Soucieux d’augmenter de manière significative la capacité de stockage des eaux excédentaires de temps de pluie, le S.I.A.A.P. (Syndicat Interdépartemental de l’Assainissement de l’Agglomération Parisienne) a lancé un vaste programme d’ouvrages, dont le TIMA (Tunnel de stockage Ivry – Masséna - Austerlitz) est un chaînon essentiel.

C’est le groupement Bouygues TP (mandataire) – Campenon Bernard TP – Razel – Spie fondations qui a été choisi par le S.I.A.A.P. pour réaliser le tronçon du tunnel de stockage compris entre le puits existant des Cormailles, à Ivry-sur-Seine, et l’ouvrage Masséna à créer en rive gauche de Seine, quai Panhard et Levassor, en contrebas du Pont National.

Le présent article concerne uniquement les travaux que Spie fondations est en train de réaliser sur cet ouvrage Masséna, notamment les parois moulées à grande profondeur, à la Rotoforeuse, et les injections d’étanchéité des fonds de fouille.

PRESENTATION GENERALE DE L’OUVRAGE ET DE SON ENVIRONNEMENT

Comment gérer le stockage et l’écoulement des eaux excédentaires de temps de pluie de l’agglomération parisienne lors de violents orages ? Comment éviter la saturation des réseaux d’évacuation ? Tel est le problème auquel est confronté le S.I.A.A.P. et qu’il a entrepris de résoudre en repensant et réadaptant tout son réseau afin d’en accroître la capacité de stockage.

En même temps qu’il achève son programme de traitement de la totalité des eaux usées de temps sec, le SIAAP s’engage en effet dans la voie du traitement des eaux excédentaires de temps de pluie dont les déversements ont parfois des effets dévastateurs sur le milieu récepteur.

Les usines d’épuration sont en général dans l’impossibilité de faire face à ces pointes hydrauliques en raison de la trop grande sensibilité des procédés de traitement aux variations de débits et de charge.

Pour faire face aux situations de temps de pluie sans multiplication prohibitive des capacités de transport et d’épuration, la solution consiste donc à stocker les eaux excédentaires dans l’attente d’un retour à la normale, ces eaux étant ensuite acheminées jusqu’aux usines d’épuration dès que leur capacité disponible le permet.

Le tunnel de stockage Ivry - Masséna (T.I.M.A.1) recevra, en temps de pluie, les eaux excédentaires actuellement rejetées directement dans le milieu naturel (la Seine ou la Marne). Il s’inscrit dans un vaste complexe de stockage d’une capacité totale de 240 000 m3, concernant le secteur “ Seine Amont ”, et qui comprend les principaux ouvrages suivants.

Le TIMA :
- le tronçon Ivry – Masséna (TIMA 1) entre le puits des Cormailles à Ivry-sur-Seine et l’ouvrage Masséna, implanté en rive gauche de Seine au niveau du Pont National à Paris et collectant le déversoir d’orage (DO) Bièvre-Watt;
- le tronçon central (TIMA 2) collectant les effluents actuellement rejetés en Seine par les déversoirs d’orage dénommés Vincennes-Charenton et Périphérique ;
- le tronçon amont Masséna – Austerlitz (TIMA 3), projeté entre le puits Masséna et le puits d’Austerlitz implanté au niveau du pont du même nom, en rive gauche de Seine à Paris. Il recevra les effluents actuellement rejetés en Seine par le déversoir d’orage dénommé Buffon.
Le Maillage Cachan – Charenton :
- le tronçon MCC1 entre Cachan et Villejuif, qui reçoit les eaux de la vallée de la Bièvre ;
- le tronçon MCC2 entre Villejuif et le puits des Cormailles à Ivry-sur-Seine, qui peut être alimenté soit depuis Villejuif par les eaux de la vallée de la Bièvre, soit depuis les Cormailles par les déversoirs de l’Est parisien (TIMA) ou par les effluents convergeant à l’Ile Martinet (MCC4) ;
- le Puits des Cormailles (MCC3) à Ivry, nœud de liaison entre TIMA, la liaison Cachan -Charenton et le bassin des Cormailles ;
- le tronçon MCC4 entre le puits des Cormailles et l’Ile Martinet à Charenton, où convergent les surverses du secteur Charenton – Ivry – Alfortville.
Le Bassin du Parc des Cormailles à Ivry, dont la vocation première est de récupérer les eaux excédentaires du réseau local d’Ivry afin d’éviter les inondations.
L'intercepteur Blagis - Cachan dont la vocation est de récupérer les eaux excédentaires du bassin versant du ru des Blagis.

