Fatigue et réhabilitation du viaduc de Vilvorde : une approche hybride pour prolonger la durée de vie des infrastructures

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Vers une ingénierie du vieillissement maîtrisée

Situé sur le ring nord de Bruxelles, le viaduc de Vilvorde est une infrastructure clé mise en service en 1978. Face aux exigences croissantes du trafic, son adaptation est devenue une priorité stratégique. Greisch a mené une étude approfondie de fatigue dans le cadre de la rénovation de cette structure, afin d’en prolonger la durée de vie jusqu’en 2078, tout en accueillant jusqu’à quatre voies de circulation, dont deux pour poids lourds.

Une stratégie de calcul hybride : entre fatigue et mécanique de la rupture

Contexte et défis techniques

La rénovation s’inscrit dans un contexte complexe :

Matériaux vieillissants difficiles à caractériser
Détérioration partiellement (in-)visible
Influence majeure des charges locales dues au passage des essieux de poids lourds et donc nécessité de modélisation fine du trafic pour en tenir compte sans débaucher sur une conception trop conservative

L’approche adoptée combine calculs de fatigue selon les courbes S-N de l’Eurocode avec analyses de mécanique de la rupture. Cela permet de justifier la structure en tenant compte de son historique d’endommagement, tout en limitant le nombre de réparations nécessaires, ce qui est une différence essentielle par rapport à un ouvrage neuf.

Modélisation avancée : du global au local

Un modèle global de type poutre, couplé à un modèle local coque-volume d’une section de 16 mètres du viaduc, a été développé avec le logiciel maison FINELG. Cette combinaison permet :

Une restitution fidèle des contraintes longitudinales et transversales
L’optimisation des vérifications de fatigue via le logiciel TRAFALI (reconstruction de 930 scénarios différents à partir de « seulement » 91 simulations éléments finis)

Prise en compte du passé et anticipation du futur

Dommages cumulés sur 100 ans

La période d’analyse couvre :

Le passé : 1978 à 2028, découpé en 6 périodes selon l’évolution du trafic
Le futur : 2028 à 2078, avec deux scénarios alternants à 3 ou 4 voies de circulation

Pour chaque détail critique (plus de 4 500 points analysés), le cumul de dommages passé et futur est évalué, et, si nécessaire, une analyse de propagation de fissures est effectuée. Cette dernière a pour but :

D’identifier les fissures à réparer et celles qui peuvent rester sans intervention sans risques pour la sécurité de l’ouvrage
De définir les intervalles d’inspection futures, en fonction du type de détail

Solutions de renforcement ciblées

Des interventions ciblées pour maximiser la résilience

Greisch a mis en œuvre plusieurs techniques de renforcement :

Dalle en béton haute performance (HPC) de 90 mm sur la dalle orthotrope : augmentation de la rigidité, diffusion des charges d’essieu
Patchs en double peau autour des raidisseurs longitudinaux
Bracons tubulaires pour soulager les soudures de la partie du tablier orthotrope en porte-à-faux
Remplacement des joints boulonnés des raidisseurs longitudinaux par des solutions soudées
Remplacement des soudures en cordon d’angle, non inspectables en racine
Traitements HFMI (High-Frequencey-Mechanical-Impact) pour améliorer la résistance à la fatigue en pied de cordon de soudure

Résultats : éviter la démolition, prolonger la durée de vie

Grâce à cette approche hybride et ciblée, la démolition du tablier orthotrope et/ou de la poutre-caisson a été évitée. Le viaduc est désormais capable de répondre aux exigences du trafic à long terme, dans un cadre de sécurité et de durabilité maîtrisées.

Lire l’article complet en anglais – IABSE Congress Ghent 2025 (PDF)