Grand Paris Express : Forage +++ pour le métro de Paris

Une excavatrice de puits nous permet actuellement de réaliser quatre puits sur la future ligne 17 du Grand Paris Express. Situés sous la nappe phréatique, ces ouvrages assureront la ventilation et serviront d’accès de secours. Points forts de cette technique impressionnante : l’excavation et le revêtement s’effectuent simultanément – de manière propre et sûre, avec des nuisances sonores relativement faibles et dans des espaces exigus. 

Le Grand Paris Express est désigné comme le projet le plus ambitieux du 21e siècle non seulement par l’ampleur du linéaire d’infrastructure et son budget, mais aussi par les techniques constructives utilisées. Implenia est fier d’y jouer un rôle important et marque des points grâce au recours à des techniques d’avant-garde. Ainsi, en déployant la technologie VSM (abréviation de Vertical Shaft Sinking Machine), développée par le constructeur allemand Herrenknecht , nous avons finalisé en janvier 2021 le premier puits sur un total de quatre, le deuxième ayant suivi en mai 2021. 



« La méthode VSM permet de réaliser simultanément l’excavation et la pose des voussoirs qui s’enfoncent dans le sol au fur et à mesure du creusement. La durée des travaux est ainsi réduite, tout comme le temps de fonçage, la quantité de béton utilisée, le volume d’excavation, etc. »  

Hugo Launais, Ingénieur Travaux 

La technologie VSM permet la construction de puits verticaux par havage sous la nappe phréatique à l’aide d’une foreuse articulée et de voussoirs en béton. Traditionnellement, la méthode de construction des parois moulées est utilisée pour ce type de projet. Mais dans la configuration des ouvrages de la future ligne 17 du métro parisien, l’exigüité du site constitue une contrainte majeure. L’utilisation d’une excavatrice verticale permet alors de diminuer considérablement l’emprise du chantier. Par ailleurs, la réalisation simultanée de l’excavation et du revêtement réduit la durée totale des travaux – atout déterminant pour des chantiers situés dans des zones urbaines contraintes. Autre avantage : les nuisances sonores sont incontestablement plus faibles par rapport à des foreuses de parois moulées et des engins de terrassement. Enfin, cette technique est particulièrement bien adaptée aux contraintes de hauteur dans la zone d’influence aéroportuaire du chantier. 

Voici comment fonctionne la technologie

L’excavatrice de puits est composée de trois parties principales : l’unité d’excavation, le système d’évacuation des déblais et l’unité de fonçage/havage. Contrairement à un tunnelier horizontal, le système VSM n’est pas équipé d’une roue de coupe pleine face, mais d’une unité de forage par tambour ou fraise monté sur un bras télescopique mobile, qui assure l’excavation du sol et son évacuation. Les matériaux excavés se mélangent à l’eau, sont aspirés et refoulés par une pompe jusqu’à une installation de séparation de boue en surface. Celle-ci sépare l’eau des matériaux et la renvoie dans le puits. Simultanément, le puits est assemblé et revêtu en surface de segments de béton préfabriqués, qui sont havés de façon maîtrisée à mesure que le puits s’excave en continu.  

1.

Un premier anneau de voussoirs, dit de « coupe », est monté et posé à l’emplacement du puits en surface. Puis, d’autres anneaux sont superposés au-dessus de ce premier afin d’installer la machine. Celle-ci se verrouille ensuite avec trois bras de fixation sur des pièces métalliques préimplantées dans les premiers anneaux. Le puits qui se constitue ainsi est retenu par des câbles en acier à l’unité de fonçage/havage, ce qui permet de descendre et de relever la machine de manière maîtrisée.  

 

2.

Pendant que l’excavatrice de puits progresse dans le sol, des voussoirs en béton préfabriqués formant la paroi du puits sont installés en anneau au sommet du puits. Au fur et à mesure du creusement du puits, les voussoirs s’enfoncent dans le vide annulaire pour que l’anneau suivant puisse être positionné.  

3.

Ce processus se poursuit jusqu’à ce que le puits atteigne la profondeur souhaitée. L’outil est donc prévu pour travailler sous l’eau afin d’équilibrer les pressions et d’empêcher les mouvements de terrains, tout en facilitant l’aspiration des déblais.   

 

 

Le châssis de la machine porte l’entraînement rotatif de la flèche et les unités d’alimentation de la machine

Matériaux issus de notre propre production

Les voussoirs sont fabriqués au sein de notre propre usine située à Limoges-Fourches, ce qui permet de maitriser le planning, la qualité des voussoirs ainsi que la durabilité des ouvrages. Les voussoirs, qui répondent aux exigences des cahiers des charges du Grand Paris Express (cas de charge, classe d’exposition, performance des matériaux), sont manufacturés selon des process de dernière génération. 


« La fabrication de voussoirs à destination des VSM a demandé un travail d’ingénierie d’intégration de tous les composants et une adaptation de nos protocoles à la spécificité des produits. Ces développements nous permettent aujourd’hui de maîtriser le process et d’être reconnus parmi les deux  fabricants en France d’une solution technique en laquelle nous croyons » 

Arnoux Cornille, Directeur Préfa 

Lorsque le puits est excavé, un bouchon radier est coulé et du mortier de bourrage est injecté dans le vide annulaire. Une fois ces matériaux/injections durcis, le puits est vidé de son eau et les voussoirs assurent l’étanchéité.  

«Cette méthode, où toutes les opérations à l’intérieur de l’ouvrage se font sans intervention humaine, réduit l’exposition de nos équipes aux vibrations, aux poussières et aux fumées. Les opérations d’excavation sont commandées à distance à partir de la surface, et réalisées en dessous du niveau de la nappe phréatique. L’absence d’abattement de la nappe phréatique diminue fortement le risque de tassement imprévu. Enfin, la technique est également plus respectueuse de l’environnement, car nous avons moins de rejets de fluide d’excavation à traiter.»  

Mohamed Talla, Ingénieur QSE 


« Le retour d’expérience du premier puits achevé montre que cette technique est bien adaptée au sous-sol parisien. Le forage s’est plutôt bien passé dans son ensemble et les cadences ont été respectées. Ce forage test nous permet d’envisager sereinement la réalisation des trois prochains puits du chantier et nous incite à proposer cette technique pour d’autres projets. » 

Thomas Brochot, Ingénieur Travaux