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Pour commencer, traversons l’autoroute

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Renouvellement du collecteur principal 11 de près de 12 kilomètres vers la station d’épuration de Düren

Dans les années à venir, le syndicat des eaux Eifel-Rur (WVER) remplacera en grande partie le collecteur principal 11 de près de 12 kilomètres menant à la station d’épuration de Düren par une nouvelle construction. La réalisation de ce grand projet a débuté à l’été 2023 avec la traversée de l’autoroute 4.

Au cours des prochaines années, la WVER investira plus de 160 millions d’euros dans la construction du nouveau collecteur principal du bassin desservant la station d’épuration de Düren. L’amélioration fondamentale et l’augmentation de la capacité de la station d’épuration coûteront à leur tour environ 85 millions d’euros. Les installations susmentionnées font partie des 43 stations d’épuration, 800 ouvrages spéciaux et environ 100 km de collecteurs de transport que la fédération exploite sur son territoire d’environ 2.000 km² pour l’évacuation des eaux usées de ses membres communaux et industriels. La WVER est également responsable de 6 barrages et de l’entretien d’environ 1.900 km de cours d’eau sur son territoire.

Pollution élevée par l'acide sulfurique biogène

Six communes et la ville de Düren sont drainées par le collecteur principal 11. Dans la partie supérieure, il fait office de collecteur d’eaux mixtes, mais à partir du raccordement du réseau de Düren, il s’agit principalement d’un collecteur d’eaux usées jusqu’à la station d’épuration, en raison de la quantité d’eaux usées industrielles déversées, qui représentent plus de 60% du débit de temps sec. Le diamètre du profil circulaire existant se situe entre DN 400 et DN 1500. Les eaux usées provenant de l’industrie papetière implantée à Düren sont non seulement très chaudes, avec des températures comprises entre 30 et 36 degrés Celsius, mais elles contiennent en outre de grandes quantités de sulfure. Ces deux éléments combinés favorisent la formation d’acide sulfurique biogène et par conséquence une atmosphère de canal plutôt agressive.

Le canal à une voie a été construit entre 1974 et 1976 avec des tuyaux en amiante-ciment revêtus à l’intérieur et des regards maçonnés. Le choix du matériau n’a toutefois pas permis d’éviter des dommages massifs dus à la corrosion. Les dommages identifiés sont que « Le revêtement intérieur soulève des cloques sur entre 60 à 90% maximum de la surface intérieure des tuyaux. Sous sollicitation mécanique, les cloques éclatent et l’effet de protection est ainsi perdu. C’est donc le tuyau en amiante-ciment lui-même qui subit l’exposition agressive, la brique de ciment se dissout dans l’atmosphère corrosive. Il reste plus que les fibres d’amiante », décrit l’ingénieur Stephan Goffart, chef d’équipe de construction de canalisations de la WVER et responsable du projet global. Un relevé complet de l’état n’était toutefois pas possible à l’état sec, car le canal avait en permanence trop d’eau pour une inspection continue.
L’urgence d’agir a été soulignée par un effondrement dans la Renkerstraße, une artère principale de Düren, à proximité immédiate d’un hôpital. À cela s’ajoute le fait que le canal existant a atteint sa limite de surcharge hydraulique en raison de l’augmentation des volumes d’eaux usées.

Système de double tube redondant

Les premières réflexions sur la construction d’un nouveau canal remontent à 2010. Plusieurs bureaux d’ingénieurs de différentes disciplines ont participé à la planification. Au final, l’ensemble du collecteur doit être construit sous forme de système à double tube. Cela offre la possibilité d’exploiter un tube et d’en mettre un hors service, créant ainsi un système redondant qui permet d’inspecter, de nettoyer et d’effectuer les réparations éventuellement nécessaires, sans pour autant limiter la sécurité d’élimination. Parmi les paramètres de planification, outre les exigences hydrauliques adaptées, les frais d’éternité doivent être le plus faible possible. Cela signifie qu’aucune station de pompage n’est prévue sur l’ensemble du parcours, la conduite d’eaux usées se fait entièrement en pente libre sur 12 kilomètres jusqu’à la station d’épuration.
Autre particularité, un système d’aération et de ventilation contrôlé est prévu avec un traitement adéquat des gaz aspirés afin d’éviter au maximum les nuisances olfactives pour les riverains.
L’ensemble du projet est divisé en sept sections de construction. Dans les sections 4, 5, 6 et 7, le nouveau canal suit le même tracé que le collecteur existant sur une longueur de près de 8 kilomètres. Le démantèlement de la canalisation existante en amiante-ciment a donc lieu en même temps que la pose de la nouvelle canalisation.

