Extrait du document

Dans cet exposé sont présentés les procédés généraux de construction de pylônes électriques. Dans une première partie, vous trouverez un ensemble de définitions liées au secteur de la construction de pylônes. La deuxième partie traite desdifférents types de pylônes qui existent (pylônes monopodes, pylônes métalliques autoportant, pylônes haubanés). Dans la troisième partie, vous trouverez toutes les explications relatives à la conception des pylônes, depuis les calculs de contraintes jusqu'aux fondations en passant par les règles de construction et la protection contre la corrosion. La quatrième partie de cet exposé s'intéresse à la réalisation des pylônes : mesures préliminaires, bétonnage et montage. La cinquième partie parle des contrôles de conformité des pylônes (métaux, béton, verticalité). Dans une sixième partie, vous aborderez le sujet de la sécurité et de l'entretien des pylônes. Enfin, dans la dernière partie, vous verrez les différents problèmes relatifs à la législation et à la protection de l'environnement.

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Plan du document :

I. Principaux thèmes, définitions

II. Classification des pylones

III. Conception des pylones

IV. Réalisation

V. Contrôle de conformité

VI. Sécurité et entretien

VII. Législation et protection de l'environnement

I. Principaux thèmes, définitions

• le fût constitue l'élément principal du pylône, il est subdivisé en tronçons successifs, 

• les consoles permettent l'accrochage des câbles conducteurs ; elles sont généralement fixées au fût,

• les chevalets permettent l'accrochage des câbles de garde (pylône), 

• les embases assurent la liaison entre la superstructure et la fondation, 

• membrures : éléments en acier constituant les éléments porteurs principaux de la structure.

• contreventements principaux : éléments autres que les membrures, supportant des efforts provoqués par les charges appliquées sur la structure. 

• contreventements secondaires : éléments utilisés pour réduire la longueur de flambement d'autres éléments. 

• tronçon (d'un pylône ou d'un mât haubané) : toute partie d'un pylône ou d'un mât haubané subdivisé verticalement dans le but de déterminer les aires projoetées et la trainée aérodynamique. Les tronçons sont souvent, mais pas nécessairement, compris entre des intersections de membrures et de contreventements principaux. 

Le pylônes métalliques en treillis sont constitués de fûts, des membrures et les contreventements. Le tableau suivant montre les systèmes de contreventement type. 

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II. Classification des pylones

Les pylônes ne sont pas tous identiques, si bien qu'il en existe plusieurs sortes selon les contraintes engendrés, leurs formes, leurs matériaux constitutifs.

Selon les matériaux, on distingue les pylônes métalliques, en béton et en bois.

Les pylônes peuvent se subdiviser en trois (03) grandes catégories selon les contraintes engendrées : les pylônes monopodes, autoportants et haubanés.

2.1. Pylônes monopodes

Les pylônes monopodes qui appliquent des efforts horizontaux et des moments de renversement sur la fondation, sont généralement de forme cylindrique en béton, ce qui permet de les construire selon le procédé des coffrages glissants. Ils présentent de nombreux avantages : 

• Ils nécessitent un entretien beaucoup moins important que les pylônes métalliques 

• Ils procurent un accès facile aux antennes 

• L'intérieur peut abriter des équipements radioélectriques 

Malheureusement ces tours en béton sont onéreuses, environ 3 fois plus que le prix du pylône autoporteur.

2.2. Pylônes métalliques autoportant (pylône en treillis)

Ils conduisent à des efforts d'arrachement sur certains appuis et de compression sur d'autres; des efforts horizontaux souvent modestes sont également à prendre en compte. 

Les pylônes autostables sont des structures métalliques rigides fixées au sol par des fondations en béton. Ils sont encore appelés les polypodes. Utilisés pour la transmission, ils peuvent supporter plusieurs antennes de grande surface, fonctionnant à des fréquences élevées. 