Ainsi, selon l’importance et la localisation de l’événement pluvieux, le tunnel de stockage TIMA1 pourra recevoir les effluents provenant des quatre déversoirs de l’Est parisien, ou être alimenté depuis le puits des Cormailles par les surverses de l’Ile Martinet, et éventuellement celles du bassin des Cormailles d’Ivry-sur-Seine, en cas d’événement pluvieux particulièrement important. Sa capacité de stockage a été fixée à 80 000 m3.

Par ailleurs, afin de faire face à toutes les situations exceptionnelles, aussi bien en terme d’évènement pluvieux que de panne ou chômage d’un des éléments du dispositif, il fallait prévoir un déversoir de sécurité du complexe de stockage.

Ce déversoir est prévu à l’ouvrage Masséna qui présente l’avantage d’être implanté en bordure de Seine et d’être relié au nœud principal du complexe de stockage, le puits des Cormailles, par un tunnel de grand diamètre, donc non limiteur de débit.

Une étude hydraulique complète du système Seine Amont a précisé le dimensionnement hydraulique de ce déversoir et son incidence sur le milieu récepteur.

Cet ouvrage n’engendrera pas de déversements supplémentaires à ceux observés actuellement sur les déversoirs parisiens ; il joue avant tout le rôle d’organe de sécurité du système et ne sera sollicité que de façon exceptionnelle. Globalement, les déversements en Seine seront très sensiblement réduits puisque TIMA permettra de stocker des pluies de période de retour 2 ans.

DESCRIPTION DE L’OUVRAGE MASSENA

L’ouvrage comprend le déversoir, deux puits liaisonnés par une galerie basse et des locaux techniques d’exploitation, dont un certain nombre au-dessus d’une galerie d’amorce créée spécialement pour permettre au tunnelier d’attaquer le creusement de la galerie principale.

Il servira :

pendant la phase travaux, à l’introduction du tunnelier de 6,80 m de diamètre utilisé pour le creusement sur 1 850 m du tronçon TIMA 1, et à l’évacuation des déblais ;
pendant l’exploitation future de TIMA, essentiellement à la ventilation et à l’entretien du tunnel ;
pendant l’exploitation du complexe de stockage Seine Amont, de déversoir de sécurité.

Il permettra en outre le raccordement des DO sur le tunnel de stockage. Ces raccordements seront en effet réalisés grâce à des ouvrages profonds :

un ouvrage de 2,50 m de diamètre pour le DO Bièvre-Watt et qui est en cours de réalisation (au tunnelier, avec sortie par le puits aval);
un ouvrage commun de traversée sous-fluviale pour les DO de la rive droite, Vincennes - Charenton et Périphérique, qui sera réalisé en 4 m de diamètre à l’aide d’un tunnelier qui arrivera et sortira par le puits aval;
une galerie de 3 m de diamètre en rive gauche de Seine pour le DO Buffon qui sera réalisée à l'aide d'un tunnelier qui arrivera et sortira également par le même puits.

L’implantation de cet ouvrage, sur le Port de Tolbiac, à l’aval immédiat du Pont National présente le double avantage :

d’être aisément accessible depuis la Seine, ce qui permettra d’utiliser la voie fluviale pour la plupart des transports liés aux chantiers (évacuation des déblais notamment) ;
d’être suffisamment distant des habitations (l’activité autour du puits sera immergée dans l’activité portuaire du quai).

Les puits ont un diamètre intérieur de 17,50 m et une profondeur de 30 m au niveau du radier. Ils sont réalisés en parois moulées de 1,22 m d’épaisseur fichées à environ 55 m de profondeur.

La réalisation de ces travaux a nécessité au préalable l’alignement de la berge au droit du Pont National, pour rétablir la continuité entre les quais existants et disposer d’une largeur suffisante pour l’implantation de deux puits de grands diamètres, compte tenu de la présence d’une conduite de gaz côté voirie et à proximité du Pont National.

Ce réalignement de berge a été réalisé par battage en site fluvial d’un rideau auto-stable en phase provisoire, constitué de palplanches et de tubes métalliques de diamètre 1,22 m ancrés à la cote 7 NGF dans les argiles plastiques, un remblai compacté étant ensuite mis en place derrière le rideau pour constituer une plateforme de travail stable et protégée des inondations (photos n°3 et 4). En phase définitive, des tirants accrochés à la paroi seront disposés en tête de rideau pour en assurer la stabilité.

