulement après avoir subi une charge extrême ; ne pas écraser la digue aurait entraîné un test moins réussi.

Tous les résultats des différents tests se sont basés sur des prédictions réalistes plus favorables que les règles de calcul actuelles. Ils concluent que les murs de palplanches en acier sont une solution extrêmement solide et pratique pour les renforts de digue.

Les projets de renforcement de digues existantes coûtent en moyenne 15 millions d’euros par kilomètre de digue. On estime qu’avec les règles de conception mises à jour, 20 à 30 % d’acier peuvent être économisés pour les nouveaux projets. Avec ces économies de coûts, il est prévu que la part de marché des palplanches en acier « innovantes » augmentera dans les futurs renforcements de digues.

Notes :
(1) Les essais de palplanches sont réalisés en collaboration avec Waterboard Vallei et Veluwe, Deltares, Witteveen + Bos, Fugro et ArcelorMittal.
(2) Une coopération entre le Rijkswaterstaat (ministère de l’Infrastructure et de l’Environnement) et les agences de l’eau.