Leur section est en général carrée et parfois triangulaire. De forme pyramidale la partie inférieure peut, suivant la hauteur, se poursuivre par une charpente de section constante ou progressivement décroissante. La largeur à la base, de l'ordre de 5m pour une hauteur de 50m est fonction croissante de la hauteur. Le plus souvent l'ensemble est démontable et assemblé par boulonnerie. 

Concernant leur structure, les pylônes sont souvent munis d'une échelle intérieure. Les membrures du pylône sont réalisées en fer cornière laminé à chaud ou en sections de tube convenablement protégées par galvanisation à chaud. 

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2.3. Pylônes haubanés 

Ces derniers doivent résister à des efforts obliques d'arrachement. 

Les pylônes haubanés sont plus légers, ils sont en général de sections triangulaire constante tout au long de la structure. Les membrures et treillis  sont en cornières à 90° ou 60°, ou en tube galvanisé. Les haubans sont en câble d’acier galvanisé. Ils sont fixés au pylône tous les 15 à 30m. L’ancrage des haubans peut être assuré par massif en béton enterré ou par remblai fixant la semelle du dispositif d’ancrage. 

Pour des hauteurs importantes, des dispositifs antitorsion doivent être adoptés à hauteur des antennes : déport de fixation des haubans sur le pylône par bras horizontaux. L’installation des haubans nécessite l’acquisition d’un terrain de plus grande étendue que pour un pylône autostable, ce qui augmente évidemment le coût et peut entraîner des retards dans les procédures.

Ces pylônes comportent comme dans les autres types de pylônes une protection contre la foudre avec paratonnerre Franklin en acier inoxydable.

III. Conception des pylones

De nos jours, la conception des pylônes se fait à l’aide des logiciels comme Code-Aster. En effet ces logiciels permettent de définir la géométrie et les dimensions des structures et la simulation.

Dans cette partie, nous présenterons le principe conduisant au dimensionnement et aux vérifications.

3.1. Calcul des contraintes 

Le calcul des contraintes auxquelles les pylônes sont soumis est nécessaire à la conception de ceux-ci. En effet les contraintes vont déterminer le type de pylône utilisé et sa taille

On peut distinguer plusieurs types de contraintes : les charges permanentes, les charges d’exploitation, les charges climatiques et les charges dues aux secousses sismiques.

3.1.1. Charges permanentes 

• Poids propore de la structure : tous les éléments constitutifs du pylône doivent être pris en compte 

• Equipement du pylône : antennes, câbles, paraboles ainsi que le câblage d'alimentation et le balisage

• Haubans : il faut tenir également compte des éventuels haubans 

3.1.2. Charges d'exploitation 

• Sur la structure : on tiendra compte des équipements décrits dans le CCTP et des interfaces de fixation 

• Sur les plates-formes : on prendra dans les calculs une charge répartie déterminée dans le CCTP. Le système d'ancrage devra par ailleurs résister à une force d'au moins 15 kN. 

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3.2. Règles de construction 

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IV. Réalisation

4.1. Mesures préliminaires

Après avoir balisé l’itinéraire, un topographe ou un géomètre vérifie les bornes, les piquets d’axes des supports et les sommets d’angle de la ligne.

Le topographe réalise ensuite le traçage de fouilles.

4.2. Bétonnage

Il est impératif de mettre à la terre le pylône avant de procéder au bétonnage de la fondation. Si la résistance de terre du pylône est supérieure à 10 Ω, il convient de l’améliorer par forage en terre profonde et interconnexion des pieds du support.

On règle ensuite l’embase et on procède au bétonnage de la fondation. Le béton utilisé doit être de bonne qualité (supérieure à B 25 selon la norme NF P18-305). L’embase, scellée dans le massif, comporte un joint sur lequel on vient fixer le pylône. Les embases doivent être disposées dans le prolongement rigoureux des montants du pylône.

Pour un montage correct, il est donc nécessaire de respecter les pentes des montants du pylône.

Lorsque le béton possède une résistance suffisante, on retire les tendeurs

4.3. Procédés de montage des supports des pylônes métalliques

Les pylônes sont amenés sur le site en pièces détachées (barres ou tubes). Dans le cas de montage sur un lieu difficilement accessible, on utilisera des moyens appropriés pour acheminer les pièces (l’hélicoptère en montagne par exemple).