Le rideau accueillera en fin de chantier des parements permettant la continuité esthétique du quai depuis l’aval.

Après réalisation des parois moulées des puits, le déversoir d’une ouverture de 12 m par 1,70 m, ainsi que la chambre devant accueillir la vanne d’isolement de la Seine, seront terrassés entre la paroi et le rideau mixte.

CONTEXTE GEOLOGIQUE

Les différentes campagnes de sondages géotechniques réalisées sur le site entre 1999 et 2002 ont permis d’établir la coupe des terrains suivante (à partir d’une plateforme à 30,50 NGF):

des remblais et des alluvions modernes sur environ 4 m d’épaisseur ;
les alluvions anciennes jusqu’à la cote 21/22 NGF ;
un reliquat de calcaire grossier (altéré) sur 3 à 4 m d’épaisseur ;
les fausses glaises sur 5 à 7 m d’épaisseur ;
les argiles plastiques jusqu’à une cote variant de 0 à 5 NGF (d’aval en amont) ;
les sables de Bracheux sur 3,5 m à 6,5 m d’épaisseur ;
le marno-calcaire du Montien jusqu’à une cote variant de -12,70 NGF à -13,70 NGF ;
la craie blanche à silex du Campanien.

Les fonds de fouille varient en altitude entre – 3,75 NGF, au droit du puits aval, et – 0,70 NGF, au droit de la galerie amorce et de la galerie intermédiaire, et devraient donc se développer au sein des sables de Bracheux.

Les terrains du site sont baignés par l’aquifère des alluvions anciennes et du calcaire grossier, qui est en communication directe avec la Seine, et par l’aquifère des sables de Bracheux, du marno-calcaire du Montien et de la craie, dont la nappe est en charge sous l’argile plastique, et qui est lui aussi en communication avec la Seine (là où l’argile disparaît).

DISPOSITIONS TECHNIQUES

Ces éléments ont conduit à arrêter les choix techniques suivants (voir la figure n°5):

pour les puits, réalisation de parois moulées de 1,22 m d’épaisseur descendues jusqu’aux cotes –24,50 NGF (puits aval) et –22,50 NGF (puits amont), avec une étanchéité des fonds de puits assurée par des bouchons injectés de 8 m d’épaisseur.
pour les galeries de liaison (14 m x 8,8 m) et d’amorce (12 m x 8,8 m), réalisation par parois moulées de 1,22 m d’épaisseur descendues jusqu’à la cote –20 NGF, avec bouchons injectés de 7 m d’épaisseur.

Les deux puits seront excavés sur 33,30 m et 34,25 m de profondeur, les deux galeries n’étant terrassées que sur environ 10 m de hauteur à partir des fonds de fouille des puits, après percement des parois moulées, et sur 7 m en tête, libérant ainsi un emplacement pour des locaux techniques.

CHOIX DU MATERIEL

Le choix de l’engin de forage des parois moulées a résulté d’une profonde réflexion, tant les facteurs d’incertitude étaient nombreux.

Le premier critère de choix était naturellement lié à la géologie rencontrée (succession d’alluvions, de calcaire glauconieux, de fausses glaises et d’argiles plastiques, de sables d’Auteuil, de marno-calcaire, et enfin de craie), l’alternance de terrains raides, voire très raides, militant pour l’emploi de la Rotoforeuse, alors que d’autres, très argileux, semblaient constituer un obstacle à l’utilisation de tambours fraisants.

Deux autres facteurs plaidaient pour l’utilisation de la Rotoforeuse :

la profondeur tout d’abord, jusqu’à 55 m, nécessitant du matériel de haute précision afin de limiter les défauts de verticalité ;
la proximité d’ouvrages extérieurs très sensibles aux vibrations et aux ondes de choc.
- On a d’abord eu à prendre en compte la présence d’une conduite Ø600 de gaz haute pression, située à environ 3 m des murettes-guides les plus proches (cela en trois endroits), et ne tolérant quasiment aucune vibration lors du forage. Une première précaution a consisté à approfondir les murettes-guides pour constituer un voile de protection de la conduite descendant jusqu’à 2 m sous le niveau de la plateforme.
- Le Pont National ensuite, assujetti aux contraintes de la SNCF, est également un ouvrage très sensible aux vibrations des outils d’excavation (sa culée rive gauche est fondée sur des pieux en bois dont les plus proches sont situés à une dizaine de mètres de la paroi moulée).