Dans ce contexte, il convient de respecter des exigences particulières pour travailler avec des tuyaux en amiante-ciment. « La directive sur la sécurité au travail TRGS 519 ne s’applique que pour les Tuyaux jusqu’à la taille DN 600. Concernant le démontage de tuyaux plus grands, il n’existe aucune indication sur la manière de procéder », explique Stephan Goffart. C’est pourquoi différentes méthodes de broyage des tuyaux en amiante-ciment ont été testées et mesurées lors d’essais pratiques de déconstruction dans la section 7. En collaboration avec l’association professionnelle et la protection du travail à Cologne, il a été possible d’identifier une méthode de déconstruction qui comprend le démontage et le broyage des tuyaux ainsi que l’emballage et le transport du matériau broyé vers la décharge, et qui peut être utilisée sur la longueur totale des sections 4 à 7.

Profilé cadre a deux tubes

Dans les sections 6 et 7, le nouveau canal est construit à partir de profilés rectangulaires à deux tubes, chacun dans la dimension 1000/1250. Des profondeurs allant jusqu’à 5 mètres sous le niveau du sol sont atteintes. À d’autres endroits, le canal repose sur la surface de la terre. Ici, le collecteur est recouvert d’un remblai de terre. « Dans cette position de remblai, un double profil rectangulaire s’impose formellement pour la nouvelle construction en raison de sa meilleure stabilité par rapport aux profils circulaires », explique Mirko Schniedermann, chef de projet de la WVER. En profondeur, deux profils circulaires côte à côte nécessiteraient plus d’espace de travail et donc nettement plus d’excavation. C’est pourquoi le choix s’est porté sur le profilé à double cadre. Outre ces arguments techniques de pose, l’intégration plus simple dans les ouvrages de puits nécessaires et l’encombrement moindre aux endroits étroits du tracé ont plaidé en faveur du profilé cadre.

Un autre aspect important lors du choix du matériau était la résistance à la corrosion. « Nous avons mené des recherches approfondies sur les matériaux à ce sujet, en lien avec la résistance à la température, la résistance à l’abrasion, la statique et la durée d’utilisation », explique Stephan Goffert. « Nous ne voulons finalement pas que la prochaine génération doive à nouveau s’occuper d’un tel projet gigantesque ici-même dans 50 ans ». Un profil d’exigences correspondant, avec d’autres critères tels que la géométrie, la statique et la longueur de construction, a finalement fait partie de l’appel d’offres.

Une « Double Box » protégée contre la corrosion

Le choix du matériau des tuyaux s’est porté sur la « Double Box » revêtue de PE de Betonwerk Müller d’Achern. Les responsables de Beton Müller ont vu un défi intéressant dans les critères d’exigences complexes. « En ce qui concerne la protection contre la corrosion, notre expérience en matière de revêtement intérieur avec des gaines en PE nous prédestine à de telles tâches », explique Joachim Strack, PDG de Beton Müller. « De plus, il y avait des particularités que nous devions également résoudre pour la première fois ».
L’épaisseur habituelle des gaines des tuyaux Perfect Pipe de Beton Müller est de 1,65 millimètre, mais pour ce projet, il fallait utiliser des gaines nettement plus épaisses, de 2,5 millimètres, afin d’augmenter la résistance aux sollicitations mécaniques.
« Nous avons choisi la couleur jaune établie par Perfect Pipe pour faciliter l’inspection et nous avons utilisé la même technique d’ancrage de la gaine dans le béton, car nous disposons des tests DIBt pour la résistance à l’arrachement », explique Joachim Strack. Au lieu du connecteur utilisé pour les tuyaux ronds, la Double Box utilise un joint à double clavette testable. Pour optimiser encore la protection contre la corrosion, il fallait également recouvrir les extrémités des pointes avec la gaine PE. « Cela aussi était une nouveauté pour nous », poursuit Strack.

A grande vitesse à travers l'autoroute

En été 2023, Strabag AG, en tant qu’entrepreneur, a commencé le premier chantier du projet. Le coup d’envoi a tout de suite constitué un défi particulier pour tous les participants : Dans une fenêtre de temps d’exactement six semaines, les six voies de l’autoroute A4 devaient être passées en tranchée couverte avec le premier tronçon du nouveau collecteur. Conformément aux directives de la société Autobahn GmbH, les travaux devaient être achevés dans la zone de l’autoroute pendant les vacances d’été.
Au début des travaux et des vacances, le 1er juillet, trois voies de circulation en direction des Pays-Bas devaient être maintenues ouvertes afin de gêner le moins possible le trafic de vacances. Il en a été de même pour la deuxième moitié des vacances pour le sens inverse. L’autoroute a été traversée en trois tronçons. La voie d’arrêt d’urgence et la bande réservée aux poids lourds constituaient la zone de travaux 1, la zone de travaux 2 avec la voie centrale et les voies de dépassement était un chantier en îlot, et la zone de travaux 3 comprenait les voies restantes dans le sens inverse.