L’outillage nécessaire au montage des pylônes dépend du type de montage employé. On aura donc en dehors du petit outillage, des mâts de levage, des chèvres, des treuils, des palans, des câbles…

Le procédé de montage utilisé dépend des caractéristiques des pylônes (hauteur, dimensions à la base, masse des éléments à lever), des facilités d’assemblage au sol (aire d’assemblage), ainsi que des possibilités d’amener à pied d’œuvre des engins de levage et enfin des moyens dont dispose l’entreprise.

4.3.1. Montage par rotation

Ce type de montage n’est réalisable que sur les terrains plats et peu accidentés. On l'emploie surtout pour monter des pylônes de faibles dimensions (une trentaine de mètres de hauteur) et de poids contenu (5 à 6 tonnes maximum) mais aussi dans de rares cas pour monter des pylônes métalliques de hauteur importante.

Le pylône assemblé totalement est mis en position horizontale et fixé sur les embases à l’aide de charnières. On fait ensuite pivoter le pylône autour de celles-ci à l’aide de câbles tirés par un treuil. On peut également utiliser un mât pour réduire l’effort initial (qui est alors maximal).

Un haubanage, permet de retenir le pylône lorsqu’il arrive à la verticale et facilite la fixation des boulons de joints d’embase. Au cours de l’opération, la base du pylône est renforcée avec des poteaux de bois afin d’éviter sa déformation.

4.3.2. Montage à l'avancement

Le montage à l’avancement s’effectue à l’aide d’un mât de levage haubané.

La base du mât est placée au sol pour le montage des parties inférieures, puis sur les tronçons édifiés, pour le levage des tronçons supérieurs.

Le montage barre par barre n’est plus utilisé. Il a été remplacé par le montage d’ensembles préalablement assemblés (tronçons, panneaux, poutres, consoles, etc.).

Il est parfois préférable d’utiliser un mât de haute taille (plus de 50m) pour éviter de déplacer trop souvent le mât.

4.3.3. Montage mixte 

C’est une combinaison des deux méthodes précédentes. Au début du levage, on réalise deux rotations, en sens opposés, de deux panneaux symétriques (2 ou 3 tronçons de support). Ces deux panneaux sont ensuite assemblés, lorsqu’ils ont pris leur position définitive. La poursuite du levage s’effectue, ensuite, à l’avancement.

4.3.4. Montage à la grue

C’est un procédé permettant d’effectuer un montage rapide du pylône. Néanmoins leurs tailles les rendent difficilement exploitables sur des terrains de faible résistance ou d’accès difficile.

4.3.5. Montage à l'hélicoptère

L’hélicoptère permet de mettre en place, successivement, différents tronçons de pylône. Un système automatique d’emboîtage provisoire ou définitif évite toute présence de personnel sur le pylône, d’où une sécurité accrue. L’assemblage définitif est assuré au fur et à mesure par les monteurs, après le départ de l’hélicoptère.

Une grande rigueur dans la préparation des emboîtages est nécessaire (positionnement des outillages, vérification des cotes d’emboîtage, disposition des tronçons sur la zone d’atterrissage).

V. Contrôle de conformité

Les Cahiers des Clauses Techniques Générales préconisent différents contrôles concernant les pylônes. Un grand nombre de ces contrôles doivent être réalisés par le constructeur, et les clients sont en droit d’exiger des contrôles supplémentaires.

5.1. Les métaux

Le constructeur devra tenir en permanence à la disposition du client l’ensemble des renseignements et spécifications de tous les produits utilisés ainsi que tous les résultats de ses propres contrôles.

Des essais de contrôle concernant la qualité des matériaux seront effectués dans le cas où le certificat de conformité demandé n’aurait pas été fourni.

La qualité des soudures sera vérifiée, selon la norme AFNOR en vigueur. Le contrôle radiographie sera limité à 10% des longueurs soudées, s’il n’y a pas de constatation de défauts.