C’est donc l’ensemble de ces facteurs qui a conduit à la mobilisation d’une Rotoforeuse pour traverser les bancs de terrains indurés tout en garantissant une déviation inférieure à 0,5 % et en limitant les vibrations au droit des ouvrages avoisinants. Le forage s’effectue donc par panneaux primaires / secondaires, l’engin venant remordre, en une seule passe secondaire, les extrémités des deux panneaux primaires précédemment bétonnés. Une benne à câbles spécialement adaptée (largeur réduite à 1,80 m) a d’ailleurs été fabriquée par Spie fondations afin de faciliter le forage des panneaux secondaires, là où les tambours fraisants peinaient à remordre le béton des panneaux primaires adjacents en même temps que les terrains argileux sans consistance. On peut voir sur la photo n°6 la benne spéciale posant à côté de la Rotoforeuse.

ADAPTATION DU CHANTIER A UN ENVIRONNEMENT CONFINE

Le choix de ce type de matériel conduit inévitablement à des installations de chantier conséquentes pour assurer son fonctionnement. Outre la présence d’un porteur de 100 tonnes pour la Rotoforeuse, deux autres grues sont nécessaires à la bonne marche de l’atelier : un porteur pour la benne à câbles ainsi qu’une grue de manutention. A cela s’ajoute une centrale à boue imposante, équipée de dessableurs et dessilteurs, ainsi que 24 silos de stockage de bentonite. Tout ce matériel est à agencer dans une emprise très réduite (75 m x 30 m) et un contexte urbain très dense (voir photos n°7 et 8).

Afin de limiter au maximum les circulations d’engins de chantier autres que les grues, il a été décidé que seuls le béton et les cages d’armatures seraient approvisionnés par camion. Le chantier étant situé en bordure de Seine, la centrale de fabrication et de recyclage de la bentonite a été implantée de façon à pouvoir vider, directement dans des barges, les déblais de forage acheminés en continu par le fluide de perforation (circulation inverse), pour évacuation ultérieure par voie fluviale (photos n°9 et 10).

AUTRES SPECIFICITES TECHNIQUES

Parmi les spécificités techniques que l’on peut également noter sur cet ouvrage, deux sont à souligner :

le fonctionnement en voûte du front d’attaque du tunnelier dans la galerie d’amorce, afin de le stabiliser avant son confinement. A cet effet, les panneaux formant le front sont disposés suivant un arc de cercle de 6,50 m de rayon et s’appuient, aux naissances de la voûte, sur deux barrettes de réaction prenant appui sur le terrain.
la prise en compte de nombreuses futures ouvertures dans les parois moulées au droit des jonctions avec les galeries devant déboucher dans l’ouvrage.

Afin de ne pas entraver le percement de la paroi par les tunneliers, aucun acier n’est toléré au droit de ces ouvertures. Certaines cages ont dû être équipées avec des levées d’armatures en fibres de verre, afin de garantir leur bonne mise en place sur toute leur hauteur tout en assurant ainsi l’absence totale d’armatures métalliques aux endroits concernés (voir la jonction entre les deux types de cages sur la photo n°11).

SUIVI ENVIRONNEMENTAL

Pour l’ensemble du projet TIMA 1, le SIAAP à choisi de confier à un bureau spécialisé une étude de l'incidence des travaux d'excavation sur les ouvrages environnants, qui débouchera sur la validation des méthodes d'exécution, sur l’identification des zones à instrumenter en surface et sur les procédés de suivi environnemental tout au long du chantier.

D’autre part le SIAAP a prévu, autour de l’emprise principale et au droit des zones urbanisées traversées par le tunnelier, un dispositif de suivi topographique automatisé des ouvrages (Pont National, quai ) qui permettra de localiser et quantifier en temps réel toute déformation ponctuelle.

Concernant les travaux de parois moulées, bien que le choix de la Rotoforeuse limite de façon considérable le risque d’impact négatif sur l’environnement, une structure de suivi des déformations des ouvrages mitoyens a malgré tout été mise en place, avec pose de cibles et relevés périodiques des déformations.

