Etude du comportement des tunnels en maçonnerie du métro parisien

Le métro de Paris, exploité par la Régie Autonome des Transports Parisiens (RATP), compte aujourd’hui seize lignes et transporte environ 5 millions de passagers par jour. L’ensemble des infrastructures du métro est essentiellement souterrain et a été construit pour la plupart au début du XXe siècle. Environ 85% des tunnels sont composés d’une voûte en maçonnerie et de piédroits et radier en béton non armé. Certains de ces ouvrages présentent des pathologies de dégradation, notamment des fissures en clé de voûte et des discontinuités dans le contact tunnel-sol encaissant. Lors de travaux dans les tunnels ou à proximité, le comportement de la maçonnerie de la voûte est difficile à appréhender, d’une part parce que les matériaux constitutifs sont rarement étudiés de façon approfondie et d’autre part parce qu’il existe peu de modèles de calcul qui intègrent l’environnement particulier de ces tunnels. La thèse décrit un modèle de comportement permettant de représenter au mieux le comportement des voûtes en maçonnerie de tunnel. Ce modèle a été implanté dans un code de calcul par éléments finis, afin de pouvoir évaluer l’influence de travaux à proximité. Pour cela, un modèle existant dans la littérature a été choisi et adapté : le comportement des voûtes en maçonnerie est représenté par une loi de comportement qui combine une technique d’homogénéisation de la maçonnerie et une loi d’endommagement isotrope décrivant l’évolution des propriétés mécaniques des matériaux constitutifs, ce qui permet de reproduire de façon implicite le comportement non linéaire orthotrope de la voûte ; le comportement des piédroits et du radier est représenté par une loi d’endommagement isotrope. Le modèle proposé, implanté dans le code de calcul CESAR-LCPC, permet de reproduire le mécanisme de ruine d’un tunnel par la formation de rotules. Parallèlement au travail de modélisation, la thèse présente une campagne d’essais de laboratoire qui caractérise les matériaux constitutifs de la voûte et des piédroits et du radier, et qui donne la valeur des paramètres du modèle. Ces essais ont été réalisés sur des éprouvettes issues de carottes prélevées in situ. Enfin, le modèle numérique, alimenté par les caractéristiques mécaniques issues des essais en laboratoire, est utilisé pour simuler la réponse d’un tunnel en maçonnerie à des chargements appliqués à proximité. Cette modélisation a été conduite sur deux cas d’étude concernant le réseau du métro parisien