Les fils de haubans seront soumis à des épreuves de résistance à la traction, à la torsion et à la flexion. Les éprouvettes seront prélevées en premier lieu sur les bottes de fils, puis sur des fils aux extrémités des câbles.

Pour chaque culot, on procédera à au moins un essai destructif, afin de valider la conformité et la résistance de ces derniers. Le tableau suivant présente les normes sur lesquelles se basent les essais de contrôle de conformité.

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5.2. Bétons

Les épreuvens et le contrôle des qualités mécaniques des bétons portent sur la mesure de leurs résistances à la compression et à la traction à 7 et à 28 jours, à partir d’éprouvettes prélevées. Dans le cas de béton coulé sur place il faudra également, à partir de prélèvements, vérifier que : 

• la composition correspond bien à celle qui a été choisie 

• la ferraillage éventuel est correctement fabriqué 

• le vibrage est correct 

• les parties hors sol ne sont ni rapportées, ni surdosées en ciment et possèdent une hauteur et une pente suiffisante. 

5.3. Verticalité des pylones

Ce contrôle s’effectue par sondage ou par examen visuel. L’écart de la verticalité des supports après leur montage (et avant la pose des câbles) ne doit pas excéder 5mm par mètre de hauteur du support, avec un maximum de 200mm.

Certains CCTG préconise que la vérification se fera par vent inférieur à 7m/s, dans plusieurs directions d’observation. Lors de la vérification, on s’assurera que les tensions des haubans sont conformes à celles indiquées dans la note de calcul et abaque du constructeur.

VI. Sécurité et entretien

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VII. Législation et protection de l'environnement

7.1. Pylônes et propriété 

La construction de pylônes ne fait pas, en règle générale, l’objet de procédures d’expropriation. Cependant, suite à une déclaration d’utilité publique, elle fait l’objet de servitude d’utilité publique qui permet de construire les pylônes sur des terrains non bâtis et non clos et de passer dans ces propriétés pour pouvoir assurer l’entretien de ces structures. Si le préjudice est prouvé, cette installation peut faire l’objet de dédommagements pécuniaires. Des conventions sont signées avec les propriétaires.

7.2. Protection de l'environnement, Etudes d'impact

L’environnement fait depuis une vingtaine d’années l’objet de préoccupations constantes. L’implantation de support de lignes et donc de pylônes n’échappe pas à cette règle.

A ce titre, les études préalables à la réalisation d'aménagements ou d'ouvrages qui, par l'importance de leurs dimensions ou leurs incidences sur le milieu naturel, peuvent porter atteinte à ce dernier, doivent comporter une étude d'impact permettant d'en apprécier les conséquences.

Ainsi, l’implantation de pylônes dans le paysage est soumise à une étude d’impact couplée à l’étude de la ligne qu’il va supporter. Ces études doivent, entre autres, apporter une justification à l’ouvrage, analyser l’état environnemental existant et étudier les modifications potentielles de l’ouvrage sur l’environnement. Elles doivent en outre justifier les solutions techniques validées et donner les mesures envisagées pour réduire l’impact sur l’environnement.

Ces études sont alors soumises à une commission d’enquête qui validera ou non cette étude et déclarera alors l’ouvrage d’utilité publique.

7.3. Procédure administrative d'instruction du projet d'exécution

Si tous les services concernés (mairies, bases aériennes…) sont d’accord, le projet est approuvé. Sinon le dossier est transmis au ministère concerné.

Si des accords à l’amiable n’ont pu être trouvés, la procédure de mise en servitude est lancée.

Conclusion 

Malgré l’enfouissement de plus en plus généralisé des lignes, les pylônes restent tout de même un moyen économique de supporter les lignes électriques et un moyen efficace de diffuser les ondes hertziennes.

L’implantation d’un pylône implique de nombreuses contraintes. En effet, il faut non seulement le concevoir, mais également définir un mode de mise en place, tenir compte des règles de sécurité et des aspects environnementaux et législatifs. 

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