PRINCIPALES DIFFICULTES RENCONTREES

Comme cela a déjà été signalé ci-dessus, une des plus grosses difficultés du chantier résidait dans la faible emprise au sol disponible pour les équipes de Spie fondations, à la fois pour s’installer et pour évoluer entre les aires de travail. Qu’à cela ne tienne, l’encadrement du chantier a su encore une fois faire preuve d’ingéniosité et de sens de l’organisation pour permettre aux acteurs d’œuvrer dans un environnement sécurisé où chaque chose a pu trouver sa place.

Autre difficulté, liée aux activités antérieures des hommes au droit du site, la rencontre, lors de la réalisation des murettes-guides et lors du forage de certains panneaux, d’obstacles non naturels tels des anciennes galeries désaffectées ou des pieux de fondations en bois et en béton armé (ancien appontement), comme l’élément de pieu visible sur la photo n°12. Pour les obstacles rencontrés lors de la réalisation des murettes-guides, il a été nécessaire de purger les zones concernées et de remblayer ensuite les fouilles avec de la grave-ciment, avant de reprendre la construction des murettes. Pour les obstacles rencontrés lors du forage des parois moulées, il a fallu utiliser la benne à câbles pour extraire les éléments de pieux, ce qui a ralenti l’avancement de l’atelier de forage.

Enfin, et cela a certainement été la plus grosse difficulté sur ce chantier, Spie fondations a dû faire face à la présence de terrains argileux (fausses glaises et argiles plastiques), intercalés entre des terrains plus compacts à très compacts, dont la découpe a nécessité l’utilisation de dents spéciales sur les tambours fraiseurs. En effet, pour les panneaux primaires forés en pleine terre, les dents ont été choisies de telle sorte qu’elles puissent découper à la fois des terrains de consistance molle et des terrains très compacts comme les marno-calcaires. Par contre, pour les panneaux secondaires, Spie fondations a utilisé deux types d’appareils de forage :

une benne à câbles spécialement fabriquée dans ses ateliers, de 1,80 m de largeur, dont le rôle est de forer en pleine terre, entre deux panneaux primaires, et sur la hauteur des argiles et terrains meubles ;
la Rotoforeuse pour remordre le béton d’extrémité des deux panneaux primaires après le passage de la benne spéciale, puis terminer le forage dans la zone de terrain dur. Dans cette configuration, les tambours de la machine doivent être changés, les dents prévues pour la découpe de l’argile ne pouvant pas forer dans le béton.

La présence de terrains argileux a également représenté une difficulté pour le recyclage de la boue bentonitique, et les premières passes de forage ont été utilisées à tester des systèmes de séparation des cuttings qu’il a fallu mettre au point “ in situ ”. Cela a permis de limiter les pertes de fluides et de travailler avec des boues correctement régénérées.

CONCLUSION

Avec une cadence moyenne de forage avoisinant 80 m²/jour ouvrable, l’avancement du chantier de parois moulées est conforme au planning prévisionnel redéfini au démarrage des travaux, pour tenir compte d’une demande de la Maîtrise d’Ouvrage de prendre des mesures d’accélération destinées à ne pas retarder les travaux préparatoires au débouché du tunnelier de l’ouvrage Watt dans le puits aval (passage à deux postes de travail au lieu d’un poste prolongé).

Le traitement d’étanchéité des fonds de fouille doit démarrer ensuite en présentant un recouvrement d’environ trois semaines avec les travaux de parois moulées, de façon à permettre, après terrassement des puits et des galeries, la mise en place, dans les meilleures conditions et dans les délais prévus, du tunnelier dont la mission sera de creuser sur 1 850 m la galerie de TIMA 1.

Mais cela sera une autre histoire…

Les principales quantités

178 ml de murettes guides ;
9 400 m² de parois moulées de 1,22 m d’épaisseur ;
35 panneaux de 152 à 437 m² de surface excavée;
1 280 tonnes d’armatures, dont 8 tonnes en fibres de verre ;
11 470 m3 de béton ;
9 000 ml de forage pour injections ;
1 300 m3 de coulis bentonite-ciment ;
520 m3 de gel de silicate.

Les principaux intervenants

Maître d’ouvrage : S.I.A.A.P.
Maître d’œuvre : S.I.A.A.P. – Direction des Grands Travaux
C.S.P.S. : APAVE Paris
Groupement d’entreprises : Bouygues TP (mandataire) – Campenon Bernard TP – Razel – Spie fondations

L’ouvrage Massena du TIMA