Le déminage, la protection des amphibiens et les restrictions d’accès au chantier ont été des contraintes qui ont accompagné les travaux de construction. En outre, un grand tronçon de fibres optiques a été trouvé à une profondeur inférieure à celle indiquée dans les documents existants. Cela a nécessité une replanification d’urgence et une pose des tuyaux 50 centimètres plus haut. « C’était tout juste possible à cet endroit, juste avant la station d’épuration, compte tenu des vitesses d’écoulement », explique Mirko Schniedermann.
Des problèmes imprévus ont été causés par des cyclistes. Une piste cyclable longue distance traverse le terrain du chantier. Cependant, la déviation mise en place pour l’occasion a souvent été ignorée par les cyclistes. « Nous avons dû réinstaller les barrières de chantier au moins une fois par jour, car les cyclistes ne voyaient pas l’intérêt de suivre la déviation officielle », décrit Schniedermann. Après les week-ends, les clôtures de chantier étaient en partie démontées ou carrément démolies. « Nous avions parfois des groupes entiers de touristes sur le chantier, qui s’étaient donné la peine de hisser leurs vélos électriques par-dessus les barrières et se déplaçaient au milieu du trafic de chantier avec des engins lourds », ajoute Stephan Goffart.

Une logistique complexe

Le déroulement du chantier lui-même a constitué un défi logistique, compte tenu de la sécurité routière particulière d’un tel chantier sur l’autoroute. Chaque profilé rectangulaire de 16 tonnes a été livré individuellement et juste à temps par semi-remorque, soulevé dans la fouille à l’aide d’une grande grue, déposé sur la couche de propreté réalisée avec une couche de concassé et rassemblé à l’aide de palans à chaîne. Aux intersections des trois sections de construction, la tranchée pour les tuyaux a été remplie de sol liquide. La grande précision dimensionnelle des tuyaux a été particulièrement avantageuse dans les zones de transition d’une section de construction à l’autre, souligne Mirko Schniedermann, qui ajoute : « Les caissons présentaient des avantages évidents, tant du point de vue de la reprise des charges que de la mise en place, et ont accéléré considérablement l’avancement des travaux ». Le fait que le joint à double clavette puisse être testé a également été un facteur important compte tenu de la courte durée de construction disponible. En cas d’échec au test d’étanchéité, le raccord de tuyaux aurait pu être étanchéifié ultérieurement sans travaux de génie civil par une injection de résine dans les vannes de contrôle.
Pour couronner le tout, une forte pluie a provoqué une inondation du chantier et le sol érodé a été emporté dans la canalisation déjà posée. «Malgré cela, nous avons terminé les travaux d’asphaltage le dernier jour des vacances et avons pu achever la traversée de l’autoroute à temps», explique Stephan Goffart.

Un début réussi

Dans une autre phase de construction, une vanne de 32 tonnes et de plus de 3 mètres de large devait être posée juste à côté de l’autoroute pour servir comme « aiguillage des eaux usées ». En raison du poids et de la largeur excessive, il n’a pas été facile d’obtenir une autorisation de transport continu pour le trajet entre Achern et le chantier. La mise en place de l’ouvrage avec une grue de 250 tonnes dans un espace restreint a également constitué une tâche exigeante.

Le tronçon représente un volume de commande de 2 millions d’euros. Ce montant comprend une part importante pour la gestion et la sécurité du trafic. Le mauvais temps a entraîné des retards et des dépenses supplémentaires auxquelles on ne s’attendait pas au préalable.
Néanmoins, la mesure a été un début réussi pour l’ensemble du projet. Le chantier était surveillé 24 heures sur 24 par des caméras. Les images ont donné lieu à une vidéo en accéléré qui résume le déroulement des travaux et qui est disponible sur Youtube (WVER) :

Nichtsdestotrotz war die Maßnahme ein erfolgreicher Auftakt für das Gesamtprojekt. Die Baustelle war rund um die Uhr kameraüberwacht. Aus den Bildern ist ein Zeitraffervideo entstanden, das den Bauablauf zusammenfasst und bei Youtube (WVER) verfügbar ist:

Une clé essentielle est la communication en amont avec toutes les parties et personnes concernées, souligne Stephan Goffart. Un facteur qui joue également un rôle central pour Joachim Strack. « Si, en tant que fabricant, nous communiquons bien avec les donneurs d’ordre et si, en interne, la coordination entre le service commercial, le bureau d’études et la production fonctionne, nous sommes en mesure de résoudre des tâches aussi exigeantes sur le plan technique, et alors nous en sommes fiers d’y parvenir aussi bien ».

Pour commencer, traversons l’autoroute

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Système de double tube redondant

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Un début réussi

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